CN104858458A - 耐异常损伤性和耐磨损性优异的表面包覆切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供即使在用于要求高负荷切削条件的高硬度钢的高速切削加工时也难以产生崩刀、缺损和剥离，长期发挥优异的耐磨损性的表面包覆切削工具。表面包覆切削工具，在由cBN烧结体构成的工具基体上包覆有平均总层厚为1.5～4.0μm的下部层A和上部层B，下部层A由Ti_1-aAl_aN(以原子比计为0.3≤a≤0.7)构成，上部层B由Ti_1-x-yAl_xSi_yN(以原子比计为0.3≤x≤0.7、0.01≤y≤0.1)构成，将表面包覆切削工具的后刀面的下部层A的残余应力设为σ_A(GPa)且将硬质包覆层整体的总残余应力设为σ_T(GPa)时，均满足σ_A＜σ_T、-7.0≤σ_A≤-1.0、-4.0≤σ_T≤-0.5、|σ_A-σ_T|＜4.0，进一步优选的是，将下部层A的平均层厚设为t_A且将上部层B的平均层厚设为t_B时，满足4≤t_B/t_A≤9，下部层A的晶粒的平均粒径为0.1μm以下。

Description

耐异常损伤性和耐磨损性优异的表面包覆切削工具

技术领域

本发明涉及一种表面包覆切削工具(以下，称为包覆工具)，该表面包覆切削工具由于硬质包覆层具备优异的耐异常损伤性和耐磨损性，从而即使在用于淬火钢等高硬度钢的高速切削加工时也难以产生崩刀、缺损，长期示出优异的切削性能。

背景技术

一般而言，包覆工具有：在各种钢或铸铁等工件的旋削加工或平削加工中装卸自如地安装于车刀的前端部而使用的刀片；用于工件的开孔切削加工等中的钻头或微型钻；以及用于工件的面削加工、沟槽加工或台阶加工等中的整体式立铣刀等，并且，已知有装卸自如地安装刀片并与整体式立铣刀同样地进行切削加工的刀片式立铣刀等。

本发明涉及一种以立方晶氮化硼(以下，用cBN表示)为主成分且将其在超高压、高温下烧结成型而形成的cBN烧结体切削工具，特别涉及一种即使在由合金钢、轴承钢等的淬火钢构成的高硬度钢的高速连续切削加工、高速断续切削加工中也能够抑制崩刀和缺损的产生，并且在长期使用中可维持优异的切削性能的cBN烧结体切削工具。

以往，作为高硬度钢的切削工具，已知有以cBN烧结体为工具基体的cBN烧结体切削工具等，以提高工具寿命为目的而提出了各种方案。

例如，在专利文献1中提出了一种包覆工具，该包覆工具在硬质合金、金属陶瓷、cBN烧结体等的工具基体上形成有被膜的包覆工具中，在被膜的厚度方向形成压缩应力的强度分布，该强度分布在上述被膜的表面形成最小的压缩应力的同时使压缩应力从上述被膜的表面至位于上述被膜的表面与上述被膜的底面之间的中间点连续地增加，在中间点形成极大点，使压缩应力从中间点至上述被膜的底面为规定的值，从而兼顾切削工具的韧性与耐磨损性，尤其提高耐崩刀性。

另外，在专利文献2中提出了一种包覆工具，该包覆工具在由cBN烧结体构成的工具基体表面蒸镀形成有硬质包覆层，工具基体与硬质包覆层的界面的工具基体和硬质包覆层的残余应力值分别为-2GPa以下的残余应力，且两者的残余应力之差为0.5GPa以下，优选地，控制硬质包覆层的残余应力差以使硬质包覆层中的残余应力的值形成趋向硬质包覆层的表面绝对值逐渐减小的残余应力分布，从而即使长时间进行断续切削时也发挥优异的耐崩刀性。

专利文献1：日本专利公开2006-35345号公报

专利文献2：日本专利公开2011-83865号公报

上述专利文献1中记载的现有包覆工具虽然在碳钢的连续切削、断续切削中发挥优异的耐缺损性和耐磨损性，但还说不上在用于高硬度钢的高速切削加工时耐缺损性和耐磨损性均为充分。

