CN103231079A - 切入式磨削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种切入式磨削工具，其特征在于，以立方晶氮化硼烧结体作为基材，在所述基材的表面具有由以从C、N以及O中任选至少1种的元素、和Ti、和Al中任选至少一种的元素作为主成分的化合物构成的至少1层的厚度为0.1μm以上且低于1μm的覆盖膜。

Description

切入式磨削工具
本申请是申请人于2004年6月24日提出的国际申请号为PCT/JP2004/008873(中国国家阶段申请号：200480017419.2)、发明名称为“工具用表面覆盖高硬度材料”的国际申请的分案。
技术领域
本发明涉及一种以立方晶系氮化硼(CBN)为主要成分的CBN烧结体为基材，在其上覆盖薄膜的工具用材料的改良。
背景技术
CBN是具有仅次于宝石的高硬度的材料，合金属的反应性很低，因此其烧结体被用于耐热合金或淬火钢的切削。在如此高硬度的CBN烧结体中，通过覆盖具有能够防止刀刃的磨损的效果。覆盖膜在刀刃的刃的部分具有圆度部膜厚变厚则圆度部变大。在专利文献1中公开了在CBN烧结体上具有耐磨损层和中间层和最表面层的覆盖CBN烧结体。提出了作为耐磨损层覆盖有TiAl(CNO)等，作为中间层或最表面层覆盖有TiN等的工具用表面覆盖高硬度材料。
专利文献2是在CBN烧结体上具有含有钛和铝的复合氮化物、复合碳化物等的覆盖膜的材料。特别是覆盖膜的结晶面(200)的X射线的衍射强度和结晶面(100)的X射线衍射强度的比在特定范围内，覆盖膜的厚度为1～15μm的复合硬质膜覆盖构件。
专利文献1：特开平8-119774号公报第2页、第6～10页、表1、3、5
专利文献2：特开2001-234328号公报第2页
现有的覆盖工具，覆盖膜的厚度有1μm以上的厚度。最近，因为希望淬火钢等的间断切削加工的长寿命化和精加工的高精度化，所以在现有的覆盖工具中覆盖膜的稳定性不足，不能得到充分的工具寿命。在间断切削加工中，与CBN烧结体相比强度低的陶瓷覆盖膜膜厚越大则由剪断的冲击在刀刃的刃部膜剥离1膜脱落发生，成为覆盖工具的缺损或被切削材的面粗糙度恶化的原因。还有，随着进给量接近覆盖膜，覆盖膜下在没有基材的部分切削的比率高，容易发生覆盖膜的剥离。
一般，因为在覆盖超硬合金工具中不是高精度加工而是以切断、进给量大的高效加工为对象，所以存在由于高切断载荷的膜剥离发生的问题。另一方面，因为在由CBN工具的切削中，为了得到高精度的加工面，所以以进给量小的精加工为对象的情况较多。在本发明者们得到的认识中，即使在低进给加工中，由于比切削阻力(切削阻力除以切削断面积的值)变高，膜剥离也容易发生。比切削阻力变高的理由被认为是进给量小时，由于切削断面积变小被削材内部的缺陷存在概率变小，所以材质强度相对变高(比切削阻力的尺寸效果)。特别是在切入磨削的切槽加工中，因为切刃的接触面积大与其高切削载荷的纵削相比进给量小，并且其加工结束时进给为0的状态，对覆盖膜施与大的切削应力，导致膜的剥离。以上的覆盖膜的剥离的防止是第一课题。
还有，在高精度加工中现有的覆盖没的切刃的刃部发生的“圆度部”使加工精度下降，并且因为比切削阻力变高，所以减小此“圆度部”是第二课题。
发明内容
本发明是一种工具用表面覆盖高硬度材料，其以CBN烧结体为基材，在基材的表面具有由以从C、N以及O中任选至少1种的元素和Ti和Al中任选至少一种的元素为著称分的化合物构成的至少1层的厚度为0.1μm以上且低于1μm的覆盖膜。本发明的工具用表面覆盖高硬度材料，具有作为覆盖膜的由TiAl(CNO)构成的耐磨损层。另外还可以设有由TiN等构成的中间层或最表面层。
本发明的覆盖膜，由Ti和Al的氮化物或碳氮化物构成，以从覆盖膜的X射线衍射的(111)面的衍射强度为从I(111)，从(200)面的衍射强度为I(200)时，优选为I(111)/I(200)≤3。衍射强度依存于成膜条件，但是若I(111)/I(200)超过3，则由于压缩应力的下降以及结晶粒的粗大化导致耐磨损性和耐缺陷性的降低，所以设为3以下。
