CN103878555A

CN103878555A - 立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具

Info

Publication number: CN103878555A
Application number: CN201310703749.8A
Authority: CN
Inventors: 仙北屋和明; 田中裕介
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2013-12-19
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2033-12-19
Also published as: JP2014121748A; CN103878555B; JP5995080B2

Abstract

本发明提供一种耐龟裂性优异的立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具。本发明的表面包覆切削工具，其包覆有由（Ti_1-XAl_X）N（其中，以原子比计0.30≤X≤0.75）构成的硬质包覆层，其中，前刀面及刃口修磨面的表面区域由Ti和Al的复合氮化物晶粒构成，Ti和Al的复合氮化物晶粒中与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，且与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的晶粒占90%以上的个数比例，另一方面，上述表面区域下部的硬质包覆层及后刀面的硬质包覆层由柱状晶的Ti和Al的复合氮化物晶粒构成。并且，关于基于XRD的衍射强度I（200）、I（111），优选前刀面为3＜I（200）/I（111）＜5，且后刀面为I（200）/I（111）＜3。

Description

立方晶氮化硼基超高压烧结材料制表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种立方晶氮化硼（以下，称为cBN）基超高压烧结材料制表面包覆切削工具（以下，称为cBN包覆工具），该切削工具的硬质包覆层在碳钢、合金钢等的切削加工中具备优异的耐龟裂性，且在长期使用中发挥优异的切削性能。

背景技术

通常，cBN包覆工具中已知有如下工具：在各种钢和铸铁等工件的车削加工中装卸自如地安装在车刀前端部而使用的可转位刀片；及装卸自如地安装所述可转位刀片而与使用于端面切削加工或槽加工以及台肩加工等的实心式立铣刀相同地进行切削加工的可转位立铣刀等。

并且，作为cBN包覆工具，已知有在由各种立方晶氮化硼基超高压烧结材料（以下，称为cBN基烧结材料）构成的工具主体的表面蒸镀形成TiN层、Ti和Al的复合氮化物（（Ti，Al）N）层等表面包覆层而成的cBN包覆工具，还已知这些工具用于例如各种钢和铸铁等的切削加工。

并且，在cBN包覆工具中，为了实现耐缺损性等切削性能的改善提出有各种建议。

例如，专利文献1中，以提供一种高温时抗氧化性优异，并且韧性优异且具有不产生被膜的层间剥离的被膜的表面包覆切削工具为目的，提出有如下建议，即在工具基体表面包括通过CVD法形成的第1被膜和通过PVD法形成的第2被膜，且通过在第1被膜实施使用金属陶瓷颗粒的喷砂处理（例如，压力：0.01～0.5MPa、投射距离：0.5～200mm、细粉浓度：5～40vol%、粒径：10～250μm）来赋予压缩残余应力σ1，且对第2被膜赋予具有σ1＜σ2的关系的压缩残余应力σ2。

例如，在专利文献2中，为了对cBN包覆工具赋予优异的耐崩刀性，提出有如下建议，即对工具基体进行氧化铝颗粒的喷砂处理（例如，压力：0.06～0.12MPa、喷射时间：12～60sec）而将cBN包覆工具的工具基体与硬质包覆层的界面的工具基体及硬质包覆层的残余应力值分别设为-2GPa以下的残余应力，并且将两者的残余应力之差设为0.5GPa以下，另外，硬质包覆层中的残余应力的值形成朝向硬质包覆层的表面以绝对值逐渐变小的残余应力分布。

