WO2002004156A1 - Coated cutting tool - Google Patents

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Kazuo Yamagata
Akihiko Ikegaya
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates
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    • Y10T428/263—Coating layer not in excess of 5 mils thick or equivalent
    • Y10T428/264—Up to 3 mils
    • Y10T428/265—1 mil or less

Definitions

  • the present invention relates to a coated cutting tool having a hard coating layer excellent in wear resistance.
  • chipping resistance and wear resistance are improved by depositing a coating layer of titanium carbide, titanium nitride, titanium carbonitride or aluminum oxide on the surface of WC-based cemented carbide or cermet base material. To improve the tool life.
  • Japanese Patent No. 2105396 and No. 2825693, etc. describe that the surface of the coating layer at the ridgeline of the tool cutting edge is mechanically polished to improve the surface roughness.
  • a technique for suppressing the welding and adhesion of steel and improving wear resistance and toughness is disclosed.
  • the main object of the present invention is to improve the tool life by achieving both fracture resistance and wear resistance.
  • Another object of the present invention is to provide a coated cutting tool having improved surface roughness of a workpiece. Disclosure of the invention
  • the present inventors have examined the above problems, and found that the cutting edge ridge line, the rake surface side boundary of the ridge line portion and at least 200 m from the rake surface side to the rake surface side, and the flank surface of the ridge line portion It has been found that the above problem can be solved by smoothing the hard coating layer in the range of at least 50 ⁇ from the side boundary to the flank side.
  • the coated cutting tool of the present invention is a coated cutting tool having a hard coating layer on a base material, wherein the base material includes a binder phase containing at least one type of iron group metal, and a periodic table IVa, Va , A hard phase containing at least one substance selected from the group consisting of carbides, nitrides, oxides, and solid solutions of the elements of the Group VI. Then, a range of at least 200 on the rake face side from the rake face side of the cutting edge ridge and the rake face, and at least 50 ⁇ 1 on the flank face from the flank face boundary of the same ridge line.
  • the hard coating layer is characterized in that it is composed of a substantially smooth surface having a surface roughness (Rnrnx) of 0.2 / i rn or less (a reference length of 5 ⁇ m).
  • the cutting layer When cutting materials that are easily welded, such as ductile iron, stainless steel, Inconel, etc., the cutting layer is cut into a coating layer in the range of 200 / i rn from the rake face boundary of the cutting edge to the rake face. Deposition welding. Adhesion occurs, and the coating layer peels off when the deposited material is released, leading to damage to the base material. In addition, even in the range of at least 50 / im from the flank boundary of the same ridge line to the flank, chip welding occurs from the micro-tibbing of the coating layer, causing abnormal wear, Surface irregularities and weld deposits are transferred to the work and deteriorate the finished surface roughness of the work.
  • Deposition welding Adhesion occurs, and the coating layer peels off when the deposited material is released, leading to damage to the base material.
  • chip welding occurs from the micro-tibbing of the coating layer, causing abnormal wear, Surface irregularities and weld deposits are transferred to the work and deteriorate the finished surface roughness of the
  • the hard coating layer is selected from the group consisting of carbides, nitrides, carbonitrides, borides, oxides and solid solutions of at least one metal element selected from the periodic table IVa, Va, Via group, A1 and Si. It is desirable to consist of one or more selected substances.
  • the hard coating layer having a substantially smooth surface roughness does not require that the entire specified range does not necessarily have the specified surface roughness, but that the predetermined surface is provided in an area ratio range of about 50% or more. This indicates that the surface should be rough.
  • the range of the smooth surface shall be the range where crater friction and adhesion due to scraping of chips occur on the rake face side from the ridge of the cutting edge. At least 200 im range is required on the rake face side of the ridge on the rake side Force S, the work material ⁇ Depending on the cutting conditions, the rake face side on the rake face side It is more desirable to smooth the range up to 500 ⁇ .
  • chips are welded from the micro-tubing of the coating layer, causing abnormal wear, and irregularities on the surface of the coating layer and the deposited material are transferred to the workpiece.
  • a range of at least 50 ⁇ ra from the flank boundary of the ridge of the cutting edge to the flank is essential. It is even more desirable to extend this range from the boundary on the flank side of the ridge of the cutting edge to 200 ⁇ on the flank side.
  • the surface roughness may be measured by observing the cross section of the hard coating layer with a scanning electron microscope photograph, for example.
  • the reference length is set to 5 / im because the hard phase particles of cemented carbides and sammets are generally in the range of 3 to 3; i iii. This is because the undulation with a height of 23 ⁇ TM occurs at a width of 5 to 7 ⁇ , and the effect of this undulation is eliminated to specify the surface roughness.
  • the hard coating layer may be a single layer or a laminated structure.
  • Ti CwBxNyOz
  • w + x + y + Z l, w, x, y, z, ⁇ 0
  • both abrasion resistance and chipping resistance can be achieved, and the outer layer is used for cutting such as intermittent cutting and part processing. Damage from aluminum oxide can be prevented.
