JPH0726368A - 耐摩耗性に優れた被覆切削工具 - Google Patents
耐摩耗性に優れた被覆切削工具Info
- Publication number
- JPH0726368A JPH0726368A JP19410893A JP19410893A JPH0726368A JP H0726368 A JPH0726368 A JP H0726368A JP 19410893 A JP19410893 A JP 19410893A JP 19410893 A JP19410893 A JP 19410893A JP H0726368 A JPH0726368 A JP H0726368A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cbn
- layer
- cutting tool
- coated cutting
- cvd
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本願発明は、耐摩耗性に優れる被覆切削工具
を提供することを目的とする。 【構成】 炭化タングステン基超硬合金の表面に化学蒸
着法（ＣＶＤ）または物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆
した元素周期律表の４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化物、
窒化物、炭窒化物及びアルミナのうち１種または２種以
上で構成される１層または２層以上の被覆層、及びその
平均粒径が２０オングストローム〜１０００オングスト
ロームのＣＢＮ多結晶で構成される層より成る硬質被覆
層を１μｍ以上１０μｍ以下の厚みで設けた耐摩耗性に
優れた被覆切削工具。
を提供することを目的とする。 【構成】 炭化タングステン基超硬合金の表面に化学蒸
着法（ＣＶＤ）または物理蒸着法（ＰＶＤ）により被覆
した元素周期律表の４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化物、
窒化物、炭窒化物及びアルミナのうち１種または２種以
上で構成される１層または２層以上の被覆層、及びその
平均粒径が２０オングストローム〜１０００オングスト
ロームのＣＢＮ多結晶で構成される層より成る硬質被覆
層を１μｍ以上１０μｍ以下の厚みで設けた耐摩耗性に
優れた被覆切削工具。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は耐摩耗性を要求される被
覆切削工具に関する。
覆切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来の被覆切削工具は、炭化タングステ
ン基超硬合金やＴｉＣ基またはＴｉＣＮ基サーメット合
金の表面にむＣＶＤまたはＰＶＤ法により被覆した元素
周期律表の４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、
炭窒化物及びアルミナのうち１種または２種以上で被覆
したいわゆる被覆工具が一般に用いられている。
ン基超硬合金やＴｉＣ基またはＴｉＣＮ基サーメット合
金の表面にむＣＶＤまたはＰＶＤ法により被覆した元素
周期律表の４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、
炭窒化物及びアルミナのうち１種または２種以上で被覆
したいわゆる被覆工具が一般に用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら被覆切削
工具は従来の非被覆工具が一般に切削速度１００ｍ／ｍ
ｉｎ以下で用いられるのに比較して、１５０〜４００ｍ
／ｍｉｎと極めて過酷な条件で使用される。このため基
体の軟化温度をはるかに超える切削熱が発生することが
しばしばで、工具寿命が急速に低下することになる。
工具は従来の非被覆工具が一般に切削速度１００ｍ／ｍ
ｉｎ以下で用いられるのに比較して、１５０〜４００ｍ
／ｍｉｎと極めて過酷な条件で使用される。このため基
体の軟化温度をはるかに超える切削熱が発生することが
しばしばで、工具寿命が急速に低下することになる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そのため、本発明者らは
この切削熱の発生機構を詳細に検討した結果、切削熱は
工具と被加工物との摩擦抵抗を少なくすると劇的に低減
