WO2024261952A1 - 切削工具 - Google Patents

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WO2024261952A1
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residual stress
less
substrate
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将仁 引地
貴翔 山西
隆洋 山川
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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    • C23C28/04—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material
    • C23C28/044—Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D only coatings of inorganic non-metallic material coatings specially adapted for cutting tools or wear applications
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    • 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
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B2228/00—Properties of materials of tools or workpieces, materials of tools or workpieces applied in a specific manner
    • B23B2228/10—Coatings
    • B23B2228/105—Coatings with specified thickness

Definitions

  • This disclosure relates to cutting tools.
  • Patent Documents 1 to 6 cutting tools that have a substrate and a coating disposed on the substrate have been used for cutting.
  • the cutting tool of the present disclosure comprises: 1.
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating includes a first layer disposed on the substrate, a second layer disposed on the first layer, and a third layer disposed on the second layer; the first layer being made of titanium carbonitride; the second layer is made of aluminum oxide; the third layer is made of titanium carbonitride;
  • the residual stress X of the first layer and the residual stress Y of the second layer satisfy the relationship of Equation 1
  • the residual stress Y of the second layer and the residual stress Z of the third layer satisfy the relationship of Equation 2.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating one embodiment of a cutting tool according to the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a CVD (Chemical Vapor Deposition) apparatus used in manufacturing the cutting tool of the present disclosure.
  • CVD Chemical Vapor Deposition
  • a cutting tool in high-speed turning of steel with a low carbon content, which includes a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating including a first layer located on the substrate, a second layer located on the first layer, and a third layer located on the second layer, the first layer being made of titanium carbonitride, the second layer being made of aluminum oxide, and the third layer being made of titanium carbonitride.
  • the residual stress of the first layer is difficult to be sufficiently reduced, and therefore the "fracture resistance” may not be sufficient.
  • there are cases where wear is easily caused by micro-damage resulting from insufficient "fracture resistance” i.e., there are cases where "wear resistance” is insufficient). Therefore, there is a demand for a tool that combines excellent "wear resistance” and excellent “fracture resistance” to extend tool life, particularly in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the present disclosure therefore aims to provide a cutting tool that has a long tool life, especially in high-speed turning of steels with low carbon content.
  • the cutting tool of the present disclosure comprises: 1.
  • a cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating includes a first layer disposed on the substrate, a second layer disposed on the first layer, and a third layer disposed on the second layer; the first layer is made of titanium carbonitride; the second layer is made of aluminum oxide; the third layer is made of titanium carbonitride;
  • the residual stress X of the first layer and the residual stress Y of the second layer satisfy the relationship of Equation 1,
  • the residual stress Y of the second layer and the residual stress Z of the third layer satisfy the relationship of Equation 2.
  • the residual stress X of the first layer is preferably -1.0 GPa or more and -0.3 GPa or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the residual stress Y of the second layer is preferably -0.5 GPa or more and 0.1 GPa or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the residual stress Z of the third layer is preferably -1.0 GPa or more and -0.3 GPa or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the thickness of the first layer is preferably 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the thickness of the second layer is preferably 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the thickness of the third layer is preferably 2 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less. This makes it possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • a ⁇ B means the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is stated for A and only a unit is stated for B, the units of A and B are the same.
  • a cutting tool according to an embodiment of the present disclosure will be described with reference to FIG.
  • One embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as “the present embodiment") is A cutting tool 10 comprising a substrate 1 and a coating 2 disposed on the substrate 1,
  • the coating 2 includes a first layer 3 located on the substrate 1, a second layer 4 located on the first layer 3, and a third layer 5 located on the second layer 4,
  • the first layer 3 is made of titanium carbonitride
  • the second layer 4 is made of aluminum oxide
  • the third layer 5 is made of titanium carbonitride,
  • the residual stress X of the first layer 3 and the residual stress Y of the second layer 4 satisfy the relationship of Equation 1
  • the residual stress Y of the second layer 4 and the residual stress Z of the third layer 5 satisfy the relationship of Equation 2.
  • the residual stress X of the first layer 3 and the residual stress Y of the second layer 4 satisfy the relationship of Equation 1
  • the residual stress Y of the second layer 4 and the residual stress Z of the third layer 5 satisfy the relationship of Equation 2.
  • X ⁇ Y Formula 1 Z ⁇ Y Equation 2 This can improve fracture resistance because the residual stress on the substrate 1 side of the coating 2 is relatively low relative to the residual stress on the surface side of the coating 2. Furthermore, because the residual stress in the region sandwiched between the region on the substrate 1 side of the coating 2 and the region on the surface side of the coating 2 is relatively high, it becomes easier to suppress falling off due to welding of the second layer 4, which contributes to suppressing the progress of wear, particularly in high-speed turning of steel with a low carbon content, so that wear resistance can be improved.
  • cutting tool 1 can combine excellent "wear resistance” and excellent “fracture resistance,” making it possible to provide a cutting tool with a long tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • a cutting tool 10 includes a substrate 1 and a coating 2 disposed on the substrate 1.
  • the coating 2 preferably covers the entire surface of the substrate 1, but even if a part of the substrate 1 is not covered with the coating 2 or the configuration of the coating 2 is partially different, this does not deviate from the scope of this embodiment.
  • the coating 2 is preferably disposed so as to cover at least the surface of the part of the substrate 1 involved in cutting.
  • the part of the substrate 1 involved in cutting means, depending on the size and shape of the substrate 1, a region of the substrate 1 surrounded by the cutting edge ridge and a virtual surface whose distance from the cutting edge ridge to the substrate 1 side along the perpendicular to the tangent to the cutting edge ridge is, for example, 5 mm, 3 mm, 2 mm, 1 mm, or 0.5 mm.
  • the cutting tool 10 of this embodiment can be suitably used as a cutting tool 10 such as a drill, an end mill, an indexable cutting tip for a drill, an indexable cutting tip for an end mill, an indexable cutting tip for milling, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • a cutting tool 10 such as a drill, an end mill, an indexable cutting tip for a drill, an indexable cutting tip for an end mill, an indexable cutting tip for milling, an indexable cutting tip for turning, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, and a tap.
  • the substrate 1 is preferably any of the following: cemented carbide (WC-based cemented carbide, cemented carbide containing WC and Co, cemented carbide containing carbonitrides of Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, and diamond sintered body.
  • cemented carbide WC-based cemented carbide, cemented carbide containing WC and Co, cemented carbide containing carbonitrides of Ti, Ta, Nb, etc.
  • cermet mainly composed of TiC, TiN, TiCN, etc.
  • high-speed steel ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, and diamond
  • WC-based cemented carbide and cermets especially TiCN-based cermets.
  • These substrates 1 have an excellent balance of hardness and strength, especially at high temperatures, and when used as the substrate 1 of a cutting tool 10, they can contribute to extending the life of the cutting tool 10.
  • the coating 2 includes a first layer 3 located on the substrate 1, a second layer 4 located on the first layer 3, and a third layer 5 located on the second layer 4.