  • high wear resistance can be obtained while preventing breakage of the film in the inner layer, and tool performance can be dramatically improved.
  • the wear resistance will be insufficient, and if it exceeds 20, the strength of the coating layer will deteriorate.
  • the innermost layer in contact with the base material is titanium nitride having a granular structure and a thickness of 0.2 to 3 / zm
  • the tool performance is further improved by improving the adhesion strength between the inner layer and the base material. be able to.
  • the thickness is less than 0, the effect of improving the adhesion of the film is small, and when it exceeds 3 m , the wear resistance is reduced.
  • the effect is further improved when the smooth surface is substantially made of aluminum oxide.
  • aluminum oxide is chemically more stable than Ti (CwBxNyOz), has low welding-adhesion properties to the work, and has strong resistance to oxidation wear and diffusion wear!
  • Type aluminum oxide has a high-temperature stable type crystal structure, has high strength and heat resistance, and is effective as the outermost layer coating directly in contact with the workpiece.
  • the thickness of the aluminum oxide is preferably 0.5 to 15 ⁇ . If the thickness is less than 0.5 m, the effect of aluminum oxide is not obtained, and if it exceeds 15 m, the strength of the coating layer decreases.
  • aluminum oxide generally has a black or brown color, there is a problem that if it is disposed entirely on the outermost layer of the coating layer, it is difficult to identify a used corner at a cutting site.
  • aluminum aluminum oxide was exposed. It is preferable to limit the range of emission and locally form aluminum oxide as the outermost layer. That is, it is effective to coat gold TiN and ZrN or pink and orange TiCN and ZrCN as an identification layer on the aluminum oxide.
  • the range of the outermost layer of the aluminum oxide layer is desirably 2000 m or less from the rake face boundary to the rake face side of the ridge, and 400 ⁇ or less from the flank face boundary to the flank face. Beyond this, it will be difficult to identify used corners. It is preferable to provide an identification layer at a place other than this range.
  • polishing with a buff, a brush, a barrel, an elastic grindstone, or the like is preferable.
  • surface modification by microblasting or ion beam irradiation can be applied.
  • PVD physical vapor deposition
  • CVD chemical vapor deposition
  • film forming conditions such as temperature and pressure in each vapor deposition method can be used.
  • FIG. 1 is a partial cross-sectional view of the tool of the present invention subjected to round honing.
  • FIG. 2 is a partial sectional view of the tool of the present invention subjected to chamfer honing.
  • FIGS. Each is a cross-sectional view near the edge line of the tool.
  • a hard coating layer 2 is formed on a substrate 1 made of cemented carbide or cermet.
  • the surface connected in the horizontal direction across the edge 3 of the cutting edge is the smooth surface 4 on the rake side, and the surface connected in the vertical direction is the smooth surface 5 on the flank side.
  • the surface roughness of the hard coating layer 2 is controlled in the range of the edge amount line portion 3, the rake face side smooth surface 4 and the flank side smooth surface 5.
  • the boundary between the edge line 3 and the smooth surface 4 on the rake side is the boundary 6 on the rake side of the edge line, and the boundary between the edge line and the smooth surface 5 on the flank side is the edge. This is the flank-side boundary 7 of the ridgeline.
  • the cutting edge ridge portion 3 includes an edge dent portion provided for preventing chipping or the like of the cutting edge. Edge honing includes Maruho Jung (Fig. 1) and Chamfer Ho Jung (Fig. 2).
  • FIGs 1 and 2 there are two layers and three layers of the hard reduced layer.
  • the two layers are, for example, the outer layer is aluminum oxide, and the three layers are, for example, the outer layer is the identification layer. It consists of TiN.
  • the portion of the second layer is formed by partially removing the third layer by polishing or the like.
  • a cutting insert having the shape of model number SNMG120408 was produced from a carbide alloy having a composition of 87% WC-2% Ti CN-3% TaNbC-8% Co (all weights /).
  • the entire cutting edge portion was subjected to a Houning treatment having a width of 0.05 as viewed from the rake face side, thereby obtaining a base material.
  • the flank of this substrate is a sintered surface.
  • TiN (1.0 / m) is the outermost layer.However, since the cutting edge and the rake face and flank from the edge are polished, depending on the sample chip, The layer is exposed as the outermost layer. Further, TiCN in the product of the present invention is all columnar, and TiN is all granular. The same applies to other experimental examples described later.
  • the cutting edge is at least 200 m from the rake face boundary to the rake face, and at least 50 m from the flank border to the flank. It can be seen that when the hard coating layer in the range of m is set to Rmax ⁇ 0.2 / itn with respect to the reference length, the wear resistance and the finished surface roughness of the workpiece are significantly improved. In particular, it can be seen that the wider the smooth surface of the hard coating layer, the greater the effect. Also, it can be seen that the outermost layer of the hard coating layer is more preferably aluminum oxide.