されること、さらに発生した熱はＣＢＮのように非常に
高い熱伝導性を有する膜を被覆膜内に設けることによっ
て刃先に局在しがちな切削熱を広域に分散させ、結果と
して工具寿命が大幅に延びることを見いだした。
この切削熱の発生機構を詳細に検討した結果、切削熱は
工具と被加工物との摩擦抵抗を少なくすると劇的に低減
されること、さらに発生した熱はＣＢＮのように非常に
高い熱伝導性を有する膜を被覆膜内に設けることによっ
て刃先に局在しがちな切削熱を広域に分散させ、結果と
して工具寿命が大幅に延びることを見いだした。
【０００５】
【作用】ここでＣＢＮ層は平均粒径が２０オングストロ
ーム〜１０００オングストロームのＣＢＮ粒を電着また
はもしくは塗布にて形成させ、そのその厚みを１μｍ以
上１０μｍ以下とする事が望ましい。１μｍ未満では熱
の拡散効果が充分でなく、１０μｍを超えると膜の靱性
が著しく低下しいずれも本発明の目的に反する。
ーム〜１０００オングストロームのＣＢＮ粒を電着また
はもしくは塗布にて形成させ、そのその厚みを１μｍ以
上１０μｍ以下とする事が望ましい。１μｍ未満では熱
の拡散効果が充分でなく、１０μｍを超えると膜の靱性
が著しく低下しいずれも本発明の目的に反する。
【０００６】ＣＢＮ層は平均粒径が２０オングストロー
ム〜１０００オングストロームのＣＢＮ粒を使用するこ
とが望ましく、２０オングストローム未満では基体もし
くは他の硬質皮膜との密着強度が弱くなり、また１００
０オングストロームを超えるとＣＢＮ層の靱性が低下し
いずれも本発明の目的に反する。硬質被覆層は、ＣＶＤ
またはＰＶＤ法により被覆した元素周期律表の４ａ、５
ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びアルミ
ナのうち１種または２種以上とで構成される１層または
２層以上の被覆層とする。
ム〜１０００オングストロームのＣＢＮ粒を使用するこ
とが望ましく、２０オングストローム未満では基体もし
くは他の硬質皮膜との密着強度が弱くなり、また１００
０オングストロームを超えるとＣＢＮ層の靱性が低下し
いずれも本発明の目的に反する。硬質被覆層は、ＣＶＤ
またはＰＶＤ法により被覆した元素周期律表の４ａ、５
ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びアルミ
ナのうち１種または２種以上とで構成される１層または
２層以上の被覆層とする。
【０００７】ＣＶＤ法はＰＶＤ法に比較して被覆処理温
度が一般に高いが、ＣＢＮは１０００℃の高温でも安定
で変態を招かないため、膜の共存は可能である。また現
時点で最も広範に用いられている元素周期律表の４ａ、
５ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びアル
ミナのうち１種または２種以上とで構成される１層また
は２層以上の被覆層を硬質皮膜とすることは、該硬質皮
膜を服した工具の耐摩耗性の改善が本発明の目的である
から必須である。
度が一般に高いが、ＣＢＮは１０００℃の高温でも安定
で変態を招かないため、膜の共存は可能である。また現
時点で最も広範に用いられている元素周期律表の４ａ、
５ａ、６ａ属金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びアル
ミナのうち１種または２種以上とで構成される１層また
は２層以上の被覆層を硬質皮膜とすることは、該硬質皮
膜を服した工具の耐摩耗性の改善が本発明の目的である
から必須である。
【０００８】ＣＢＮ層とＣＶＤまたはＰＶＤ皮膜層との
位置関係によって発揮される工具の切削特性が異なって
くる。基体／ＣＢＮ／ＣＶＤまたはＰＶＤ層の構成で
は、切削熱が基体をかいして多量に拡散されやすく耐熱
性が大幅に改善される。基体／ＣＶＤまたはＰＶＤ／Ｃ
ＢＮ層の構成では、ＣＢＮ層の持つ極めて小さな摩擦係
数のため切削抵抗が軽減され結果として切削時の発熱が
減少し工具の損傷が低減されて工具寿命の延長が可能と
なる。
位置関係によって発揮される工具の切削特性が異なって
くる。基体／ＣＢＮ／ＣＶＤまたはＰＶＤ層の構成で
は、切削熱が基体をかいして多量に拡散されやすく耐熱
性が大幅に改善される。基体／ＣＶＤまたはＰＶＤ／Ｃ
ＢＮ層の構成では、ＣＢＮ層の持つ極めて小さな摩擦係
数のため切削抵抗が軽減され結果として切削時の発熱が
減少し工具の損傷が低減されて工具寿命の延長が可能と
なる。
【０００９】基体／ＣＶＤまたはＰＶＤ／ＣＢＮ／ＣＶ
