突切り、溝切りおよびねじ切りのための超硬合金インサート
【課題】湿潤条件下で鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りに有用な切削工具インサート、塑性変形に対する向上した耐性および耐摩耗性を有する切削工具インサート、および塑性変形に対する向上した耐性が、刃先の靭性の低下を犠牲にして得られたのではない切削工具を提供する。
【解決手段】基材および被膜を含んでなる、鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための切削インサートであって、前記基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含む。Ｔｉは、Ｔｉ／Ｔａ重量比０．８以上にＴａで部分的に置換可。被膜は、異なるＡｉ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層：厚さ０．３〜２．５μｍでｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層と厚さ０．５〜５．０μｍでｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層を含む。
【解決手段】基材および被膜を含んでなる、鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための切削インサートであって、前記基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含む。Ｔｉは、Ｔｉ／Ｔａ重量比０．８以上にＴａで部分的に置換可。被膜は、異なるＡｉ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層：厚さ０．３〜２．５μｍでｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層と厚さ０．５〜５．０μｍでｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿潤条件下での鋼、ステンレス鋼および耐熱超合金（ＨＲＳＡ）の突切り、溝切りおよびねじ切りに特に有用な被覆切削工具インサートに関する。多層ＰＶＤ被膜は耐逃げ面摩耗性を大きく向上させ、高クロム微粒基材は塑性変形に対する良好な耐性を与える。
【背景技術】
【０００２】
鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡなどの広範囲の被加工材に突切り、溝切りおよびねじ切りをするための被覆切削工具インサートは以下の性質を持たなければならない：
１．切削プロセスはインサートの刃先に、特にねじ切りの場合ノーズ領域に高温を生じるので、塑性変形に対する高い耐性。
【０００３】
２．急激に成長する逃げ面摩耗を防ぐためアブレシブ摩耗に対する良好な耐性。
【０００４】
３．凝着摩耗に対する良好な耐性および基材と被膜の間の非常に良好な粘着。特にステンレス鋼から出るチップはインサートの表面に非常に融着しやすい。
【０００５】
４．破壊およびチッピングを防ぐため良好な刃先の靭性。
【０００６】
５．特に中心にいたる切断加工の場合、バルクの破壊を防ぐため良好なバルク靭性。
【０００７】
米国特許第６，２６１，６７３号は、鋼またはステンレス鋼管および棒鋼などの鋼部品の溝切りまたは突切りに有用な被覆超硬合金を開示している。前記インサートは、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有するＷＣ−Ｃｏ−系超硬合金基材ならびに柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの内部層、その次に微粒κ−Ａｌ2Ｏ3の層およびＴｉＮの最上層を含む比較的薄い被膜により特徴づけられている。
【０００８】
米国特許第６，３４２，２９１号は、鋼またはステンレス鋼管および棒鋼などの鋼部品の溝切りまたは突切りに有用な被覆切削工具インサートを開示している。前記インサートは、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有するＷＣ−Ｃｏ−系超硬合金基材ならびにＴｉ／Ａｌ比が繰り返して変動する（ＴｉxＡｌ1-x）Ｎの組成を持つ副層の多層構造を含む硬質で耐摩耗性の被膜により特徴づけられている。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−１７９８３１０は、基材および被膜を含んでなる、耐熱超合金およびステンレス鋼の突切りおよび溝切りのための切削インサートを開示している。前記基材は、５〜７重量％のＣｏ、０．１５〜０．６０重量％のＴａＣ、０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣを含んでなる。前記被膜は、厚さが１〜３．８μｍでｘ＝０．６〜０．７の均一なＡｌxＴｉ1-xＮ層からなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、湿潤条件下で鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りに有用な切削工具インサートを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、塑性変形に対する向上した耐性および耐摩耗性を有する切削工具インサートを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、塑性変形に対する向上した耐性が、刃先の靭性の低下を犠牲にして得られたのではない切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
高クロム微粒基材と組み合わせた多層（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ ＰＶＤ被膜が、湿潤条件下で鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りをする場合、塑性変形に対する良好な耐性、良好な耐摩耗性および十分な刃先の靭性を与えることが見いだされた。
【００１４】
したがって、本発明は、超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートに関する。超硬合金基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、好ましくは８．０〜１０．０重量％のＣｏ、最も好ましくは８．５〜９．５重量％のＣｏおよび０．７〜１．１重量％のＣｒ、好ましくは０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなり、好ましくはそれらからなる。前記超硬合金は、１００〜３００ｐｐｍのＴｉ、好ましくは１５０〜２７５ｐｐｍのＴｉ、最も好ましくは２００〜２６０ｐｐｍのＴｉをさらに含む。他の実施形態において、前記Ｔｉの一部はＴａに置換されるが、Ｔｉ／Ｔａの重量比は０．８以上好ましくは１．７以下で、最も好ましくは１．２〜１．５である。
【００１５】
バインダー相は、Ｗおよびバインダー相の磁気的性質に影響を与えるＣｒと合金化されており、以下に定義のとおりＣＷ＿Ｃｒ比の値と関連づけることができ、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
上式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％は超硬合金中のＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである。
【００１６】
超硬合金が０．７７〜０．９７の、好ましくは０．８０〜０．９４、最も好ましくは０．８２〜０．９２のＣＷ＿Ｃｒ比および２１〜２７ｋＡ／ｍ、好ましくは２２〜２６ｋＡ／ｍの保磁力を有する場合に向上した切削性能が得られることが見いだされた。
【００１７】
焼結体は、追加の相またはイータ相などの他の相、Ｍ＝（Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｃｏ＋Ｃｒ＋Ｗ）でありＸ＝ＣまたはＮであるＭＸまたはＭ7Ｘ3、Ｍ3Ｘ2の沈殿を少量含んでよく、不利益な効果なく最大０．５体積％の体積分率まで存在してよい。
【００１８】