例如，专利文献3中，为了提高cBN包覆工具的硬质包覆层在高硬度刚的高速切削加工中的耐剥离性，提出有如下建议，即将cBN含量为50～85容量%的cBN基烧结材料作为工具基体，包覆形成由下部层与上部层构成的硬质包覆层，且下部层设为满足组成式：（Ti_1-XAl_X）N（X以原子比计为0.30～0.60）的Ti和Al的复合氮化物层，另一方面，上部层由满足组成式：（Ti_1-XAl_X）N的薄层A和Ti氮化物（TiN）层构成的薄层B的交替层叠结构构成，并且，通过对皮膜表面实施喷砂处理（例如，压力：0.1～0.15MPa、喷射时间：2～5sec、重复次数：5～10次、入射角：相对于前刀面40～50°、氧化铝颗粒粒径：220～1500号、浆料浓度：15～60wt%）而将表面粗糙度、残余应力及纳米压痕硬度设为预定的值。

另外，例如，专利文献4中，为了维持在基材表面粘附形成TiAlN硬质皮膜的表面包覆切削工具的耐缺损性，并且提高耐磨损性，提出有在表面包覆切削工具的切削刃粘附形成如下TiAlN硬质皮膜的建议，即在X射线衍射图案中归属于（200）面的峰值的峰值强度I（200）与归属于（111）面的峰值的峰值强度I（111）的比I（200）/I（111）＜2.0，并且，归属于所述（111）面的峰值的半峰宽B（111）为0.4°～0.6°。

专利文献1：日本专利公开2006-192544号公报

专利文献2：日本专利公开2011-83865号公报

专利文献3：日本专利公开2012-96304号公报

专利文献4：日本专利公开2006-281363号公报

近年来切削加工装置的高性能化显著，另一方面，对切削加工的节省劳力化及节能化以及低成本化的要求强烈，相应地，将在更加严格的切削条件下进行切削加工。

上述以往的包覆工具中，能够实现一定程度的耐崩刀性、耐缺损性及耐磨损性的改善，但现状是当将此使用于碳钢、合金钢等更加严格的切削加工中时，容易因龟裂的产生而产生崩刀、缺损，以此为因在比较短的时间内达到使用寿命。

发明内容

因此，本发明人等为了提供在碳钢、合金钢等的切削加工中，耐龟裂性优异，能够减少崩刀、缺损等异常损伤的发生，其结果在长期使用中发挥优异的切削性能的包覆工具，进行深入研究的结果，得到了以下见解。

如上述专利文献1～4所示，提出有在以往的cBN包覆工具中，对硬质包覆层赋予压缩残余应力，并通过对硬质包覆层的取向性进行特定等来提高耐崩刀性、耐缺损性，本发明人对硬质包覆层的晶粒组织和耐龟裂性的关联性进行研究的结果，发现在蒸镀形成由Ti和Al的复合氮化物（以下，以TiAlN表示）层构成的硬质包覆层的cBN包覆工具中，对于形成于其前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层的TiAlN晶粒，将在与基体表面平行的方向上横长的纵横尺寸比为1～6的晶粒以占表面区域的总晶粒数的90%以上的个数比例的方式形成时，如在图1中的概要示意图所示，表面区域中的TiAlN晶粒的晶界向与基体表面平行的方向形成，因此在进行切削加工时，即使在前刀面及刃口修磨面的硬质包覆层上产生龟裂，所产生的龟裂向层内（层厚方向）的扩展得到抑制且耐龟裂性提高，因此硬质包覆层得以发挥优异的耐崩刀性、耐缺损性。

另外，发现通过X射线衍射测定自（200）面的衍射强度I（200）和自（111）面的衍射强度I（111）时，前刀面的TiAlN晶粒满足3＜I（200）/I（111）＜5，另一方面，后刀面的TiAlN晶粒满足I（200）/I（111）＜3的方式形成TiAlN层，由此得以具备适当的硬度，因此该发明的cBN包覆工具得以发挥优异的耐龟裂性的同时，发挥优异的耐磨损性。

该本发明是基于上述见解而完成的，其具有如下特征：

（1）一种表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量为50～85容量%的立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体的表面蒸镀形成平均层厚为2～6μm的由Ti和Al的复合氮化物层构成的硬质包覆层，其中，

