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発明の名称 難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−21639(P2007−21639A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−206604(P2005−206604)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100076679
【弁理士】
【氏名又は名称】富田 和夫
発明者 佐藤 和則 / 田中 裕介
要約 課題
難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。

解決手段
表面被覆超硬合金製切削工具が、炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン系サーメットからなる超硬基体の表面に、(a)1〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Y)AlX)N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.70、Yは0.01〜0.10を示す)を満足する(Ti,Al,B)N層からなる下部層、(b)0.1〜1.5μmの平均層厚を有するCrN層からなる密着接合層、(c)1〜5μmの平均層厚を有し、かつCrの素地に、前記Crとの合量に占める割合で0.1〜5原子%の金属Crが分散分布した組織を有するCr分散Cr層からなる上部層、以上(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を形成してなる。
特許請求の範囲
【請求項1】
炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された超硬基体の表面に、
(a)1〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Y) AlX )N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.70、Yは0.01〜0.10を示す)を満足するTiとAlとB(ボロン)の複合窒化物層からなる下部層、
(b)0.1〜1.5μmの平均層厚を有する窒化クロム層からなる密着接合層、
(c)1〜5μmの平均層厚を有し、かつ酸化クロムの素地に、前記酸化クロムとの合量に占める割合で、0.1〜5原子%の金属クロムが分散分布した組織を有するクロム分散酸化クロム層からなる上部層、
以上(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を形成してなる、難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、特にステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材の切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具(以下、被覆超硬工具という)に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般に、被覆超硬工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【0003】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン(以下、WCで示す)基超硬合金または炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)基サーメットで構成された超硬基体の表面に、
組成式:(Ti1-(X+Y)Al)N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.70、Yは0.01〜0.10を示す)を満足するTiとAlとB(ボロン)の複合窒化物[以下、(Ti,Al,B)Nで示す]層からなる硬質被覆層を1〜15μmの平均層厚で物理蒸着してなる被覆超硬工具が知られており、かつ前記被覆超硬工具の硬質被覆層である(Ti,Al,B)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Tiによって高温強度を具備し、さらにBの含有によって一段と高温硬さの向上したものになっていることから、これを各種の一般鋼や普通鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている。
【0004】
さらに、上記の被覆超硬工具が、例えば図2に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレーティング装置に上記の超硬基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば500℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するTi−Al−B合金がセットされたカソード電極(蒸発源)との間に、例えば電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば2Paの反応雰囲気とし、一方上記超硬基体には、例えば−100Vのバイアス電圧を印加した条件で、前記超硬基体の表面に、上記(Ti,Al,B)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
【特許文献1】特許第2793696号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
近年の切削加工装置のFA化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを低合金鋼や炭素鋼などの一般鋼や、ダクタイル鋳鉄やねずみ鋳鉄などの普通鋳鉄の切削加工に用いた場合には問題はないが、特に切粉の粘性が高く、かつ工具表面に溶着し易いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材の切削加工を行なった場合には、切削時の発熱によって切粉は高温に加熱されて粘性度が一段と増大し、これに伴なって工具表面に対する粘着性が一段と増すようになり、この結果切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【課題を解決するための手段】
【0006】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具に着目し、研究を行った結果、
(a)上記従来被覆超硬工具の硬質被覆層である(Ti,Al,B)N層を下部層として1〜5μmの平均層厚で形成し、これの上に上部層として酸化クロム(以下、Crで示す)層を同じく1〜5μmの平均層厚で形成すると、前記Cr層は熱的安定性にすぐれ、特に切削時の発熱で高温加熱された状態でも上記の難削材との反応性および親和性がきわめて低く、かつ著しく低い粘着性を保持することから、前記下部層である(Ti,Al,B)N層を十分に保護し、この結果(Ti,Al,B)N層のもつすぐれた特性が長期に亘って十分に発揮されるようになること。
【0007】
(b)しかし、上記のCr層は、相対的に高温強度の低いものであるために、これをそのまま硬質被覆層の上部層として用いると、Cr層自体にチッピングが発生し易いが、これに前記Crとの合量に占める割合で、0.1〜5原子%の金属クロム(Cr)を分散分布させてCr分散Cr層とすると、前記Crの作用で高温強度が向上し、チッピング発生が著しく抑制されるようになること。
【0008】
(c)さらに、上部層であるCr分散Cr層と下部層である(Ti,Al,B)N層との密着性は十分でなく、特に断続切削を行った場合に剥離現象が発生し易いが、前記Cr分散Cr層と(Ti,Al,B)N層との間に窒化クロム(以下、CrNで示す)層を0.1〜1.5μmの平均層厚で介在させると、前記CrN層は前記Cr分散Cr層および(Ti,Al,B)N層のいずれとも強固に密着することから、前記(Ti,Al,B)N層が超硬基体表面に対してすぐれた密着性を有することと相俟って、前記Cr分散Cr層と(Ti,Al,B)N層との間にCrN層を介在させてなる硬質被覆層は、上記難削材の切削加工でも、層間剥離の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