从各种实验可知，与现有膜相比膜厚薄的本发明的覆盖膜优选具有由(Ti1-XAlX)N、0.3≤X≤0.6表示的组成。TiAlN系的覆盖膜因为与CBN基材相比热膨胀系数大，所以成膜结束后的冷却时因为各自的收缩率的差在覆盖膜内部发哼僧拉应力，使成膜时发生的残余压缩应力得到缓和。在此推定为随着覆盖膜中的Al的比率变高，覆盖没的热膨胀系数变低，X超过0.6，则由于和CBN基材的热膨胀系数的差压缩应力的缓和效果变低，膜内部的高压缩应力残留，在切削时容易发生膜剥离。还有，X低于0.3，则硬度变低不能得到抑制磨损的效果，所以设为0.3≤X≤0.6。此范围是耐磨损性和耐剥离性优异、适于间断切削或切槽加工的组成。此外优选为0.3≤X≤0.45。
构成本发明的覆盖膜的结晶的平均粒径优选为50nm以上且在150nm以下。一般认为随着结晶粒径变得微细，膜的硬度变高，另一方面韧性下降，上述的范围是耐磨损性和耐缺陷性的平衡优异，适于间断切削或切槽加工的结晶粒径。
将所述覆盖膜所含的Ti的一部分，置换成从Si、B和周期表4a、5a以及6a族过渡金属元素中的除Ti以外的元素中任选的至少一种元素，所置换的元素的在覆盖膜中的含量为以原子％计低于10％。这是因为通过除Ti、Al之外添加上述的第三元素，可以使构成覆盖膜的结晶粒子的粒径进一步细化，并且形成仅以的结晶构造，提高膜的强度。
本发明的工具用表面覆盖高硬度材料作为切槽工具而利用能够得到显著的效果。在切槽加工中，尤其是在低进给的条件中，在槽底部进给成为0的状态，对覆盖膜施与大的应力，覆盖膜厚时导致膜的剥离。本发明的覆盖膜因为膜厚很薄，所以能够承受上述的切槽加工特有的高应力。
本发明中所用基材是由CBN的粉末30～90体积％和残余部结合材构成的烧结体，残余部结合材是由周期表第4a、5a以及6a族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它们的固溶体构成的组中任选的至少一种、和铝化合物和不可避免的杂质构成。在此，Al作为化合物，为铝的氧化物、硼化物、氮化物等。众所周知作为CBN烧结体有各种各样，但是上述的基材适于淬火钢的切削。
此外优选为覆盖膜的膜厚为0.1μm以上且低于0.5μm。通过降低膜厚，能够减小切削时的进给量，能够进行高精度加工。在本发明中所谓覆盖没膜的膜厚，是指中间层、耐磨损层以及最表面层等的各层的合计膜厚。
由本发明的工具用表面覆盖高硬度材料构成的切削工具，当然作为干式工具、湿式工具均可使用。在剪断切削加工中热循环显著，从工具寿命的观点出发，优选为干式加工，但是从尺寸精度的观点出发也有时优选为湿式加工。此时，因为CBN基材和硬质覆盖没的热膨胀系数不同，所以在现有的膜中，施与间断的冲击由热循环产生的膜剥离、膜破坏发生不能得到充分的抑制磨损的效果。但是，在本发明中除了通过负载压缩应力提高膜自身的耐缺损性，还通过降低膜厚抑制由热循环产生的依存于热应力的全应力，能够使耐剥离性大幅提高。因此，即使在湿式条件下的间断切削中，膜破坏、膜剥离也很难发生，能够得到充分的抑制磨损的效果。
本发明的工具用表面覆盖高硬度材料，在具有优异的强度、硬度以及韧性的CBN烧结体中，具有优异的硬度和耐热性的硬质覆盖膜与现有膜相比覆盖得更薄，膜的耐剥离性、耐缺损性被大幅地改善。
附图说明
图1是说明纵切的切削断面积的概念图。
图2是说明切入磨削的切削断面积的概念图。
图3是图2的A-A剖面图，表示的是使用本发明的切削工具，被削材在切入磨削状态的示意图。
图4是表示偏压和残余应力的关系的曲线图。
图中：1-基材、2-覆盖膜、3-被削材、4-圆度部、5-切粉、6-槽壁、7-1旋转前的基材位置、F-进给。
具体实施方式
在本发明中，提供一种通过使覆盖膜变薄而在间断切削加工或高精度加工中也能实现长寿命化的工具用表面覆盖高硬度材料以及使用此材料的切槽工具。在间断切削中，当然要求具有能够承受间断的冲击的高耐剥离性，但是在连续切削中在进给量小的条件下覆盖膜受到高应力，发生膜剥离。其理由使用所示图1～图3进行说明。
在外径切削中，具有将图1所示的基材1构成的工具送向被削材3的轴向的纵削和送向图2所示径向的切入磨削。在任一加工中，被削材3沿箭头方向旋转，基材1构成的工具在箭头的方向移动，通过除去具有与进给量F成比例的厚度的切屑而进行加工。还有，由实线所示的基材1的位置和其一次旋转前的基材的位置7等所包围的斜线部表示切削断面积。从图1、2可知，特别是切入磨削与纵削相比切刃的接触面积大切削阻力高。因此在切入磨削的切槽加工中具有与纵削相比原本进给量小，并且切槽最后时工具的前进停止工具前端和槽底相擦的阶段。
