JP2757580B2 - 表面被覆切削工具およびその製造方法 - Google Patents
表面被覆切削工具およびその製造方法Info
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- cutting tool
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ＷＣ基超硬合金、Ｔ
ｉＣＮ基サーメット、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス、Ａｌ
2 Ｏ3 基セラミックスのいずれか１種を基体とし、その
表面に硬質層を被覆した表面被覆切削工具に関するもの
であり、特に断続切削で使用した場合に優れた耐欠損性
を示すものである。
ｉＣＮ基サーメット、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス、Ａｌ
2 Ｏ3 基セラミックスのいずれか１種を基体とし、その
表面に硬質層を被覆した表面被覆切削工具に関するもの
であり、特に断続切削で使用した場合に優れた耐欠損性
を示すものである。
【０００２】
【従来の技術】ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス、Ａｌ2 Ｏ3 基セラミッ
クスのいずれか１種を基体とし、その表面に周期律表の
４ａ，５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群から選ん
だ１種または２種以上の金属元素と炭素、窒素、酸素お
よびほう素からなる群より選んだ１種または２種以上の
非金属元素の化合物の１種の単層または２種以上の多重
層で構成された硬質層を被覆した表面被覆切削工具は、
広く一般に使用されている。
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックス、Ａｌ2 Ｏ3 基セラミッ
クスのいずれか１種を基体とし、その表面に周期律表の
４ａ，５ａおよび６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群から選ん
だ１種または２種以上の金属元素と炭素、窒素、酸素お
よびほう素からなる群より選んだ１種または２種以上の
非金属元素の化合物の１種の単層または２種以上の多重
層で構成された硬質層を被覆した表面被覆切削工具は、
広く一般に使用されている。
【０００３】なかでも、炭窒化チタン層は、高い耐摩耗
性を有するところから、広く使用されており、この炭窒
化チタン層は、例えば、特公昭５１−２４９８２号公報
では四塩化チタンと水素と窒素とメタンの混合ガスを８
００〜１１５０℃の温度領域に加熱された炉中で化学反
応させることにより形成されることが示されており、ま
た、より低温で被覆する方法として特公昭５７−５３３
０８号公報には、四塩化チタンと水素と有機炭窒化合物
の混合ガスを使用することにより７６０〜９５０℃の温
度領域で熱化学反応による炭窒化チタン層がＷＣ基超硬
合金基体表面に形成できることが示されている。
性を有するところから、広く使用されており、この炭窒
化チタン層は、例えば、特公昭５１−２４９８２号公報
では四塩化チタンと水素と窒素とメタンの混合ガスを８
００〜１１５０℃の温度領域に加熱された炉中で化学反
応させることにより形成されることが示されており、ま
た、より低温で被覆する方法として特公昭５７−５３３
０８号公報には、四塩化チタンと水素と有機炭窒化合物
の混合ガスを使用することにより７６０〜９５０℃の温
度領域で熱化学反応による炭窒化チタン層がＷＣ基超硬
合金基体表面に形成できることが示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記炭窒化チタン層を
少くとも１層含む単層または多重層で構成された硬質層
を被覆した表面被覆切削工具は、高い耐摩耗性を示すも
のの、断続切削などの重切削では欠けやすく、耐欠損性
が十分でないという課題があった。
少くとも１層含む単層または多重層で構成された硬質層
を被覆した表面被覆切削工具は、高い耐摩耗性を示すも
のの、断続切削などの重切削では欠けやすく、耐欠損性
が十分でないという課題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者は、か
かる課題を解決すべく研究を行った結果、通常の化学蒸
着法で被覆した炭窒化チタン層には、基体との熱膨張係
数との差により、高い引張り残留応力が生じていること
がわかり、炭窒化チタン層の引張り残留応力を２０kgｆ
／mm2 以下に緩和することにより耐欠損性が向上すると
いう知見を得たのである。
かる課題を解決すべく研究を行った結果、通常の化学蒸
着法で被覆した炭窒化チタン層には、基体との熱膨張係
数との差により、高い引張り残留応力が生じていること
がわかり、炭窒化チタン層の引張り残留応力を２０kgｆ
／mm2 以下に緩和することにより耐欠損性が向上すると
いう知見を得たのである。
【０００６】この発明は、かかる知見にもとづいてなさ
れたものであって、引張り残留応力が２０kgｆ／mm2 以
下の炭窒化チタン層を少くとも１層含む単層または２種
以上の多重層を被覆してなる表面被覆切削工具およびそ
の製造方法に特徴を有するものである。