另外，在上述专利文献2中记载的现有包覆工具中，虽然在轴承钢、铬钢的高速断续切削加工中示出优异的耐缺损性，但关于耐磨损性仍说不上充分。

总之，现有的包覆工具无法在高硬度钢的高速连续切削加工、高速断续切削加工中降低崩刀、缺损等异常损伤的产生的同时确保优异的耐磨损性，因此存在工具寿命短的问题。

发明内容

本发明人们为了解决前述课题，着眼于在由cBN烧结体构成的工具基体上包覆的硬质包覆层的残余应力，进行深入研究，结果得到了如下见解。

首先，本发明人们由cBN粒子和结合相构成cBN烧结体，该结合相含有选自Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物和硼化物及Al的氮化物和氧化物中的至少一种以上的粒子和不可避免杂质，将其作为由cBN烧结体构成的工具基体(以下，称为“cBN基体”)，在之上蒸镀形成由下部层和上部层的两层结构构成的硬质包覆层而制作了表面包覆切削工具。

而且，硬质包覆层的下部层为TiAlN层，并且，上部层为TiAlSiN层。

TiAlN层能够通过作为其构成成分的Ti成分来确保优异的强度和韧性，Al具有提高高温硬度和耐热性、在共存含有Al和Ti的状态下进一步提高高温抗氧化性的作用，并且，TiAlSiN层通过在TiAlN层进一步含有Si成分，从而更加提高耐热性。

本发明人们发现在通过作为一种物理蒸镀装置的电弧离子镀装置(称为“AIP装置”)来蒸镀形成由上述TiAlN层构成的下部层、由TiAlSiN层构成的上部层时，通过控制作为其蒸镀条件的气氛气体的压力和对工具基体施加的直流偏置电压，从而能够对硬质包覆层赋予所期望的残余应力。

而且，发现通过对硬质包覆层的下部层和上部层赋予规定的残余应力，从而能够抑制在下部层与cBN基体的界面产生的界面裂纹的扩展的同时，在切削加工时，能够抑制在上部层的表面产生的裂纹扩展到上部层的内部，因此即使在用于高硬度钢的高速切削加工时也能够防止崩刀、缺损等异常损伤的产生。

此外，本发明人们发现通过控制硬质包覆层整体的残余应力与硬质包覆层的下部层的残余应力之差，从而能够防止下部层与上部层之间产生破坏，因此能够更加提高耐异常损伤性。

本发明基于上述见解而完成的，并具有以下特征。

(1)一种表面包覆切削工具，其特征在于，在切削中所使用的刀尖至少在由立方晶氮化硼烧结体构成的工具基体上蒸镀形成有硬质包覆层，

所述立方晶氮化硼烧结体由立方晶氮化硼粒子和结合相构成，该结合相含有选自Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物和硼化物及Al的氮化物和氧化物中的至少一种以上的粒子和不可避免杂质，

所述硬质包覆层至少由工具基体正上方的下部层A和在其上形成的上部层B构成，并且平均总层厚为1.5～4.0μm，

所述下部层A由满足组成式：Ti_1-aAl_aN(其中，a以原子比计为0.3≤a≤0.7)的成分体系构成，

所述上部层B由满足组成式：Ti_1-x-yAl_xSi_yN(其中，x、y以原子比计为0.3≤x≤0.7、0.01≤y≤0.1)的成分体系构成，

将所述表面包覆切削工具的后刀面的下部层A的残余应力设为σ_A(GPa)且将所述硬质包覆层整体的总残余应力设为σ_T(GPa)时，满足以下所有条件：

σ_A＜σ_T、

-7.0≤σ_A≤-1.0、

-4.0≤σ_T≤-0.5、

|σ_A-σ_T|＜4.0。

(2)所述(1)的表面包覆切削工具，其特征在于，将下部层A的平均层厚设为t_A且将上部层B的平均层厚设为t_B时，

4≤t_B/t_A≤9，

下部层A的晶粒的平均粒径为0.1μm以下。

下面，对本发明进行详细说明。

烧结体中的cBN粒子的平均粒径：

在cBN烧结体中，通过分散有微细且硬质的cBN粒子，从而能够在工具使用中抑制以工具基体表面的cBN粒子脱落而产生的刀尖的凹凸形状为起点的崩刀的产生。其理由在于，即使工具基体表面的cBN粒子脱落，由于其粒子为规定的粒径以下的微细粒子，因此也不会成为引发崩刀这样的大的凹凸形状。

