(57)【要約】【課題】船舶用ドライブシャフト、風力発電所用シャフト等の非常に大型の鋼材の重粗旋削加工用の被膜付き切削工具インサートを提供する。【解決手段】内接円半径ｉＣ１９ｍｍ以上、厚さ６ｍｍ以上であり、５〜１０wt％のＣｏと、５〜１２wt％のＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの金属の立方晶炭化物または炭窒化物と、残部ＷＣとを含む組成を有し、厚さ１５〜４０μｍの多層状結合相富化表面領域を有する。被覆前に３５〜９５μｍの刃先丸みを有する。被膜は、以下（１）〜（５）を含んでなる。（１）ＴｉＣxＮyＯzの最内部の第１層、全厚さ０．１〜１．５μｍ、（２）ＴｉＣxＮyの第２層、厚さ４．５〜９．５μｍ、柱状粒を含む、（３）ＴｉＣxＮyＯzの第３層、厚さ０．３〜１．５μｍ、（４）円滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層、厚さ４．５〜９．５μｍ、（５）厚さ０．１〜２μｍの着色最上層、好ましくは、クリアランス面上のＴｉＮまたはＺｒＮ。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
多層状結合相富化表面領域および被膜を有する超硬合金インサートボディーを含んでなる被膜付き切削工具インサートであって、
前記多層状結合相富化表面領域が、平均結合相含有量の最大で１．５〜４倍、好ましくは２〜３倍の結合相含有量を有し、１５〜４５、好ましくは２０〜４０、最も好ましくは２５〜３５μｍの厚さであり、多層状結合相富化表面領域ならびにその下の約１００〜３００μｍの厚さの領域が遊離グラファイトを全く含まず、すなわち、Ｃ００のＣ空隙率に相当し、超硬合金ボディーの芯部のＣ空隙率はＣ０６〜Ｃ０８、好ましくはＣ０８であり、かつ
前記インサートが、１９ｍｍ以上の、好ましくは３０〜６０ｍｍの大きい内接円直径ｉＣを有し、６ｍｍ以上、好ましくは９〜２０ｍｍの厚さを有することを特徴とする被膜付き切削工具インサート。
【請求項２】
前記多層状結合相富化表面領域が、厚さが多層状結合相富化表面領域の全厚さの２５〜５０、好ましくは３０〜４５％である基本的に立方晶炭化物相のない外殻部を有し、窒素含有量が０．０２〜０．１０、好ましくは０．０４〜０．０７wt％であることを特徴とする請求項１に記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項３】
前記超硬合金が、０．９６〜１．０、好ましくは０．９８〜１．０、最も好ましくは０．９９〜１．０のＣＷ比を有することを特徴とする請求項１または２に記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項４】
前記超硬合金が、５〜１０、好ましくは５．５〜８、最も好ましくは６．０〜７．０wt％のＣｏ、５〜１２、好ましくは７〜１０、最も好ましくは８〜９wt％の、ＩＶｂおよびＶｂ族金属、好ましくはＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの立方晶炭化物または炭窒化物の組成を有し、好ましくはＴｉ含有量が１．０〜４．０wt％、最も好ましくは１．５〜３．０wt％であり残部ＷＣが好ましくは８０〜８８wt％ＷＣであり、窒素含有量が０．１０未満であり、
前記超硬合金が、９〜１３．５の、好ましくは１０〜１２ｋＡ／ｍのＨｃ値を有し、かつ
刃先の丸さが３５〜９５の、好ましくは４０〜６０μｍである
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の被膜付き切削工具インサートであって、前記被膜が、下記、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、好ましくはｙ＞０．８およびｚ＝０であり、全厚さが０．１〜１．５μｍ、好ましくは０．４μｍを超える、ＴｉＣxＮyＯzの最内部の第１層、
ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、柱状粒を含む、ＴｉＣxＮyの第２層、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍである、ＴｉＣxＮyＯzの第３層、
厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、１０μｍの長さにわたり切削エリア領域中の表面粗さＲａ＜０．４μｍである、平滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層、
第４層Ａｌ2Ｏ3と第２層ＴｉＣxＮyの層の厚さの比が好ましくは０．８〜１．２であり、
好ましくは、クリアランス面上のＴｉＮまたはＺｒＮの、厚さ０．１〜２μｍの着色最上層
を含んでなることを特徴とする被膜付き切削工具インサート。
【請求項６】
多層状結合相富化表面領域および被膜を有する超硬合金インサートボディーを含んでなる被膜付き切削工具インサートを製造する方法であって、
１９ｍｍ以上、好ましくは３０〜６０ｍｍの内接円直径および６ｍｍ以上、好ましくは９〜２０ｍｍの厚さを有し、Ｃ０６〜Ｃ０８、好ましくはＣ０８の超硬合金インサートボディーの芯部のＣ空隙率に相当する炭素含有量および９．０〜１３．５、好ましくは１０．０〜１２．０ｋＡ／ｍのＨｃ値を有する超硬合金インサートボディーを用意し、
多層状層の形成のため最適量の炭素を含む予備焼結体または圧縮体を、不活性雰囲気または真空中で、１３８０〜１５２０℃で１５から１８０分間焼結し、その後、２０〜１００℃／時、好ましくは４０〜７０℃／時で、凝固領域１３００〜１２２０℃、好ましくは１２９０〜１２４０℃を通ってゆっくりと冷却してつくられ、多層状結合相富化表面領域が、１５〜４５、好ましくは２０〜４０、最も好ましくは２５〜３５μｍの厚さであり、結合相富化表面領域の結合相含有量が、平均結合相含有量の最大で１．５〜４倍、好ましくは２〜３倍の結合相含有量を有することを特徴とする被膜付き切削工具インサートを製造する方法。
【請求項７】
前記超硬合金が、５〜１０、好ましくは５．５〜８、最も好ましくは６．０〜７．０wt％のＣｏ、５〜１２、好ましくは７〜１０、最も好ましくは８〜９wt％の、ＩＶおよびＶ族金属、好ましくはＴｉ、Ｔａおよび／またはＮｂの立方晶炭化物または炭窒化物の組成を有し、好ましくはＴｉ含有量が１．０〜４．０wt％、最も好ましくは１．５〜３．０wt％であり残部ＷＣが好ましくは８０〜８８wt％ＷＣであり、窒素含有量が、０．０２〜０．１０、好ましくは０．０４〜０．０７wt％であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記超硬合金が、０．９６〜１．０、好ましくは０．９８〜１．０、最も好ましくは０．９９〜１．０のＣＷ比を有することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
請求項６から８までのいずれかに記載の方法であって、
半径３５〜９５、好ましくは４０〜６０μｍにインサートを刃先丸め処理し、電気化学的方法またはブラスト法を利用して表面を洗浄し、
下記、
公知のＣＶＤ法を利用して、ＴｉＣxＮyＯzの第１の最内部の層、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、好ましくはｙ＞０．８およびｚ＝０であり、全厚さが０．１〜１．５μｍ、好ましくは０．４μｍを超え、
アセトニトリルを層形成の炭素および窒素源として７００〜９００℃の温度範囲でＭＴＣＶＤ技術を利用して、ＴｉＣxＮyの第２層、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、柱状粒を含み、
公知のＣＶＤ法を利用して、ＴｉＣxＮyＯzの第３層、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍであり、
好ましくは、第４層Ａｌ2Ｏ3と第２層ＴｉＣxＮyの層の厚さの比が０．８〜１．２となるように、公知のＣＶＤ法を利用して、円滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、