  • the coating 2 has the effect of improving various properties of the cutting tool 10, such as wear resistance and chipping resistance, and thereby extending the life of the cutting tool 10.
  • the coating 2 may include "other layers" (described later) in addition to the first layer 3, second layer 4, and third layer 5, as long as the effects of the present disclosure are not impaired.
  • the thickness of the coating 2 is preferably 6 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less. If the thickness of the coating 2 is less than 6 ⁇ m, the life of the cutting tool 10 tends to be shortened due to the coating 2 being too thin. On the other hand, if the thickness of the coating 2 exceeds 30 ⁇ m, chipping of the coating 2 tends to occur in the early stage of cutting, and the life of the cutting tool 10 tends to be shortened.
  • the thickness of the coating 3 can be measured by observing the cross section of the coating 2 using a scanning electron microscope (SEM).
  • the observation magnification of the cross section sample is set to 5,000 to 10,000 times, the observation area is set to 100 to 500 ⁇ m2 , the thickness width is measured at three points in one field of view, and the average value is taken as the "thickness". The same applies to the thickness of each layer described below unless otherwise specified.
  • the first layer 3 is made of titanium carbonitride.
  • "made of titanium carbonitride” means that in addition to titanium carbonitride, inevitable impurities can be contained, as long as the effects of the present disclosure are exhibited.
  • the inevitable impurities include chlorine atoms (Cl).
  • the total content of inevitable impurities in the first layer 3 is preferably greater than 0 mass% and less than 3 mass%.
  • the first layer 3 is made of titanium carbonitride is identified by X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX).
  • XRD X-ray diffraction
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the thickness of the first layer 3 is preferably 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. This allows both superior wear resistance and superior chipping resistance to be achieved, and therefore a cutting tool having a longer tool life can be provided, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the lower limit of the thickness of the first layer 3 is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 7 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the first layer 3 is preferably 15 ⁇ m or less, more preferably 13 ⁇ m or less, and even more preferably 11 ⁇ m or less.
  • the thickness of the first layer 3 is more preferably 5 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less, and even more preferably 7 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • the residual stress X of the first layer 3 is preferably -1.0 GPa or more and -0.3 GPa or less. This makes it easier to suppress the spread of damage when a minute chip occurs, so that a cutting tool having a longer tool life can be provided, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the lower limit of the residual stress X of the first layer 3 is preferably -1.0 GPa or more, more preferably -0.9 GPa or more, and even more preferably -0.8 GPa or more.
  • the upper limit of the residual stress X of the first layer 3 is preferably -0.3 GPa or less, more preferably -0.4 GPa or less, and even more preferably -0.5 GPa or less.
  • the residual stress X of the first layer 3 is more preferably -0.9 GPa or more and -0.4 GPa or less, and even more preferably -0.8 GPa or more and -0.5 GPa or less.
  • the residual stress X of the first layer 3 can be determined by measuring the first layer 3 using an X-ray residual stress device with the sin2 ⁇ method (see pages 54-66 of "X-Ray Stress Measurement Method" (Japan Society for Materials Science, published by Yokendo Co., Ltd. in 1981). The temperature during the measurement is room temperature (20°C). It has also been confirmed that there is no variation in the measurement results, even if the measurement location is arbitrarily selected, as long as the measurement is performed using the same cutting tool 10.
  • the second layer 4 is made of aluminum oxide.
  • "made of aluminum oxide” means that in addition to aluminum oxide, inevitable impurities can be contained, as long as the effect of the present disclosure is exhibited.
  • the inevitable impurities include chlorine atoms (Cl).
  • the total content of inevitable impurities in the second layer 4 is preferably greater than 0 mass% and less than 3 mass%.
  • the second layer 4 is made of aluminum oxide is identified by X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX).
  • XRD X-ray diffraction
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the thickness of the second layer 4 is preferably 3 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less. This makes it possible to achieve both better wear resistance and better chipping resistance, and therefore it is possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the lower limit of the thickness of the second layer 4 is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 5 ⁇ m or more, and even more preferably 7 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the second layer 4 is preferably 15 ⁇ m or less, more preferably 13 ⁇ m or less, and even more preferably 11 ⁇ m or less.
  • the thickness of the second layer 4 is more preferably 5 ⁇ m or more and 13 ⁇ m or less, and even more preferably 7 ⁇ m or more and 11 ⁇ m or less.
  • the residual stress Y of the second layer 4 is preferably -0.5 GPa or more and 0.1 GPa or less.
  • the lower limit of the residual stress Y of the second layer 4 is preferably -0.5 GPa or more, more preferably -0.4 GPa or more, and even more preferably -0.3 GPa or more.
  • the upper limit of the residual stress Y of the second layer 4 is preferably 0.1 GPa or less, more preferably 0 GPa or less, and even more preferably -0.1 GPa or less.
  • the residual stress Y of the second layer 4 is more preferably -0.4 GPa or more and 0 GPa or less, and even more preferably -0.3 GPa or more and -0.1 GPa or less.
  • the residual stress Y in the second layer 4 can be determined by a method similar to the method for measuring the residual stress X in the first layer 3, except that the measurement is performed on the second layer 4. It has been confirmed that, as long as the measurement is performed using the same cutting tool 10, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
  • the third layer 5 is made of titanium carbonitride.
  • "made of titanium carbonitride” means that in addition to titanium carbonitride, inevitable impurities can be contained as long as the effect of the present disclosure is exhibited.
  • the inevitable impurities include chlorine atoms (Cl).
  • the total content of inevitable impurities in the third layer 5 is preferably greater than 0 mass% and less than 3 mass%.
  • the third layer 5 is made of titanium carbonitride is identified by X-ray diffraction (XRD) and energy dispersive X-ray analysis (EDX).
  • XRD X-ray diffraction
  • EDX energy dispersive X-ray analysis
  • SIMS secondary ion mass spectrometry
  • the thickness of the third layer 5 is preferably 2 ⁇ m or more and 4 ⁇ m or less. This allows both superior fracture resistance and superior wear resistance to be achieved, and therefore a cutting tool having a longer tool life can be provided, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the lower limit of the thickness of the third layer 5 is preferably 2 ⁇ m or more, and more preferably 2.5 ⁇ m or more.
  • the upper limit of the thickness of the third layer 5 is preferably 4 ⁇ m or less, and more preferably 3.5 ⁇ m or less.
  • the thickness of the third layer 5 is more preferably 2.5 ⁇ m or more and 3.5 ⁇ m or less.
  • the residual stress Z of the third layer 5 is preferably -1.0 GPa or more and -0.3 GPa or less. This makes it possible to suppress the uneven occurrence of minute defects that are the starting points of wear, and therefore it is possible to provide a cutting tool with a longer tool life, especially in high-speed turning of steel with a low carbon content.
  • the lower limit of the residual stress Z of the third layer 5 is preferably -1.0 GPa or more, more preferably -0.9 GPa or more, and even more preferably -0.8 GPa or more.
  • the upper limit of the residual stress Z of the third layer 5 is preferably -0.3 GPa or less, more preferably -0.4 GPa or less, and even more preferably -0.5 GPa or less.