另外，烧结体中的微细cBN粒子由于承担着分散、缓解和消除在工具使用中因对刀尖施加的应力而产生的从cBN粒子与结合相的界面扩展的裂纹或cBN粒子破裂而扩展的裂纹的传播的作用，因此有助于提高包覆工具的耐缺损性。

但是，若cBN粒子的平均粒径低于0.5μm，则过于微细而无法充分发挥作为硬质粒子的cBN粒子的功能。另一方面，若超过4.0μm，则由于与本发明中的硬质包覆层的层厚相比成为颇大的粒子，因此通过露出于工具基体表面的cBN粒子来形成凹凸形状过于变大，成为崩刀、缺损产生的原因。

因此，cBN粒子的平均粒径优选为0.5～4.0μm。

在此，关于cBN粒子的平均粒径，针对利用扫描电子显微镜(SEM，ScanningElectron Microscopy)观察所制作的cBN烧结体的剖面组织而得到的二次电子图像内的cBN粒子的部分，利用图像处理来提取，通过图像分析来求出各cBN粒子的最大长度，将其作为各cBN粒子的直径，求出一个图像中的cBN粒子的直径的平均值，将针对至少三个图像求出的平均值加以平均作为上述所说的cBN的平均粒径[μm]。图像处理中所使用的观察区域能够通过进行预观察而确定，但鉴于cBN粒子的平均粒径为0.5～4.0μm，优选设为15μm×15μm左右的视场区域。

cBN烧结体中的cBN粒子的体积比例：

如果cBN烧结体中所占的cBN粒子的含有比例低于40体积％，则由于在烧结体中硬质物质少，cBN烧结体的硬度降低，因此耐磨损性降低。另一方面，若超过70体积％时，则结合相不足，因此在烧结体中生成作为裂纹的起点的空隙，耐缺损性降低。因此，为了更加发挥本发明达到的效果，cBN烧结体中所占的cBN粒子的含有比例优选设为40～70体积％的范围。

在此，关于cBN烧结体中所占的cBN粒子的含有比例(体积％)的测定方法，针对利用SEM观察cBN烧结体的剖面组织而得到的二次电子图像内的cBN粒子的部分，利用图像处理来提取，通过图像分析来计算cBN粒子相对于观察区域中的cBN烧结体的整体的面积所占的面积，将处理至少三个图像而求出的值的平均值设为cBN粒子的含有比例(体积％)。图像处理中所使用的观察区域鉴于cBN粒子的平均粒径为0.5～4.0μm，优选设为15μm×15μm左右的视场区域。

构成结合相的成分粒子：

本发明中的cBN烧结体中的主要的硬质成分为所述平均粒径、体积比例的cBN粒子，但作为结合相形成成分粒子，能够使用已众所周知的选自Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物及Al的氮化物、氧化物中的至少一种以上的粒子。

硬质包覆层的平均总层厚：

如图1所示，本发明的硬质包覆层具有至少由工具基体正上方的下部层A和在其上形成的上部层B构成的叠层结构，该下部层A由Ti_1-aAl_aN的成分体系构成，该上部层B由Ti_1-x-yAl_xSi_yN的成分体系构成。

该硬质包覆层由于通过在下部层A、即TiAlN层中包含的Ti成分来确保优异的强度和韧性，Al具有提高高温硬度和耐热性的同时在共存含有Al和Ti的状态下进一步提高高温抗氧化性的作用，并且具有盐岩型晶体结构，因此通过高硬度且在工具基体上形成，由此能够提高耐磨损性。

另外，上部层B、即TiAlSiN层通过在所述TiAlN层含有Si成分，从而更加提高耐热性，氧化开始温度高且高温抗氧化性高，因此特别在切削时成为高温这样的高速切削时的耐磨损性得到提高。

特别是在平均总层厚为1.5～4.0μm时，其效果会显著发挥。

其理由在于，如果平均总层厚低于1.5μm，则与工具基体表面粗糙度相比硬质包覆层的层厚薄，因此无法充分确保在长期使用中的耐磨损性。另一方面，若其平均总层厚超过4.0μm，则构成硬质包覆层的复合氮化物的晶粒易于粗大化，容易产生崩刀。

