JPS63103071A - 表面被覆超硬合金 - Google Patents
表面被覆超硬合金Info
- Publication number
- JPS63103071A JPS63103071A JP24808686A JP24808686A JPS63103071A JP S63103071 A JPS63103071 A JP S63103071A JP 24808686 A JP24808686 A JP 24808686A JP 24808686 A JP24808686 A JP 24808686A JP S63103071 A JPS63103071 A JP S63103071A
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- JP
- Japan
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- carbide
- layer
- cemented carbide
- alloy
- binder
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- Pending
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は切削工具ならびに耐摩耗性部品として工業上有
用な耐摩耗性を著しく向上させた表面被覆した超硬合金
に関するものである。
用な耐摩耗性を著しく向上させた表面被覆した超硬合金
に関するものである。
超硬合金は４ａ、５ａ、６ａ属の炭化物ならびに鉄族金
属が主体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中
（以下結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと
結合金属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量
が多くなると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するの
で、種々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用さ
れている。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の
高い表面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら耐摩
耗性を向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した工
具材料が実用化されている。更に表面被覆する以前に基
体に耐摩耗性の向上、耐衝撃性の向上を計る目的で超硬
合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層を設けている
。
属が主体の焼結材料であり、炭化物微粒子を鉄族金属中
（以下結合金属という。）に分散させ、炭化物の硬さと
結合金属の靭性を兼ね備えた性質を有する。結合金属量
が多くなると靭性は増加するが、耐摩耗性が減少するの
で、種々の組成を有する超硬合金が用途に応じて使用さ
れている。一方、超硬合金からなる基体より耐摩耗性の
高い表面層を形成させ、靭性の低下を制限しながら耐摩
耗性を向上させる技術が進歩し、種々の表面被覆した工
具材料が実用化されている。更に表面被覆する以前に基
体に耐摩耗性の向上、耐衝撃性の向上を計る目的で超硬
合金の表面層を硬化及び／又は軟化した層を設けている
。
以下に従来から製造されている表面被覆された超硬合金
の表面層を硬化及び／又は軟化した層の製造方法と特徴
を列記する。
の表面層を硬化及び／又は軟化した層の製造方法と特徴
を列記する。
（１）積層合金を形成する方法
表−が耐摩耗性に優れた超硬合金からなり、内部が靭性
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
に優れた超硬合金からなる。２種類の合金粉末から製造
される。積層合金は製造上に困難さがあるだけでなく、
耐摩耗性の向上が少ないので、今日ではほとんど製造さ
れていない。
（２）窒化物添加による方法
４ａ族の窒化物を微量添加することにより表面に脱β層
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
を生成し、（表面から数十ミクロンにわたりβ相を含ま
