DE112012001830T5

DE112012001830T5 - cutting tool

Info

Publication number: DE112012001830T5
Application number: DE112012001830.3T
Authority: DE
Inventors: Kazunori Ishikawa
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2012-03-27
Publication date: 2014-02-06
Anticipated expiration: 2032-03-28
Also published as: DE112012001830B4; WO2012144299A1; JPWO2012144299A1; CN103476527A; CN103476527B; JP5153969B2

Abstract

[Aufgabe] Schaffen eines Schneidwerkzeugs einschließlich einer Überzugsschicht, durch welche die Schnittleistung einer Spanfläche und einer Freifläche optimiert werden kann. [Lösung] Ein Schneidwerkzeug 1 schließt eine Überzugsschicht 6 ein, in welcher A-Schichten 7 aus TiN und B-Schichten 8 aus Ti1-aMa(C1-xNx), (wobei M mindestens eines ist, das aus einer Gruppe bestehend aus Al, Si, Y, Metallen der Gruppe 4, 5 und 6, ausschließlich Ti, in dem Periodensystem ausgewählt wird; 0,1 ≤ a ≤ 0,9; und 0 ≤ x ≤ 1) abwechselnd und wiederholt auf einer Oberfläche eines Grundkörpers 2 übereinander angeordnet sind. Das Schneidwerkzeug 1 weist eine Konfiguration auf, in der das Dickenverhältnis (trA/trB) der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an einer Spanfläche größer ist als das Dickenverhältnis (tfA/tfB) der A-Schichten 7 zu B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an einer Freifläche 4.[Task] To create a cutting tool including a coating layer through which the cutting performance of a rake face and a flank face can be optimized. [Solution] A cutting tool 1 includes a coating layer 6 in which A layers 7 made of TiN and B layers 8 made of Ti1-aMa (C1-xNx), (where M is at least one selected from a group consisting of Al, Si, Y, metals of group 4, 5 and 6, excluding Ti, is selected in the periodic table; 0.1 a 0.9; and 0 x 1) arranged alternately and repeatedly on a surface of a base body 2 one above the other are. The cutting tool 1 has a configuration in which the thickness ratio (trA / trB) of the A layers 7 to the B layers 8 in the coating layer 6 on a rake face is larger than the thickness ratio (tfA / tfB) of the A layers 7 to B-layers 8 in the coating layer 6 on an open area 4.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schneidwerkzeug, einschließlich einer Überzugsschicht, die auf einer Oberfläche eines Grundkörpers ausgebildet ist.The present invention relates to a cutting tool including a coating layer formed on a surface of a base body.

Stand der TechnikState of the art

Schneidwerkzeuge müssen Verschleißfestigkeit, Schweißwiderstandsfähigkeit und Bruchsicherheit aufweisen. Deswegen werden weitgehend die nachfolgenden Werkzeuge verwendet: Schneidwerkzeuge einschließlich verschiedener Überzugsschichten, die auf einer Oberfläche eines harten Grundkörpers ausgebildet sind, der sich aus Wolframkarbidbasiertem Sinterhartmetall, TiCN-basiertem Cermet oder dergleichen zusammensetzt. Im Allgemeinen werden TiCN-Schichten und TiAlN-Schichten weitgehend als solche Überzugsschichten verwendet. Verschiedene Überzugsschichten sind gerade wegen höherer Verschleißfestigkeit und verbesserter Bruchsicherheit im Entwicklungsstadium.Cutting tools must have wear resistance, welding resistance and resistance to breakage. Therefore, the following tools are widely used: Cutting tools including various coating layers formed on a surface of a hard base body composed of tungsten carbide-based cemented carbide, TiCN-based cermet or the like. In general, TiCN layers and TiAlN layers are widely used as such overcoat layers. Different coating layers are in the development stage because of higher wear resistance and improved break resistance.