れたものであって、引張り残留応力が２０kgｆ／mm2 以
下の炭窒化チタン層を少くとも１層含む単層または２種
以上の多重層を被覆してなる表面被覆切削工具およびそ
の製造方法に特徴を有するものである。
【０００７】上記引張り残留応力が２０kgｆ／mm2 以下
の炭窒化チタン層を形成するためには、少くとも四塩化
チタンと水素と有機炭窒化合物の混合ガスにより、７０
０〜９５０℃の温度域で化学蒸着したのち、平均冷却速
度：１５℃／分以下で５００℃まで冷却する。
の炭窒化チタン層を形成するためには、少くとも四塩化
チタンと水素と有機炭窒化合物の混合ガスにより、７０
０〜９５０℃の温度域で化学蒸着したのち、平均冷却速
度：１５℃／分以下で５００℃まで冷却する。
【０００８】
【実施例】この発明を実施例にもとづいてさらに具体的
に説明する。
に説明する。
【０００９】いずれもＩＳＯ規格ＴＮＧＮ１６０４０８
の形状を有するＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスを用意し、上記ＷＣ基超硬合金に付いてはＩＳ
Ｏ規格Ｋ１０，Ｋ３０，Ｍ２０およびＰ２０に相当する
成分組成の異なった４種類のＷＣ基超硬合金を用意し
た。
の形状を有するＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスを用意し、上記ＷＣ基超硬合金に付いてはＩＳ
Ｏ規格Ｋ１０，Ｋ３０，Ｍ２０およびＰ２０に相当する
成分組成の異なった４種類のＷＣ基超硬合金を用意し
た。
【００１０】上記ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスをそれぞれ基体とし、その表面に表１に示され
るＴｉＣＮ層被覆条件でＴｉＣＮ層を少くとも１層化学
蒸着し、上記ＴｉＣＮ層以外のＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ
層、ＴｉＮ層、Ａｌ2 Ｏ3 層は通常の条件で化学蒸着す
ることにより表２に示される被覆層構造の本発明表面被
覆切削工具１〜７さらに、すべて通常の条件で化学蒸着
することにより表３に示される被覆構造の従来表面被覆
切削工具１〜８を作製した。
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスをそれぞれ基体とし、その表面に表１に示され
るＴｉＣＮ層被覆条件でＴｉＣＮ層を少くとも１層化学
蒸着し、上記ＴｉＣＮ層以外のＴｉＣ層、ＴｉＣＮＯ
層、ＴｉＮ層、Ａｌ2 Ｏ3 層は通常の条件で化学蒸着す
ることにより表２に示される被覆層構造の本発明表面被
覆切削工具１〜７さらに、すべて通常の条件で化学蒸着
することにより表３に示される被覆構造の従来表面被覆
切削工具１〜８を作製した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】上記本発明表面被覆切削工具１〜７および
従来表面被覆切削工具１〜８の被覆層のＴｉＣＮ層の引
張り残留応力をＸ線回折による２θ− sin2 ψ法を用い
て測定し、それらの測定結果を表４に示すとともに、上
記本発明表面被覆切削工具１〜７および従来表面被覆切
削工具１〜８のそれぞれ１０切れ刃を用いて下記の条件
の断続切削テストを行い、１０切れ刃の欠損が生じるま
での衝撃回数を求めてその平均値を表４に示した。
従来表面被覆切削工具１〜８の被覆層のＴｉＣＮ層の引
張り残留応力をＸ線回折による２θ− sin2 ψ法を用い
て測定し、それらの測定結果を表４に示すとともに、上
記本発明表面被覆切削工具１〜７および従来表面被覆切
削工具１〜８のそれぞれ１０切れ刃を用いて下記の条件
の断続切削テストを行い、１０切れ刃の欠損が生じるま
での衝撃回数を求めてその平均値を表４に示した。
【００１５】断続切削テスト条件 被削材：ＳＮＣＭ４３９（ＨB ３２０）の角材、 切削速度：１２０ｍ／分、 送り：０．５mm／rev 、 切込み：４mm
【００１６】
【表４】
【００１７】
【発明の効果】表２および表３に示されるように、本発
明表面被覆切削工具１と従来表面被覆切削工具１とは、
基体の種類並びにＴｉＣＮ層を含む被覆層の成分組成お
よび厚さが同じであるが、表１に示されるようにＴｉＣ
Ｎ層形成のためのガスの混合成分を変え同時に５００℃
までの平均冷却速度を低く抑えて形成された引張り残留
応力：２０kgｆ／mm2 以下のＴｉＣＮ層を少くとも１層
被覆した本発明表面被覆切削工具１は、上記引張り残留
応力が２０kgｆ／mm2 を越えるＴｉＣＮ層を含む硬質層
を被覆した従来表面被覆切削工具１に比べて耐欠損性が
優れていることは表４に示された結果から明らかであ
る。
明表面被覆切削工具１と従来表面被覆切削工具１とは、
基体の種類並びにＴｉＣＮ層を含む被覆層の成分組成お
よび厚さが同じであるが、表１に示されるようにＴｉＣ
Ｎ層形成のためのガスの混合成分を変え同時に５００℃
までの平均冷却速度を低く抑えて形成された引張り残留
応力：２０kgｆ／mm2 以下のＴｉＣＮ層を少くとも１層
被覆した本発明表面被覆切削工具１は、上記引張り残留
応力が２０kgｆ／mm2 を越えるＴｉＣＮ層を含む硬質層
を被覆した従来表面被覆切削工具１に比べて耐欠損性が
優れていることは表４に示された結果から明らかであ
る。
【００１８】以上、本発明表面被覆切削工具１と従来表