  • the residual stress Z of the third layer 5 is more preferably -0.9 GPa or more and -0.4 GPa or less, and even more preferably -0.8 GPa or more and -0.5 GPa or less.
  • the residual stress Z in the third layer 5 can be determined by a method similar to the method for measuring the residual stress X in the first layer 3, except that the measurement is performed on the third layer 5. It has been confirmed that, as long as the measurement is performed using the same cutting tool 10, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
  • Y-X is preferably 0.1 or more and 0.6 or less. This makes it more difficult for chipping to occur from the first layer 3 to the second layer 4, and the cutting tool 10 can have better chipping resistance.
  • Y-X is more preferably 0.15 or more and 0.55 or less, and even more preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
  • Y-Z is preferably 0.1 or more and 0.6 or less. This makes it less likely that excessive damage will occur to the second layer 4, and the cutting tool 10 can have better chipping resistance and better wear resistance.
  • Y-Z is more preferably 0.15 or more and 0.55 or less, and even more preferably 0.2 or more and 0.5 or less.
  • Examples of the other layers include an underlayer (not shown), an intermediate layer (not shown), and a surface layer (not shown).
  • the underlayer is a layer disposed between the substrate 1 and the first layer 3.
  • the surface layer is a layer located on the surface of the coating 2.
  • the intermediate layer is a layer disposed between the first layer 3 and the second layer 4, between the second layer 4 and the third layer 5, or both.
  • the intermediate layer is a thin adhesive layer such as TiCNO. Therefore, the intermediate layer does not affect the stress distribution.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an example of a CVD apparatus used in the manufacture of the cutting tool of this embodiment.
  • a method for manufacturing a cutting tool according to the present embodiment is the method for manufacturing the cutting tool according to the first embodiment, A first step of preparing a substrate; A second step of forming a coating on the substrate; and a third step of subjecting the coating to a blast treatment to obtain a cutting tool.
  • the second step includes, in this order, a step 2A of forming a first layer by a CVD method, a step 2B of forming a second layer by a CVD method, and a step 2C of forming a third layer by a CVD method.
  • a substrate is prepared.
  • the substrate may be the substrate described in the first embodiment.
  • a commercially available substrate may be used, or it may be manufactured by a general powder metallurgy method.
  • a general powder metallurgy method for example, WC powder and Co powder are mixed in a ball mill or the like to obtain a mixed powder.
  • the mixed powder is dried and then molded into a predetermined shape to obtain a green body.
  • the green body is then sintered to obtain a WC-Co-based cemented carbide (sintered body).
  • the sintered body is subjected to a predetermined cutting edge processing such as honing to manufacture a substrate made of a WC-Co-based cemented carbide.
  • Substrates other than those mentioned above can also be prepared as long as they are conventionally known as substrates of this type.
  • a coating is formed on the substrate to obtain a cutting tool.
  • the coating is formed, for example, by using a CVD apparatus shown in FIG. 2.
  • the CVD apparatus 30 includes a plurality of substrate setting jigs 31 for holding the substrate 1, and a heat-resistant alloy steel reaction vessel 32 that covers the substrate setting jigs 31.
  • a temperature control device 33 for controlling the temperature inside the reaction vessel 32 is provided around the reaction vessel 32.
  • the reaction vessel 32 is provided with a gas introduction pipe 35 having a gas introduction port 34.
  • the gas introduction pipe 35 is arranged to extend vertically in the internal space of the reaction vessel 32 in which the substrate setting jigs 31 are arranged, and is arranged to be rotatable about the vertical axis, and is provided with a plurality of ejection holes (through holes 36) for ejecting gas into the reaction vessel 32.
  • the first layer, second layer, and third layer that constitute the coating can be formed as follows.
  • the second step includes, in this order, a second step A in which a first layer is formed by a CVD method, a second step B in which a second layer is formed by a CVD method, and a third step C in which a third layer is formed by a CVD method.
  • the coating includes the "other layer” described in embodiment 1, the "other layer” can be formed by a conventionally known method.
  • Step 2A Step of forming first layer by CVD method>
  • the first layer is formed by a CVD method. More specifically, the substrate 1 is first placed in a substrate setting jig 31, and a source gas for the first layer is introduced into the reaction vessel 32 from a gas introduction pipe 35 while controlling the temperature and pressure in the reaction vessel 32 within a predetermined range. As a result, the first layer is formed on the substrate 1.
  • a mixed gas of TiCl4 , CH3CN , CO, N2 , HCl, and H2 is used as a source gas for the first layer.
  • the TiCl4 content in the mixed gas is preferably 8.0% by volume or more and 9.0% by volume or less.
  • the CH3CN content in the mixed gas is preferably 0.2% by volume or more and 1.0% by volume or less.
  • the CO content in the mixed gas is preferably 1.3% by volume or more and 2.0% by volume or less.
  • the N2 content in the mixed gas is preferably 8.0% by volume or more and 12.0% by volume or less.
  • the HCl content in the mixed gas is preferably 1.0% by volume or more and 3.0% by volume or less.
  • the temperature inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 800°C and 850°C, and the pressure inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 100 hPa and 120 hPa. It is preferable to rotate the gas introduction pipe 35 when introducing gas.
  • the state of the first layer can be changed by controlling each condition of the CVD method.
  • the thickness of the first layer can be controlled by adjusting the deposition time.
  • Step 2B Step of forming second layer by CVD method>
  • the second layer is formed by a CVD method. More specifically, the first cutting tool precursor having the first layer formed on the substrate is placed in a substrate setting jig 31, and a source gas for the second layer is introduced into the reaction vessel 32 from a gas introduction pipe 35 while controlling the temperature and pressure in the reaction vessel 32 within a predetermined range. This forms the second layer on the first layer.
  • a mixed gas of AlCl 3 , CO 2 , H 2 S, and H 2 is used as the source gas for the second layer.
  • the content of AlCl3 in the mixed gas is preferably 2.0% by volume or more and 2.5% by volume or less.
  • the content of CO2 in the mixed gas is preferably 2.5% by volume or more and 3.5% by volume or less.
  • the content of H2S in the mixed gas is preferably 0.5% by volume or more and 1.0% by volume or less.
  • the temperature inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 980°C and 1015°C, and the pressure inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 60 hPa and 75 hPa. It is preferable to rotate the gas introduction pipe 35 when introducing gas.
  • the state of the second layer can be changed by controlling each condition of the CVD method.
  • the thickness of the second layer can be controlled by adjusting the deposition time.
  • step 2C the third layer is formed by a CVD method. More specifically, first, a second cutting tool precursor having a first layer formed on a substrate and a second layer formed on the first layer is placed in a substrate setting jig 31, and a source gas for the third layer is introduced into the reaction vessel 32 from a gas introduction pipe 35 while controlling the temperature and pressure in the reaction vessel 32 within a predetermined range. In this way, the third layer is formed on the second layer.
  • a mixed gas of TiCl4 , CH3CN , CO, N2 , HCl, and H2 is used as a source gas for the third layer.
