(57)【要約】【課題】本発明は、鋳造外皮、鍛造表面、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮のような粗製表面を伴い低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工好ましくはフライス加工に特に有用である被覆された超硬合金切削工具インサートに関する。【解決手段】本発明は、粗製表面区域を備えまたは備えない低合金鋼及び中合金鋼、ステンレス鋼における乾式及び湿式機械加工、好ましくはフライス加工向けに特に有用である、被覆された切削工具インサートを開示している。前記インサートは、Ｗ合金Ｃｏ結合剤相を伴うＷＣ−Ｔａｃ−ＮｂＣ−Ｃｏ超硬合金、及び柱状結晶粒を伴うＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の層及び平滑なα−Ａｌ２Ｃ＞３の少なくともすくい面上の最上層を内含する被膜を特徴としている。【選択図】図２
2009519139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金本体と被膜を含む、湿潤または乾燥条件中の粗製表面を伴うまたは伴わない、低及び中合金鋼、ステレンス鋼の機械加工向けの切削工具フライス加工インサートにおいて、
−  前記超硬合金本体が８．５〜９．７重量％のＣｏ、好ましくは８．６〜９．８重量％のＣｏ、最も好ましくは８．７〜９．３重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有し、飽和保磁力が１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内、好ましくは１２．１〜１２．９ｋＡ／ｍの範囲内にあり、ＣＷ比が１．８５から１．００未満、好ましくは０．８６〜０．９５、最も好ましくは０．８８〜０．９３であること、及び
−  前記インサートが、合計厚み１．９〜３．６μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの少なくとも３層を含む４．１〜６．９μｍの厚みの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、前記３層のうち１層は超硬合金に隣接し、吹き付けされたα−Ａｌ2Ｏ3層が少なくともすくい面上で外部層であり、
合計厚み１．９〜３．６μｍの前記ＴｉＣｘＮｙＯｚ層には、
・  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０、好ましくはｘ＜０．２かつｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
・  ｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
・  ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｙ＜０．２の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、及び
・  吹き付け処理を受けた表面上に平坦化された結晶粒を伴う厚み１．８〜３．６μｍを有するα−Ａｌ２Ｏ３層、
が含まれること、を特徴とする切削工具フライス加工インサート。
【請求項２】
超硬合金が、８．６〜９．５重量％のＣｏ及び１．００〜１．４５のＴａＣ及び０．１０〜０．５０のＮｂＣを有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
逃げ面に０．１〜１μｍの有色最上層を有す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４】
前記有色最上層が、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術、好ましくはＣＶＤ技術によって被着されたＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ及び／またはＨｆＮから成ることを特徴とする請求項３に記載の切削工具インサート。
【請求項５】
粉体冶金技術、硬質成分及び結合剤相を形成する粉体の湿式粉砕、粉砕済み混合物の所望の形状及び大きさへの圧密及び焼結による、超硬合金本体及び被膜を含む切削インサートの製造方法において、
