WO2019181790A1 - インサート及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

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    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness

Definitions

  • the present disclosure relates to an insert used in cutting and a cutting tool including the same.
  • cermets mainly composed of titanium (Ti) are widely used as the base material for members that require wear resistance, slidability, and fracture resistance, such as cutting tools, wear-resistant members, and sliding members. Yes.
  • Patent Document 1 12-20% of a binder phase component mainly composed of cobalt (Co) and nickel (Ni) is contained, and an elution alloy phase composed of a metal binder phase component is formed on the surface portion.
  • a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting tool that suppresses the occurrence of chipping and chipping by providing a TiN layer having an anti-diffusion action.
  • the insert of the present disclosure includes a base and a coating layer that covers the surface of the base.
  • the base has a hard phase containing a carbonitride containing Ti and a binder phase containing Co.
  • the coating layer has a first layer containing a plurality of TiN particles at a position in contact with the substrate.
  • the TiN particles have a width in the direction parallel to the surface of the substrate of 35 nm or less in a cross section perpendicular to the surface of the substrate.
  • the cutting tool of the present disclosure includes a holder that extends from a first end toward the second end and has a pocket on the first end side, and the above-described insert that is located in the pocket located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the insert of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of a cross section near the surface of the insert of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating an example of the cutting tool of the present disclosure.
  • the insert 1 of the present disclosure has a base 3 as shown in FIGS.
  • the substrate 3 has a hard phase (not shown) of carbonitride containing Ti and a binder phase (not shown) containing Co.
  • the substrate 3 is a so-called cermet.
  • the cermet includes one containing TiC or TiN in addition to TiCN.
  • the insert 1 of the present disclosure includes a coating layer 5 that covers at least a part of the base 3.
  • the covering layer 5 may be formed by, for example, a CVD method.
  • the covering layer 5 has a first layer 5 a containing a plurality of TiN particles at a position in contact with the substrate 3.
  • the insert 1 may further have a second layer 5b containing TiCN particles on the first layer 5a. Further, the insert 1 may have a third layer 5c containing Al 2 O 3 particles on the second layer 5b.
  • the first layer 5a has a plurality of TiN particles.
  • the width of the TiN particles in the direction parallel to the surface of the substrate 3 (hereinafter also referred to as TiN particle width) is 35 nm or less.
  • the width of the TiN particles may be measured at a position of 0.05 ⁇ m from the surface of the substrate 3.
  • the width of the TiN particles may be measured at a position that is half the thickness of the first layer 5a.
  • the width of the TiN particles is an average value of the widths of the plurality of TiN particles measured at the above positions.
  • the ratio of the height of the TiN particles in the direction perpendicular to the surface of the substrate 3 to the width of the TiN particles in the direction parallel to the surface of the substrate 3 (hereinafter also referred to as the aspect ratio) is 1.0 to 1.7. It may be. With such a configuration, the adhesion between the first layer 5a and the substrate 3 is excellent.
  • the aspect ratio of TiN particles may be measured with TiN particles present at a position of 0.05 ⁇ m from the surface of the substrate 3.
  • the thickness of the first layer 5a may be 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the thickness of the first layer 5a is 0.1 ⁇ m or more, the binder phase component contained in the substrate 3 is prevented from diffusing into the film, and the chipping resistance is excellent.
  • the thickness of the first layer 5a is 1.0 ⁇ m or less, the TiCN particles contained in the upper second layer 5b become fine and have excellent wear resistance.
  • the thickness of the first layer 5a may be 0.3 to 0.7 ⁇ m.
  • TiN particles contained in the first layer 5a may not be made of pure TiN.
  • C and O may be contained.
  • the content of Ti or N is larger than other components.
  • the covering layer 5 may be disposed on the first layer 5a in the order of the second layer 5b including a plurality of TiCN particles and the third layer 5c including Al 2 O 3 particles.
  • the shape of the insert 1 of the present disclosure is, for example, a square plate shape, and the upper surface in FIG. 1 is a so-called rake surface. Moreover, it has a lower surface opposite to the upper surface, and has side surfaces connected to each between the upper surface and the lower surface. At least a part of the side surface is a so-called flank.
  • the insert 1 of the present disclosure has a cutting edge 7 positioned at at least a part of a ridge line where the upper surface and the side surface intersect. In other words, it has the cutting edge 7 located in at least one part of the ridgeline where a rake face and a flank face cross.
  • the entire outer periphery of the rake face may be the cutting edge 7, but the insert 1 is not limited to such a configuration, for example, only one side of the square rake face, or You may have the cutting edge 7 partially.
  • the size of the insert 1 is not particularly limited.
  • the length of one side of the rake face is set to about 3 to 20 mm.
  • the thickness of the insert 1 is set to about 1 to 20 mm, for example.
  • the binder phase may occupy a ratio of 5 to 25 area% in the cross section of the substrate 3.
  • the binder phase may consist of only Co and W except for inevitable impurities.
  • content of each element may be 0.5 mass% or less.