图3是图2的被削材加工部位的A-A剖面图，表示的是使用由本发明的材料构成的切槽工具，对被削材的槽进行切削的状态。在基材1的表面由覆盖膜2，在箭头的方向上使被削材3旋转而进行切削。在高精度加工和切槽加工中，有必要减小切削加工时的进给。在切削加工中相当于进给F的宽度的部分作为切粉5而去除，形成槽壁6。减小进给F，则立即作为切粉被取出的部分的厚度，与覆盖膜2厚度接近。如此，在切削时施与工具的载荷中，在覆盖膜2受到的比率变高，成为覆盖膜2的剥离的原因。使覆盖膜2变薄，则相同的进给F能够增加对基材1的载荷比率，能够抑制覆盖没的剥离。
即在切槽加工中，与通常的纵削相比减小进给量，切削应力集中于刃尖的前端部。如果是现有的厚的覆盖膜，因为在覆盖膜内受到的切削应力的比率变高，所以容易发生来自基材的膜剥离或膜缺损。对此，本发明的切槽工具，因为覆盖膜的厚度薄所以没有膜剥离或膜缺损的问题。
基材上覆盖膜，则如图3所示在基材的切刃的刃部发生圆度部4。本发明的覆盖膜例如由PVD法覆盖，但是此时在切刃的刃部即使电荷容易集中也不能防止切刃的刃部的圆度部。构成为圆度部4的部分所受载荷大，容易发生膜的损伤。在本发明中，因为使覆盖膜的厚度变薄，所以能够抑制圆度部使其变小。
本发明的覆盖膜，可以由离子镀等的PVD法形成。形成本发明的覆盖膜的方法，通过原料元素的离子化率高，反应性丰富，对基材施加偏压而能够得到结合性优异的覆盖膜的电弧式离子镀法最为适宜。在此，所谓偏压是指基材和金属靶之间的电位差。
一般在电弧式离子镀法中，由偏压对覆盖膜的构成物质进行加速。即通过对基材施加负的偏压，使离子化的金属阳离子加速，到达基材表面成长为膜。偏压和残余应力之间的关系公开在文献Surface and CoatingTechnology vol.163-164 p135-143 (2003)的Fig.7中，但是在此文献中表示出随着偏压变高残余应力变高，在100V成为极大值，在此以上相反残余应力会下降。
在此，所谓偏压“高”，是施与基材的负偏压的绝对值大的含义，在后面的表8以及图4等中，由绝对值表示。偏压变高，则被加速的阳离子的向基材的打入(撞击)提高压缩应力增加，但是同时基材和覆盖膜的温度也上升所以应力缓和，从某偏压显示出压缩应力下降。对于上述的文献本发明的覆盖膜(覆盖膜的组成：(Ti0.6Al0.4)N，膜厚：0.45μm)，如图4所示偏压为200V残余压缩应力成为极大，并且残余压缩应力的绝对值也比上述文献变大。
其理由推断为，CBN基材的热传导率比覆盖膜的热传导率明显的大，成膜时在覆盖膜发生的热逃走，但是其放热效果依存于膜厚。即，推定为因为膜厚薄则放热效果优异所以由覆盖膜的温度上升产生的应力缓和效果变小，压缩应力变高。这意味着通过使覆盖膜变薄能够施与更高的压缩应力。
覆盖膜内部的压缩应力高的膜的硬度、强度变高，但是膜厚厚的全应力(内部应力×膜厚)变大，容易发生由切削载荷从基材的剥离，所以有必要适当地进行控制。特别是基材是CBN烧结体时，CBN离子与陶瓷结合相相比在化学上比较稳定，所以在和覆盖膜的界面的扩散反映不易发生。此外因为CBN离子机械强度也很优异，所以不能得到由阳离子的打入的基材的表面粗糙度所以固定效果小。因此，以现有的1μm以上的膜厚，基材为CBN烧结体时，与超硬合金或金属陶瓷相比结合力难出，升高偏压则膜内部的全应力变高切削时覆盖膜发生剥离，所以通常在100V以下成膜。
但是，本发明的薄的覆盖膜的情况下，因为能够一边维持高的内部压缩应力一边控制覆盖没的全应力，所以希望能够比上述进一步提高偏压。因此，本发明所用的偏压优选为100V～300V的范围。
本发明的覆盖膜，单层、多层均可。但是设置最表面层时，优选为TiN、TiCN、TiC、HfC等。这是因为对于CBN烧结体为黑色，上述的膜呈现出鲜艳明亮的颜色。设有最表面层的本发明的覆盖CBN烧结体工具在批量生产中使用时，容易区别达到寿命的工具或刃(corner)和未使用的工具或刃，能够进行彻底的工具管理。
以下，对本发明的实施方式进行说明。
(实施例1)