（a）将上述硬质包覆层以组成式：（Ti_1-XAl_X）N表示时，X的值为0.30～0.75（其中，以原子比计），

（b）上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面中，在其表面区域形成的硬质包覆层的Ti和Al的复合氮化物晶粒中，与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，且与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的晶粒占上述表面区域的总晶粒数的90%以上的个数比例，

（c）上述表面包覆切削工具的前刀面及刃口修磨面的表面区域的下部的硬质包覆层及后刀面的硬质包覆层的Ti和Al的复合氮化物晶粒由柱状晶构成。

（2）上述（1）所述的表面包覆切削工具，其中，

关于上述表面包覆切削工具的硬质包覆层的Ti和Al的复合氮化物晶粒，通过X射线衍射测定衍射图案，并求出自（200）面的衍射强度I（200）和自（111）面的衍射强度I（111）的比值时，前刀面的硬质包覆层的Ti和Al的复合氮化物晶粒满足3＜I（200）/I（111）＜5，另一方面，后刀面的硬质包覆层的Ti和Al的复合氮化物晶粒满足I（200）/I（111）＜3。

接着，对该发明的包覆工具进行详细说明。

cBN（立方晶氮化硼）：

cBN包覆工具的工具基体中含有的cBN极为硬，且在烧结材料中形成分散相，并且通过该分散相能够实现耐磨损性的提高，但该配合比例少于50容量%时无法确保所希望的优异的耐磨损性，另一方面，其配合比例变多而超过85容量%时，cBN基材料本身的烧结性降低，其结果变得容易在切削刃产生崩刀，因此cBN含量规定为50～85容量%。

硬质包覆层（TiAlN层）：

由TiAlN层构成的硬质包覆层中的Ti成分有助于维持高温强度、Al成分有助于高温硬度与耐热性的提高，因此构成硬质包覆层的TiAlN层为具备预定的高温强度、高温硬度及耐热性的层，基本担负确保切削加工时的切削刃部的耐磨损性的作用。其中，将TiAlN层的组成以组成式：（Ti_1-XAl_X）N表示时，若Al的含量比X超过75原子%，则Ti含量比相对减少而高温强度下降且变得易产生崩刀，另一方面，若Al的含量比X小于30原子%，则高温硬度和耐热性下降，其结果可以观察到耐磨损性下降，因此将Al的含量比X值规定为0.30～0.75。

并且，TiAlN层的平均层厚小于2μm时，无法对硬质包覆层长期赋予本身所具有的耐热性、高温硬度及高温强度而成为工具寿命缩短的原因，另一方面，若其平均层厚超过6μm，则会容易产生崩刀，因此将其平均层厚规定为2～6μm。

前刀面及刃口修磨面的（Ti，Al）N层：

在本发明的cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨面，形成于其表面区域的硬质包覆层的TiAlN晶粒中，与基体表面平行的方向的晶粒粒径为0.08～0.5μm，并且，与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的晶粒占上述表面区域的总晶粒数的90%以上的个数比例，另一方面，表面区域下部的硬质包覆层的TiAlN晶粒由柱状晶构成。

本发明中所述的“表面区域”是指从硬质包覆层的最表面向深度方向到0.5μm为止的深度区域。

形成于前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层中，当存在与基体表面平行的方向的晶粒粒径小于0.08μm的TiAlN晶粒时，与工具基体表面垂直的方向的晶界存在较多，因此不仅产生龟裂的起点变多，而且产生的龟裂在进行切削时扩展，因此耐崩刀性下降。

另一方面，形成于前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层中，当存在与基体表面平行的方向的晶粒粒径超过0.5μm的TiAlN晶粒时，残余应力过大而导致耐崩刀性下降。

