(57)【要約】【課題】本発明の目的は、荒加工から仕上げまでの操作のためのＰＶＤ被覆された超硬合金切削工具インサートを提供することに関係する。【解決手段】超硬合金切削工具インサートは基材および耐摩耗性被覆を含む。この基材はＷＣに加えて、５．５〜８．５質量％のＣｏおよびＣｒを、Ｃｒ／Ｃｏ質量比が０．０８〜０．１２になるように含み、また少量のＴｉおよびＴａも含む。耐摩耗性被覆は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含み、ｘ＝０．６〜０．６７である。この層の厚さは、１．２〜３．６μｍである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
荒加工から仕上げまでの金属切削操作用の超硬合金切削工具インサートであって、該インサートは種々の形状の基材および耐摩耗性被覆を含み、
・該基材は、ＷＣに加えて、５．５〜８．５、好ましくは６〜８質量％のＣｏおよびＣｒを、Ｃｒ／Ｃｏ質量比が０．０８〜０．１２、好ましくは０．０９〜０．１１になるように含み、且つまたＴｉおよびＴａを、Ｍｅ／Ｃｏ＝（Ｔｉ原子％＋Ｔａ原子％）／Ｃｏ原子％の比率が、０．０１４−（ＣＷ＿Ｃｒ）×０．００８以下であり且つ０．０００５より高く、好ましくは０．０００７より高く、およびＣＷ＿Ｃｒが０．７５〜０．９３、好ましくは０．８〜０．８８となるような量で、含み、
ここで、ＣＷ＿Ｃｒ＝（Ｃｏ磁性％＋１．１３×Ｃｒ質量％）／Ｃｏ質量％であり、
ここで、Ｃｏ磁性％とは磁性Ｃｏの質量パーセントであり、Ｃｏ質量％とは超硬合金中のＣｏの質量パーセントであり、およびその保磁力は＞２０ｋＡ／ｍ、好ましくは２３〜３１ｋＡ／ｍであり、最も好ましくは２６〜２９であり、および
・耐摩耗性被覆は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含み、ノーズから１ｍｍにあり且つカッティングエッジから０．２ｍｍ下方にあるフランク（逃げ）側面でＥＤＳによって測定した場合に、ｘ＝０．６〜０．６７、好ましくはｘ＝０．６３〜０．６４であり、厚さが、＞１．２μｍ、好ましくは＞１．５μｍであるが、＜３．６μｍ、好ましくは＜３．３μｍであり、この被覆の厚みは、ノーズから１ｍｍにあり且つノーズ半径から０．２ｍｍ下方にある、フランク（逃げ）側面で測定される、
ことを特徴とする、超硬合金切削工具インサート。
【請求項２】
基材、耐摩耗性被覆および種々の形状を有する、荒加工から仕上げまでの金属切削操作用の超硬合金切削工具インサートを製造する方法であって、
以下の工程、
・タングステン炭化物、コバルト、ＴｉＣ、ＴａＣ、（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ、（Ｔａ、Ｗ）Ｃまたは（Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ）Ｃとして添加されるＴｉおよびＴａ、およびＣｒ３Ｃ２、Ｃｒ２３Ｃ６、およびＣｒ７Ｃ３の少なくとも一つのサブミクロン粉末を湿式ミル処理して、スラリーを得ること、
・該スラリーを乾燥して、粉末を得ること、
・該粉末をプレス処理してインサートにすること、
・該インサートを真空中で焼結すること、および
・焼結温度である間または焼結の最終段階で、場合により均衡ガス圧縮工程を行うこと、
・場合により該インサートを研削して、所望の形状にすること、
によって、上記の組成物を伴う超硬合金基材を提供すること、
・耐摩耗性被覆を、容器内の窒素分圧を維持しおよび活性蒸発源と速度を適当に選択しながらアーク蒸発技術により付着し、
該被覆は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含み、ノーズから１ｍｍにあり且つカッティングエッジから０．２ｍｍ下方にあるフランク（逃げ）側面でＥＤＳによって測定した場合に、ｘ＝０．６〜０．６７、好ましくはｘ＝０．６３〜０．６４であり、厚さが、＞１．２μｍ、好ましくは＞１．５μｍであるが、＜３．６μｍ、好ましくは＜３．３μｍであり、この厚みは、ノーズから１ｍｍにあり且つノーズ半径から０．２ｍｍ下方にある、フランク（逃げ）面で測定されること、
を特徴とする、超硬合金切削工具インサートを製造する方法。
【請求項３】
３０〜６５のＨＲＣ硬度を有する被加工物のミル加工用途において、荒加工から仕上げ操作において、請求項１に記載のインサートを使用する方法。
【請求項４】
ミル加工用途において、切削速度２５０〜１２００ｍ／分、歯送り０．０５〜０．２ｍｍ／歯、および軸方向切り込み深さ０．１５〜１ｍｍで、仕上げ操作において、鋳鉄用途における機械加工のために、請求項１に記載のインサートを使用する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被覆された超硬合金切削工具インサートに関係する。より具体的には本発明は金属切削操作における荒加工から仕上げまでのＰＶＤ被覆された超硬合金切削工具インサートに関係する。