【0009】
(d)上記(c)の硬質被覆層は、例えば図1(a)に概略平面図で、同(b)に概略正面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置(以下、AIP装置と略記する)とスパッタリング装置(以下、SP装置と略記する)が共存の蒸着装置、すなわち装置中央部に超硬基体装着用回転テーブルを設け、前記回転テーブルを挟んで、一方側に前記AIP装置のカソード電極(蒸発源)として金属Cr、他方側に前記SP装置のカソード電極(蒸発源)としてCr分散Cr焼結体(例えば原料粉末としてCr粉末とCr粉末を用い、これら原料粉末を所定の割合に配合し、混合し、圧粉体にプレス成形し、これを焼結することにより成形された焼結体)を対向配置し、さらに前記回転テーブルに沿って、かつ前記金属CrおよびCr分散Cr焼結体のそれぞれから90度離れた位置に前記AIP装置のカソード電極(蒸発源)として所定の組成を有するTi−Al−B合金を配置した蒸着装置を用い、この装置の前記回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部に沿って複数の超硬基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で超硬基体自体も自転させながら、基本的に、まず前記Ti−Al−B合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、前記超硬基体の表面に下部層として(Ti,Al,B)N層を1〜5μmの平均層厚で蒸着し、ついで、前記Ti−Al−B合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内雰囲気を窒素雰囲気に保持したままで、前記AIP装置のカソード電極(蒸発源)である金属Crとアノード電極との間にアーク放電を発生させて、密着接合層としてCrN層を0.1〜1.5μmの平均層厚で蒸着した後、前記蒸着装置内の雰囲気を酸素雰囲気とすると共に、前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置したCr分散Cr焼結体のスパッタリングを行って前記CrN層に重ねて上部層として1〜5μmの平均層厚でCr分散Cr層を蒸着することにより形成することができること。
【0010】
(e)上記の下部層、密着接合層、および上部層で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆超硬工具は、特に粘性および粘着性の高いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材の切削加工でも、下部層である(Ti,Al,B)N層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、かつ密着接合層としてのCrN層によって強固に密着したCr分散Cr層によって、前記難削材との間にきわめて低い粘着性および反応性が確保されることから、層間剥離の発生なく、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するようになること。
以上(a)〜(e)に示される研究結果を得たのである。
【0011】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、
(a)1〜5μmの平均層厚を有し、かつ、組成式:(Ti1-(X+Y)AlX)N(ただし、原子比で、Xは0.30〜0.70、Yは0.01〜0.10を示す)を満足する(Ti,Al,B)N層からなる下部層、
(b)0.1〜1.5μmの平均層厚を有するCrN層からなる密着接合層、
(c)1〜5μmの平均層厚を有し、かつCrの素地に、前記Crとの合量に占める割合で、0.1〜5原子%のCrが分散分布した組織を有するCr分散Cr層からなる上部層、
以上(a)〜(c)で構成された硬質被覆層を形成してなる、難削材の切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【0012】
つぎに、この発明の被覆超硬工具の硬質被覆層の構成層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
(a)下部層の組成および平均層厚
下部層を構成する(Ti,Al,B)N層におけるAl成分には高温硬さと耐熱性、同Ti成分には高温強度を向上させ、さらにB成分には高温硬さを一段と向上させる作用があるが、Alの割合を示すX値がTiとBの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.30未満になると、相対的にTiの割合が多くなり過ぎて、所定の高温硬さと耐熱性を確保することができなくなり、摩耗進行が急激に促進するようになり、一方Alの割合を示すX値が同0.70を越えると、相対的にTiの割合が少なくなり過ぎて、高温強度が急激に低下し、この結果切刃部にチッピングなどが発生し易くなることから、X値を0.30〜0.70と定めたものであり、さらにBの割合を示すY値がAlとTiの合量に占める割合で0.01未満では所望の高温硬さ向上効果が得られず、一方同Y値が0.10を超えると、高温強度が急激に低下するようになることから、Y値を0.01〜0.10と定めた。
また、その平均層厚が1μm未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が5μmを越えると、上記の粘性の高い難削材の切削加工では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を1〜5μmと定めた。
【0013】
(b)密着接合層の平均層厚
その平均層厚が0.1μm未満では、上部層と下部層の間に強固な接合強度を確保することができず、一方その平均層厚が1.5μmを越えると、硬質被覆層の強度が密着接合層部分で急激に低下するようになり、これがチッピング発生の原因となることから、その平均層厚を0.1〜1.5μmと定めた。
【0014】
(c)上部層の平均層厚および分散Crの含有割合
上部層を構成するCr分散Cr層は、上記の通り難削材に対する粘着性および反応性がきわめて低く、これは切削時に前記難削材が高温加熱された状態でも変わることなく維持されることから、下部層である(Ti,Al,B)N層を前記高温加熱された難削材から保護し、これのチッピング発生を抑制する作用を発揮するが、その平均層厚が1μm未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方その平均層厚が5μmを越えて厚くなり過ぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を1〜5μmと定めた。
また、上記Cr分散Cr層におけるCrには、上記の通り自身の高温強度を向上させ、もって切削時におけるチッピングの発生を著しく抑制する作用があるが、その割合が素地のCrとの合量に占める割合で0.1原子%未満では所望の高温強度向上効果を確保することができず、一方その割合が5原子%を越えると、被削材である上記難削材との間にきわめて低い粘着性および反応性を確保することができなくなり、特にその切粉との間にチッピング発生の原因となる粘着現象が現れるようになることから、その割合を0.1〜5原子%と定めた。
【発明の効果】
【0015】
この発明の被覆超硬工具は、硬質被覆層を構成する下部層の(Ti,Al,B)N層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、かつ同密着接合層としてのCrN層によって強固に密着接合した上部層としてのCr分散Cr層によって、被削材との間にきわめて低い反応性および親和性が確保されることから、特に粘性および粘着性の高いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材の高熱発生を伴なう切削加工でも、層間剥離の発生なく、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0016】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例1】