并且，形成于前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层中，存在与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比小于1（这意味着向与工具基体表面垂直的方向纵向生长的纵长的纵横尺寸比超过1的TiAlN晶粒）的TiAlN晶粒时，在前刀面及刃口修磨面的硬质包覆层产生龟裂时，由于抑制向层内（层厚方向）扩展的效果较弱而导致耐崩刀性下降。并且，存在与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比超过6的TiAlN晶粒时，对切削初期的耐龟裂性有效，但纵横尺寸比超过6的晶粒容易因磨损而消失，且由于表面区域消失而导致耐龟裂性下降。

另外，形成于前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层中，与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，并且，与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的TiAlN晶粒在表面区域的总晶粒中所占的个数比例低于90%时，抑制产生龟裂时向层内（层厚方向）的扩展的效果较弱，以及加上由于表面区域过薄从而因切削进行后的磨损而消失后的耐龟裂性较弱的效果，造成耐崩刀性下降。

因此，本发明中，cBN包覆工具的前刀面及刃口修磨面中，形成于其表面区域的TiAlN晶粒规定为与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，并且，与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的晶粒占上述表面区域的总结晶粒数的90%以上的个数比例。

前刀面及刃口修磨面的表面区域以外的（Ti，Al）N层、后刀面的（Ti，Al）N层：

关于前刀面及刃口修磨面的表面区域的硬质包覆层（TiAlN层）如上述，但关于前刀面及刃口修磨面的表面区域以外的部位的硬质包覆层（TiAlN层）需由柱状晶构成的TiAlN晶粒构成。

这是因为，如图1的示意图所示，将前刀面及刃口修磨面的表面区域以外的部位的硬质包覆层形成为与前刀面及刃口修磨面的表面区域相同的结晶组织时，在切削过程中，例如关于后刀面，由于工件的切屑向与工具基体平行的方向流出，因此硬质包覆层的表面区域的晶界的方向与碰撞的方向成为同一方向，因此变得容易产生沿晶界的龟裂，缓解耐冲击性的效果减少，无法起到提高耐龟裂性的作用，变得容易产生崩刀。

并且，之所以以柱状晶的TiAlN晶粒构成前刀面及刃口修磨面的表面区域下部的硬质包覆层，是基于防止因硬质包覆层的硬度变得过高，且残余应力的增加而耐崩刀性下降的原因。

其中，“柱状晶”意味着与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～1.0μm，且向与基体表面垂直的方向纵向生长的纵长的纵横尺寸比超过1的TiAlN晶粒。另外，关于柱状晶内的结晶粒径，向与工具基体表面平行的方向画出直线时，将在晶粒截面中最长直径定义为粒径。纵横尺寸比是通过向垂直于工具基体表面的方向画出直线时，将长边设为分子，短边设为分母来计算在晶粒截面最长直径（长边）和与其垂直的最短的直径（短边）的长度的比。

I（200）/I（111）之比：

本发明的cBN包覆工具中，关于前刀面及后刀面的TiAlN晶粒，通过X射线衍射测定衍射图案，并求出自（200）面的衍射强度I（200）和自（111）面的衍射强度I（111）的比值时，满足3＜I（200）/I（111）＜5的关系。

并且，对上述I（200）/I（111）的值与工具性能的关系进行调查的结果，发现具有如下述的关系。

即，关于通过X射线衍射求出的衍射强度I（200）和自（111）面的衍射强度I（111），前刀面的I（200）与I（111）的比值I（200）/I（111）满足3＜I（200）/I（111）＜5，另一方面，后刀面的I（200）/I（111）的值为I（200）/I（111）＜3时，发挥优异的耐龟裂性、耐缺损性及耐磨损性，但若前刀面的I（200）/I（111）的值为小于等于3，则由于硬质包覆层的硬度变得过高而耐缺损性下降，另一方面，若I（200）/I（111）的值为大于等于5，则由于硬质包覆层的硬度下降而导致耐磨损性劣化。

因此，前刀面的I（200）/I（111）的值需设为3＜I（200）/I（111）＜5。

并且，关于后刀面的硬质包覆层的TiAlN晶粒，若I（200）/I（111）的值大于等于3，则低于后刀面所要求的硬度，后刀面磨损性下降，因此需设为I（200）/I（111）＜3。

