CN108723404A - 被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被覆切削工具，其具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层，并具有前刀面和后刀面，被覆层包含α型氧化铝层，α型氧化铝层在基材的相反侧具有作为前刀面或作为与前刀面大致平行的面的第1界面、作为后刀面或作为与后刀面大致平行的面的第2界面、和第1界面与第2界面的交叉棱线部，α型氧化铝层满足‑600≤σ11≤300、‑900≤σ22≤250、和σ11＞σ22。(式中，σ11表示与交叉棱线部平行的方向的残余应力值(MPa)，σ22表示与交叉棱线部正交的方向的残余应力值(MPa)，各残余应力值为通过2D法测定得到的值。)。

Description

被覆切削工具
技术领域
本发明涉及一种被覆切削工具。
背景技术
以往，在由硬质合金构成的基材的表面通过化学蒸镀法以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而形成的被覆切削工具被用于钢或铸铁等的切削加工。作为上述被覆层，已知有例如由选自Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物和碳氮氧化物、以及氧化铝组成的群组中的一种的单层或两种以上的多层构成的被覆层。
在日本专利4739235号公报中，公开了一种表面被覆切削工具，其为具备基材、和形成于基材上的涂层的表面被覆切削工具，涂层包含由TiCN构成的第1涂层、和由α型Al2O3构成的第2涂层，第1涂层具有拉伸应力S1，第2涂层具有压缩应力S2，同时拉伸应力S1和压缩应力S2满足400MPa≤|S2-S1|≤3500MPa的关系。
在日本专利4739236号公报中公开了一种表面被覆切削工具，其具备基材、和形成于基材上的涂层，涂层包含由TiCN构成的第1涂层、和由α型Al2O3构成的第2涂层，第1涂层具有拉伸应力、或拉伸应力被释放而实质上不具有应力，第2涂层在前刀面具有压缩应力S1，在后刀面具有拉伸应力S2，并且压缩应力S1和拉伸应力S2满足441MPa≤|S1-S2|≤3500MPa的关系。
发明内容
在近年的切削加工中，高速化或高进给化以及深进刀量化更加显著，由于在加工中对工具施加的载荷而在切削部和非切削部的边界产生的缺损所引起的工具的缺损变得很常见。
由于这样的背景，在上述专利文献1和专利文献2所公开的工具中，在对被覆切削工具作用较大的载荷的切削加工条件下，耐缺损性不足，因而人们谋求进一步提高寿命。
本发明是为解决该问题而完成的，其目的在于提供一种具有优异的耐磨性和耐缺损性、能够延长工具寿命的被覆切削工具。
本发明人从上述观点对被覆切削工具的工具寿命的延长进行了反复研究，得出以下见解。即，如果设为包含将α型氧化铝层的残余应力设为特定值的下述结构，则不会使耐磨性降低，并抑制在切削部和非切削部的边界产生缺损。由此，能够提高工具的耐缺损性，因此能够延长工具寿命。本发明人得出这样的见解，从而完成了本发明。
即，本发明如下所述。
[1]一种被覆切削工具，其具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层，上述被覆切削工具具有前刀面和后刀面，上述被覆层包含α型氧化铝层，上述α型氧化铝层在上述基材的相反侧具有作为上述前刀面或作为与上述前刀面大致平行的面的第1界面、作为上述后刀面或作为与上述后刀面大致平行的面的第2界面、和上述第1界面与上述第2界面的交叉棱线部，上述α型氧化铝层满足由下述式(A)、(B)和(C)表示的条件：
-600≤σ11≤300...(A)
-900≤σ22≤250...(B)
σ11＞σ22...(C)
(上述式中，σ11表示与上述交叉棱线部平行的方向的残余应力值(MPa)，σ22表示与上述交叉棱线部正交的方向的残余应力值(MPa)，各上述残余应力值为通过多轴应力测量法或全德拜环拟合法(Full Debye Ring Fitting Method)测定得到的值。)
[2]上述被覆切削工具，其中，各上述残余应力值为在从上述交叉棱线部朝向上述第1界面而距上述交叉棱线部50μm的位置的α型氧化铝层所测定得到的值。
[3]上述被覆切削工具，其中，σ11为-600MPa以上0MPa以下，σ22为-900MPa以上-100MPa以下。
[4]上述被覆切削工具，其中，在上述α型氧化铝层中，由下述式(1)表示的(0，0，12)面的织构系数TC(0，0，12)为4.0以上8.4以下。