ない層）被覆後の皮膜からのクラック伝播性を向上させ
る。
（３）結合金属を富化させる方法
最も靭性に富む結合金属を富化し、表面被覆合金として
の耐衝撃性を向上させる方法。
の耐衝撃性を向上させる方法。
これら目的に応じて処理した超硬合金の表面に化学蒸着
法により炭化物、炭窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化
物蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ
、９００℃〜１０ｏＯ℃に加熱された超硬合金上にＴｉ
炭化物あるいは窒化物の薄膜を形成させる方法で製造さ
れる。現在市販されている被覆合金には炭窒化チタン被
覆合金および窒化チタン被覆合金、Ａｌ□○、被覆合金
。
法により炭化物、炭窒化物の被覆処理をＴｉ金属の塩化
物蒸気を水素雰囲気中でメタンガス又は窒素と反応させ
、９００℃〜１０ｏＯ℃に加熱された超硬合金上にＴｉ
炭化物あるいは窒化物の薄膜を形成させる方法で製造さ
れる。現在市販されている被覆合金には炭窒化チタン被
覆合金および窒化チタン被覆合金、Ａｌ□○、被覆合金
。
及びそれらの複層被覆合金等があり、いずれも耐摩耗性
が高く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩
耗性は３〜１０倍増大する。
が高く、２〜２０ミクロンの皮膜により超硬合金の耐摩
耗性は３〜１０倍増大する。
現在市販されている表面処理した被覆合金の大部分は炭
化タングステン、コバルト、炭化チタン。
化タングステン、コバルト、炭化チタン。
炭化タンタルを主成分とする切削用超硬合金の表面に炭
化物、窒化物、酸化物を被覆したものであり、鋳鉄、鋼
の切削に広く使用されているが、鋼の切削時にしばしば
異常摩耗を示し、被覆層の優れた耐摩耗性が発揮できな
い場合がある。その原因を鋼切削の摩耗進行から観察す
ると、摩耗あるいは微小カケによって被覆層の１部が消
失した後、消失部分から摩耗が急速に進行するために、
刃先が均一に摩耗しないで、局部的に摩耗する現象が見
られる。又工具刃先に高熱高圧がかかると、超硬合金基
体が軟化し、塑性変形するために被覆層の耐摩耗性が十
分に発揮できない場合がある。
化物、窒化物、酸化物を被覆したものであり、鋳鉄、鋼
の切削に広く使用されているが、鋼の切削時にしばしば
異常摩耗を示し、被覆層の優れた耐摩耗性が発揮できな
い場合がある。その原因を鋼切削の摩耗進行から観察す
ると、摩耗あるいは微小カケによって被覆層の１部が消
失した後、消失部分から摩耗が急速に進行するために、
刃先が均一に摩耗しないで、局部的に摩耗する現象が見
られる。又工具刃先に高熱高圧がかかると、超硬合金基
体が軟化し、塑性変形するために被覆層の耐摩耗性が十
分に発揮できない場合がある。
本発明は、新しい現象の発見に基ずいた表面処理した超
硬合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の
問題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた
工具材料を提供するものである。
硬合金に関するもので、従来の被覆超硬合金の性能上の
問題点を一挙に解決し、より耐摩耗性と汎用性を備えた
工具材料を提供するものである。
本発明は４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物及び鉄
族金属からなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属
金属とβ−固溶体を主体とした炭化物からなる厚さ１〜
１０ミクロンの外層と前記炭化物からなり基体より軟質
の厚さ２〜４０ミクロンの内層とよりなる超硬合金にお
いて、被覆層が四塩化チタン−水素−有機ＣＮ化合物及
び／又は窒素混合ガス中で加熱し、７００℃〜９００’
Ｃで超硬合金の表面に炭窒化チタン及び／又は窒化チタ
ンを被覆したことを特徴とする表面被覆超硬合金に関す
るものである。
族金属からなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属
金属とβ−固溶体を主体とした炭化物からなる厚さ１〜
１０ミクロンの外層と前記炭化物からなり基体より軟質
の厚さ２〜４０ミクロンの内層とよりなる超硬合金にお
いて、被覆層が四塩化チタン−水素−有機ＣＮ化合物及
び／又は窒素混合ガス中で加熱し、７００℃〜９００’
Ｃで超硬合金の表面に炭窒化チタン及び／又は窒化チタ