【0017】
原料粉末として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、VC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3 2 粉末、TiN粉末、TaN粉末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、100MPa の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、温度:1400℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.03のホーニング加工を施してISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったWC基超硬合金製の超硬基体A−1〜A−10を形成した。
【0018】
また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比で、TiC/TiN=50/50)粉末、Mo2 C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、TaC粉末、WC粉末、Co粉末、およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、100MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を2kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.03のホーニング加工を施してISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったTiCN系超硬製の超硬基体B−1〜B−6を形成した。
【0019】
さらに、硬質被覆層の上部層形成用カソード電極(蒸発源)として、原料粉末として、平均粒径:0.8μmのCr粉末および同1.1μmのCr粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、100MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を6PaのAr雰囲気中、1300〜1400℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で焼結することにより、Crを所定の割合で分散含有したCr分散Cr焼結体を調製した。
【0020】
(a)ついで、上記の超硬基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図1に示される蒸着装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、一方側のAIP装置のカソード電極(蒸発源)として密着接合層形成用金属Cr、他方側のSP装置のカソード電極(蒸発源)として上部層形成用Cr分散Cr焼結体を対向配置し、さらに前記回転テーブルに沿って、かつ前記金属CrおよびCr分散Cr焼結体のそれぞれから90度離れた位置にAIP装置のカソード電極(蒸発源)として所定の組成を有する下部層形成用Ti−Al−B合金を配置し、
(b)まず、装置内を排気して0.5Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を700℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記金属Crとアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面を前記金属Crによってボンバード洗浄し、
(c)装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する超硬基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al−B合金とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体の表面に、表3に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、
(d)上記の下部層形成用Ti−Al−B合金のカソード電極とアノード電極との間のアーク放電を停止し、装置内の雰囲気を同じ4Paの窒素雰囲気に保持すると共に、超硬基体への直流バイアス電圧(−100V)も同じくしたままで、カソード電極の前記金属Crとアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって同じく表3に示される目標層厚のCrN層を硬質被覆層の密着接合層として蒸着形成し、
(e)上記金属Crとアノード電極とのアーク放電を停止し、前記蒸着装置内の雰囲気を0.5PaのAr雰囲気とすると共に、前記SP装置のカソード電極(蒸発源)として配置したCr分散Cr焼結体に、スパッタ出力:3kWの条件でスパッタリングを開始し、同じく表3に示される目標層厚のCr分散Cr層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬製スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
【0021】
また、比較の目的で、これら超硬基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極(蒸発源)として種々の成分組成をもったTi−Al−B合金を装着し、まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記超硬基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al−B合金とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって超硬基体表面を前記Ti−Al−B合金でボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記超硬基体に印加するバイアス電圧を−100Vに下げて、前記Ti−Al−B合金のカソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記超硬基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれの表面に、表4に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層を硬質被覆層として蒸着形成することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬製スローアウエイチップ(以下、従来被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
【0022】
つぎに、上記の各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ1〜16および従来被覆チップ1〜16について、
被削材:JIS・SUS316の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:200m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件(切削条件A)でのステンレス鋼の乾式断続切削加工試験、
被削材:JIS・S15Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:200m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.2mm/rev.、
切削時間:5分、
の条件(切削条件B)での軟鋼の乾式断続切削加工試験、
被削材:JIS・SCMnH1の丸棒、
切削速度:180m/min.、
切り込み:1.5mm、
送り:0.25mm/rev.、
切削時間:10分、
の条件(切削条件C)での高マンガン鋼の乾式連続切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表5に示した。
【0023】
【表1】


