(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
すくい表面と逃げ表面とを有し、前記すくい表面と前記逃げ表面とが交差して切削エッジが形成されるタングステンカーバイド系基体と、
タングステン及び炭素と、５．７重量％乃至６．４重量％のコバルトと、０．２重量％乃至０．８重量％のクロムと、からなり、かつ、１９５乃至２４５エルステッドの保磁力（Ｈｃ）を有する前記基体と、
前記基体上の被覆と、を備え、
前記被覆が、化学蒸着で施されるアルミナ層を含む、
ねずみ鋳鉄合金のミリングのための被覆切削インサートであって、
前記被覆が、
前記基体に化学蒸着で施された炭窒化チタンの基礎層であって、当該基礎層はクロムとコバルトを含み、当該クロム及び当該コバルトは基体への被覆のプロセスの間に前記基体から拡散しかつ前記基礎層中のクロム対コバルトの原子百分率における割合（Ｃｒ／Ｃｏ比）が、前記基体内のＣｒ／Ｃｏ比より大きい、当該基礎層と、
前記基礎層に化学蒸着で施された炭化チタンの中間層と、
前記中間層に化学蒸着で施されたアルミナの外側層と、
を含む被覆切削インサート。
【請求項２】
前記基体が、５．９重量％乃至６．１重量％のコバルト及び０．３重量％乃至０．７重量％のクロムを含む請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項３】
前記基体が、２２０エルステッドの保磁力を有する請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項４】
前記基体が、９１．７乃至９２．６ロックウェルＡの硬度と、１３３乃至１４９ガウス・キュービックセンチメートル・パー・グラムコバルトの磁気飽和を有する請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項５】
前記基礎層と前記中間層との組合わされた厚さが、２μｍである請求項１に記載の被覆切削インサート。
【請求項６】
前記外側層の厚さが、２．３μｍである請求項５に記載の被覆切削インサート。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えば、切削インサートであり、クロム含有のセメンテッドタングステンカーバイド体に関する。出願人は他の金属切削の適用をも考慮しているが、上記の切削インサートは、例えば、ねずみ鋳鉄合金のような工作物の加工（例えば、ミリング）に適している。
【背景技術】
【０００２】  金属切削の工程の中で、ミリング（ｍｉｌｌｉｎｇ）は、切削インサートにおいて一番要求されている作業である。この切削インサートは、工作物に入り込んで切削してから抜けるのを繰り返して行っているため、繰り返される機械的かつ熱的な衝撃をこうむるようになる。熱的衝撃及び機械的衝撃は、切削インサートの切削エッジのマイクロチッピングを発生するようになる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】  既存の被覆切削インサートは、満足な性能を有するが、ミリングのような加工使用における機械的衝撃及び熱的衝撃に耐え得る能力の改善された、被覆切削インサートの提供が求められている。これらの被覆切削インサートが、通常、金属切削の応用に適用されているとしても、ねずみ鋳鉄合金のミリングのような特別の応用を有することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００４】  本発明の一形態によれば、本発明は、すくい表面と逃げ表面とを有するタングステンカーバイドをベースとした基体を備えた、被覆切削インサートに関するものであって、前記すくい表面と前記逃げ表面とが交差して基体の切削エッジを形成する。前記基体は、約５．７重量％乃至約６．４重量％のコバルト、約０．２重量％乃至約０．８重量％のクロム、タングステン及び炭素を含む。当該基体の上には、被覆が施されるが、この被覆は、化学蒸着（ＣＶＤ）によって施されるアルミナ層を含む。前記基体は、好ましくは、少なくとも７０重量％、より好ましくは、少なくとも９０重量％のタングステン及び炭素を含む。
【発明を実施するための形態】
【０００５】  図面において図１及び図２は、概して１０で称される切削インサートの第１実施例を示している。前記切削インサートは、通常の粉末冶金技術で製造される。一例として、工程が、粉末成分を粉末混合物にボールミリング（又はブレンディング）し、この粉末混合物を生の圧粉体（green compact）にプレスし、かつ、焼結されたままの基体を形成するように生の圧粉体を焼結するステップで構成される。