因此，硬质包覆层的平均总层厚设定为1.5～4.0μm。

在此，关于硬质包覆层的平均总层厚，针对利用SEM观察而得到的二次电子图像内的硬质包覆层的部分，利用图像处理来提出，通过图像分析来针对图像内的五处求出硬质包覆层的层厚，求出其平均值来设为平均总层厚。作为图像处理中所使用的观察区域，鉴于期待的硬质包覆层的平均总层厚为1.5～4.0μm，优选设为15μm×15μm左右的视场区域。

构成硬质包覆层的下部层A：

下部层A的Al在Ti和Al的合计量中所占的含有比例a(其中，a为原子比)满足0.3≤a≤0.7。

如果Al成分的含量低于0.3，则无法充分获得因含有Al成分而带来的高温硬度和耐热性的提高，无法得到所期望的性能。另外，若Al成分的含量超过0.7，则TiAlN层无法维持盐岩型晶体结构，硬度会极端降低，因此并不优选。

另外，构成下部层A的TiAlN晶粒通过减小其平均粒径，使在cBN基体与下部层A的界面产生的裂纹分散在TiAlN晶粒的微细晶界中，并且，沿着微细晶界传播，从而能够提高耐崩刀性、耐缺损性，但若其平均粒径超过0.1μm，则由于耐异常损伤性的改善效果少，因此构成下部层A的TiAlN晶粒的平均粒径优选为0.1μm以下。

下部层A的残余应力σ_A：

如图2所示，在本发明中，通过AIP装置来蒸镀形成硬质包覆层时，对各自下部层A和上部层B赋予规定的残余应力，但对于下部层A赋予满足-7.0≤σ_A≤-1.0的残余应力。

此外，负号意味着残余应力为压缩残余应力。

若对下部层A赋予的残余应力值为大于-7.0GPa的压缩残余应力，则下部层的内部应力过于变高，导致皮膜碎裂，另一方面，若成为小于-1.0GPa的压缩残余应力，则无法充分抑制在cBN基体与下部层A的界面产生的裂纹的扩展，产生崩刀、缺损，耐异常损伤性下降，因此在本发明中，将对下部层A赋予的残余应力设定为-7.0(GPa)≤σ_A≤-1.0(GPa)。

构成硬质包覆层的上部层B：

上部层B的Al和Si在Ti、Al和Si的合计量中所占的含有比例x、y(其中，x、y均为原子比)分别满足0.3≤x≤0.7、0.01≤y≤0.1。

满足该条件时，构成上部层B的Ti_1-x-yAl_xSi_yN层发挥所期望的抗氧化性和在切削时成为高温这样的高速切削时的高的耐磨损性。

另一方面，如果Al成分的含量低于0.3，则无法充分获得因含有Al成分而带来的高温硬度和耐热性的提高，无法得到所期望的性能。另外，若Al成分的含量超过0.7，则AlTiSiN层无法维持盐岩型晶体结构，硬度会极端降低，因此并不优选。如果Si成分低于0.01则无法发挥所期望的耐磨损性，若超过0.1则晶格应变增大，耐缺损性降低，因此并不优选。

硬质包覆层整体的总残余应力σ_T与下部层A的残余应力σ_A：

如图2所示，在本发明中，为了充分抑制在cBN基体与下部层A的界面产生的裂纹的扩展，对下部层A赋予满足-7.0(GPa)≤σ_A≤-1.0(GPa)的残余应力的同时也对上部层B赋予残余应力，在切削加工时，抑制从上部层B的表面扩展的裂纹在硬质包覆层内传播并扩展。

另外，通过控制对下部层A和上部层B赋予的残余应力，从而即使对硬质包覆层作用切削加工时的高负荷的情况下也会防止下部层A与上部层B的剥离和破坏。

从上述观点出发，将硬质包覆层整体的总残余应力设为σ_T(GPa)时，需要满足σ_A＜σ_T、且-4.0≤σ_T≤-0.5、以及|σ_A-σ_T|＜4.0的σ_T(GPa)。

在此，将硬质包覆层整体的总残余应力设为σ_T(GPa)是指使用XRD峰测定残余应力时，如图4所示，将下部层A与上部层B重叠的XRD峰作为一个峰进行评价并计算的残余应力值。

另外，为了使上述的作用效果更加有效，如图3所示，优选的是，将下部层A的平均层厚设为t_A且将上部层B的平均层厚设为t_B时，设为满足4≤t_B/t_A≤9这样的下部层A的层厚t_A、上部层B的层厚t_B，进一步下部层A的晶粒的平均粒径为0.1μm以下。