被膜は異なるＡｌ／Ｔｉ比の２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含んでなる。内部層は、外部層よりＡｌ／Ｔｉ比が高い。内部層は、ｙ＝０．４〜０．６７、好ましくは０．４５〜０．６０のＡｌyＴｉ1-yＮ層からなる。内部層の被膜厚さは０．３〜２．５μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍである。好ましい実施形態において、内部層は、ｚ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｚ＝０．６〜０．６７、ｖ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｖ＝０．４０〜０．５０のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜である。各個別の層の被膜厚さは０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。外部層は、ｗ＝０．１５〜０．３５、好ましくはｗ＝０．２０〜０．３０のＡｌwＴｉ1-wＮ層からなっている。外部層の被膜厚さは、０．５〜５．０μｍであり、好ましくは１．０〜４．０μｍである。好ましい実施形態において、外部層は、ｍ＝０〜０．２、好ましくはｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｎ＝０．４０〜０．５０、ｋ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｋ＝０．６〜０．６７である、ＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなる。各個別の層の被膜厚さは、０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。被膜の全厚さは０．８〜７．５μｍ、好ましくは１．５〜６．０μｍである。個別の層の厚さは、刃先の０．２ｍｍ下の逃げ面上で測定する。
【００１９】
好ましい実施形態において、被膜は０．０５〜０．２μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍの厚さのＴｉＮ層からなる最内部の接着層を有する。
【００２０】
１実施形態において、被膜は着色目的のＴｉＮ最上層を有する。ＴｉＮ層の厚さは０．１〜１μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍである。
【００２１】
他の実施形態において、被膜は、ｐ＝０．０５〜０．６７であるＡｌpＴｉ1-pＮの最上層を着色目的で有する。ＡｌpＴｉ1-pＮ層の厚さは０．２〜１μｍ、好ましくは０．２〜０．４μｍである。
【００２２】
本発明は、超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートを製造する方法にも関する。超硬合金基材は、混練、加圧成形および焼結の従来の粉末冶金技術を利用して製造される。超硬合金基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、好ましくは８．０〜１０．０重量％のＣｏ、最も好ましくは８．５〜９．５重量％のＣｏおよび０．７〜１．１重量％のＣｒ、好ましくは０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなり、好ましくはそれらからなる。１実施形態において、前記超硬合金は、１００〜３００ｐｐｍのＴｉ、好ましくは１５０〜２７５ｐｐｍのＴｉ、最も好ましくは２００〜２６０ｐｐｍのＴｉをさらに含む。他の実施形態において、前記Ｔｉの一部はＴａに置換されるが、Ｔｉ／Ｔａの重量比は０．８以上好ましくは１．７以下で、最も好ましくは１．２〜１．５であり、ＴａＣ、（Ｔａ，Ｗ）Ｃ、ＴｉＣ、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃおよび／または（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）Ｃまたはこれらの組み合わせとして加えられる。真空中で１４１０℃で１時間焼結後、保磁力は２１〜２７ｋＡ／ｍ、好ましくは２２〜２６ｋＡ／ｍである。
【００２３】
ＣＷ＿Ｃｒ比は、０．７７〜０．９７、好ましくは０．８０〜０．９４、最も好ましくは０．８２〜０．９２であり、粉末混合物に適量のカーボンブラックまたはタングステンの粉末を加えてモニターされる。
【００２４】
従来の焼結後処理の後、陰極アーク蒸着またはマグネトロンスパッタリングにより、Ａｉ／Ｔｉ比が異なる２つの（Ｔｉ，Ａｌ）層からなる被膜が堆積される。内部層は、外部層よりも高いＡｌ／Ｔｉ比を有する。内部層は、ｙ＝０．４〜０．６７、好ましくは０．４５〜０．６０のＡｌyＴｉ1-yＮ層からなる。内部層の被膜厚さは０．３〜２．５μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍである。好ましい実施形態において、内部層は、ｚ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｚ＝０．６〜０．６７、ｖ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｖ＝０．４０〜０．５０のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜である。各個別の層の被膜厚さは０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。外部層は、ｗ＝０．１５〜０．３５、好ましくはｗ＝０．２０〜０．３０のＡｌwＴｉ1-wＮ層からなる。外部層の被膜厚さは、０．５〜５．０μｍであり、好ましくは１．０〜４．０μｍである。好ましい実施形態において、外部層は、ｍ＝０〜０．２、好ましくはｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｎ＝０．４０〜０．５０、ｋ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｋ＝０．６〜０．６７である、ＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなる。各個別の層の被膜厚さは、０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。被膜の全厚さは０．８〜７．５μｍ、好ましくは１．５〜６．０μｍである。
【００２５】
本発明は、切削速度３０〜４００ｍ／分および送り０．０５〜０．６ｍｍ／ｒｅｖでの鋼およびステンレス鋼の、切削速度１５〜１００ｍ／分および送り０．０２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖでのＨＲＳＡの湿潤条件下での突切り、溝切りおよびねじ切りのための上述のインサートの使用にも関する。
【実施例】
【００２６】
実施例１（本発明）
Ａ１．９重量％のＣｏ、０．９重量％のＣｒ、２３０ｐｐｍのＴｉおよび残部ＷＣの組成を持ち、平均粒径約０．８μｍに対応する保磁力２３．６ｋＡ／ｍおよびＣＷ＿Ｃｒ比０．９５に対応する磁性Ｃｏ含量６．７を持つ超硬合金からできている切削インサートに、陰極アーク蒸着により多層（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜を堆積させた。前記被膜は、ＴｉおよびＴｉＡｌ金属源のアーク蒸着を利用して堆積させた。ＴｉＮ粘着層は、ＡｒおよびＮ2の混合雰囲気中でＴｉ金属源を利用して堆積させた。ＴｉＮ粘着層の被膜厚さは０．１５μｍであった。第２層は、Ａｌ0.67Ｔｉ0.33およびＡｌ0.50Ｔｉ0.50合金からなるターゲットを利用してＮ2雰囲気中で堆積させた。堆積チャンバー内部でのインサートの３回回転により非周期的積層構造が得られた。第２層の厚さは１．６μｍであった。平均組成はＳＥＭ−ＥＤＳにより測定してＡｌ0.54Ｔｉ0.46Ｎであった。第２層の積層構造の個々の層の平均厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定して８ｎｍであった。第３外部層を、Ｔｉ、Ａｌ0.67Ｔｉ0.33およびＡｌ0.50Ｔｉ0.50合金からなるターゲットを利用してＮ2雰囲気中で堆積させた。堆積チャンバー内部でのインサートの３回回転により非周期的積層構造が得られた。この第３層の厚さは２．６μｍであった。第３層の平均組成はＳＥＭ−ＥＤＳにより測定してＡｌ0.24Ｔｉ0.76であった。第３層の積層構造の個々の層の平均厚さはＴＥＭにより測定して１１ｎｍであった。付着させた被膜の全厚さは４．４μｍであった。
【００２７】
Ａ２．９重量％のＣｏ、０．９重量％のＣｒ、１３０ｐｐｍのＴｉ、１００ｐｐｍのＴａおよび残部ＷＣの組成を持つ超硬合金にＡ１と同じ被膜を堆積させた。
実施例２（従来技術）
