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JP2009142982A - 被膜付き切削工具インサート - Google Patents

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Abstract

【課題】鋼およびステンレス鋼の機械加工性能を高めた被膜付き工具を提供する。
【解決手段】超硬合金基材と被膜とを有し、特に鋼またはステンレス鋼を湿式または乾式で機械加工するのに有用な切削工具インサートにおいて、
上記被膜が、
総厚さ０．５〜５μｍ、望ましくは１〜４μｍで、柱状粒のＴｉ１−ｘＡｌｘＮの層であって、０．２５≦ｘ≦０．７、望ましくはｘ＞０．４である第１層すなわち最内層と、
厚さ１〜５μｍ、望ましくは１．５〜４．５μｍ、最も望ましくは２〜４μｍで、柱状粒の（Ａｌ１−ｙＣｒｙ）２Ｏ３層であって、０．１≦ｙ≦０．６、望ましくはｙ＝０．５である層と
を含むことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に湿式または乾式で鋼およびステンレス鋼を機械加工するのに有用な被膜付き超硬合金インサート（切削工具）に関する。
低・中合金鋼およびステンレス鋼を超硬合金工具で機械加工する場合、刃先の摩耗は、化学的摩耗、アブレシブ摩耗、凝着摩耗などの種々の摩耗機構により、また、刃先に沿って生成する亀裂に起因する刃欠けによって発生する。どの摩耗機構が主因となるかは用途によって決まり、被加工材の性質、切削条件、工具材料の性質によって異なる。一般に、工具の全ての性質を同時に向上させることは非常に困難なため、市販の超硬合金は上述の摩耗タイプの内の１種または２〜３種に対して最適化されるのが普通であり、その結果、特定の用途に対して最適化される。
特許文献1には、未加工表層の有るまたは無い低・中合金鋼やステンレス鋼を乾式または湿式で機械加工、望ましくはフライス加工するのに特に有用な被膜付き切削工具インサートが開示されている。このインサートの特徴は、ＷＣ−ＴａＣ−ＮｂＣ−Ｃｏ系超硬合金にＷ添加Ｃｏバインダ相を有し、柱状粒のＴｉＣＸＮＹＯＺ最内層と、少なくともすくい面上の平滑αＡｌ２Ｏ３の表面層とを含む被膜を備えている点である。
特許文献２には、ＰＶＤによる（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と、その上のＰＶＤによるアルミナ層とを備えた被膜付き切削工具が開示されている。
特許文献３には、主として（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３結晶でＣｒ含有量が５at％より多く、（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３が単結晶である硬質被膜が開示されている。この被膜は５００℃以下の温度で堆積されている。この硬質被膜はＣＶＤまたはＰＶＤで堆積されている。
国際出願公開WO 2007/069973 アメリカ合衆国特許第5,879,823号 アメリカ合衆国特許第5,310,607号
本発明は、鋼およびステンレス鋼の機械加工性能を高めた被膜付き工具を提供することを目的とする。
本発明の切削工具インサートは、超硬合金基材に、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ第１層すなわち最内層と（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３第２層とを含む耐摩耗被膜を備えている。
図１は、本発明の超硬合金インサートの破面の走査電子顕微鏡像（×２０００）であり、１は超硬合金基材、２は（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ最内層、３は（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３層である。
超硬合金基材上に堆積した被膜は、
総厚さ０．５〜５μｍ、望ましくは１〜４μｍで、柱状粒のＴｉ１−ｘＡｌｘＮの層であり、０．２５≦ｘ≦０．７、望ましくはｘ＞０．４である第１層すなわち最内層と、
厚さ１〜５μｍ、望ましくは１．５〜４．５μｍ、最も望ましくは２〜４μｍで、柱状粒の（Ａｌ１−ｙＣｒｙ）２Ｏ３層であり、０．１≦ｙ≦０．６、望ましくはｙ＝０．５である層と
を含む。
更に一つの実施形態においては、（Ａｌ１−ｙＣｒｙ）２Ｏ３層上に、厚さ１μｍ未満の薄いＴｉＮ層がある。