  • the TiCl4 content in the mixed gas is preferably 8.0% by volume or more and 9.0% by volume or less.
  • the CH3CN content in the mixed gas is preferably 0.2% by volume or more and 0.8% by volume or less.
  • the CO content in the mixed gas is preferably 1.3% by volume or more and 2.0% by volume or less.
  • the N2 content in the mixed gas is preferably 8.0% by volume or more and 12.0% by volume or less.
  • the HCl content in the mixed gas is preferably 1.0% by volume or more and 3.0% by volume or less.
  • the temperature inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 950°C and 1000°C, and the pressure inside the reaction vessel 32 is preferably controlled to be between 80 hPa and 100 hPa. It is preferable to rotate the gas introduction pipe 35 when introducing gas.
  • the state of the third layer can be changed by controlling each condition of the CVD method.
  • the thickness of the third layer can be controlled by adjusting the deposition time.
  • ⁇ Third step A step of obtaining a cutting tool by subjecting the coating to a blast treatment>
  • the coating is subjected to a blasting treatment to obtain a cutting tool.
  • blasting refers to a treatment in which a large number of small spheres (media) of steel or non-ferrous metal (e.g., ceramics) are collided (projected) at high speed against the surface of the coating, such as the rake face, to change various properties of the surface, such as residual stress.
  • Types of media include, for example, ceramics, zirconia, alumina, etc.
  • the average particle size of the media is, for example, 5 ⁇ m or more and 15 ⁇ m or less.
  • the density of the projected media is 100 g/min or more and 350 g/min or less. It is preferable that the density of the projected media is 100 g/min or more and 250 g/min or less.
  • the distance between the projection unit that projects the media and the surface of the coating (hereinafter referred to as the "projection distance") is 30 mm or more and 55 mm or less. It is preferable that the projection distance is 30 mm or more and 40 mm or less.
  • the projection angle of the media is 45° relative to the coating surface.
  • the pressure applied to the media when projecting (hereinafter also referred to as "projection pressure") is preferably 0.10 MPa or more and 0.50 MPa or less.
  • the blast processing time is preferably between 15 and 30 seconds.
  • the above-mentioned blasting conditions can be adjusted appropriately to suit the composition of the coating.
  • the cutting tool obtained by the above manufacturing method is a cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate, the coating including a first layer located on the substrate, a second layer located on the first layer, and a third layer located on the second layer, the first layer being made of titanium carbonitride, the second layer being made of aluminum oxide, and the third layer being made of titanium carbonitride, a residual stress X of the first layer and a residual stress Y of the second layer satisfying the relationship of Equation 1, and a residual stress Y of the second layer and a residual stress Z of the third layer satisfying the relationship of Equation 2.
  • X ⁇ Y Formula 1 Z ⁇ Y Equation 2 The reasons for this are presumed to be as follows.
  • the cutting tool manufacturing method of this embodiment is characterized in that, in particular, in step 2C, a third layer located on the second layer is formed, and in step 3, fine media having an average particle size of 5 to 15 ⁇ m is used, the concentration of the projected media is 100 g/min to 350 g/min, the projection angle is 45° with respect to the surface of the coating, and the projection distance is 30 mm to 55 mm.
  • the concentration of the media is low, it is easy to increase the projection speed of the media, and stress is easily introduced to the substrate side of the coating.
  • the projection distance is close, it is possible to differentiate the stress of the third layer from the stress of the second layer.
  • the residual stress X of the first layer and the residual stress Y of the second layer satisfy the relationship of formula 1 above, and the residual stress Y of the second layer and the residual stress Z of the third layer can satisfy the relationship of formula 2 above.
  • a cemented carbide replaceable cutting tip tip (shape: CNMG120408N-UX, manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corp.) having a composition consisting of TaC (2.0 mass%), Co (11.0 mass%) and WC (balance) (but containing unavoidable impurities) was prepared.
  • ⁇ Second step> A first layer was formed on the substrate by CVD under the following conditions so that the composition of the first layer was as shown in Tables 3 and 4 (step 2A). The deposition time was appropriately adjusted so that the first layer had a thickness as shown in Tables 3 and 4. (Conditions of Step 2A) TiCl4 content in mixed gas: 8.0 to 9.0% by volume Content of CH 3 CN in mixed gas: 0.2 to 1.0% by volume CO content in mixed gas: 1.3 to 2.0% by volume N2 content in mixed gas: 8.0 to 12.0% by volume ⁇ HCl content in mixed gas: 1.0 to 3.0% by volume H2 content in mixed gas: balance Temperature: 800-850°C ⁇ Pressure: 100-120hPa
  • a second layer was formed on the first layer by CVD under the following conditions so that the composition of the second layer was as shown in Tables 3 and 4 (step 2B).
  • the deposition time was appropriately adjusted so that the second layer had a thickness as shown in Tables 3 and 4.
  • AlCl3 content in mixed gas 2.0-2.5% by volume ⁇ CO2 content in mixed gas: 2.5-3.5% by volume
  • H 2 S content in mixed gas 0.5 to 1.0% by volume H2 content in mixed gas: balance Temperature: 980-1015°C Pressure: 60-75hPa
  • a third layer was formed on the second layer by a CVD method under the following conditions so that the composition of the third layer was as shown in Tables 3 and 4 (step 2C).
  • the deposition time was appropriately adjusted so that the third layer had a thickness as shown in Tables 3 and 4.
  • TiCl4 content in mixed gas 8.0 to 9.0% by volume Content of CH 3 CN in mixed gas: 0.2 to 0.8% by volume CO content in mixed gas: 1.3 to 2.0% by volume N2 content in mixed gas: 8.0 to 12.0% by volume ⁇ HCl content in mixed gas: 1.0 to 3.0% by volume H2 content in mixed gas: balance Temperature: 950-1000°C ⁇ Pressure: 80-100hPa
  • ⁇ Third step> A blasting treatment was performed on the surface of the cutting tool on which the first layer, the second layer, and the third layer were formed (in other words, the cutting tool on which the coating was formed) under the conditions shown in Tables 1 and 2.
  • composition of the first layer of each sample cutting tool was determined by the method described in embodiment 1. The results obtained are shown in the "Composition” column of the “First Layer” column in Tables 3 and 4. When “TiCN” is written in the “Composition” column of the “First Layer” column in Tables 3 and 4, it means that the first layer is made of titanium carbonitride.
  • composition of the second layer was determined by the method described in embodiment 1. The results obtained are shown in the "Composition” column of the “Second Layer” column in Tables 3 and 4. When “Al 2 O 3 " is written in the "Composition” column of the “Second Layer” column in Tables 3 and 4, it means that the second layer is made of aluminum oxide.
  • composition of the third layer was determined by the method described in embodiment 1. The results obtained are shown in the "Composition” column of the “Third Layer” column in Tables 3 and 4. When “TiCN” is written in the “Composition” column of the “Third Layer” column in Tables 3 and 4, it means that the third layer is made of titanium carbonitride.
