JPH0581366B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0581366B2 JPH0581366B2 JP1227613A JP22761389A JPH0581366B2 JP H0581366 B2 JPH0581366 B2 JP H0581366B2 JP 1227613 A JP1227613 A JP 1227613A JP 22761389 A JP22761389 A JP 22761389A JP H0581366 B2 JPH0581366 B2 JP H0581366B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- coating
- tool
- cermet
- cutting
- crack
- 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.)
- Expired - Lifetime
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
［産業上の利用分野］
本発明は衝撃荷重の負荷する切削用工具に関わ
るものである。 ［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ サーメツト工具は高速仕上げ切削、フライス切
削用工具として広く使用されている。サーメツト
合金の化学成分は鋼との濡れ性の小さい炭化物、
窒化物、炭窒化物などの硬質化合物、およびこれ
らを結合させるコバルト、ニッケルなどである。
サーメツト工具はそ主成分である硬質化合物が鋼
と凝着しにくいので、仕上げ面粗さの点で優れて
いるが、硬質化合物は結合材であるコバルト、ニ
ッケルとの結合強度が小さいために耐欠損性に劣
る。 この合金に化学蒸着法によりセラミツクスを被
覆すれば、仕上げ面粗さおよび耐摩耗性は一段と
向上することが期待されるが、耐欠損性が劣化す
るので問題がある。蒸着ままの結晶状あるいは非
晶質状セラミツクス被膜の破壊強度を向上させる
ために、被膜の厚さ、結晶粒径、結晶構造に及ぼ
す成膜条件、成膜後の熱処理法など種々検討され
ているが十分な効果をあげるに至つていない。セ
ラミツクスを被覆したサーメツト合金の破壊強度
を高めることができればさらに優れた切削工具の
供給が可能となり、その使用範囲はフライス加
工、溝付き材料の旋削加工等の断続的荷重の負荷
する高速切削など一層広がることが期待される。 ［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者等は耐欠損性の一層優れた被
覆工具を開発すべく研究を行つた結果、被覆に微
細なクラツクを付与することにより切削工具の耐
摩耗性を損なうことなく、耐欠損性を著しく向上
させることが出来ることを見出した。 この発明は上記の知見の基ずくものであつて、
その対象とする工具は、炭窒化チタン基サーメツ
ト合金の表面に化学蒸着法により被覆した厚さ
2μｍ以上、10μｍ以下の被膜を有し、該被膜がそ
の表面から炭窒化チタン基サーメツト内まで貫通
した以下Ａ〜Ｃに示す微細クラツクを有すること
を特徴とする耐欠損性に優れる表面被膜サーメツ
ト切削工具。 (A) クラツク長さの平均値：被膜表面から垂直方
向に被膜厚以上、被覆厚＋5μｍ以下、 (B) クラツク幅の平均値：4μｍ以下、 (C) クラツク間隔の平均値：10μｍ以上、200μｍ
以下 ［作用］ 成膜法は化学蒸着法である。被膜はTic、
TiN、Ti（Ｃ、NF）、Al2O3のいずれか１種の層
または２種以上を積層したものである。被膜の厚
みは耐摩耗性を確保するために2μｍ以上必要で
ある。また、被膜厚みが大きくなると耐欠損性が
低下するので最大厚みを10μｍとしなければなら
ない。 通常、サーメツト合金の表面にセラミツクスを
CVD法により被覆すると、この被覆合金製の工
具の機械強度が低下し、欠損しやすくなることが
知られている。その原因は、被膜と基材の熱膨張
係数に差異があり、高温でのCVD被覆後の冷却
過程において被膜に発生する引張残留応力にある
と考えられ、この残留応力は55Kgｆ／mm2にも達
することが確認されている。このような引張残留
応力を有する工具を用いて断続切削すると、工具
表面には切削作業によりさらに引張応力が作用
し、これが前記の引張残留応力に加算されるた
め、曲げ破壊強度を弱め、耐欠損性を低下させる
ことになる。 本発明は、この耐欠損性を向上させるために被
膜に微細クラツクを付与するものである。この長
さ、幅および間隔を前述のごとく規定した微細ク
ラツクは、前述した冷却過程において被膜に発生
する引張残留応力を開放することになり、従つ
て、工具表層に負荷される応力の総和は、微細ク
ラツクを付与しない場合に生じる応力の総和より
軽減され、その結果工具破壊につながるクラツク
の伝播が抑制され、耐欠損性が向上するものと考
えられる。つまり、本発明の微細クラツクは被膜
に残留する引張応力を開放するためにのみ付与す
るものである。 クラツク長さの平均値は被膜表面から垂直方向
に被膜厚さ以上、被膜厚さ＋5μｍ以下でなけれ
ばならない。それはクラツクが被膜内にとどまる