  • a cutting insert having the shape of model number CNMG120408 was produced from a carbide alloy having a composition of 88% WC-3% ZrCN-4% TaNbC-5% Co (all by weight). Next, a honing treatment with a width of 0.05 mm as viewed from the rake face side was performed as a cutting edge treatment on the entire cutting edge portion to obtain a base material. The flank of this substrate is a sintered skin.
  • Rake face side boundary of cutting edge ridgeline R F : Flank side boundary of cutting edge ridgeline
  • the finished surface of the case (No. 2-8) and A 1 2 0 3 layer exceeds 15 ⁇ m (No. 2-10) and small Chibbingu occurs, the work product TiCN layer exceeds 20 ra The roughness is also slightly reduced. Meanwhile, A 1 2 0 it can be seen that the abrasion resistance is somewhat reduced in the three-layer thickness of 0.5 less than 5 / m (No. 2-9).
  • a cutting tip having a model number SDK 1203 was manufactured from a carbide alloy having a composition of 81% WC-5% TiCN-4% TabC-10% Co (all in weight%).
  • the entire cutting edge portion was subjected to a chamfer houng treatment having a width of 0.10 mm as viewed from the rake face side as a cutting edge treatment to obtain a base material.
  • This substrate has a part of its surface as a sintered surface and a part as a polished surface.
  • the substrate normal CVD method on the surface (chemical vapor deposition) and PVD method (physical vapor deposition: wherein the arc ion plating method) TiN by, TiC, TiCN, TiAlN, for cutting that various coated Al 2 0 3, etc.
  • Table 3 shows that the tool of the present invention has excellent wear resistance and finished surface quality even in steel milling.
  • a cutting tip with the shape of model number CNMG120408 was fabricated from a cermet alloy with a composition of 12% WC-65% TiCN-6% TaNbC-3% M02C-7% Co-7% Ni (all weight%).
  • the entire cutting edge portion was subjected to a honing treatment with a width of 0.06 as viewed from the rake face side to obtain a base material.
  • the flank of this substrate is a sintered skin.
  • a sample chip was manufactured.
  • the surface roughness (Rmax) for a standard length of 5 m was measured using a scanning electron microscope. It was measured by a micrograph. The results are shown in Table 4.
  • Cutting oil Dry cutting
  • the boundary of the rake face on the ridge line of the R-shape is on the flank side of the ridge of the cutting edge.