使用超硬质合金制的刀座(pot)以及台基，得到TiN和铝以80∶20的重量比进行混合的结合材粉末。接着，将此结合材和CBN粉末以体积比40∶60进行调配，填充到Mo制容器中，以压力50kb(5GPa)、温度1450℃烧结20分钟。在烧结体中，含有认为是氮化铝、氧化铝和硼化铝的铝化合物。将此烧结体加工成切削工具用的刀片(chip)的形状(型号SNGN120408)以及切槽工具用的刀片的形状(型号BNGNT0250R)后，通过真空电弧放电的离子镀法在刀片上覆盖表1所示的覆盖膜。
在成膜装置内，配置多个靶，将上述刀片安装在以这些靶为中心所设的旋转式基材保持工具上，进行成膜。作为靶，使用的是和覆盖膜的金属成分相同组成的Ti0.5Al0.5、Ti0.3Al0.7、Ti0.7Al0.3、Ti0.6Al0.4以及Ti等。首先将成膜装置减压至1.33×10-3Pa(10-5torr)的真空度，导入Ar气体在1.33Pa(10-2torr)的气氛下对刀片施加-1000V的电压洗净。接着，加热到500℃，将Ar气体进行排气后导入作为反应气体的N2，对刀片施加-120V的电压，由真空电弧放电以电弧电流100A使上述的靶蒸发离子化而覆盖。压力为1.33Pa(10-2torr)，还有膜厚由覆盖时间进行控制。
覆盖膜是除N还含有C、O时，作为反应气体除N2还使用CH4、O2，调整各个的流量的比率，而调整C、N、O的比率。还有，作为中间层、最表面层覆盖TiN，此时以Ti为靶进行配置，由与上述同样的要领进行成膜。如此得到的试料在表1中表示。覆盖膜的结晶系，是立方晶系的结构构造。
表1
Figure BDA00003157035400081
Figure BDA00003157035400091
在表1中试料No.9、10、21以及22，因为在基材和耐磨损面检设有膜厚0.05μm的TiN构成的中间层，所以中间层具有提高覆盖膜的结合强度的作用。还有试料No.1、10、21、27以及28，构成为没有最表面层的覆盖膜。由TiN构成的最表面层是金色的因为很容易识别使用过的工具的刃，所以覆盖。在试料No.15～18中，覆盖膜使用的是碳氮化物或氮氧化物。还有试料No.19、20以及25，是仅使用Ti金属元素的覆盖膜。还有试料No.27、28是除Ti、Al之外还添加有Si和B。还有试料No.26，是市场上的没有覆盖膜的工具。
(切削试验1)
使用表1所述的刀片(chip)，对加工有油孔的被削材进行10分钟的切削进行间断切削实验(间断度50％)。被削材使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc60的材料。还有，所谓间断度是在被削材的进给方向上，相对于切削部分的长度的空转部分的长度的比率。本切削实验的间断度为50％，是对于被削材的切削长度一半的长度间断切削的含义。本发明的材料，适用于间断切削和连续切削混在的被削材的切削。在被切削材全体有花键槽时，间断度为100％。
切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：0.15mm/rev
切入：0.2mm
切削方式：干式
如此得到的结果在表2中表示。考虑到逃离面磨损和被切削面的面粗糙度进行了评价的结果记载在评价栏中。其中◎为最好，以下以○、△、×的顺序评价变差。此表示在以下的切削实验中也相同。从这些结果，中间层和耐磨损层和最表面层合计的覆盖膜的厚度超过1μm的以及没有覆盖膜的，得到×或△的评价。在此表中所示的表面粗糙度Rz，从由表面粗糙度计所测量的被削材的表面粗糙度曲线切取基准长度，在粗糙度曲线的纵方向测定此部分的山顶线和谷底线的间隔，这些都以微米单位(1μm＝0.001mm)而表示，依照JIS(日本工业标准)B0601所规定。(以下实施例也同样)。
表2
试料No. 逃离面磨损(mm) 面粗糙度Rz(μm) 膜损伤 评价
1 0.115 5.05 良好 ○
2 0.095 5.21 良好 ◎
3 0.08 5.10 良好 ◎
4 0.07 5.63 良好 ◎
5 0.12 8.85 成片 △
6 0.15 11.30 剥离 ×
7 0.38 17.32 剥离 ×
8 缺损 25.55 缺损 ×
9 0.085 4.82 良好 ◎
10 0.076 5.32 良好 ◎
11 0.082 4.31 良好 ◎
12 0.25 13.88 剥离 ×
