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JP2007190669A - 耐熱性超合金（ｈｒｓａ）及びステンレス鋼において突っ切り加工及び溝切り加工に要求される摩耗用の超硬合金インサート - Google Patents

耐熱性超合金（ｈｒｓａ）及びステンレス鋼において突っ切り加工及び溝切り加工に要求される摩耗用の超硬合金インサート Download PDF

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JP2007190669A JP2006337044A JP2006337044A JP2007190669A JP 2007190669 A JP2007190669 A JP 2007190669A JP 2006337044 A JP2006337044 A JP 2006337044A JP 2006337044 A JP2006337044 A JP 2006337044A JP 2007190669 A JP2007190669 A JP 2007190669A
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Mats Ahlgren
アルグレン マッツ
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ジョンソン アンデルス
Markus Hillbom
ヒルボルム マルクス
Martin Hansson
ハンソン マルティン
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Abstract

【課題】本発明は、耐熱性超合金及びステンレス鋼を突っ切り加工及び溝切り加工するために、基材及び被膜を含んで成る切削工具インサートに関する。
【解決手段】この基材は、５〜７のＣｏと、０．１５〜０．６０ｗｔ％のＴａＣと、０．１０〜０．５０ｗｔ％ＮｂＣと、残部ＷＣとからなる。この被膜は、ｘ＝０．６〜０．７を備えた均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮの層と、１〜３．８μｍの厚みとを含んで成る。
【選択図】無し