Ｂ．１０重量％のＣｏ、０．３９重量％のＣｒおよび残部ＷＣからなり、粒径０．９μｍに相当する保磁力２０ｋＡ／ｍおよびＣＷ＿Ｃｒ比０．８９ならびに硬度１６００ ＨＶ３を有する超硬合金基材から構成される超硬合金溝切りインサートに、均一なＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層とＴｉＮとＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎとが交互に積層した順次積層構造の４．４μｍのＰＶＤ（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ多層を被覆した。この交互積層は１２回繰り返していた。均一なＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層の厚さは０．１〜０．２μｍであり、積層構造の厚さは０．１〜０．２μｍであった。積層構造中の個々のＴｉＮ層またはＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層の厚さは、０．１〜２０ｎｍであった。多層の平均組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳで測定してＡｌ0.2Ｔｉ0.8Ｎであった。
実施例３
インサートＡ１およびＢを、焼き入れおよび焼き戻しされた鋼部品の溝切りおよび旋削で試験した。第１の操作は外径４６ｍｍからの深さ２ｍｍの溝切りであり、次いで棒鋼に沿って２０ｍｍ旋削、次いで溝切りと逆向きの旋削を繰り返し、直径１０．２ｍｍまで加工した。
操作： 溝切りおよび旋削
被加工材： ＡＩＳＩ ４３４０（ＳＳ ２５４１−０３）
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＴＦ
切削速度： ２２０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
旋削の送り： ０．１３ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ２８秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）８６．７部品、切削４０．５分
グレードＢ（従来技術）４６．７部品、切削２１．８分
実施例４
インサートＡ１およびＢを、焼き入れおよび焼き戻しされた鋼の溝切りで試験した。溝の外径Ｄoは１７８ｍｍであり、内径Ｄiは１７２ｍｍであり、溝の幅は３ｍｍであった。
操作： 溝切り
被加工材： ＡＩＳＩ ４３４０（ＳＳ ２５４１−０３）
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＴＦ
切削速度： ２１０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１２ｍｍ／ｒ
切込み深さ： ３ｍｍ
サイクル当たりの時間：３分（１サイクルは３０の溝切り）
冷却剤あり
結果：所定の逃げ面摩耗０．２ｍｍでの工具寿命。
グレードＡ１は２１．３サイクル運転し、切削の全時間は６３．９分であった。
インサートＢの工具寿命は１１．３サイクルであり、３３．９分で終了した。
実施例５
インサートＡ１およびＢを、オーステナイトステンレス鋼部品の溝切りおよび旋削で試験した。第１の操作は外径４５ｍｍからの深さ２ｍｍの溝切りであり、次いで棒鋼に沿って２０ｍｍ旋削、次いで溝切りと逆向きの旋削を繰り返し、直径１０．２ｍｍまで加工した。
操作： 溝切りおよび旋削
被加工材： ＳＡＮＭＡＣ ３１６Ｌ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｈ２−０４００−０００８−ＴＭ
切削速度： １８０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
旋削の送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ２７秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）７０部品、切削３１．５分
グレードＢ（従来技術）５１部品、切削２３．３分
実施例６
インサートＡ１およびＢを、Ｄoが１５９ｍｍ、Ｄiが１４０ｍｍ、幅が９．５ｍｍである鋼の溝切りで試験した。
操作： 溝切り
被加工材： ＳＮ２０３９
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｌ２−０８００−ＲＭ
切削速度： １５０〜１３０ｍ／分
送り： ０．３ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ９０秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）７１部品、切削１０６．５分
グレードＢ（従来技術）３４部品、切削５１分
実施例７
インサートＡ１およびＢを、鋼Ｃ４０、硬度１９０〜２５０ＨＢの内径ねじ切り、Ｍ２４×１．５、長さ２４ｍｍで試験した。
操作： 内径ねじ切り
被加工材： Ｃ４０
インサートスタイル： Ｒ１６６．ＯＬ−１６ＭＭ０１−１５０
切削速度： １１５ｍ／分
パス数： ねじ山当たり７
冷却剤あり
ねじ山の数で表す結果
グレードＡ１（本発明）： ５８０ねじ山
グレードＢ（従来技術）： ４３０ねじ山
実施例８
インサートＡ２およびＢを、Ｄo１７７．９ｍｍからＤi１６５．８ｍｍへの鋼のねじ切りで試験した。ねじ山の幅は１２．４５ｍｍであった。
操作： ねじ切り
被加工材： １６ＭｎＣｒ５
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｈ２−０４００−０００４−ＴＦ
切削速度： ２５５ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： １７秒
冷却剤あり
部品数で表す結果および所定の表面仕上げでの分で示す工具寿命
グレードＡ２（本発明）：１０７部品、切削３０．３分
グレードＢ（従来技術）：７５部品、切削２１．３分
実施例９
インサートＡ２およびＢを、Ｄo２０ｍｍから中心への棒鋼の突切りで試験した。
操作： 突切り
被加工材： ４２ＣｒＭｏ４、硬度３２０ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＣＭ
切削速度： １００ｍ／分から０ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ、直径３ｍｍからｆ＝０．０５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ４秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： ６２００部品、切削４１３分
グレードＢ（従来技術）： ３６００部品、切削２４０分
実施例１０
インサートＡ２およびＢを、Ｄo３６ｍｍからＤi１７ｍｍへの鋼管の突切りで試験した。
操作： 管の突切り
被加工材： ４２ＣＤ４、硬度３００ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＣＲ
切削速度： １５０ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ３．２秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： １１５９部品、切削６１．８分
グレードＢ（従来技術）： ７５４部品、切削４０．２分
実施例１１
インサートＡ２およびＢを、Ｄo１２０ｍｍからＤi１１５ｍｍへの鋼管の突切りで試験した。
操作： 管の突切り
被加工材： ＳＡＥ１０１０、硬度１１０ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＣＲ
切削速度： ２２６ｍ／分から２１６ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： １．６７秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： ７００部品、切削１９分
グレードＢ（従来技術）： ５８０部品、切削１６分
実施例１２
インサートＡ２およびＢを、２０ｍｍインコネルピンの突切りで試験した。
操作： ピンの突切り
被加工材： インコネル７１８
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＣＭ
切削速度： ２０ｍ／分
送り： ０．０７から０．０３ｍｍ／ｒ
冷却剤あり
部品の数で表す結果：
グレードＡ２（本発明）： １００ピン
