JPH1015709A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
表面被覆切削工具Info
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- JPH1015709A JPH1015709A JP19138696A JP19138696A JPH1015709A JP H1015709 A JPH1015709 A JP H1015709A JP 19138696 A JP19138696 A JP 19138696A JP 19138696 A JP19138696 A JP 19138696A JP H1015709 A JPH1015709 A JP H1015709A
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 耐欠損性を向上させ耐塑性変形性も維持した
工具を提供する。 【構成】 基体はZrおよび/またはHfを0.05〜
0.5重量%含み、該基体の表層部にヴィッカース硬さ
が該基体の十分内部のヴィッカース硬さの70〜90%
である表面軟化層を有し、該硬質皮膜を構成する被覆層
の内、該基体に接する第1層をTiNとして構成する。
工具を提供する。 【構成】 基体はZrおよび/またはHfを0.05〜
0.5重量%含み、該基体の表層部にヴィッカース硬さ
が該基体の十分内部のヴィッカース硬さの70〜90%
である表面軟化層を有し、該硬質皮膜を構成する被覆層
の内、該基体に接する第1層をTiNとして構成する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、切削工具に適した被覆
超硬合金に関し、耐欠損性、耐摩耗性に優れた表面被覆
超硬合金に関するものである。
超硬合金に関し、耐欠損性、耐摩耗性に優れた表面被覆
超硬合金に関するものである。
【0002】
【従来の技術】切削加工の高能率化の為、超硬合金にC
VD法による硬質被膜を被覆した工具が広く用いられて
いる。この種の工具の刃先の耐欠損性を向上させるため
に結合相富化層、表面軟化層、脱β層等と呼ばれる改質
層を基体表面に設けた工具も、例えば特開平8−141
1号公報に示されるように、広く実用に供されている。
さらに高温での合金強度を向上する、ためにZrやHf
等を基体に添加することが、例えば特開平6−9347
3号公報に示されている。
VD法による硬質被膜を被覆した工具が広く用いられて
いる。この種の工具の刃先の耐欠損性を向上させるため
に結合相富化層、表面軟化層、脱β層等と呼ばれる改質
層を基体表面に設けた工具も、例えば特開平8−141
1号公報に示されるように、広く実用に供されている。
さらに高温での合金強度を向上する、ためにZrやHf
等を基体に添加することが、例えば特開平6−9347
3号公報に示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上記技術によって提供
される工具は、長時間の断続切削を含む高速切削に耐え
るため切削加工の高能率化、無人化に好まれて採用され
てきた。しかし、近年のニアネットシェイプの技術の進
歩により部品素材の形状は益々複雑なものとなってきて
いる。従って、切削工具にかかる衝撃力、衝撃回数は増
加の一途をたどっており、工具の欠損が深刻な問題とな
っている。しかしながら、高温における基体の耐塑性変
形性を改善するために少量のZrおよび/またはHfを
基体に添加した場合、添加しない場合と比較して高速断
続切削時に刃先に欠損を生じやすくなる。本発明の目的
は、このような現状に鑑み更に耐欠損性を向上させつ
つ、更に耐塑性変形性も向上させる工具を提供すること
です。
される工具は、長時間の断続切削を含む高速切削に耐え
るため切削加工の高能率化、無人化に好まれて採用され
てきた。しかし、近年のニアネットシェイプの技術の進