  • the substrate 3 in the insert 1 of the present disclosure may contain Co 0.93 W 0.07 . Thereby, it becomes the insert 1 excellent in abrasion resistance and fracture resistance.
  • Co 0.93 W 0.07 is a crystal represented by PDF: 01-071-7509 of the JCPDS card.
  • the base 3 may have a ratio of Co 0.93 W 0.07 in the total crystal in the crystal phase analysis by X-ray diffraction of 5 to 10. Also, it may be 8-10. With such high content of Co 0.93 W 0.07, the wear resistance of the base body 3, a high fracture resistance.
  • the ratio of the above Co 0.93 W 0.07 is the ratio of all detected crystals by the X-ray apparatus: X'Pert Pro 2 ⁇ : 10-100, manufactured by PANalytical, and the lead belt method using analysis software Rietan-FP. The ratio of 0.93 W 0.07 is calculated.
  • the second layer 5b contains TiCN particles that are TiCN crystals.
  • the thermal expansion coefficient of the TiCN crystal is about 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., and if the thermal expansion coefficient of the substrate 3 is 9.0 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or higher, the thermal expansion coefficient of the third layer 5 b is 3 Is smaller than the coefficient of thermal expansion.
  • the second layer 5b is between the base 3 and the third layer 5c, and prevents the third layer 5c from peeling off and suppresses abrasive wear.
  • the third layer 5c is located on the second layer 5b.
  • the third layer 5c contains Al 2 O 3 particles that are Al 2 O 3 crystals.
  • the thermal expansion coefficient of the Al 2 O 3 crystal is about 7.2 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., which is smaller than the thermal expansion coefficients of the substrate 3 and the second layer 5b.
  • the second layer 5b and the third layer 5c may be in direct contact with each other, and for example, a TiN layer (not shown) may be located between them.
  • an appropriate compressive stress can be applied to the second layer 5b and the third layer 5c by adjusting the thermal expansion coefficient of the base 3 and the thickness of the third layer 5c.
  • the thickness of the third layer 5c is 2 ⁇ m or more.
  • the compressive stress applied to the second layer 5b is 250 to 500 MPa
  • the compressive stress applied to the third layer 5c is set to 450 MPa or more
  • the value of the compressive stress applied to the third layer 5c is higher than the compressive stress applied to the second layer 5b. You may enlarge it. With such a configuration, the insert 1 is excellent in wear resistance and durability.
  • the residual stress when the residual stress is a negative value, the residual stress is a compressive stress.
  • the value of the compressive stress is indicated, it is expressed as an absolute value without adding a minus.
  • the third layer 5c When comparing the second layer 5b and the third layer 5c constituting the coating layer 5, the third layer 5c is located farther from the substrate 3. Therefore, when processing a workpiece using the cutting tool 1 of the present disclosure, the third layer 5c comes into contact with the workpiece before the second layer 5b.
  • the third layer 5c contains Al 2 O 3 particles and has a thickness of 2 ⁇ m or more, the wear resistance and oxidation resistance are high.
  • the thickness of the 3rd layer 5c is 2.5 micrometers or more and 8.0 micrometers or less, it is further excellent in abrasion resistance and oxidation resistance.
  • the sum of the thickness of the second layer 5b and the thickness of the third layer 5c may be 7 ⁇ m or more and 18 ⁇ m or less. Moreover, it is good also as 8 micrometers or more and 16 micrometers or less.
  • the second layer 5b may have a thickness of 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. In such a range, the insert 1 is excellent in wear resistance and fracture resistance.
  • the thickness of the third layer 5c may be 0.2 to 0.4 times the sum of the thickness of the second layer 5b and the thickness of the third layer 5c.
  • the insert 1 having such a configuration is excellent in wear resistance and chipping resistance.
  • the third layer 5 c may have the C axis of the Al 2 O 3 crystal oriented along a direction perpendicular to the main surface of the substrate 3.
  • ⁇ -Al 2 O 3 crystals may be contained, and the ⁇ -Al 2 O 3 crystals may be columnar extending in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 3.
  • the base 3 in the insert 1 of the present disclosure may have a binder phase-enriched layer having a higher binder phase ratio than the inside of the base 3 on the surface.
  • the thickness of the binder phase enriched layer may be 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • Table 1 shows the ratio of the raw material powder used as the base of the insert used in Examples described later.
  • the average particle diameter of each raw material was 1 ⁇ m or less.
  • These raw material powders are generally used in the production of cermets.
  • the composition of the substrate of the present disclosure is also not special.
  • Co 0.93 W 0.07 contained in the insert of the present disclosure is formed by reaction of Co and W used as raw materials in the manufacturing process of the insert.
  • a substrate containing Co 0.93 W 0.07 can be obtained by adjusting the amount of C contained during preparation of the raw material.
  • C / (hard phase) is 9.1 or less, a substrate containing Co 0.93 W 0.07 can be obtained.