ＤまたはＰＶＤ層の構成では、ＣＢＮ層の酸化を上部の
ＣＶＤまたはＰＶＤ層か抑止しながら、ＣＢＮ層が高耐
摩耗性を発揮するため従来の工具に比較して工具寿命が
飛躍的に延長される。基体／微細クラックを導入したＣ
ＶＤまたはＰＶＤ／ＣＢＮ／ＣＶＤまたはＰＶＤ層の構
成では、残留応力を軽減するために導入した微細クラッ
クが切欠き効果でかえって欠損の原因になるのを防ぐた
めに該クラックの空隙部を微細粒で構成されるＣＢＮ層
で充填すると同時にＣＢＮの有する耐摩耗性をのため工
具寿命が飛躍的に延長される。
ＤまたはＰＶＤ層の構成では、ＣＢＮ層の酸化を上部の
ＣＶＤまたはＰＶＤ層か抑止しながら、ＣＢＮ層が高耐
摩耗性を発揮するため従来の工具に比較して工具寿命が
飛躍的に延長される。基体／微細クラックを導入したＣ
ＶＤまたはＰＶＤ／ＣＢＮ／ＣＶＤまたはＰＶＤ層の構
成では、残留応力を軽減するために導入した微細クラッ
クが切欠き効果でかえって欠損の原因になるのを防ぐた
めに該クラックの空隙部を微細粒で構成されるＣＢＮ層
で充填すると同時にＣＢＮの有する耐摩耗性をのため工
具寿命が飛躍的に延長される。
【００１０】基体の表面にＣＢＮ多結晶膜を被覆する前
にショットブラスト等の物理的手段で基体表面の表面粗
さを３〜２５μｍとすると、表面／ＣＢＮ層の密着強度
が飛躍的に向上する。その理由はいわゆるアンカー効果
と言われるもので、表面の凹凸と皮膜の凹凸がうまく噛
み合うためと、両者の接触面積が増加するためである。
その厚さが３μｍ未満ではその効果が少なく２５μｍを
超えると膜が剥がれやすく耐摩耗性が低下する。基体に
付いては炭化タングステン基超硬合金やＴｉＣ基または
ＴｉＣＮ基サーメット合金いずれも該被覆を行うことに
より著しい耐摩耗性の向上が得られ、本発明の目的が達
成される。以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
にショットブラスト等の物理的手段で基体表面の表面粗
さを３〜２５μｍとすると、表面／ＣＢＮ層の密着強度
が飛躍的に向上する。その理由はいわゆるアンカー効果
と言われるもので、表面の凹凸と皮膜の凹凸がうまく噛
み合うためと、両者の接触面積が増加するためである。
その厚さが３μｍ未満ではその効果が少なく２５μｍを
超えると膜が剥がれやすく耐摩耗性が低下する。基体に
付いては炭化タングステン基超硬合金やＴｉＣ基または
ＴｉＣＮ基サーメット合金いずれも該被覆を行うことに
より著しい耐摩耗性の向上が得られ、本発明の目的が達
成される。以下、実施例に基づいて詳細に説明する。
【００１１】
【実施例】ＷＣ９０％、ＴｉＣ２％、ＴａＣ１％、Ｃｏ
７％の組成からなる超硬合金１、および、ＴｉＣ６３
％、Ｍｏ2Ｃ １０％、ＷＣ１０％、Ｃｏ６％、Ｎｉ６％
の組成からなるＴｉＣ基サーメット合金２、ＴｉＣＮ６
１％、ＷＣ１０％、ＮｂＣ１０％、、Ｍｏ2Ｃ５％、Ｃ
ｏ７％、Ｎｉ７％の組成からなるＴｉＣＮ基サーメット
合金３を基体とし、被覆はＣＶＤまたはＰＶＤを用いて
ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＨｆＣ、ＷＣ、Ｃｒ3Ｃ2等
を成膜した。
７％の組成からなる超硬合金１、および、ＴｉＣ６３
％、Ｍｏ2Ｃ １０％、ＷＣ１０％、Ｃｏ６％、Ｎｉ６％
の組成からなるＴｉＣ基サーメット合金２、ＴｉＣＮ６
１％、ＷＣ１０％、ＮｂＣ１０％、、Ｍｏ2Ｃ５％、Ｃ
ｏ７％、Ｎｉ７％の組成からなるＴｉＣＮ基サーメット
合金３を基体とし、被覆はＣＶＤまたはＰＶＤを用いて
ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＮ、ＨｆＣ、ＷＣ、Ｃｒ3Ｃ2等
を成膜した。
【００１２】またＣＢＮ多結晶層は平均粒径が２０〜１
０００オングストロームの範囲の超微粒ＣＢＮを電解メ
ッキ溶液に分散させメツキ法で形成した。こうして得ら
れた被覆切削工具を次に示す条件で切削試験を行い耐摩
耗性を比較した。 被削材 Ｓ５３Ｃ 切削条件 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み ２ｍｍ 工具形状 ＳＮＭＡ１２０４０８ 判定基準 長手連続切削でフランク摩耗幅０．３ｍｍま
での切削時間 その結果を表１に示す。
０００オングストロームの範囲の超微粒ＣＢＮを電解メ
ッキ溶液に分散させメツキ法で形成した。こうして得ら
れた被覆切削工具を次に示す条件で切削試験を行い耐摩