  • Cutting tests were performed using the cutting tools of each sample under the following cutting conditions.
  • the tool life was measured as the time until damage progressed due to a combination of rake face wear and minor chipping, and chipping due to the progress of rake face wear or chipping from the ridge line occurred.
  • the results are shown in the "Tool life [min]" column of Tables 3 and 4.
  • Work material SCM420H (round bar) Processing: Round bar external diameter turning Cutting speed: 400 m/min Feed rate: 0.3 mm/rev Depth of cut: 2.0 mm
  • Cutting fluid Water-soluble cutting fluid The above cutting conditions correspond to those for high speed turning of steels with low carbon content.
  • Cutting tools according to samples 1 to 31 correspond to examples.
  • Cutting tools according to samples 101 to 104 correspond to comparative examples. From the results in Tables 3 and 4, it was found that cutting tools according to samples 1 to 31 have a longer tool life than cutting tools according to samples 101 to 104, even in high-speed turning of steel with a low carbon content.

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Abstract

切削工具は、基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、前記被膜は、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、前記第１層は、炭窒化チタンからなり、前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、前記第３層は、炭窒化チタンからなり、前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、前記第２層の前記残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす、切削工具。

Description

切削工具
　本開示は、切削工具に関する。
　従来から、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具が、切削加工に用いられている（特許文献１～特許文献６）。
特開２０２０－０３７１５０号公報 特開２０２０－１１６６４５号公報 国際公開第２００９／１１２１１６号 国際公開第２０２２／２４４２４１号 国際公開第２０２２／２４４２４２号 国際公開第２０２２／２４４２４３号
　本開示の切削工具は、
　基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　該被膜は、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、
　該第１層は、炭窒化チタンからなり、
　該第２層は、酸化アルミニウムからなり、
　該第３層は、炭窒化チタンからなり、
　該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
　該第２層の該残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
図１は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。 図２は、本開示の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の一例の模式的な断面図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　近年、工具寿命の向上への要求が益々高まっており、特に、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工において、工具寿命の更なる向上が求められている。炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においての工具寿命の更なる向上に重要な要素として、「耐摩耗性」と「耐欠損性」とが挙げられる。また、耐摩耗性を向上する観点で、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工において、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなる、切削工具が用いられている。しかしながら、この様な被膜においては、第１層の残留応力が十分に低くなり難い関係で、「耐欠損性」が十分でない場合があった。また、「耐欠損性」が十分でないことに起因して生じる微小な損傷によって、摩耗が生じ易い場合あった（すなわち、「耐摩耗性」が十分でない場合があった）。その為、優れた「耐摩耗性」と優れた「耐欠損性」とを兼備させることにより、特に、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、工具寿命を延長することが求められている。
　そこで、本開示は、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の切削工具は、
　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
　前記被膜は、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、
　前記第１層は、炭窒化チタンからなり、
　前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、
　前記第３層は、炭窒化チタンからなり、
　前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
　前記第２層の前記残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
　本開示によれば、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（２）上記（１）において、前記第１層の前記残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（３）上記（１）または（２）において、前記第２層の前記残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（４）上記（１）から（３）のいずれかにおいて、前記第３層の前記残留応力Ｚは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（５）上記（１）から（４）のいずれかにおいて、前記第１層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（６）上記（１）から（５）のいずれかにおいて、前記第２層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（７）上記（１）から（６）のいずれかにおいて、前記第３層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。これによって、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　［実施形態１：切削工具］
　本開示の一実施形態に係る切削工具について、図１を用いて説明する。
　本開示の一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す。）は、
　基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える切削工具１０であって、
　該被膜２は、該基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含み、
　該第１層３は、炭窒化チタンからなり、
　該第２層４は、酸化アルミニウムからなり、
　該第３層５は、炭窒化チタンからなり、
　該第１層３の残留応力Ｘと、該第２層４の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
　該第２層４の該残留応力Ｙと、該第３層５の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
　本開示によれば、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。その理由は、以下の通りと推察される。
　第１層３の残留応力Ｘと、第２層４の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
　該第２層４の該残留応力Ｙと、第３層５の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
これによって、被膜２の基材１側の残留応力と、被膜２の表面側の残留応力とが相対的に低くなる関係で、耐欠損性が向上し得る。また、被膜２の基材１側の領域と、被膜２の表面側の領域とによって挟まれた領域の残留応力が相対的に高くなる関係で、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工において、摩耗進展の抑制に寄与する第２層４の溶着による脱落を抑制し易くなる為、耐摩耗性が向上し得る。
　すなわち、本開示によれば、切削工具１が優れた「耐摩耗性」と優れた「耐欠損性」とを兼備することができる為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。
　≪切削工具≫
　図１に示されるように、本開示の一実施の形態に係る切削工具１０は、基材１と、該基材１上に配置された被膜２と、を備える。被膜２は、基材１の全面を被覆することが好ましいが、基材１の一部が該被膜２で被覆されていなかったり、該被膜２の構成が部分的に異なっていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。基材１の一部が該被膜２で被覆されていない場合においては、該被膜２は、基材１の少なくとも切削に関与する部分の表面を覆う様に配置されていることが好ましい。本明細書において、基材１の切削に関与する部分とは、基材１の大きさや形状にもよるが、基材１において、その刃先稜線と、該刃先稜線から基材１側へ、該刃先稜線の接線の垂線に沿う距離が、例えば、５ｍｍ、３ｍｍ、２ｍｍ、１ｍｍ、０．５ｍｍのいずれかである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