【０００６】  本発明において、出発粉末の代表的な成分は、タングステンカーバイド、コバルト及びクロムカーバイドを含む。選択仕様として、全般的な炭素含有量を調整するために炭素が出発粉末混合物の成分となることもできる。
【０００７】  切削インサート１０は、すくい面１２及び逃げ面１４を有する。すくい面１２と逃げ面１４とが交差して切削エッジ１６を形成する。切削インサート１０は、すくい表面２０及び逃げ表面２２を有する基体１８をさらに含む。基体１８のすくい表面２０及び逃げ表面２２は交差して基体の切削エッジ２４を形成する。
【０００８】  基体の構成において、一例として前記基体は、約５．７重量％乃至約６．４重量％のコバルト、約０．２重量％乃至約０．８重量％のクロム、かつ、少なくとも７０重量％のタングステン及び炭素を含んでもよい。他の例として前記基体は、約５．９重量％乃至約６．１重量％のコバルト、約０．３重量％乃至約０．７重量％のクロムを含み、タングステン及び炭素が残りを構成してもよい。さらに、選択的に、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウムが、基体内に存在することができる。
【０００９】  図１及び図２に示された基体の実施例においては、約６．０重量％のコバルト、約０．４又は約０．６重量％のクロム及び約９３．６又は９３．４重量％のタングステン及び炭素が少量の不純物と共に含まれている。図１に示された基体の実施例では、以下の物理的特性を有する：約９１．７〜９２．６ロックウェルＡの硬度、約１９５〜２４５エルステッド（Ｏｅ）の保磁力（Ｈc）及び約１３３〜１４９ガウス・キュービックセンチメートル・パー・グラム（gauss-cm3/gm）コバルトの磁気飽和。
【００１０】  切削インサート１０は、被覆組織（coating scheme）を有する。被覆組織は、基体１８の表面に施された基礎被覆層３０と、この基礎被覆層３０に施された中間被覆層３２と、この中間被覆層３２に施された外側被覆層３４とを備える。図１及び図２に示された切削インサートの実施例において、基礎被覆層３０は、従来のＣＶＤによる炭窒化チタンの層を含み、中間被覆層３２は、従来のＣＶＤによる炭化チタンの層を含み、基礎層３０と中間層３２との組合わされた厚さは、２．０μｍとなる。外側被覆層３４は、従来のＣＶＤによって約２．３μｍの厚さに施されたアルミナを含む。
【００１１】
本出願人は、図１及び図２に示された実施例に対する参考例の多層被覆組織として、１．０μｍの厚さに従来のＣＶＤによって基体の表面に施された窒化チタンの基礎層を含んでもよいと考えている。炭窒化チタンの中間層が中温化学蒸着（ＭＴＣＶＤ：ｍｏｄｅｒａｔｅ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）によって２．０μｍの厚さに基礎層に施される。アルミナの外側層が２．０μｍの厚さに従来のＣＶＤによって中間層に施される。
【００１２】
図３は、概して４０で称される切削インサートの参考例の横断面図を示している。切削インサート４０は、すくい面４４と逃げ面４６とを有する基体４２を備える。すくい面４４と逃げ面４６とが交差して基体の切削エッジ４８を形成する。切削インサートの第２実施例の基体成分は、切削インサートの第１実施例の基体成分と同様である。
【００１３】  切削インサート４０は、物理蒸着（ＰＶＤ）によって基体の表面に施される窒化チタンアルミニウムの層５０を含む単層の被覆組織を有する。被覆層５０の厚さは、約３．５μｍである。
【００１４】
他の参考例において、本出願人は、基礎被覆層がチタン、ハフニウム及びジルコニウムの窒化物、炭化物及び炭窒化物のいずれか１つを含み、付加の被覆層がアルミナ及びチタン、ハフニウム及びジルコニウムのホウ化物、炭化物、窒化物及び炭窒化物のいずれか１つ以上を含んでもよいと考えている。これらの被覆層は、ＣＶＤ、物理蒸着（ＰＶＤ）（例えば、窒化チタン、炭窒化チタン、チタンジボライド（ｔｉｔａｎｉｕｍ ｄｉｂｏｒｉｄｅ）及び／又は窒化チタンアルミニウム）、又は中温化学蒸着（ＭＴＣＶＤ）（例えば、炭窒化チタン）のうちの１つ又はそれらの組合せで施してもよい。Ｌｅｙｅｎｄｅｃｋｅｒらの米国特許第５，２７２，０１４号及びＢｅｈｌらの米国特許第４，４４８，８０２号にはＰＶＤ技術が開示されている。Ｂｉｔｚｅｒらの米国特許第４，０２８，１４２号及びＢｉｔｚｅｒらの米国特許第４，１９６，２３３号のそれぞれには、通常、５００〜９００℃の間で行われるＭＴＣＶＤ技術が開示されている。
【００１５】