Description

本発明は、耐熱性超合金及びステンレス鋼の突っ切り加工及び溝切り加工に特に有効な被覆切削工具インサートに関する。比較的薄いＰＶＤ層は、逃げ面の耐摩耗性、被膜付着、及び切り欠け耐摩耗性を非常に改良し、且つ、微細な粒の基材は、塑性変形に対して良好な抵抗を備える。
耐熱性超合金及びステンレス鋼の突っ切り加工及び溝切り加工用の被覆切削工具、特にそれらの切れ刃線は次の性質を備える必要がある。
１．切削工程は切削切れ刃とインサートに高温度を発生させるので、塑性変形に対する大きな抵抗。
２．急激に増大する逃げ面摩耗を回避するため、摩損に対する良好の抵抗。
３．付着摩耗に対する良好な抵抗、及び基材と被膜との間の非常に良好な接着性。耐熱性超合金及びステンレス鋼からの切屑は、インサートの表面に非常に溶着しやすい。
４．切り込み深さと副切れ刃で生じる切欠け摩耗に対する良好な抵抗。
５．破損と剥離を回避するため、良好な切刃線の靭性。
耐熱性超合金及びステンレス鋼を機械加工するときに、良好な切屑制御をすることは一般的に困難であり、これは切屑の打ち付けを生じ且つ切屑の詰まりが刃先線に破壊を引き起こさせる。
米国特許６，２６１，６７３号は、鋼またはステンレス鋼の管及び棒のような鋼構成物の溝切り加工または突っ切り加工に有益な被膜超硬合金インサートを開示する。このインサートは、ＷＣ−Ｃｏ基超硬合金基材が高いＷ合金化Ｃｏバインダ相を有し、且つ比較的薄い被膜が柱状粒を備えたＴｉＣｘＮｙＯｚの内層と、引き続き微細粒のκ−Ａｌ２Ｏ３の層及びＴｉＮの頂部層を含むことを特徴とする。
米国特許６，３４２，２９１号は、鋼またはステンレス鋼の管及び棒のような鋼構成物の溝切り加工または突っ切り加工に有益な被膜超硬合金インサートを開示する。このインサートは、ＷＣ−Ｃｏ基超硬合金基材が高いＷ合金化Ｃｏバインダ相を有し、且つ硬くて耐摩耗性の被膜が、Ｔｉ／Ａｌ比の繰返し変化を備える組成（ＴｉｘＡｌ１−ｘ）Ｎの下層の多層組織を含むことを特徴とする。
本発明の目的は、耐熱性超合金及びステンレス鋼の突っ切り加工及び溝切り加工に特に有効な被覆切削工具インサートを提供することである。
さらに、本発明の目的は、改良された摩耗と切欠け抵抗、及び切れ刃線に沿って改良された被膜付着性を備えた切削工具インサートを提供することである。
比較的薄くて均一な（Ｔｉ、Ａｌ）ＮのＰＶＤ層は、逃げ面と切欠け摩耗の抵抗並びに付着摩耗を一般的に改良し、且つ微細粒の基材を組み合わせ塑性変形に対する兆候名抵抗を備えることが今判明した。
すなわち、本発明は、超硬合金基材と被膜をカラナル切削工具インサートに関する。この超硬合金基材は、５〜７のＣｏ好ましくは５．８〜６．２ｗｔ％のＣｏ最も好ましくは６．０ｗｔ％のＣｏと、０．１５〜０．６０ｗｔ％好ましくは０．２０〜０．３０ｗｔ％のＴａＣと、０．１０〜０．５０ｗｔ％好ましくは０．１０〜０．２０ｗｔ％のＮｂＣと、残部ＷＣと、からなる。この超硬合金ボディは、また、少量のその他の元素を含むことができるが、技術的不純物に相当する水準である。この保磁力は、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍである。
コバルトバインダ相は、所定量のＷと合金化され、所望の特性を発明された超硬合金切削インサートに与える。バインダ相中のＷは、コバルトの磁性特性に影響を及ぼし、したがって、ＣＷ比に関係付けすることができ、
ＣＷ比＝磁気％Ｃｏ／ｗｔ％Ｃｏ
として定義される。磁気％Ｃｏは磁性コバルトの重量パーセントであり、且つｗｔ％Ｃｏは超硬合金中のＣｏの重量パーセントである。
ＣＷ比は、合金化の程度に依存して１〜約０．７５の間で変化する。低いＣＷ比は、より高いＷ含有量に相当し、且つＣＷ比＝１は、バインダ相中のＷの存在しないことに相当する。
改良された切削性能は、超硬合金ボディが、０．８５〜１．００好ましくは０．９〜０．９８最も好ましくは０．９２〜０．９７のＣＷ比を有するときに達成されることが判明した。
被膜は、ｘ＝０．６〜０．６７好ましくはｘ＝０．６２の均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮの層を含む。この層の厚みは、＞１μｍ、好ましくは＞１．８μｍであるが、＜３．８μｍ好ましくは<３．０μｍの厚みを有する。この化学組成と厚みの双方は、ノーズ半径の下の０．２ｍｍの逃げ面上で且つ切れ刃の中心で測定された。
また、本発明は、超硬合金基材と被膜から構成される被覆切削工具インサートの製造方法に関する。この超硬合金基材は、慣用の粉末冶金技術の混練、加圧成形及び焼結を使用して製造し、且つ、５〜７ｗｔ％のＣｏ好ましくは５．８〜６．２ｗｔ％のＣｏ最も好ましくは６．０ｗｔ％のＣｏと、０．１５〜０．６０ｗｔ％のＴａＣ好ましくは０．２０〜０．３０ｗｔ％のＴａＣと、０．１０〜０．５０ｗｔ％のＮｂＣ好ましくは０．１０〜０．２０ｗｔ％のＮｂＣと、残部ＷＣとからなる。この超硬合金ボディは、また、少量のその他の元素を含むことができるが、そのときは、技術的不純物に相当する水準である。この保磁力は、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍである。
このＣＷ比は、０．８５〜１．００好ましくは０．９〜０．９８最も好ましくは０．９２〜０．９７であり、且つカーボンブラックまたはタングステン粉末を粉末混合物に適量添加することにより監視される。
慣用の後焼結処理の後、ｘ＝０．６〜０．６７好ましくはｘ＝０．６２を有する均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮが、適切な組成のＴｉＡｌ合金からなるターゲット材料を使用する陰極アーク蒸発を用いて、Ｎ２ガス雰囲気中において堆積される。被膜の合計厚みは、＞１μｍ好ましくは＞１．５μｍであるが＜３．８μｍ好ましくは＜３．８μｍである。
本発明は、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｓａｎｍａｃ３０４Ｌ及びオーステナイトステンレス鋼のような耐熱性超合金及びステンレス鋼を、３０〜２５０ｍ／分の切削速度及び０．０５〜０．２ｍｍ／回転の送り速度で突っ切り加工及び溝切り加工をする上記にしたがうインサートの用途に関する。