　本実施形態の切削工具１０は、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップ等の切削工具１０として好適に使用することができる。
　≪基材≫
　基材１としては、この種の基材１として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。例えば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣおよびＣｏを含む超硬合金、更にＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加した超硬合金など）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの）、高速度鋼、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム等）、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。
　これらの各種基材１の中でも、特にＷＣ基超硬合金、サーメット（特にＴｉＣＮ基サーメット）を選択することが好ましい。これらの基材１は、特に高温における硬度と強度とのバランスに優れるため、切削工具１０の基材１として用いた場合に、該切削工具１０の長寿命化に寄与することができる。
　≪被膜≫
　被膜２は、基材１上に位置する第１層３と、該第１層３上に位置する第２層４と、該第２層４上に位置する第３層５と、を含む。被膜２は、基材１を被覆することにより、切削工具１０の耐摩耗性や耐チッピング性等の諸特性を向上させ、切削工具１０の長寿命化をもたらす作用を有する。なお、被膜２は、本開示の効果を損なわない範囲で、第１層３、第２層４、および第３層５に加えて、後述する「他の層」を含むことができる。
　被膜２の厚みは、６μｍ以上３０μｍ以下であることが好ましい。被膜２の厚みが６μｍ未満であると、被膜２の厚みが薄すぎることに起因して、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。一方、被膜２の厚みが３０μｍ超であると、切削初期において被膜２のチッピングが生じ易くなり、切削工具１０の寿命が短くなり易い傾向がある。被膜３の厚みは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて被膜２の断面を観察することにより測定することができる。具体的には、断面サンプルの観察倍率を５，０００～１０，０００倍とし、観察面積を１００～５００μｍ２として、１視野において３箇所の厚み幅を測定し、その平均値を「厚み」とする。後述の各層の厚みについても、特に記載のない限り同様である。
　＜第１層＞
　＜第１層の組成＞
　第１層３は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第１層３における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
　第１層３が炭窒化チタンからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。第１層３における不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第１層の構造＞
　第１層３の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することができる為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第１層３の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第１層３の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
　＜第１層の残留応力＞
　第１層３の残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、微小な欠損が発生した際に損傷の拡大を抑制し易くなる為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第１層３の残留応力Ｘの下限は、－１．０ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．９ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘの上限は、－０．３ＧＰａ以下であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第１層３の残留応力Ｘは、－０．９ＧＰａ以上－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
　第１層３の残留応力Ｘは、第１層３に対し、Ｘ線残留応力装置を用いてｓｉｎ２ψ法（「Ｘ線応力測定法」（日本材料学会、１９８１年株式会社養賢堂発行）の５４～６６頁参照）で測定を実行することにより特定できる。なお、該測定において、温度は室温（２０℃）である。また、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第２層＞
　＜第２層の組成＞
　第２層４は、酸化アルミニウムからなる。ここで「酸化アルミニウムからなる」とは、本開示の効果を示す限り、酸化アルミニウムに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第２層４における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
　第２層４が酸化アルミニウムからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。第２層４において、不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第２層の構造＞
　第２層４の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐摩耗性とより優れた耐欠損性とを両立することが可能である為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の厚みの下限は、３μｍ以上であることが好ましく、５μｍ以上であることがより好ましく、７μｍ以上であることが更に好ましい。第２層４の厚みの上限は、１５μｍ以下であることが好ましく、１３μｍ以下であることがより好ましく、１１μｍ以下であることが更に好ましい。第２層４の厚みは、５μｍ以上１３μｍ以下であることがより好ましく、７μｍ以上１１μｍ以下であることが更に好ましい。
　＜第２層の残留応力＞
　第２層４の残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、適度に残留応力が導入されることで、アルミナの組織を破壊され難い関係で、耐欠損性が向上され得る為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第２層４の残留応力Ｙの下限は、－０．５ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙの上限は、０．１ＧＰａ以下であることが好ましく、０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第２層４の残留応力Ｙは、－０．４ＧＰａ以上０ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．３ＧＰａ以上－０．１ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
　第２層４の残留応力Ｙは、第２層４に対し測定が実行される点を除いては、第１層３の残留応力Ｘの測定方法と同様の方法により特定することができる。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第３層＞
　＜第３層の組成＞
　第３層５は、炭窒化チタンからなる。ここで「炭窒化チタンからなる」とは、本開示の効果を示す限り、炭窒化チタンに加えて、不可避不純物を含むことができることを意味する。該不可避不純物としては、例えば、塩素原子（Ｃｌ）等が挙げられる。第３層５における不可避不純物全体の含有率は、０質量％より大きく、３質量％未満であることが好ましい。
　第３層５が炭窒化チタンからなることは、Ｘ線回折法（ＸＲＤ）およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により特定される。第３層５において、不可避不純物の含有率は、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）により測定される。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第３層の構造＞
　第３層５の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下であることが好ましい。これによって、より優れた耐欠損性とより優れた耐摩耗性との両立が可能である為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の厚みの下限は、２μｍ以上であることが好ましく、２．５μｍ以上であることがより好ましい。第３層５の厚みの上限は、４μｍ以下であることが好ましく、３．５μｍ以下であることがより好ましい。第３層５の厚みは、２．５μｍ以上３．５μｍ以下であることがより好ましい。
　＜第３層の残留応力＞
　第３層５の残留応力Ｚは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下であることが好ましい。これによって、摩耗の起点となる微小な欠損が不均一に発生することを抑制出来る為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、より長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。第３層５の残留応力Ｚの下限は、－１．０ＧＰａ以上であることが好ましく、－０．９ＧＰａ以上であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚの上限は、－０．３ＧＰａ以下であることが好ましく、－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。第３層５の残留応力Ｚは、－０．９ＧＰａ以上－０．４ＧＰａ以下であることがより好ましく、－０．８ＧＰａ以上－０．５ＧＰａ以下であることが更に好ましい。
　第３層５の残留応力Ｚは、第３層５に対し測定が実行される点を除いては、第１層３の残留応力Ｘの測定方法と同様の方法により特定することができる。なお、同一の切削工具１０で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。