(式(1)中，I(h，k，l)表示上述α型氧化铝层的X射线衍射中(h，k，l)面的峰值强度，I0(h，k，l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中(h，k，l)面的标准衍射强度，(h，k，l)指(0，1，2)、(1，0，4)、(1，1，0)、(1，1，3)、(1，1，6)、(0，1，8)、(2，1，4)、(3，0，0)和(0，0，12)九个晶面。)
[5]上述被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层满足由下述式(D)表示的条件。
σ11-σ22＞100...(D)
[6]上述被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。
[7]上述被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述基材和上述α型氧化铝层之间包含由碳氮化钛构成的碳氮化钛层，上述碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上20.0μm以下。
[8]上述被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述碳氮化钛层和上述α型氧化铝层之间具备中间层，上述中间层由选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物和Ti的碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物构成。
[9]上述被覆切削工具，其中，上述中间层的平均厚度为0.1μm以上1.5μm以下。
[10]上述被覆切削工具，其中，上述被覆层的平均厚度为3.0μm以上30.0μm以下。
[11]上述被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述α型氧化铝层的表面上具备由一氮化钛构成的一氮化钛层作为最外层。
[12]上述被覆切削工具，其中，上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任一种。
根据本发明，能够提供一种通过具有优异的耐磨性和耐缺损性而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
附图说明
图1为局部地表示本发明的被覆切削工具的一个例子的剖面模式图。
图2为表示本发明的被覆切削工具的一个例子的立体图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式(以下，简称为“本实施方式”)详细地进行说明，但本发明并不限定于下述本实施方式。本发明在不脱离其主旨的范围内可以进行各种各样的变形。
本实施方式的被覆切削工具为具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层的被覆切削工具，被覆切削工具具有前刀面和后刀面，被覆层包含α型氧化铝层，α型氧化铝层在基材的相反侧具有作为前刀面或作为与前刀面大致平行的面的第1界面、作为后刀面或作为与后刀面大致平行的面的第2界面、和第1界面与第2界面的交叉棱线部，α型氧化铝层满足由下述式(A)、(B)和(C)表示的条件。在α型氧化铝层为最外层的情况下的“界面”是指α型氧化铝层的表面。因而，第1界面为前刀面，第2界面为后刀面。另一方面，在α型氧化铝层上形成其他层作为最外层的情况下的“界面”是指α型氧化铝层和最外层的界面。因而，第1界面为与前刀面大致平行的面，第2界面为与后刀面大致平行的面。本说明书中所述的“大致平行”是指，前刀面的面方向与第1界面的面方向的角度为0～1°，后刀面的面方向与第2界面的面方向的角度为0～1°。
-600≤σ11≤300...(A)
-900≤σ22≤250...(B)
σ11＞σ22...(C)
在此，上述式中，σ11表示与交叉棱线部平行的方向的残余应力值(单位：MPa)，σ22表示与交叉棱线部正交的方向(与σ11正交的方向)的残余应力值(单位：MPa)，各残余应力值为通过多轴应力测量法或全德拜环拟合法(以下统一表示为“2D法”)测定的值。应予说明，虽然σ22为与交叉棱线部正交的方向的残余应力值，但这里所说的“正交的方向”是指从交叉棱线部朝向第1界面的方向。
本实施方式的被覆切削工具由于使α型氧化铝层满足由式(A)、(B)和(C)表示的条件而具有优异的耐磨性和耐缺损性。认为其主要原因如下，但主要原因并不限定于以下原因。
(1)如果σ11为-600MPa以上，则将抑制随着α型氧化铝层的粒子破坏而产生的过度的压缩应力，因而能够抑制粒子脱落引起的磨损的进行，因此将提高耐磨性。此外，如果σ11为300MPa以下，则与龟裂的产生或发展相联系的过度的拉伸应力受到抑制，因而能够抑制切削加工中产生的龟裂的发展，因此将提高耐缺损性。
