JPS5911663B2 - 表面被覆超硬合金部品の製造法 - Google Patents
表面被覆超硬合金部品の製造法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
Ｔｉ、Ｚに、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃに、Ｍｏ、Ｗの
炭化物および／もしくは炭窒化物を鉄族金属で結合した
いわゆる超硬合金を母材とし、表面に各種硬質化合物、
たとえばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、炭窒”５ 化物を
数ミクロンの厚さに被覆した、いわゆるコーティングチ
ップは母材の靭性と表面の耐摩耗性を兼ねそなえており
、切削工具として従来の超硬合金よりもすぐれた性能を
有することは広く知られた事実である。
炭化物および／もしくは炭窒化物を鉄族金属で結合した
いわゆる超硬合金を母材とし、表面に各種硬質化合物、
たとえばＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆの炭化物、炭窒”５ 化物を
数ミクロンの厚さに被覆した、いわゆるコーティングチ
ップは母材の靭性と表面の耐摩耗性を兼ねそなえており
、切削工具として従来の超硬合金よりもすぐれた性能を
有することは広く知られた事実である。
ノｏ 本発明の目的はこのようなコーティングチップの
特性を一段と向上させたものを安定して提供することに
ある。
特性を一段と向上させたものを安定して提供することに
ある。
各種硬質被膜は炭化チタンに代表されるので、以下炭化
チタンを例にして述べる。
チタンを例にして述べる。
Ｔｉの炭化物、■５ 炭窒化物を超硬合金に被覆するに
は通常Ｔｉのハロゲン化物（一般には四塩化チタン）、
炭化水素（一般にはメタン）、窒素および水素ガスを所
定の割合で混合したガスから１、０００℃近辺の高温に
て、炭化チタン、炭窒化チタンを析出させて超３０硬合
金に被覆するいわゆる化学蒸着法が用いられ’’る。炭
窒化チタンについては、炭化チタンと同様であるので以
下炭化チタンを例にして述べる。
は通常Ｔｉのハロゲン化物（一般には四塩化チタン）、
炭化水素（一般にはメタン）、窒素および水素ガスを所
定の割合で混合したガスから１、０００℃近辺の高温に
て、炭化チタン、炭窒化チタンを析出させて超３０硬合
金に被覆するいわゆる化学蒸着法が用いられ’’る。炭
窒化チタンについては、炭化チタンと同様であるので以
下炭化チタンを例にして述べる。
上記化学蒸着法による炭化チタンの析出反応の３５反応
過程は非常に複雑ではあるが、簡単には以下の１式によ
る遊離チタンの生成と、２式の遊離チタンの炭化の２段
階によつて示される。
過程は非常に複雑ではあるが、簡単には以下の１式によ
る遊離チタンの生成と、２式の遊離チタンの炭化の２段
階によつて示される。
ＴｉＣｌ４＋２Ｈ２→Ｔｉ＋４ＨＣ１・・・・・・・・
・・・・１Ｔｉ＋ Ｃ−＋ＴｉＣ・・・・・・・・・・
・・２２式の遊離チタンの炭化は混合ガス中の炭化水素
の分解によつて生じる遊離炭素および超硬合金母材より
供給される炭素によつて行なわれる。
・・・・１Ｔｉ＋ Ｃ−＋ＴｉＣ・・・・・・・・・・
・・２２式の遊離チタンの炭化は混合ガス中の炭化水素
の分解によつて生じる遊離炭素および超硬合金母材より
供給される炭素によつて行なわれる。
混合ガス中の炭化水素濃度が低いと炭化チタン生成に必
要な大部分が超硬合金母材の炭素の拡散によつて供給さ
れると、炭化チタン被覆層直下にη相とよばれる脆い脱
炭層が形成され、コーテイングチツプの靭性を著しく阻