歩により部品素材の形状は益々複雑なものとなってきて
いる。従って、切削工具にかかる衝撃力、衝撃回数は増
加の一途をたどっており、工具の欠損が深刻な問題とな
っている。しかしながら、高温における基体の耐塑性変
形性を改善するために少量のZrおよび/またはHfを
基体に添加した場合、添加しない場合と比較して高速断
続切削時に刃先に欠損を生じやすくなる。本発明の目的
は、このような現状に鑑み更に耐欠損性を向上させつ
つ、更に耐塑性変形性も向上させる工具を提供すること
です。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明者等は従来の工具
の、基体の硬さおよび硬質皮膜の内、基体に接する第1
層の関係に着目し、切削試験を検討した結果、次の知見
を得た。基体表層部の硬さを適切に調整し、さらに、硬
質皮膜の第1層をTiNとし、TiN層の厚さを適切に
設定することで耐欠損性は向上し、しかも、Zr/Hf
等の添加による切削時の高温における刃先の耐塑性変形
性も維持できる。本発明はこれらの知見に基づいてなさ
れたもので、次の構成を有する。基体はZrおよび/ま
たはHfを0.05〜0.5重量%含み、該基体の表層
部にヴィッカース硬さが該基体の十分内部のヴィッカー
ス硬さの70〜90%である表面軟化層を有し、該硬質
皮膜を構成する被覆層の内、該基体に接する第1層をT
iNとする。好ましくは第1層を厚さ0.2〜1.2μ
mのTiNとし、該表面軟化層の厚さを5〜25μmと
する。
の、基体の硬さおよび硬質皮膜の内、基体に接する第1
層の関係に着目し、切削試験を検討した結果、次の知見
を得た。基体表層部の硬さを適切に調整し、さらに、硬
質皮膜の第1層をTiNとし、TiN層の厚さを適切に
設定することで耐欠損性は向上し、しかも、Zr/Hf
等の添加による切削時の高温における刃先の耐塑性変形
性も維持できる。本発明はこれらの知見に基づいてなさ
れたもので、次の構成を有する。基体はZrおよび/ま
たはHfを0.05〜0.5重量%含み、該基体の表層
部にヴィッカース硬さが該基体の十分内部のヴィッカー
ス硬さの70〜90%である表面軟化層を有し、該硬質
皮膜を構成する被覆層の内、該基体に接する第1層をT
iNとする。好ましくは第1層を厚さ0.2〜1.2μ
mのTiNとし、該表面軟化層の厚さを5〜25μmと
する。
【0005】
【作用】基体に、Zrおよび/またはHfを0.05〜
0.5重量%添加した超硬合金を用いる。Zrおよび/
またはHfを添加することにより、それらは大部分が超
硬合金のB−1型固溶体相、結合相中に溶け込み、特
に、切削中の切削熱の影響がでる刃先の塑性変形を防ぐ
のに効果がある。0.05重量%未満では効果が薄く、
0.5重量%を越えると合金が脆化するのでこの添加量
の範囲とした。但し、Zrおよび/またはHfを添加す
ると、切削中の衝撃によって刃先が欠けやすくなる傾向
が見られるので、基体表層部と第1層は以下のようにし
てこれを補う必要がある。基体の表層部にヴィッカース
硬さが該基体の十分内部のヴィッカース硬さの70〜9
0%であり、この基体表層部中には、Zrおよび/また
はHfが固溶及び/または分散しており、及びB−1型
固溶体相を分散、減少及び/又はゼロとすることによ
り、耐欠損性を補うことが出来る。更に、その厚さを5
〜25μmとする事により刃先に耐塑性変形性と靱性が
付与される。
0.5重量%添加した超硬合金を用いる。Zrおよび/
またはHfを添加することにより、それらは大部分が超
硬合金のB−1型固溶体相、結合相中に溶け込み、特
に、切削中の切削熱の影響がでる刃先の塑性変形を防ぐ
のに効果がある。0.05重量%未満では効果が薄く、
0.5重量%を越えると合金が脆化するのでこの添加量
の範囲とした。但し、Zrおよび/またはHfを添加す
ると、切削中の衝撃によって刃先が欠けやすくなる傾向