(2)如果σ22为-900MPa以上，则将抑制随着α型氧化铝层的粒子破坏而产生的过度的压缩应力，因而能够抑制粒子脱落引起的磨损的进行，因此将提高耐磨性。此外，如果σ22为250MPa以下，则与龟裂的产生或发展相联系的过度的拉伸应力受到抑制，因而能够减小缺损的尺寸，因此将提高耐缺损性。
(3)如果为σ11＞σ22，则能够抑制向与交叉棱线部正交的方向的微小龟裂的发展，因而能够抑制被覆切削工具中的切削部和非切削部的边界产生的损伤，因此将提高耐缺损性。
图1为局部地表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的剖面模式图。该被覆切削工具8具备基材1、和形成于基材1的表面上的被覆层7。在被覆层7中，最下层2、碳氮化钛层3、中间层4、α型氧化铝层5和最外层6按该顺序从基材侧进行层叠。图2为表示本实施方式的被覆切削工具的一个例子的立体图。虽然图2所示的被覆切削工具8与图1所示的被覆切削工具8相同，但为了方便说明，不对最外层6进行图示。图2的被覆切削工具8具有第1界面9、第2界面10和第1界面9与第2界面10的交叉棱线部11。在该例子中，为了方便说明，σ11表示与交叉棱线部11的平行方向正交的方向的残余应力值，σ22表示与交叉棱线部11正交的方向的残余应力值。
本实施方式的被覆切削工具具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层。被覆切削工具具有前刀面和后刀面。作为被覆切削工具的种类，具体可列举用于铣削加工或用于车削加工的刀尖交换型切削刀片、钻头、和立铣刀。
本实施方式中的基材只要是作为被覆切削工具的基材使用，就没有特别的限定。作为这种基材，例如可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体、和高速钢。在它们中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任意一种，则因其耐磨性和耐缺损性更加优异而优选。从同样的观点来看，若基材为硬质合金则更优选。
应予说明，基材也可为其表面经过改性的基材。例如，在基材由超硬合金制成的情况下，也可在其表面形成脱β层。另外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，也可在其表面形成硬化层。像它们这样即使基材的表面进行了改性，也能够发挥本发明的作用效果。
本实施方式中的被覆层的平均厚度优选为3.0μm以上30.0μm以下。如果平均厚度为3.0μm以上，则耐磨性有进一步提高的倾向，如果平均厚度为30.0μm以下，则被覆层的与基材的粘附性和耐缺损性有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，被覆层的平均厚度更优选为5.0μm以上27.0μm以下，进一步优选为9.0μm以上25.0μm以下。
本实施方式中的被覆层包含至少一层α型氧化铝层。α型氧化铝层满足由上述式(A)表示的条件。如果σ11为-600MPa以上，则能够抑制粒子的脱落引起的磨损的进行，因此将提高耐磨性，如果σ11为300MPa以下，则能够抑制切削加工中产生的龟裂的发展，因此将提高被覆切削工具的耐缺损性。从同样的观点来看，σ11优选为-600MPa以上0MPa以下。
本实施方式中的α型氧化铝层满足由上述式(B)表示的条件。如果σ22为-900MPa以上，则能够抑制粒子的脱落引起的磨损的进行，因此将提高耐磨性，如果σ22为250MPa以下，则能够减小缺损的尺寸，因此将提高被覆切削工具的耐缺损性。从同样的观点来看，σ22优选为-900MPa以上-100MPa以下。
本实施方式的α型氧化铝层满足由上述式(C)表示的条件。如果满足σ11＞σ22的关系，则能够抑制在切削部和非切削部的边界产生的损伤，因此将提高被覆切削工具的耐缺损性。从同样的观点来看，本实施方式的α型氧化铝层优选满足由下述式(D)表示的条件。
σ11-σ22＞100...(D)
本实施方式的α型氧化铝层中的各残余应力值σ11和σ22通过多轴应力测量法或全德拜环拟合法进行测定。此外，在α型氧化铝层的残余应力值的测定中使用X射线衍射中(116)面的峰值强度。作为X射线衍射测定的条件，使用CuKα射线作为X射线的射线源，在输出功率＝50kV、1.0mA的条件下进行照射，从而进行各残余应力值的测定。此时，各残余应力值σ11和σ22优选为在从交叉棱线部朝向第1界面而距交叉棱线部50μm的位置的α型氧化铝层所测定的值。此外，优选通过2D法测定α型氧化铝层的任意3点中的残余应力，并求出这3点的残余应力的算数平均值。在本实施方式中，例如，将在上述α型氧化铝层的第1界面中距离交叉棱线部50μm的位置中测定得到的残余应力值σ11和σ22设定在特定的数值范围，并且，规定σ11和σ22的相互关系。