硬质包覆层（（Ti，Al）N层）的形成法：

本发明的cBN包覆工具，例如能够通过以下的方法制作。

（a）首先，由配合了预定量的cBN颗粒的原料粉末制作压坯，且将该压坯形成预烧结体，进行超高压烧结，并钎焊于WC基硬质合金制刀片主体，对切削刃部实施刃口修磨加工并制作工具基体。

（b）接着，将上述工具基体清洗后，装入电弧离子镀装置，通过氩离子进行轰击清洗，并在氮气反应气氛中施加-50V以下的直流偏压，使在Ti-Al合金与阳极电极之间产生电弧放电而蒸镀形成预定平均层厚且预定组成（以组成式：（Ti_1-XAl_X）N表示时，以原子比计为0.30≤X≤0.75）的TiAlN层。

（c）接着，对将上述TiAlN层蒸镀形成于其表面的工具基体，例如将粒径40μm的αAl₂O₃颗粒，以喷砂压力：0.1～0.15MPa、喷砂时间：5～20sec、入射角：相对于前刀面以45°进行照射的条件进行喷砂处理，之后，仅对后刀面进行研磨处理（例如，通过研磨机将5000号磨刀石以280rpm×10sec进行研磨），去除约0.5μm的深度的后刀面的硬质包覆层的表面。

上述示出的本发明的cBN包覆工具的制作方法的工序（b）中，若施加的偏压超过-50V，则蒸镀形成的硬质包覆层变成由粒状结晶的TiAlN晶粒构成，硬度、残余应力一同变大，因此可观察到耐崩刀性下降的倾向，因此优选偏压在-50V以下。

上述示出的本发明的cBN包覆工具的制作方法的工序（c）中，若喷射压力低于0.1MPa，则前刀面及刃口修磨面的表面区域中，由于喷丸效应而在晶粒内导入多个位错，由此形成较多晶界，因此导致与基体表面平行的方向的结晶粒径小于0.08μm的微细TiAlN晶粒超过表面区域的总晶粒数的10%，存在较多与工具基体表面垂直的方向的晶界，且产生龟裂的起点变多的同时，产生的龟裂的扩展变得容易，因此耐龟裂性下降。并且，实施了这种喷砂处理时，或未实施喷砂处理时，前刀面的I（200）/I（111）的值变成小于等于3，硬质包覆层的硬度变得过高而耐缺损性下降。

另一方面，上述示出的本发明的cBN包覆工具的制作方法的工序（c）中，将喷射压力设为大于0.15MPa时，在前刀面及刃口修磨面的表面区域，由于喷丸效应而在晶粒内导入多个位错，但在喷砂处理刚刚结束之后引起再结晶，与基体表面平行的方向的结晶粒径超过0.5μm，并且，与工具基体平行的方向的横长的纵横尺寸比小于1的TiAlN晶粒（这意味着与工具基体表面垂直的方向上纵向生长的纵长的纵横尺寸比超过1的TiAlN晶粒）变成超过表面区域的总晶粒数的10%，因此表面区域的硬度、残余应力变大且耐崩刀性下降。

并且，实施这种喷射处理时，由于表面区域的晶粒形状发生变化而取向性发生变化，前刀面的I（200）/I（111）的值变成大于等于5，因硬质包覆层的硬度降低而耐磨损性劣化。

因此，喷射压力、喷射时间优选分别设为0.1～0.15MPa、5～20sec。

上述示出的本发明的cBN包覆工具的制作方法的工序（c）中，不对后刀面进行研磨处理，且不进行去除约0.5μm的深度的硬质包覆层的表面的操作时，在后刀面形成与前刀面或刃口修磨面的表面区域相同的TiAlN晶粒。此时，在进行切削加工时，工件的切屑向与工具基体平行的方向流出，因此在后刀面产生龟裂时，龟裂容易沿晶界扩展，无法起到提高耐龟裂性的作用而容易产生崩刀。