【0024】
【表2】


【0025】
【表3】


【0026】
【表4】


【0027】
【表5】


【実施例2】
【0028】
原料粉末として、平均粒径:5.5μmを有する中粗粒WC粉末、同0.8μmの微粒WC粉末、同1.3μmのTaC粉末、同1.2μmのNbC粉末、同1.2μmのZrC粉末、同2.3μmのCr32粉末、同1.5μmのVC粉末、同1.0μmの(Ti,W)C[質量比で、TiC/WC=50/50]粉末、および同1.8μmのCo粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表6に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、100MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気中、7℃/分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉冷の条件で焼結して、直径が8mm、13mm、および26mmの3種の超硬基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表7に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ6mm×13mm、10mm×22mm、および20mm×45mmの寸法、並びにいずれもねじれ角30度の4枚刃スクエア形状をもったWC基超硬合金製の超硬基体(エンドミル)C−1〜C−8をそれぞれ製造した。
【0029】
ついで、これらの超硬基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示される蒸着装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表7に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層からなる下部層と、同じく表7に示される目標層厚のCrN層からなる密着接合層およびCr分散Cr層からなる上部層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0030】
また、比較の目的で、上記の超硬基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、同じく表7に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬製エンドミル(以下、従来被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0031】
つぎに、上記本発明被覆エンドミル1〜8および従来被覆エンドミル1〜8のうち、本発明被覆エンドミル1〜3および従来被覆エンドミル1〜3については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S15Cの板材、
切削速度:40m/min.、
溝深さ(切り込み):3mm、
テーブル送り:120mm/分、
の条件での軟鋼の乾式溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル4〜6および従来被覆エンドミル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS316の板材、
切削速度:50m/min.、
溝深さ(切り込み):5mm、
テーブル送り:120mm/分、
の条件でのステンレス鋼の湿式(水溶性切削油使用)溝切削加工試験、本発明被覆エンドミル7,8および従来被覆エンドミル7,8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCMnH1の板材、
切削速度:40m/min.、
溝深さ(切り込み):8mm、
テーブル送り:80mm/分、
の条件での高マンガン鋼の乾式溝切削加工試験をそれぞれ行い、いずれの溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表7にそれぞれ示した。
【0032】
【表6】