グレードＢ（従来技術）： ８５ピン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿潤条件下での鋼、ステンレス鋼および耐熱超合金（ＨＲＳＡ）の突切り、溝切りおよびねじ切りに特に有用な被覆切削工具インサートに関する。多層ＰＶＤ被膜は耐逃げ面摩耗性を大きく向上させ、高クロム微粒基材は塑性変形に対する良好な耐性を与える。
【背景技術】
【０００２】
鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡなどの広範囲の被加工材に突切り、溝切りおよびねじ切りをするための被覆切削工具インサートは以下の性質を持たなければならない：
１．切削プロセスはインサートの刃先に、特にねじ切りの場合ノーズ領域に高温を生じるので、塑性変形に対する高い耐性。
【０００３】
２．急激に成長する逃げ面摩耗を防ぐためアブレシブ摩耗に対する良好な耐性。
【０００４】
３．凝着摩耗に対する良好な耐性および基材と被膜の間の非常に良好な粘着。特にステンレス鋼から出るチップはインサートの表面に非常に融着しやすい。
【０００５】
４．破壊およびチッピングを防ぐため良好な刃先の靭性。
【０００６】
５．特に中心にいたる切断加工の場合、バルクの破壊を防ぐため良好なバルク靭性。
【０００７】
米国特許第６，２６１，６７３号は、鋼またはステンレス鋼管および棒鋼などの鋼部品の溝切りまたは突切りに有用な被覆超硬合金を開示している。前記インサートは、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有するＷＣ−Ｃｏ−系超硬合金基材ならびに柱状粒子を持つＴｉＣxＮyＯzの内部層、その次に微粒κ−Ａｌ2Ｏ3の層およびＴｉＮの最上層を含む比較的薄い被膜により特徴づけられている。
【０００８】
米国特許第６，３４２，２９１号は、鋼またはステンレス鋼管および棒鋼などの鋼部品の溝切りまたは突切りに有用な被覆切削工具インサートを開示している。前記インサートは、高Ｗ合金Ｃｏバインダー相を有するＷＣ−Ｃｏ−系超硬合金基材ならびにＴｉ／Ａｌ比が繰り返して変動する（ＴｉxＡｌ1-x）Ｎの組成を持つ副層の多層構造を含む硬質で耐摩耗性の被膜により特徴づけられている。
【０００９】
ＥＰ−Ａ−１７９８３１０は、基材および被膜を含んでなる、耐熱超合金およびステンレス鋼の突切りおよび溝切りのための切削インサートを開示している。前記基材は、５〜７重量％のＣｏ、０．１５〜０．６０重量％のＴａＣ、０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣおよび残部ＷＣを含んでなる。前記被膜は、厚さが１〜３．８μｍでｘ＝０．６〜０．７の均一なＡｌxＴｉ1-xＮ層からなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、湿潤条件下で鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りに有用な切削工具インサートを提供することである。
【００１１】
本発明のさらなる目的は、塑性変形に対する向上した耐性および耐摩耗性を有する切削工具インサートを提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、塑性変形に対する向上した耐性が、刃先の靭性の低下を犠牲にして得られたのではない切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
高クロム微粒基材と組み合わせた多層（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ ＰＶＤ被膜が、湿潤条件下で鋼、ステンレス鋼およびＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りをする場合、塑性変形に対する良好な耐性、良好な耐摩耗性および十分な刃先の靭性を与えることが見いだされた。
【００１４】
したがって、本発明は、超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートに関する。超硬合金基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、好ましくは８．０〜１０．０重量％のＣｏ、最も好ましくは８．５〜９．５重量％のＣｏおよび０．７〜１．１重量％のＣｒ、好ましくは０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなり、好ましくはそれらからなる。前記超硬合金は、１００〜３００ｐｐｍのＴｉ、好ましくは１５０〜２７５ｐｐｍのＴｉ、最も好ましくは２００〜２６０ｐｐｍのＴｉをさらに含む。他の実施形態において、前記Ｔｉの一部はＴａに置換されるが、Ｔｉ／Ｔａの重量比は０．８以上好ましくは１．７以下で、最も好ましくは１．２〜１．５である。
【００１５】
バインダー相は、Ｗおよびバインダー相の磁気的性質に影響を与えるＣｒと合金化されており、以下に定義のとおりＣＷ＿Ｃｒ比の値と関連づけることができ、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
上式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％は超硬合金中のＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである。
【００１６】
超硬合金が０．７７〜０．９７の、好ましくは０．８０〜０．９４、最も好ましくは０．８２〜０．９２のＣＷ＿Ｃｒ比および２１〜２７ｋＡ／ｍ、好ましくは２２〜２６ｋＡ／ｍの保磁力を有する場合に向上した切削性能が得られることが見いだされた。
【００１７】
焼結体は、追加の相またはイータ相などの他の相、Ｍ＝（Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｃｏ＋Ｃｒ＋Ｗ）でありＸ＝ＣまたはＮであるＭＸまたはＭ7Ｘ3、Ｍ3Ｘ2の沈殿を少量含んでよく、不利益な効果なく最大０．５体積％の体積分率まで存在してよい。
【００１８】
被膜は異なるＡｌ／Ｔｉ比の２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含んでなる。内部層は、外部層よりＡｌ／Ｔｉ比が高い。内部層は、ｙ＝０．４〜０．６７、好ましくは０．４５〜０．６０のＡｌyＴｉ1-yＮ層からなる。内部層の被膜厚さは０．３〜２．５μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍである。好ましい実施形態において、内部層は、ｚ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｚ＝０．６〜０．６７、ｖ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｖ＝０．４０〜０．５０のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜である。各個別の層の被膜厚さは０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。外部層は、ｗ＝０．１５〜０．３５、好ましくはｗ＝０．２０〜０．３０のＡｌwＴｉ1-wＮ層からなっている。外部層の被膜厚さは、０．５〜５．０μｍであり、好ましくは１．０〜４．０μｍである。好ましい実施形態において、外部層は、ｍ＝０〜０．２、好ましくはｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｎ＝０．４０〜０．５０、ｋ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｋ＝０．６〜０．６７である、ＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなる。各個別の層の被膜厚さは、０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。被膜の全厚さは０．８〜７．５μｍ、好ましくは１．５〜６．０μｍである。個別の層の厚さは、刃先の０．２ｍｍ下の逃げ面上で測定する。
【００１９】
好ましい実施形態において、被膜は０．０５〜０．２μｍ、好ましくは０．１〜０．２μｍの厚さのＴｉＮ層からなる最内部の接着層を有する。
【００２０】
１実施形態において、被膜は着色目的のＴｉＮ最上層を有する。ＴｉＮ層の厚さは０．１〜１μｍ、好ましくは０．１〜０．３μｍである。
【００２１】
他の実施形態において、被膜は、ｐ＝０．０５〜０．６７であるＡｌpＴｉ1-pＮの最上層を着色目的で有する。ＡｌpＴｉ1-pＮ層の厚さは０．２〜１μｍ、好ましくは０．２〜０．４μｍである。
【００２２】
