(57)【要約】【課題】本発明は、基材と被膜とを含み、極めて高く合金化した鼠鋳鉄のフライス加工用の切削インサート、及びその製造方法に関する。【解決手段】この超硬合金基材は、ＷＣと、３〜８ｗｔ％のＣｏと、周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族金属の＜０．５ｗｔ％の炭化物とから成る。この被膜は、−  ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．２好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であり且つ大きさ＜０．５μｍの等軸粒と０．１〜１．５μｍの合計厚みとを有するＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層、−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３好ましくはｘ＞０．５であり且つ＜０．５μｍの平均直径と＞３〜５μｍの厚みとを有する円柱状粒であるＴｉＣｘＮｙの層、−  ０．５〜３μｍ好ましくは０．５〜２μｍの厚みを有し且つ平滑で美細粒な、０．５〜２μｍの粒子径のκＡｌ２Ｏ３の層、及び−  ＜２好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有するＴｉＮの最外層を含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材と被膜を含んで成る極めて高く合金化した鼠鋳鉄のフライス加工用の切削インサートであって、
前記基材が、１〜２．５μｍの平均粒子径を有するＷＣと、５〜８ｗｔ％のＣｏ好ましくは５〜７ｗｔ％のＣｏと、Ｔａ、Ｔｉ及び／またはＮｂの金属で＜０．５ｗｔ％の立方晶炭化物と、０．７５〜０．９３のＣＷ比と＜１ｖｏｌ％のイータ相とを有する高Ｗ合金化バインダー相とを含み、且つ
前記被膜が、
−  ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．２好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０の第一の最内層であり、且つ大きさ＜０．５μｍの等軸粒と０．１〜１．５μｍの合計厚みとを有するＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層、
−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３好ましくはｘ＞０．５のＴｉＣｘＮｙの層であり、且つ＜０．５μｍの平均直径を有し＞３〜５μｍの厚みを有する円柱状粒であるＴｉＣｘＮｙの層、
−  ０．５〜２μｍの平滑で美細粒な粒子径の層で、０．５〜３μｍ好ましくは０．５〜２μｍの厚みを有するκＡｌ２Ｏ３、及び
−  ＜２好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有するＴｉＮの最外層、
を含むことを特徴とするフライス加工用の切削インサート。
【請求項２】
前記ＴｉＮの最外層は、１０μｍの長さに渡って表面粗さがＲｍａｘ≦０．４μｍを有することを特徴とする請求項１に記載のフライス加工用の切削インサート。
【請求項３】
前記ＴｉＮの最外層が、切刃に沿って除去されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフライス加工用の切削インサート。
【請求項４】
被覆されていない前記切刃の半径が、２０〜５０μｍ好ましくは約３０〜４０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のフライス加工用の切削インサート。
【請求項５】
基材と被膜を含んで成るフライス加工用の切削インサートの製造方法であって、
超硬合金ボディが、１〜２．５μｍの平均粒子径を有するＷＣと、５〜８ｗｔ％のＣｏ好ましくは５〜７ｗｔ％のＣｏと、Ｔａ、Ｔｉ及び／またはＮｂの金属で＜０．５ｗｔ％の立方晶炭化物と、０．７５〜０．９３のＣＷ比と＜１ｖｏｌ％のイータ相とを有する高Ｗ合金化バインダー相とを含み、且つ
前記製造方法が次の堆積工程を含み、
−  ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．２好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０の第一の最内層であり、且つ大きさ＜０．５μｍの等軸粒と０．１〜１．５μｍの合計厚みとを有し、既知の方法を使用したＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層、