前記超硬合金本体が８．５〜９．７重量％のＣｏ、好ましくは８．６〜９．８重量％のＣｏ、最も好ましくは８．７〜９．３重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有し、飽和保磁力が１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内、好ましくは１２．１〜１２．９ｋＡ／ｍの範囲内にあり、ＣＷ比が１．８５から１．００未満、好ましくは０．８６〜０．９５、最も好ましくは０．８８〜０．９３であること、及び前記本体が、少なくともすくい面上で外部層としてα−Ａｌ２Ｏ３層を伴って内部被膜を形成する少なくとも３種のＴｉＣｘＮｙＯｚ層を内含する厚み４．１〜６．９μｍの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、且つ、
１．９〜３．６μｍの合計厚みをもつ前記ＴｉＣｘＮｙＯｚ層には、
ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０、好ましくはｘ＜０．２かつｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
炭素／窒素供給源としてのＣＨ3ＣＮ、８８５〜８５０℃の温度で、周知のＭＴＣＶＤ技術を使用することによるｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｙ＜０．２の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
既知のＣＶＤ技術を用いることによって被着された厚み１．８〜３．６μｍのα−Ａｌ２Ｏ３層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付すことを特徴とする切削インサートの製造方法。
【請求項６】
吹き付け処理に先立ち好ましくはＣＶＤ技術を用いて、好ましくはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの付加的な０．１〜１μｍの有色層をα−Ａｌ２Ｏ３層の上面に被着させることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項７】
吹き付け処理の後に、最も好ましくはＣＶＤ技術を用いて好ましくはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの付加的な０．１〜１μｍの有色最上層を逃げ面において被着させることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
−  ２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分の切削速度、及び０．０４〜０．４ｍｍ／歯の送り速度での９０°の切込み角でのフライス加工、または
−  ２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分の切削速度、及び０．０５〜０．７ｍｍ／歯の送り速度で４５〜７５°の切込み角での正面フライス加工、または
−  ２５〜５００ｍ／分、好ましくは１５０〜４００ｍ／分の切削速度、及び０．３０〜３．０ｍｍ／歯、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ／歯での高速送りでの円形インサートのフライス加工の利用分野、
に従った切削速度及び送り速度で安定した条件下での、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式フライス加工を目的とした、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインサートの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋳造外皮、鍛造表面、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う、低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工好ましくはフライス加工向けに特に有用である、被覆された超硬合金切削工具インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金工具で低及び中合金鋼及びステンレス鋼を機械加工する場合、切削エッジは、化学的摩耗、磨損、摩損及びいわゆるくし状亀裂である切削エッジに沿って形成された亀裂によってひき起こされるエッジ割れといったような異なる機序に従った摩耗を受ける。厳しい切削条件下では、一般にバルク及びエッジラインの破損が発生する。
【０００３】