ンを被覆したことを特徴とする表面被覆超硬合金に関す
るものである。
４％以下の鉄族金属とβ−固溶体を主体としたに切削工
具として使用されることはきわめて稀れであるが、それ
が１〜１０ミクロンの薄層として靭性の高い超硬合金上
に設けるならば、耐摩耗性の向上にきわめて有利である
。その厚さは１〜１０ミクロンが適している。１ミクロ
ン未満ではその効果が少なく、１０ミクロンを越えると
工具としての靭性を低下させる。
具として使用されることはきわめて稀れであるが、それ
が１〜１０ミクロンの薄層として靭性の高い超硬合金上
に設けるならば、耐摩耗性の向上にきわめて有利である
。その厚さは１〜１０ミクロンが適している。１ミクロ
ン未満ではその効果が少なく、１０ミクロンを越えると
工具としての靭性を低下させる。
本発明は４ａ、５ａ、６ａ属の炭化物、炭窒化物および
鉄族金属からなる超硬合金の表面に、焼結時のガス雰囲
気を調整することにより１〜１０ミクロンの深さにわた
り鉄族金属を減少させ、β−固溶体を主体とした炭化物
を富化させると同時にその内側に２〜４０ミクロン巳の
厚さに結合金属を富化した表面層を形成し、次に四塩化
チタン−水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合ガス
中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金に炭窒化チ
タン及び／又は窒化チタンを被覆したものである。
鉄族金属からなる超硬合金の表面に、焼結時のガス雰囲
気を調整することにより１〜１０ミクロンの深さにわた
り鉄族金属を減少させ、β−固溶体を主体とした炭化物
を富化させると同時にその内側に２〜４０ミクロン巳の
厚さに結合金属を富化した表面層を形成し、次に四塩化
チタン−水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混合ガス
中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金に炭窒化チ
タン及び／又は窒化チタンを被覆したものである。
化学蒸着法による炭窒化チタン、窒化チタン被覆処理は
、四塩化チタン、水素、有機ＣＮ化合物。
、四塩化チタン、水素、有機ＣＮ化合物。
窒素からなる混合ガス中で行なう。有機ＣＮ化合物の分
圧は４塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１
／１０以下が適している。反応温度は７００〜９００℃
が適している。上記条件で表面のβ固溶体を富化した超
硬合金に炭窒化チタン被覆を施すと、β固溶体が多く結
合相が減少しているため皮膜の密着性が改善される。本
発明は更に四塩化チタンと四塩化チタン−Ｈ２有機ＣＮ
化合物及び／又は窒素混合ガスを用いることにより蒸着
時の低温化を計り、基体と皮膜の境界に生じる脱炭層（
η−炭化物、ＭＧＣ）を減少し５強度の低下を９０〜９
５％と小さくした。
圧は４塩化チタンの分圧より低くし、かつ水素分圧の１
／１０以下が適している。反応温度は７００〜９００℃
が適している。上記条件で表面のβ固溶体を富化した超
硬合金に炭窒化チタン被覆を施すと、β固溶体が多く結
合相が減少しているため皮膜の密着性が改善される。本
発明は更に四塩化チタンと四塩化チタン−Ｈ２有機ＣＮ
化合物及び／又は窒素混合ガスを用いることにより蒸着
時の低温化を計り、基体と皮膜の境界に生じる脱炭層（
η−炭化物、ＭＧＣ）を減少し５強度の低下を９０〜９
５％と小さくした。
第１図は従来の炭化チタン被覆超硬合金と本発明合金の
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は硬さが高く結合金属
が減少しているβ固溶体に富む外層と、結合金属に富む
硬さが低い内層が超硬合金の中間にありｆ盲から基体ま
で硬さが変化している。
表面から微小ビッカース硬さを測定した結果を示したも
のであり、従来品は硬さが皮膜から超硬合金の硬さまで
低下しているのに対し、本発明品は硬さが高く結合金属
が減少しているβ固溶体に富む外層と、結合金属に富む
硬さが低い内層が超硬合金の中間にありｆ盲から基体ま
で硬さが変化している。
本発明の表面処理した超硬合金は鋼及び鋳物の高速切削
に適している。すなわち従来の被覆合金より更に耐熱性
、耐組成変形性に優れている。又良好な仕上面を必要と
する切削に適している。
に適している。すなわち従来の被覆合金より更に耐熱性
、耐組成変形性に優れている。又良好な仕上面を必要と
する切削に適している。
