JP2900553B2 - 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 - Google Patents
硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具Info
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Landscapes
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高速切削や、高送りおよび高切込みなど
の重切削に切削工具として用いた場合には優れた付着強
度を有する硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切
削工具に関するものである。
の重切削に切削工具として用いた場合には優れた付着強
度を有する硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切
削工具に関するものである。
一般に、結合相形成成分として、鉄族金属のうち１種
または２種以上を含有し、さらに、必要に応じて硬質相
形成成分として周期律表の4a,5a,および6a族の金属の炭
化物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種以
上の固溶体のうちのNaCl型結晶構造成分の１種または２
種以上を含有し、残りが同じく硬質相形成成分としての
炭化タングステンおよび不可避不純物からなる炭化タン
グステン基超硬合金基体（以下、WC基超硬合金基体とい
う）の表面に、周期律表の4a,5a,および6a族金属、Al,S
iの群から選んだ１種の金属の炭化物、窒化物、ホウ化
物、および酸化物、並びにそれらの２種以上の固溶体か
らなる単層または複数層で構成された硬質層（以下、硬
質層という）を被覆してなる硬質層被覆WC基超硬合金製
切削工具が知られている。これらの硬質層被覆WC基超硬
合金製切削工具の硬質層は、十分な付着強度が得られな
いために、付着強度を向上させるための種々の工夫がな
されており、その１例として、先ず、WC基超硬合金基体
の表面を硝酸などの腐蝕液によりエッチングすることに
よりWC基超硬合金基体表面を粗面とし、この粗面に硬質
層を被覆することにより硬質層の基体表面に対する剥離
を抑制する手段がとられている（特開昭62−174380号公
報、特開昭63−60280号公報参照）。上記の製造方法で
得られた硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具は、硝酸な
どの腐蝕液によりエッチングされてWC基超硬合金基体表
面の結合相形成成分が除去されることで基体表面が粗面
となり、この粗面となっているWC基超硬合金基体表面に
硬質層を被覆すると、基体表面と硬質層の界面部の低級
炭化物形成が抑制され、基体と硬質層との間の熱膨脹係
数の相違が界面部で緩和されるために、付着強度の優れ
た硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具が得られるもので
ある。
または２種以上を含有し、さらに、必要に応じて硬質相
形成成分として周期律表の4a,5a,および6a族の金属の炭
化物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種以
上の固溶体のうちのNaCl型結晶構造成分の１種または２
種以上を含有し、残りが同じく硬質相形成成分としての
炭化タングステンおよび不可避不純物からなる炭化タン
グステン基超硬合金基体（以下、WC基超硬合金基体とい
う）の表面に、周期律表の4a,5a,および6a族金属、Al,S
iの群から選んだ１種の金属の炭化物、窒化物、ホウ化
物、および酸化物、並びにそれらの２種以上の固溶体か
らなる単層または複数層で構成された硬質層（以下、硬
質層という）を被覆してなる硬質層被覆WC基超硬合金製
切削工具が知られている。これらの硬質層被覆WC基超硬
合金製切削工具の硬質層は、十分な付着強度が得られな
いために、付着強度を向上させるための種々の工夫がな
されており、その１例として、先ず、WC基超硬合金基体
の表面を硝酸などの腐蝕液によりエッチングすることに
よりWC基超硬合金基体表面を粗面とし、この粗面に硬質
層を被覆することにより硬質層の基体表面に対する剥離
を抑制する手段がとられている（特開昭62−174380号公
報、特開昭63−60280号公報参照）。上記の製造方法で
得られた硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具は、硝酸な
どの腐蝕液によりエッチングされてWC基超硬合金基体表
面の結合相形成成分が除去されることで基体表面が粗面
となり、この粗面となっているWC基超硬合金基体表面に
硬質層を被覆すると、基体表面と硬質層の界面部の低級
炭化物形成が抑制され、基体と硬質層との間の熱膨脹係
数の相違が界面部で緩和されるために、付着強度の優れ
た硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具が得られるもので
ある。
しかし、上記の方法で得られた硬質層被覆WC基超硬合
金製切削工具は、高速切削や、高送りおよび高切込みな
どの重切削に切削工具として用いた場合には満足のいく
付着強度が得られないという課題があった。
金製切削工具は、高速切削や、高送りおよび高切込みな
どの重切削に切削工具として用いた場合には満足のいく