異なる被加工材料及び切削条件には、切削インサートの異なる特性が必要となる。例えば、粗製表面区域を有する鋼製構成材を切削する場合、またはその他の困難な条件下で切削する場合、被覆された超硬合金インサートは、靭性炭化物基板に基づいていなくてはならず、優れた接着力をもつ被膜を有していなくてはならない。低合金鋼及びステンレス鋼を機械加工する場合には、摩損が一般に支配的摩耗型式である。ここでは一般に薄い（１〜３μｍ）ＣＶＤまたはＰＶＤ被膜を使用しなければならない。
【０００４】
特定の摩耗型式に関して切削性能を改善または最適化するように措置することが可能である。しかしながら、このような措置はその他の摩耗特性に対しマイナスの効果を有することになることがきわめて多い。
【０００５】
一部の考えられる措置の影響を以下に記す；
１）  結合剤層の含有率を低下させることによって、くし状亀裂の形成を削減することができる。しかしながら、低い結合剤含有率は、切削インサートの靭性特性を低下させ、それは所望されるものからは程遠いものとなる。
２）  被膜の厚みを増大させることによって、摩損の改善を得ることができる。しかしながら、厚い被膜は、剥離の危険性を高め、同様に摩損に対する耐性をも低下させることになる。
３）  高い切削速度及び高い切削エッジ温度を導くその他の条件での機械加工は、より大量の立方晶系炭化物（ＷＣ−ＴｉＣ−ＴａＣ−ＮｂＣの固溶体）を伴う超硬合金を必要とするが、かかる炭化物は、くし状亀裂の形成を誘発することになる。
４）  コバルト結合剤の含有率を増大させることにより靭性の改善を得ることができる。しかしながら、高いコバルト含有率は可塑変形に対する耐性を減少させる。
【０００６】
これまでのところ、全ての工具特性を同時に改善することは非常に困難であった。従って、市販の超硬合金品質等級は、上述のうちの１つまたはいくつかの摩耗型式に関して、従って特定の切削利用分野に関して最適化されてきた。
【０００７】
米国特許第６，０６２，７７６号は、湿潤または乾燥条件中に粗製表面区域を備えまたは備えない低合金及び中合金鋼におけるフライス加工向けに特に有用な被覆をした切削工具インサートを開示している。前記インサートは、低含有率の立方晶系炭化物及び高Ｗ合金結合剤相を伴うＷＣ−Ｃｏ超硬合金、柱状結晶粒を伴うＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の層とκ−Ａｌ２Ｏ３層及びＴｉＮの最上層を内含する被膜により特徴づけされる。
【０００８】
米国特許第６，４０６，２２４は、同じく高い切削速度で摩耗性表面区域を備えあまたは備えない合金鋼のフライス加工向けに特に有用である被覆をした切削工具インサートを開示している。前記被覆された切削工具インサートは、７．１〜７．９重量％のＣｏ、０．２〜１．８重量％のＴａ、Ｎｂ及びＴｉといった金属の立方晶系炭化物、そして残りはＷＣという組成をもつ超硬合金本体から成る。前記インサートは、柱状結晶粒を伴うＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の層及びκ−Ａｌ２Ｏ３層とＴｉＮの最上層で被覆されている。
【０００９】
欧州特許出願第Ａ−７３６６１５号は、ねずみ鋳鉄の乾燥フライス加工向けに特に有用である被覆された切削インサートを開示している。前記インサートは、真直ぐなＷＣ−Ｃｏ超硬合金基板及び、柱状結晶粒を伴うＴｉＣｘＮｙＯｚ層ときめの細かい組織のα−Ａｌ２Ｏ３の最上層から成る被膜を有することを特徴としている。
【００１０】
スウェーデン特許出願第０５００４３５−３号は、旋削加工、フライス加工、穴加工または類似の切屑を形成する機械加工方法による金属の機械加工に適した被覆をした切削工具インサートについて開示している。前記工具インサートは、靭性を要する断続的な切削作業向けに特に有用である。
【００１１】
米国特許第６，２００，２７１号は、ステンレス鋼における旋削加工向けに特に有用である被覆された旋削加工用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結合剤相を有するＷＣ−Ｃｏ基の超硬合金基板及び、柱状結晶粒を伴うＴｉＣｘＮｙＯｚの最も内側の層及びＴｉＮの最上層及びきめの細かいκ−Ａｌ２Ｏ３の内部層を内含する被膜により特徴づけされている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
発明人らは、多数の実験及び市場の工具使用者における広範な試験を実施した後、驚くべきことに、一定数の特定の特長を組合せることによって、好ましくはフライス加工向けの改良型切削工具インサートを獲得できるということを発見した。組合せられる特長は、特定の超硬合金の組成、一定のＷＣ結晶粒径、合金結合剤相、一定数の既定の層から成る内部被膜及びα−Ａｌ２Ｏ３の平滑な最上すくい面層である。
【００１３】