外する。一力混合ガス中の炭化水素濃度を上げると、炭
化チタン生成に必要な炭素は大部分気相より供給され、
上記η相もほとんど存在しない。
要な大部分が超硬合金母材の炭素の拡散によつて供給さ
れると、炭化チタン被覆層直下にη相とよばれる脆い脱
炭層が形成され、コーテイングチツプの靭性を著しく阻
外する。一力混合ガス中の炭化水素濃度を上げると、炭
化チタン生成に必要な炭素は大部分気相より供給され、
上記η相もほとんど存在しない。
コーテイングチツプを作ることが可能であるものの、炭
化水素濃度が一定量以上になると、遊離炭素が被覆膜中
に生成し、これも著しくコーテイングチツプの靭性、耐
摩耗性を阻外する。又、このように炭化チタンを生成す
るに要する炭素の大部分を気相より供給されたコーテイ
ングチツプでは、被覆ＴｉＣ層と超硬合金母材との間で
ハク離が起りやすく、これも著しくコーテイングチツプ
の耐摩耗性を阻外する。そこで発明者は、以上で述べて
きたη相の発生及び被覆層のハク離の両者を解決する為
に以下のように考えた。
化水素濃度が一定量以上になると、遊離炭素が被覆膜中
に生成し、これも著しくコーテイングチツプの靭性、耐
摩耗性を阻外する。又、このように炭化チタンを生成す
るに要する炭素の大部分を気相より供給されたコーテイ
ングチツプでは、被覆ＴｉＣ層と超硬合金母材との間で
ハク離が起りやすく、これも著しくコーテイングチツプ
の耐摩耗性を阻外する。そこで発明者は、以上で述べて
きたη相の発生及び被覆層のハク離の両者を解決する為
に以下のように考えた。
被覆層のハク離を防ぐ為に、超硬合金母材よりの拡散に
よる炭素供給を十分に保ちつつη相の発生を防ぐには、
超硬合金母材に遊離炭素の形で炭素を化学蒸着法によつ
てＴｌＣを被覆する前に蓄積しておけばよいと考えた。
よる炭素供給を十分に保ちつつη相の発生を防ぐには、
超硬合金母材に遊離炭素の形で炭素を化学蒸着法によつ
てＴｌＣを被覆する前に蓄積しておけばよいと考えた。
一般に超硬合金に於ては遊離炭素が存在すると、著しく
耐摩耗性が損なわれることが知られているが、本発明の
場合、耐摩耗性は表面被覆層によるところが大な為、遊
離炭素を含んだ超硬合金母材を用いても耐摩耗性はあま
り低下しないと考えた。以上のような考えに従つて遊離
炭素を含む超硬合金母材に炭化チタンを化学蒸着法によ
つて被覆したところ、η相が全く存在しない。
耐摩耗性が損なわれることが知られているが、本発明の
場合、耐摩耗性は表面被覆層によるところが大な為、遊
離炭素を含んだ超硬合金母材を用いても耐摩耗性はあま
り低下しないと考えた。以上のような考えに従つて遊離
炭素を含む超硬合金母材に炭化チタンを化学蒸着法によ
つて被覆したところ、η相が全く存在しない。
かつ被覆層のハク離が殆んど切削中に起らないコーテイ
ングチツプを作成することが可能となつた。なお、炭化
チタン生成に寄与する超硬合金母材中の遊離炭素は通常
の化学蒸着法による被覆条件では表面よりほマ５０μま
でということが判明したので、それ以上の深さまで遊離
炭素が析出していればよいことが判明した。
ングチツプを作成することが可能となつた。なお、炭化
チタン生成に寄与する超硬合金母材中の遊離炭素は通常
の化学蒸着法による被覆条件では表面よりほマ５０μま
でということが判明したので、それ以上の深さまで遊離
炭素が析出していればよいことが判明した。
又遊離炭素量の制限として０．０１〜０．５０重量％と
あるが０．０１重量％以下では効果が認められず、又０
．５０重量％では被覆後の耐摩耗性が損なわれる故であ
る。
あるが０．０１重量％以下では効果が認められず、又０
．５０重量％では被覆後の耐摩耗性が損なわれる故であ