在本实施方式的α型氧化铝层中，由下述式(1)表示的(0，0，12)面的织构系数TC(0，0，12)优选为4.0以上8.4以下。如果织构系数TC(0，0，12)为4.0以上，则(0，0，12)面的峰值强度I(0，0，12)的比例增大，因此，有抑制粒子脱落的倾向，且有耐磨性优异的倾向。从同样的观点来看，α型氧化铝层中的织构系数TC(0，0，12)更优选为5.0以上，进一步优选为6.0以上。此外，该织构系数TC(0，0，12)更优选为8.2以下。
在此，式(1)中，I(h，k，l)表示α型氧化铝层的X射线衍射中(h，k，l)面的峰值强度，I0(h，k，l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中(h，k，l)面的标准衍射强度，(h，k，l)是指(0，1，2)、(1，0，4)、(1，1，0)、(1，1，3)、(1，1，6)、(0，1，8)、(2，1，4)、(3，0，0)和(0，0，12)九个晶面。因此，I(0，0，12)表示α型氧化铝层的X射线衍射中(0，0，12)面的峰值强度，I0(0，0，12)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中(0，0，12)面的标准衍射强度。
本实施方式的α型氧化铝层的平均厚度优选为1.0μm以上15.0μm以下。如果α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上，则有进一步提高被覆切削工具的前刀面的耐凹陷磨损性的倾向，如果为15.0μm以下，则有进一步抑制被覆层的剥离并进一步提高被覆切削工具的耐缺损性的倾向。从同样的观点出发，α型氧化铝层的平均厚度更优选为1.5μm以上12.0μm以下，进一步优选为3.0μm以上10.0μm以下。
本实施方式的被覆层由于在基材和α型氧化铝层之间具备由碳氮化钛构成的碳氮化钛层而进一步提高耐磨性，因而优选。本实施方式的碳氮化钛层的平均厚度优选为1.0μm以上20.0μm以下。如果碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上，则被覆切削工具的耐磨性有进一步提高的倾向，如果为20μm以下，则有进一步抑制被覆层的剥离并进一步提高被覆切削工具的耐缺损性的倾向。从同样的观点出发，碳氮化钛层的平均厚度更优选为5.0μm以上15.0μm以下。
本实施方式的被覆层如果在碳氮化钛层和α型氧化铝层之间具备选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物和Ti的碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物构成的中间层，则将进一步提高粘附性，因而优选。中间层的平均厚度优选为0.1μm以上1.5μm以下。如果中间层的平均厚度为0.1μm以上，则有进一步提高粘附性的倾向，如果为1.5μm以下，则α型氧化铝层的(0，0，12)面的织构系数TC(0，0，12)有进一步增大的倾向。
如果本实施方式的被覆层在α型氧化铝层的表面上具备由一氮化钛构成的一氮化钛层作为最外层，则能够确认有无使用被覆切削工具等使用状态，并且视认性优异，因而优选。一氮化钛层的平均厚度优选为0.2μm以上1.0μm以下。一氮化钛层的平均厚度如果为0.2μm以上，则有进一步抑制α型氧化铝层的粒子脱落的效果，如果为1.0μm以下，则被覆切削工具的耐缺损性提高，因而优选。但是，本实施方式的被覆层也可不具备最外层。
本实施方式的被覆层如果在基材和碳氮化钛层之间具备由一氮化钛构成的一氮化钛层或由碳化钛构成的碳化钛层作为被覆层的最下层，则将提高粘附性，因而优选。最下层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。如果最下层的平均厚度为0.1μm以上，则最下层将形成为更均匀的组织，粘附性有进一步提高的倾向。另一方面，如果最下层的平均厚度为0.5μm以下，则能够抑制最下层成为剥离的起点，因此有进一步提高耐缺损性的倾向。
作为构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的形成方法，例如可列举以下方法。但是，各层的形成方法并不限定于此。