  • Table 4 shows that the tool of the present invention using cermet as a base material also has excellent wear resistance and finished surface quality in steel finishing.
  • the coated cutting tool of the present invention welding to a workpiece is less likely to occur during cutting, and the tool life can be improved by achieving both fracture resistance and wear resistance. In particular, it is effective in dry cutting. In addition, the quality of the finished surface of the work is excellent, and it is suitable for high precision machining.

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Description

明細書
被覆切削工具 技術分野
本発明は耐摩耗性に優れた硬質被覆層を形成した被覆切削工具に関するもので ある。 背景技術
超硬合金切削工具において、 WC基超硬合金やサーメット基材の表面に炭化チタ ン、 窒化チタン、 炭窒化チタンあるいは酸化アルミニウム等の被覆層を蒸着させ ることにより耐欠損性と耐摩耗性を向上させ、 工具寿命を向上させることが行わ れている。
これらの被覆切削工具を用いて加工を行った場合、 特に溶着しやすい被削材の 加工において、 溶着や凝着から被覆層の剥離が生じ、 さらに基杖の欠損が進行す ることにより工具寿命の低下が発生していた。 '
これらの課題を解決するために、 特許第 2105396号や第 2825693号等には工具 切れ刃の稜線部における被覆層の表面を機械的に研磨して表面粗さを改善するこ とにより被削物の溶着や凝着を抑え、 耐摩耗性ゃ靭性を改善させる技術が開示さ れている。
し力 し、 これらの技術では、 特にダクタイル铸鉄、 ステンレス、 インコネル等、 溶着 ·凝着を起こ.しゃすい被削材の切削においては、 すくい面側の膜剥離や逃げ 面側の膜のチッビング等からの摩耗が進行することによる工具寿命の低下を抑え るのには十分ではない。
また、 被削物表面の粗さが劣化することから、 加工精度の要求される仕上げ加 ェにおいては所望の仕上げ面粗さが得られない等の問題が発生していた。 最近、 環境問題から切削油を用いない加工 （乾式加工） が增加して来ているが、 この場 合切削油の潤滑効果が失われることにより、 被削物の溶着 ·凝着が加速され、 寿 命低下、 体上げ面粗さの悪化等が問題となってきている。
従って、 本発明の主目的は、 耐欠損性と耐摩耗性を両立させ、 工具寿命を向上 させるとともに被削物仕上げ面粗さを改善した被覆切削工具を提供することにあ る。 発明の開示
。 本発明者等は、 上記の問題点に対し検討を加えた結果、 刃先稜線部、 および同 稜線部のすくい面側境界部からすくい面側に少なくとも 200 mの範囲、および同 稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面側に少なくとも 50 μ ηιの範囲の硬質被覆層を 平滑にすることにより、 上記の問題点を解決できることを見い出した。
即ち、 本発明被覆切削工具は、 基材上に硬質被覆層を具える被覆切削工具であ つて、前記基材は、 1種類以上の鉄族金属を含む結合相と、周期律表 IVa, Va, Via 族元素の炭化物、 窒化物、 酸化物およびそれらの固溶体よりなる群から選択され る 1種類以上の物質を含む硬質相とからなる。 そして、 刃先稜線部、 および同稜 線部のすくい面側境界部からすくい面側に少なくとも 200 の範囲および、同稜 線部の逃げ面側境界部から逃げ面側に少なくとも 50 μ Π1の範瞬の硬質被覆層が実 質的に表面粗さ （Rnrnx) が 0. 2 /i rn以下 （基準長さ 5 μ mとする） の平滑面で構成 されていることを特徴とする。
ダクタイル鎳鉄、 ステンレス、 インコネル等、 溶着 '凝着の起こしやすい被削 材の切削においては、 刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面側に 200 /i rn の範囲では、 被覆層に切り屑の溶着 .凝着が発生し、 溶着物の離脱時に当該被覆 層も剥離し、 基材の損傷に至る。 また、 同稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面側 に少なくとも 50 /i mの範囲においても被覆層.のマイクロチッビングから切り屑の 溶着が発生し異常摩耗が進行したり、 被稷層の表面の凹凸や溶着物が被削物に転 写され被削物の仕上げ面粗さを悪化させる。
従って、 刃先稜線部、 および同稜線部のすくい面側境界部からすくい面側に少 なくとも 200 mの範囲、およぴ同稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面側に少なく とも 50 の範囲の硬質被覆層が実質的に表面粗さ （Rmax) が 0. 2 μ πι以下（基準 長さ 5 /ζ ηιとする） で構成することにより、被削物の溶着 '凝着および被削物への 転写を抑え、 耐欠損性と耐摩耗性を両立させ、 工具寿命を向上させるとともに被 削物仕上げ面粗さを改善することができる。 特に、 乾式切削においてこの効果が 一段と発揮される。 硬質被覆層は周期律表 IVa、 Va、 Via族、 A1及び Siより選択 される 1種以上の金属元素の炭化物、 窒化物、 炭窒化物、 ホウ化物、 酸化物及び それらの固溶体よりなる群から選択される 1種類以上の物質からなることが望ま しい。