本発明は、超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートを製造する方法にも関する。超硬合金基材は、混練、加圧成形および焼結の従来の粉末冶金技術を利用して製造される。超硬合金基材は、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、好ましくは８．０〜１０．０重量％のＣｏ、最も好ましくは８．５〜９．５重量％のＣｏおよび０．７〜１．１重量％のＣｒ、好ましくは０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなり、好ましくはそれらからなる。１実施形態において、前記超硬合金は、１００〜３００ｐｐｍのＴｉ、好ましくは１５０〜２７５ｐｐｍのＴｉ、最も好ましくは２００〜２６０ｐｐｍのＴｉをさらに含む。他の実施形態において、前記Ｔｉの一部はＴａに置換されるが、Ｔｉ／Ｔａの重量比は０．８以上好ましくは１．７以下で、最も好ましくは１．２〜１．５であり、ＴａＣ、（Ｔａ，Ｗ）Ｃ、ＴｉＣ、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃおよび／または（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）Ｃまたはこれらの組み合わせとして加えられる。真空中で１４１０℃で１時間焼結後、保磁力は２１〜２７ｋＡ／ｍ、好ましくは２２〜２６ｋＡ／ｍである。
【００２３】
ＣＷ＿Ｃｒ比は、０．７７〜０．９７、好ましくは０．８０〜０．９４、最も好ましくは０．８２〜０．９２であり、粉末混合物に適量のカーボンブラックまたはタングステンの粉末を加えてモニターされる。
【００２４】
従来の焼結後処理の後、陰極アーク蒸着またはマグネトロンスパッタリングにより、Ａｉ／Ｔｉ比が異なる２つの（Ｔｉ，Ａｌ）層からなる被膜が堆積される。内部層は、外部層よりも高いＡｌ／Ｔｉ比を有する。内部層は、ｙ＝０．４〜０．６７、好ましくは０．４５〜０．６０のＡｌyＴｉ1-yＮ層からなる。内部層の被膜厚さは０．３〜２．５μｍ、好ましくは０．５〜２．０μｍである。好ましい実施形態において、内部層は、ｚ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｚ＝０．６〜０．６７、ｖ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｖ＝０．４０〜０．５０のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜である。各個別の層の被膜厚さは０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。外部層は、ｗ＝０．１５〜０．３５、好ましくはｗ＝０．２０〜０．３０のＡｌwＴｉ1-wＮ層からなる。外部層の被膜厚さは、０．５〜５．０μｍであり、好ましくは１．０〜４．０μｍである。好ましい実施形態において、外部層は、ｍ＝０〜０．２、好ましくはｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．３５〜０．５３、好ましくはｎ＝０．４０〜０．５０、ｋ＝０．５５〜０．７０、好ましくはｋ＝０．６〜０．６７である、ＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなる。各個別の層の被膜厚さは、０．１〜２０ｎｍ、好ましくは１〜１０ｎｍである。被膜の全厚さは０．８〜７．５μｍ、好ましくは１．５〜６．０μｍである。
【００２５】
本発明は、切削速度３０〜４００ｍ／分および送り０．０５〜０．６ｍｍ／ｒｅｖでの鋼およびステンレス鋼の、切削速度１５〜１００ｍ／分および送り０．０２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖでのＨＲＳＡの湿潤条件下での突切り、溝切りおよびねじ切りのための上述のインサートの使用にも関する。
【実施例】
【００２６】
実施例１（本発明）
Ａ１．９重量％のＣｏ、０．９重量％のＣｒ、２３０ｐｐｍのＴｉおよび残部ＷＣの組成を持ち、平均粒径約０．８μｍに対応する保磁力２３．６ｋＡ／ｍおよびＣＷ＿Ｃｒ比０．９５に対応する磁性Ｃｏ含量６．７を持つ超硬合金からできている切削インサートに、陰極アーク蒸着により多層（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被膜を堆積させた。前記被膜は、ＴｉおよびＴｉＡｌ金属源のアーク蒸着を利用して堆積させた。ＴｉＮ粘着層は、ＡｒおよびＮ2の混合雰囲気中でＴｉ金属源を利用して堆積させた。ＴｉＮ粘着層の被膜厚さは０．１５μｍであった。第２層は、Ａｌ0.67Ｔｉ0.33およびＡｌ0.50Ｔｉ0.50合金からなるターゲットを利用してＮ2雰囲気中で堆積させた。堆積チャンバー内部でのインサートの３回回転により非周期的積層構造が得られた。第２層の厚さは１．６μｍであった。平均組成はＳＥＭ−ＥＤＳにより測定してＡｌ0.54Ｔｉ0.46Ｎであった。第２層の積層構造の個々の層の平均厚さは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により測定して８ｎｍであった。第３外部層を、Ｔｉ、Ａｌ0.67Ｔｉ0.33およびＡｌ0.50Ｔｉ0.50合金からなるターゲットを利用してＮ2雰囲気中で堆積させた。堆積チャンバー内部でのインサートの３回回転により非周期的積層構造が得られた。この第３層の厚さは２．６μｍであった。第３層の平均組成はＳＥＭ−ＥＤＳにより測定してＡｌ0.24Ｔｉ0.76であった。第３層の積層構造の個々の層の平均厚さはＴＥＭにより測定して１１ｎｍであった。付着させた被膜の全厚さは４．４μｍであった。
【００２７】
Ａ２．９重量％のＣｏ、０．９重量％のＣｒ、１３０ｐｐｍのＴｉ、１００ｐｐｍのＴａおよび残部ＷＣの組成を持つ超硬合金にＡ１と同じ被膜を堆積させた。
実施例２（従来技術）
Ｂ．１０重量％のＣｏ、０．３９重量％のＣｒおよび残部ＷＣからなり、粒径０．９μｍに相当する保磁力２０ｋＡ／ｍおよびＣＷ＿Ｃｒ比０．８９ならびに硬度１６００ ＨＶ３を有する超硬合金基材から構成される超硬合金溝切りインサートに、均一なＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層とＴｉＮとＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎとが交互に積層した順次積層構造の４．４μｍのＰＶＤ（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ多層を被覆した。この交互積層は１２回繰り返していた。均一なＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層の厚さは０．１〜０．２μｍであり、積層構造の厚さは０．１〜０．２μｍであった。積層構造中の個々のＴｉＮ層またはＡｌ0.5Ｔｉ0.5Ｎ層の厚さは、０．１〜２０ｎｍであった。多層の平均組成は、ＳＥＭ−ＥＤＳで測定してＡｌ0.2Ｔｉ0.8Ｎであった。
実施例３
インサートＡ１およびＢを、焼き入れおよび焼き戻しされた鋼部品の溝切りおよび旋削で試験した。第１の操作は外径４６ｍｍからの深さ２ｍｍの溝切りであり、次いで棒鋼に沿って２０ｍｍ旋削、次いで溝切りと逆向きの旋削を繰り返し、直径１０．２ｍｍまで加工した。
操作： 溝切りおよび旋削
被加工材： ＡＩＳＩ ４３４０（ＳＳ ２５４１−０３）
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＴＦ
切削速度： ２２０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
旋削の送り： ０．１３ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ２８秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）８６．７部品、切削４０．５分
グレードＢ（従来技術）４６．７部品、切削２１．８分
実施例４
インサートＡ１およびＢを、焼き入れおよび焼き戻しされた鋼の溝切りで試験した。溝の外径Ｄoは１７８ｍｍであり、内径Ｄiは１７２ｍｍであり、溝の幅は３ｍｍであった。
操作： 溝切り
被加工材： ＡＩＳＩ ４３４０（ＳＳ ２５４１−０３）
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＴＦ
切削速度： ２１０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１２ｍｍ／ｒ
切込み深さ： ３ｍｍ
サイクル当たりの時間：３分（１サイクルは３０の溝切り）
冷却剤あり
結果：所定の逃げ面摩耗０．２ｍｍでの工具寿命。