Die Patentliteratur 1 offenbart beispielsweise eine harte Überzugsschicht einschließlich vier oder mehr benachbarter TiCN- und TiAlCN-Überzugsschichten, die abwechselnd angeordnet sind. Die Patentliteratur 2 offenbart eine Beschichtungsstruktur, die eine Überzugsschicht einschließt, in welcher A-Schichten aus TiNbSiN und B-Schichten aus TiAlN abwechselnd übereinander angeordnet sind und in welcher die Abfolge der A- und B-Schichten in der Dickenrichtung der Überzugsschicht unterschiedlich ist. Weiterhin offenbart die Patentliteratur 3 eine Konfiguration einschließlich einer Überzugsschicht, in welcher zwei Arten von dünnen TiMCN-Schichten abwechselnd mit einer konstanten Abfolge übereinander angeordnet sind und in welcher die Laminierungsabfolge der unteren Schichten und die Laminierungsabfolge der oberen Schichten unterschiedlich sind. Darüber hinaus beschreibt die Patentliteratur 4 eine Konfiguration, in welcher eine Laminierungsabfolge an einer Spanfläche und eine Laminierungsabfolge an einer Freifläche in einer abwechselnd geschichteten TiN und AlN Struktur allgemein variiert werden.For example, Patent Literature 1 discloses a hard coating layer including four or more adjacent TiCN and TiAlCN coating layers arranged alternately. Patent Literature 2 discloses a coating structure including a coating layer in which A layers of TiNbSiN and B layers of TiAlN are alternately stacked and in which the sequence of A and B layers in the thickness direction of the coating layer is different. Further, Patent Literature 3 discloses a configuration including a coating layer in which two types of thin TiMCN layers are alternately stacked with a constant sequence and in which the lamination sequence of the lower layers and the lamination sequence of the upper layers are different. Moreover, Patent Literature 4 describes a configuration in which a lamination sequence on a rake face and a lamination sequence on a relief face in an alternately layered TiN and AlN structure are generally varied.

Entgegenhaltungencitations

PatentliteraturenPatent literatures

Patent Literature 1: Untested Japanese patent application, publication no. 6-136514
Patent Literature 2: Unexamined Japanese patent application, publication no. 2010-076084
Patent Literature 3: Unexamined Japanese patent application, publication no. 2010-099769
Patent Literature 4: Untested Japanese patent application, publication no. 7-003432

Zusammenfassung der ErfindungSummary of the invention

Technisches ProblemTechnical problem

Allerdings ist in keiner der in den Patentliteraturen 1 bis 4 offenbarten Konfigurationen die für eine Spanfläche und eine Freifläche erforderliche Leistung optimiert. Deswegen muss deren Leistung optimiert werden.However, in any of the configurations disclosed in Patent Literatures 1 to 4, the performance required for a rake face and an open face is optimized. That's why their performance has to be optimized.

Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Schneidwerkzeug einschließlich einer Überzugsschicht zu schaffen, durch welche die Schneideleistung einer Spanfläche und einer Freifläche optimiert werden kann. Lösung des ProblemsAccordingly, it is an object of the present invention to provide a cutting tool including a coating layer by which the cutting performance of a rake face and an open face can be optimized. the solution of the problem