例如，作为最下层的由一氮化钛构成的层即TiN层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，将温度设为850～920℃，将压力设为100～400hPa。
作为最下层的由碳化钛构成的层即TiC层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：2.0～3.0mol％、CH4：4.0～6.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为980～1020℃，将压力设为60～80hPa。
由碳氮化钛构成的层即TiCN层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：8.0～18.0mol％、CH3CN：1.0～3.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为840～890℃，将压力设为60～80hPa。
由Ti的碳氮氧化物构成的层即TiCNO层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：3.0～5.0mol％、CO：0.4～1.0mol％、N2：30～40mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为90～110hPa。
由Ti的碳氧化物构成的层即TiCO层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：0.5～1.5mol％、CO：2.0～4.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为60～100hPa。
作为最下层的由一氮化钛构成的TiN层能够由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成：将原料组成设为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，将温度设为980～1020℃，将压力设为100～400hPa。
在本实施方式中，控制了α型氧化铝层的取向(方位关系)的被覆切削工具例如可通过以下方法得到。
首先，在基材的表面上按顺序形成最下层(一氮化钛层或碳化钛层)、碳氮化钛层和中间层。应予说明，在本实施方式中，α型氧化铝层以外的各层不是必需的层。接着，在形成有上述层的情况下，对这些层中距离基材最远的层的表面进行氧化。之后，在距离基材最远的层的表面形成α型氧化铝层的核，在形成有该核的状态下形成α型氧化铝层。进而，也可根据需要在α型氧化铝层的表面形成TiN层。
α型氧化铝层的核是在低温下少量流通CO气体而形成的。由此，α型氧化铝层的核以非常缓慢的速度形成。并且，α型氧化铝层的核变得微小。形成α型氧化铝层的核的时间优选为2分钟以上5分钟以下。由此，α型氧化铝层容易取向于(0，0，12)面。
优选地，可在形成了α型氧化铝层的核之后，在不流通CO气体的条件下形成α型氧化铝层。此时，更优选将成膜温度提高至大于形成α型氧化铝层的核的温度。
更具体地说，离上述基材最远的层的表面的氧化在以下条件下进行：将原料组成设为CO2：0.1～1.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为950～1000℃，将压力设为50～70hPa。此时的氧化处理时间优选为5～10分钟。
之后，由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成α型氧化铝层的核：将原料组成设为AlCl3：1.0～4.0mol％、CO2：1.0～3.0mol％、CO：0.1～2.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为880～930℃，将压力设为60～80hPa。
然后，由在以下条件下进行的化学蒸镀法来形成α型氧化铝层：将原料组成设为AlCl3：2.0～5.0mol％、CO2：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0.15～0.25mol％、H2：剩余部分，将温度设为970～1030℃，将压力设为60～80hPa。
在本实施方式中，控制了被覆层的残余应力值的被覆切削工具例如可通过以下方法得到。