即，当t_A、t_B满足上述的关系时，耐磨损性层、即上部层B相对于下部层A的层厚比变大，上部层B会在长期使用中发挥优异的耐磨损性。

另外，由于下部层A的平均粒径较小为0.1μm以下，因此裂纹会沿着微细的晶粒的晶界传播，能够提高耐崩刀性、耐缺损性等耐异常损伤性。

本发明的包覆工具特别是在cBN基体表面具备由Ti_1-aAl_aN层构成的下部层A和由Ti_1-x-yAl_xSi_yN层构成的上部层B，下部层A的残余应力σ_A(GPa)被控制在规定范围，而且，使硬质包覆层整体的总残余应力在σ_T(GPa)与σ_A(GPa)之间具有规定的关系，由此即使在用于高硬度钢的高速切削加工时也不会产生崩刀、缺损、剥离等异常损伤，在长期使用中发挥优异的耐磨损性。

附图说明

图1是表示从成分组成的观点来看本发明包覆工具的硬质包覆层的层结构的剖面示意图。

图2是表示从残余应力的观点来看本发明包覆工具的硬质包覆层的层结构的剖面示意图。

图3是表示从层厚和平均晶体粒径的观点来看本发明包覆工具的硬质包覆层的层结构的剖面示意图。

图4是用于求出本发明包覆工具的硬质包覆层整体的总残余应力σ_T(GPa)的概略说明图。

图5是表示用于成膜本发明包覆工具的硬质包覆层的电弧离子镀(AIP)装置的概略说明图，(a)为概略俯视图、(b)为概略侧视图。

具体实施方式

接着，通过实施例对本发明的包覆工具进行具体说明。

[实施例1]

工具基体的制作：

作为原料粉末，准备具有0.5～4.0μm的平均粒径的cBN粒子作为硬质相形成用原料粉末，并且准备均具有0.3～0.9μm的范围内的平均粒径的TiN粉末、TiC粉末、TiCN粉末、Al粉末、AlN粉末、Al₂O₃粉末作为结合相形成用原料粉末。

以表1所示的配合比进行配合，以使这些之中的几个原料粉末与cBN粒子粉末的合计量设为100体积％时的cBN粒子粉末的含有比例成为40～70体积％。

接着，将该原料粉末用球磨机进行72小时的湿式混合，干燥之后，利用压力机以成型压1MPa，按直径：50mm×厚度：1.5mm的尺寸进行挤压成型，接着将该成型体在压力：1Pa以下的真空气氛中，在1000℃保持30分钟来进行热处理，去除挥发成分和对粉末表面的吸附成分而制作预烧结体。

将该预烧结体以电火花线切割机按规定尺寸进行切割，对具有Co：5质量％、TaC：5质量％、WC：剩余部分的组成以及ISO标准CNGA120408的刀片形状的WC基硬质合金制刀片主体的焊接部(刀尖圆弧部)使用具有由Cu：26％、Ti：5％、Ag：剩余部分构成的组成的Ag系焊料进行焊接，通过实施上下面和外周研磨、珩磨处理，从而制造具有ISO标准CNGA120408的刀片形状的本发明用的工具基体1～6。

表1示出粉末的配合比。

[表1]

成膜工序：

对通过前述的工序来制作的工具基体1～6，使用如图5所示的电弧离子镀装置，形成了硬质包覆层。

(a)将工具基体1～6在丙酮中进行超声波清洗并干燥后的状态下，在从电弧离子镀装置内的旋转台上的中心轴沿半径方向距离规定距离的位置沿着外周部进行安装。并且，作为阴极电极(蒸发源)，配置规定组成的Ti-Al合金和Ti-Al-Si合金。

(b)首先，对装置内进行排气使其保持10^-2Pa以下的真空，同时利用加热器将装置内加热至500℃后，设定为2Pa的Ar气体气氛，对在所述旋转台上一边自转一边旋转的工具基体施加-200～-600V的直流偏置电压，以此通过氩离子对工具基体表面进行轰击清洗。