　＜第１層と第２層と第３層との関係＞
　第１層３の残留応力Ｘと、第２層４の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
　該第２層４の該残留応力Ｙと、第３層５の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
これによって、切削工具１０は、優れた耐摩耗性と優れた耐欠損性とを兼備することができる為、特に炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を発揮することが可能である。
　Ｙ－Ｘは、０．１以上０．６以下であることが好ましい。これによって、第１層３から第２層４にかけてチッピングがより生じ難くなる為、切削工具１０は、より優れた耐欠損性を備えることができる。Ｙ－Ｘは、０．１５以上０．５５以下であることがより好ましく、０．２以上０．５以下であることが更に好ましい。
　Ｙ－Ｚは、０．１以上０．６以下であることが好ましい。これによって、第２層４の過剰な破壊がより生じ難くなる為、切削工具１０は、より優れた耐欠損性と、より優れた耐摩耗性とを備えることができる。Ｙ－Ｚは、０．１５以上０．５５以下であることがより好ましく、０．２以上０．５以下であることが更に好ましい。
　＜他の層＞
　他の層としては、例えば、下地層（図示なし）、中間層（図示なし）、および表面層（図示なし）等を挙げることができる。下地層は、基材１と第１層３との間に配置される層である。表面層は、被膜２の表面に位置する層である。中間層は、第１層３と第２層４との間、第２層４と第３層５との間、またはその両方に配置される層である。なお、中間層は、ＴｉＣＮＯなどの薄い密着層である。その為、中間層は、応力分布に影響しない。
　［実施形態２：切削工具の製造方法］
　本実施形態の切削工具の製造方法について図２を用いて説明する。図２は、本実施形態の切削工具の製造に用いられるＣＶＤ装置の一例の概略的な断面図である。
　本実施形態の切削工具の製造方法は、実施形態１に記載の切削工具の製造方法であって、
　基材を準備する第１工程と、
　該基材上に被膜を形成する第２工程と、
　該被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る第３工程と、を備え、
　該第２工程は、ＣＶＤ法により第１層を形成する第２Ａ工程と、ＣＶＤ法により第２層を形成する第２Ｂ工程と、ＣＶＤ法により第３層を形成する第２Ｃ工程と、をこの順で含む。各工程の詳細について、以下に説明する。
　≪第１工程≫
　第１工程では、基材を準備する。基材は、実施形態１に記載の基材を用いることができる。
　例えば、基材として超硬合金を用いる場合は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってＷＣ粉末とＣｏ粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金（焼結体）を得る。次に、該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金からなる基材を製造することができる。上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。
　≪第２工程≫
　第２工程では、上記基材上に被膜を形成して切削工具を得る。被膜の形成は、例えば図２に示されるＣＶＤ装置を用いて行う。ＣＶＤ装置３０は、基材１を保持するための基材セット治具３１の複数と、基材セット治具３１を覆う耐熱合金鋼製の反応容器３２とを備えている。また、反応容器３２の周囲には、反応容器３２内の温度を制御するための調温装置３３が設けられている。反応容器３２にはガス導入口３４を有するガス導入管３５が設けられている。ガス導入管３５は、基材セット治具３１が配置される反応容器３２の内部空間において、鉛直方向に延在し該鉛直方向を軸に回転可能に配置されており、またガスを反応容器３２内に噴出するための複数の噴出孔（貫通孔３６）が設けられている。このＣＶＤ装置３０を用いて、次のようにして上記被膜を構成する、第１層、第２層、および第３層を形成することができる。
　第２工程は、ＣＶＤ法により第１層を形成する第２Ａ工程と、ＣＶＤ法により第２層を形成する第２Ｂ工程と、ＣＶＤ法により第３層を形成する第２Ｃ工程と、をこの順で含む。被膜が、実施形態１に記載の「他の層」を含む場合は、該「他の層」は従来公知の方法で形成することができる。
　＜第２Ａ工程：ＣＶＤ法により第１層を形成する工程＞
　第２Ａ工程では、ＣＶＤ法により第１層を形成する。より具体的には、まず、基材１を基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、第１層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、基材１上に第１層が形成される。
　第１層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、ＨＣｌ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
　混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率は、８．０体積％以上９．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率は、０．２体積％以上１．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、１．３体積％以上２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＮ２の含有率は、８．０体積％以上１２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨＣｌの含有率は、１．０体積％以上３．０体積％以下であることが好ましい。
　反応容器３２内の温度は８００℃以上８５０℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は１００ｈＰａ以上１２０ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましい。
　上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、第１層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第１層の厚みが制御される。
　＜第２Ｂ工程：ＣＶＤ法により第２層を形成する工程＞
　第２Ｂ工程では、ＣＶＤ法により第２層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成された第１切削工具前駆体を、基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、第２層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、第１層上に第２層が形成される。
　第２層用の原料ガスとしては、ＡｌＣｌ３、ＣＯ２、Ｈ２Ｓ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
　混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率は、２．０体積％以上２．５体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯ２の含有率は、２．５体積％以上３．５体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率は、０．５体積％以上１．０体積％以下であることが好ましい。
　反応容器３２内の温度は９８０℃以上１０１５℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は６０ｈＰａ以上７５ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましい。
　上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、第２層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第２層の厚みが制御される。
　＜第２Ｃ工程：ＣＶＤ法により第３層を形成する工程＞
　第２Ｃ工程では、ＣＶＤ法により第３層を形成する。より具体的には、まず、基材上に第１層が形成され、且つ該第１層上に第２層が形成された第２切削工具前駆体を、基材セット治具３１に配置し、反応容器３２内の温度および圧力を所定の範囲に制御しながら、第３層用の原料ガスをガス導入管３５から反応容器３２内に導入させる。これにより、第２層上に第３層が形成される。
　第３層用の原料ガスとしては、ＴｉＣｌ４、ＣＨ３ＣＮ、ＣＯ、Ｎ２、ＨＣｌ、およびＨ２の混合ガスが用いられる。
　混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率は、８．０体積％以上９．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率は、０．２体積％以上０．８体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＣＯの含有率は、１．３体積％以上２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＮ２の含有率は、８．０体積％以上１２．０体積％以下であることが好ましい。混合ガスにおけるＨＣｌの含有率は、１．０体積％以上３．０体積％以下であることが好ましい。
　反応容器３２内の温度は９５０℃以上１０００℃以下に制御されることが好ましく、反応容器３２内の圧力は８０ｈＰａ以上１００ｈＰａ以下に制御されることが好ましい。なお、ガス導入時、ガス導入管３５を回転させることが好ましい。
　上記製造方法に関し、ＣＶＤ法の各条件を制御することによって、第３層の態様が変化する。例えば、成膜時間を調整することにより、第３層の厚みが制御される。
　＜第３工程：被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る工程＞
　第３工程では、被膜に対しブラスト処理を行うことで切削工具を得る。ここで、「ブラスト処理」とは、鋼鉄または非鉄金属（例えば、セラミックス）等の多数の小さな球体（メディア）を高速で、すくい面等の被膜の表面に衝突させる（投射させる）ことで該表面の残留応力等の諸性質を変化させる処理を意味する。
　メディアの種類としては、例えば、セラミックス、ジルコニア、アルミナ等が挙げられる。
　メディアの平均粒径は、例えば、５μｍ以上１５μｍ以下である。
　投射されるメディアの濃度は、１００ｇ／分以上３５０ｇ／分以下である。投射されるメディアの濃度は、１００ｇ／分以上２５０ｇ／分以下であることが好ましい。
　メディアを投射する投射部と被膜の表面との距離（以下、「投射距離」とも記す。）は、３０ｍｍ以上５５ｍｍ以下である。投射距離は、３０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であることが好ましい。
　メディアの投射角度は、被膜の表面に対して４５°である。
　投射する際に上記メディアに加わる圧力（以下、「投射圧」とも記す。）は、０．１０ＭＰａ以上０．５０ＭＰａ以下であることが好ましい。