在形成了被覆层后，如果以如下方式实施两个阶段的干式喷丸，则能够控制α型氧化铝层的残余应力值，其结果为，有满足由上述式(A)、(B)和(C)表示的条件的倾向，进而有满足由上述式(D)表示的条件的倾向。第1阶段的干式喷丸的条件可为，以使投射角度相对被覆切削工具的后刀面为90°附近的方式，以0.7bar～1.5bar的投射压力、1～5秒的投射时间对投射材料进行投射。第1阶段的干式喷丸所使用的投射材料优选为平均粒径为80～150μm的Al2O3或ZrO2粒子。第2阶段的干式喷丸的条件可为，以使投射角度相对被覆切削工具的前刀面为90°附近的方式，以1.0bar～1.5bar的投射压力、1～5秒的投射时间对投射材料进行投射。第2阶段的干式喷丸的投射材料优选为平均粒径为100～200μm的Al2O3或ZrO2粒子。
本实施方式的被覆切削工具的被覆层中各层的厚度和被覆层整体的平均厚度能够通过使用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)、或FE-SEM等对被覆切削工具的剖面组织进行观察从而测定。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中各层的平均厚度和被覆层整体的平均厚度可通过在从刀尖棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近，测定3处以上的各层的厚度或被覆层整体的厚度，并计算其算数平均值而求得。此外，各层的组成可通过使用能量色散型X射线光谱仪(EDS)、波长色散型X射线光谱仪(WDS)等，从本实施方式的被覆切削工具的剖面组织中进行测定。
[实施例]
以下，列举实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明并不限定于这些实施例。
作为基材，准备具有JIS标准VNMG160408形状、91.5WC-8.0Co-0.5Cr3C2(以上为质量％)组成的硬质合金制的切削刀片。在通过SiC刷对该基材的刀尖棱线部实施磨圆后，洗涤基材的表面。
在洗涤基材的表面后，通过化学蒸镀法形成被覆层。对于发明品1～11，首先，将基材装入外热式化学蒸镀装置，并在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在基材的表面形成表1所示组成的最下层，使其达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在最下层的表面形成表1所示组成的碳氮化钛层(以下称作“TiCN层”)，使其达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在TiCN层的表面形成表1所示组成的中间层，使其达到表1所示的平均厚度。之后，使用具有表3所示组成的气体，在表3所示的温度和压力的条件下，对中间层的表面实施氧化处理。此时，将氧化处理时间设为7分钟。接着，在表4的“α型氧化铝层的成核条件”所示的原料组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的中间层的表面形成α型氧化铝层的核。此时，将形成α型氧化铝层的核的时间设为4分钟。进而，在表4的“成膜条件”所示的原料组成、温度和压力的条件下，在中间层和α型氧化铝层的核的表面形成表1所示组成的α型氧化铝层，使其达到表1所示的平均厚度。最后，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在α型氧化铝层的表面形成表1所示组成的最外层，使其达到表1所示的平均厚度。由此，得到发明品1～11的被覆切削工具。
另一方面，对于比较品1～9，首先，将基材装入外热式化学蒸镀装置，并在表2所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在基材的表面形成表1所示组成的最下层，使其达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在最下层的表面形成表1所示的TiCN层，使其达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在TiCN层的表面形成表1所示组成的中间层，使其达到表1所示的平均厚度。之后，使用具有表3所示组成的气体，在表3所示的温度和压力的条件下，对中间层的表面实施氧化处理。此时，将氧化处理时间设为7分钟。接着，在表5的“成核条件”所示的原料气体组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的中间层的表面形成α型氧化铝层的核。此时，将形成α型氧化铝层的核的时间设为4分钟。进而，在表5的“成膜条件”所示的原料组成、温度和压力的条件下，在中间层和α型氧化铝层的核的表面形成表1所示组成的α型氧化铝层，使其达到表1所示的平均厚度。最后，在表2所示的原料组成、温度和压力的条件下，在α型氧化铝层的表面形成表1所示组成的最外层，使其达到表1所示的平均厚度。由此，得到比较品1～9的被覆切削工具。