付着強度が得られないという課題があった。
その理由を調べたところ、上記従来の硬質層被覆WC基
超硬合金製切削工具は、硬質層被覆に先立ってWC基超硬
合金基体の表面を硝酸などの腐蝕液によりエッチングさ
れるためにWC基超硬合金基体表面の結合相形成成分が除
去された粗面の表面に基体構成元素の酸化膜が形成さ
れ、このエッチングにより生成された酸化膜で覆われた
WC基超硬合金基体の表面に硬質層を形成しても上記基体
構成元素の酸化膜がWC基超硬合金基体と硬質層の間に介
在することにより、硬質層が剥離しやすくなり、付着強
度の優れた硬質層は得られないということが分ったので
ある。
超硬合金製切削工具は、硬質層被覆に先立ってWC基超硬
合金基体の表面を硝酸などの腐蝕液によりエッチングさ
れるためにWC基超硬合金基体表面の結合相形成成分が除
去された粗面の表面に基体構成元素の酸化膜が形成さ
れ、このエッチングにより生成された酸化膜で覆われた
WC基超硬合金基体の表面に硬質層を形成しても上記基体
構成元素の酸化膜がWC基超硬合金基体と硬質層の間に介
在することにより、硬質層が剥離しやすくなり、付着強
度の優れた硬質層は得られないということが分ったので
ある。
そこで、本発明者らは、上述のような課題を解決し、
高速切削や重切削に切削工具として用いた場合にも一層
の優れた付着強度をもつ硬質層被覆WC基超硬合金製切削
工具を得るべく研究を行った結果、 （１） 通常のWC基超硬合金基体を、温度:1300〜1500
℃の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の通常
条件より高真空雰囲気中で保持すると、基体表面の結合
相形成成分が揮散して基体表面が粗面化し、このように
して得られた基体粗面に硬質層を被覆すると、硬質層の
一部がWC基超硬合金基体内部に入込む、 （２） 上記通常のWC基超硬合金基体を温度:1300〜150
0℃の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の通
常条件より高真空雰囲気中で保持して得られた粗面の表
面には従来のエッチングされたWC基超硬合金基体表面と
違って、基体構成元素の酸化膜が形成されず、表面の残
留結合相には内部に比してタングステン濃度が高くなっ
ている、 （３） かかる酸化膜がなくタングステン濃度の高い残
留結合相を有する基体粗面の表面に硬質層を被覆する
と、この硬質層の一部が基体内部に入込むと同時に入込
んだ部分には酸化膜がないために基体のタングステンが
拡散侵入し、硬質層が基体内部に入込むことによるアン
カー効果とともにタングステンの拡散による拡散接合効
果をもたらし、硬質層の基体表面に対する剥離を強力に
抑制する、 などの知見を得たのである。
高速切削や重切削に切削工具として用いた場合にも一層
の優れた付着強度をもつ硬質層被覆WC基超硬合金製切削
工具を得るべく研究を行った結果、 （１） 通常のWC基超硬合金基体を、温度:1300〜1500
℃の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の通常
条件より高真空雰囲気中で保持すると、基体表面の結合
相形成成分が揮散して基体表面が粗面化し、このように
して得られた基体粗面に硬質層を被覆すると、硬質層の
一部がWC基超硬合金基体内部に入込む、 （２） 上記通常のWC基超硬合金基体を温度:1300〜150
0℃の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の通
常条件より高真空雰囲気中で保持して得られた粗面の表
面には従来のエッチングされたWC基超硬合金基体表面と
違って、基体構成元素の酸化膜が形成されず、表面の残
留結合相には内部に比してタングステン濃度が高くなっ
ている、 （３） かかる酸化膜がなくタングステン濃度の高い残
留結合相を有する基体粗面の表面に硬質層を被覆する
と、この硬質層の一部が基体内部に入込むと同時に入込
んだ部分には酸化膜がないために基体のタングステンが
拡散侵入し、硬質層が基体内部に入込むことによるアン
カー効果とともにタングステンの拡散による拡散接合効
果をもたらし、硬質層の基体表面に対する剥離を強力に
抑制する、 などの知見を得たのである。
この発明は、かかる知見にもとづいて成されたもので
あって、 WC基超硬合金基体の表面に硬質層を被覆してなる切削
工具において、上記硬質層は、WC基超硬合金基体の表面
から基体内部に入込み、かつ上記硬質層の少なくとも基
体内部に入込んだ部分にタングステンが拡散含有されて
いる硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具に特徴を有する
ものである。
あって、 WC基超硬合金基体の表面に硬質層を被覆してなる切削
工具において、上記硬質層は、WC基超硬合金基体の表面
から基体内部に入込み、かつ上記硬質層の少なくとも基
体内部に入込んだ部分にタングステンが拡散含有されて
いる硬質層被覆WC基超硬合金製切削工具に特徴を有する
ものである。
上記硬質層のWC基超硬合金基体内部に入込む部分の平
均深さは、10μｍ以下であることが好ましい。10μｍを
越えると切削時にピッチングを起こしやすくなるという
理由によるものである。さらに、上記硬質層がWC基超硬
合金基体内部に入込む部分の平均深さは、0.3μｍ未満
では硬質層剥離抑制効果が十分でないために、0.3μｍ
以上であることが好ましい。また、通常のWC基超硬合金
基体を温度:1300〜1500℃の範囲内の所定温度で圧力:1.