硬質被覆層の表面粗さが実質的に平滑面であるとは、 上記規定範囲の全体が所 定の表面粗さになっている必要はなく、約 50%以上の面積比率範囲において所定 の表面粗さになっていれば良いことを示す。
基材の逃げ面が焼結肌である無研磨タィプの工具の場合には本発明工具の効果 がー層発揮される。 近年製造コス トの低滅から、 工具逃げ面側表面を焼結肌とし た無研磨タイプの工具が広く普及しているが、 この場合は工具表面の凹凸が被削 材に転写されたり、 溶着 ·凝着が発生し異常摩耗や被削材面粗さの悪化の原因に なることが多いからである。
平滑面とする範囲は、 刃先稜線部からすくい面側においては切り屑の擦過によ るクレータ摩擦、 凝着が発生する範囲とする。 刃先稜線部のすくい面側境界部か らすくい面側に少なくとも 200 i mの範囲は必須である力 S、被削材ゃ切削条件にも よっては刃先稜線部のすくい面側境界部からすくい面側に 500 μ ιπまでの範囲を 平滑にすることがさらに望ましい。
また、 逃げ面側においては、 被覆層のマイクロチッビングから切り屑の溶着が 発生して異常摩耗が進行したり、 被覆層表面の凹凸や溶着物が被削物に転写され て被.削物の仕上げ面粗さを悪化させるおそれのある範囲とする。 刃先稜線部の逃 げ面側境界部から逃げ面側に少なくとも 50 ^ raの範囲は必須である。 この範囲を 刃先稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面側に 200 μ πιまで広げることがさらに望 ましい。
平滑面の表面粗さ （Rmax) を 0. 2 /z m以下 （基準長さ 5 mとする） としたのは、 これより大きければ所望の効果が得られないためである。 これより表面粗さが小 さければ小さいほど好ましい。
表面粗さの測定方法は、 例えば走査型電子顕微鏡写真による硬質被覆層の断面 から観察することにより行えば良い。 基準長さを 5 /i mとしたのは、 超硬合金や サ一メッ卜の硬質相粒子は一般に 3〜ち; i iiiの範囲にあり、 これが表面に突出して 5〜7 μ πιの幅で 2 3 ^™の高さのうねりが生じているため、 このうねりの影響を 排除して表面粗きを特定するためである。
硬質被覆層は単層でも良いが積層構造としても良い。 積層構造とする場合、 Ti (CwBxNyOz) (ここで w+ x + y + z = l， w, x , y , z≥0) の少なくとも 1層以上 からなる内層と、 酸化アルミニウム層からなる中間層および TiCxNyO^ x一 yあるい ί± ZrCx y01_I_y (0≤x, y x + y≤l) からなる外層を具えることが望ましい。
内層は硬度が高く、 こすり摩耗に強い Ti (CwBxNyOz) (ここで w+ x + y+ Z= l , w , x , y , z , ≥0) の少なくとも 1層以上からなることにより、 高い耐摩耗性を 得ることができる。特に、柱状晶組織を有する 2〜20 mの膜厚の炭窒化チタンを 内層に配匱した場合は、 耐摩耗性と耐チッビング性を両立でき、 断続切削や部品 加工などの切削において、 外層の酸化アルミニウムからの損傷を防ぐことができ る。 その上、 内層における膜の破壊を防止しつつ、 高い耐摩耗性を得ることがで き、 工具性能を飛躍的に向上させることができる。 炭窒化チタンの膜厚が 2 / m 未満であれば耐摩耗性が不足し、 20 を越えれば被覆層の強度が劣化する。 さらには基材と接する最内層が粒状組織を有する 0. 2〜3 /z mの膜厚の窒化チタ ンである場合、 内層と基材の密着強度を改善することにより、 さらに工具性能を 向上させることができる。この膜厚が 0. 未満では膜の密着力改善の効果が少 なく、 3 mを越えれば耐摩耗性が低下してしまう。
上記平滑面は実質的に酸化アルミニウムで構成することで一層効果が向上する。 酸化アルミニウムは Ti (CwBxNyOz)に比べ化学的に安定であり、被削物との溶着 - 凝着性が低く、 酸化摩耗や拡散摩耗に強!/、という特徴があるためである。 また、 酸化アルミニゥム層が a型結晶構造を取る場合に一層、 本発明合金の効果が増大 する。 型酸化アルミニウムは高温安定型の結晶構造であり、 強度、 耐熱性が高 く被削物と直接接する最外層の被膜としては有効である。 酸化アルミニウムの膜 厚は、 0. 5〜15 μ ιηが好ましい。 膜厚が 0. 5 m未満の場合は酸化アルミニウムの 効果がでず、 15 mを越えると被覆層の強度が低下する。
酸ィヒアルミニウムは一般的に黒色または褐色を呈するため、 被覆層の最外層に 全面的に配置すると、 切削加工現場において使用済みのコーナーが識別困難にな るという問題がある。 このような問題を解决するために、 酸ィヒアルミニウムが露 出する範囲を限定し、局部的に酸化アルミニウムを最外層とすることが好ましい。 すなわち、 酸化アルミ ゥムの上に識別層として金色の TiN, ZrNやピンク色、 橙 色を呈する TiCN, ZrCNを被覆することが有効である。 酸化アルミニウム層を最外 層にする範囲としては、 稜線部のすくい面側境界部からすくい面側には 2000 m 以下、逃げ面側境界部から逃げ面側に 400 μ Γπ以下が望ましい。 これを越えると使 用済みコーナーの識別が困難になる。 そして、 この範囲以外の個所に識別層を設 けておくことが好ましい。