第１の実施形態においては、超硬合金基材の組成は、９．３〜１０．９wt％Ｃｏ、望ましくは９．７５〜１０．７wt％Ｃｏ、最も望ましくは９．９〜１０．５wt％Ｃｏ、０．５〜２．５wt％、望ましくは１．０〜２．０wt％、最も望ましくは１．２〜１．８wt％の総量のＴｉ、ＮｂおよびＴａ、および残部ＷＣから成る。Ｔｉ、Ｔａおよび／またはＮｂは一部または全部を周期律表ＩＶｂ族、Ｖｂ族、またはＶＩｂ族の他の元素と置換しても良い。望ましくはＴｉ含有量は不可避的不純物レベルである。望ましくはＴａとＮｂとの質量濃度比は、７．０〜１２．０、望ましくは７．６〜１１．４、最も望ましくは８．２〜１０．５である。超硬合金の保磁力（Ｈｃ）は、１０〜１５、望ましくは１１〜１４、最も望ましくは１１．５〜１３．５ｋＡ／ｍである。
第２の実施形態においては、超硬合金基材の組成は、４．７〜５．９wt％Ｃｏ、望ましくは４．９〜５．６wt％Ｃｏ、最も望ましくは５．０〜５．５wt％Ｃｏ、５．０〜１０．０wt％、望ましくは６．０〜９．０wt％、最も望ましくは７．０〜８．０wt％の総量のＴｉ、ＮｂおよびＴａ、および残部ＷＣから成る。Ｔｉ、Ｔａおよび／またはＮｂは一部または全部を周期律表ＩＶｂ族、Ｖｂ族、またはＶＩｂ族の他の元素と置換しても良い。望ましくはＴａとＮｂとの質量濃度比は、１．０〜５．０、望ましくは１．５〜４．５である。超硬合金の保磁力（Ｈｃ）は、１１〜１７、望ましくは１２〜１６、最も望ましくは１３〜１５ｋＡ／ｍである。
本発明の切削工具インサートは粉末冶金法により、すなわち、硬質成分形成用の粉末とバインダ相形成用の粉末とを湿式混練し、得られた混合物を加圧成型して所望寸法形状の部材を形成し、これを焼結することにより作製され、上述の組成を有する超硬合金基材と（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層と（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３層とを有する被膜とを含む。
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は公知の方法を用いてアーク堆積する。（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３層はアメリカ合衆国特許公開公報US2007/0000772の実施例１によって堆積する。
別の実施形態においては、（Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３層上に、厚さ１μｍ未満の薄いＴｉＮ層を公知の方法を用いて堆積する。
もう一つの望ましい実施形態においては、上述の切削工具インサートに被膜を被覆した後の処理として、湿式でブラスト処理またはブラッシング処理を施して、被膜付き工具の表面品質を高める。
本発明はまた、上述の切削工具インサートを、切削速度７５〜６００ｍ／ｍｉｎ、望ましくは１５０〜５００ｍ、切削速度とインサート形状とに応じた平均送り（フライス加工の場合は１歯当たり平均送り）０．０８〜０．５ｍｍ、望ましくは０．１〜０．４ｍｍで、ステンレス鋼および鋼を機械加工するために使用することにも関する。
〔実施例１〕
グレードＡ
組成が１０．３wt％Ｃｏ、１．３５wt％Ｔａ、０．１５wt％Ｎｂ、残部ＷＣである超硬合金基材を、従来方法により、すなわち、粉末の混練、未焼成材の加圧成型、１４３０℃での焼成により製造した。得られた超硬合金のＨｃ値は１２．５ｋＡ／ｍであり、この値は平均切片長さが約０．７μｍであることを示している。この超硬合金基材に、公知のアーク蒸着法により厚さ３．０μｍの厚い柱状粒の（Ｔｉ０．５Ａｌ０．５）Ｎ層と、アメリカ合衆国特許出願公開US2007/0000772の実施例１により厚さ２．９μｍの厚い柱状粒の（Ｔｉ０．５Ａｌ０．５）２Ｏ３とを被覆した。図1に、得られた被膜付き超硬合金の破面の走査電子顕微鏡像（×２００００）を示す。
〔実施例２〕
グレードＢ
実施例１の処理を行った。ただし基材として、組成が５．３wt％Ｃｏ、２．０wt％Ｔｉ、３．４wt％Ｔａ、２．０wt％Ｎｂ、残部ＷＣである超硬合金基材を用いた。Ｈｃ値は１３．８ｋＡ／ｍであった。
〔実施例３〕
グレードＣ
実施例１および２の各基材上に、公知のアーク蒸着法により、６．０μｍのＴｉ０．３３Ａｌ０．６７Ｎ層を堆積した。
〔実施例４〕
グレードＡとグレードＣを鋼の機械加工により試験した。
同一の最大逃げ面摩耗となったときに試験を停止した。本発明のグレードは耐摩耗性が大幅に向上した。
〔実施例５〕
グレードＡとグレードＣをステンレス鋼の機械加工により試験した。
同一の最大逃げ面摩耗となったときに試験を停止した。本発明のグレードは耐摩耗性が大幅に向上した。
〔実施例６〕
グレードＢとグレードＣをステンレス鋼の機械加工により試験した。
同一の最大逃げ面摩耗となったときに試験を停止した。本発明のグレードは耐摩耗性が大幅に向上した。
〔実施例７〕
グレードＢとグレードＣを鋼の機械加工により試験した。
同一の最大逃げ面摩耗となったときに試験を停止した。本発明のグレードは耐摩耗性が大幅に向上した。
１ 超硬合金基材
２ （Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ最内層
３ （Ａｌ，Ｃｒ）２Ｏ３層