(c)接着，在装置内导入氮气作为反应气体，将成膜气氛温度设为400～550℃，且设为表2所示的2～10Pa的范围内的规定氮气压力，并且对在所述旋转台上一边自转一边旋转的工具基体施加表2所示的-20～-100V的范围内的规定的直流偏置电压，且在由所述Ti-Al合金构成的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间流过表2所示的90～200A的范围内的规定的电流并使其产生电弧放电，在所述工具基体的表面蒸镀形成表2所示的目标平均组成、目标平均层厚的(Ti,Al)N层。

(d)接着，在装置内导入氮气作为反应气体，将成膜气氛温度设为400～550℃，且同样地设为表3所示的2～10Pa的范围内的规定氮气压力，并且对在所述旋转台上一边自转一边旋转的工具基体施加表3所示的-20～-100V的范围内的规定的直流偏置电压，且在由所述Ti-Al-Si合金构成的阴极电极(蒸发源)与阳极电极之间流过表3所示的90～200A的范围内的规定的电流并使其产生电弧放电，在所述工具基体的表面上蒸镀形成表3所示的目标平均组成、目标平均层厚的(Ti,Al,Si)N层。

通过上述工序(a)～(d)，制作了表6所示的本发明包覆工具1～10。

此外，在上述工序(c)中，与工序(d)相比通过以低气压且高电弧电流进行成膜，从而形成微细的组织，另一方面，在上述工序(d)中，与工序(c)相比通过以高气压且低电弧电流进行成膜，调整成膜时间，以上部层B的层厚比下部层A厚的方式进行了成膜。

为了进行比较，对上述工具基体1～6，将所述工序(c)中的氮反应气氛气体压力、直流偏置电压变更为表4所示的值，并且，将所述工序(d)中的氮反应气氛气体压力、直流偏置电压变更为表5所示的值，制作了表7所示的比较例包覆工具1～10。

针对上述制作的本发明包覆工具1～10、比较例包覆工具1～10，测定下部层A的残余应力σ_A(GPa)、硬质包覆层整体的总残余应力σ_T(GPa)，从这些值，求出σ_T与σ_A的大小关系、|σ_A-σ_T|的值。

此外，关于残余应力σ_A、σ_T(GPa)的测定，在后刀面上的硬质合金上进行了测定。由cBN烧结体构成的刀尖由于被焊接到WC基硬质合金制刀片主体的焊接部(刀尖圆弧部)，因此切削中所使用的刀尖部的皮膜的残余应力与按本方法测定的皮膜的残余应力相同。

具体的残余应力的测定方法通过已众所周知的使用2θ-sin²ψ法的X射线衍射(XRD)法进行。由于其测定原理和测定方法在例如日本材料学会X射线材料强度部门委员会发行的X線応力測定法標準(X射线应力测定法标准)(1997年版)、改著X線応力測定法(改著X射线应力测定法)(養賢堂(养贤堂)、1990年)、X線応力測定法の基礎と最近の発展(X射线应力测定法的基础与最近的发展)(材料vol.47,No.11,1998)等中详细进行了描述，因此在此进行省略。

另外，如图4所示，硬质包覆层整体的总残余应力σ_T(GPa)为将下部层A与上部层B的重叠的XRD峰作为一个峰进行评价并计算的残余应力值。针对下部层A的残余应力σ_A(GPa)，例如可以在成膜后通过聚焦离子束(FIB，Focused IonBeam)法等方法进行加工并去除之后，使用前述的X射线衍射法进行测定。

另外，针对上述的本发明包覆工具1～10和比较例包覆工具1～10，通过使用FIB的薄片加工，从工具后刀面切割出包括工具基体和硬质包覆层的宽度100μm×高度300μm×厚度0.2μm的薄片，针对在该薄片之中设定为全部包含硬质包覆层的厚度区域的、与工具基体表面平行的方向的宽度为10μm的视场，进行利用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，TEM)(倍率从200000倍到1000000倍的范围中设定合适的值)的剖面观察，测定了硬质包覆层中的下部层A的平均粒径、以及下部层A和上部层B的平均层厚。在此，工具基体表面是指与基体的硬质包覆层相切的面的面方向垂直的剖面的观察图像中的、基体与硬质包覆层的界面粗糙度的基准线。

关于上述下部层A的平均粒径，测定在与工具基体表面平行的方向上存在于长度10μm的范围内的Ti_1-aAl_aN晶粒与工具基体表面平行的粒子宽度，通过计算存在于测定范围内的粒子的平均值来求出下部层A的平均粒径。

