耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具
【目的】 表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具の耐チッピング性を向上させる。
【構成】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、ＴｉＣＮの単層または２層以上の積層からなる下部層と、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ、およびＴｉＣＮＯ、並びにＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層またはまたは２種以上の複層からなる上部層で構成された硬質被覆層を形成するに際して、上記下部層の構成層のいずれもが、（ａ）粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ）粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ）縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造のうちのいずれか、または２種以上の結晶構造からなる。
【構成】 ＷＣ基超硬合金基体の表面に、ＴｉＣＮの単層または２層以上の積層からなる下部層と、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ、およびＴｉＣＮＯ、並びにＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層またはまたは２種以上の複層からなる上部層で構成された硬質被覆層を形成するに際して、上記下部層の構成層のいずれもが、（ａ）粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ）粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ）縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造のうちのいずれか、または２種以上の結晶構造からなる。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐チッピング性を有し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、これらの断続切削に用いた場合にもすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金製切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開昭５７−１５８５号公報および特開昭５９−５２７０３号公報に記載されるように、ＷＣ基超硬合金基体や、さらに結合相形成成分としてのＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に多い表面部、すなわちＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウム（以下、それぞれＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 で示す）のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具が、例えば鋼や鋳鉄の連続切削に用いられていることは良く知られるところである。
【０００３】また、上記のＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体が、例えば原料粉末としてＴｉＮなどの窒化物粉末や、ＴａＣＮおよび（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮなどの炭窒化物粉末を配合し、これの圧粉体を通常の条件で真空焼結する方法などによって製造されることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工技術のＦＡ化および多様化は著しく、これに伴ない切削工具にも、例えば連続切削および断続切削のいずれでもすぐれた耐摩耗性を発揮する特性が要求されるが、上記の従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、これを断続切削に用いた場合には、切刃にチッピングが発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に着目し、これの耐チッピング性の向上をはかるべく研究を行なった結果、一般に、例えば化学蒸着法により硬質被覆層としてのＴｉＣＮ層を形成するに際しては、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１〜５％、ＣＨ4 ：５〜７％、Ｎ2 ：２０〜３０％、Ｈ2 ：残り、反応温度：９５０〜１０５０℃、雰囲気圧力：５０〜２００トル、の条件で形成され、形成されたＴｉＣＮ層は粒状結晶組織を有するのが通常であるが、この粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層形成の後半過程または中間過程、あるいは前半過程のＴｉＣＮ層形成条件を、相対的に反応温度を低温にして、反応ガス組成をかえた条件、すなわち、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１〜４％、ＣＨ3 ＣＮ：０．１〜１％、Ｎ2 ：０〜２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：８００〜９００℃、雰囲気圧力：３０〜２００トル、の条件にすると、この結果のＴｉＣＮ層は、それぞれ、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造をもつようになり、しかも上記の公知のＷＣ基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層の下部層として、上記（ａ）〜（ｃ）の結晶構造のうちのいずれか、または２種以上の組合せからなる単層または２層以上の積層で構成されたＴｉＣＮ層を形成し、かつこの下部層の上に、通常の条件（この場合いずれも粒状結晶組織をもつ）で、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる硬質被覆層を上部層として形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、上記下部層によってすぐれた耐チッピング性を具備するようになり、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チッピング性が要求されるこれらの断続切削でもすぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘って発揮するという研究結果を得たのである。
【０００６】この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであって、ＷＣ基超硬合金基体、またはＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、ＴｉＣＮの単層または２層以上の積層からなる下部層と、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、上記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有する、耐チッピング性にすぐれた表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に特徴を有するものである。
【０００７】なお、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、硬質被覆層の平均層厚を０．５〜２０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層によってもたらされる所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が２０μｍを越えると切刃に欠けが発生し易くなるという理由によるものである。