る。
次に、このような遊離炭素析出超硬合金の製造法に関し
説明する。
説明する。
超硬合金はその含有する炭素量によつて特性が大きく変
化し、一定量よりも炭素量が少いとη相とよばれる脱炭
相が析出し、大ぎく強度が低下し、又一定量よりも炭素
量が多くとも遊離炭素が析出して強度が低下、いずれも
好ましくなく、超硬合金製造業者にとつては、いかに超
硬合金の炭素量を適正範囲に調整するかが重大問題であ
つた。
化し、一定量よりも炭素量が少いとη相とよばれる脱炭
相が析出し、大ぎく強度が低下し、又一定量よりも炭素
量が多くとも遊離炭素が析出して強度が低下、いずれも
好ましくなく、超硬合金製造業者にとつては、いかに超
硬合金の炭素量を適正範囲に調整するかが重大問題であ
つた。
しかし前述のごとく表面被覆超硬合金部品の製造では表
面より５０μ以上の深さで０．０１〜０．５０重量？遊
離炭素の析出することが好ましいことがわかつたので、
以下いかにしてそのような遊離炭素析出合金を供給する
かについて述べる。遊離炭素析出超硬合金を製造するに
は、例えばあらかじめ原料の配合段階で必要とする炭素
を余分に配合しておき、合金全体に遊離炭素を析出させ
ればよい。
面より５０μ以上の深さで０．０１〜０．５０重量？遊
離炭素の析出することが好ましいことがわかつたので、
以下いかにしてそのような遊離炭素析出合金を供給する
かについて述べる。遊離炭素析出超硬合金を製造するに
は、例えばあらかじめ原料の配合段階で必要とする炭素
を余分に配合しておき、合金全体に遊離炭素を析出させ
ればよい。
しかしこの場合には被覆後も合金中心部には遊離炭素が
残存するという欠点がある。この遊離炭素は合金の靭性
を劣化させてしまう。本発明はこの欠点がなく、遊離炭
素含有合金の長所を生かした合金製造法を提供するもの
である。本力法の原理は表面層にのみ遊離炭素の存在す
るような超硬合金を作成しておき、表面被覆中にこの遊
離炭素を表面層へ供給することにある。以下詳しく説明
する。鋼を高温、浸炭雰囲気中にて処理すれば表面より
炭素が浸炭し、表面硬化されるということは広く知られ
ているものの、この力法を超硬合金に利用しても結合剤
として主として用いられるＣＯ金属中に固溶する炭素量
は非常に微少であり、十分とはいえない。
残存するという欠点がある。この遊離炭素は合金の靭性
を劣化させてしまう。本発明はこの欠点がなく、遊離炭
素含有合金の長所を生かした合金製造法を提供するもの
である。本力法の原理は表面層にのみ遊離炭素の存在す
るような超硬合金を作成しておき、表面被覆中にこの遊
離炭素を表面層へ供給することにある。以下詳しく説明
する。鋼を高温、浸炭雰囲気中にて処理すれば表面より
炭素が浸炭し、表面硬化されるということは広く知られ
ているものの、この力法を超硬合金に利用しても結合剤
として主として用いられるＣＯ金属中に固溶する炭素量
は非常に微少であり、十分とはいえない。
そこで発明者は以下のように考えた。第１図はＲａｕｔ
ａｌａ，ＮＯｒｔＯｎによるＷ−Ｃ−ＣＯの三元状態図
における８４ＷＣ−１６Ｃ０における切断面であるが、
これによると液相出現温度（１，３０００Ｃ）以上、例
えば１，４００℃に於てはＷＣ＋Ｌ＋ＣとＷＣ＋Ｌとの
境界は合金の炭素量で５．３％あり、そのまま室温まで
冷却すると０．１５％の遊離炭素を含有することが判る
。
ａｌａ，ＮＯｒｔＯｎによるＷ−Ｃ−ＣＯの三元状態図
における８４ＷＣ−１６Ｃ０における切断面であるが、
これによると液相出現温度（１，３０００Ｃ）以上、例
えば１，４００℃に於てはＷＣ＋Ｌ＋ＣとＷＣ＋Ｌとの
境界は合金の炭素量で５．３％あり、そのまま室温まで