グレードＡ１は２１．３サイクル運転し、切削の全時間は６３．９分であった。
インサートＢの工具寿命は１１．３サイクルであり、３３．９分で終了した。
実施例５
インサートＡ１およびＢを、オーステナイトステンレス鋼部品の溝切りおよび旋削で試験した。第１の操作は外径４５ｍｍからの深さ２ｍｍの溝切りであり、次いで棒鋼に沿って２０ｍｍ旋削、次いで溝切りと逆向きの旋削を繰り返し、直径１０．２ｍｍまで加工した。
操作： 溝切りおよび旋削
被加工材： ＳＡＮＭＡＣ ３１６Ｌ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｈ２−０４００−０００８−ＴＭ
切削速度： １８０ｍ／分
溝切りの送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
旋削の送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ２７秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）７０部品、切削３１．５分
グレードＢ（従来技術）５１部品、切削２３．３分
実施例６
インサートＡ１およびＢを、Ｄoが１５９ｍｍ、Ｄiが１４０ｍｍ、幅が９．５ｍｍである鋼の溝切りで試験した。
操作： 溝切り
被加工材： ＳＮ２０３９
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｌ２−０８００−ＲＭ
切削速度： １５０〜１３０ｍ／分
送り： ０．３ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ９０秒
冷却剤あり
仕上げた部品の数で表す結果および分で表す工具寿命
グレードＡ１（本発明）７１部品、切削１０６．５分
グレードＢ（従来技術）３４部品、切削５１分
実施例７
インサートＡ１およびＢを、鋼Ｃ４０、硬度１９０〜２５０ＨＢの内径ねじ切り、Ｍ２４×１．５、長さ２４ｍｍで試験した。
操作： 内径ねじ切り
被加工材： Ｃ４０
インサートスタイル： Ｒ１６６．ＯＬ−１６ＭＭ０１−１５０
切削速度： １１５ｍ／分
パス数： ねじ山当たり７
冷却剤あり
ねじ山の数で表す結果
グレードＡ１（本発明）： ５８０ねじ山
グレードＢ（従来技術）： ４３０ねじ山
実施例８
インサートＡ２およびＢを、Ｄo１７７．９ｍｍからＤi１６５．８ｍｍへの鋼のねじ切りで試験した。ねじ山の幅は１２．４５ｍｍであった。
操作： ねじ切り
被加工材： １６ＭｎＣｒ５
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｈ２−０４００−０００４−ＴＦ
切削速度： ２５５ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： １７秒
冷却剤あり
部品数で表す結果および所定の表面仕上げでの分で示す工具寿命
グレードＡ２（本発明）：１０７部品、切削３０．３分
グレードＢ（従来技術）：７５部品、切削２１．３分
実施例９
インサートＡ２およびＢを、Ｄo２０ｍｍから中心への棒鋼の突切りで試験した。
操作： 突切り
被加工材： ４２ＣｒＭｏ４、硬度３２０ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＣＭ
切削速度： １００ｍ／分から０ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ、直径３ｍｍからｆ＝０．０５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ４秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： ６２００部品、切削４１３分
グレードＢ（従来技術）： ３６００部品、切削２４０分
実施例１０
インサートＡ２およびＢを、Ｄo３６ｍｍからＤi１７ｍｍへの鋼管の突切りで試験した。
操作： 管の突切り
被加工材： ４２ＣＤ４、硬度３００ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＣＲ
切削速度： １５０ｍ／分
送り： ０．１ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： ３．２秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： １１５９部品、切削６１．８分
グレードＢ（従来技術）： ７５４部品、切削４０．２分
実施例１１
インサートＡ２およびＢを、Ｄo１２０ｍｍからＤi１１５ｍｍへの鋼管の突切りで試験した。
操作： 管の突切り
被加工材： ＳＡＥ１０１０、硬度１１０ＨＢ
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００３−ＣＲ
切削速度： ２２６ｍ／分から２１６ｍ／分
送り： ０．１５ｍｍ／ｒ
部品当たりの時間： １．６７秒
冷却剤あり
部品の数で表す結果および分で示す工具寿命：
グレードＡ２（本発明）： ７００部品、切削１９分
グレードＢ（従来技術）： ５８０部品、切削１６分
実施例１２
インサートＡ２およびＢを、２０ｍｍインコネルピンの突切りで試験した。
操作： ピンの突切り
被加工材： インコネル７１８
インサートスタイル： Ｎ１２３Ｇ２−０３００−０００２−ＣＭ
切削速度： ２０ｍ／分
送り： ０．０７から０．０３ｍｍ／ｒ
冷却剤あり
部品の数で表す結果：
グレードＡ２（本発明）： １００ピン
グレードＢ（従来技術）： ８５ピン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材および被膜を含んでなる、鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための切削工具インサートであって、
前記基材が、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含んでなり、ＣＷ＿Ｃｒ比が０．７７〜０．９７であり、保磁力が２１〜２７ｋＡ／ｍであって、前記ＣＷ＿Ｃｒ比は下記のとおり定義され、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
上記式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％は超硬合金中のＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージであり、
前記被膜が、異なるＡｌ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含み、該２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、厚さが０．３〜２．５μｍで、ｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層と、厚さが０．５〜５．０μｍで、ｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層である
ことを特徴とする切削工具インサート。
【請求項２】
前記基材が８．５〜９．５重量％のＣｏを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の切削工具インサート。
【請求項３】
前記基材が０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項４】
前記基材が２００〜２６０ｐｐｍのＴｉを含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項５】
前記基材のＣＷ＿Ｃｒ比が０．８２〜０．９２であり、保磁力が２２〜２６ｋＡ／ｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項６】
ｙ＝０．４５〜０．６０、ｗ＝０．２０〜０．３０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項７】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層の厚さが０．５〜２．０μｍであり、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層の厚さが１．０〜４．０μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項８】
前記基材中のＴｉが、Ｔｉ／Ｔａ重量比が０．８以上であるが１．７以下に、部分的にＴａにより置換されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項９】