前記インサートは、好ましくは湿式及び乾式の両方の機械加工において安定した条件下で、粗製表面区域を備えまたは備えない低合金鋼及び中合金鋼における切削性能を改善した。発明された切削工具インサートがステンレス鋼でもうまく機能するということも、また驚くべきことである。本発明に従った切削工具は、前述の摩耗型式の多くに関して先行技術のインサートに比べ改善した切削機能を示す。特にくし状亀裂靭性挙動が改善された。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に従った切削工具インサートは、Ｗ合金Ｃｏ結合剤相、釣合いのとれた化学組成及びうまく選択されたＷＣ結晶粒径をもつ超硬合金本体、平滑なα−Ａｌ２Ｏ３最上層が後続する柱状ＴｉＣｘＮｙＯｚ内部層から成る被膜で構成されており、好ましくはＴｉＮ−層がインサートのクリアランス面における最上層である。
【００１５】
本発明に従うと、８．５〜９．７重量％のＣｏ、好ましくは８．６〜９．８重量％のＣｏ、最も好ましくは８．７〜９．３重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有する超硬合金本体から成る被覆された切削工具インサートが提供されている。前記超硬合金本体は同様に、少量のその他の元素をも含有し得るが、この場合その水準は、技術的不純分に相当するものである。飽和保磁力は１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内、好ましくは１２．１〜１２．９ｋＡ／ｍの範囲内にある。
【００１６】
コバルト結合剤相は、発明された超硬合金切削インサートにその所望の特性を与える一定量のＷと合金化される。結合剤相中のＷは、コバルトの磁気特性に影響を及ぼし、従って、
ＣＷ比＝磁性Ｃｏ％／Ｃｏ重量％
として定義されるＣＷ比の値と関係づけることができる。磁性Ｃｏ％は超硬合金中の磁性Ｃｏの重量百分率であり、Ｃｏ重量％はＣｏの重量百分率である。
【００１７】
ＣＷ比は、合金度に応じて１〜約０．７５の間で変動する。より低いＣＷ比はより高いＷ含有率に対応し、ＣＷ比＝１は実際には結合剤相内のＷの不在に対応する。
【００１８】
超硬合金が０．８５から１．００未満、好ましくは０．８６〜０．９５、最も好ましくは０．８８〜０．９３のＣＷ比を有する場合に、切削性能の改善が達成されるということがわかっている。
【００１９】
超硬合金は同様に、１体積％未満という少量のη相（Ｍ６Ｃ）をも含有していてよく、これによる有害な影響はない。特定されたＣＷ比（１未満）から、本発明に従った超硬合金本体内には、いかなる遊離黒鉛も許容されないということにもなる。
【００２０】
前記超硬合金インサートは、少なくとも３つのＴｉＣｘＮｙＯｚ層を内含する厚み４．１〜６．９μｍの被膜で少なくとも部分的に被覆される。前記３つの層は、少なくともすくい面上での外部層としてα−Ａｌ２Ｏ３層を伴って内部被膜を形成する。合計厚み１．９〜３．６μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚ層は、以下のものを含む；
−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０、好ましくはｘ＜０．２かつｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  ｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｙ＜０．２の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
【００２１】
外部α−Ａｌ２Ｏ３層は、吹き付け処理を受けた表面上に平坦化された結晶粒を伴い１．８〜３．６μｍの厚みを有する。
【００２２】
好ましい実施形態においては、前記インサートは、最も好ましくはＣＶＤ技術により被着されたＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの０．１〜１μｍの薄い有色最上層を有する。
【００２３】
本発明は同様に８．５〜９．７重量％のＣｏ、好ましくは８．６〜９．８重量％のＣｏ、最も好ましくは８．７〜９．３重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、好ましくは１．１８〜１．２８重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、好ましくは０．２５〜０．３５重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有する超硬合金本体から成る被覆された切削工具インサートを、粉体冶金技術、硬質成分及び結合剤相を形成する粉体の湿式粉砕、粉砕済み混合物の所望の形状及び大きさへの圧密及び焼結によって製造する方法にも関する。超硬合金本体は同様にその他の元素をより少量で含有することもできるが、この場合その水準は、技術的不純物に相当するものである。粉砕及び焼結の条件は、１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内、好ましくは１２．１〜１２．９ｋＡ／ｍの飽和保磁力及び０．８５から１．００未満まで、好ましくは０．８６〜０．９５、最も好ましくは０．８８〜０．９３のＣＷ比をもつ焼結済み構造を得るように選択されている。