  • C / (hard phase) is 8.0 or more, an increase in the ⁇ phase can be suppressed, so that a relative decrease in Co 0.93 W 0.07 can be suppressed.
  • the amount of C in the raw material includes, for example, C contained in each raw material powder in addition to C added as carbon.
  • a hard phase refers to what can exist as a hard phase in an insert, for example, the metal, oxide, and carbonate of Fe, Ni, Co, Mn, Mo are not contained.
  • a dense substrate can be obtained by baking in the temperature range.
  • each is held at 200 ° C. and 300 ° C. for 1 hour in a vacuum, and then heated to 450 ° C. and held for 1 hour.
  • CO 2 gas is introduced into the degreasing furnace so as to have a pressure of 1 to 5 kPa in order to suppress a decrease in C added as a raw material in the process at 450 ° C. By doing in this way, C amount can be controlled precisely.
  • Co 0.93 W 0.07 may be prepared in advance and used as a raw material powder.
  • the substrate preferably has a thermal expansion coefficient of 9.0 ⁇ 10 ⁇ 6 or more at 25 to 1000 ° C.
  • a coating layer is provided. First, a first layer containing a plurality of TiN particles is formed on the surface of the substrate.
  • the ratio of Co in the binder phase component contained in the substrate is preferably 97.0% by mass or more. Specifically, Co / (Co + Ni + Fe) contained in the substrate is preferably 97.0% by mass or more. Furthermore, Co / (Co + Ni + Fe) contained in the substrate may be 99.9% by mass or more.
  • the binder phase is only Co
  • the average particle size of the hard phase raw material powder may be 1 ⁇ m or less, and further 0.6 ⁇ m or less.
  • the Co content in the substrate 3 may be 16% by mass or more.
  • the aspect ratio of the TiN particles can be 1.0 to 1.7.
  • the first layer has a temperature of 800 to 900 ° C., a pressure of 8 to 20 kPa, a TiCl 4 concentration of 0.2 to 2.5 mol%, an N 2 concentration of 25.0 to 49.9 mol%, and an H 2 concentration of 40. You may form into a film on the conditions of 0-74.8 mol%.
  • a second layer containing a plurality of TiCN particles may be formed on the first layer.
  • a third layer containing a plurality of Al 2 O 3 particles may be formed thereon.
  • the first layer, the second layer, and the third layer may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the compressive stress applied to the second layer and the third layer can also be controlled by controlling the thicknesses of the second layer and the third layer.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-shaped body that extends from a first end (upper end in FIG. 3) to a second end (lower end in FIG. 3), as shown in FIG.
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (front end side) and the insert 1 positioned in the pocket 103. Since the cutting tool 101 includes the insert 1, it can perform stable cutting over a long period of time.
  • the pocket 103 is a portion to which the insert 1 is mounted, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a restraining side surface inclined with respect to the seating surface. Further, the pocket 103 is opened on the first end side of the holder 105.
  • the insert 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the insert 1 may be in direct contact with the pocket 103, and a sheet (not shown) may be sandwiched between the insert 1 and the pocket 103.
  • the insert 1 is mounted on the holder 105 so that at least a part of the portion used as the cutting edge 7 on the ridge line where the rake face and the flank face intersect protrudes outward from the holder 105.
  • the insert 1 is attached to the holder 105 with a fixing screw 107. That is, by inserting the fixing screw 107 into the through hole 17 of the insert 1 and inserting the tip of the fixing screw 107 into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103 and screwing the screw portions together, 1 is attached to the holder 105.
  • steel cast iron or the like
  • steel having high toughness may be used.
  • a cutting tool 101 used for so-called turning is illustrated.
  • the turning process include an inner diameter process, an outer diameter process, a grooving process, and an end face process.
  • the cutting tool 101 is not limited to that used for turning. For example, you may use the insert 1 of said embodiment for the cutting tool 101 used for a rolling process.
  • the substrate was produced as follows. A tool-shaped compact was prepared using the raw material powder in the ratio shown in Table 1, the binder component was removed, and then fired to prepare a substrate. Of these samples, Sample No. The substrates 1 to 14 are so-called cermets. Sample No. The substrate 15 is a so-called cemented carbide. In the degreasing step, each was held at 200 ° C. and 300 ° C. for 1 hour in a vacuum, then heated to 450 ° C. and held for 1 hour. At this time, CO 2 gas was introduced into the degreasing furnace at a pressure of 3 kPa at a process of 450 ° C.
  • a TiN layer was formed on the surface of the substrate by the CVD deposition method under the film formation conditions shown in Table 2 under the film formation conditions shown in Table 2. Further, a TiCN layer was formed on the TiN layer. Further, an Al 2 O 3 layer was formed on the TiCN layer.
  • Table 1 shows the presence or absence of Co 0.93 W 0.07 in the substrate.
  • Table 2 shows the results.
  • Sample No. with a Co ratio of 97% by mass or more in the binder phase In Nos. 2 to 5 and 7 to 14, the width of the TiN particles in the TiN layer was 35 nm or less. These samples are sample Nos. With a TiN particle width exceeding 35 nm. Abrasion resistance and fracture resistance superior to those of 1, 6, and 15 were exhibited.