公知のＣＶＤ法を利用して、厚さ０．１〜２μｍの着色最上層、好ましくはＴｉＮまたはＺｒＮ、
前記最上層を、すくい面上でブラシ研磨またはブラストにより除去し、長さ１０μｍにわたってＲａ＜０．４μｍの切削エリア領域中の表面粗さにすること。
を含んでなる被膜を堆積する工程、
を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項１０】
ｉＣが１９ｍｍ以上、好ましくは３０〜６０ｍｍで厚さが６ｍｍ以上、好ましくは９〜２０ｍｍの大型の切削インサートを、２５〜１００の、好ましくは２５〜７５ｍ／分の範囲の切削速度、１〜２．５ｍｍの範囲の送り速度および０から３０ｍｍの切り込み深さ、被加工物の楕円性のため切り込み深さ＝０、好ましくは３〜３０ｍｍの切り込み深さで使用する、例えば、長さ２０ｍ直径最大１．５ｍになる船舶用ドライブシャフトおよび風力発電所用シャフトなどの非常に大型の鋼材部品、好ましくは炭素鋼または低合金鋼、例えば強靭鋼の重粗旋削加工などの過酷な機械加工用途のための上述の切削工具インサートの使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向上された刃先の安全性および耐摩耗性と非常に良好な耐塑性変形性とを併せ持つ非常に大型の鋼材部品の重粗旋削加工（heavy roughing turning operations）に特に有用な結合相富化表面領域（binder phase enriched surface zone）を持つ被膜付き超硬合金インサートに関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレス鋼および普通鋼の両方を旋削するため被膜付き超硬合金インサートが広く使用されており、特に、結合相富化超硬合金ボディーを持つＣＶＤ被膜付きインサートが使用されている。
【０００３】
結合相富化表面領域により、用途領域の拡大が得られる。最も普通に使用されている種類は、基本的に立方晶相がなく中程度に結合相が富化されている１０〜３０μｍの厚さの表面領域を持つ超硬合金ボディーである。米国特許第４，２７７，２８３号、第４，６１０，９３１号、第４，８３０，２８３号および第５，１０６，６７４号が例である。
【０００４】
他の種類の結合相富化超硬合金インサートはいわゆる多層状タイプ（stratified type）であり、非常に注意深く制御された炭素含有量を持つ粉体および冷却を制御した焼結プロセスを利用して得られる。このタイプは１５〜４５μｍの厚さの表面領域を有し、外部表面に基本的に平行な結合相のいくつかの薄い多層状層により結合相がより強く富化されている。大量生産では、炭素の制御は困難であり、多層状結合相富化は実際にはめったに利用されない。
【０００５】
ヨーロッパ公開特許公報ＥＰ−Ａ−６０３１４３は、結合相富化表面領域を有する超硬合金を開示しているが、前記超硬合金は、結合相中にＷＣおよび立方晶相を含み、前記結合相富化表面領域が、基本的に立方晶相のない外殻部ならびに立方晶相および多層状結合相層を含む内位部分を有する。したがって、これは上述の２種の結合相富化の組み合わせである。
【０００６】
本発明が関連する過酷な機械加工は、比較的大きな力を利用して、非切削および切削プロセスの両方により被加工物を成形するという特徴がある。そのような加工には、押出、圧延、絞りおよびしごきなどの非切削成形プロセスならびに打抜き、剪断およびブローチ加工ならびに高圧穿孔、研削、フライス削りおよび旋削加工などの切削プロセスがある。過酷な機械加工に特徴的であるが、工具と被加工物の間の摩擦と共に被加工物になされる作業は、被加工物をゆがませ高速で工具の摩耗を起こすほどの熱を生み出す。
【０００７】