【００２４】
超硬合金インサート本体は、少なくともすくい面上で外部層として吹き付けされたα−Ａｌ２Ｏ３層を伴って内部被膜を形成する少なくとも３つのＴｉＣｘＮｙＯｚ層を内含する厚み４．１〜６．９μｍの被膜で少なくとも部分的に被覆されている。１．９〜３．６μｍの合計厚みを有するＴｉＣｘＮｙＯｚ層には、
−  ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０、好ましくはｘ＜０．２かつｚ＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  炭素／窒素供給源としてのＣＨ３ＣＮ、８８５〜８５０℃の温度、周知のＭＴＣＶＤ技術を使用することによるｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１、好ましくはｚ＝０の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｙ＜０．２の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  既知のＣＶＤ技術を用いることによって被着された吹き付け処理に付された表面上の平坦化された結晶粒を伴う厚み１．８〜３．６μｍのα−Ａｌ２Ｏ３層、
−  ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０、好ましくはｚ＞０．２、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｙ＜０．２の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
−  既知のＣＶＤ技術を用いることによって被着された厚み１．８〜３．６μｍのα−Ａｌ２Ｏ３層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付す。
【００２５】
１つの実施形態においては、吹き付け処理に先立ち好ましくはＣＶＤ技術を用いて、好ましくはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの付加的な０．１〜１μｍの有色層がα−Ａｌ２Ｏ３層の上面に被着させられる。
【００２６】
もう１つの実施形態では、吹き付け処理の後に、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術、好ましくはＣＶＤ技術を用いて好ましくはＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮまたはＨｆＮの付加的な０．１〜１μｍの有色最上層が少なくとも逃げ面において被着させられる。
【００２７】
本発明は同様に、下表、すなわち、
−  ９０°の切込み角でのフライス加工：
・  切削速度；２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分及び送り速度０．０４〜０．４ｍｍ／歯；
−  正面フライス加工（切込み角４５〜７５°）：
・  切削速度；２５〜４００ｍ／分、好ましくは１５０〜３００ｍ／分及び送り速度；０．０５〜０．７ｍｍ／歯；
−  高速送りの円形インサートフライス加工の概念：
・  切削速度；２５〜５００ｍ／分及び送り速度；０．３０〜３．０ｍｍ／歯、好ましくは０．３〜１．８ｍｍ／歯、
に従った切削速度及び送り速度で、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式機械加工、好ましくはフライス加工を目的とした、以上に記載のインサートの使用にも関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
実施例１（本発明）