硬質被覆層の表面を所定の面粗さに制御する方法としては、 バフ、 ブラシ、 バ レルゃ弾性砥石等による研磨が好ましい。 他にはマイクロブラスト、 イオンビ一 ム照射による表面改質も適用できる。
硬質被覆層の形成方法は、 公知の物理的蒸着法 （PVD) や化学的蒸着法 （CVD) を利用することができる。 各蒸着法における温度、 圧力などの成膜条件も公知の ものが利用できる。 図面の簡単な説明
図 1は、 丸ホーニングを施した本発明工具の部分断面図である。
図 2は、 チャンファーホーニングを施した本発明工具の部分断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施の形態を説明する。
本発明工具を図 1、 2を用いて具体的に説明する。 いずれも工具の刃先稜線部 付近における断面図である。 超硬合金やサーメン卜で構成される基材 1の上に硬 質被覆層 2が形成されている。
刃先稜線部 3を挟んで水平方向につながる面がすくい面側の平滑面 4、 垂直方 向につながる面が逃げ面側の平滑面 5である。 本発明工具では、 刃先量線部 3、 すくい面側の平滑面 4および逃げ面側の平滑面 5の範囲において硬質被覆層 2の 表面粗さを制御する。 刃先量線部 3とすくい面側の平滑面 4との境界部が刃先稜 線部のすくい面側境界部 6であり、 刃先量線部 と逃げ面側の平滑面 5との境界 部が刃先稜線の逃げ面側境界部 7である。 刃先稜線部 3は、 刃先のチッビング等を防止するために施されるエッジホ一二 ング部を含む。 エッジホーニングには、 丸ホーユング （図 1) やチャンファーホ 一ユング （図 2) がある。
図 1 , 2において、 硬質被還層が 2層の個所と 3層の個所があるが、 2層の個 所は、 例えば外層が酸化アルミニウムであり、 3層の個所は、 例えば外層を識別 層となる TiNで構成している。 2層の個所は 3層目を研磨などで部分的に除去す ることで形成する。
(実験例 1)
87 % WC - 2 %Ti CN - 3%TaNbC - 8 %Co (いずれも重量。 /。） からなる組成の超硬合 金にて、型番 SNMG120408の形状の切削チップを作製した。 次に、切刃部全体に刃 先処理として、すくい面側から見て 0. 05 幅のホーユング処理を施して基材とし た。 この基材の逃げ面は焼結肌である。
この基林表面に通常の CVD法 （化学蒸着法） により TiN (0. 5 m) TiCN (10 ^ m) , a -A 1 203 (3 ^ m) TiN (1. 0 m) を被覆した。 次に、 刃先稜線部おょぴ 同稜線部からすくい面側および逃げ面側において、 4種類の硬さの人工ブラシを 用いて研磨 'ラッビング処理を施した後、 基準長さ 5 /^に対する面粗さ （RmaX) をチップ断面の走査型電子顕微鏡写真により測定した。 その結果を表 1に示す。 なお、 上記膜構造では TiN (1. 0 / m) が最外層になるが、 刃先稜線部および同 稜線部からすくい面側および逃げ面側においては研磨されているため、 サンプル チップによっては他の層が最外層として露出している。 また、 本発明品における TiCNは全て柱状晶であり、 TiNは全て粒状晶である。 これらのことは後述する他 の実験例においても同様である。
このようにして作製した切削用サンプルチップを用いて下記に示す条件にて切 削を行い耐摩耗性および被削材仕上げ面粗さの評価を行った。 評価結果も表 1に 示す。
Figure imgf000009_0001
※ここ 刃繊 隱部 f:刃先 ί ffi織界部
表 1に示すように、 刃先稜線部、 および同稜線部のすくい面側境界部からすく い面側に少なくとも 200 mの範囲および、同稜線部の逃げ面側境界部から逃げ面 側に少なくとも 50 mの範囲の硬質被覆層を基準長さに対し Rmax≤0. 2 /i tnにした 場合、 耐摩耗性と被削物の仕上げ面粗さが著しく向上することがわかる。 特に、 硬質被覆層の平滑面が広い方がその効果が大きいことがわかる。 また、 硬質被覆 層の最外層は酸化アルミニウムがより好ましいことがわかる。
(実験例 2)
88%WC-3%ZrCN-4%TaNbC- 5 %Co (いずれも重量％)からなる組成の超硬合 金にて、型番 CNMG120408 形状の切削チップを作製した。 次に、切刃部全体に刃 先処理として、すくい面側から見て 0. 05mm幅のホーニング処理を施して基材とし た。 この基材の逃げ面は焼結肌である。
この基材表面に通常の CVD法 （化学蒸着法） により TiN， TiC, TiCN, ZrCN, A1203 等を各種被覆した切削用サンプルチップを製作した。 次に、 刃先稜線部および同 稜線部からすくい面側および逃げ面側において、 弾性 石を用いて研磨 ·ラッピ ング処理を施した後、 基準長さ 5 μ ιηに対する面粗さ （Rmax) をチップ断面の走 査電子顕徹鏡写真により測定した。 その結果を表 2に示す。
このようにして作製した切削用サンプルチップを用いて下記に示す条件にて切 削を行レ、耐摩耗性および被削材仕上げ面粗さの評価を行つた。 評価結果も表 2に 示す。
(切削条件）
被削材 ： FCD700
切削速度 200m/分
切り込み 0. 5画
送り 0. 2mm/rev
切削時間 20分