冷却すると０．１５％の遊離炭素を含有することが判る
。
一力、１，３００℃以下例えば１，２５０℃で滲炭する
と、第１図の点線で示される５，１５％程度の炭素しか
含有されずかつ常温に冷却された場合は最大０．０１〜
０．０２重量？の遊離しか含有させられない。したがつ
て液相出現温度１，３００℃以上に加熱し、かつ浸炭雰
囲気中に超硬合金をさらせば一定量まで遊離炭素を含有
さすことが可能であることが判つた。なおこの含有遊離
炭素の限界は、ほゾ超硬合金中のＣＯ量によつて支配さ
れると考えられ、近似的にはＣＯ量をＸ重量？とすると
、ｘ 一×０．１５％ で表わされると考えられる。
と、第１図の点線で示される５，１５％程度の炭素しか
含有されずかつ常温に冷却された場合は最大０．０１〜
０．０２重量？の遊離しか含有させられない。したがつ
て液相出現温度１，３００℃以上に加熱し、かつ浸炭雰
囲気中に超硬合金をさらせば一定量まで遊離炭素を含有
さすことが可能であることが判つた。なおこの含有遊離
炭素の限界は、ほゾ超硬合金中のＣＯ量によつて支配さ
れると考えられ、近似的にはＣＯ量をＸ重量？とすると
、ｘ 一×０．１５％ で表わされると考えられる。
なお温度に関しては１，５００℃以上では処理すべき超
硬合金が変形してしまい好ましくない。
硬合金が変形してしまい好ましくない。
又浸炭雰囲気に関しては雰囲気中の炭素の活性度をＡＯ
としたとき（１気圧下での遊離炭素の活性度を１とする
と）、ＵＯ−ＲＴｌｎａＯ で表わされる、いわゆるカーボンポテンシヤルが０Ｋｃ
ａ１／ＭＯｌ以上であれば理論上では浸炭可能であるが
、工業上では４Ｋｃａ１／冨０１以上が好ましい。
としたとき（１気圧下での遊離炭素の活性度を１とする
と）、ＵＯ−ＲＴｌｎａＯ で表わされる、いわゆるカーボンポテンシヤルが０Ｋｃ
ａ１／ＭＯｌ以上であれば理論上では浸炭可能であるが
、工業上では４Ｋｃａ１／冨０１以上が好ましい。
なおこの浸炭雰囲気のカーボンポテンシヤル、処理温度
、処理時間を適当に調整することによつて浸炭深さ、浸
炭量を調整出来ることはいうまでもない。
、処理時間を適当に調整することによつて浸炭深さ、浸
炭量を調整出来ることはいうまでもない。
以下実施例によつて説明する。
但し本発明は実施例に限定されるものではない。実施例
１ 市販のＩＳＯＰ−３０超硬合金（型番ＴＮＭＧ４３２Ｅ
ＮＵ）、遊離炭素を全く含まぬもの、を１，３５０′Ｃ
に加熱、浸炭雰囲気中にて（雰囲気のカーボンポテンシ
ヤルを５Ｋｃａ１／ＭＯｌｅに選定）５分間浸炭処理を
おこなつた。
１ 市販のＩＳＯＰ−３０超硬合金（型番ＴＮＭＧ４３２Ｅ
ＮＵ）、遊離炭素を全く含まぬもの、を１，３５０′Ｃ
に加熱、浸炭雰囲気中にて（雰囲気のカーボンポテンシ
ヤルを５Ｋｃａ１／ＭＯｌｅに選定）５分間浸炭処理を
おこなつた。
このチツプを冷却後調べて見ると、チツプの表面より１
００μの深さ迄均一に０．０８重量？遊離炭素が析出し
ていた。このチツプをインコネル製反応容器中にて１，
０００℃に加熱、［１２８６％ＴｉＣｌ４７％ＣＨ４７
％（容量％）の混合ガスを４０１１ｍＨｇにて流し、炭
化チタンを５μ被覆した、および市販１Ｓ０Ｐ−３０超
硬合金（型番ＴＮＭＧ４３２ＥＮＵ）に本発明のチツプ
と全く同じ条件にて炭化チタンを５μ被覆して、以下の
条件にて切削試験を行なつた。切削条件１被 削 材
Ｓ５５Ｃ鍛造材（ＨＢ−２５０）被削材寸法 φ５０ｍ
ｍ＞＜１３００ｍｍ切削速度１４０ｍ／Ｍｉｎ 送 り ０．４０ｍｍ／Ｒｅｖ切り込み２〜
５ｍＴＬ にて切削したところ本発明のチツプでは１１２本加工可
能であつたのに対して、通常の炭化チタン被覆チツプで
は被覆層ハク離の為６５本しか加工出来なかつた。