が見られるので、基体表層部と第1層は以下のようにし
てこれを補う必要がある。基体の表層部にヴィッカース
硬さが該基体の十分内部のヴィッカース硬さの70〜9
0%であり、この基体表層部中には、Zrおよび/また
はHfが固溶及び/または分散しており、及びB−1型
固溶体相を分散、減少及び/又はゼロとすることによ
り、耐欠損性を補うことが出来る。更に、その厚さを5
〜25μmとする事により刃先に耐塑性変形性と靱性が
付与される。
【0006】一般に、表面被覆超硬工具の使用において
は、その使用目的により超硬基体のグレードを変えるの
で、本発明では表面軟化層の硬さを基体の十分内部の硬
さとの相対値で規定したが、通常、基体の十分内部のヴ
ィッカース硬さは1400〜1700程度である。表面
軟化層のヴィッカース硬さが70%未満である場合およ
び厚さが25μmを越える場合では切削時に刃先が塑性
変形し工具が寿命となってしまう。ヴィッカース硬さが
90%を越える場合および厚さが5μm未満の場合では
靱性が不十分であり欠けやすくなる。尚、以上のヴィッ
カース硬さはいずれも室温にて測定した値である。
は、その使用目的により超硬基体のグレードを変えるの
で、本発明では表面軟化層の硬さを基体の十分内部の硬
さとの相対値で規定したが、通常、基体の十分内部のヴ
ィッカース硬さは1400〜1700程度である。表面
軟化層のヴィッカース硬さが70%未満である場合およ
び厚さが25μmを越える場合では切削時に刃先が塑性
変形し工具が寿命となってしまう。ヴィッカース硬さが
90%を越える場合および厚さが5μm未満の場合では
靱性が不十分であり欠けやすくなる。尚、以上のヴィッ
カース硬さはいずれも室温にて測定した値である。
【0007】次いで、硬質皮膜を構成する被覆層は、基
体に接する第1層をTiNとする。各チタン化合物をヴ
ィッカース硬さで比較するとTiCは3300〜380
0、TiCNは2300〜2800であるのに対しTi
Nは1800〜2200と軟らかく、衝撃に対して適度
な緩衝作用を有しZr、Hf添加の欠点を補う。また、
比較的低温で成膜できるので、基体成分の拡散が少なく
基体と第1層の界面に脱炭層が発生するのを防ぐ、基体
と皮膜との熱膨張率の差に起因する応力の発生が少な
い、等の効果もある。第1層の厚さは0.2〜1.2μ
mがよく、この程度の厚さであれば第1層の変形が問題
になることはない。0.2μm未満では緩衝作用が不足
するばかりでなく、基体からの鉄属金属の拡散のため、
第2層以降の膜質を劣化させる恐れがある。1.2μm
を越えるとTiNの粒子が粗大化し第2層以降の結晶形
態に悪影響を与える場合がある。
体に接する第1層をTiNとする。各チタン化合物をヴ
ィッカース硬さで比較するとTiCは3300〜380
0、TiCNは2300〜2800であるのに対しTi
Nは1800〜2200と軟らかく、衝撃に対して適度
な緩衝作用を有しZr、Hf添加の欠点を補う。また、
比較的低温で成膜できるので、基体成分の拡散が少なく
基体と第1層の界面に脱炭層が発生するのを防ぐ、基体
と皮膜との熱膨張率の差に起因する応力の発生が少な
い、等の効果もある。第1層の厚さは0.2〜1.2μ
mがよく、この程度の厚さであれば第1層の変形が問題
になることはない。0.2μm未満では緩衝作用が不足
するばかりでなく、基体からの鉄属金属の拡散のため、
第2層以降の膜質を劣化させる恐れがある。1.2μm
を越えるとTiNの粒子が粗大化し第2層以降の結晶形
態に悪影響を与える場合がある。
【0008】第1層に接する第2層として、特に推奨で
きるのはTiCNである。このTiCN層は、MT−C
VD法を用いて柱状結晶に成長させる。TiCNは、チ
タン化合物の中でTiNとTiCの中間の硬さを持ち、
同一の結晶構造であり、TiNに接する被膜として好ま
しい。TiCN膜の柱状結晶においては切削中の力が1
つの粒子に粒界を介さずに伝わるため、垂直方向の力に