Ein Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Überzugsschicht, in welcher A-Schichten aus TiN und B-Schichten aus Ti_1-aM_a(C_1-xN_x) (wobei M mindestens eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Y, Metallen der Gruppe 4, 5 und 6, ausschließlich Ti, in dem Periodensystem ausgewählt wird; 0,1 ≤ a ≤ 0,9; und 0 ≤ x ≤ 1) abwechselnd und wiederholt auf einer Oberfläche eines Grundkörpers übereinander angeordnet sind. Das Schneidwerkzeug weist eine Konfiguration auf, in welcher das Verhältnis der Dicke (t_rA/t_rB) der A-Schichten zu den B-Schichten in der Überzugsschicht an einer Spanfläche größer ist als das Verhältnis der Dicke (t_fA/t_fB) der A-Schichten zu den B-Schichten in der Überzugsschicht an einer Freifläche. Vorteilhafte Effekte der ErfindungA cutting tool according to the present invention comprises a coating layer in which A-layers of TiN and B-layers of Ti _1-a M _a (C _1-x N _x) (wherein M is at least one selected from the group consisting of Al , Si, Y, metals of Group 4, 5 and 6 excluding Ti in which periodic table is selected; 0.1 ≤ a ≤ 0.9 and 0 ≤ x ≤ 1) are alternately and repeatedly stacked on a surface of a base body are. The cutting tool has a configuration in which the ratio of the thickness (t _rA / t _rB ) of the A layers to the B layers in the coating layer on a rake face is larger than the ratio of the thickness (t _fA / t _fB ) A layers to the B layers in the overcoat layer at an open area. Advantageous Effects of the Invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Überzugsschicht eine Konfiguration auf, in welcher A-Schichten (TiN) und B-Schichten (Ti_1-aM_a(C_1-xN_x)) abwechselnd übereinander angeordnet sind und das Verhältnis der Dicke (t_rA/t_rB) der A-Schichten zu den B-Schichten in der Überzugsschicht an einer Spanfläche größer ist als das Verhältnis der Dicke (t_fA/t_fB) der A-Schichten zu den B-Schichten in der Überzugsschicht an einer Freifläche. Das bedeutet, es ist allgemein anerkannt, dass die A-Schichten (TiN) eine geringere Härte und eine geringere Verschleißfestigkeit aufweisen als die B-Schichten (Ti_1-aM_a(C_1-xN_x)). Allerdings ist in dem Fall einer Konfiguration, bei der die A-Schichten und die B-Schichten abwechselnd übereinander angeordnet sind, herausgefunden worden, dass es wirksam Kolkverschleiß entgegenwirkt, wenn das Verhältnis der Dicke der A-Schichten größer ist als das Verhältnis der Dicke der B-Schichten. Dadurch kann sowohl die Leistung der Verhinderung der Entwicklung von Kolkverschleiß auf der Spanfläche als auch die Verschleißfestigkeit der Freifläche gegen Reibungsverschleiß optimiert werden. Als Ergebnis kann insgesamt die Standzeit des Schneidwerkzeuges erhöht werden. According to the present invention, a coating layer has a configuration in which A-layers (TiN) and B layers (Ti _1-a M _a (C _1-x N _x)) are alternately arranged above one another and the ratio of the thickness (t _rA / t _rB ) of the A layers to the B layers in the coating layer at a rake face is larger than the ratio of the thickness (t _fA / t _fB ) of the A layers to the B layers in the coating layer at an open area. That is, it is generally recognized that the A layers (TiN) have a lower hardness and a lower abrasion resistance than the B layers (Ti _1-a M _a (C _1-x N _x)). However, in the case of a configuration in which the A layers and the B layers are alternately stacked, it has been found that it effectively counteracts scoring when the ratio of the thickness of the A layers is larger than the ratio of the thickness of the A layers B layers. As a result, both the performance of preventing the development of crater wear on the rake face and the wear resistance of the flank face against frictional wear can be optimized. As a result, the overall life of the cutting tool can be increased.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 enthält schematische perspektivische ansichten einer Beispiels eines Schneidwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung. 1 shows schematic perspective views of an example of a cutting tool according to the present invention.

2(a) ist eine vergrößerte Schnittansicht einer Überzugsschicht an einer Spanfläche des in 1 gezeigten Schneidwerkzeuges, und 2(b) ist eine vergrößerte Schnittansicht der Überzugsschicht an seiner Freifläche. 2 (a) FIG. 11 is an enlarged sectional view of a coating layer on a rake face of FIG 1 shown cutting tool, and 2 B) Fig. 10 is an enlarged sectional view of the coating layer at its free surface.

Beschreibung von AusführungsformenDescription of embodiments

Ein Beispiel eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf schematische perspektivische Ansichten in 1 und vergrößerten Schnittansichten einer Überzugsschicht an einer Spanfläche beschrieben, die in 2(a) gezeigt ist, und einer Freifläche, die in 2(b) gezeigt ist. An example of a cutting tool according to the present invention will be described with reference to schematic perspective views in FIG 1 and enlarged sectional views of a coating layer on a rake face described in US Pat 2 (a) is shown, and an open space, in 2 B) is shown.