過酷な用途の一例は、長さが最大２０ｍ、直径が最大１．５ｍになる船舶用ドライブシャフトおよび風力発電所用シャフトなどの非常に大型の鋼材部品の重粗旋削加工であり、ｉＣ≧１９ｍｍおよび厚さ≧６ｍｍの大型切削インサートが使用されるが、ｉＣとはインサートの内接円の直径である。鍛造シャフトは楕円であることが多く、鍛造肌および表層介在物（酸化物スケール）があるので、切削インサートの需要は非常に高い。楕円形であるので、切削作業中に切り込み深さ（ＤＯＣ）が零になることもある。鋼のタイプは、低合金でも、炭素鋼、例えば強靭鋼でもよい。さらに、切削データは、送り速度最大２．５ｍｍおよび切り込み深さ最大３０ｍｍと極端に大きい。このことが相まって、切削工具インサートの靭性挙動、耐塑性流動性および耐摩耗性に対する非常に高い要求を与えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、非常に大型の鋼材部品の重粗旋削加工などの過酷な用途に特に有用な切削工具インサートを提供することである。
【０００９】
本発明のさらなる目的は、向上された刃先の安全性および耐摩耗性と非常に良好な耐塑性変形性とを併せ持つ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】
【００１０】
上述の切削作業で功を奏する異なる要求に関して向上した性質を示す切削工具インサートが、部分的に立方晶相が欠乏し遊離炭素、グラファイトの良好に定義された含有量を与えるバランスの良い炭素含有量を持つ多層状結合相富化表面領域を、超硬合金ボディーの芯部に、好ましくは柱状のＴｉＣxＮy層および後処理されたαＡｌ2Ｏ3最上層と組み合わせて有する超硬ボディーを含んでなる切削工具インサートにより得られることが、驚くべきことに見いだされた。
【００１１】
本発明によると、非常にＷ含有量が低い結合相および立方晶相が部分的に欠乏した多層状結合相富化表面領域および好ましくは柱状のＴｉＣxＮy層および後処理されたαＡｌ2Ｏ3最上層を含んでなる被膜を持つ超硬合金合金を含んでなる被膜付き切削工具インサートが提供される。前記インサートは、ｉＣが１９ｍｍ以上、好ましくは３０〜６０ｍｍと大きく、厚さが６ｍｍ以上、好ましくは９〜２０ｍｍである。
【００１２】
超硬合金は、５〜１０、好ましくは５．５〜８、最も好ましくは６〜７wt％のＣｏと、５〜１２、好ましくは７〜１０、最も好ましくは８〜９wt％の、ＩＶＡおよびＶＡ族金属、好ましくはＴｉ、ＴａおよびＮｂの立方晶炭化物または炭窒化物とを含む組成を有し、好ましくはＴｉ含有量が１．０〜４．０wt％、最も好ましくは１．５〜３．０wt％であり残部ＷＣが好ましくは８０〜８８wt％ＷＣである。窒素含有量は、０．１未満、好ましくは０．０２〜０．１、最も好ましくは０．０４〜０．０７wt％であり、炭素含有量は、Ｃ０６〜Ｃ０８の、好ましくはＣ０８の超硬合金ボディーの芯部のＣ空隙率（C-porosity）に相当するように調整される。多層状結合相富化表面領域は、１５〜４５、好ましくは２０〜４０、最も好ましくは２５〜３５μｍの厚さであり、好ましくは基本的に立方晶相のない外殻部を持つ。この外殻部の厚さは、多層状結合相富化表面領域の全厚さの２５〜５０、好ましくは３０〜４５％である。結合相富化表面領域の結合相含有量は、平均結合相含有量の最大１．５〜４、好ましくは２〜３倍である。さらに、多層状結合相富化表面領域ならびにその下の厚さが約１００〜３００μｍの領域は遊離のグラファイトを全く含まず、すなわちＣ００のＣ空隙率に相当する。Ｈｃ値は９〜１３．５、好ましくは１０〜１２ｋＡ／ｍである。
【００１３】
コバルト結合相は非常に少量のタングステン（Ｗ）を含有する。結合相中のＷはコバルトの磁気的性質に影響を与え、下記に定義したＣＷ比の値に関連づけることができ、
ＣＷ比＝磁性Ｃｏ％／Ｃｏwt％
上式において、磁性Ｃｏ％は磁性Ｃｏのwt％であり、Ｃｏwt％は超硬合金中のＣｏのwt％である。
【００１４】
ＣＷ比は、合金の程度により、１から約０．７５に変動する。より低いＣＷはより高いＷ含有量に相当し、ＣＷ比＝１は結合相中にＷが実際的にないことに相当する。
【００１５】
本発明によると、下記Ａ）Ｂ）Ｃ）を満たす場合に、より高い切削性能が得られる。
【００１６】