００μの深さ迄均一に０．０８重量？遊離炭素が析出し
ていた。このチツプをインコネル製反応容器中にて１，
０００℃に加熱、［１２８６％ＴｉＣｌ４７％ＣＨ４７
％（容量％）の混合ガスを４０１１ｍＨｇにて流し、炭
化チタンを５μ被覆した、および市販１Ｓ０Ｐ−３０超
硬合金（型番ＴＮＭＧ４３２ＥＮＵ）に本発明のチツプ
と全く同じ条件にて炭化チタンを５μ被覆して、以下の
条件にて切削試験を行なつた。切削条件１被 削 材
Ｓ５５Ｃ鍛造材（ＨＢ−２５０）被削材寸法 φ５０ｍ
ｍ＞＜１３００ｍｍ切削速度１４０ｍ／Ｍｉｎ 送 り ０．４０ｍｍ／Ｒｅｖ切り込み２〜
５ｍＴＬ にて切削したところ本発明のチツプでは１１２本加工可
能であつたのに対して、通常の炭化チタン被覆チツプで
は被覆層ハク離の為６５本しか加工出来なかつた。
切削条件２被 削 材 ＳＣＭ２ｌ鍛造材追Ｂ−１８０
）被削材寸法 φ５０ｍｍＸ１３００ｍｗ！切削速度１
３０／Ｍｉｎ 送 り ０．３０ｍ７！Ｌ／Ｒｅｖ切り込み
２ｍｍにて切削したところ、本発明のチツプでは１４２
本加工可能であつたのに対して通常の炭化チタン被覆チ
ツプでは９８本しか加工出来なかつた。
）被削材寸法 φ５０ｍｍＸ１３００ｍｗ！切削速度１
３０／Ｍｉｎ 送 り ０．３０ｍ７！Ｌ／Ｒｅｖ切り込み
２ｍｍにて切削したところ、本発明のチツプでは１４２
本加工可能であつたのに対して通常の炭化チタン被覆チ
ツプでは９８本しか加工出来なかつた。
実施例 ２市販のＩＳＯＰ−３０超硬合金（型番ＳＮＵ
４３２）・・・・・・遊離炭素を全く含まぬもの・・・
・・・を、実施例１と同一条件にて浸炭処理したチツプ
、及び原料状態ですでに炭素を添加し、０．０８重量％
遊離炭素が析出しているチツプ及び市販のＩＳＯＰ−３
０超硬合金チツプの三者にそれぞれ実施例１の条件にて
ＴｉＣを５μ被覆した。
４３２）・・・・・・遊離炭素を全く含まぬもの・・・
・・・を、実施例１と同一条件にて浸炭処理したチツプ
、及び原料状態ですでに炭素を添加し、０．０８重量％
遊離炭素が析出しているチツプ及び市販のＩＳＯＰ−３
０超硬合金チツプの三者にそれぞれ実施例１の条件にて
ＴｉＣを５μ被覆した。
それぞれのチツプをＡ，Ｂ，Ｃとし、以下の切削条件に
て切削テストを行なつた。切削条件１被 削 材 ＳＣ
Ｍ３（ＨＢ−２８０）切削速度１７０ｍ／Ｍｉｎ送
り ０．３６ｍｍ／Ｒｅ 切り込み２．０ｍｍ ブランク摩耗が０．２０ｍｍをもつて寿命と判定すると
、Ａ２６分間、Ｂ２７分間、Ｃ２７分間と三者特に差が
なかつた。
て切削テストを行なつた。切削条件１被 削 材 ＳＣ
Ｍ３（ＨＢ−２８０）切削速度１７０ｍ／Ｍｉｎ送
り ０．３６ｍｍ／Ｒｅ 切り込み２．０ｍｍ ブランク摩耗が０．２０ｍｍをもつて寿命と判定すると
、Ａ２６分間、Ｂ２７分間、Ｃ２７分間と三者特に差が
なかつた。
切削条件２被 削 材 ＳＣＭ３４溝材（ＨＢ−２８０
）被削材形状第２図切削速度１００ｍ／Ｍｉｎ 送 り ０．２０ｍｍ／Ｒｅｖ切り込み４
ｍｍ切削時間３分間 各１０切片テストしたところ、Ａのチツプは８切片、Ｂ
のチツプも同様８切片切削可能であつたが、Ｃのチツプ
では４切片しか切削出来なかつた。
）被削材形状第２図切削速度１００ｍ／Ｍｉｎ 送 り ０．２０ｍｍ／Ｒｅｖ切り込み４
ｍｍ切削時間３分間 各１０切片テストしたところ、Ａのチツプは８切片、Ｂ
のチツプも同様８切片切削可能であつたが、Ｃのチツプ
では４切片しか切削出来なかつた。
第１図はＷ−ＣＯ−Ｃ三元状態図における８４ＷＣ−１
６Ｃ０断面である。
６Ｃ０断面である。
Claims (1)
- １ 炭化物、窒化物、および／又はこれらの固溶体、混
合物の一種またはそれ以上によつて一層もしくは多層に