  • the width of the TiN particles in the first layer was 20 nm or less, and excellent wear resistance and fracture resistance were exhibited.

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Abstract

本開示のインサートは、基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備する。前記基体は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相とを有する。前記被覆層は、前記基体と接する位置に、複数のＴｉＮ粒子を含む第１層を有する。前記ＴｉＮ粒子は、基体の表面に垂直な断面において、前記基体の表面に平行な方向の幅が３５ｎｍ以下である。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置するポケットに位置する上述のインサートとを備える。

Description

インサート及びこれを備えた切削工具
　本開示は、切削加工において用いられるインサート及びこれを備えた切削工具に関する。
　現在、切削工具や耐摩耗性部材、摺動部材等の耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材の基体として、チタン（Ｔｉ）を主成分とするサーメットが広く使われている。
　例えば、特許文献１では、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を主体とする結合相成分を１２～２０％含有し、表面部に金属結合相構成成分からなる溶出合金相を形成し、さらにその上に拡散防止作用を有するＴｉＮ層を設けることで、欠けやチッピングの発生を抑制した表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具が開示されている。
特許第５９８９９３０号
　本開示のインサートは、基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備する。前記基体は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相とＣｏを含有する結合相とを有する。前記被覆層は、前記基体と接する位置に、複数のＴｉＮ粒子を含む第１層を有する。前記ＴｉＮ粒子は、基体の表面に垂直な断面において、前記基体の表面に平行な方向の幅が３５ｎｍ以下である。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置するポケットに位置する上述のインサートとを備える。
図１は、本開示のインサートの一例を示す斜視図である。 図２は、本開示のインサートの表面付近の断面の拡大概要図である。 図３は、本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
　＜インサート＞
　以下、本開示のインサートについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示のインサートは、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
　本開示のインサート１は、図１、２に示すように基体３を有する。基体３は、Ｔｉを含む炭窒化物の硬質相（図示せず）と、Ｃｏを含有する含む結合相（図示せず）とを有している。基体３はいわゆるサーメットである。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮに加え、ＴｉＣ又はＴｉＮ等を含有するものが挙げられる。本開示のインサート１は基体３の少なくとも一部を覆う被覆層５を具備している。被覆層５は、例えば、ＣＶＤ法によって形成されるものであってもよい。被覆層５は、基体３に接する位置に、複数のＴｉＮ粒子を含有する第１層５ａを有している。インサート１は、この第１層５ａの上に、さらにＴｉＣＮ粒子を含有する第２層５ｂを有していてもよい。また、インサート１は、第２層５ｂの上にＡｌ2Ｏ3粒子を含有する第３層５ｃを有していてもよい。
　第１層５ａは、複数のＴｉＮ粒子を有している。基体３の表面に垂直な断面において、ＴｉＮ粒子の基体３の表面に平行な方向の幅（以下、ＴｉＮ粒子の幅ともいう）は、３５ｎｍ以下である。このような構成を有すると第１層５ａと基体３との密着性が優れる。また、被覆膜５の耐摩耗性が高い。
　なお、ＴｉＮ粒子の幅の測定は、基体３の表面から、０．０５μｍの位置で測定するとよい。また、第１層５ａの厚みが、０．０５μｍ以下の場合には、第１層５ａの厚みの半分の位置でＴｉＮ粒子の幅を測定するとよい。ＴｉＮ粒子の幅は、上記の位置で測定した複数のＴｉＮ粒子の幅の平均値である。
　また、基体３の表面に平行な方向のＴｉＮ粒子の幅に対する、基体３の表面に垂直な方向のＴｉＮ粒子の高さの比（以下、アスペクト比ともいう）が、１．０～１．７であってもよい。このような構成を有すると、第１層５ａと基体３との密着力が優れる。
　なお、ＴｉＮ粒子のアスペクト比は、基体３の表面から、０．０５μｍまでの位置に存在するＴｉＮ粒子で測定するとよい。
　また、第１層５ａの厚みは、０．１～１．０μｍであってもよい。第１層５ａの厚みが、０．１μｍ以上であると、基体３に含まれる結合相成分が被膜へ拡散することを抑制し、耐欠損性に優れる。第１層５ａの厚みが、１．０μｍ以下であると、上層の第２層５ｂに含まれるＴｉＣＮ粒子が微細になり耐摩耗性に優れる。特に、第１層５ａの厚みは、０．３～０．７μｍとしてもよい。
　なお、第１層５ａに含まれるＴｉＮ粒子は純粋なＴｉＮからなるものでなくともよい。例えば、ＣやＯを含有していてもよい。ただし、含まれる成分のうち、ＴｉまたはＮの含有量は、他の成分よりも多い。
　被覆層５は、第１層５ａの上に順に、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層５ｂ、Ａｌ2Ｏ3粒子を含む第３層５ｃの順番で配置してもよい。
　本開示のインサート１の形状は、例えば、四角板形状であって、図１における上面は、いわゆるすくい面である。また、上面の反対に下面を有し、上面と下面との間にそれぞれに繋がる側面を有する。側面において少なくても一部は、いわゆる逃げ面である。