Ａ）超硬合金が、０．９６〜１．０の、好ましくは０．９８〜１．０以内の、最も好ましくは０．９９〜１．０以内のＣＷ比を持つ。
【００１７】
Ｂ）切削インサートが、３５〜９５の、好ましくは４０〜６０μｍの被覆前の刃先の丸さを有する。
【００１８】
Ｃ）被膜が下記（１）〜（５）を含んでなる。
【００１９】
（１）ＴｉＣxＮyＯzの第１の最内部の層であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、好ましくはｙ＞０．８およびｚ＝０であり、全厚さが０．１〜１．５μｍ、好ましくは０．４μｍを超える第１層。
【００２０】
（２）ＴｉＣxＮyの第２層であって、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、柱状粒を含む第２層。
【００２１】
（３）ＴｉＣxＮyＯzの第３層であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍである第３層。
【００２２】
（４）平滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層であって、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、１０μｍの長さにわたり切削エリア領域中の表面粗さＲａ＜０．４μｍである第４層。ここで、第４層Ａｌ2Ｏ3と第２層ＴｉＣxＮyの層の厚さの比が好ましくは０．８〜１．２である。
【００２３】
（５）厚さ０．１〜２μｍの着色最上層であって、好ましくは、クリアランス面上のＴｉＮまたはＺｒＮである最上層。
【００２４】
本発明は、５〜１０、好ましくは５．５〜８、最も好ましくは６〜７wt％のＣｏと、６〜１１、好ましくは７〜１０、最も好ましくは８〜９wt％の、ＩＶおよびＶ族金属、好ましくはＴｉ、ＴａおよびＮｂの立方晶炭化物または炭窒化物とを含む組成を有し、好ましくはＴｉ含有量が１〜４wt％、最も好ましくは１．５〜３wt％であり、残部ＷＣが好ましくは８０〜８８wt％ＷＣである超硬合金ボディーを有する被膜付き切削工具インサートを製造する方法にも関する。窒素含有量は、０．１未満、好ましくは０．０２〜０．１０、最も好ましくは０．０４〜０．０７wt％であり、炭素含有量は、Ｃ０６〜Ｃ０８の、好ましくはＣ０８の超硬ボディーの芯部のＣ空隙率に相当するように調整される。
【００２５】
本発明による超硬合金合金の製造は、窒素および多層状層の形成のため最適量の炭素を含む予備焼結体または圧縮体を、不活性雰囲気または真空中で、１３８０〜１５２０℃で１５から１８０分間焼結し、その後、２０〜１００℃／時、好ましくは４０〜７０℃／時で、凝固領域１３００〜１２２０℃、好ましくは１２９０〜１２４０℃を通ってゆっくりと冷却して実施されるのが最も好都合である。焼結条件は、９〜１３．５、好ましくは１０〜１２ｋＡ／ｍの範囲のＨｃ値を得るように調整される。ＣＷ比は、０．９６〜１、好ましくは０．９８〜１以内、最も好ましくは０．９９〜１以内でなくてはならない。多層状結合相富化表面領域は、１５〜４５、好ましくは２０〜４０、最も好ましくは２５〜３５μｍの厚さで、好ましくは実質的に立方晶相のない外殻部を持つ。この外殻部の厚さは、多層状結合相富化表面領域の全厚さの２５〜５０、好ましくは３０〜４５％である。結合相富化表面領域の結合相含有量は、最大で、平均結合相含有量の１．５〜４倍、好ましくは２〜３倍である。被覆に先立ち、インサートを処理して３５〜９５、好ましくは４０〜６０μｍの刃の半径にし、電気化学的方法またはブラスト法により表面を洗浄する。
【００２６】
本発明の切削工具インサートは下記（１）〜（５）を備えている。
【００２７】
（１）公知のＣＶＤ法による、ＴｉＣxＮyＯzの最内部の第１層であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、好ましくはｙ＞０．８およびｚ＝０であり、全厚さが０．１〜１．５μｍ、好ましくは０．４μｍを超える第１層、