【背景技術】
【０００２】
高性能切削工具は、高い耐摩耗性、高い強靱特性、および塑性変形に対する良好な耐性を有さなければならない。これは、切削操作が速い切削速度および／または速い送り速度で行われるとき、大量の熱が発生するときに、特に有効である。
【０００３】
金属機械加工用途のための超硬合金グレードは、一般的にＷＣ、γ−相（これは一般にＴｉＣ、ＮｂＣ、ＴａＣおよびＷＣの固溶体である）、およびバインダー相（一般的にＣｏおよび／またはＮｉ）を含む。微粒子サイズが＜１μｍであるＷＣ−Ｃｏ超硬合金は、Ｖ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａおよびそれらの組み合わせのような粒子成長抑制剤を初期粉末配合物に組みこむことを通じて製造される。標準的な抑制剤の添加は、バインダー相の０．５〜５質量％である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、改善された耐摩耗性を有するが、強靱性およびエッジ安全性を犠牲にせず、特に金属材料の荒加工から仕上げ操作に有用な、被覆された超硬合金を伴う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】
【０００５】
この目的は、ＰＶＤ被覆を備えた微粒子サイズを有するＷＣ＋Ｃｏ基材からなる超硬合金インサートを提供することによって解決される。
【０００６】
本発明により、金属の荒加工から仕上げ機械加工用の被覆された超硬合金成形インサートが提供され、これは超硬合金基材、耐摩耗性被覆、および種々のインサート形状を有する。基材は、ＷＣに加えて、５．５〜８．５、好ましくは６〜８質量％のＣｏおよびＣｒを、Ｃｒ／Ｃｏ質量比が０．０８〜０．１２、好ましくは０．０９〜０．１１になるように含む。基材はまたＴｉおよびＴａを、
Ｍｅ／Ｃｏ＝（Ｔｉ原子％＋Ｔａ原子％）／Ｃｏ原子％
が、０．０１４−（ＣＷ＿Ｃｒ）×０．００８以下であり且つ０．０００５より高く、好ましくは０．０００７より高く、およびＣＷ＿Ｃｒ比が０．７５〜０．９５、好ましくは０．７８〜０．９３となるような量で、含み、ここで、
ＣＷ＿Ｃｒ＝（Ｃｏ磁性％＋１．１３×Ｃｒ質量％）／Ｃｏ質量％
であり、ここで、Ｃｏ磁性％とは磁性Ｃｏの質量パーセントであり、Ｃｏ質量％とは超硬合金中のＣｏの質量パーセントである。ＣＷ＿Ｃｒは、Ｃｏバインダー相におけるＷ含有率の関数である。ＣＷ＿Ｃｒが約１であることは、バインダー相においてＷ含有率が非常に低いことに相当し、そしてＣＷ＿Ｃｒが０．７５〜０．９３、好ましくは０．８〜０．８８であることは、バインダー相においてＷ含有率が高いことに相当する。
【０００７】
その保磁力は＞２０ｋＡ／ｍ、好ましくは２３〜３１ｋＡ／ｍ、最も好ましくは２６〜２９である。この焼結体はまた、エータ相、ＭＸすなわちＭ７Ｘ３、Ｍ３Ｘ２のような追加的な単数または複数の相の析出を少量含んでもよく、ここでＭ＝（Ｔｉ＋Ｔａ＋Ｃｏ＋Ｃｒ＋Ｗ）であり、Ｘ＝ＣまたはＮであり、有害な影響を有することなく最大５．０体積％の体積分率までであってもよい。
【０００８】
耐摩耗性被覆は、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含み、ノーズから１ｍｍにあり且つカッティングエッジから０．２ｍｍ下方にあるフランク（逃げ）側面でＥＤＳによって測定した場合に、ｘ＝０．６〜０．６７、好ましくはｘ＝０．６３〜０．６４である。この層の厚さは、＞１．２μｍ、好ましくは＞１．５μｍであるが、＜３．６μｍ、好ましくは＜３．３μｍである。この厚みは、ノーズから１ｍｍにあり且つノーズ半径から０．２ｍｍ下方にある、インサートのフランク（逃げ）側面のポリッシングされた断面で測定される。
【０００９】
本発明は、ミル加工用途における荒加工から仕上げ操作用の超硬合金切削工具インサートを製造する方法にも関係し、この方法は以下の工程、
・タングステン炭化物、コバルト、ＴｉＣ、ＴａＣ、（Ｔｉ、Ｗ）Ｃ、（Ｔａ、Ｗ）Ｃまたは（Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ）Ｃとして添加されるＴｉおよびＴａ、およびＣｒ３Ｃ２、Ｃｒ２３Ｃ６、およびＣｒ７Ｃ３の少なくとも一つのサブミクロン粉末を湿式ミル処理して、スラリーを得ること、
・該スラリーを乾燥して、粉末を得ること、
・該粉末をプレス処理してインサートにすること、
・該インサートを真空中で焼結すること、
・焼結温度である間または焼結の最終段階で、場合により均衡ガス圧縮工程を行うこと、
・場合により該インサートを研削して、所望の形状にすること、
・容器内の窒素分圧を維持しおよび活性蒸発源と速度を適当に選択しながらアーク蒸発技術により付着（depositing）を行うこと、
・ｘ＝０．６〜０．６７、好ましくはｘ＝０．６３〜０．６４である、均質なＡｌｘＴｉ１−ｘＮ層を含む、耐摩耗性被覆をすること、