−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３好ましくはｘ≧０．５のＴｉＣｘＮｙの層であり、＜０．５μｍの平均直径の円柱状粒を有する＞３〜５μｍの厚みであり、且つ７００〜９００℃の温度範囲においてＴｉＣｘＮｙの層を形成するために、炭素および窒素の源としてアセトニトリルを使用してＭＴＣＶＤによって堆積したＴｉＣｘＮｙの層、
−  、０．５〜２μｍの平滑で美細粒な粒子径の層であって、既知のＣＶＤ技術にしたがい、０．５〜３μｍ好ましくは０．５〜２μｍ最も好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有するκＡｌ２Ｏ３、及び
−  ＜２好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有し、既知のＣＶＤ方法を使用するするＴｉＮの最外層、
を含むことを特徴とするフライス加工用の切削インサートの製造方法。
【請求項６】
前記最外側層のＴｉＮ層が、１０μｍの長さに渡って表面粗さＲｍａｘ≦０．４μｍまで、例えばＳｉＣ基ブラシでブラシ掛けされることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記最外側層のＴｉＮ層が、切刃に沿ってブラシ掛けによって除去されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
【請求項８】
２０〜５０μｍ好ましくは約３０〜４０μｍの半径を有する非被覆切刃を備えることを特徴とする請求項５、６または７に記載の方法。
【請求項９】
Ｃｒ＞０．１５、Ｍｏ＞０．０４及び／またはＴｉ＞０．０１５ｗｔ％を好ましく含有する極めて高く合金化した鋳鉄を、７０〜２２０ｍ／分の切削速度と、切削速度とインサート形状に依存する０．１５〜０．３５ｍｍ／歯の送りとで、乾式フライス加工するための請求項１〜４のいずれか１項に記載のインサートの用途。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｃｒ、Ｔｉ及びＭｏのような炭化物を形成する元素で、特別に極めて高く合金化した鼠鋳鉄の乾式フライス加工に特に有効である被覆超硬合金インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許６，１７７，１７８号は、湿式または乾式の条件の際に、黒皮表面領域の有無に関らず、低合金化及び中合金化をした鋼のフライス加工に特に有効な被覆フライス加工用のインサートを開示する。このインサートは、低含有量の立方晶炭化物を含むＷＣ−Ｃｏ超硬合金と、高合金化バインダー相と、柱状晶粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの内側層とκＡｌ２Ｏ３の層と好ましくはＴｉＮの頂部層とを含む被膜と、を特徴とする。
【０００３】
米国特許６，３３３，０９８号は、鼠鋳鉄の乾式フライス加工に特に有効である被覆切削インサートを開示する。このインサートは、ＷＣ−Ｃｏ超硬合金と、柱状晶粒を有するＴｉＣｘＮｙＯｚの最内側層を含む被膜と、微細粒のαＡｌ２Ｏ３層の頂部被膜と、を特徴とする。
【０００４】
鼠鋳鉄は、一般的に、超硬合金工具で機械加工することが適度に容易な材料である。多くの場合、長工具寿命を達成することが可能である。しかしながら、鼠鋳鉄の機械加工性は、かなり変化させることができる。この工具寿命は、この材料の化学組成を少し変化させることによってかなり影響されることがあり、この化学組成は冷却条件のような用いられる鋳造技術に関係する。その他の変化原因は、鋳物肌と砂介在物とであり、或いは、存在するならば、この材料を切削するために使用する機械の安定性でもある。
【０００５】
極度に高合金化された鋳鉄は、幾つか形式の車両エンジンに用いられ、このエンジンの高強度を達成する。
【０００６】
極度に高合金化された鼠鋳鉄は、ここではＣｒ、Ｍｏ、ＴＩのような添加物で合金化した鋳鉄を意味し、この添加物は種々の形式の炭化物を母相に形成する。好ましくはこれらの元素の含有量は、Ｃｒ＞０．１５、Ｍｏ＞０．０４、及び／またはＴｉ＞０．０１５ｗｔ％である。
【０００７】
このような鋳鉄を被覆フライス加工インサートで機械加工するときは、炭化物が存在するために、研摩摩耗型が支配的となる。すなわち、この層の破片または個々の粒子、及び後期の超硬合金の一部も、形成された加工部材切屑によって、切刃から続けて引き離される。このような摩耗機構は、櫛状割れ（ｃｏｍｂ  ｃｒａｃｋｓ）と一般的に言われ且つ切刃から隔たり垂直な約５０μｍの割れの形成によってさらに加速される。この被膜が摩耗すると、下側に存在する超硬合金が早く磨耗する。この増加した特別な表面が、より大きな切削力の原因となり、加工物材料と被膜または基材との間の温度と化学反応を増加させる。
【０００８】
【特許文献１】米国特許６，１７７，１７８号
【特許文献２】米国特許６，３３３，０９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、大量生産、特に無人化生産が行われた場合、信頼ができ且つ安定した工具寿命を備えた被覆切削工具インサートを提供することである。