切削油 水溶性 最外層膜質 Z表面粗さ 0¾!Μ) 切削性能
if暫 雇の植 "
Figure imgf000011_0001
試料 刃先稜線部および
から膜に の結晶 境界部 から逃げ
No 境界部 ¾から 仕上げ面粗さ 逃げ面摩耗 面側に 50；! raまで
200μηιの範囲 (Rmax) μ m
の範囲 、 μ m)
TiN(0.5)TiCN(LO)Alj03(3.0)
2-i a 3.6 0.12 TiN (0.5) A1A 0.19 Al20aノ 0.19
TiN(0.5)TiCN(l0)TiCBN0
2-2 Ala03/0.18 AWO.19 4.8 0.15 本 (0.5)Alj03i3.0)TiN (0:5)
TiN(0.5)TiCN(lO)TiBNO
2-3 a ΛΙΑ/0.15 TiCN/0.19 6.5 0.19 (1.0) Al203(3.0) (0.5)
TiN (ひ.5)TiCN(3.5)TiC(0.5)
2-4 a AL20a/0.19 ZrCIV/0.19 7.0 0.18
Al20a 2· υ) Z一xC，、N ^O.5；
TiN(0.5)TiCN(7.0)TiCO
2-5 A120 0.16 ' TiN/0.19 7.8 0.23 (U. o) 丄 (o. U) llN ( . o)
比
TiN(0. l)TiCN(7.0)A1Z03
i¾ a A 1-8 Α1203/0· 19 15.4 膜 離
(3.0) TiN (0.5)
TiN (3.2)TiC (7.5)A1203
2-7 Λ 03/0.19 Al203/O.19 8.3 0.29 (3.0) TiN (0.5)
本 T飾.5)TiCN(25)Al20.,(3.0) 微少チッピ
2-8 a Α120,/0.19 A1203ノ 0.19 8.9
TiN (0.5) ング 明 TiN (0.5) TiCN(10)Al203(0.3)
2-9 a Λ1203ノ 0· 19 8, 0 0.30 TiN (0.5) A W。- 19
TiN ( 0.5 ) TiCN ( 10 )
2-10 Λΐ203/0.19 微少
Α1203/0.19 8.6
Al20a(18.0)TiN (0.5) チッビング
※ここで ：刃先稜線部のすくい面側境界部 RF：刃先稜線部の逃げ面側境界部
表 2より、 下地の TiN層が 0. 2 μ m未満 （No. 2-6) では膜の密着強度が低下し膜 剥離を生じてしまい、 越えると （No. 2- 7) 耐摩耗性が幾分低下する。 前者で は被削物の仕上げ面粗さが悪化することがわかる。
また、 TiCN層が 20 raを越えた場合 （No. 2- 8)や A 1 203層が 15 μ mを越える (No. 2-10)と微少チッビングが生じ、被削物の仕上げ面粗さも若干低下する。一方、 A 1 203層の厚みが 0. 5 / m未満では耐摩耗性が幾分低下することが判る（No. 2-9)。
(実験例 3)
81%WC-5%TiCN-4%Ta bC- 10%Co (いずれも重量％)からなる組成の超硬合 金にて、 型番 SDK 1203の形状の切削チップを作製した。 次に、切刃部全体に刃先 処理として、すくい面側から見て 0. 10mm幅のチャンファーホーユング処理を施し て基材とした。 この基材は表面の一部が焼結肌で、 一部が研磨肌となっている。 この基材表面に通常の CVD法 （化学蒸着法） および PVD法 （物理蒸着法： ここ ではアークイオンプレーティング法）により TiN， TiC, TiCN, TiAlN, Al 203等を各種 被覆した切削用サンプルチップを製作した。 次に、 刃先稜線部およびすくい面側 および逃げ面側において、 ブラシを用いて研磨 'ラッピング処理を施した後、 基 準長さ 5 / mに対する面粗さ （Rmax) をチップ断面の走査型電子顕微鏡写真によ り測定した。 その結果を表 3に示す。
このようにして作製した切削用サンプルチップを用いて下記に示す条件にてフ ライス切削を行い耐摩耗性おょぴ被削材仕上げ面粗さの評価を行った。 評価結果 も表 3に示す。
(切削条件）
カツタ ： FPG4160R
被削材 ： SCM435
切削速度： 250m/分
切り込み： 0. 8mm
送り ： 0. 25闘/刃
切削時間： 30分 • 最外層膜質/表面粗さ （Rmax) 切削性能
¾ε具 ¾StSS 1ϊϊ·-3
試料 コ―テ Γノ 刃先稜線部および
母材から順に 境界都 K から^げ面
No 式 境界部 から 仕上げ面粗さ 逃げ面摩耗 側に 50 raまでの範
200#ιπの範囲 (Rmax) μ m (mm)
囲 （μιη)
Ti (0.5) TiC (5)Ala03(5.0)
3-1 CVD Α 03/0.19 A1203/Q.16 4.5 0.12 TiN (0.5)
TiN (ひ， S)TiC (3)TiCBN0
3-2 CVD TiCN/0.18 TiCN/0.19 5.2 0.15 木 (02)Al2Q3(1.0)TiN (0.5)
発 TiN(0.5)TiAlN(3.0)
3-3 PVD TiAlN/0.18 TiAlN/0.15 7.0 0.19 明 TiN (0,5)
品 TiN (0.5)A1203 (3.5)
3-4 PVD TiC /0.13 TiCN/0.15 7.5 0. L8 TiCK (0,5)
TiN(0.5)TiCN(3.5)
3-5 PVD liON/0. lo Ti /0.19 7, 2 0. άο TiN (0.5)
TiN^O. l)TiC 5.0)
3-6 CVD ΛΙ2Ο3/Ι. a A W2.5 L2.5
Al203(5.0 ) TiN (0.5) 翻離
TiN(0. l)TiC (S.O)