実施例１
均質な（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの被膜が、陰極アーク蒸発によって、旋削加工用のインサートに堆積され、このインサートは、６ｗｔ％のＣｏと、０．１６ｗｔ％のＮｂｃと、０．２３ｗｔ％のＴａｃと、残部ＷＣとの組成を有する超硬合金で作られ、約１．２μｍ平均結晶粒径に相当する２２．５ｋＡ／ｍの保磁力と、０．９５のＣＷ比に相当する５．７ｗｔ％の磁性Ｃｏ含有量とを備えた。この層は、Ｔｉ３３Ａｌ６７合金からなるターゲット材料を用いて堆積された。このアーク蒸発は、Ｎ２ガス雰囲気中で実施された。この層の厚みは、ノーズ半径下の０．２ｍｍの逃げ面上と切れ刃の中心とで測定したとき、２．５μｍであった。この層は、ＳＥＭ−ＥＤＳにより測定したとき、均質な（Ａｌ０．６２Ｔｉ０．３８）Ｎ層からなっていた。
実施例２
Ａ． （市販入手可能）Ａと同じ組成と物理的性質を有する超硬合金溝切り加工インサートは、均質なＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層と、ＴｉＮとＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎとの交互の層を備えたラメラ層と、の一連からなる４．４μｍのＰＶＤ（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎの多層で被覆された。この一連は１２回繰り返された。均質なＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層の厚みは、０．１〜０．２μｍであり、且つラメラ層の厚みは０．１〜０．２μｍであった。このラメラ層中の各々個々のＴｉＮ及びＴｉ０．５Ａｌ０．５Ｎ層の厚みは、０．１〜２０ｎｍであった。多層の平均組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳで測定したＴｉ０．８Ａｌ０．２Ｎであった。
実施例３
Ａ及びＢのインサートは、鋳鉄のオーステナイトステンレス鋼の構成部品の溝の溝切り加工及び倣い削りで試験された。この溝の外径は１６０ｍｍであり、内径は１３１ｍｍであり、且つ溝の幅は６ｍｍであった。
作業 ：溝切り加工及び倣い削り
材料 ：鋳造オーステナイトステンレス鋼、ＣＭＣ１５．２１
インサート形式 ：Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＴＦ
切削速度 ：６０ｍ／分
送り速度 ：０．１５ｍｍ／回転
構成部品あたりの時間 ：３分
仕上げた構成部品の個数、及び分で示す工具寿命の結果：
等級Ａ（本発明） ：５９個の構成部品、加工当たり１７７分
等級Ｂ（先行技術）：１５個の構成部品、加工当たり４５分
実施例４
Ａ及びＢのインサートは、Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８の円錐形の溝切り及び旋削加工で試験をした。この円錐形の外径は４７ｍｍであり、内径は１６ｍｍであった。
作業 ：旋削加工及び溝切り加工
材料 ：Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、ＣＭＣ２０．２２
インサート形式：Ｎ１２３Ｈ２−０４００−０００４−ＴＦ
等級Ａ（本発明） 等級Ｃ（先行技術）
切削速度 ：５０ｍ／分 ４５ｍ／分
送り速度、溝切り加工：０．０８ｍｍ／回転 ＝
送り速度、旋削加工 ：０．１３ｍｍ／回転 ＝
切削深さ ：２ｍｍ ＝
結果：等級Ａの工具寿命は４個の構成部品を３分１７秒で仕上げ加工ができた。等級Ｂの工具寿命は２個の構成部品を３分３１秒で仕上げ加工をした。
実施例５
インサートＡ及びＢがＩｎｃｏｎｅｌ７１８の溝切り加工で試験をした。この溝の外径Ｄｏは１００ｍｍ、内径Ｄｉは８０ｍｍ、及び溝の幅は３ｍｍであった。
作業 ：溝切り加工
材料 ：Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、ＣＭＣ２０．２２
インサート形式 ：Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＧＦ
切削速度 ：４５ｍ／分
送り速度 ：０．０８ｍｍ／回転
螺旋状の切削長さＳＬＣ（ＳＬＣ＝（（Ｄｏ（ｍｍで示した外径）＋Ｄｉ（ｍｍで示した内径））／２×ｎ／１０００）×ｍｍで示した溝の深さ／送り速度ｍｍ／回転×溝の数）、及び０．２ｍｍの予め決めた逃げ面摩耗を分で示した工具寿命の結果：
等級Ａ（本発明） ：ＳＣＬ２００ｍ＝４．４分
等級Ｂ（先行技術）：ＳＣＬ１４０ｍ＝３．１分
実施例６
Ａ及びＢのインサートは、Ｄｏ＝１００ｍｍ、Ｄｉ＝８０ｍｍ及び幅３ｍｍのＩｎｃｏｎｅｌ７１８の溝切り加工において試験された。
作業 ：溝切り加工
材料 ：Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、ＣＭＣ２０．２２
インサート形式：Ｎ１２３Ｆ２−０３００−ＲＯ
切削速度 ：４５ｍ／分
送り速度 ：０．０８ｍｍ／回転
螺旋状の切削長さＳＬＣ、及び０．２ｍｍの予め決めた逃げ面摩耗を分で示した工具寿命の結果：
等級Ａ（本発明） ：ＳＣＬ６３０ｍ＝１４分
等級Ｂ（先行技術）：ＳＣＬ３７０ｍ＝８．２分
実施例７
Ａ及びＢのインサートは、Ｄｏが２０ｍｍ、Ｄｉが６ｍｍ及び幅３ｍｍのステンレス鋼のＳａｎｍａｃ３０４Ｌの溝切り加工において試験された。
作業 ：溝切り加工
材料 ：ＣＭＣ０５．２１、Ｓａｎｍａｃ３０４Ｌ
インサート形式：Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＧＦ
切削速度 ：２２５〜８５ｍ／分
送り速度 ：０．０７ｍｍ／回転
溝の数、及び０．１５ｍｍの予め決めた逃げ面摩耗を分で示した工具寿命の結果：
等級Ａ（本発明） ：２２００個の溝切り加工＝５０．６分
等級Ｂ（先行技術）：８５０個の溝切り加工＝１９．６分