【００１０】
また、本発明の目的は、可能な限り櫛状割れの形成に耐え且つそれを遅らせることが可能である超硬合金と、良好に付着する被膜と、を備える被覆切削工具インサートを提供することである。
【００１１】
さらに、本発明の目的は、切屑と被膜との間で低い付着力を有し且つ高い内部強度を有する被覆切削工具インサートを提供することである。
【００１２】
さらに、本発明の目的は、極度に高合金化した鋳鉄のフライス加工に有効な被覆切削工具インサートを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明にしたがう切削工具インサートは、５〜８ｗｔ％好ましくは５〜７ｗｔ％のＣｏと、Ｔｉ、Ｔａ及び／またはＮｂの金属のからなる０．５未満好ましくは０ｗｔ％の立方晶炭化物と、残部ＷＣとの組成の超硬合金ボディを有することである。ＷＣの平均粒子径は、１〜２．５μｍの範囲にある。コバルトバインダー相は、Ｗで高合金化される。バインダー相中のＷ含有量は、次の式で表すことができる。
ＣＷ比＝Ｍｓ／（ｗｔ％Ｃｏ・０．０１６１）
Ｍｓは、ｋＡ／ｍで超硬合金ボディ中で測定された飽和磁化であり、且つ
ｗｔ％Ｃｏは、超硬合金中のＣｏの重量パーセントである。このＣＷの値は、Ｃｏバインダー相中のＷ含有量の関数である。低いＣＷ値はバインダー相中の高Ｗ含有量に相当する。
【００１４】
本発明にしたがい改良された切削性能は、超硬合金ボディが０．７５〜０．９３好ましくは０．８０〜０．９０のＣＷ値を有するならば達成される。この超硬合金ボディは、いずれの有害な影響もなしに、少量の１ｖｏｌ％未満のイータ相（Ｍ６Ｃ）を含むことができる。
被覆されない切刃の半径は、２０〜５０μｍ好ましくは約３０〜４０μｍである。
【００１５】
この被膜は、次からなる。
−  ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．２好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０の第一の最内層であり、且つ大きさ＜０．５μｍの等軸粒と０．１〜１．５μｍの厚みとを有するＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層、
−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３好ましくはｘ＞０．５のＴｉＣｘＮｙの層であり、且つ＜０．５μｍの平均直径を有し＞３〜５μｍの厚みを有する円柱状粒であるＴｉＣｘＮｙの層、
−  Ａｌ２Ｏ３の約０．５〜２μｍの平滑で美細粒な結晶粒の層で、Ａｌ２Ｏ３は実質的にκ相からなる。しかしながら、この層は、Ｘ線照射（ＸＲＤ：Ｘ  ｒａｙ  ｒａｄｉａｔｉｏｎ）測定法によって決定されるような少量の０．５〜２Ｖｏｌ％のθ相またはα相を含有することができる。このＡｌ２Ｏ３層は、０．５〜３μｍ好ましくは０．５〜２μｍ及び最も好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有する。
−  ２未満好ましくは０．５〜１．５μｍのＴｉＮの層で、この最外層は、少なくとも切刃上に１０μｍの長さに沿って表面粗さＲｍａｘ≦０．４μｍを有する。このＴｉＮの層は、好ましくは切刃に沿って欠落しても良く、且つこの下に横たわるアルミナ層は、切刃に沿って部分的にまたは完全に欠落しても良い。
【００１６】
本発明は、５〜８ｗｔ％のＣｏ好ましくは５〜７ｗｔ％のＣｏと、Ｔａ、Ｔｉ及び／またはＮｂの金属で＜０．５ｗｔ％好ましくは０ｗｔ％の立方晶炭化物と、残部ＷＣと、の化学組成の被覆超硬合金ボディを製造する方法に関する。このＷＣの平均粒子径は、１〜２．５μｍの範囲である。コバルトバインダー相は、Ｗで高合金化される。ＣＷ比として表示されるバインダー相中のＷ含有量は、０．７５〜０．９３好ましくは０．８０〜０．９０である。
【００１７】
この被覆されない切刃は、２０〜５０μｍ好ましくは３０〜４０μｍの切刃半径を備える。
【００１８】
この被膜は、次からなる。
−  ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘ及びｚ＜０．２好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０のＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層であり、且つ大きさ＜０．５μｍの等軸粒と０．１〜１．５μｍの合計厚みとを有し、既知の方法を使用したＴｉＣｘＮｙＯｘの第一の最内層、