　本開示のインサート１は、上面と側面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。言い換えれば、すくい面と逃げ面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。
　インサート１においては、すくい面の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、インサート１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形のすくい面における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
　インサート１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、すくい面の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、インサート１の厚みは、例えば１～２０ｍｍ程度に設定される。
　また、結合相は、基体３の断面において、５～２５面積％の割合を占めていてもよい。結合相は、不可避不純物を除き、ＣｏとＷのみからなっていてもよい。結合相が、ＣｏとＷ以外の元素を含有する場合、それぞれの元素の含有量は０．５質量％以下であってもよい。
　本開示のインサート１における基体３は、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有していてもよい。これにより、耐摩耗性、耐欠損性に優れたインサート１となる。なお、Ｃｏ0.93Ｗ0.07は、ＪＣＰＤＳカードのＰＤＦ：０１－０７１－７５０９で示される結晶である。
　なお、結合相として機能する金属をほぼＣｏのみとすると、Ｃｏ0.93Ｗ0.07が基体３に適度に分散し、耐摩耗性、耐欠損性が高い基体３が得られやすい。
　基体３は、Ｘ線回折による結晶相解析において、総結晶に占める、Ｃｏ0.93Ｗ0.07の割合が、５～１０であってもよい。また、８～１０であってもよい。このようにＣｏ0.93Ｗ0.07の含有量が多いと、基体３の耐摩耗性、耐欠損性が高い。
　上記のＣｏ0.93Ｗ0.07の割合は、Ｘ線装置：ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製　Ｘ’Ｐｅｒｔ　Ｐｒｏ　２θ：１０～１００、解析ソフトＲＩＥＴＡＮ－ＦＰを用いたリードベルト法により、検出された全ての結晶の割合にしめるＣｏ0.93Ｗ0.07の割合を計算したものである。
　被覆層５が、第２層５ｂを有するとき、第２層５ｂにはＴｉＣＮ結晶であるＴｉＣＮ粒子が含まれている。ＴｉＣＮ結晶の熱膨張係数は、８×１０-6／℃程度であり、基体３の熱膨張係数を９．０×１０-6／℃以上とすると、第３層５ｂの熱膨張係数は基体３の熱膨張係数よりも小さい。
　第２層５ｂは、基体３と第３層５ｃとの間にあって、第３層５ｃが剥がれてしまうことを抑制するとともに、アブレシブ摩耗を抑制する。
　図２に示す例では、第２層５ｂの上には第３層５ｃが位置している。第３層５ｃにはＡｌ2Ｏ3結晶であるＡｌ2Ｏ3粒子が含まれている。Ａｌ2Ｏ3結晶の熱膨張係数は、７．２×１０-6／℃程度であり、基体３及び第２層５ｂの熱膨張係数よりも小さい。
　第２層５ｂと第３層５ｃとは直接接触していてもよく、両者の間に、例えば、ＴｉＮ層（図示しない）が位置していてもよい。
　このような構成を有するインサート１では、基体３の熱膨張係数と、第３層５ｃの厚みを調整することで、第２層５ｂ及び第３層５ｃに適度な圧縮応力を掛けることができる。例えば、第３層５ｃの厚みは、２μｍ以上である。
　そして、第２層５ｂに掛かる圧縮応力を２５０～５００ＭＰａとし、第３層５ｃに掛かる圧縮応力を４５０ＭＰａ以上とし、第２層５ｂに掛かる圧縮応力よりも第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値を大きくしてもよい。このような構成を有すると、インサート１は、耐摩耗性及び耐久性に優れる。
　なお、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力は、例えば、２Ｄ法を用いた測定に基づき判断すればよい。具体的には、逃げ面における切刃７から１ｍｍ以上離れた部分を測定位置とし、Ｘ線回折ピークを測定する。測定結果から特定された結晶構造に関して、測定結果における２θの値が、ＪＣＰＤＳカードに記載された基準となる２θの値に対してどのようにずれているかを確認して求めることができる。
　ここで、残留応力がマイナスの値である場合、残留応力は、圧縮応力である。圧縮応力の値を示す場合には、マイナスを付けず、絶対値で表現する。
　基体３の熱膨張係数が大きくなると、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値は大きくなる傾向にある。
　被覆層５を構成する第２層５ｂと第３層５ｃとを比較すると、第３層５ｃの方が基体３から離れた位置にある。したがって、本開示の切削工具１を用いて被加工物を加工するとき、第２層５ｂよりも先に第３層５ｃが被加工物と接触することになる。第３層５ｃが、Ａｌ2Ｏ3粒子を含むものであり、２μｍ以上の厚みを有するときに、耐摩耗性、耐酸化性が高い。また、第３層５ｃの厚みが、２．５μｍ以上、８．０μｍ以下であれば、さらに耐摩耗性及び耐酸化性に優れる。
　第２層５ｂと第３層５ｃの機能を考慮すると、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和は、７μｍ以上、１８μｍ以下としてもよい。また、８μｍ以上、１６μｍ以下としてもよい。
　第２層５ｂは、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下としてもよい。このような範囲とすると、インサート１は、耐摩耗性と耐欠損性に優れる。
　また、第３層５ｃの厚みは、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和に対して、０．２～０．４倍としてもよい。このような構成のインサート１は耐摩耗性、耐欠損性に優れる。
　また、第３層５ｃは、基体３の主面に垂直な方向に沿うように、Ａｌ2Ｏ3結晶のＣ軸が配向していてもよい。他の言い方をすると、α－Ａｌ2Ｏ3結晶を含有しており、そのα－Ａｌ2Ｏ3結晶が基体３の主面に対して、垂直方向に延びる柱状になっていてもよい。
　また、本開示のインサート１における基体３には、表面において、基体３の内部よりも結合相の割合が多い結合相富化層が存在していてもよい。この結合相富化層の厚みは、１μｍ以上、１０μｍ以下であってもよい。
　以下に本開示のインサートの製造方法を説明する。