Claims (5)

  1. 超硬合金基材と被膜とを有し、特に鋼またはステンレス鋼を湿式または乾式で機械加工するのに有用な切削工具インサートにおいて、
    上記被膜が、
    総厚さ０．５〜５μｍ、望ましくは１〜４μｍで、柱状粒のＴｉ１−ｘＡｌｘＮの層であって、０．２５≦ｘ≦０．７、望ましくはｘ＞０．４である第１層すなわち最内層と、
    厚さ１〜５μｍ、望ましくは１．５〜４．５μｍ、最も望ましくは２〜４μｍで、柱状粒の（Ａｌ１−ｙＣｒｙ）２Ｏ３層であって、０．１≦ｙ≦０．６、望ましくはｙ＝０．５である層と
    を含むことを特徴とする切削工具インサート。
  2. 上記先行する請求項において、上記基材は、組成が９．３〜１０．９wt％Ｃｏ、望ましくは９．７５〜１０．７wt％Ｃｏ、０．５〜２．５wt％、望ましくは１．０〜２．０wt％の総量のＮｂおよびＴａの立法晶炭化物、および残部ＷＣから成り、保磁力が１０〜１５、望ましくは１１〜１４ｋＡ／ｍであって、望ましくはＴａとＮｂとの質量濃度比が７．０〜１２．０、望ましくは７．６〜１１．４であることを特徴とする切削工具インサート。
  3. 請求項１において、上記基材は、組成が４．７〜５．９wt％Ｃｏ、望ましくは４．９〜５．６wt％Ｃｏ、最も望ましくは５．０〜５．５wt％Ｃｏ、５．０〜１０．０wt％、望ましくは６．０〜９．０wt％、最も望ましくは７．０〜８．０wt％の総量のＴｉ、ＮｂおよびＴａ、および残部ＷＣから成り、保磁力が１１〜１７、望ましくは１２〜１６、最も望ましくは１３〜１５ｋＡ／ｍであって、望ましくはＴａとＮｂとの質量濃度比が１．０〜５．０、望ましくは１．５〜４．５であることを特徴とする切削工具インサート。
  4. 上記先行する請求項のいずれかにおいて、上記（Ａｌ１−ｙＣｒｙ）２Ｏ３層上に薄いＴｉＮ表層を備えていることを特徴とする切削工具インサート。
  5. 請求項１〜４のいずれか切削工具インサートを、切削速度７５〜６００ｍ／ｍｉｎ、望ましくは１５０〜５００ｍ、切削速度とインサート形状とに応じた平均送り、フライス加工の場合は１歯当たり平均送り、０．０８〜０．５ｍｍ、望ましくは０．１〜０．４ｍｍで、ステンレス鋼および鋼を機械加工するために使用すること。
JP2008316872A 2007-12-14 2008-12-12 被膜付き切削工具インサート Pending JP2009142982A (ja)

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