Ein Schneidwerkzeug 1 gemäß der vorliegenden Erfindung schließt eine Überzugsschicht 6 ein, in welcher A-Schichten 7 aus TiN und B-Schichten 8 aus Ti_1-aM_a(C_1-xN_x) (wobei M mindestens eines ist, das aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Y, Metallen der Gruppe 4, 5 und 6, ausschließlich Ti, in dem Periodensystem ausgewählt wird; 0,1 ≤ a ≤ 0,9; und 0 ≤ x ≤ 1, nachstehend in einigen Fällen als TiM(CN) bezeichnet) periodisch, abwechselnd und wiederholt auf einer Oberfläche eines Grundkörpers 2 übereinander angeordnet sind. Das Schneidwerkzeug 1 weist eine Spanfläche 3 und eine Freifläche 4 auf.A cutting tool 1 According to the present invention, a coating layer includes 6 one in which A layers 7 TiN and B layers 8th of Ti _1-a M _a (C _1-x N _x) (wherein M is at least one which is selected from the group consisting of Al, Si, Y, metals of group 4, 5 and 6, excluding Ti, in the periodic table 0.1 ≦ a ≦ 0.9 and 0 ≦ x ≦ 1, hereinafter referred to as TiM (CN) in some cases) periodically, alternately and repeatedly on a surface of a base body 2 are arranged one above the other. The cutting tool 1 has a rake face 3 and an open space 4 on.

Das Verhältnis der Dicke (t_rA/t_rB) der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an der Spanfläche 3 ist größer als das Verhältnis der Dicke (t_fA/t_fB) der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an der Freifläche 4. Das Verhältnis (t_rA/t_rB) liegt vorzugsweise im Bereich von 1,5 bis 1,9. Das Verhältnis (t_fA/t_fB) liegt vorzugsweise im Bereich von 1,0 bis 1,4. Das Verhältnis (t_rA/t_rB)/(t_fA/t_fB) des Verhältnisses (t_rA/t_rB) zu dem Verhältnis (t_fA/t_fB) ist vorzugsweise 1,2 bis 1,9. Weiterhin liegt t_rA vorzugsweise im Bereich von 41 nm bis 60 nm, liegt t_rB vorzugsweise im Bereich von 25 nm bis 40 nm, liegt t_fA vorzugsweise im Bereich von 35 nm bis 42 nm, und liegt t_fB vorzugsweise im Bereich von 20 nm bis 35 nm.The ratio of the thickness (t _rA / t _rB ) of the A layers 7 to the B layers 8th in the coating layer 6 on the chip surface 3 is greater than the ratio of the thickness (t _fA / t _fB ) of the A layers 7 to the B layers 8th in the coating layer 6 at the open space 4 , The ratio (t _rA / t _rB ) is preferably in the range of 1.5 to 1.9. The ratio (t _fA / t _fB ) is preferably in the range of 1.0 to 1.4. The ratio (t _rA / t _rB ) / (t _fA / t _fB ) of the ratio (t _rA / t _rB ) to the ratio (t _fA / t _fB ) is preferably 1.2 to 1.9. Further, t _{rA is} preferably in the range of 41 nm to 60 nm, t _{rB is} preferably in the range of 25 nm to 40 nm, t _{fA is} preferably in the range of 35 nm to 42 nm, and t _{fB is} preferably in the range of 20 nm up to 35 nm.

Die Überzugsschicht 6 weist eine Struktur auf, in welcher die A-Schichten 7 (TiN) und die B-Schichten 8 (TiM(C)N) abwechselnd und wiederholt übereinander angeordnet sind, weist eine Härte auf, die größer ist, als diejenige von jeder der A-Schichten 7 und der B-Schichten 8, und hat eine verbesserte Oxidationsbeständigkeit bei hoher Temperatur. Bei der Spanfläche 3 ist das Verhältnis der Dicke der A-Schichten 7 hoch und der Verhinderungseffekt der Entwicklung von Kolkverschleiß ist hoch. Bei der Freifläche 4 ist das Verhältnis der Dicke der B-Schichten 8, die eine gute Widerstandsfähigkeit gegen Reibungsverschleiß aufweisen, hoch. Deswegen ist die Verschleißfestigkeit der Freifläche 4 hoch. Im Ergebnis kann der Verschleiß von jedem Teil des Schneidwerkzeuges 1 optimiert werden und die Standzeit des Schneidwerkzeuges kann erhöht werden.The coating layer 6 has a structure in which the A layers 7 (TiN) and the B layers 8th (TiM (C) N) are alternately and repeatedly stacked, has a hardness greater than that of each of the A layers 7 and the B layers 8th , and has improved oxidation resistance at high temperature. At the chip surface 3 is the ratio of the thickness of the A layers 7 high and the prevention effect of the development of crater wear is high. At the open space 4 is the ratio of the thickness of the B layers 8th , which have a good resistance to frictional wear, high. That is why the wear resistance of the open space 4 high. As a result, the wear of any part of the cutting tool 1 can be optimized and the life of the cutting tool can be increased.