0×10-3Torr未満の真空雰囲気中で保持する代わりに、
所定の組成に配合した原料粉末の圧粉体を1300〜1500℃
の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の真空雰
囲気中で焼結させても同様の効果がある。
均深さは、10μｍ以下であることが好ましい。10μｍを
越えると切削時にピッチングを起こしやすくなるという
理由によるものである。さらに、上記硬質層がWC基超硬
合金基体内部に入込む部分の平均深さは、0.3μｍ未満
では硬質層剥離抑制効果が十分でないために、0.3μｍ
以上であることが好ましい。また、通常のWC基超硬合金
基体を温度:1300〜1500℃の範囲内の所定温度で圧力:1.
0×10-3Torr未満の真空雰囲気中で保持する代わりに、
所定の組成に配合した原料粉末の圧粉体を1300〜1500℃
の範囲内の所定温度で圧力:1.0×10-3Torr未満の真空雰
囲気中で焼結させても同様の効果がある。
つぎに、この発明の硬質層被覆WC基超硬合金製切削工
具を実施例に基づいて具体的に説明する。
具を実施例に基づいて具体的に説明する。
原料粉末として、それぞれ平均粒径:3μｍのCo粉末、
TiC粉末、TaC粉末、WC粉末を用意し、これら粉末を、Co
粉末:5重量％、TiC粉末:3重量％、TaC粉末:6重量％、残
り:WC粉末となるように配合し、混合したのち、ISO規格
SNMG432の形状を有する圧粉体に成型し、この圧粉体を
通常の条件で焼結し、WC基超硬合金製チップを作製し
た。つぎに、このWC基超硬合金製チップを温度:1420
℃、圧力:1.0×10-3Torr未満に適宜時間保持することに
より表面粗さのあるWC基超硬合金製チップを作製し、こ
のWC基超硬合金製チップの表面に通常の化学蒸着法によ
り硬質層を形成し、第１表に示される本発明硬質層被覆
WC基超硬合金製チップ１〜８および比較硬質層被覆層WC
基超硬合金製チップ１〜２を作製した。
TiC粉末、TaC粉末、WC粉末を用意し、これら粉末を、Co
粉末:5重量％、TiC粉末:3重量％、TaC粉末:6重量％、残
り:WC粉末となるように配合し、混合したのち、ISO規格
SNMG432の形状を有する圧粉体に成型し、この圧粉体を
通常の条件で焼結し、WC基超硬合金製チップを作製し
た。つぎに、このWC基超硬合金製チップを温度:1420
℃、圧力:1.0×10-3Torr未満に適宜時間保持することに
より表面粗さのあるWC基超硬合金製チップを作製し、こ
のWC基超硬合金製チップの表面に通常の化学蒸着法によ
り硬質層を形成し、第１表に示される本発明硬質層被覆
WC基超硬合金製チップ１〜８および比較硬質層被覆層WC
基超硬合金製チップ１〜２を作製した。
さらに、比較のために、通常の条件で焼結したWC基超
硬合金製チップを５％HNO3水溶液に適宜時間浸漬してエ
ッチングし、表面粗さのあるWC基超硬合金製チップを作
製し、このチップの表面に通常の化学蒸着法により硬質
層を形成し、第１表に示される従来硬質層被覆WC基超硬
合金製チップを作製した。
硬合金製チップを５％HNO3水溶液に適宜時間浸漬してエ
ッチングし、表面粗さのあるWC基超硬合金製チップを作
製し、このチップの表面に通常の化学蒸着法により硬質
層を形成し、第１表に示される従来硬質層被覆WC基超硬
合金製チップを作製した。
これら本発明硬質層被覆WC基超硬合金製チップ１〜
８、比較硬質層被覆WC基超硬合金製チップ１〜２、およ
び従来硬質層被覆WC基超硬合金製チップ１〜８につい
て、チップの切断面を電子顕微鏡観察することにより、
硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分の平均深さを求め
てそれらの測定値を第１表に示し、さらにEPMAを用いて 硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量を求
めて第１表に示した。
８、比較硬質層被覆WC基超硬合金製チップ１〜２、およ
び従来硬質層被覆WC基超硬合金製チップ１〜８につい
て、チップの切断面を電子顕微鏡観察することにより、
硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分の平均深さを求め
てそれらの測定値を第１表に示し、さらにEPMAを用いて 硬質層が基体内部に入込んだ侵入部分のＷの含有量を求
めて第１表に示した。
このようにして得られた本発明硬質層被覆WC基超硬合
金製チップ１〜８、比較硬質層被覆WC基超硬合金製チッ
プ１〜２、および従来硬質層被覆WC基超硬合金製チップ
１〜８について、さらに下記の条件で高送り連続乾式切
削試験を実施し、チップの切刃の逃げ面摩耗幅を測定す
るとともに硬質層被覆の剥離状況を観察し、それらの結
果も第１表に示した。
金製チップ１〜８、比較硬質層被覆WC基超硬合金製チッ
プ１〜２、および従来硬質層被覆WC基超硬合金製チップ