13 0.078 6.93 良好 ○
14 0.21 14.35 剥离 ×
15 0.11 7.12 良好 ○
16 0.27 15.42 剥离 ×
17 0.121 6.80 良好 ○
18 0.23 17.32 剥离 ×
19 0.091 7.15 良好 ○
20 0.35 21.65 剥离 ×
21 0.075 5.31 良好 ◎
22 0.083 5.15 良好 ◎
23 0.085 5.03 良好 ◎
24 0.11 7.03 小片 ○
25 0.12 7.34 小片 ○
26 缺损 21.83 - ×
27 0.062 6.02 良好 ◎
28 0.075 4.95 良好 ◎
(切削试验2)
使用表1所述的刀片，对加工有油孔的被削材进行10分钟的切削进行间断切削实验(间断度50％)。被削材使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc60的材料，使用的是与切削实验1相同的形状。切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：0.04mm/rev
切入：0.1mm
切削方式：干式
切削实验条件，与切削试验1相比较，进给变小切切入也变小是属于高精度加工的条件。如此得到的结果在表3中表示。根据表3，膜厚为1.3μm的试料No.5发生剥离不能使用。还有膜厚为0.8μm的试料No.4是勉强可以使用的程度。其理由被认为有可能是因为与切削实验1比较进给量变小，所以比切削阻力增加，并且覆盖膜内所受切削应力比率变高。
表3
试料No. 逃离面磨损(mm) 面粗糙度Rz(μm) 膜损伤 评价
1 0.073 1.21 良好 ○
3 0.045 1.37 良好 ◎
4 0.087 3.43 小片 △
5 0.178 7.32 剥离 ×
11 0.057 1.10 良好 ◎
23 0.075 1.27 良好 ○
(切削试验3)
使用表1所述的刀片，对被削材进行20分钟的切削，进行连续切削试验。被削材使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc60的材料。切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：0.04mm/rev
切入：0.05mm
切削方式：干式
与切削实验2相比，进一步以切入的一半的条件进行切削试验。此切削试验为了把握连续切削的工具的性能差，延长了20分钟。如此得到的结果在表4中表示。从此结果可知，中间层和耐磨损层和最表面层合计的覆盖膜的厚度超过1μm以及覆盖膜没有的，得到×或△的评价。通过使用本发明的工具，由切削能够实现现有只有研削能够达到的1.6S加工(Rz＝1.6μm)。
表4
试料No. 逃离面磨损(mm) 面粗糙度Rz(μm) 膜损伤 评价
1 0.090 1.05 良好 ○
2 0.072 1.13 良好 ◎
3 0.062 1.09 良好 ◎
4 0.07 1.85 良好 ○
5 0.087 3.93 成片 △
6 0.12 7.42 剥离 ×
7 0.22 8.35 剥离 ×
8 0.35 10.50 剥离 ×
9 0.082 1.01 良好 ◎
10 0.067 1.23 良好 ◎
11 0.072 0.95 良好 ◎
12 0.14 8.23 剥离 ×
13 0.061 1.42 良好 ◎
14 0.21 9.29 剥离 ×
15 0.052 1.32 良好 ◎
16 0.27 7.35 剥离 ×
17 0.058 1.40 良好 ◎
18 0.23 8.72 剥离 ×
19 0.075 1.97 良好 ○
20 0.19 7.53 剥离 ×
21 0.075 1.71 良好 ○
22 0.08 1.68 良好 ○
23 0.093 1.43 良好 ○
24 0.105 3.72 小片 △
25 0.112 4.21 小片 △
26 磨损大 7.42 - ×
27 0.063 1.99 良好 ○
28 0.083 1.70 良好 ○
(切削试验4)