并且，后刀面的硬质包覆层的I（200）/I（111）的值也变成大于等于3，因此对后刀面所要求的硬度不充分，后刀面耐磨损性劣化。

该发明的cBN包覆工具的由TiAlN层构成的硬质包覆层，在其前刀面及刃口修磨面的表面区域，与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，并且，与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的TiAlN晶粒占上述表面区域的总晶粒数的90%以上的个数比例，另一方面，前刀面及刃口修磨面的表面区域下部及后刀面的硬质包覆层由柱状晶构成，另外，前刀面的TiAlN晶粒满足3＜I（200）/I（111）＜5，另一方面，后刀面的TiAlN晶粒满足I（200）/I（111）＜3，因此该发明的cBN包覆工具的耐龟裂性优异，且不产生崩刀、缺损而经长期使用发挥优异的耐磨损性。

附图说明

图1表示本发明的cBN包覆工具的由TiAlN层构成的硬质包覆层的结晶组织的概要纵截面示意图。

图2表示用于在由cBN基烧结材料构成的工具基体蒸镀由TiAlN层构成的硬质包覆层的电弧离子镀装置的概要示意图，（a）表示俯视图，（b）表示侧视图。

图3表示切削加工试验后的cBN包覆工具的切削刃部（后刀面与刃口修磨面的棱线部）的扫描型电子显微镜照片，（a）表示比较例的cBN包覆工具，（b）表示本发明的cBN包覆工具。

具体实施方式

接着，通过实施例对该发明的包覆工具进行具体说明。

[实施例]

作为原料粉末，准备均具有0.5～4μm范围内的平均粒径的cBN粉末、氮化钛（TiN）粉末、Al粉末及TiAl₃粉末，将这些原料粉末配合成表1所示的配合组成，用球磨机湿式混合80小时，干燥之后以120MPa的压力下冲压成型为具有直径：50mm×厚度：1.5mm尺寸的压坯，接着，在压力：1Pa的真空气氛中，将该压坯以900～1300℃范围内的预定温度在保持60分钟的条件下进行烧结而作为切削刃片用预烧结体，且将该预烧结体与另行准备的具有Co：8质量%、WC：残余的组成，以及直径：50mm×厚度：2mm尺寸的WC基硬质合金制支承片重叠的状态下，装入通常的超高压烧结装置中，以压力：5GPa、温度：1200～1400℃范围内的预定温度中保持时间：0.8小时的通常条件下进行超高压烧结，烧结后使用金刚石砂轮研磨上下表面，用电线放电加工装置分割成一边为3mm的正三角形状，另外，将使用具有以质量%计Cu：26%、Ti：5%、Ni：2.5%、Ag：剩余部分构成的组成的Ag合金的钎料，在具有Co：5质量%、TaC：5质量%、WC：剩余部分的组成及CNGA120412的形状（厚度：4.76mm×一边长度：12.7mm的正三角形）的WC基硬质合金制刀片主体的钎焊部（刀尖部）进行钎焊，外周加工成预定尺寸之后，在切削刃部实施宽：0.13mm、角度：25°的刃口修磨加工，并实施精加工研磨，由此分别制造出具有CNGA120412的刀片形状的工具基体A～M。

（a）将上述工具基体A～M分别在丙酮中进行超声波清洗，在干燥的状态下，在图2所示的电弧离子镀装置内的从旋转台上的中心轴向半径方向离预定距离的位置上沿外周部进行安装，且将具有与表2所示的目标组成对应的成分组成的由Ti-Al合金构成的阴极电极，夹着所述旋转台对置配置。

（b）接着，对装置内进行排气而保持为0.1Pa以下的真空，并且用加热器将装置内加热至500℃，之后导入Ar气体来设为0.7Pa的气氛，并且对边在所述台上自转边旋转的工具基体施加-200V的直流偏压，进而通过氩离子轰击清洗工具基体表面。