９．１重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣそして残りはＷＣという組成を有し、約１．７μｍのＷＣ結晶粒径に対応する１２．５ｋＡ／ｍの飽和保磁力及びFoerster Instrum.ents IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの０．９１のＣＷ比を.伴う、Ｒ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭ、Ｒ３９０−１７０４０８Ｍ−ＰＭ、Ｒ２４５−１２Ｔ３Ｍ−ＰＭ、Ｒ３００−１６４８Ｍ−ＰＨ及びＲ３００−１２４０Ｍ−ＰＨという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される：
−  ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、約ｘ＝０．０５、ｙ＝０．９５そしてｚ＝０の組成を伴う０．５μｍの第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層
−  炭素／窒素供給源としてのＣＨ３ＣＮ、８８５〜８５０℃の温度、周知のＭＴＣＶＤ技術を使用することによる、約ｘ＝０．５５、ｙ＝０．４５及びｚ＝０の組成をもつ１．７μｍの柱状ＴｉＣｘＮｙＯｚの第２層、及び
−  ０．５μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの第３の接着層。この第３層の結晶粒は針状で、組成は約ｘ＝０．５、ｙ＝０及びｚ＝０．５であった。
−  ２．５μｍのα−Ａｌ２Ｏ３から成る第４層、そして最終的に既知のＣＶＤ技術を使用することにより約０．３μｍのＴｉＮの最上層を被着させた。ＸＲＤ測定は、Ａｌ２Ｏ３層が１００％までα−相で構成されていることを確認した。
【００２９】
被膜サイクルの後、インサートの上面（すくい面）を、Ａｌ２Ｏ３グリット及び水から成るスラリーでの集中湿式吹き付けに付した。吹き付け処理によってすくい面上の最上ＴｉＮ層が除去され、大部分の結晶粒が平坦化された状態で平滑なα−Ａｌ２Ｏ３を露出させた。図１及び２は、上面の６０００倍ＳＥＭ画像で、吹き付け前（図１）及び本発明に従って大部分の結晶粒が平坦化された状態で吹き付け後の（図２）アルミナ層を例示している。
【００３０】
実施例２（先行技術）
９．１重量％のＣｏ、１．２５重量％のＴａＣ、０．２８重量％のＮｂＣそして残りはＷＣという組成を伴い、約１．７μｍのＷＣ結晶粒径に対応する１２．３ｋＡ／ｍの飽和保磁力及びFoerster Instruments IncからのFORSTER KOERZIMAT CS 1,096の中で測定された通りの０．９２のＣＷ比を伴う、Ｒ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭ、Ｒ３９０−１７０４０８Ｍ−ＰＭ、Ｒ２４５−１２Ｔ３Ｍ−ＰＭ、Ｒ３００−１６４８Ｍ−ＰＨ及びＲ３００−１２４０Ｍ−ＰＨという型式の超硬合金フライス加工インサート。前記インサートは、以下の通りに被覆される：
−  ０．５μｍの等軸ＴｉＣｘＮｙ層の第１層（推定されたｘ＝０．９５及びｙ＝０．０５に対応する高い窒素含有率を伴う）、及びそれに続く、
−  炭素／窒素供給源としてのＣＨ3ＣＮ及び８８５〜８５０℃の温度でＭＴＣＶＤ技術を使用することによる、柱状結晶粒を伴う厚み４μｍのＴｉＣＮ層。同じ被膜サイクル中の後続段階においては、厚さ１．０μｍのＡｌ2Ｏ3層を、欧州特許出願第５２３，０２１号中で開示されている通りに０．４％のＨ２Ｓドーパント濃度及び９７０℃の温度を用いて被着させた。既知のＣＶＤ技術に従って上面上に薄い０．３μｍのＴｉＮ層を被着させた。ＸＲＤ測定は、Ａｌ２Ｏ３層が１００％のκ相から成っていることを示した。
【００３１】
実施例３
実施例１及び２からの異なる型式のインサートを切削試験において比較した。
作業１；正面フライス加工、Coromill ２４５〜８０ｍｍ
加工対象物；試験片
材料；ＳＳ２５４１（Ｐ２０）、３００ＨＢ、中合金鋼
切削速度；２８０ｍ／分
送り速度／歯；０．２４ｍｍ／歯
切削深さ；２ｍｍ
インサート型式；Ｒ２４５−１２Ｔ３Ｍ−ＰＭ
注；インサート１本、湿式、フライス加工カッターの出口における重い切屑の負荷に起因してきわめて高い靭性が求められる。
【００３２】
工具寿命基準は、エッジラインの割れ及び破損であった。エッジライン靭性の改善は結果として、より低いくし状亀裂、より高い安全性そしてより優れた表面仕上りをもたらした。
結果：              切削部内の８分後の摩耗
発明Ａ：            図３参照
先行技術Ｂ：        図４参照
【００３３】
作業２；ならいフライス加工、Coromill ２００〜２インチ
加工対象物；トリム鋼
材料；ＳＳ２２６０（Ａ２）、２５０ＨＢ、高合金鋼
切削速度；４４６ｍ／分
送り速度／歯；０．９ｍｍ／歯
切削深さ；０．９ｍｍ
インサート型式；ＲＣＫＴ１３０４００−ＰＨ
注；カッター内に５本のインサート、乾式