被覆されている表面被覆超硬合金部品を製造するにあた
り、表面被覆前の超硬合金部品を液相出現温度以上、好
ましくは１，３２５℃以上１，５００℃以下の浸炭雰囲
気中にて加熱し、かつその浸炭雰囲気としては雰囲気の
カーボンポテンシャルを４Ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上とし、
その後カーボンポテンシャルを０Ｋｃａｌ／ｍｏｌ以上
の状態で冷却することにより該超硬合金の主として表面
に遊離炭素を析出させて後該遊離炭素の一部又は全部を
化学蒸着法にて表面被覆を行う際に形成される被覆膜に
供給することを特徴とする表面被覆超硬合金部品の製造
法。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51078198A JPS5911663B2 (ja) | 1976-06-30 | 1976-06-30 | 表面被覆超硬合金部品の製造法 |
| US05/806,880 US4150195A (en) | 1976-06-18 | 1977-06-15 | Surface-coated cemented carbide article and a process for the production thereof |
| DE2727250A DE2727250C2 (de) | 1976-06-18 | 1977-06-16 | Oberflächenbeschichteter Sintercarbidgegenstand und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP51078198A JPS5911663B2 (ja) | 1976-06-30 | 1976-06-30 | 表面被覆超硬合金部品の製造法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS533978A JPS533978A (en) | 1978-01-14 |
| JPS5911663B2 true JPS5911663B2 (ja) | 1984-03-16 |
Family
ID=13655303
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP51078198A Expired JPS5911663B2 (ja) | 1976-06-18 | 1976-06-30 | 表面被覆超硬合金部品の製造法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5911663B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60124414A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-03 | Tokai Rika Co Ltd | プレス金型 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS558584B2 (ja) * | 1971-09-02 | 1980-03-05 |
-
1976
- 1976-06-30 JP JP51078198A patent/JPS5911663B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS533978A (en) | 1978-01-14 |
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