（c）接着，向装置内导入氮气作为反应气体而设为3Pa的反应气氛，并且对边在所述旋转台上自转边旋转的工具基体施加-50V的直流偏压，并使100A电流流过所述Ti-Al合金与阳极电极之间而产生电弧放电，进而在所述工具基体的表面蒸镀形成表2所示的目标组成及目标层厚的TiAlN层作为硬质包覆层。

（d）接着，以表3所示的喷砂条件对上述cBN包覆工具实施喷砂处理。

（e）接着，关于实施上述喷砂处理的cBN包覆工具，对其后刀面以表3所示的研磨条件实施研磨处理。

通过上述（a）～（e）的工序分别制造了本发明cBN包覆工具1～14。

比较例：

以比较为目的，变更上述实施例1中的（d）的喷砂处理条件、（e）的研磨处理条件，并以表3所示的本发明外的条件进行喷砂处理、研磨处理（或不进行），其他以与实施例1相同的条件，分别制造作为比较例的比较例cBN包覆工具1～13。

将上述本发明cBN包覆工具1～14、比较例cBN包覆工具1～13的TiAlN层，通过电子射线显微分析仪（EPMA）测定硬质包覆层的组成的结果，分别显示出基本上与目标组成相同的组成，并且，使用扫描型电子显微镜对其平均层厚进行截面测定的结果，均显示出与目标层厚基本相同的平均值（5处的平均值）。

在表2中示出其结果。

并且，关于通过上述制作的本发明cBN包覆工具1～14，通过扫描型电子显微镜观察硬质包覆层的纵截面。

并且，将从前刀面及刃口修磨面的最表面向深度方向到0.5μm为止的深度区域作为表面区域，在该表面区域，在前刀面上从前刀面及刃口修磨面棱线部向前刀面侧50μm的位置、在刃口修磨面上在与前刀面的棱线部及与后刀面的棱线部的中央的位置上，宽度10μm的范围内分别存在的总晶粒作为对象，求出与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm、且与基体表面平行的方向的横长纵横尺寸比为1～6的TiAlN晶粒所占的个数比例。

并且，对于前刀面及刃口修磨面的表面区域下部的硬质包覆层及后刀面的硬质包覆层，观察其结晶形态。

在表4中示出其结果。

另外，前刀面及后刀面的表面区域中与基体表面平行的结晶粒径的测定法、与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比的测定法具体如下。

对工具基体的前刀面及刃口修磨面的截面进行研磨加工之后，通过SEM图像对其截面进行观察。作为测定条件，使用观察倍率：10000倍、加速电压：3kV的条件。在形成硬质包覆层表面的晶粒中，与工具基体表面平行地画出直线，将结晶截面中最长直径定义为粒径。测定了在前刀面上从前刀面及刃口修磨面棱线部向前刀面侧50μm的位置，在刃口修磨面上与前刀面的棱线部及与后面的棱线部的中央的位置上宽度10μm的范围内分别存在的总结晶的粒径。

结晶的纵横尺寸比如下计算，即使用与上述同样的晶粒，以长边为分子，短边为分母，计算在晶粒截面最长直径（长边）和与其垂直的最长直径（短边）的长度之比。

另外，对于本发明cBN包覆工具1～14的前刀面的硬质包覆层以及后刀面的硬质包覆层，通过X射线衍射求出测定（200）的峰值强度I（200）、（111）面的峰值强度I（111），I（200）与I（111）的比值I（200）/I（111）。

在表4中示出其结果。

根据X射线衍射的测定方法具体如下。

分别对工具基体的前刀面、后刀面进行测定。以如下测定条件进行测定。管电压：40V、管电流：200mA、2θ：20～80°、步长：0.02°、计数时间：0.5sec。