非常に強いものとなる。また、摩耗に関しては、方向性
の無い粒状の結晶では結晶粒子が粒界より脱落すること
により摩耗が進行するが、垂直方向に長い柱状晶では脱
落することがなく、耐摩耗性に対して優れている。第3
層以降の層構造については工具の用途に応じてTiC、
TiN、Al2O3等を適宜用いればよい。以下、本願発
明を実施例に基づいて詳細に説明する。
きるのはTiCNである。このTiCN層は、MT−C
VD法を用いて柱状結晶に成長させる。TiCNは、チ
タン化合物の中でTiNとTiCの中間の硬さを持ち、
同一の結晶構造であり、TiNに接する被膜として好ま
しい。TiCN膜の柱状結晶においては切削中の力が1
つの粒子に粒界を介さずに伝わるため、垂直方向の力に
非常に強いものとなる。また、摩耗に関しては、方向性
の無い粒状の結晶では結晶粒子が粒界より脱落すること
により摩耗が進行するが、垂直方向に長い柱状晶では脱
落することがなく、耐摩耗性に対して優れている。第3
層以降の層構造については工具の用途に応じてTiC、
TiN、Al2O3等を適宜用いればよい。以下、本願発
明を実施例に基づいて詳細に説明する。
【0009】
【実施例】本発明例1として、Zrを2.0重量%含
み、ヴィッカース硬さが基体の十分内部において155
0、表面軟化層において1350、表面軟化層の厚さが
15μmであるCNMG120408形状の超硬合金の
表面に、公知のCVD法により第1層TiNを0.3μ
m成膜、アセトニトリルを用いたMT−CVD法により
第2層TiCNを6.0μm成膜、第3層にCVD法で
TiCを1.0μm成膜、第4層CVD法でアルミナを
1.5μm成膜、最外層にCVD法でTiNを0.5μ
m成膜した。比較例2として、表面軟化層が無い以外は
本発明例1と同様の超硬基体を用い、同一の被膜を被覆
した。本発明例3としてZrを0.25重量%含み、ヴ
ィッカース硬さが基体の十分内部において1530、表
面軟化層において1220、表面軟化層の厚さが15μ
mであるCNMG120408形状の超硬合金の表面に
公知のCVD法により第1層TiNを0.3μm成膜、
アセトニトリルを用いたMT−CVD法により第2層T
iCNを10.0μm成膜、第3層にCVD法でTiC
を1.0μm成膜、第4層にCVD法でアルミナを1.
0μm成膜、最外層にCVD法でTiNを0.5μm成
膜した。比較例4として、Zrを含まないこと以外は本
発明例3と同様の組成でありヴィッカース硬さが基体の
十分内部において1520、表面軟化層において120
0、表面軟化層の厚さが15μmであるCNMG120
408形状の超硬基体に本発明例1と同様の皮膜を被覆
した。比較例5は表面軟化層の無いこと以外は本発明例
3と同様とした。比較例6は第1層のTiNをTiCに
変えた以外は本発明例3と同様とした。
み、ヴィッカース硬さが基体の十分内部において155
0、表面軟化層において1350、表面軟化層の厚さが
15μmであるCNMG120408形状の超硬合金の
表面に、公知のCVD法により第1層TiNを0.3μ
m成膜、アセトニトリルを用いたMT−CVD法により
第2層TiCNを6.0μm成膜、第3層にCVD法で
TiCを1.0μm成膜、第4層CVD法でアルミナを
1.5μm成膜、最外層にCVD法でTiNを0.5μ
m成膜した。比較例2として、表面軟化層が無い以外は
本発明例1と同様の超硬基体を用い、同一の被膜を被覆
した。本発明例3としてZrを0.25重量%含み、ヴ
ィッカース硬さが基体の十分内部において1530、表
面軟化層において1220、表面軟化層の厚さが15μ
mであるCNMG120408形状の超硬合金の表面に
公知のCVD法により第1層TiNを0.3μm成膜、
アセトニトリルを用いたMT−CVD法により第2層T
iCNを10.0μm成膜、第3層にCVD法でTiC
を1.0μm成膜、第4層にCVD法でアルミナを1.