【００３４】
工具寿命基準は、側面摩耗及びエッジライン割れであった。
【００３５】
より優れた耐摩耗性及びより優れたエッジライン靭性の組合せが工具寿命の多大な延長を提供した。
結果：              工具寿命、作製された部品個数単位
発明Ａ：            １４
先行技術Ｂ：        １１
【００３６】
作業３；らせん挿入フライス加工
加工対象物；エンジンプレート
材料；低合金鋼
切削速度；２９０ｍ／分
送り速度／歯；０．２１ｍｍ／歯
切削深さ；３〜４．５ｍｍ
インサート型式；Ｒ３９０−１７０４０８Ｍ−ＰＭ
注；乾式、５本のインサート、靭性を要する作業。
【００３７】
工具寿命基準は割れであった。より優れたエッジライン安全性に起因して、摩耗挙動をより良く予測することができた。
結果：              工具寿命、分単位
発明Ａ              ９３
先行技術Ｂ          ２８
【００３８】
作業４；正面フライス加工−荒削り、Coromill ２４５〜１００ｍｍ
加工対象物；ダイ支持体
材料；高合金鋼、２００ＨＢ
切削速度；１７６ｍ／分
送り速度／歯；０．３３／歯
切削深さ；２〜３ｍｍ
インサート型式；Ｒ２４５−１２Ｔ３Ｍ−ＰＨ
注；乾式、７本のインサート
【００３９】
工具寿命の基準は、エッジラインの割れであった。改善された結果から、無人機械加工中の優れた信頼性がもたらされる。
結果：              切削部内の９０分後の摩耗；
発明Ａ：            図５参照
先行技術Ｂ：        図６参照
【００４０】
作業５；正面フライス加工、Ｒ２４５〜１００ｍｍ
加工対象物；ダンパー９０度
材料；ＳＳ２２２５−２３、鋳造低合金鋼、２７０ＨＢ、不等硬度
切削速度；１８０ｍ／分
送り速度／歯；０．２ｍｍ／歯
切削深さ；０〜５ｍｍ
インサート型式；Ｒ２４５−１２Ｔ３Ｍ−ＰＨ
注；乾式、７本のインサート、靭性砂含有物。
【００４１】
工具寿命基準は割れであった。より優れたエッジライン靭性は工具寿命を延ばす。
結果：              工具寿命、分単位
発明Ａ：            ３９
先行技術Ｂ：        ３１
【００４２】
切削試験の結果から、実施例１由来のインサートが実施例２に従った先行技術のインサートより性能の優れたものであることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】吹き付け前のアルミナ層の上面の画像（６０００倍）を例示する。
【図２】吹き付け後のアルミナ層の上面の画像（６０００倍）を例示する。
【図３】正面フライス加工性能試験に付した場合の本発明に従ったインサート例の摩耗パターンを示す。
【図４】正面フライス加工性能試験に付した場合の先行技術に従ったインサート例の摩耗パターンを示す。
【図５】正面フライス加工−荒削り性能試験に付した場合の本発明に従ったインサート例の摩耗パターンを示す。
【図６】正面フライス加工−荒削り性能試験に付した場合の先行技術に従ったインサートの摩耗パターンを示す。
【図１】
2009519139.tif 000003
【図２】
2009519139.tif 000004
【図３】
2009519139.tif 000005
【図４】
2009519139.tif 000006
【図５】
2009519139.tif 000007
【図６】
2009519139.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成20年12月16日(2008.12.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
超硬合金本体と被膜を含む、湿潤または乾燥条件中の粗製表面を伴うまたは伴わない、低及び中合金鋼、ステレンス鋼の機械加工向けの切削工具フライス加工インサートにおいて、
−  前記超硬合金本体が８．５〜９．７重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有し、保磁力が１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内にあり、ＣＷ比が０．８５から１．００未満であること、及び
−  前記インサートが、合計厚み１．９〜３．６μｍの少なくとも３層のＴｉＣｘＮｙＯｚを含む４．１〜６．９μｍの厚みの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、前記３層のうち１層は超硬合金に隣接し、吹き付けされたα−Ａｌ2Ｏ3層が少なくともすくい面上で外部層であり、
合計厚み１．９〜３．６μｍの前記ＴｉＣｘＮｙＯｚ層には、