以如下方法求得试样的各层的厚度。即，使用FE-SEM，测定在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近的剖面中的3处的厚度，求出其算数平均值作为平均厚度。得到的试样的各层的组成为在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部直至50μm的位置附近的剖面中使用EDS进行测定。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
对于发明品1～11和比较品1～9，在于基材的表面形成被覆层后，使用表6所示的投射材料，在表6所示的投射条件下，向被覆层表面实施干式喷丸。应予说明，表中的“无处理”表示未实施干式喷射。
[表6]
对于得到的发明品1～11和比较品1～9，在下述条件下进行利用Cu-Kα射线的2θ/θ聚焦方法光学系统的X射线衍射测定：输出功率：50kV、250mA，入射侧梭拉狭缝：5°，发散纵狭缝：2/3°，发散纵向限位狭缝：5mm，散射狭缝：2/3°，受光侧梭拉狭缝：5°，受光狭缝：0.3mm，BENT单色仪，受光单色狭缝：0.8mm，取样宽度：0.01°，扫描速度：4°/min，2θ测定范围：20°～155°。装置使用株式会社リガク生产的X射线衍射装置(型号“RINT TTRIII”)。从X射线衍射图形求出α型氧化铝层的各晶面的峰值强度。从得到的各晶面的峰值强度求出α型氧化铝层中的织构系数TC(0，0，12)。将该结果表示于表7。
[表7]
对于得到的试样，使用2D法(多轴应力测量法/全德拜环拟合法)测定α型氧化铝层的残余应力值σ11、σ22。此外，α型氧化铝层的残余应力值的测定使用X射线衍射中的(116)面的峰值强度。作为X射线衍射测定的条件，使用CuKα射线作为X射线的射线源，在输出功率：50kV、1.0mA的条件下进行照射，从而对各残余应力值进行测定。此时，各残余应力值σ11和σ22为在从交叉棱线部朝向第1界面而距交叉棱线部50μm的位置的α型氧化铝层中进行测定。通过2D法测定α型氧化铝层的任意3点中的残余应力值，并求出这3点的残余应力的算数平均值。此外，从得到的测定结果求出σ11和σ22的关系。将这些测定结果表示于表8。
[表8]
使用得到的发明品1～11和比较品1～9，在下述条件下进行切削试验1和切削试验2。切削试验1是评价耐磨性的磨损试验，切削试验2是评价耐缺损性的缺损试验。将各切削试验的结果表示于表9。
[切削试验1]
被切削材料：S45C的圆条，
切削速度：290m/min，
进给量：0.25mm/rev，
进刀量：2.0mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损时或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm时设为工具寿命，并测定直至工具寿命的加工时间。应予说明，将在发生缺损前最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的情况评价为“正常磨损”，将发生缺损的情况评价为“缺损”。
[切削试验2]
被切削材料：在SCM415的长度方向上以等间隔设有2条沟的圆条，
切削速度：170m/min，
进给量：0.35mm/rev，
进刀量：1.5mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损时设为工具寿命，测定直至工具寿命的冲击次数。冲击次数是指试样与被切削材料接触的次数，在试样发生缺损的时刻结束试验。应予说明，对于各试样，准备5个刀片，分别测定冲击次数，由它们的冲击次数值求出算数平均值，作为工具寿命。
对于直至切削试验1(磨损试验)的工具寿命的加工时间，以20分钟以上为“A”、15分钟以上不足20分钟为“B”、不足15分钟为“C”来进行评价。此外，对于直至切削试验2(缺损试验)的工具寿命的冲击次数，以10000次以上为“A”、5000次以上不足10000次为“B”、不足5000次为“C”来进行评价。在该评价中，“A”表示最优异、“B”表示次优异、“C”表示最差，所具有的A或B越多意味着切削性能越优异。将得到的的评价结果表示于表9。
[表9]
根据表9所示结果，发明品的磨损试验的评价为“B”以上的评价，发明品的缺损试验的评价全部为“A”评价。另一方面，比较品的评价在磨损试验和缺损试验两者中或任一者中为“C”。由此可知，发明品的耐磨性和耐缺损性与比较品相比，总的来说更加优异。
从以上结果可知，发明品的耐磨性和耐缺损性优异，因此，工具寿命较长。