と耐欠損性が向上しないためであり、サーメツト
内の長さが5μｍを超えると耐欠損性が急激に低
下するためである。クラツク幅の平均値は4μｍ
以下でなければならない。その理由はクラツク幅
が大きくなると耐欠損性は向上するが耐摩耗性が
著しく低下するためである。クラツク間隔の平均
値を10μｍ以上、200μｍ以下としたのは、10μｍ
未満になるとクラツク密度が高くなりすぎて耐摩
耗性が低下するためであり、200μｍを超えると
クラツク密度が小さくなりすぎて耐欠損性の向上
が十分に得られないためである。 このような微細クラツクを導入する方法として
被膜表面に鋳鉄等を噴射する方法あるいは、被膜
表面ダイアモンド研削、機械的あるいは超音波振
動加圧する方法等を適用することが出来る。クラ
ツク寸法および分布の確認は工具を破断してその
断面を電子顕微鏡（SEM）により観察すること
により行つた。破断面を10視野、倍率1000で撮影
した10枚の写真からクラツク長さの平均値、クラ
ツク幅の平均値およびクラツク間隔を測定した。 次に、この発明の耐欠損性に優れる表面被覆サ
ーメツト切削工具を実施例により具体的に説明す
る。 ［実施例］ 第１表に供試工具のクラツク寸法と分布、およ
びその切削性能を示す。供試工具のサーメツト合
金成分は炭窒化チタン（Ti（Ｃ、Ｎ））：47.0wt
％、炭化モリブデン（Mo2C）：7.5wt％、タング
ステン炭化物：16.5wt％、タンタル炭化物：
10.0wt％、ニオブ炭化物：5.0wt％、ニッケル
（Ni）：5.0wt％、Co：9.0wt％である。粉砕―混
合―造粒―焼結―研削工程を経て、一辺12.7mmの
正方形サーメツト合金を製造した。このサーメツ
ト合金にCVDに法によりTiC／Ti（Ｃ、Ｎ）／
Al2O3をこの順序に10μｍ、および20μmm厚さ被覆
してスローアウエイ工具とした。この工具に平均
粒径200μｍの鋳鉄球を速度10〜80ｍ／sec、角度
70〜90度の条件で投射して微細クラツクを導入し
た。 クラツクの寸法と分布は工具を破断してその断
面を電子顕微鏡（SEM）により観察して測定し
た。破断面を10視野、倍率1000で撮影した10枚の
写真からクラツク長さの平均値、およびクラツク
幅の平均値を測定した。クラツク間隔は相隣合う
クラツク間隔の平均値である。 本発明被覆工具と比較工具について切削による
性能評価を行つた。その条件は以下の通りであ
る。 (1) 断続切削 被削材：JIS S38C、直径60mmの丸棒に圧延方
向と平行に幅10mmの溝を等間隔に５本つけ
た。 切削速度：170ｍ／min 送り：0.15mm／rev 切込み：1.0mm 工具寿命判定基準：工具刃先の欠損 (2) 連続切削 被削材：JIS S38C、直径60mmの丸棒 切削速度：200ｍ／min 送り：0.15mm／rev 切込み：1.0mm 工具寿命判定基準：工具すくい面摩耗深さ Kt＝50μｍ 工具の耐欠損性の良否は断続切削において工具
が欠損して寿命となるまでの溝との衝突回数をも
つて評価した。工具の耐摩耗性の良否は連続切削
において工具すくい面摩耗深さKtが50μｍに達す
るまでの切削時間により評価した。本発明工具の
耐欠損性は比較工具のそれと比較すると著しく優
れている。断続切削における工具寿命は10倍以上
である。また耐摩耗性は比較工具のそれとほぼ同
じである。微細クラツクの効果は極めて顕著であ
ることがわかる。
るものである。 ［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］ サーメツト工具は高速仕上げ切削、フライス切
削用工具として広く使用されている。サーメツト
合金の化学成分は鋼との濡れ性の小さい炭化物、
窒化物、炭窒化物などの硬質化合物、およびこれ
らを結合させるコバルト、ニッケルなどである。
サーメツト工具はそ主成分である硬質化合物が鋼
と凝着しにくいので、仕上げ面粗さの点で優れて
いるが、硬質化合物は結合材であるコバルト、ニ
ッケルとの結合強度が小さいために耐欠損性に劣
る。 この合金に化学蒸着法によりセラミツクスを被
覆すれば、仕上げ面粗さおよび耐摩耗性は一段と
向上することが期待されるが、耐欠損性が劣化す
るので問題がある。蒸着ままの結晶状あるいは非
晶質状セラミツクス被膜の破壊強度を向上させる
ために、被膜の厚さ、結晶粒径、結晶構造に及ぼ
す成膜条件、成膜後の熱処理法など種々検討され
ているが十分な効果をあげるに至つていない。セ
ラミツクスを被覆したサーメツト合金の破壊強度
を高めることができればさらに優れた切削工具の
供給が可能となり、その使用範囲はフライス加
工、溝付き材料の旋削加工等の断続的荷重の負荷
する高速切削など一層広がることが期待される。 ［課題を解決するための手段］ そこで、本発明者等は耐欠損性の一層優れた被
覆工具を開発すべく研究を行つた結果、被覆に微
細なクラツクを付与することにより切削工具の耐
摩耗性を損なうことなく、耐欠損性を著しく向上
させることが出来ることを見出した。 この発明は上記の知見の基ずくものであつて、
その対象とする工具は、炭窒化チタン基サーメツ
ト合金の表面に化学蒸着法により被覆した厚さ
2μｍ以上、10μｍ以下の被膜を有し、該被膜がそ
の表面から炭窒化チタン基サーメツト内まで貫通
した以下Ａ〜Ｃに示す微細クラツクを有すること