耗性を比較した。 被削材 Ｓ５３Ｃ 切削条件 切削速度 １８０ｍ／ｍｉｎ 送り ０．３ｍｍ／ｒｅｖ 切り込み ２ｍｍ 工具形状 ＳＮＭＡ１２０４０８ 判定基準 長手連続切削でフランク摩耗幅０．３ｍｍま
での切削時間 その結果を表１に示す。
【００１３】
【表１】 試料番号 基体 ＣＢＮ径 ＣＢＮ層厚み 膜構成 工具寿命 Ａ μｍ 基体側より ｍｉｎ 比較例 １ １ ８ ５ CBN/TiC/TiN ２０ 比較例 ２ １ ８ ５ TiN/CBN/TiC ２２ 比較例 ３ １ ８ ５ TiC/TiN/CBN １６ 比較例 ４ １ ８ ５ TiC/TiN １４ 比較例 ５ １ １８ ５ CBN/TiC/TiN ２４ 本発明例 ６ １ ２１ ５ CBN/TiC/TiN ７０ 本発明例 ７ １ ４００ ５ CBN/TiC/TiN ８８ 本発明例 ８ １ ９５０ ５ CBN/TiC/TiN １１１ 本発明例 ９ １ １０５０ ５ CBN/TiC/TiN ２６ 本発明例 １０ １ ７００ ５ TiC/CBN/TiN １００ 本発明例 １１ １ ７００ ５ TiC/TiN/CBN ９８ 比較例 １２ １ ７００ ０．８ TiC/TiN/CBN １９ 本発明例 １３ １ ７００ １．１ TiC/TiN/CBN ７８ 本発明例 １４ １ ７００ ９ TiC/TiN/CBN １２０ 比較例 １５ １ ７００ １１ TiC/TiN/CBN ２２ 本発明例 １６ １ ３００ ４ TiN/CBN/WC ９８ 本発明例 １７ １ ３００ ４ TiN/CBN/HfC １１４ 本発明例 １８ １ ３００ ４ TiN/CBN/CrC ８０ 本発明例 １９ １ ３００ ４ TiN/CBN/TiCN １４７ 本発明例 ２０ １ ３００ ４ TiN/CBN/TiCN １７６ 本発明例 ２１ １ ３００ ４ TiN/CBN/TiCN ２０１ 比較例 ２２ １ ３００ ４ TiN/TiCN ３４ 比較例 ２３ １ ３００ ４ TiN/TiCN ３２ 本発明例 ２４ １ ３００ ４ CBN/TiN/TiCN １４３ 本発明例 ２５ １ ３００ ４ TiN/TiCN/CBN １５１ 本発明例 ２６ １ ３００ ４ (TiN/TiCN)/CBN/TiCN １２１ 本発明例 ２７ １ ３００ ４ (TiN/TiCN)/CBN/TiCN ２２１ 本発明例 ２８ １ ３００ ４ (TiN/TiCN)/CBN/TiCN ２４５ 本発明例 ２９ １ ３００ ４ (2)CBN/TiN/TiCN １３６ 本発明例 ３０ １ ３００ ４ (4)CBN/TiN/TiCN ２０４ 本発明例 ３１ １ ３００ ４ (24)CBN/TiN/TiCN ２１１ 本発明例 ３２ １ ３００ ４ (30)CBN/TiN/TiCN ４５ (TiN/TiCN)；成膜後ショットブラスト処理 ( )CBN ；ショットブラスト後ＣＢＮ被覆で、( )内
の数値は、表面粗さを示す。
の数値は、表面粗さを示す。
【００１４】
【発明の効果】表１より本発明は、ＣＶＤまたはＰＶＤ
膜にＣＢＮ層を付加することにより切削工具の耐摩耗性
を著しく向上させることができ、産業上の利用価値は顕
著である。
膜にＣＢＮ層を付加することにより切削工具の耐摩耗性
を著しく向上させることができ、産業上の利用価値は顕
著である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２３Ｃ 16/56 28/00 Ａ
Claims (8)
- 【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金の表面に化
学蒸着法（ＣＶＤ）または物理蒸着法（ＰＶＤ）により
被覆した元素周期律表の４ａ、５ａ、６ａ属金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物及びアルミナのうち１種または２
種以上で構成される１層または２層以上の被覆層、及び
その平均粒径が２０オングストローム〜１０００オング
ストロームのＣＢＮ多結晶で構成される層より成る硬質
被覆層を１μｍ以上１０μｍ以下の厚みで設けたことを
特徴とする耐摩耗性の優れた被覆切削工具。 - 【請求項２】 ＴｉＣ基またはＴｉＣＮ基サーメット合
金の表面に請求項１記載の硬質被覆層を設けたことを特
徴とする耐摩耗性に優れた被覆切削工具 - 【請求項３】 請求項１乃至２記載の被覆層において、
硬質被覆膜が基体から膜表面に向かって順次ＣＢＮ多結
晶層、ＣＶＤまたはＰＶＤで成膜されることを特徴とす
る耐摩耗性に優れた被覆切削工具。 - 【請求項４】 請求項１記載の基体の表面にＣＶＤまた