発明者らは、全てのクロムは、実質的にバインダー内にあり、好ましくは、ＣＶＤ被覆作業中、基体からのクロムが基礎被覆層に拡散すると確信している。基礎被覆層は、チタンの炭窒化物である。ＣＶＤ被覆作業中においてコバルトも基礎被覆層に拡散するが、このとき、基礎被覆層中のクロム対コバルトの原子百分率における割合（Ｃｒ／Ｃｏ比）が、基体内のＣｒ／Ｃｏ比より大きい。発明者らは、ＣＶＤ被覆の際（＞９００℃）において、基体から基礎被覆層へのクロムの拡散は、金属切削時の被覆付着性を強化し、また、改善された耐摩耗性及び付着性を有する基礎層材料（炭窒化チタンクロム）でクロム固溶体を形成すると確信した。
【００１６】  本出願人は、本願と同日付で出願されて共に継続中の『クロム含有セメンテッドカーバイド体（CHROMIUM-CONTAINING CEMENTED CARBIDE BODY）』という米国特許出願（ケンナメタル社、事件番号：Ｋ−１７０６、米国出願番号：０９／６３８，０４８）の譲受人でもある。この共に継続中の出願は、濃縮バインダー合金（ｂｉｎｄｅｒ  ａｌｌｏｙ  ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ）の表面領域を有するクロム含有のセメンテッドカーバイド体（例えば、タングステンカーバイド系セメンテッドカーバイド体）に関するものである。
【００１７】  本出願人は、また、本願と同日付で出願されて共に継続中の『クロム含有セメンテッドタングステンカーバイド体（CHROMIUM-CONTAINING CEMENTED TUNGSTEN CARBIDE BODY）』という米国特許出願（ケンナメタル社、事件番号：Ｋ−１６９５、米国出願番号：０９／６３７，２８０）の譲受人でもある。この共に継続中の出願は、クロム含有のセメンテッドカーバイド体（例えば、タングステンカーバイド系セメンテッドカーバイド体）に関するもので、約１０．４重量％乃至約１２．７重量％のコバルト、約０．２重量％乃至約１．２重量％のクロム、タングステン及び炭素を含む基体を有する。基体上には被覆が施される。
【００１８】  ５つのミリングテスト（即ち、ミリングテスト１〜５）が他の切削インサートに比較して本発明の切削インサートの性能を測定するために行われた。基体成分と被覆成分との１５の相違した組合わせが含まれる切削インサートの母体が、ミリングテスト１〜５によるねずみ鋳鉄のミリングにおいてテストされた。下記の表１は、本発明の基体１及び２、並びに比較の基体Ａ〜Ｃの成分を示している。
【表１】
0005342093.tif 000002
被覆組織は、第１の被覆組織、第２の被覆組織及びＴｉＡｌＮ被覆組織を含む。
【００１９】  第１の被覆組織は、従来のＣＶＤによって基体の表面に施される炭窒化チタンの基礎層と、従来のＣＶＤによって基礎層に施される炭化チタンの中間層とを含み、基礎層と中間層との組合わされた厚さは、２．３μｍとなる。Ｃ９９４Ｍ被覆組織は、従来のＣＶＤで２．３μｍの厚さに中間層に施されるアルミナの外側層をさらに含む。
【００２０】  第２の被覆組織は、従来のＣＶＤによって基体の表面に１．０μｍの厚さに施される窒化チタンの基礎層、中温化学蒸着（ＭＴＣＶＤ）によって基礎層に２．０μｍの厚さに施される炭窒化チタンの中間層、及び従来のＣＶＤによって中間層に２．０μｍの厚さに施されるアルミナの外側層を含む。
【００２１】  ＴｉＡｌＮ被覆組織は、ＰＶＤで約３．５μｍの厚さに基体の表面に施される窒化チタンアルミニウムの単層を含む。
【００２２】  フライカットミリング（flycut milling）のテスト１は、ねずみ鋳鉄に対して以下のパラメータで行われた：約９００サーフェイス・フィート・パー・ミニット（ｓ  ｆｍ： surface feet minute）の速度；０．０１０インチ・パー・トゥース（ｉｐｔ： inches per tooth）の送り；０．１インチの軸方向切込み深さ（ａ．ｄｏｃ）及び３インチの半径方向切込み深さ（ｒ．ｄｏｃ）で、工具寿命の基準は、０．０１５インチの均一逃げ面摩耗（ＵＦＷ）及び０．０３０インチの最大逃げ面摩耗（ＦＷ）であった。ミリングは、冷却液を用いることなく乾式で行われた。これらの切削インサートは、３０°のリード角を有するＳＰＧ４３３型のものであった。
【００２３】
表２は、分単位の工具寿命、工具寿命の百分率としての標準偏差、比較基体Ａに対して測定された相対的な工具寿命の形態でフライカットミリングのテスト１の試験結果を示している。表２における例１における第１の被覆組織の欄が第１実施例に対応し、他の欄は参考例又は比較例に対応する。なお、以下の表３〜６も同様である。
【表２】