　表１に、後述する実施例で用いた、インサートの基体となる原料粉末の割合を示す。各原料の平均粒径は、全て１μｍ以下のものを用いた。
　これらの原料粉末は、一般的に、サーメットの製造で用いられるものである。本開示の基体の組成も特別なものではない。本開示のインサートに含まれるＣｏ0.93Ｗ0.07は、原料として用いたＣｏとＷとがインサートの製造過程で反応して、形成されたものである。
　原料の調合の際に、含有するＣの量を調整することで、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有する基体を得ることができる。原料中のＣの量は、調合組成比でＣ／（硬質相）＝８．０～９．１とするとよい。Ｃ／（硬質相）を９．１以下とすると、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有する基体を得ることができる。Ｃ／（硬質相）を８．０以上とすると、η相が増加することを抑制できるため、相対的にＣｏ0.93Ｗ0.07が減少することを抑制できる。
　なお、原料中のＣの量とは、炭素として加えるＣのほかに、例えば、各原料粉末に含まれるＣも含まれる。また、硬質相とは、インサート中に硬質相として存在しうるものを指し、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏやＭｎ、Ｍｏの金属や酸化物、炭酸化物は含まれない。
　このような組成範囲の原料粉末にバインダーを添加した後、例えば、プレス成型によって、所望の形状に整え、バインダー成分を除去する脱脂工程の後、例えば、窒素や真空雰囲気で、１５００～１５５０℃の温度域で焼成することで、緻密質の基体が得られる。
　なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持する。このとき、４５０℃の工程で、原料として加えたＣが減少するのを抑制するため、ＣＯ2ガスを１～５ｋＰａの圧力となるように脱脂炉に導入する。このようにすることで、Ｃ量を精密に制御することができる。なお、予め、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を準備しておき、原料粉末として用いてもよい。
　基体は、２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6以上とするとよい。
　次に、被覆層を設ける。まず、基体の表面に複数のＴｉＮ粒子を含む第１層を形成する。
　基体の表面に平行な方向の幅が３５ｎｍ以下の微細なＴｉＮ粒子を有する第１層を得るには、基体に含まれる結合相成分のうち、Ｃｏの比率を９７．０質量％以上とするとよい。具体的には、基体に含まれる、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ）を９７．０質量％以上とするとよい。さらに、基体に含まれる、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ）を９９．９質量％以上としてもよい。
　このように、結合相におけるＣｏの割合を増加させると、幅が小さいＴｉＮ粒子を得ることができる。
　不純物を除き、さらに結合相として、Ｃｏのみを含有してもよい。結合相がＣｏのみである場合、例えば、硬質相の原料粉末として平均粒径は、１μｍ以下、さらには、０．６μｍ以下であってもよい。なお、基体３に占めるＣｏの含有量は、１６質量％以上であってもよい。
　また、結合相として、ＦｅおよびＮｉを含むときには、硬質相と結合相との濡れ性が向上する。
　結合相におけるＣｏの含有割合を９９．９質量％以上とし、基体全体に対するＣｏ含有量を１６質量％以上とすると、ＴｉＮ粒子のアスペクト比を１．０～１．７とすることができる。
　第１層は、例えば、温度：８００～９００℃、圧力８～２０ｋＰａ、ＴｉＣｌ4濃度：０．２～２．５ｍｏｌ％、Ｎ2濃度：２５．０～４９．９ｍｏｌ％、Ｈ2濃度４０．０～７４．８ｍｏｌ％の条件で製膜してもよい。
　さらに第１層の上に、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層を形成してもよい。さらに、その上に複数のＡｌ2Ｏ3粒子を含む第３層を形成してもよい。第１層、第２層及び第３層は、化学蒸着（ＣＶＤ）法によって形成するとよい。このＣＶＤ蒸着法によって、成膜する際の成膜温度が高いほど、成膜された膜に掛かる圧縮応力は大きくなる。そこで、必要に応じて成膜温度を調整するとよい。
　また、上述したように、第２層、第３層の厚みを制御することでも、第２層、第３層に掛かる圧縮応力を制御することができる。
　一旦、作製したインサートの第２層、第３層の圧縮応力を測定して、その結果に基づき、成膜温度や成膜時間を調整して、所望の圧縮応力を有するインサートを製造することができる。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図３に示すように、例えば、第１端（図３における上端）から第２端（図３における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図３に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記のインサート１とを備えている。切削工具１０１は、インサート１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
　ポケット１０３は、インサート１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３にはインサート１が位置している。このとき、インサート１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、インサート１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
　インサート１は、すくい面及び逃げ面が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、インサート１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサート１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート１がホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