3-7 CVD A1A/0- 19 Als03/2.8 13.5 0.55 Al203(5.0)TiN(0.5)
TiN(0. l)TiCN(S. O)
3-8 CVD Λ1?0λ/2.6
Al203(5.0)TiN' (0.5) AlaO3/0- 17 14.0 チッビング
TiN(0.5)TiAlN(3.0)
3-9 PVD TiN/1.0 TiN/1.3 LI.5 0.40 TiN (0.5)
T歸.5)TiAlN(3.5)
3-10 PVD TiCN/1.2 TiCN/1.2 L3.5 0.55 TiCN (0.5)
こで ：刃先稜線部のすくい面側境界部 R,-：刃先稜線都の逃げ面側境界部
表 3より、 鋼のフライス切削においても本発明工具は耐摩耗性、 仕上げ面品位 が優れることが判る。
(実験例 4)
12%WC-65%TiCN-6%TaNbC-3%M02C-7%Co-7%Ni (いずれも重量％)から なる組成のサ一メット合金にて、型番 CNMG120408の形状の切削チップを作製した。 次に、切刃部全体に刃先処理として、すくい面側から見て 0. 06幽幅のホ一ユング 処理を施して基材とした。 この基材の逃げ面は焼結肌である。
この基材表面に通常の CVD法 （化学蒸着法） および PVD法 （物理蒸着法： ここ ではアークイオンプレーティング法）により TiN, TiC， TiCN， TiAlN， Al 203等を各種 被覆した切削用サンプルチップを製作した。 次に刃先稜線部およびすくい面側お よび逃げ面側において、 弾性砥石を用いて研磨 'ラッピング処理を施した後、 基 準長さ 5 mに対する面粗さ （Rmax) をチップ断面の走査型電子顕微鏡写真によ り測定した。 その結果を表 4に示す。
このようにして作製した切削用サンプノレチップを用いて下記に示す条件にて切 削を行い耐摩耗性および被削材仕上げ面粗さの評価を行った。 評価結果も表 4に 示す。
(切削条件）
被削材 ： SCM415
切削速度： 300m/分
切り込み： 0. 5mm
送り ： 0. 25瞻 /rev
切削時間： 15分
切削油 ：乾式切削
Figure imgf000015_0001
※ここで Rパ刃先稜線部のすくい面側境界部 ：刃先稜線部の逃げ面側境界部
表 4より、 サーメットを基材とした本発明工具も鋼の仕上げ加工において耐摩 耗性、 仕上げ面品位が優れることが判る。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明被覆切削工具によれば、 切削加工において被削物 との溶着が起こり難く、 耐欠損性と耐摩耗性を両立させて工具寿命を向上させる ことができる。 特に、 乾式切削において効果的である。 さらに、 被削物の仕上げ 面品位も優れ、 高精度加工に適する。

Claims

請求の範囲
1. 基材上に硬質被覆層を具える被覆切削工具であって、 前記基材は、 1種類 以上の鉄族金属を含む結合相と、 周期律表 IVa, Va, Via族元素の炭化物、 窒化物、 酸化物およびそれらの固溶体よりなる群から選択される 1種類以上の物質を含む 硬質相とからなり、 前記被覆層のうち、 刃先稜線部、 および同稜線都のすくい面 側境界部からすくい面側に少なくとも 200 juraの範囲、ならびに同稜線部の逃げ面 側境界部から逃げ面側に少なくとも 50/i mの範囲が実質的に表面粗さ （Rmax) 0.2 / m以下 （基準長さ 5 mとする） の平滑面で構成されていることを特徴とする被 覆切削工具。
2. 基材の逃げ面が焼結肌を持つことを特徴とする請求項 1に記載の被覆切 削工具。
3. 硬質被覆層が周期律表 IVa, Va, Via族， A1および Siより選択される 1種以 上の金属元素の炭化物、 窒化物、 炭窒化物、 ホウ化物、 酸化物およびそれらの固 溶体よりなる群から選択される 1種類以上の物質からなることを特徴とする請求 項 1または 2に記載の被覆切削工具。
4. 硬質被覆層が Ti (CwBxNyOz) (ここで w+x + y + z = l, w, , y , z≥ 0)の少なく も 1層以上からなる内層と、酸化アルミニウム層からなる中間層、 および TiCxNyC^一 x—yあるいは ZrCxNyi x_y (0≤x, y、 x + y≤ 1)からなる外 層とを具えることを特徴とする請求項 3に記載の被覆切削工具。
5. 平滑面が酸化アルミニウム層で構成されることを特徴とする請求項 1〜 4のいずれかに記載の被覆切削工具。
6. 平 ^面とする範囲が、 刃先稜線部、 および同稜線部のすくい面側境界部 からすくレ、両側に少なくとも 500 mの範囲、ならびに同稜線部の逃げ面側境界部 から逃げ面側に少なくとも 200 /imの範囲であることを特徴とする請求項 1〜 5 のいずれかに記載の被覆切削工具。
7. 内層が柱状晶組織を有する 2〜20/imの膜厚の炭窒化チタンからなること を特徴とする請求項 4〜 6のいずれかに記載の被覆切削工具。 '
8. 硬質被覆層のうち、 基材と接する最内層が粒状組織を有する 0.2~3 ζπι の膜厚の窒化チタンであることを特徴とする請求項 1〜7のいずれかに記載の被 覆切削工具。
9 . 酸化アルミニゥムが 0. 5〜15 /i mの膜厚のひ型酸化アルミ二ゥムで構成さ れることを特徴とする請求項 5〜8のいずれかに記載の被覆切削工具。
i 1 0 . 基材がサーメットからなることを特徴とする請求項 1〜9のいずれかに記 载め被覆切削工具。
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