【０００８】
【実施例】つぎに、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍを有するＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末（ＴｉＣ／ＷＣ＝重量比で３０／７０）、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝重量比で２４／２０／５６）、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ粉末（ＴａＣ／ＮｂＣ＝重量比９０／１０）、および同１．２μｍの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、圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、１×１０-2トルの真空中、温度：１４５０℃に１時間保持の条件で真空焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８の形状をもったＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｃ、およびＣｏ富化表面部（最大Ｃｏ含有量：１１重量％、厚さ：２０μｍ）を有するＷＣ基超硬合金基体Ｄをそれぞれ製造した。また、上記ＷＣ基超硬合金基体Ｃについては、これに１００トルのメタンガス雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で浸炭処理を施すことによりＣｏ富化表面部（最大Ｃｏ含有量：１７重量％、厚さ：４０μｍ）を形成した。
【０００９】ついで、これらのＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｄの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、ＴｉＣＮの粒状結晶組織の形成条件を、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：３％、ＣＨ4 ：５％、Ｎ2 ：２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：９５０℃、雰囲気圧力：１００トル、とし、またＴｉＣＮの縦長成長結晶組織の形成条件を、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１．５％、ＣＨ3 ＣＮ：０．５％、Ｎ2 ：２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：８６０℃、雰囲気圧力：５０トル、とし、これらの形成条件を構成層ごとに形成途中で適宜変換して、表２に示される結晶構造を有する単層または２層以上の積層からなるＴｉＣＮ下部層を、同じく表２に示される平均層厚で形成し、さらに同じく通常の化学蒸着装置を用い、表３に示される通常の条件で表２に示される組成および平均層厚を有し、かついずれも粒状結晶組織をもった上部層を形成することにより本発明表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、本発明被覆切削工具という）１〜８をそれぞれ製造した。
【００１０】さらに、同じく表３に示される通常の条件で上記ＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｄの表面に表４に示される組成および平均層厚を有し、かついずれも粒状結晶組織の硬質被覆層を形成することにより従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、従来被覆切削工具という）１〜８をそれぞれ製造した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【００１６】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削工具について、被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２５０）の丸棒、切削速度：１８０ｍ／min.、送り：０．２mm／rev.、切込み：１．５mm、切削時間：３０分、の条件で鋼の乾式連続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、さらに、被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２６０）の角材、切削速度：１００ｍ／min.、送り：０．３５mm／rev.、切込み：３mm、の条件で鋼の乾式断続切削試験を行ない、使用寿命に至るまでの切削時間を測定した。これらの測定結果を表５に示した。
【００１７】また、図１および２には、本発明被覆切削工具７および従来被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真（倍率：７０００倍）を示した。図示される通り、図１（本発明被覆切削工具７）には、基体（図１の下部）の表面に形成された硬質被覆層が、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造を有するＴｉＣＮ層の下部層と、粒状結晶組織のＴｉＣＮＯ層（第１層）、粒状結晶組織のＡｌ2 Ｏ3 層（第２層）、粒状結晶組織のＴｉＣＮ層（第３層）、および粒状結晶組織のＴｉＮ層（第４層）からなる上部層で構成され、また図２（従来被覆切削工具７）には、基体（図２の下部）の表面に形成された硬質被覆層が、いずれも粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層（第１層）、ＴｉＣ層（第２層）、Ａｌ2 Ｏ3 層（第３層）、およびＴｉＮ層（第４層）で構成されていることが示されている。
【００１８】
【発明の効果】表１〜５および図１，２に示される結果から、硬質被覆層のうちの下部層を構成するＴｉＣＮの単層または２層以上の積層が、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、あるいは粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶組織、あるいは縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造を有する本発明被覆切削工具１〜８は、いずれも鋼の連続切削では、粒状結晶組織の硬質被覆層を形成してなる従来被覆切削工具１〜８に比してすぐれた耐摩耗性を示し、また鋼の断続切削でも従来被覆切削工具１〜８が切刃に発生したチッピングが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのに対して、一般とすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
【００１７】上述のように、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、すぐれた耐チッピング性を有するので、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チッピング性が要求される、これらの断続切削においてもすぐれた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真である。
【図２】従来被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真である。