この理由はβ固溶体、外層の硬さが高く皮膜が摩耗して
もβ固溶体、外層の摩耗進行がゆるやかで異常摩耗を防
ぐ効果があるためである。
もβ固溶体、外層の摩耗進行がゆるやかで異常摩耗を防
ぐ効果があるためである。
更にその内側の軟化層により皮膜からのクラック伝播が
１ずらく耐欠損に対しても向上する。
１ずらく耐欠損に対しても向上する。
以下実施例について詳細に説明する。
実施例１
市販のＷＣ粉末（平均粒度４μｍ）ＴｉＣＮ粉末（平均
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｍ）、Ｇｏ粒粉末
同１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを切
削用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、ボールミル中
で湿式粉砕、混合を９６時間行ない、乾燥処理後ＩＴｏ
ｎ／ａＪの圧力でプレス成形した。次に真空中１４００
℃で焼結し、焼結終了後ＣＨ４，Ｎ、ガスを段階的に導
入し、徐冷し、窒化物を主とした外層と結合金属を富化
した内層を形成させて、その後低温化学蒸着法によりＴ
１ＣＮを６μｍ被覆して本発明のチップを製造した。
粒度１μｍ）ＴａＣ粉末（同１．２μｍ）、Ｇｏ粒粉末
同１μｍ）Ｎｉ粉末（同１μｍ）を用意し、これらを切
削用超硬合金Ｐ３０相当の組成に配合し、ボールミル中
で湿式粉砕、混合を９６時間行ない、乾燥処理後ＩＴｏ
ｎ／ａＪの圧力でプレス成形した。次に真空中１４００
℃で焼結し、焼結終了後ＣＨ４，Ｎ、ガスを段階的に導
入し、徐冷し、窒化物を主とした外層と結合金属を富化
した内層を形成させて、その後低温化学蒸着法によりＴ
１ＣＮを６μｍ被覆して本発明のチップを製造した。
次に鏡面にラップし、中間層の硬さをマイクロビッカー
ス（５００ｇ荷重）で測定した。
ス（５００ｇ荷重）で測定した。
第１図において外層は５μｍ、内層は２０μｍの例を示
しているがＣＨ４，Ｎ、ガス分圧、冷却速度をコントロ
ールすることにより中間層の厚さ。
しているがＣＨ４，Ｎ、ガス分圧、冷却速度をコントロ
ールすることにより中間層の厚さ。
結合相量を変化させることができる。更に基体中のＣと
Ｎの比率を変えた場合にはＣＨ４，Ｎ２ガス分圧を調整
することが必要である。
Ｎの比率を変えた場合にはＣＨ４，Ｎ２ガス分圧を調整
することが必要である。
実施例２
実施例１の合金を用いて下記の条件で切削試験を行ない
、その性能を評価した。尚比較の目的で従来のＣＶＤ法
によるチップも試験した。
、その性能を評価した。尚比較の目的で従来のＣＶＤ法
によるチップも試験した。
■寿命試験
被剛材 ３０Ｍ４４０ （Ｈｓ４０）チップ Ｓ
ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３＋ｏｍ）切削速度
２００ ｍ ／ｍｉｎ 送り ０ 、２ ｍｍ ／ ｒｅｖ切り込み
２ｍ 切削時間 １０＋ｉｎ 評価 逃げ面摩耗 ■耐欠損性試験 被削材 ３０Ｍ４４０ （Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ ＳＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｍ）
切削速度 １００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３〜１゜Ｏｍｍ ／ ｒｅｖ切り込
み ２ｍ 切削時間 １ ｍｉｎ 評価 ０．３ａｎ／ｒｅｖより開始し、クリアー
した場合には、０．０５ａｎ ／ｒｅｖ送りを上げ更に切削試験 を続は順次送りを増加した。
ＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３＋ｏｍ）切削速度
２００ ｍ ／ｍｉｎ 送り ０ 、２ ｍｍ ／ ｒｅｖ切り込み
２ｍ 切削時間 １０＋ｉｎ 評価 逃げ面摩耗 ■耐欠損性試験 被削材 ３０Ｍ４４０ （Ｈｓ４０）（４ツ溝入
） チップ ＳＮＭＮ４３２ （ホーニング０．０３ｍｍ）
切削速度 １００ ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３〜１゜Ｏｍｍ ／ ｒｅｖ切り込
み ２ｍ 切削時間 １ ｍｉｎ 評価 ０．３ａｎ／ｒｅｖより開始し、クリアー
した場合には、０．０５ａｎ ／ｒｅｖ送りを上げ更に切削試験 を続は順次送りを増加した。
本発明チップは逃げ面摩耗量Ｖ Ｂ ＝ ０ 、１２
ｍ ｍに対し比較チップはＶＢ＝０．１３ｍｒｎと大差