はＰＶＤで成膜される請求項１記載の１層または２層以
上の被覆層を設け、更にそのうえにＣＢＮ多結晶層を設
けたことを耐摩耗性に優れた特徴とする被覆切削工具。 - 【請求項５】 請求項１記載の基体の表面に基体側より
順次ＣＶＤまたはＰＶＤで成膜される請求項１記載の１
層または２層以上の被覆層、ＣＢＮ多結晶層、請求項１
記載の１層または２層以上の被覆層で構成されることを
特徴とする耐摩耗性に優れた被覆切削工具。 - 【請求項６】 請求項１〜３記載の被覆切削工具におい
て、ＣＢＮ多結晶層を被覆する前に基体の表面をショッ
トブラスト処理して表面粗さを３〜２５μｍとしたこと
を特徴とする耐摩耗性に優れた被覆切削工具。 - 【請求項７】 請求項１記載の基体の表面にＣＶＤまた
はＰＶＤで成膜される請求項１記載の１層または２層以
上の被覆膜をショットブラストまたはバレル処理で微細
クラックを導入して成膜に伴う残留応力を減少させ、し
かる後に多結晶ＣＢＮ層を形成し、さらにＣＶＤまたは
ＰＶＤで成膜される請求項１記載の１層または２層以上
の被覆層を設けることを特徴とする耐摩耗性に優れた被
覆切削工具。 - 【請求項８】 請求項１乃至５記載の被覆切削工具にお
いて、多結晶ＣＢＮ層が平均粒径２０〜１０００オング
ストロームのＣＢＮ粒を電着または塗布にて形成される
ことを特徴とする耐摩耗性に優れた被覆切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19410893A JPH0726368A (ja) | 1993-07-10 | 1993-07-10 | 耐摩耗性に優れた被覆切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19410893A JPH0726368A (ja) | 1993-07-10 | 1993-07-10 | 耐摩耗性に優れた被覆切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0726368A true JPH0726368A (ja) | 1995-01-27 |
Family
ID=16319065
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19410893A Pending JPH0726368A (ja) | 1993-07-10 | 1993-07-10 | 耐摩耗性に優れた被覆切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0726368A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744242A2 (en) * | 1995-05-22 | 1996-11-27 | Sandvik Aktiebolag | Metal cutting inserts having superhard abrasive bodies and methods of making same |
| JP2017036488A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 新日鐵住金株式会社 | 超硬工具及びその製造方法 |
-
1993
- 1993-07-10 JP JP19410893A patent/JPH0726368A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0744242A2 (en) * | 1995-05-22 | 1996-11-27 | Sandvik Aktiebolag | Metal cutting inserts having superhard abrasive bodies and methods of making same |
| EP0744242A3 (en) * | 1995-05-22 | 1997-08-13 | Sandvik Ab | Metal cutting inserts with super hard grinding tools and their manufacturing processes |
| JP2017036488A (ja) * | 2015-08-13 | 2017-02-16 | 新日鐵住金株式会社 | 超硬工具及びその製造方法 |
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