によって、上記の組成物を伴う超硬合金基材を提供すること、を含む。この層の厚さは、＞１．２μｍ、好ましくは＞１．５μｍであるが、＜３．６μｍ、好ましくは＜３．３μｍであり、この組成物と厚みは、ノーズから１ｍｍにあり且つノーズ半径から０．２ｍｍ下方にある、フランク（逃げ）面で測定される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
第一の実施態様では、本発明は、例えばダイスおよびモールドのような、３６〜６５のＨＲＣ硬度を有する被加工物での荒加工から仕上げ操作において、硬めの鋼（harder steel）および硬化鋼(hardened steel)でのミル加工用途のために、上記のインサートを使用することに関係する。
−ミル加工用途において、切削速度４０〜２００ｍ／分、送り速度０．０５〜０．３ｍｍ／回転、および切り込み深さ０．０２〜３ｍｍ。
【００１１】
第二の実施態様では、本発明は、仕上げ操作において鋳鉄用途における機械加工のために、
インコネル７１８、インコネル６２５、ワスパロイ、ユーディメット７２０のような、耐熱超合金（ＨＲＳＡ）を、上記のインサートを使用することに関係する。
−ミル加工用途において、切削速度２５０〜１２００ｍ／分、歯送り０．０５〜０．２ｍｍ／歯、および軸方向切り込み深さ０．１５〜１ｍｍ。
【実施例】
【００１２】
例１
タングステン炭化物粉末、７質量％の非常に微粒のコバルト粉末および０．７質量％のＣｒ（Ｈ．Ｃ.Ｓｔａｒｃｋ微粒Ｃｒ３Ｃ２粉末として添加される）、０．０１４質量％のＴｉおよび０．０１０質量％のＴａ（ＴｉＣおよびＴａＣとして添加される）を、従来型のプレス剤とともに、湿式ミル処理した。ミル処理しスプレー乾燥した後で、この粉末をプレス処理し、インサート用の素材（blank）に成形し、そして１４１０℃で焼結させた。この焼結材料は２７ｋＡ／ｍの保磁力を有しており、これは約０．８〜０．９μｍのＷＣ粒子サイズに相当した。基材のデータを以下の表にまとめた。
【００１３】
【表１】
2009061579.tif 000002
【００１４】
このインサートを湿式洗浄した。均質な（Ｔｉ、Ａｌ）Ｎ層を、Ｎ２ガス雰囲気でＴｉ０．３３Ａｌ０．６７合金からなるターゲット材料を用いる陰極アーク蒸発によって付着した。この層の厚さは、２．５μｍであり、およびそれはＡｌ０．６３Ｔｉ０．３７Ｎの組成物（SEM Hitachi S-4300, Oxford Instrument Link INCAを用いるＥＤＳ分析による測定）を伴う均質な層からなっていた。
【００１５】
例２
例１のインサートを試験し、適用することを意図する領域について、市場で市販される参考品（グレード、被覆、形状）のインサートと比較した。この試験は、被加工品の硬度に関して上位の範囲のものについて示す。
【００１６】
操作：                            プロファイリング、Coromill 216
被加工品：                        モールド
材料：                            冷間加工鋼、６２ＨＲｃ
切削速度：                        ７２ｍ／分
送り速度／歯：                    ０．２３５ｍｍ／歯
軸方向切り込み深さ：              ３．０ｍｍ
半径方向切り込み深さ：            １．５ｍｍ
インサート−形式：                R216-3006M-M
カッター半径：                    ３０ｍｍ
注記：このカッターには二つのインサートがあり、乾式機械加工した。
工具寿命判定基準  エッジラインの強靱性およびチッピング
良好なエッジライン安全性および良好な耐摩耗性の組み合わせが、工具寿命を大幅に延ばした。
結果：                            工具寿命、切削の分数
先行技術Ｂ：                      ２５
本発明Ａ                          ４５
【００１７】
例３
例１のインサートを試験し、適用することを意図する領域について、市場で市販される参考品（グレード、被覆、形状）のインサートと比較した。この試験は、被加工品の硬度に関して上側の範囲を意味する。
【００１８】
操作：                            正面ミル加工、Coromill 245
被加工品：                        シリンダー
材料：                            高合金鋼、１６ＭｎＣｒＳ５、６２ＨＲｃ
切削速度：                        ４０ｍ／分
送り速度／歯：                    ０．１０ｍｍ／歯
軸方向切り込み深さ：              ２．０ｍｍ
半径方向切り込み深さ：            ５０ｍｍ
インサート−形式：                R245-12T3E-PL
カッター半径：                    ６３ｍｍ