ないが断続切削を伴う場合には欠損を起こさない送り量
が本発明チップは送り量０．７ｍｍ／ｒｅｖに対し比較
チップは送り量０．３ｍｒｎ／ｒｅｖと大き１く差がつ
いた。本発明合金は中間層を形成させることにより耐摩
耗性と靭性を兼ね備えた性能を示すことが明らかである
。
ｍ ｍに対し比較チップはＶＢ＝０．１３ｍｒｎと大差
ないが断続切削を伴う場合には欠損を起こさない送り量
が本発明チップは送り量０．７ｍｍ／ｒｅｖに対し比較
チップは送り量０．３ｍｒｎ／ｒｅｖと大き１く差がつ
いた。本発明合金は中間層を形成させることにより耐摩
耗性と靭性を兼ね備えた性能を示すことが明らかである
。
本願表面被覆超硬合金は、基体と被覆層の中間にβ固溶
体に富む外層と結合金属に富む内層を設けることにより
基体の耐塑性変形性、耐摩耗性及び耐欠損性を向上し、
表面被覆の効果を発揮することにより耐摩耗性、耐熱性
、耐溶着性が大巾に向上し、切削工具として好適なもの
である。
体に富む外層と結合金属に富む内層を設けることにより
基体の耐塑性変形性、耐摩耗性及び耐欠損性を向上し、
表面被覆の効果を発揮することにより耐摩耗性、耐熱性
、耐溶着性が大巾に向上し、切削工具として好適なもの
である。
第１図は本発明の中間層のマイクロビッカース硬さを測
定した結果を示す図である。
定した結果を示す図である。
Claims (1)
- ４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、炭窒化物及び鉄族金属か
らなる超硬合金の表面が、平均４％以下の鉄属金属とβ
−固溶体を主体とした炭化物、炭窒化物及び鉄族金属か
らなる厚さ１〜１０ミクロンの外層と前記炭化物、炭窒
化物及び鉄族金属からなり基体より軟質の厚さ２〜４０
ミクロンの内層とよりなる超硬合金において、被覆層が
四塩化チタン−水素−有機ＣＮ化合物及び／又は窒素混
合ガス中で加熱し、７００℃〜９００℃で超硬合金の表
面に炭窒化チタン及び／又は窒化チタンを被覆したこと
を特徴とする表面被覆超硬合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24808686A JPS63103071A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24808686A JPS63103071A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63103071A true JPS63103071A (ja) | 1988-05-07 |
Family
ID=17172999
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24808686A Pending JPS63103071A (ja) | 1986-10-17 | 1986-10-17 | 表面被覆超硬合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63103071A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH024972A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-09 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆サーメット |
| JPH0390574A (ja) * | 1989-09-01 | 1991-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐摩工具用被覆超硬合金 |
-
1986
- 1986-10-17 JP JP24808686A patent/JPS63103071A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH024972A (ja) * | 1988-06-23 | 1990-01-09 | Mitsubishi Metal Corp | 切削工具用表面被覆サーメット |
| JPH0390574A (ja) * | 1989-09-01 | 1991-04-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 耐摩工具用被覆超硬合金 |
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