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、すぐれた耐チッピング性を有し、したがって例えば鋼や鋳鉄などの連続切削は勿論のこと、これらの断続切削に用いた場合にもすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金製切削工具に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開昭５７−１５８５号公報および特開昭５９−５２７０３号公報に記載されるように、ＷＣ基超硬合金基体や、さらに結合相形成成分としてのＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に多い表面部、すなわちＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体の表面に、化学蒸着法や物理蒸着法を用いて、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウム（以下、それぞれＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 で示す）のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具が、例えば鋼や鋳鉄の連続切削に用いられていることは良く知られるところである。
【０００３】また、上記のＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体が、例えば原料粉末としてＴｉＮなどの窒化物粉末や、ＴａＣＮおよび（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮなどの炭窒化物粉末を配合し、これの圧粉体を通常の条件で真空焼結する方法などによって製造されることも知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削加工技術のＦＡ化および多様化は著しく、これに伴ない切削工具にも、例えば連続切削および断続切削のいずれでもすぐれた耐摩耗性を発揮する特性が要求されるが、上記の従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、これを断続切削に用いた場合には、切刃にチッピングが発生し易く、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００５】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に着目し、これの耐チッピング性の向上をはかるべく研究を行なった結果、一般に、例えば化学蒸着法により硬質被覆層としてのＴｉＣＮ層を形成するに際しては、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１〜５％、ＣＨ4 ：５〜７％、Ｎ2 ：２０〜３０％、Ｈ2 ：残り、反応温度：９５０〜１０５０℃、雰囲気圧力：５０〜２００トル、の条件で形成され、形成されたＴｉＣＮ層は粒状結晶組織を有するのが通常であるが、この粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層形成の後半過程または中間過程、あるいは前半過程のＴｉＣＮ層形成条件を、相対的に反応温度を低温にして、反応ガス組成をかえた条件、すなわち、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１〜４％、ＣＨ3 ＣＮ：０．１〜１％、Ｎ2 ：０〜２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：８００〜９００℃、雰囲気圧力：３０〜２００トル、の条件にすると、この結果のＴｉＣＮ層は、それぞれ、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造をもつようになり、しかも上記の公知のＷＣ基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層の下部層として、上記（ａ）〜（ｃ）の結晶構造のうちのいずれか、または２種以上の組合せからなる単層または２層以上の積層で構成されたＴｉＣＮ層を形成し、かつこの下部層の上に、通常の条件（この場合いずれも粒状結晶組織をもつ）で、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる硬質被覆層を上部層として形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、上記下部層によってすぐれた耐チッピング性を具備するようになり、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チッピング性が要求されるこれらの断続切削でもすぐれた耐摩耗性を著しく長期に亘って発揮するという研究結果を得たのである。
【０００６】この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであって、ＷＣ基超硬合金基体、またはＣｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、ＴｉＣＮの単層または２層以上の積層からなる下部層と、ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣＯ，ＴｉＣＮＯ、およびＡｌ2 Ｏ3 のうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、上記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有する、耐チッピング性にすぐれた表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に特徴を有するものである。
【０００７】なお、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具において、硬質被覆層の平均層厚を０．５〜２０μｍとしたのは、その層厚が０．５μｍ未満では、硬質被覆層によってもたらされる所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その層厚が２０μｍを越えると切刃に欠けが発生し易くなるという理由によるものである。
【０００８】
【実施例】つぎに、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を実施例により具体的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍを有するＷＣ粉末、同１．５μｍの（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末（ＴｉＣ／ＷＣ＝重量比で３０／７０）、同１．２μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末（ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝重量比で２４／２０／５６）、同１．３μｍの（Ｔａ，Ｎｂ）Ｃ粉末（ＴａＣ／ＮｂＣ＝重量比９０／１０）、および同１．２μｍの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、圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体を、１×１０-2トルの真空中、温度：１４５０℃に１時間保持の条件で真空焼結することによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８の形状をもったＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｃ、およびＣｏ富化表面部（最大Ｃｏ含有量：１１重量％、厚さ：２０μｍ）を有するＷＣ基超硬合金基体Ｄをそれぞれ製造した。また、上記ＷＣ基超硬合金基体Ｃについては、これに１００トルのメタンガス雰囲気中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で浸炭処理を施すことによりＣｏ富化表面部（最大Ｃｏ含有量：１７重量％、厚さ：４０μｍ）を形成した。