・  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
・  ｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
・  ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、及び
・  吹き付け処理を受けた表面上に平坦化された結晶粒を伴う厚み１．８〜３．６μｍを有するα−Ａｌ２Ｏ３層、
が含まれること、を特徴とする切削工具フライス加工インサート。
【請求項２】
超硬合金が、８．６〜９．５重量％のＣｏ及び１．００〜１．４５のＴａＣ及び０．１０〜０．５０のＮｂＣを有することを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
【請求項３】
逃げ面に０．１〜１μｍの有色最上層を有す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４】
前記有色最上層が、ＣＶＤまたはＰＶＤ技術によって被着されたＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＺｒＮ及び／またはＨｆＮから成ることを特徴とする請求項３に記載の切削工具インサート。
【請求項５】
粉体冶金技術、硬質成分及び結合剤相を形成する粉体の湿式粉砕、粉砕済み混合物の所望の形状及び大きさへの圧密及び焼結による、超硬合金本体及び被膜を含む切削インサートの製造方法において、
前記超硬合金本体が８．５〜９．７重量％のＣｏ、及び１．００〜１．４５重量％のＴａＣ、及び０．１０〜０．５０重量％のＮｂＣ、及び残部ＷＣという組成を有し、保磁力が１１．７〜１３．３ｋＡ／ｍの範囲内にあり、ＣＷ比が０．８５から１．００未満であること、及び前記本体が、少なくともすくい面上で外部層としてα−Ａｌ２Ｏ３層を伴って内部被膜を形成する少なくとも３つのＴｉＣｘＮｙＯｚ層を内含する厚み４．１〜６．９μｍの被膜で少なくとも部分的に被覆されており、且つ、
１．９〜３．６μｍの合計厚みをもつ前記ＴｉＣｘＮｙＯｚ層には、
ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞＝０の組成を有する、超硬合金に隣接する第１のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
炭素／窒素供給源としてのＣＨ3ＣＮ、８８５〜８５０℃の温度で、周知のＭＴＣＶＤ技術を使用することによるｘ＞０．４、ｙ＞０．４及び０＝＜ｚ＜０．１の組成を有する第２のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
ＴｉＣｌ４、Ｈ２及びＮ２から成る反応混合物を用いる既知のＣＶＤ方法を使用した、ｘ＋ｙ＋ｚ＞＝１及びｚ＞０の組成を有する、α−Ａｌ２Ｏ３層に隣接する第３のＴｉＣｘＮｙＯｚ層、
既知のＣＶＤ技術を用いることによって被着された厚み１．８〜３．６μｍのα−Ａｌ２Ｏ３層、
が含まれており、
少なくともすくい面上でインサートを吹き付け処理に付すことを特徴とする切削インサートの製造方法。
【請求項６】
吹き付け処理に先立ちＣＶＤ技術を用いて付加的な０．１〜１μｍの有色層をα−Ａｌ２Ｏ３層の上面に被着させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
吹き付け処理の後に、ＣＶＤ技術を用いて付加的な０．１〜１μｍの有色最上層を逃げ面において被着させることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項８】
−  ２５〜４００ｍ／分の切削速度、及び０．０４〜０．４ｍｍ／歯の送り速度での９０°の切込み角でのフライス加工、または
−  ２５〜４００ｍ／分の切削速度、及び０．０５〜０．７ｍｍ／歯の送り速度で４５〜７５°の切込み角での正面フライス加工、または
−  ２５〜５００ｍ／分の切削速度、及び０．３０〜３．０ｍｍ／歯での高速送りでの円形インサートのフライス加工、
に従った切削速度及び送り速度で安定した条件下での、鋳造外皮、鍛造外皮、熱間または冷間圧延外皮または予備機械加工された外皮といったような粗製表面を伴う低及び中合金鋼及びステンレス鋼の湿式及び乾式フライス加工を目的とした、請求項１〜４のいずれか１項に記載のインサート。
【国際調査報告】
2009519139.tif 000009
2009519139.tif 000010
2009519139.tif 000011
2009519139.tif 000012
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