面被覆切削工具とを比較したが、本発明表面被覆切削工
具２〜７と従来表面被覆切削工具２〜６をそれぞれ比較
しても同じ傾向を示すことは表４の結果から明らかであ
る。
面被覆切削工具とを比較したが、本発明表面被覆切削工
具２〜７と従来表面被覆切削工具２〜６をそれぞれ比較
しても同じ傾向を示すことは表４の結果から明らかであ
る。
【００１９】さらに、ＴｉＣＮ層被覆の際の温度および
ガスの混合成分が同じであっても、５００℃までの平均
冷却速度の速い従来表面被覆切削工具７，８を平均冷却
速度の遅い本発明表面被覆切削工具３，５とそれぞれ比
較すると、従来表面被覆切削工具７，８のＴｉＣＮ層
は、やはりその引張り残留応力が２０kgｆ／mm2 を越え
ており、その切削性能も有機炭窒化合物を使用しないも
のよりは良いものの、本発明表面被覆切削工具３，５よ
りは著しく劣る結果となっている。
ガスの混合成分が同じであっても、５００℃までの平均
冷却速度の速い従来表面被覆切削工具７，８を平均冷却
速度の遅い本発明表面被覆切削工具３，５とそれぞれ比
較すると、従来表面被覆切削工具７，８のＴｉＣＮ層
は、やはりその引張り残留応力が２０kgｆ／mm2 を越え
ており、その切削性能も有機炭窒化合物を使用しないも
のよりは良いものの、本発明表面被覆切削工具３，５よ
りは著しく劣る結果となっている。
【００２０】上述のように、この発明は、ＴｉＣＮ層を
化学蒸着するための条件および冷却条件を変えるだけで
簡単に耐欠損性の優れた表面被覆切削工具を提供するこ
とができ、産業上すぐれた効果を奏するものである。
化学蒸着するための条件および冷却条件を変えるだけで
簡単に耐欠損性の優れた表面被覆切削工具を提供するこ
とができ、産業上すぐれた効果を奏するものである。
Claims (2)
- 【請求項１】 ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に周期律
表の４ａ，５ａ，および６ａ族金属、Ａｌ，Ｓｉの群か
ら選んだ１種または２種以上の金属元素と炭素、窒素、
酸素およびほう素からなる群より選んだ１種または２種
以上の非金属元素の化合物の１種の単層または２種以上
の多重層で構成された硬質層を被覆してなる表面被覆切
削工具において、上記１種の単層または２種以上の多重
層は、２０kgｆ／mm2 以下の引張り残留応力を有する炭
窒化チタンを少くとも１層含むことを特徴とする表面被
覆切削工具。 - 【請求項２】 ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメッ
ト、Ｓｉ3 Ｎ4 基セラミックスおよびＡｌ2 Ｏ3 基セラ
ミックスのいずれか１種を基体とし、その表面に、四塩
化チタンと水素と有機炭窒化合物を必須成分とする混合
ガスにより７００〜９５０℃の温度域で少くとも１層の
炭窒化チタン層を被覆して上記炭窒化チタン層を少くと
も１層を含む硬質層を形成し、ついで、この硬質層を平
均冷却速度：１５℃／分以下の冷却速度で５００℃まで
冷却することを特徴とする請求項１記載の表面被覆切削
工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8973291A JP2757580B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8973291A JP2757580B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04300103A JPH04300103A (ja) | 1992-10-23 |
| JP2757580B2 true JP2757580B2 (ja) | 1998-05-25 |
Family
ID=13978939
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8973291A Expired - Lifetime JP2757580B2 (ja) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | 表面被覆切削工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2757580B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2948803B1 (ja) | 1998-03-31 | 1999-09-13 | 日本特殊陶業株式会社 | サーメット工具及びその製造方法 |
| JP5152660B2 (ja) * | 2008-08-21 | 2013-02-27 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 切削工具およびその製造方法 |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP8973291A patent/JP2757580B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04300103A (ja) | 1992-10-23 |
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