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フライカットミリングのテスト２は、ねずみ鋳鉄に対して以下のパラメータで行われた：約９００サーフェイス・フィート・パー・ミニット（ｓｆｍ）の速度；０．０１０インチ・パー・トゥース（ｉｐｔ）の送り；０．１インチの軸方向切込み深さ（ａ．ｄｏｃ）及び３インチの半径方向切込み深さ（ｒ．ｄｏｃ）で、工具寿命の基準は、０．０１５インチの均一逃げ面摩耗（ＵＦＷ）及び０．０３０インチの最大逃げ面摩耗（ＦＷ）であった。ミリングは、フラッドクーラント（ｆｌｏｏｄ ｃｏｏｌａｎｔ）を用いて行われた。これらの切削インサートは、３０°のリード角を有するＳＰＧ４３３型のものであった。
【００２４】
表３は、分単位の工具寿命、工具寿命の百分率としての標準偏差、比較基体Ａに対して測定された相対的な工具寿命の形態でフライカットミリングのテスト２の試験結果を示している。
【表３】
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フライカットミリングのテスト３は、ねずみ鋳鉄に対して以下のパラメータで行われた：約１２００サーフェイス・フィート・パー・ミニット（ｓｆｍ）の速度；０．０１０インチ・パー・トゥース（ｉｐｔ）の送り；０．１インチの軸方向切込み深さ（ａ．ｄｏｃ）及び３インチの半径方向切込み深さ（ｒ．ｄｏｃ）で、工具寿命の基準は、０．０１５インチの均一逃げ面摩耗（ＵＦＷ）及び０．０３０インチの最大逃げ面摩耗（ＦＷ）であった。ミリングは、冷却液を用いることなく乾式で行われた。これらの切削インサートは、３０°のリード角を有するＳＰＧ４３３型のものであった。
【００２５】
表４は、分単位の工具寿命、工具寿命の百分率としての標準偏差、比較基体Ａに対して測定された相対的な工具寿命の形態でフライカットミリングのテスト３の試験結果を示している。
【表４】
0005342093.tif 000005
フライカットミリングのテスト４は、ねずみ鋳鉄に対して以下のパラメータで行われた：約９００サーフェイス・フィート・パー・ミニット（ｓｆｍ）の速度；０．０１０インチ・パー・トゥース（ｉｐｔ）の送り；０．１インチの軸方向切込み深さ（ａ．ｄｏｃ）及び３．５インチの半径方向切込み深さ（ｒ．ｄｏｃ）で、工具寿命の基準は、０．０１５インチの均一逃げ面摩耗（ＵＦＷ）及び０．０３０インチの最大逃げ面摩耗（ＦＷ）であった。ミリングは、冷却液を用いることなく乾式で行われた。これらの切削インサートは、３０°のリード角を有するＳＰＧ４３３型のものであった。
【００２６】
表５は、分単位の工具寿命、工具寿命の百分率としての標準偏差、比較基体Ａに対して測定された相対的な工具寿命の形態でフライカットミリングのテスト４の試験結果を示している。
【表５】
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フライカットミリングのテスト５は、ねずみ鋳鉄に対して以下のパラメータで行われた：約９００サーフェイス・フィート・パー・ミニット（ｓｆｍ）の速度；０．０１０インチ・パー・トゥース（ｉｐｔ）の送り；０．１インチの軸方向切込み深さ（ａ．ｄｏｃ）及び３．５インチの半径方向切込み深さ（ｒ．ｄｏｃ）で、工具寿命の基準は、０．０１５インチの均一逃げ面摩耗（ＵＦＷ）及び０．０３０インチの最大逃げ面摩耗（ＦＷ）であった。ミリングは、フラッドクーラントを用いて行われた。これらの切削インサートは、３０°のリード角を有するＳＰＧ４３３型のものであった。
【００２７】
表６は、分単位の工具寿命、工具寿命の百分率としての標準偏差、比較基体Ａに対して測定された相対的な工具寿命の形態でフライカットミリングのテスト５の試験結果を示している。
【表６】
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上記で確認される特許及び他の文献は、参照により本発明に含まれる。
【００２８】  当業者であれば、上記で述べた本発明の詳記及び例を考察することで、本発明の他の実施例が明らかになるであろう。上記の詳記及び例は、単に説明のためのものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本発明の真の範囲及び精神は、添付の特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は、切削インサートの一実施例の等角図である。
【図２】  図２は、図１の切削インサートの２−２線による横断面図であって、基礎被覆層、中間被覆層及び外側被覆層を示している。
【図３】  図３は、単一被覆層の切削インサートの第２実施例を示す横断面図である。
【図１】
0005342093.tif 000008
【図２】
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【図３】
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