（２）ＴｉＣxＮyの第２層であって、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍであり、柱状粒を含み、アセトニトリルを層形成の炭素および窒素源として７００〜９００℃の温度範囲でＭＴＣＶＤ技術による第２層。ただし、正確な条件は、ある程度、利用する装置の構成に依存する。
【００２８】
（３）公知のＣＶＤ法による、ＴｉＣxＮyＯzの第３層であって、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍである第３層。
【００２９】
（４）公知のＣＶＤ法による、平滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層であって、厚さが４．５〜９．５μｍ、好ましくは５〜７．５μｍである第４層。好ましくは、第４層Ａｌ2Ｏ3と第２層ＴｉＣxＮyの層の厚さの比は、０．８〜１．２である。
【００３０】
（５）厚さ０．１〜２μｍの着色最上層であって、好ましくはＴｉＮまたはＺｒＮである。前記最上層はクリアランス面に存在し、すくい面上でブラシ研磨またはブラストにより除去されて、長さ１０μｍにわたってＲａ＜０．４μｍの切削エリア領域中の表面粗さにする最上層。
【００３１】
本発明は、ｉＣが１９ｍｍ以上、好ましくは３０〜６０ｍｍで厚さが６ｍｍ以上、好ましくは９〜２０ｍｍの大型の切削インサートを、２５〜１００の範囲の、好ましくは２５〜７５ｍ／分の範囲の切削速度、１〜２．５ｍｍの範囲の送り速度および０から３０ｍｍの切り込み深さ、被加工物の楕円性のため切り込み深さ＝０、好ましくは３〜３０ｍｍの切り込み深さで使用する、例えば、長さ２０ｍ直径最大１．５ｍになる船舶用ドライブシャフトおよび風力発電所用シャフトなどの非常に大型の鋼材部品、好ましくは炭素鋼または低合金鋼、例えば強靭鋼の重粗旋削加工などの過酷な機械加工用途のための上述の切削工具インサートの使用にも関する。
【実施例】
【００３２】
〔実施例１〕
２．２wt％のＴｉＣ、０．０５wt％のＮ含有量を与える０．５wt％のＴｉＣＮ、３．６wt％のＴａＣ、２．４wt％のＮｂＣ、６．５wt％のＣｏおよび０．２５wt％化学量論比を超える炭素含有量であり、残部ＷＣの組成の粉体混合物から、ｉＣ＝３８ｍｍおよび厚さ＝９．５ｍｍの旋削インサートＳＣＭＴ３８０９３２を加圧成形した。インサートをＨ2中で４５０℃に焼結し脱蝋し、さらに真空中で１３５０℃に、その後４０ミリバールのアルゴンの保護雰囲気中で１４５０℃で１時間焼結した。同じ保護雰囲気中で、１２９０〜１２４０℃温度範囲を６０℃／時で温度低下を十分に制御して冷却を実施した。その後、保護雰囲気を維持しながら、通常の炉冷により冷却を続けた。
【００３３】
焼結されたインサートは、結合相富化表面領域を有していた。この表面領域の外殻部は、中程度に結合相富化されており、基本的に立方晶相がなく弱く発現した多層状結合相構造を有し、厚さは１５μｍであった。この外殻部の内側に、立方晶相を含み、多層状結合相構造として強いコバルト富化を持つ厚さ２０μｍの領域があった。この部分の最大コバルト含有量は、表面から平行な１００μｍの距離の平均として１７wt％であった。測定は、波長分散型分光器（ＷＤＳ）を備えたマイクロプローブアナライザーで、ラインスキャンを利用して行った。この部分のさらに下に、基本的に平均含有量の立方晶相および結合相が有りグラファイトは無い約１５０〜２００μｍの厚さの領域があった。インサートの芯部に、Ｃ０８のＣ空隙率に相当してグラファイトが存在していた。Ｈｃ値は１１．５であり、ＣＷ比は０．９９であった。
【００３４】
ブラシ研磨法により、半径５０μｍにインサートを刃先丸め処理し（edge rounded）、表面を電気化学的方法により洗浄し、次いで、ｘ値が約０．０５に相当する高窒素含有量の厚さ０．５μｍのＴｉＣxＮyの第１層を、その後、ｘ値が約０．５５で柱状粒子構造の厚さ８μｍのＴｉＣxＮyの第２層を、ＭＴＣＶＤ技術（温度８５０〜８８５℃および炭素／窒素源としてＣＨ3ＣＮ）を利用して被覆した。同じ被覆サイクル内の次の工程で、厚さ１μｍのＴｉ（Ｃ，Ｏ）の第３層を堆積させ、その後、厚さ７μｍのαＡｌ2Ｏ3の第４層および厚さ１μｍのＴｉＮの最上層を堆積させた。