使用表1所述的刀片，进行了与切削试验1相同的切削试验。在此，相同试料No.采用两种即0.02mm/rev和0.15mm/rev的进给量，被削材与20分钟连续切削相比较。被削材被削材使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc60的材料。切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：如表5所述
切入：0.02mm
切削方式：干式
如此得到的结果在表5中表示。以从表的上方开始的顺序，试料No.3、4、5、6、以及8的覆盖膜，覆盖膜的厚度的薄的顺序依次为0.4μm、0.8μm、1.3μm、2.1μm、10.1μm。覆盖膜薄的试料No.3表示为以小到0.02mm/rev的进给以及0.15mm/rev的进给均得到了高评价、随着变厚评价也变差。
表5
试料No. 进给量(mm/rev) 逃离面磨损(nm) 膜损伤 评价
3 0.02 0.09 良好 ◎
3 0.15 0.13 良好 ◎
4 0.02 0.105 小片 ○
4 0.15 0.121 良好 ◎
5 0.02 0.12 小片 △
5 0.15 0.115 良好 ◎
6 0.02 0.25 剥离 ×
6 0.15 0.16 小片 ○
8 0.02 0.56 剥离 ×
8 0.15 0.73 剥离 ×
(切削试验5)
在此切削试验中，进行了由切槽加工的切削试验。使用表1所述的刀片，对被削材中加工120个的槽的性能进行了评价。被削材使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc63的材料。切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：0.02mm/rev
切入：0.8mm
切削方式：干式
如此得到的结果在表6中表示。通过CBN工具进行的淬火钢的切槽加工，与通常的切削加工相比进给小，特别是切削槽的底部的时候，成为所谓“0切削”的状态，施与膜的载荷比通常的旋削大。在切槽加工中，覆盖膜薄的逃离面磨损、膜损伤均优异。低于1μm的膜厚的刀片的性能特别优异。
表6
试料No. 逃离面磨损(mm) 膜损伤 评价
1 0.07 良好 ○
2 0.055 良好 ◎
3 0.048 良好 ◎
4 0.04 良好 ◎
5 0.05 成片 △
6 0.088 剥离 ×
7 0.15 剥离 ×
8 0.23 剥离 ×
9 0.047 良好 ◎
10 0.044 良好 ◎
11 0.053 良好 ◎
12 0.105 剥离 ×
13 0.048 良好 ◎
14 0.098 剥离 ×
15 0.044 良好 ◎
16 0.11 剥离 ×
17 0.045 良好 ◎
18 0.12 剥离 ×
19 0.05 良好 ◎
20 0.15 剥离 ×
21 0.045 良好 ◎
22 0.05 良好 ◎
23 0.053 良好 ◎
24 0.047 良好 ◎
25 0.049 良好 ◎
26 磨损大 - ×
27 0.052 良好 ◎
28 0.068 良好 ◎
(切削试验6)
在此切削试验中，通过与切削试验5相同进行切槽加工而进行了评价。使用表1所述的刀片，对被削材中加工120个的槽的性能进行了评价。被削材具有在进给方向具有花键槽的间断度100％的形状，使用的是将淬火钢SCr420H(JIS规格)调整为硬度HRc63的材料。
切削速度：150m/min
进给：0.02mm/rev
切入：0.8mm
切削方式：干式
如此得到的结果在表7中表示。进行切槽加工的间断切削同样也是覆盖膜薄的逃离面磨损、薄损伤优异
表7
Figure BDA00003157035400161
Figure BDA00003157035400171
(实施例2)
使结晶的取向性和平均粒径变化对其效果进行了调查。与实施例1同样，从工具用表面覆盖高硬度材料加工成刀片形状(型号SNGN120408)。但是使膜厚、X射线衍射强度I(200)/I(111)、平均结晶粒径进行各种变化。在此实施例中，制造了耐磨损层以(Ti0.6Al0.4)N为主，没有设置最表面层和中间层的工具用表面覆盖高硬度材料。升高偏压，则I(200)/I(111)的值有变小的倾向，还有平均结晶粒径，有随偏压变高而变小，并且随膜厚变薄而变小的倾向。如此得到的刀片的性质在表8中表示。
表8
Figure BDA00003157035400181