−  ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３好ましくはｘ≧０．５を有するＴｉＣｘＮｙの層であり、＜５μｍの平均直径の円柱状粒を有する＞３〜５μｍの厚みであり、且つ７００〜９００℃の温度範囲においてＴｉＣｘＮｙの層を形成するために、炭素および窒素の源としてアセトニトリルを使用して中温化学蒸着（ＭＴＣＶＤ：ｍｏｄｅｒａｔｅ  ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  ｃｈｅｍｃａｌ  ｖａｐｏｕ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって堆積したＴｉＣｘＮｙの層、
−  約０．５〜２μｍの平滑で美細粒な粒子径の層であって、既知の化学蒸着（ＣＶＤ：ｃｈｅｍｃａｌ  ｖａｐｏｕ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）技術にしたがい、０．５〜３μｍ好ましくは０．５〜２μｍ最も好ましくは０．５〜１．５μｍの厚みを有するκＡｌ２Ｏ３の層、
−  ＜２好ましくは０．５〜１．５μｍの、既知のＣＶＤ方法を使用する厚いＴｉＮの層で、この最外ＴｉＮの層は、少なくとも切刃上に１０μｍの長さに沿って表面粗さＲｍａｘ≦０．４μｍに、例えばＳｉＣ基のブラシで好ましくブラシ掛けされる。このＴｉＮの層は、好ましくは切刃に沿って除去しても良く、且つこの下に横たわるアルミナ層は、切刃に沿って部分的にまたは完全に除去しても良い。
【００１９】
また、本発明は、Ｃｒ＞０．１５、Ｍｏ＞０．０４及び／またはＴｉ＞０．０１５ｗｔ％を好ましく含有する極めて高合金化した鋳鉄を、７０〜２２０ｍ／分の切削速度と、切削速度とインサート形状に依存する０．１５〜０．３５ｍｍ／歯の送りとで、乾式フライス加工するための上記のインサートの用途に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
実施例１
Ａ）６．０ｗｔ％Ｃｏと残部ＷＣの化学組成を有する本発明にしたがうフライス加工用の超硬合金インサートは、従来の方法により１４１０℃で焼結され且つ０．６バールのＨ２中で１２００℃まで冷却して、０．８９のＣＷ比に相当するＷで合金化されたバインダー相を有するインサートを得た。平均ＷＣ粒子径は、１．３μｍであった。３５μｍまでの従来の切刃丸め処理の後、このインサートは、０．０５の見積もりＣ／Ｎ比に相当する高窒素含有量でもって０．５μｍの等軸Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）層で被覆し、引き続いて、炭素と窒素の源としてＣＨ３ＣＮとともに８８５〜８５０℃の温度で中温化学蒸着技術を用いて柱状粒を有する４μｍ厚のＴｉ（Ｃ、Ｎ）層で被覆した。その後の工程の同一被覆サイクルの際に、１．０μｍの厚さのＡｌ２Ｏ３の層が、欧州特許５２３０２１−Ａに開示されるような、９７０℃の温度及び０．４ｗｔ％のＨ２Ｓドーパント濃縮を使用して堆積された。最後に、１．０μｍのＴｉＮ層が、既知のＣＶＤ技術にしたがい頂部に堆積された。このＡｌ２Ｏ３層は１００％κ相であった。超硬合金ボディは、平均１．８μｍのＷＣ粒子径を有した。この被覆されたインサートは、ＳｉＣ粒を含有するナイロンストローブラシによって、乾式ブラシ掛けがなされた。光学顕微鏡におけるブラシ掛けされたインサートの検査は、厚いＴｉＮ層が切刃に沿ってブラシ掛けされ、そこに平滑なＡｌ２Ｏ３層表面が残されていることを示した。ブラシ掛けした試料横断面の被膜厚み測定が、取り除かれた外側ＴｉＮ層を除き、切刃線に沿って被膜の除去が無いことを示した。
【００２１】
実施例２
本発明にしたがうインサートは、高合金化した「Ｇｒａｕｇｕｓｓ」のエンジンブロックの正面フライス加工で試験された。
工具：サンドビックコロマント、Ｒ２６０．３１−３１５
インサートの個数：５０個
判定基準：表面仕上げと加工部品の消費
参照品：ＴＮＥＦ−１２０４ＥＮの競合等級
切削資料
切削速度：Ｖｃ＝１８７ｍ／分
一歯当たりの送り：Ｆｚ＝０．１７ｍｍ／葉
切り込み深さ：Ａｐ＝４ｍｍ
乾燥条件
参照品の工具寿命：製造中に４６０個のシリンダーブロック
本発明の工具寿命：６１３個のシリンダーヘッド
この試験が、改良された表面仕上げ及び生産性とともに３３％の工具寿命の増加を示した。
【００２２】
実施例３
本発明にしたがうインサートは、極めて高合金化した鼠鋳鉄ＧＬ０４＋ＣＲのエンジンブロックの正面フライス加工で試験された。
工具：サンドビックコロマント、Ｒ２６０．３１−２５０
インサートの個数：４０個
判定基準：表面仕上げと許容範囲以外の加工部品
参照品：サンドビックコロマントの等級ＧＣ３０２０の中のＴＮＥＦ−１２０４ＡＮ−ＣＡ
切削資料
切削速度：Ｖｃ＝１２６ｍ／分
一歯当たりの送り：Ｆｚ＝０．２ｍｍ／葉
切り込み深さ：Ａｐ＝３．５ｍｍ
乾燥条件
参照品の工具寿命：製造中に１１００個のシリンダーブロック
本発明の工具寿命：１７４５個のシリンダーヘッド
この試験が、改良された表面仕上げ及び許容範囲とともに５８％の工具寿命の増加を示した。
【外国語明細書】
2006187859000001.pdf