Claims (3)

  1. 耐熱性超合金及びステンレス鋼を突っ切り加工及び溝切り加工するために、基材及び被膜を含んで成る切削工具インサートであって、
    前記基材が、５〜７好ましくは５．８〜６．２ｗｔ％のＣｏ最も好ましくは６．０ｗｔ％のＣｏと、０．１５〜０．６０ｗｔ％のＴａＣ好ましくは０．２０〜０．３０ｗｔ％のＴａＣと、０．１０〜０．５０ｗｔ％のＮｂＣ好ましくは０．１０〜０．２０ｗｔ％のＮｂＣと、残部ＷＣとを含んで成り、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保磁力と、０．８５〜１．００好ましくは０．９〜０．９８最も好ましくは０．９２〜０．９７のＣＷ比と、からなり、且つ
    前記被膜が、ｘ＝０．６〜０．６７好ましくはｘ＝０．６２である均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮの層、及び＞１μｍ好ましくは＞１．８μｍであるが＜３．８μｍ好ましくは＜３．０μｍの厚みを含む、
    ことを特徴とする耐熱性超合金及びステンレス鋼を突っ切り加工及び溝切り加工するために、基材及び被膜を含んで成る切削工具インサート。
  2. 超硬合金基材及び被膜からなる被覆切削工具インサートを製造する方法であって、
    次の工程、
    − 慣用の粉末冶金技術の混練、加圧成形及び焼結を使用して、５〜７ｗｔ％のＣｏ好ましくは５．８〜６．２ｗｔ％のＣｏ最も好ましくは６．０ｗｔ％のＣｏと、０．１５〜０．６０ｗｔ％のＴａＣ好ましくは０．２０〜０．３０ｗｔ％のＴａＣと、０．１０〜０．５０ｗｔ％のＮｂＣ好ましくは０．１０〜０．２０ｗｔ％のＮｂＣと、残部ＷＣとからなり、１９．５〜２４．５ｋＡ／ｍの保磁力と、０．９〜０．９８のＣＷ比とを有する前記基材を準備すること、
    前記基材を慣用の後焼結処理にさらすこと、及び
    ｘ＝０．６〜０．６７好ましくはｘ＝０．６２であるＡｌｘＴｉ１−ｘＮを含む被膜を、適切な組成のＴｉＡｌ合金からなるターゲット材料を用いる陰極アーク蒸発によって、Ｎ２ガス雰囲気中において堆積することにより、前記被膜の合計厚みが、＞１μｍ好ましくは＞１．５μｍであるが＜３．８μｍ好ましくは＜３．０μｍであること、
    を特徴とする超硬合金基材及び被膜からなる切削工具インサートを製造する方法。
  3. Ｉｎｃｏｎｅｌ７１８、Ｓａｎｍａｃ３０４Ｌ及びオーステナイトステンレス鋼のような耐熱性超合金及びステンレス鋼を、３０〜２５０ｍ／分の切削速度及び０．０５〜０．２ｍｍ／回転の送り速度で突っ切り加工及び溝切り加工するための請求項１にしたがうインサートの用途。
JP2006337044A 2005-12-14 2006-12-14 耐熱性超合金（ｈｒｓａ）及びステンレス鋼において突っ切り加工及び溝切り加工に要求される摩耗用の超硬合金インサート Pending JP2007190669A (ja)

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