１〜８について、さらに下記の条件で高送り連続乾式切
削試験を実施し、チップの切刃の逃げ面摩耗幅を測定す
るとともに硬質層被覆の剥離状況を観察し、それらの結
果も第１表に示した。
連続切削試験条件 被削剤 :SNCM439（ブリネル硬さ:230）、 切削速度:150m/min.、 送 り:0.65m/rev.、 切込み :2mm、 切削時間:15min. 〔発明の効果〕 第１表に示される結果から、本発明硬質層被覆WC基超
硬合金製チップ１〜８は、硬質層が基体内部に入込んだ
侵入部分のＷの含有量が多く、いずれも硬質層の剥離が
ほとんどなく、あってもごく僅かであることから長期に
わたって優れた切削性能を発揮するのに対し、従来硬質
層被覆WC基超硬合金製チップ１〜８は、硬質層が基体内
部に入込んだ侵入部分のＷの含有量がなく、あってもご
く僅かであり、硬質層の剥離が大きく、このため切削性
能が劣ったものであることが明らかである。
硬合金製チップ１〜８は、硬質層が基体内部に入込んだ
侵入部分のＷの含有量が多く、いずれも硬質層の剥離が
ほとんどなく、あってもごく僅かであることから長期に
わたって優れた切削性能を発揮するのに対し、従来硬質
層被覆WC基超硬合金製チップ１〜８は、硬質層が基体内
部に入込んだ侵入部分のＷの含有量がなく、あってもご
く僅かであり、硬質層の剥離が大きく、このため切削性
能が劣ったものであることが明らかである。
また比較硬質被覆WC基超硬合金製チップ１〜２に見ら
れるように、この発明の条件から外れると（第１表にお
いてこの発明の条件から外れている値に※印を付して示
した）、チッピングが生じたり、硬質層の剥離が大き
く、このため切削性能が劣り、チップの寿命も短くなる
ことは明らかである。
れるように、この発明の条件から外れると（第１表にお
いてこの発明の条件から外れている値に※印を付して示
した）、チッピングが生じたり、硬質層の剥離が大き
く、このため切削性能が劣り、チップの寿命も短くなる
ことは明らかである。
上述のように、この発明の硬質層被覆WC基超硬合金切
削工具は、優れた耐摩耗性を有し、実用に際しては、優
れた性能を長期にわたって発揮することにより工業上優
れた効果をもたらすものである。
削工具は、優れた耐摩耗性を有し、実用に際しては、優
れた性能を長期にわたって発揮することにより工業上優
れた効果をもたらすものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−73104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−89666（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) B23B 27/14 C23C 16/30 C22C 26/08 C22C 26/02
Claims (1)
- 【請求項１】結合相形成成分として、鉄族金属のうち１
種または２種以上を含有し、さらに、必要に応じて硬質
相形成成分として周期律表の4a,5a,および6a族の金属の
炭化物、窒化物、および炭窒化物、並びにこれらの２種
以上の固溶体のうちのNaCl型結晶構造成分の１種または
２種以上を含有し、残りが同じく硬質相形成成分として
の炭化タングステンおよび不可避不純物からなる炭化タ
ングステン基超硬合金基体の表面に、周期律表の4a,5a,
および6a族金属、Al、Siの群から選んだ１種の金属の炭
化物、窒化物、ホウ化物、酸化物、およびこれらの２種
以上の固溶体からなる単層または複数層で構成された硬
質層を被覆してなる切削工具において、 上記硬質層は、炭化タングステン基超硬合金基体の表面
から基体内部に入り込み、上記基体内部に入り込んだ部
分の平均深さは0.3〜10μｍであり、かつ上記硬質層の
少なくとも基体内部に入り込んだ部分にタングステンが
拡散含有していることを特徴とする硬質層被覆炭化タン
グステン基超硬合金製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20044490A JP2900553B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20044490A JP2900553B2 (ja) | 1990-07-27 | 1990-07-27 | 硬質層被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0487706A JPH0487706A (ja) | 1992-03-19 |
| JP2900553B2 true JP2900553B2 (ja) | 1999-06-02 |
Family
ID=16424401
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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