【0033】
【表7】


【実施例3】
【0034】
上記の実施例2で製造した直径が8mm(超硬基体C−1〜C−3形成用)、13mm(超硬基体C−4〜C−6形成用)、および26mm(超硬基体C−7、C−8形成用)の3種の丸棒焼結体を用い、この3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ4mm×13mm(超硬基体D−1〜D−3)、8mm×22mm(超硬基体D−4〜D−6)、および16mm×45mm(超硬基体D−7、D−8)の寸法、並びにいずれもねじれ角30度の2枚刃形状をもったWC基超硬合金製の超硬基体(ドリル)D−1〜D−8をそれぞれ製造した。
【0035】
ついで、これらの超硬基体(ドリル)D−1〜D−8の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示される蒸着装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表8に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al,B)N層からなる下部層と、同じく表8に示される目標層厚のCrN層からなる密着接合層およびCr分散Cr層からなる上部層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0036】
また、比較の目的で、上記の超硬基体(ドリル)D−1〜D−8の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、同じく表8に示される目標組成および目標層厚を有する(Ti,Al,B)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬製ドリル(以下、従来被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。
【0037】
つぎに、上記本発明被覆ドリル1〜8および従来被覆ドリル1〜8のうち、本発明被覆ドリル1〜3および従来被覆ドリル1〜3については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS316の板材、
切削速度:100m/min.、
送り:0.14mm/rev、
穴深さ:8mm、
の条件でのステンレス鋼の湿式穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル4〜6および従来被覆ドリル4〜6については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCMnH1の板材、
切削速度:80m/min.、
送り:0.2mm/rev、
穴深さ:16mm、
の条件での高マンガン鋼の湿式穴あけ切削加工試験、本発明被覆ドリル7,8および従来被覆ドリル7,8については、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S15Cの板材、
切削速度:60m/min.、
送り:0.27mm/rev、
穴深さ:30mm、
の条件での軟鋼の湿式穴あけ切削加工試験、をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表8にそれぞれ示した。
【0038】
【表8】


【0039】
この結果得られた本発明被覆超硬工具としての本発明被覆チップ1〜16、本発明被覆エンドミル1〜8、および本発明被覆ドリル1〜8の硬質被覆層を構成する(Ti,Al,B)N層(下部層)およびCr分散Cr層(上部層)の組成、並びに従来被覆超硬工具としての従来被覆チップ1〜16、従来被覆エンドミル1〜8、および従来被覆ドリル1〜8の(Ti,Al,B)N層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散X線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
【0040】
また、上記の硬質被覆層の構成層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値(5ヶ所の平均値)を示した。
【0041】
表3〜8に示される結果から、本発明被覆超硬工具は、いずれも特に粘性および粘着性の高いステンレス鋼や高マンガン鋼、さらに軟鋼などの難削材の高熱発生を伴なう切削加工でも、硬質被覆層の下部層である(Ti,Al,B)N層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、かつ密着接合層としてのCrN層によって強固に密着したCr分散Cr層によって、前記被削材との間にきわめて低い粘着性および反応性が確保されることから、層間剥離の発生なく、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、硬質被覆層が(Ti,Al,B)N層で構成された従来被覆超硬工具においては、いずれも高熱発生を伴なう切削加工では被削材(難削材)と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなり、これが原因で切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【0042】
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、一般鋼や普通鋳鉄などの切削加工は勿論のこと、特に高熱発生を伴なう上記の難削材の切削加工でもすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のFA化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【0043】
【図1】本発明被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた蒸着装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図である。
【図2】通常のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。




 

 


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