を特徴とする耐欠損性に優れる表面被膜サーメツ
ト切削工具。 (A) クラツク長さの平均値：被膜表面から垂直方
向に被膜厚以上、被覆厚＋5μｍ以下、 (B) クラツク幅の平均値：4μｍ以下、 (C) クラツク間隔の平均値：10μｍ以上、200μｍ
以下 ［作用］ 成膜法は化学蒸着法である。被膜はTic、
TiN、Ti（Ｃ、NF）、Al2O3のいずれか１種の層
または２種以上を積層したものである。被膜の厚
みは耐摩耗性を確保するために2μｍ以上必要で
ある。また、被膜厚みが大きくなると耐欠損性が
低下するので最大厚みを10μｍとしなければなら
ない。 通常、サーメツト合金の表面にセラミツクスを
CVD法により被覆すると、この被覆合金製の工
具の機械強度が低下し、欠損しやすくなることが
知られている。その原因は、被膜と基材の熱膨張
係数に差異があり、高温でのCVD被覆後の冷却
過程において被膜に発生する引張残留応力にある
と考えられ、この残留応力は55Kgｆ／mm2にも達
することが確認されている。このような引張残留
応力を有する工具を用いて断続切削すると、工具
表面には切削作業によりさらに引張応力が作用
し、これが前記の引張残留応力に加算されるた
め、曲げ破壊強度を弱め、耐欠損性を低下させる
ことになる。 本発明は、この耐欠損性を向上させるために被
膜に微細クラツクを付与するものである。この長
さ、幅および間隔を前述のごとく規定した微細ク
ラツクは、前述した冷却過程において被膜に発生
する引張残留応力を開放することになり、従つ
て、工具表層に負荷される応力の総和は、微細ク
ラツクを付与しない場合に生じる応力の総和より
軽減され、その結果工具破壊につながるクラツク
の伝播が抑制され、耐欠損性が向上するものと考
えられる。つまり、本発明の微細クラツクは被膜
に残留する引張応力を開放するためにのみ付与す
るものである。 クラツク長さの平均値は被膜表面から垂直方向
に被膜厚さ以上、被膜厚さ＋5μｍ以下でなけれ
ばならない。それはクラツクが被膜内にとどまる
と耐欠損性が向上しないためであり、サーメツト
内の長さが5μｍを超えると耐欠損性が急激に低
下するためである。クラツク幅の平均値は4μｍ
以下でなければならない。その理由はクラツク幅
が大きくなると耐欠損性は向上するが耐摩耗性が
著しく低下するためである。クラツク間隔の平均
値を10μｍ以上、200μｍ以下としたのは、10μｍ
未満になるとクラツク密度が高くなりすぎて耐摩
耗性が低下するためであり、200μｍを超えると
クラツク密度が小さくなりすぎて耐欠損性の向上
が十分に得られないためである。 このような微細クラツクを導入する方法として
被膜表面に鋳鉄等を噴射する方法あるいは、被膜
表面ダイアモンド研削、機械的あるいは超音波振
動加圧する方法等を適用することが出来る。クラ
ツク寸法および分布の確認は工具を破断してその
断面を電子顕微鏡（SEM）により観察すること
により行つた。破断面を10視野、倍率1000で撮影
した10枚の写真からクラツク長さの平均値、クラ
ツク幅の平均値およびクラツク間隔を測定した。 次に、この発明の耐欠損性に優れる表面被覆サ
ーメツト切削工具を実施例により具体的に説明す
る。 ［実施例］ 第１表に供試工具のクラツク寸法と分布、およ
びその切削性能を示す。供試工具のサーメツト合
金成分は炭窒化チタン（Ti（Ｃ、Ｎ））：47.0wt
％、炭化モリブデン（Mo2C）：7.5wt％、タング
ステン炭化物：16.5wt％、タンタル炭化物：
10.0wt％、ニオブ炭化物：5.0wt％、ニッケル
（Ni）：5.0wt％、Co：9.0wt％である。粉砕―混
合―造粒―焼結―研削工程を経て、一辺12.7mmの
正方形サーメツト合金を製造した。このサーメツ
ト合金にCVDに法によりTiC／Ti（Ｃ、Ｎ）／
Al2O3をこの順序に10μｍ、および20μmm厚さ被覆
してスローアウエイ工具とした。この工具に平均
粒径200μｍの鋳鉄球を速度10〜80ｍ／sec、角度
70〜90度の条件で投射して微細クラツクを導入し
た。 クラツクの寸法と分布は工具を破断してその断
面を電子顕微鏡（SEM）により観察して測定し
た。破断面を10視野、倍率1000で撮影した10枚の
写真からクラツク長さの平均値、およびクラツク
幅の平均値を測定した。クラツク間隔は相隣合う
クラツク間隔の平均値である。 本発明被覆工具と比較工具について切削による
性能評価を行つた。その条件は以下の通りであ
る。 (1) 断続切削 被削材：JIS S38C、直径60mmの丸棒に圧延方
向と平行に幅10mmの溝を等間隔に５本つけ
た。 切削速度：170ｍ／min 送り：0.15mm／rev 切込み：1.0mm 工具寿命判定基準：工具刃先の欠損 (2) 連続切削 被削材：JIS S38C、直径60mmの丸棒 切削速度：200ｍ／min 送り：0.15mm／rev 切込み：1.0mm 工具寿命判定基準：工具すくい面摩耗深さ Kt＝50μｍ 工具の耐欠損性の良否は断続切削において工具
が欠損して寿命となるまでの溝との衝突回数をも
つて評価した。工具の耐摩耗性の良否は連続切削
において工具すくい面摩耗深さKtが50μｍに達す
るまでの切削時間により評価した。本発明工具の
耐欠損性は比較工具のそれと比較すると著しく優