【０００９】ついで、これらのＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｄの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、ＴｉＣＮの粒状結晶組織の形成条件を、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：３％、ＣＨ4 ：５％、Ｎ2 ：２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：９５０℃、雰囲気圧力：１００トル、とし、またＴｉＣＮの縦長成長結晶組織の形成条件を、反応ガス組成：容量％で、ＴｉＣｌ4 ：１．５％、ＣＨ3 ＣＮ：０．５％、Ｎ2 ：２５％、Ｈ2 ：残り、反応温度：８６０℃、雰囲気圧力：５０トル、とし、これらの形成条件を構成層ごとに形成途中で適宜変換して、表２に示される結晶構造を有する単層または２層以上の積層からなるＴｉＣＮ下部層を、同じく表２に示される平均層厚で形成し、さらに同じく通常の化学蒸着装置を用い、表３に示される通常の条件で表２に示される組成および平均層厚を有し、かついずれも粒状結晶組織をもった上部層を形成することにより本発明表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、本発明被覆切削工具という）１〜８をそれぞれ製造した。
【００１０】さらに、同じく表３に示される通常の条件で上記ＷＣ基超硬合金基体Ａ〜Ｄの表面に表４に示される組成および平均層厚を有し、かついずれも粒状結晶組織の硬質被覆層を形成することにより従来表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、従来被覆切削工具という）１〜８をそれぞれ製造した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【表２】
【００１３】
【表３】
【００１４】
【表４】
【００１５】
【表５】
【００１６】つぎに、この結果得られた各種の被覆切削工具について、被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２５０）の丸棒、切削速度：１８０ｍ／min.、送り：０．２mm／rev.、切込み：１．５mm、切削時間：３０分、の条件で鋼の乾式連続切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、さらに、被削材：ＳＮＣＭ４３９（硬さ：ＨB ２６０）の角材、切削速度：１００ｍ／min.、送り：０．３５mm／rev.、切込み：３mm、の条件で鋼の乾式断続切削試験を行ない、使用寿命に至るまでの切削時間を測定した。これらの測定結果を表５に示した。
【００１７】また、図１および２には、本発明被覆切削工具７および従来被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真（倍率：７０００倍）を示した。図示される通り、図１（本発明被覆切削工具７）には、基体（図１の下部）の表面に形成された硬質被覆層が、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造を有するＴｉＣＮ層の下部層と、粒状結晶組織のＴｉＣＮＯ層（第１層）、粒状結晶組織のＡｌ2 Ｏ3 層（第２層）、粒状結晶組織のＴｉＣＮ層（第３層）、および粒状結晶組織のＴｉＮ層（第４層）からなる上部層で構成され、また図２（従来被覆切削工具７）には、基体（図２の下部）の表面に形成された硬質被覆層が、いずれも粒状結晶組織を有するＴｉＣＮ層（第１層）、ＴｉＣ層（第２層）、Ａｌ2 Ｏ3 層（第３層）、およびＴｉＮ層（第４層）で構成されていることが示されている。
【００１８】
【発明の効果】表１〜５および図１，２に示される結果から、硬質被覆層のうちの下部層を構成するＴｉＣＮの単層または２層以上の積層が、粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、あるいは粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶組織、あるいは縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造を有する本発明被覆切削工具１〜８は、いずれも鋼の連続切削では、粒状結晶組織の硬質被覆層を形成してなる従来被覆切削工具１〜８に比してすぐれた耐摩耗性を示し、また鋼の断続切削でも従来被覆切削工具１〜８が切刃に発生したチッピングが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのに対して、一般とすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
【００１７】上述のように、この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、すぐれた耐チッピング性を有するので、例えば鋼や鋳鉄の連続切削は勿論のこと、耐チッピング性が要求される、これらの断続切削においてもすぐれた耐摩耗性を示し、著しく長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真である。
【図２】従来被覆切削工具７の表面部の走査電子顕微鏡による縦断面組織写真である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または２層以上の積層からなる下部層と、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。
【請求項２】 結合相形成成分としてのＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に多い表面部を有する炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または２層以上の積層からなる下部層と、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。
【請求項１】 炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または２層以上の積層からなる下部層と、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。
【請求項２】 結合相形成成分としてのＣｏの含有量が基体内部に比して相対的に多い表面部を有する炭化タングステン基超硬合金基体の表面に、硬質被覆層を０．５〜２０μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具において、上記硬質被覆層を、炭窒化チタンの単層または２層以上の積層からなる下部層と、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムのうちの１種の単層または２種以上の複層からなる上部層で構成すると共に、前記下部層の構成層のいずれもが、（ａ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ変る結晶構造、（ｂ） 粒状結晶組織から縦長成長結晶組織へ、さらにこの縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、（ｃ） 縦長成長結晶組織から粒状結晶組織へ変る結晶構造、上記（ａ）〜（ｃ）のうちのいずれかの結晶構造を有することを特徴とする耐チッピング性にすぐれた表面被覆炭化タングステン基超硬合金製切削工具。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開平６−８０１０
【公開日】平成６年（１９９４）１月１８日
【国際特許分類】
【出願番号】特願平４−１９１７３６
【出願日】平成４年（１９９２）６月２５日
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【公開日】平成６年（１９９４）１月１８日
【国際特許分類】
【出願日】平成４年（１９９２）６月２５日
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
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