本申请基于2017年4月21日申请的日本专利申请(特愿2017-084073)，其内容作为参照并入本文中。
产业上的可利用性
本发明的被覆切削工具具有优异的耐磨性和耐缺损性而不会降低耐磨性，由此与以往相比能够延长工具寿命，因此从这种观点来看，具有产业上的可利用性。
符号说明
1...基材、2...最下层、3...碳氮化钛层、4...中间层、5...α型氧化铝层、6...最外层、7...被覆层、8...被覆切削工具、9...第1界面、10...第2界面、11...交叉棱线部。

Claims (12)

1.一种被覆切削工具，其具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层，
所述被覆切削工具具有前刀面和后刀面，所述被覆层包含α型氧化铝层，
所述α型氧化铝层在所述基材的相反侧具有作为所述前刀面或作为与所述前刀面大致平行的面的第1界面、作为所述后刀面或作为与所述后刀面大致平行的面的第2界面、和所述第1界面与所述第2界面的交叉棱线部，
所述α型氧化铝层满足由下述式(A)、(B)和(C)表示的条件：
-600≤σ11≤300...(A)
-900≤σ22≤250...(B)
σ11＞σ22...(C)
(上述式中，σ11表示与所述交叉棱线部平行的方向的残余应力值(单位：MPa)，σ22表示与所述交叉棱线部正交的方向的残余应力值(单位：MPa)，各所述残余应力值为通过多轴应力测量法或全德拜环拟合法测定得到的值)。
2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，
各所述残余应力值为在从所述交叉棱线部朝向所述第1界面而距所述交叉棱线部50μm的位置的α型氧化铝层所测定得到的值。
3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，
σ11为-600MPa以上0MPa以下，σ22为-900MPa以上-100MPa以下。
4.如权利要求1～3中任一项所述的被覆切削工具，其中，
在所述α型氧化铝层中，由下述式(1)表示的(0，0，12)面的织构系数TC(0，0，12)为4.0以上8.4以下，
(式(1)中，I(h，k，l)表示所述α型氧化铝层的X射线衍射中(h，k，l)面的峰值强度，I0(h，k，l)表示α型氧化铝的JCPDS卡片编号10-0173中(h，k，l)面的标准衍射强度，(h，k，l)指(0，1，2)、(1，0，4)、(1，1，0)、(1，1，3)、(1，1，6)、(0，1，8)、(2，1，4)、(3，0，0)和(0，0，12)九个晶面)。
5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述α型氧化铝层满足由下述式(D)表示的条件：
σ11-σ22＞100...(D)。
6.如权利要求1～5中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。
7.如权利要求1～6中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述基材和所述α型氧化铝层之间包含由碳氮化钛构成的碳氮化钛层，
所述碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上20.0μm以下。
8.如权利要求7所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述碳氮化钛层和所述α型氧化铝层之间具备中间层，所述中间层由选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物和Ti的碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物构成。
9.如权利要求8所述的被覆切削工具，其中，
所述中间层的平均厚度为0.1μm以上1.5μm以下。
10.如权利要求1～9中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层的平均厚度为3.0μm以上30.0μm以下。
11.如权利要求1～10中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述α型氧化铝层的表面上具备由一氮化钛构成的一氮化钛层作为最外层。
12.如权利要求1～11中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任一种。
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