れている。断続切削における工具寿命は10倍以上
である。また耐摩耗性は比較工具のそれとほぼ同
じである。微細クラツクの効果は極めて顕著であ
ることがわかる。
【表】
［発明の効果］
本発明は従来のサーメツト工具の欠点である耐
欠損性を改善したもので、産業上の効果は極めて
顕著なものがある。
欠損性を改善したもので、産業上の効果は極めて
顕著なものがある。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 炭窒化チタン基サーメツト合金の表面に化学
蒸着法により被覆した厚さ2μｍ以上、10μｍ以下
の被膜を有し、該被覆がその表面から炭窒化チタ
ン基サーメツト内まで貫通した以下Ａ〜Ｃに示す
微細クラツクを有することを特徴とする耐欠損性
に優れる表面被覆サーメツト切削工具。 (A) クラツク長さの平均値：被膜表面から垂直方
向に被膜厚以上、被膜厚＋5μｍ以下、 (B) クラツク幅の平均値：4μｍ以下、 (C) クラツク間隔の平均値：10μｍ以上、200μｍ
以下。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22761389A JPH0392205A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 耐欠損性に優れる表面被覆サーメット切削工具 |
| DE69010293T DE69010293T3 (de) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Mit Keramik überzogenes Sinterkarbidwerkzeug mit hoher Bruchbeständigkeit. |
| EP90309550A EP0416824B2 (en) | 1989-09-04 | 1990-08-31 | Ceramics coated cemented carbide tool with high fracture resistance |
| US07/576,950 US5123934A (en) | 1989-09-04 | 1990-09-04 | Ceramics coated cemented-carbide tool with high-fracture resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22761389A JPH0392205A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 耐欠損性に優れる表面被覆サーメット切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0392205A JPH0392205A (ja) | 1991-04-17 |
| JPH0581366B2 true JPH0581366B2 (ja) | 1993-11-12 |
Family
ID=16863681
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22761389A Granted JPH0392205A (ja) | 1989-09-04 | 1989-09-04 | 耐欠損性に優れる表面被覆サーメット切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0392205A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3985444B2 (ja) * | 2000-10-17 | 2007-10-03 | 日新電機株式会社 | 軟質基材表面への炭素膜の形成方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0615717B2 (ja) * | 1987-07-28 | 1994-03-02 | 東芝タンガロイ株式会社 | 高靱性被覆材料及びその製造方法 |
-
1989
- 1989-09-04 JP JP22761389A patent/JPH0392205A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0392205A (ja) | 1991-04-17 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| R360 | Written notification for declining of transfer of rights |
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| R350 | Written notification of registration of transfer |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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| EXPY | Cancellation because of completion of term |