【００３５】
最後に、ＴｉＮ最上層を除き１０μｍの長さにわたりＲａ＝０．２μｍの露出Ａｌ2Ｏ3層の平滑な表面仕上げを生み出すため、すくい面上でアルミナ粗粒でウェットブラストした。
【００３６】
〔実施例２〕
実施例１のインサートを、風力発電所用の顧客作成シャフト（customer producing shafts）で試験し、この種の加工に好適で実施例１と同じインサートスタイルの市販のインサートと比較した。これを表１に示す（従来技術）。
【００３７】
【表１】
2008162010.tif 000002
【００３８】
直径が８００ｍｍで長さが８ｍのＳＳ２２４４鋼製鍛造シャフトの重粗長手方向旋削加工でインサートを試験した。
【００３９】
切削データ
切削速度：３７ｍ／分
送り速度：１．８ｍｍ／回転
切り込み深さ：４〜３０ｍｍ（楕円性のため０のこともある）
冷却液なし
比較例Ａおよび比較例Ｂのそれぞれ５５分および３８分に比べ、本発明によるインサート（実施例１）の工具寿命は１１５分であった。摩耗の種類は、本発明によるインサートでは主に逃げ面摩耗であり、比較例Ａでは塑性変形および破壊、比較例Ｂでは塑性変形であった。
【００４０】
実施例２から、本発明によるインサートが、刃先の靭性と耐塑性変形性との非常に良好な組み合わせにより優れた性質を与えることは明らかである。
【手続補正書】
【提出日】平成20年5月9日(2008.5.9)
【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】
多層状結合相富化表面領域および被膜を有する超硬合金インサートボディーを含んでなる被膜付き切削工具インサートであって、
前記多層状結合相富化表面領域が、平均結合相含有量の最大で１．５〜４倍の結合相含有量を有し、１５〜４５μｍの厚さであり、多層状結合相富化表面領域ならびにその下の約１００〜３００μｍの厚さの領域が遊離グラファイトを全く含まず、すなわち、Ｃ００のＣ空隙率に相当し、超硬合金ボディーの芯部のＣ空隙率はＣ０６〜Ｃ０８であり、かつ
前記インサートが、１９ｍｍ以上の大きい内接円直径ｉＣを有し、６ｍｍ以上の厚さを有することを特徴とする被膜付き切削工具インサート。
【請求項２】
前記多層状結合相富化表面領域が、厚さが多層状結合相富化表面領域の全厚さの２５〜５０％である基本的に立方晶炭化物相のない外殻部を有し、窒素含有量が０．０２〜０．１０wt％であることを特徴とする請求項１に記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項３】
前記超硬合金が、０．９６〜１．０、好ましくは０．９８〜１．０、最も好ましくは０．９９〜１．０のＣＷ比を有することを特徴とする請求項１または２に記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項４】
前記超硬合金が、５〜１０wt％のＣｏ、５〜１２wt％の、ＩＶｂおよびＶｂ族金属の立方晶炭化物または炭窒化物の組成を有し、残部ＷＣであり、窒素含有量が０．１０未満であり、
前記超硬合金が、９〜１３．５ｋＡ／ｍのＨｃ値を有し、かつ
刃先の丸さが３５〜９５μｍである
ことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の被膜付き切削工具インサート。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれかに記載の被膜付き切削工具インサートであって、前記被膜が、下記、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、全厚さが０．１〜１．５μｍである、ＴｉＣxＮyＯzの最内部の第１層、
ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍであり、柱状粒を含む、ＴｉＣxＮyの第２層、
ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍである、ＴｉＣxＮyＯzの第３層、
厚さが４．５〜９．５μｍであり、１０μｍの長さにわたり切削エリア領域中の表面粗さＲａ＜０．４μｍである、平滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層、
クリアランス面上の厚さ０．１〜２μｍの着色最上層
を含んでなることを特徴とする被膜付き切削工具インサート。
【請求項６】
多層状結合相富化表面領域および被膜を有する超硬合金インサートボディーを含んでなる被膜付き切削工具インサートを製造する方法であって、
１９ｍｍ以上の内接円直径および６ｍｍ以上の厚さを有し、Ｃ０６〜Ｃ０８の超硬合金インサートボディーの芯部のＣ空隙率に相当する炭素含有量および９．０〜１３．５ｋＡ／ｍのＨｃ値を有する超硬合金インサートボディーを用意し、
多層状層の形成のため最適量の炭素を含む予備焼結体または圧縮体を、不活性雰囲気または真空中で、１３８０〜１５２０℃で１５から１８０分間焼結し、その後、２０〜１００℃／時で、凝固領域１３００〜１２２０℃を通ってゆっくりと冷却してつくられ、多層状結合相富化表面領域が、１５〜４５μｍの厚さであり、結合相富化表面領域の結合相含有量が、平均結合相含有量の最大で１．５〜４倍の結合相含有量を有することを特徴とする被膜付き切削工具インサートを製造する方法。
【請求項７】
前記超硬合金が、５〜１０wt％のＣｏ、５〜１２wt％の、ＩＶおよびＶ族金属の立方晶炭化物または炭窒化物の組成を有し、残部ＷＣであり、窒素含有量が、０．０２〜０．１０wt％であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記超硬合金が、０．９６〜１．０のＣＷ比を有することを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
請求項６から８までのいずれかに記載の方法であって、
半径３５〜９５μｍにインサートを刃先丸め処理し、電気化学的方法またはブラスト法を利用して表面を洗浄し、
下記、
公知のＣＶＤ法を利用して、ＴｉＣxＮyＯzの第１の最内部の層、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｙ＞ｘおよびｚ＜０．２であり、全厚さが０．１〜１．５μｍであり、
アセトニトリルを層形成の炭素および窒素源として７００〜９００℃の温度範囲でＭＴＣＶＤ技術を利用して、ＴｉＣxＮyの第２層、ｘ＋ｙ＝１、ｘ＞０．３およびｙ＞０．３であり、厚さが４．５〜９．５μｍであり、柱状粒を含み、
公知のＣＶＤ法を利用して、ＴｉＣxＮyＯzの第３層、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘ＞０．３およびｚ＞０．３、０≦ｙ＜０．２であり、厚さが０．３〜１．５μｍであり、
好ましくは、第４層Ａｌ2Ｏ3と第２層ＴｉＣxＮyの層の厚さの比が０．８〜１．２となるように、公知のＣＶＤ法を利用して、円滑なαＡｌ2Ｏ3の第４層、厚さが４．５〜９．５μｍであり、
公知のＣＶＤ法を利用して、厚さ０．１〜２μｍの着色最上層、
前記最上層を、すくい面上でブラシ研磨またはブラストにより除去し、長さ１０μｍにわたってＲａ＜０．４μｍの切削エリア領域中の表面粗さにすること。
を含んでなる被膜を堆積する工程、
を含んでなることを特徴とする方法。
【請求項１０】
ｉＣが１９ｍｍ以上で厚さが６ｍｍ以上の大型の切削インサートを、２５〜１００ｍ／分の範囲の切削速度、１〜２．５ｍｍの範囲の送り速度および０から３０ｍｍの切り込み深さ、被加工物の楕円性のための切り込み深さ＝０で使用する、例えば、長さ２０ｍ直径最大１．５ｍになる船舶用ドライブシャフトおよび風力発電所用シャフトなどの非常に大型の鋼材部品、好ましくは炭素鋼または低合金鋼、例えば強靭鋼の重粗旋削加工などの過酷な機械加工用途のための切削工具インサート。
【外国語明細書】
2008162010000001.pdf