　ブラストの処理時間は、１５秒以上３０秒以下であることが好ましい。
　上述したブラスト処理の各条件は、上記被膜の構成に合わせて適宜調整することが可能である。
　＜その他の工程＞
　本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、本実施形態の効果を損なわない範囲で追加工程を適宜行ってもよい。
　＜本実施形態の切削工具の製造方法の特徴＞
　上記の製造方法で得られた切削工具は、基材と、該基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、該被膜は、該基材上に位置する第１層と、該第１層上に位置する第２層と、該第２層上に位置する第３層と、を含み、該第１層は、炭窒化チタンからなり、該第２層は、酸化アルミニウムからなり、該第３層は、炭窒化チタンからなり、該第１層の残留応力Ｘと、該第２層の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、該第２層の該残留応力Ｙと、該第３層の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす、切削工具を製造することができる。
　Ｘ＜Ｙ　　式１
　Ｚ＜Ｙ　　式２
その理由は以下の通りと推察される。
　本実施形態の切削工具の製造方法は、特に、第２Ｃ工程で、第２層上に位置する第３層が形成された上で、第３工程で、平均粒径５～１５μｍの微細なメディアを用いて、投射されるメディアの濃度を１００ｇ／分以上３５０ｇ／分以下とし、且つ投射角度を被膜の表面に対して４５°とし、且つ投射距離を３０ｍｍ以上５５ｍｍ以下とすることにより実行されることを特徴とする。微細なメディアを投射角度４５°方向から投射することで、被膜の表面側に応力が導入され易くなる。また、メディアの濃度が薄い為、メディアの投射速度を上げ易いことから、被膜の基材側に応力が導入され易くなる。また、投射距離が近い為、第３層の応力と第２層の応力とに差をつけることが可能となる。以上により、第１層の残留応力Ｘと、第２層の残留応力Ｙとは、上記式１の関係を満たし、該第２層の該残留応力Ｙと、第３層の残留応力Ｚとは、上記式２の関係を満たすことが可能となる。このことは、本発明者らが鋭意検討の結果、新たに見いだしたものである。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　≪切削工具の作製≫
　以下の様にして、試料１～３１、１０１～１０４に係る切削工具を作製した。
　＜第１工程＞
　基材として、ＴａＣ（２．０質量％）、Ｃｏ（１１．０質量％）およびＷＣ（残部）からなる組成（ただし不可避不純物を含む）の超硬合金製刃先交換型切削チップ（形状：住友電工ハードメタル株式会社製、ＣＮＭＧ１２０４０８Ｎ－ＵＸ）を準備した。
　＜第２工程＞
　第１層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記基材上に第１層を形成した（第２Ａ工程）。成膜時間は、第１層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
　（第２Ａ工程の条件）
　・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
　・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～１．０体積％
　・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
　・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
　・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
　・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
　・温度：８００～８５０℃
　・圧力：１００～１２０ｈＰａ
　次に、第２層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記第１層上に第２層を形成した（第２Ｂ工程）。成膜時間は、第２層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
　（第２Ｂ工程の条件）
　・混合ガスにおけるＡｌＣｌ３の含有率：２．０～２．５体積％
　・混合ガスにおけるＣＯ２の含有率：２．５～３．５体積％
　・混合ガスにおけるＨ２Ｓの含有率：０．５～１．０体積％
　・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
　・温度：９８０～１０１５℃
　・圧力：６０～７５ｈＰａ
　次に、第３層の組成が表３および表４に記載の通りとなる様に、以下の条件で、ＣＶＤ法により、上記第２層上に第３層を形成した（第２Ｃ工程）。成膜時間は、第３層が表３および表４に記載の厚みとなる様に適宜調製した。
　（第２Ｃ工程の条件）
　・混合ガスにおけるＴｉＣｌ４の含有率：８．０～９．０体積％
　・混合ガスにおけるＣＨ３ＣＮの含有率：０．２～０．８体積％
　・混合ガスにおけるＣＯの含有率：１．３～２．０体積％
　・混合ガスにおけるＮ２の含有率：８．０～１２．０体積％
　・混合ガスにおけるＨＣｌの含有率：１．０～３．０体積％
　・混合ガスにおけるＨ２の含有率：残り
　・温度：９５０～１０００℃
　・圧力：８０～１００ｈＰａ
　＜第３工程＞
　第１層、第２層、および第３層が形成された切削工具（言い換えれば、被膜が形成された切削工具）の表面に対し、表１および表２に記載の条件でブラスト処理を実行した。
　以上の手順によって、試料１～３１、１０１～１０４に係る切削工具を作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　≪切削工具の特性評価≫
　＜第１層の組成＞
　各試料に係る切削工具について、第１層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第１層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第１層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
　＜第１層の残留応力Ｘ＞
　各試料に係る切削工具について、第１層の残留応力Ｘを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「Ｘ［ＧＰａ］」の欄に記す。
　＜第２層の組成＞
　各試料に係る切削工具について、第２層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第２層」の欄の「組成」の欄に、「Ａｌ２Ｏ３」と記載されている場合、第２層は、酸化アルミニウムからなることを意味する。
　＜第２層の残留応力Ｙ＞
　各試料に係る切削工具について、第２層の残留応力Ｙを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「Ｙ［ＧＰａ］」の欄に記す。
　＜第３層の組成＞
　各試料に係る切削工具について、第３層の組成を実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に記す。表３および表４の「第３層」の欄の「組成」の欄に、「ＴｉＣＮ」と記載されている場合、第３層は、炭窒化チタンからなることを意味する。
　＜第３層の残留応力Ｚ＞
　各試料に係る切削工具について、第３層の残留応力Ｚを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「Ｚ［ＧＰａ］」の欄に記す。
　＜被膜の厚み＞
　各試料に係る切削工具について、被膜の厚みを実施形態１に記載の方法により求めた。得られた結果を、表３および表４の「被膜」の欄の「厚み［μｍ］」の欄に記す。
　＜切削試験＞
　各試料に係る切削工具を用いて、以下の切削条件により、切削試験を実行した。すくい面摩耗と軽微な欠損とが複合して損傷が進展し、すくい面摩耗進展による欠損もしくは稜線部分からの欠損が発生する時間を工具寿命として測定した。得られた結果を、表３および表４の「工具寿命［分］」の欄に記す。
　（切削条件）
　被削材：ＳＣＭ４２０Ｈ（丸棒）
　加工：丸棒外径旋削
　切削速度：４００ｍ／分
　送り量：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
　切り込み量：２．０ｍｍ
　切削液：水溶性切削液
　上記の切削条件は、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工の切削条件に該当する。
　試料１～３１に係る切削工具は実施例に該当する。試料１０１～１０４に係る切削工具は比較例に該当する。表３および表４の結果から、試料１～３１に係る切削工具は、試料１０１～１０４に係る切削工具に比して、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有することが分かった。
　以上により、試料１～３１に係る切削工具は、炭素含有量の少ない鋼の高速旋削加工においても、長い工具寿命を有することが分かった。
　以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　基材、２　被膜、３　第１層、４　第２層、５　第３層、１０　切削工具、３０　ＣＶＤ装置、　３１　基材セット治具、　３２　反応容器、　３３　調温装置、　３４　ガス導入口、　３５　ガス導入管、　３６　貫通孔

Claims (7)

  1. 　基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
    　前記被膜は、前記基材上に位置する第１層と、前記第１層上に位置する第２層と、前記第２層上に位置する第３層と、を含み、
    　前記第１層は、炭窒化チタンからなり、
    　前記第２層は、酸化アルミニウムからなり、
    　前記第３層は、炭窒化チタンからなり、
    　前記第１層の残留応力Ｘと、前記第２層の残留応力Ｙとは、式１の関係を満たし、
    　前記第２層の前記残留応力Ｙと、前記第３層の残留応力Ｚとは、式２の関係を満たす、切削工具。
    　Ｘ＜Ｙ　　式１
    　Ｚ＜Ｙ　　式２
  2. 　前記第１層の前記残留応力Ｘは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下である、請求項１に記載の切削工具。
  3. 　前記第２層の前記残留応力Ｙは、－０．５ＧＰａ以上０．１ＧＰａ以下である、請求項１または請求項２に記載の切削工具。
  4. 　前記第３層の前記残留応力Ｚは、－１．０ＧＰａ以上－０．３ＧＰａ以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の切削工具。
  5. 　前記第１層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の切削工具。
  6. 　前記第２層の厚みは、３μｍ以上１５μｍ以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の切削工具。
  7. 　前記第３層の厚みは、２μｍ以上４μｍ以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の切削工具。
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