Ein Verfahren zum Berechnen des Verhältnisses der Dicke der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 ist wie folgt: ein Bereich der Überzugsschicht 6, die aufeinander folgend 20 oder mehr A- und B-Schichten 7 und 8 (zehn oder mehr davon) enthält, wird mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) beobachtet, zehn oder mehr der A-Schichten 7 und zehn oder mehr der B-Schichten 8 werden jeweils auf Dicke gemessen, wobei die Dicken der A-Schichten 7 und die Dicken der B-Schichten 8 getrennt zusammengerechnet werden, und danach wird ihr Verhältnis berechnet. Die A-Schichten 7 und die B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 weisen grundsätzlich dieselbe Dicke auf und können möglicherweise leicht unterschiedliche Dicken aufweisen, weil der Abstand zwischen dem Grundkörper 2 und einem Target oder die Richtung des Grundkörpers 2 zu dem Target aufgrund des Rotationszustandes des Grundkörper 2 verändert ist, wenn die Schichten durch ein Vakuumaufdampfverfahren (PVD) ausgebildet werden, wie beispielsweise ein Ionenplattierungsverfahren oder ein Sputterverfahren wie nachfolgend beschrieben. Die Veränderung der Dicke ist allerdings periodisch verschieden mit der periodischen Veränderung der Position von jedem Grundkörper im Rotationszustand des Grundkörpers 2.A method of calculating the ratio of the thickness of the A layers 7 to the B layers 8th in the coating layer 6 is as follows: an area of the overcoat layer 6 successively 20 or more A and B layers 7 and 8th (Ten or more of them) is observed by a transmission electron microscope (TEM), ten or more of the A layers 7 and ten or more of the B layers 8th are each measured in thickness, with the thicknesses of the A layers 7 and the thicknesses of the B layers 8th be calculated separately and then their ratio is calculated. The A layers 7 and the B layers 8th in the coating layer 6 have basically the same thickness and may possibly have slightly different thicknesses because of the distance between the main body 2 and a target or the Direction of the main body 2 to the target due to the rotation state of the main body 2 is changed when the layers are formed by a vacuum evaporation method (PVD) such as an ion plating method or a sputtering method as described below. However, the change in thickness is periodically different with the periodic change in the position of each body in the rotating state of the body 2 ,

Das Verhältnis der Dicke (t_cA/t_cB) der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an jeder Schneidkante 5 ist vorzugsweise größer als das Verhältnis der Dicke (t_fA/t_fB) der A-Schichten 7 zu den B-Schichten 8 in der Überzugsschicht 6 an der Freifläche 4. Dadurch kann die Standzeit des Werkzeuges deutlich erhöht werden, weil die A-Schichten 7 eine geringe Eigenspannung aufweisen, die Spannung der gesamten Überzugsschicht 6 kann vermindert werden, und deswegen delaminiert die auf der Schneidkante 5 ausgebildete Überzugsschicht 6 aufgrund eines Kanteneffektes nicht selbstzerstörend. Das Verhältnis (t_cA/t_cB) liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1,5 bis 1,95. Weiterhin liegt t_cA vorzugsweise in dem Bereich von 41 nm bis 60 nm, und t_cB liegt vorzugsweise in dem Bereich von 32 nm bis 40 nm.The ratio of the thickness (t _cA / t _cB ) of the A layers 7 to the B layers 8th in the coating layer 6 at each cutting edge 5 is preferably larger than the ratio of the thickness (t _fA / t _fB ) of the A layers 7 to the B layers 8th in the coating layer 6 at the open space 4 , As a result, the tool life can be significantly increased, because the A-layers 7 have a low residual stress, the tension of the entire coating layer 6 can be reduced, and therefore delaminates on the cutting edge 5 formed coating layer 6 not self-destructive due to an edge effect. The ratio (t _cA / t _cB ) is preferably in the range of 1.5 to 1.95. Further, t _{cA is} preferably in the range of 41 nm to 60 nm, and t _cB is preferably in the range of 32 nm to 40 nm.