前記内部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｚ＝０．５５〜０．７０、ｖ＝０．３５〜０．５３のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜であり、
かつ／または
前記外部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｍ＝０〜０．２、ｎ＝０．３５〜０．５３、ｋ＝０．５５〜０．７０のＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１０】
ｚ＝０．６〜０．６７およびｖ＝０．４０〜０．５０であることを特徴とする請求項９に記載の切削工具インサート。
【請求項１１】
ｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．４０〜０．５０およびｋ＝０．６〜０．６７であることを特徴とする請求項９〜１０のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１２】
前記内部層および外部層の両方が非周期的積層被膜からなり、各個別層の厚さが１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１３】
厚さ０．０５〜０．２μｍのＴｉＮからなる最内部の接着層を特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１４】
超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートを製造する方法であって、
ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含んでなり、ＣＷ＿Ｃｒ比が０．７７〜０．９７および保磁力が２１〜２７ｋＡ／ｍの基材を、従来の粉末冶金技術、混練、加圧成形および焼結により準備する工程であって、前記ＣＷ＿Ｃｒ比が以下のとおり定義されるが、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
前式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％はＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである工程、および
異なるＡｉ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層：厚さが０．３〜２．５μｍのｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層および厚さが０．５〜５．０μｍのｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層を含んでなる被膜を陰極アーク蒸着またはマグネトロンスパッタリングにより堆積させる工程を特徴とする被覆切削工具インサートの製造方法。
【請求項１５】
前記基材が８．５〜９．５重量％のＣｏを含んでなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材が０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなることを特徴とする請求項１４〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記基材が２００〜２６０ｐｐｍのＴｉを含んでなることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記基材のＣＷ＿Ｃｒ比が０．８２〜０．９２であり、保磁力が２２〜２６ｋＡ／ｍであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層に対してｙ＝０．４５〜０．６０、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層に対してｗ＝０．２０〜０．３０であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層の厚さが０．５〜２．０μｍであり、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層の厚さが１．０〜４．０μｍであることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記基材中のＴｉが、Ｔｉ／Ｔａ重量比が０．８以上であるが１．７以下に、部分的にＴａにより置換されていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記内部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｚ＝０．５５〜０．７０、ｖ＝０．３５〜０．５３のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜であり、かつ／または、前記外部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｍ＝０〜０．２、ｎ＝０．３５〜０．５３、ｋ＝０．５５〜０．７０のＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなることを特徴とする請求項１４〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
ｚ＝０．６〜０．６７およびｖ＝０．４０〜０．５０であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．４０〜０．５０およびｋ＝０．６〜０．６７であることを特徴とする請求項２１〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
切削速度３０〜４００ｍ／分および送り０．０５〜０．６ｍｍ／ｒｅｖでの、湿潤条件下での鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための、請求項１〜１３のいずれかによるインサートの使用。
【請求項２６】
切削速度１５〜１００ｍ／分および送り０．０２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖでの、湿潤条件下でのＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りのための、請求項１〜１３のいずれかによるインサートの使用。
【請求項１】
基材および被膜を含んでなる、鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための切削工具インサートであって、
前記基材が、ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含んでなり、ＣＷ＿Ｃｒ比が０．７７〜０．９７であり、保磁力が２１〜２７ｋＡ／ｍであって、前記ＣＷ＿Ｃｒ比は下記のとおり定義され、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
上記式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％は超硬合金中のＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージであり、
前記被膜が、異なるＡｌ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層を含み、該２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層は、厚さが０．３〜２．５μｍで、ｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層と、厚さが０．５〜５．０μｍで、ｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層である
ことを特徴とする切削工具インサート。
【請求項２】
前記基材が８．５〜９．５重量％のＣｏを含んでなることを特徴とする請求項１に記載の切削工具インサート。
【請求項３】
前記基材が０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなることを特徴とする請求項１〜２のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項４】