　本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具１０１を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工、溝入れ加工及び端面加工などが挙げられる。なお、切削工具１０１としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具１０１に上記の実施形態のインサート１を用いてもよい。
　以下に、本開示のインサートについて、説明する。
　基体は、以下のように作製した。表１に示す割合の原料粉末を用いて工具形状の成形体を作製し、バインダー成分を除去した後、焼成して、基体を作製した。これらの試料のうち、試料Ｎｏ．１～１４の基体は、いわゆるサーメットである。試料Ｎｏ．１５の基体は、いわゆる超硬合金である。なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持した。このとき、４５０℃の工程で、ＣＯ2ガスを３ｋＰａの圧力で脱脂炉に導入した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　この基体の表面に、表２に示す成膜条件で、ＣＶＤ蒸着法にて、表２に示す成膜条件でＴｉＮ層を形成した。さらにＴｉＮ層の上にＴｉＣＮ層を形成した。さらに、ＴｉＣＮ層の上にＡｌ2Ｏ3層を形成した。
　基体におけるＣｏ0.93Ｗ0.07の有無を表１に示す。得られたインサートの断面において、基体の表面に平行な方向のＴｉＮ粒子の幅及びＴｉＮ粒子のアスペクト比を測定した。表２にその結果を示す。
　得られたインサートは、以下の条件で、切削試験を行った。
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：切削長５．０ｋｍ切削した時点での逃げ面摩耗幅（μｍ）
（耐チッピング性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０　１２本溝(１０ｍｍ幅)付き
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数（回）
　基体として超硬合金を用いた試料Ｎｏ．１５のＴｉＮ粒子の幅は３５ｎｍを超えていた。
　結合相におけるＣｏの割合が９７質量％以上である試料Ｎｏ．２～５、７～１４は、ＴｉＮ層のＴｉＮ粒子の幅が３５ｎｍ以下となった。これらの試料は、ＴｉＮ粒子の幅が３５ｎｍを超える試料Ｎｏ．１、６、１５よりも優れた耐摩耗性、耐欠損性を示した。
　また、結合相におけるＣｏの割合が９９質量％以上である試料Ｎｏ．２～５、７～１０、１１～１４は、第１層のＴｉＮ粒子の幅が２０ｎｍ以下となり、優れた耐摩耗性、耐欠損性を示した。
　また、基体全体に対するコバルト成分の量が、１５質量％以上であり、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｆｅ＋Ｎｉ）が、基体全体に対して９９質量％以上である、試料Ｎｏ．２、３、５、７～１０、１２～１４は、ＴｉＮ粒子の基体の表面に平行な方向の幅に対する、基体の表面に垂直な方向の高さの比が、１．０～１．７以下となり、優れた耐摩耗性、耐欠損性を示した。
　　１・・・インサート
　　３・・・基体
　　５・・・被覆膜
　　５ａ・・第１層
　　５ｂ・・第２層
　　５ｃ・・第３層
　　７・・・切刃
　　１７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (10)

  1. 　基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備するインサートであって、
    　前記基体は、
    　　Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、
    　　Ｃｏを含有する結合相と、
    　　を有し、
    　前記被覆層は、前記基体と接する位置に、複数のＴｉＮ粒子を含む第１層を有しており、
    　前記ＴｉＮ粒子は、基体の表面に垂直な断面において、前記基体の表面に平行な方向の幅が３５ｎｍ以下であるインサート。
  2. 　前記ＴｉＮ粒子は、基体の表面に垂直な断面において、前記基体の表面に平行な方向の幅に対する、前記基体の表面に垂直な方向の高さの比が、１．０～１．７である、請求項１に記載のインサート。
  3. 　前記被覆層は、前記第１層よりも前記基体から遠い位置に、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層を有し、該第２層よりも前記基体から遠い位置に、複数のＡｌ2Ｏ3粒子を含む第３層を有する、請求項１または２に記載のインサート。
  4. 　前記基体は、前記Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅを総量で１６～２５質量％含有する、請求項１～３のいずれかに記載のインサート。
  5. 　前記基体は、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ）で求められるＣｏの含有率が９９．０質量％以上である、請求項１～４のいずれかに記載のインサート。
  6. 　前記基体は、２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6／℃以上であり、
    　前記第２層は、圧縮応力が２５０～５００ＭＰａであり、
    　前記第３層は、２μｍ以上の厚みを有し、圧縮応力が４５０ＭＰａ以上であり、前記ＴｉＣＮ層よりも圧縮応力の値が大きい、請求項３～５のいずれかに記載のインサート。
  7. 　前記第３層は、厚みが２．５μｍ以上、８．０μｍ以下である、請求項３～６のいずれかに記載のインサート。
  8. 　前記第２層は、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項３～７のいずれかに記載のインサート。
  9. 　前記第３層の厚みは、前記第２層の厚みと前記第３層の厚みの和の０．２～０．４倍の範囲である、請求項３～８のいずれかに記載のインサート。
  10. 　第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～９のいずれかに記載のインサートと、を備えた切削工具。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7638381B2 (ja) * 2021-07-30 2025-03-03 京セラ株式会社 被覆工具および切削工具