Die gesamte Dicke T_r der Überzugsschicht 6 an der Spanfläche 3 ist vorzugsweise größer als die gesamte Dicke T_f der Überzugsschicht 6 an der Freifläche 4. Dies erlaubt, das Gleichgewicht beim Verschleiß zwischen der Spanfläche 3 und der Freifläche 4 zu optimieren und wird deswegen bevorzugt. Das Verhältnis T_r/T_f der gesamten Dicke T_r der Überzugsschicht 6 an der Spanfläche 3 zu der gesamten Dicke T_f der Überzugsschicht 6 an der Freifläche 4 liegt vorzugsweise im Bereich von 1,1 bis 1,5. Während die bevorzugte Dicke von T_r und die bevorzugte Dicke von T_f in Abhängigkeit von Schneidebedingungen variieren, liegt T_r vorzugsweise im Bereich von 5,8 μm bis 10 μm und T_f liegt vorzugsweise im Bereich von 3,0 μm bis 6,5 μm.The total thickness T _{r of} the coating layer 6 on the chip surface 3 is preferably greater than the total thickness T _{f of} the coating layer 6 at the open space 4 , This allows the balance of wear between the rake face 3 and the open space 4 to optimize and is therefore preferred. The ratio T _r / T _{f of} the total thickness T _{r of} the coating layer 6 on the chip surface 3 to the total thickness T _{f of} the coating layer 6 at the open space 4 is preferably in the range of 1.1 to 1.5. While the preferred thickness of T _r and the preferred thickness of T _f vary depending on cutting conditions, T _{r is} preferably in the range of 5.8 μm to 10 μm, and T _f is preferably in the range of 3.0 μm to 6.5 microns.

Bei der Zusammensetzung Ti_1-aM_a(C_1-xN_x), wenn a weniger als 0,1 beträgt, werden keine Härteeigenschaften oder Oxidationsbeständigkeit erhalten. Im Gegensatz dazu ist, wenn a mehr als 0,9 beträgt, eine Reduzierung der Härte signifikant. Das Metall M ist mindestens eines, das aus der Gruppe bestehend aus Al, Si, Y, Metallen der Gruppe 4, 5 und 6, ausschließlich Ti, in dem Periodensystem ausgewählt wird, und enthält insbesondere vorzugsweise eines oder mehrere von Al, Nb, Si, Cr und W, damit die Oxidationsbeständigkeit der Überzugsschicht 6 verbessert wird.In the composition of Ti _1-a M _a (C _1-x N _x), when a is less than 0.1, no hardness properties or oxidation resistance can be obtained. In contrast, when a is more than 0.9, a reduction in hardness is significant. The metal M is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Y, metals of the group 4 . 5 and 6 , exclusively Ti, in the periodic table is selected, and more preferably contains one or more of Al, Nb, Si, Cr and W, so that the oxidation resistance of the coating layer 6 is improved.

Weiterhin wird bei Hochgeschwindigkeitsschneiden bei einer Schneidegeschwindigkeit von 150 m/Minute oder beim Schneiden von Materialien, die schwierig zu schneiden sind, wie hochgradig harte Materialien, sich wahrscheinlich Kolkverschleiß an Spanflächen entwickeln. Wenn allerdings bei der Zusammensetzungsformel Ti_1-aM_a(C_1-xN_x), welche die B-Schichten 8 darstellt, 0,75 ≤ a ≤ 0,85 erfüllt wird und M in der Zusammensetzungsformel 80% oder mehr Al enthält, dann ist der Verhinderungseffekt von Kolkverschleiß an der Spanfläche sehr hoch. Im Ergebnis kann die Verschleißfestigkeit des Schneidwerkzeuges 1 insgesamt verbessert werden.Furthermore, in high-speed cutting at a cutting speed of 150 m / minute, or when cutting materials that are difficult to cut, such as highly hard materials, coarse wear is likely to develop on rake surfaces. However, in the compositional formula, Ti _1-a M _a (C _{1 -x} N _x ) containing the B layers 8th If 0.75 ≦ a ≦ 0.85 is satisfied, and M in the composition formula contains 80% or more of Al, then the anti-caking effect on the rake face is very high. As a result, the wear resistance of the cutting tool 1 be improved overall.