(切削试验7)
在此，使用表8所述的刀片进行了10分钟的切削试验。被削材是与切削试验1使用的相同的间断切削测试用材料。切削实验的条件如下。
切削速度：200m/min
进给：0.1mm/rev
切入：0.2mm
切削方式：干式
如此得到的结果在表9中表示。膜厚低于0.5μm，衍射强度I(200)/I(111)为3以下，平均粒径为150nm以下的试料No.41、42表现特别优异。
表9
试料No. 逃离面磨损(mm) 面粗糙度Rz(μm) 膜损伤 评价
41 0.073 1.8 良好 ◎
42 0.83 1.9 良好 ◎
43 0.17 2.9 良好 ○
44 0.25 3.6 小片 △
45 0.31 5.1 成片 ×
46 0.11 2.2 良好 ○
工业上的可利用性
在现有的表面覆盖高硬度材料中，对不能得到充分寿命的覆盖膜的载荷有很大用途，例如干式能够广泛利用于本来在湿式条件下的高硬度淬火钢的间断切削和高精度加工领域。此外，当将本发明的材料应用于切槽工具时，寿命延长效果尤其非常明显。

Claims (11)

1.一种切入式磨削工具，其特征在于，以立方晶氮化硼烧结体作为基材，在所述基材的表面具有由以从C、N以及O中任选至少1种的元素、和Ti、和Al中任选至少一种的元素作为主成分的化合物构成的至少1层的厚度为0.1μm以上且低于1μm的覆盖膜。
2.根据权利要求1所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述覆盖膜，由Ti和Al的氮化物或碳氮化物构成，将覆盖膜的X射线衍射的(111)面的衍射强度设为I(111)、将(200)面的衍射强度设为I(200)时，0≤I(200)/I(111)≤3。
3.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述覆盖膜含有由Ti和Al的氮化物或碳氮化物构成的耐磨损层，
该覆盖膜的总计厚度为0.1μm以上且低于1μm，
所述耐磨损层的总计厚度为0.1μm以上且低于0.5μm。
4.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述覆盖膜具有由(Ti1-XAlX)N、0.3≤X≤0.6表示的组成。
5.根据权利要求4所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述覆盖膜具有由(Ti1-XAlX)N、0.3≤X≤0.45表示的组成。
6.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，构成所述覆盖膜的结晶的平均粒径为50nm以上且低于150nm。
7.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，将所述覆盖膜所含的Ti的一部分，置换成从Si、B和周期表4a、5a以及6a族过渡金属元素中的除Ti以外的元素中任选的至少一种元素，所置换的元素的在覆盖膜中的含量为以原子％计低于10％。
8.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，基材是由立方晶氮化硼粉末30～90体积％和残余部结合材构成的烧结体，残余部结合材是由周期表第4a、5a以及6a族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它们的固溶体构成的组中任选的至少一种、和铝化合物和不可避免的杂质构成。
9.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述覆盖膜的总计的膜厚为0.1μm以上且低于0.5μm。
10.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，
所述切入式磨削工具的用途为淬火钢的高精度加工用工具，其中，所谓高精度加工是进给量0.08mm/rev以下的加工。
11.根据权利要求1或2所述的切入式磨削工具，其特征在于，所述切入式磨削工具为切槽加工工具。
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