并且，对于比较例cBN包覆工具1～13，也与本发明cBN包覆工具1～14的情况相同地，将从前刀面、刃口修磨面及后刀面的最表面向深度方向0.5μm为止的深度区域假设为表面区域，并求出在该表面区域中与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，且与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的TiAlN晶粒在表面区域的总晶粒数中所占的个数比例。

并且，对于前刀面、刃口修磨面及后刀面的表面区域下部的硬质包覆层及后刀面的硬质包覆层，观察其结晶形态。

另外，对于前刀面的硬质包覆层以及后刀面的硬质包覆层，根据X射线衍射求出I（200）与I（111）的比值I（200）/I（111）。

其结果示于表5。

[表1]

[表2]

（※1）意味着在本发明的范围外。

[表3]

[表4]

(注)“个数比例”是指在从最表面向深度方向0.5μm为止的区域，与基体表面平行的方向的结晶粒径为0.08～0.5μm，且与基体表面平行的方向的横长的纵横尺寸比为1～6的TiAlN晶粒在表面区域的总晶粒中所占的个数比例。

[表5]

(※1)意味着在本发明的范围外。

(※2)意味着在本发明的权利要求2的范围外。

接着，在本发明cBN包覆工具1～14、比较例cBN包覆工具1～13，均以在工具钢制车刀的前端部用固定夹具紧固的状态下，以以下表示的切削条件A、B实施切削加工试验。

[切削条件A]

工件：JIS·SCM415的圆棒、

切削速度：150m/min.、

切深量：0.2mm、

进给速度：0.2mm/rev.、

切削时间：4.5分钟、

进行在以上条件下的合金钢的干式连续高速切削加工试验，

[切削条件B]

工件：JIS·S45C的圆棒、

切削速度：150m/min.、

切深量：0.2mm、

进给速度：0.2mm/rev.、

切削时间：4.5分钟、

进行在以上条件下的碳钢的干式连续高速切削加工试验，

在任一切削加工试验中均测定切削刃的后刀面摩损宽度(mm)，并且通过扫描型电子显微镜观察切削刃部(后刀面与刃口修磨面的棱线部)的状态。

在表6、表7中示出其结果。

并且，在图3的(a)中示出以切削条件A进行切削试验后的比较例cBN包覆工具3的切削刃部(后刀面与刃口修磨面的棱线部)的状态，并且，在(b)中示出以相同条件进行切削试验后的本发明cBN包覆工具5的切削刃部(后刀面与刃口修磨面的棱线部)的状态。

[表6]

[表7]

(表中，符号※表示因耐龟裂性下降而引起的崩刀等边界异常损伤而达到使用寿命的包覆工具的切削时间(分钟))

从表4～7、图3的(a)、(b)所示的结果可知，本发明cBN包覆工具中，均由TiAlN层构成的硬质包覆层发挥优异的耐龟裂性及耐磨损性，且显示出优异的切削性能，相对于此，比较例cBN包覆工具中，因产生龟裂(例如，参考图3的(a))引起的崩刀而在比较短的时间内达到寿命。

产业上的可利用性

如上述，该发明的cBN包覆工具不仅在各种钢和铸铁等的通常的高速切削条件下的切削加工中，尤其即使在切削加工时作用有断续性/冲击性的高负荷的高速断续切削中，硬质包覆层仍发挥优异的耐龟裂性，因此不发生崩刀、缺损等异常损伤而在长期使用中发挥优异的耐磨损性，因此，能够足以应对切削加工装置的高性能化以及切削加工的节省劳力化、节能化及低成本化。

Claims

1.一种表面包覆切削工具，其在由立方晶氮化硼的含量为50～85容量%的立方晶氮化硼基超高压烧结材料构成的工具基体的表面蒸镀形成平均层厚为2～6μm的由Ti和Al的复合氮化物层构成的硬质包覆层，其特征在于，

（a）将上述硬质包覆层以组成式：（Ti_1-XAl_X）N表示时，X的值以原子比计为0.30～0.75，

2.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，