注記：このカッターには五つのインサートがあり、乾式機械加工した。
工具寿命判定基準はフランク（逃げ面）摩耗およびエッジラインの強靱性とした。
良好なコームクラック耐性の組み合わせが、良好なエッジライン安全性に通じ、および工具寿命を大幅に延ばした。
結果：                            工具寿命、切削の分数
先行技術Ｂ：                      ５０分
本発明Ａ                          １２０分
【００１９】
例４
例１のインサートを試験し、適用することを意図する領域について、市場で市販される参考品のインサートと比較した。この試験は、ＩＳＯ−Ｋ領域における仕上げ加工について示す。
【００２０】
操作：                            正面ミル加工、Coromill 390
被加工品：                        シリンダー
材料：                            ＳＳ０１２５、ねずみ鋳鉄
切削速度：                        １０９３ｍ／分
送り速度／歯：                    ０．０７ｍｍ／歯
軸方向切り込み深さ：              ０．２ｍｍ
半径方向切り込み深さ：            ３０ｍｍ
インサート−形式：                R390-11T308M-PL
カッター半径：                    ４０ｍｍ
注記：このカッターには六つのインサートがあり、乾式機械加工した。
工具寿命判定基準は、表面仕上げの悪化に通じるフランク（逃げ面）摩耗とした。
良好な耐摩耗性が、工具寿命を大幅に延ばした。
結果：                            工具寿命、切削の分数
先行技術Ｂ：                      １６５分
本発明Ａ                          ５００分
【００２１】
例５
例１のインサートを試験し、ＧＣ１０３０参考品と比較した。この試験は、中程度の領域の硬度のものについて示す。
【００２２】
操作：                            正面ミル加工、Coromill 300
被加工品：                        鍛造型
材料：                            Ｗ.ｎｒ：１．２３４３、５３Ｈｒｃ
切削速度：                        ９０ｍ／分
送り速度／歯：                    ０．４０ｍｍ／歯
軸方向切り込み深さ：              ０．４０ｍｍ
半径方向切り込み深さ：            ２５ｍｍ
インサート−形式：                R300-1240M-PH
カッター半径：                    ４０ｍｍ
注記：このカッターには四つのインサートがあり、乾式機械加工した。
工具寿命判定基準は、塑性変形抵抗およびフランク（逃げ面）摩耗とした。
良好な塑性変形抵抗と良好な耐摩耗性が、工具寿命を大幅に延ばした。適用領域は対象とした参考品Ｂ向けではなかった。
結果：                            工具寿命、切削の分数
先行技術Ｂ：                      ４分
本発明Ａ                          ４２分
【００２３】
例６
例１のインサートを試験し、適用することを意図する領域について、市場で市販される参考品（グレード、被覆、形状）のインサートと比較した。この試験は、被加工品の硬度に関して上位の範囲のものについて示す。
【００２４】
操作：                            高級仕上げプロファイリング、Coromill 216F
被加工品：                        試験被加工品
材料：                            Ｗ.ｎｒ：１．２３７９、６３ＨＲｃ
切削速度：                        １１０ｍ／分
送り速度／歯：                    ０．２３５ｍｍ／歯
軸方向切り込み深さ：              ０．２０ｍｍ
半径方向切り込み深さ：            ０．２０ｍｍ
インサート−形式：                R216F-1640E-L
カッター半径：                    １６ｍｍ
注記：このカッターには一つのインサートがあり、乾式機械加工した。
工具寿命判定基準は、フランク（逃げ面）摩耗とした。
良好な耐摩耗性が、工具寿命を大幅に延ばした。
結果：                            工具寿命、切削の分数
先行技術Ｂ：                      ６７５分
本発明Ａ                          ８４０分
【外国語明細書】
2009061579000001.pdf