前記基材が２００〜２６０ｐｐｍのＴｉを含んでなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項５】
前記基材のＣＷ＿Ｃｒ比が０．８２〜０．９２であり、保磁力が２２〜２６ｋＡ／ｍであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項６】
ｙ＝０．４５〜０．６０、ｗ＝０．２０〜０．３０であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項７】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層の厚さが０．５〜２．０μｍであり、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層の厚さが１．０〜４．０μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項８】
前記基材中のＴｉが、Ｔｉ／Ｔａ重量比が０．８以上であるが１．７以下に、部分的にＴａにより置換されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項９】
前記内部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｚ＝０．５５〜０．７０、ｖ＝０．３５〜０．５３のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜であり、
かつ／または
前記外部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｍ＝０〜０．２、ｎ＝０．３５〜０．５３、ｋ＝０．５５〜０．７０のＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１０】
ｚ＝０．６〜０．６７およびｖ＝０．４０〜０．５０であることを特徴とする請求項９に記載の切削工具インサート。
【請求項１１】
ｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．４０〜０．５０およびｋ＝０．６〜０．６７であることを特徴とする請求項９〜１０のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１２】
前記内部層および外部層の両方が非周期的積層被膜からなり、各個別層の厚さが１〜１０ｎｍであることを特徴とする請求項９〜１１のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１３】
厚さ０．０５〜０．２μｍのＴｉＮからなる最内部の接着層を特徴とする請求項１〜１４のいずれかに記載の切削工具インサート。
【請求項１４】
超硬合金基材および被膜からなる被覆切削工具インサートを製造する方法であって、
ＷＣ、７．５〜１０．５重量％のＣｏ、０．７〜１．１重量％のＣｒおよび１００〜３００ｐｐｍのＴｉを含んでなり、ＣＷ＿Ｃｒ比が０．７７〜０．９７および保磁力が２１〜２７ｋＡ／ｍの基材を、従来の粉末冶金技術、混練、加圧成形および焼結により準備する工程であって、前記ＣＷ＿Ｃｒ比が以下のとおり定義されるが、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（磁性Ｃｏ％＋１．１３×Ｃｒ重量％）／Ｃｏ重量％
前式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏの重量パーセンテージであり、Ｃｒ重量％はＣｒの重量パーセンテージであり、Ｃｏ重量％は超硬合金中のＣｏの重量パーセンテージである工程、および
異なるＡｉ／Ｔｉ比を持つ２つの（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層：厚さが０．３〜２．５μｍのｙ＝０．４〜０．６７の内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層および厚さが０．５〜５．０μｍのｗ＝０．１５〜０．３５の外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層を含んでなる被膜を陰極アーク蒸着またはマグネトロンスパッタリングにより堆積させる工程を特徴とする被覆切削工具インサートの製造方法。
【請求項１５】
前記基材が８．５〜９．５重量％のＣｏを含んでなることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基材が０．８〜１．０重量％のＣｒを含んでなることを特徴とする請求項１４〜１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記基材が２００〜２６０ｐｐｍのＴｉを含んでなることを特徴とする請求項１４〜１６のいずれかに記載の方法。
【請求項１８】
前記基材のＣＷ＿Ｃｒ比が０．８２〜０．９２であり、保磁力が２２〜２６ｋＡ／ｍであることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の方法。
【請求項１９】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層に対してｙ＝０．４５〜０．６０、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層に対してｗ＝０．２０〜０．３０であることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の方法。
【請求項２０】
前記内部ＡｌyＴｉ1-yＮ層の厚さが０．５〜２．０μｍであり、前記外部ＡｌwＴｉ1-wＮ層の厚さが１．０〜４．０μｍであることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の方法。
【請求項２１】
前記基材中のＴｉが、Ｔｉ／Ｔａ重量比が０．８以上であるが１．７以下に、部分的にＴａにより置換されていることを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の方法。
【請求項２２】
前記内部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｚ＝０．５５〜０．７０、ｖ＝０．３５〜０．５３のＡｌzＴｉ1-zＮおよびＡｌvＴｉ1-vＮの交互の層からなる非周期的積層被膜であり、かつ／または、前記外部層が、各個別の層の厚さが０．１〜２０ｎｍである、ｍ＝０〜０．２、ｎ＝０．３５〜０．５３、ｋ＝０．５５〜０．７０のＡｌmＴｉ1-mＮ、ＡｌnＴｉ1-nＮおよびＡｌkＴｉ1-kＮの交互の層を持つ非周期的な積層被膜からなることを特徴とする請求項１４〜２１のいずれかに記載の方法。
【請求項２３】
ｚ＝０．６〜０．６７およびｖ＝０．４０〜０．５０であることを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
ｍ＝０〜０．１、ｎ＝０．４０〜０．５０およびｋ＝０．６〜０．６７であることを特徴とする請求項２１〜２２のいずれかに記載の方法。
【請求項２５】
切削速度３０〜４００ｍ／分および送り０．０５〜０．６ｍｍ／ｒｅｖでの、湿潤条件下での鋼およびステンレス鋼の突切り、溝切りおよびねじ切りのための、請求項１〜１３のいずれかによるインサートの使用。
【請求項２６】
切削速度１５〜１００ｍ／分および送り０．０２〜０．３ｍｍ／ｒｅｖでの、湿潤条件下でのＨＲＳＡの突切り、溝切りおよびねじ切りのための、請求項１〜１３のいずれかによるインサートの使用。
【公開番号】特開２００９−３４８１１（Ｐ２００９−３４８１１Ａ）
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２００８−１５５７３０（Ｐ２００８−１５５７３０）
【出願日】平成２０年６月１３日（２００８．６．１３）
【出願人】（５０５２７７５２１）サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ (284)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年２月１９日（２００９．２．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１５５７３０（Ｐ２００８−１５５７３０）
【出願日】平成２０年６月１３日（２００８．６．１３）
【出願人】（５０５２７７５２１）サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ (284)
【Ｆターム（参考）】
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