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05230587A (ja) * 1992-02-20 1993-09-07 Mitsubishi Materials Corp サ−メット
JPH11511078A (ja) * 1995-07-24 1999-09-28 サンドビック アクティエボラーグ Ｃｖｄ被覆したチタニウム基炭窒化物切削工具インサート
JP2006281361A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Kyocera Corp 表面被覆部材および表面被覆切削工具
WO2008026700A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Kyocera Corporation Cutting tool, process for producing the same, and method of cutting
WO2010010648A1 (ja) * 2008-07-22 2010-01-28 日本特殊陶業株式会社 切削インサート及び切削工具
JP2011038174A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合焼結体
US20160160347A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 Kennametal Inc. Nanocomposite refractory coatings and applications thereof
JP5989930B1 (ja) 2014-11-27 2016-09-07 京セラ株式会社 サーメットおよび切削工具
JP2017035750A (ja) * 2015-08-10 2017-02-16 三菱マテリアル株式会社 耐塑性変形性、耐異常損傷性および耐摩耗性にすぐれたＴｉ基サーメット切削工具

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0615717B2 (ja) * 1987-07-28 1994-03-02 東芝タンガロイ株式会社 高靱性被覆材料及びその製造方法
US5958569A (en) * 1995-10-27 1999-09-28 Teledyne Industries, Inc. Anchored oxide coatings on hard metal cutting tools
US6017488A (en) * 1998-05-11 2000-01-25 Sandvik Ab Method for nitriding a titanium-based carbonitride alloy
SE530755C2 (sv) * 2006-03-03 2008-09-02 Sandvik Intellectual Property Belagt cermetskär och användning därav
US8080312B2 (en) * 2006-06-22 2011-12-20 Kennametal Inc. CVD coating scheme including alumina and/or titanium-containing materials and method of making the same
JP5560514B2 (ja) * 2009-12-25 2014-07-30 三菱マテリアル株式会社 硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具
CN101879612B (zh) * 2010-06-28 2011-12-07 株洲钻石切削刀具股份有限公司 用于钢材车削的硬质合金涂层刀片
CN108472749B (zh) * 2015-12-22 2020-01-17 京瓷株式会社 覆盖工具
CN105950937B (zh) * 2016-05-23 2018-01-16 株洲钻石切削刀具股份有限公司 一种硬质合金刀片及其制备方法
KR102331061B1 (ko) * 2016-08-22 2021-11-25 스미토모덴키고교가부시키가이샤 경질 재료 및 절삭 공구

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05230587A (ja) * 1992-02-20 1993-09-07 Mitsubishi Materials Corp サ−メット
JPH11511078A (ja) * 1995-07-24 1999-09-28 サンドビック アクティエボラーグ Ｃｖｄ被覆したチタニウム基炭窒化物切削工具インサート
JP2006281361A (ja) * 2005-03-31 2006-10-19 Kyocera Corp 表面被覆部材および表面被覆切削工具
WO2008026700A1 (en) * 2006-08-31 2008-03-06 Kyocera Corporation Cutting tool, process for producing the same, and method of cutting
WO2010010648A1 (ja) * 2008-07-22 2010-01-28 日本特殊陶業株式会社 切削インサート及び切削工具
JP2011038174A (ja) * 2009-08-17 2011-02-24 Sumitomo Electric Ind Ltd 複合焼結体
JP5989930B1 (ja) 2014-11-27 2016-09-07 京セラ株式会社 サーメットおよび切削工具
US20160160347A1 (en) * 2014-12-08 2016-06-09 Kennametal Inc. Nanocomposite refractory coatings and applications thereof
JP2017035750A (ja) * 2015-08-10 2017-02-16 三菱マテリアル株式会社 耐塑性変形性、耐異常損傷性および耐摩耗性にすぐれたＴｉ基サーメット切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20200128150A (ko) 2020-11-11
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CN111886096A (zh) 2020-11-03

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