0μm成膜、最外層にCVD法でTiNを0.5μm成
膜した。比較例4として、Zrを含まないこと以外は本
発明例3と同様の組成でありヴィッカース硬さが基体の
十分内部において1520、表面軟化層において120
0、表面軟化層の厚さが15μmであるCNMG120
408形状の超硬基体に本発明例1と同様の皮膜を被覆
した。比較例5は表面軟化層の無いこと以外は本発明例
3と同様とした。比較例6は第1層のTiNをTiCに
変えた以外は本発明例3と同様とした。
【0010】以上のチップを用いて切削試験を行った。
まず、耐摩耗性の評価をテスト1、2の旋削で行った。
工具のフランク摩耗が0.3mmに達するまでの時間を
評価した。テスト1の条件は、被削材:S45C、切削
速度:200m/min、送り:0.3mm/rev、
切り込み:2.0mm、湿式切削とした。結果は、本発
明例1は55分、比較例2は48分、本発明例3は65
分、比較例4は47分、比較例5は、67分、比較例6
は66分であった。S45C切削の場合、本発明例1と
Zrを添加した比較例2との間で、寿命に対して大きな
差は見られない。表面軟化層によって、耐摩耗性の劣
化、耐塑性変形性の劣化は認められず、Zr添加の効果
が確認された。それに対してZr添加の無い比較例4は
寿命が短くなっている。
まず、耐摩耗性の評価をテスト1、2の旋削で行った。
工具のフランク摩耗が0.3mmに達するまでの時間を
評価した。テスト1の条件は、被削材:S45C、切削
速度:200m/min、送り:0.3mm/rev、
切り込み:2.0mm、湿式切削とした。結果は、本発
明例1は55分、比較例2は48分、本発明例3は65
分、比較例4は47分、比較例5は、67分、比較例6
は66分であった。S45C切削の場合、本発明例1と
Zrを添加した比較例2との間で、寿命に対して大きな
差は見られない。表面軟化層によって、耐摩耗性の劣
化、耐塑性変形性の劣化は認められず、Zr添加の効果
が確認された。それに対してZr添加の無い比較例4は
寿命が短くなっている。
【0011】テスト2の条件は、被削材:FCD70、
切削速度:150m/min、送り:0.3mm/re
v、切り込み:2.0mm、湿式切削とした。結果は、
本発明例1は、22分、比較例2は20分、本発明例3
は27分、比較例4は21分、比較例5は28分、比較
例6は28分であった。FCD70の切削の場合もS4
5Cと同様の傾向が見られた。特に、Zr添加の効果は
本発明例1で確認された。
切削速度:150m/min、送り:0.3mm/re
v、切り込み:2.0mm、湿式切削とした。結果は、
本発明例1は、22分、比較例2は20分、本発明例3
は27分、比較例4は21分、比較例5は28分、比較
例6は28分であった。FCD70の切削の場合もS4
5Cと同様の傾向が見られた。特に、Zr添加の効果は
本発明例1で確認された。
【0012】次に、耐欠損性をテスト3、4の断続切削
によって評価した。工具が欠損に至るまでの衝撃回数に
よって評価した。但し衝撃回数は1000回を上限とし
た。各工具それぞれ4コーナーについて試験した。テス
ト3の条件は被削材:4つ溝付SCM435丸棒、切削
速度:150m/min、送り:0.2mm/rev、
切り込み:2.0mm、乾式切削とした。結果は、本発
明例1は、1000回以上、1000回以上、800
回、1000回以上であった。比較例2は、630回、
820回、770回、670回であった。テスト4の条
件は、被削材:4つ溝付SCM435、切削速度:15
0m/min、送り:0.3mm/rev、切り込み:
2.0mm、乾式切削とした。結果は、本発明品3は1
000回以上、1000回以上、800回、1000回
以上、比較例4は1000回以上、1000回以上、1
000回以上、920回、比較例5は230回、540
回、310回、720回、比較例6は900回、740
回、150回、720回であった。本発明例1、3は表
面軟化層の無い比較例2、4、5よりも確実に耐欠損性
が向上していることが分かる。また、比較例6は比較例
4、5と較べて耐久衝撃回数のバラツキが大きく、欠損
状態も微小である点で異なっていた。
によって評価した。工具が欠損に至るまでの衝撃回数に
よって評価した。但し衝撃回数は1000回を上限とし
た。各工具それぞれ4コーナーについて試験した。テス
ト3の条件は被削材:4つ溝付SCM435丸棒、切削
速度:150m/min、送り:0.2mm/rev、
切り込み:2.0mm、乾式切削とした。結果は、本発
明例1は、1000回以上、1000回以上、800
回、1000回以上であった。比較例2は、630回、
820回、770回、670回であった。テスト4の条
件は、被削材:4つ溝付SCM435、切削速度:15
0m/min、送り:0.3mm/rev、切り込み:
2.0mm、乾式切削とした。結果は、本発明品3は1
000回以上、1000回以上、800回、1000回
以上、比較例4は1000回以上、1000回以上、1
000回以上、920回、比較例5は230回、540
回、310回、720回、比較例6は900回、740
回、150回、720回であった。本発明例1、3は表
面軟化層の無い比較例2、4、5よりも確実に耐欠損性
が向上していることが分かる。また、比較例6は比較例
4、5と較べて耐久衝撃回数のバラツキが大きく、欠損
状態も微小である点で異なっていた。
【0013】
【発明の効果】本発明品は従来の工具と較べて更に耐欠
損性が向上しており、塑性変形に起因する摩耗も少な
く、高速断続切削において良好な寿命を示すので、複雑
な形状の被削材の切削の高能率化、無人化に適するもの
である。
損性が向上しており、塑性変形に起因する摩耗も少な
く、高速断続切削において良好な寿命を示すので、複雑
な形状の被削材の切削の高能率化、無人化に適するもの
である。
Claims (3)
- 【請求項1】 超硬合金の基体表面に2層以上の多層か
らなる硬質皮膜を被覆した表面被覆切削工具において、
該基体はZrおよび/またはHfを0.05〜0.5重
量%含み、該基体の表層部がヴィッカース硬さで該基体
の十分内部のヴィッカース硬さの70〜90%である表
面軟化層であるとともに該Zrおよび/またはHfがB
−1型固溶体相及び/又は結合相中に溶け込み、該硬質
皮膜の該基体に接する第1層をTiNとしたことを特徴
とする表面被覆切削工具。 - 【請求項2】 請求項1に記載の表面被覆切削工具にお
いて、該第1層の厚さが0.2〜1.2μmであること
を特徴とする表面被覆切削工具。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載の表面被覆切削
工具において、該表面軟化層の厚さが5〜25μmであ
ることを特徴とする表面被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19138696A JPH1015709A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 表面被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19138696A JPH1015709A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 表面被覆切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1015709A true JPH1015709A (ja) | 1998-01-20 |
Family
ID=16273744
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19138696A Withdrawn JPH1015709A (ja) | 1996-07-01 | 1996-07-01 | 表面被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1015709A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10244955C5 (de) | 2001-09-26 | 2021-12-23 | Kyocera Corp. | Sinterhartmetall, Verwendung eines Sinterhartmetalls und Verfahren zur Herstellung eines Sinterhartmetalls |
-
1996
- 1996-07-01 JP JP19138696A patent/JPH1015709A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10244955C5 (de) | 2001-09-26 | 2021-12-23 | Kyocera Corp. | Sinterhartmetall, Verwendung eines Sinterhartmetalls und Verfahren zur Herstellung eines Sinterhartmetalls |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20051026 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20051102 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20051118 |