另外，针对下部层A和上部层B的层厚，使用扫描电子显微镜来测定纵剖面，在视场内的任意的五处测定与工具基体表面垂直的方向的层厚，从测定的平均值求出平均层厚。并且，关于下部层A和上部层B的组成，通过使用SEM的能量分散型X射线分光法(Energy Dispersive X-ray Spectroscopy，EDS)进行测定。

其结果示于表2～表7。

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

※表示脱离本申请的权利要求1的数值或项目

接着，针对本发明包覆工具1～10和比较例包覆工具1～10，以下述切削条件，将最大切削长度在条件A中设为900m，在条件B中设为1200m，每100m切削长度评价了刀尖的有无崩刀、剥离等异常损伤和后刀面磨损量。

切削条件A：

工件：铬钢钢材(JIS·SCr420)的渗碳淬火材(HRC60)的圆棒、

切削速度：270m/min、

切削深度：0.15mm、

进给量：0.1mm/rev、

的干式连续切削，

切削条件B：

工件：铬钢钢材(JIS·SCr420)的渗碳淬火材(HRC60)的长度方向上等间隔配置有四条纵槽的圆棒、

切削速度：120m/min、

切削深度：0.2mm、

进给量：0.15mm/rev、

的干式断续切削。

此外，针对有无异常损伤，通过利用SEM观察包覆工具的刀尖表面来进行了评价。

其结果示于表8、表9。

此外，当达到最大切削长度之前后刀面磨损量为0.25mm以上、或者刀尖缺损时判断为达到使用寿命。

[表8]

[表9]

※表示到达最大切削长度之前达到使用寿命的包覆工具的切削寿命(sec)

根据表6、表8所示的结果可知，本发明包覆工具通过将cBN基体表面上的下部层A的残余应力σ_A(GPa)控制在规定范围，进一步使硬质包覆层整体的总残余应力在σ_T(GPa)与σ_A(GPa)之间具有规定的关系，从而即使在用于高硬度钢的高速切削加工时也不会产生崩刀、剥离等异常损伤，在长期使用中发挥优异的耐磨损性。

此外，可知本发明包覆工具将下部层A的晶粒设为微粒，对上部层B的层厚t_B进行加厚且设为下部层A的层厚t_A的4～9倍时，更进一步提高耐异常损伤性、耐磨损性。

与此相对，根据表7、表9所示的结果可知，在不满足本发明中规定的σ_A(GPa)、σ_T(GPa)的关系的比较例工具中，易于产生崩刀、剥离，并且耐磨损性差，在比较短时间内达到使用寿命。

本发明的表面包覆切削工具由于发挥优异的耐异常损伤性和耐磨损性，长期示出优异的切削性能，因此能够充分满意地应对切削加工装置的高性能化及切削加工的省力化和节能化、以及低成本化。

Claims (2)

1.一种表面包覆切削工具，其特征在于，

在切削中所使用的刀尖至少在由立方晶氮化硼烧结体构成的工具基体上蒸镀形成有硬质包覆层，

所述立方晶氮化硼烧结体由立方晶氮化硼粒子和结合相构成，该结合相含有选自Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物和硼化物及Al的氮化物和氧化物中的至少一种以上的粒子和不可避免杂质，

所述硬质包覆层至少由工具基体正上方的下部层A和在其上形成的上部层B构成，并且平均总层厚为1.5～4.0μm，

所述下部层A由满足组成式：Ti_1-aAl_aN的成分体系构成，其中，a以原子比计为0.3≤a≤0.7，

所述上部层B由满足组成式：Ti_1-x-yAl_xSi_yN的成分体系构成，其中，x、y以原子比计为0.3≤x≤0.7、0.01≤y≤0.1，

将所述表面包覆切削工具的后刀面的下部层A的残余应力设为σ_A且将所述硬质包覆层整体的总残余应力设为σ_T时，满足以下所有条件：

σ_A＜σ_T、-7.0≤σ_A≤-1.0、-4.0≤σ_T≤-0.5、|σ_A-σ_T|＜4.0，其中，σ_A和σ_T的单位为GPa。

2.根据权利要求1所述的表面包覆切削工具，其特征在于，

将下部层A的平均层厚设为t_A且将上部层B的平均层厚设为t_B时，4≤t_B/t_A≤9，

下部层A的晶粒的平均粒径为0.1μm以下。