Der Gehalt von jedem Element in der Überzugsschicht 6 kann unter Verwendung eines energiedispersiven Röntgenspektroskopie-Analysegerätes (EDS) gemessen werden, das an ein elektronenmikroskopisches Messgerät angeschlossen ist. Der Gehalt an Ti in der Überzugsschicht 6 kann aus dem Verhältnis der Peak-Intensität des Ti-Elementes zu der Summe der Peak-Intensitäten der Elemente berechnet werden. Bei energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) überlagern sich ein Peak (eine Energie von ungefähr 0,4 keV), der der Lα-Linie von Ti entspricht, und ein Peak, der der Kα-Linie eines N-Elementes entspricht, und kann demzufolge nicht genau gemessen werden. Daher ist in dem Fall, wenn ein N-Element möglicherweise enthalten sein kann, der Peak, der der Lα-Linie von Ti entspricht, aus den Peaks ausgeschlossen, die zur Berechnung verwendet werden; der Gehalt von Ti wird bestimmt, indem ein Peak verwendet wird (eine Energie von ungefähr 0,4 keV), der der Kα-Linie von Ti entspricht, und der Gehalt von allen anderen Metallelementen wird aus ihrem Gehalt berechnet. Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird bei der Messung eines Metallelementes der Durchschnitt von Messungen bestimmt, die aus fünf oder mehr beliebigen Stellen in der Überzugsschicht gewonnen werden.The content of each element in the coating layer 6 can be measured using an energy dispersive X-ray spectroscopic analyzer (EDS) connected to an electron microscopic meter. The content of Ti in the coating layer 6 can be calculated from the ratio of the peak intensity of the Ti element to the sum of the peak intensities of the elements. In energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), a peak (an energy of about 0.4 keV) corresponding to the Lα line of Ti and a peak corresponding to the Kα line of an N element are superimposed, and thus can not be accurate be measured. Therefore, in the case where an N element may possibly be included, the peak corresponding to the Lα line of Ti is excluded from the peaks used for the calculation; the content of Ti is determined by using a peak (an energy of about 0.4 keV) corresponding to the Kα line of Ti, and the content of all other metal elements is calculated from their content. According to the present invention, in the measurement of a metal element, the average of measurements obtained from five or more arbitrary locations in the coating layer is determined.

Weiterhin weisen C und N, welche nichtmetallische Bestandteile der Überzugsschicht 6 sind, gute Härte und Widerstandsfähigkeit auf, welche für das Schneidwerkzeug 1 notwendig sind. Um die übermäßige Produktion von Tropfen auf einer Oberfläche der Überzugsschicht 6 zu verhindern, beträgt der besonders bevorzugte Bereich von x (N Gehalt) 0,5 ≤ x ≤ 1. Die Zusammensetzung der Überzugsschicht kann durch energiedispersive Röntgenspektroskopie (EDS) oder Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS) gemessen werden.Furthermore, C and N, which are non-metallic constituents of the coating layer 6 They have good hardness and resistance to the cutting tool 1 necessary. To prevent the excessive production of drops on a surface of the coating layer 6 The most preferred range of x (N content) is 0.5 ≦ x ≦ 1. The coating layer composition can be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).

Der Grundkörper setzt sich vorzugsweise aus einem harten Material wie beispielsweise Sinterhartmetall zusammen, das eine harte Phase, die hauptsächlich Wolframkarbid oder Titankarbonnitrid enthält, und eine Binderphase aufweist, die hauptsächlich ein Metall der Eisengruppe enthält, wie beispielsweise Kobalt oder Nickel; Cermet; eine Keramik, die hauptsächlich Siliziumnitrid oder Aluminiumoxid enthält; oder ein hartes Material, wie beispielsweise ein mit Ultrahochdruck gesintertes Material, das hergestellt wird durch Kalzinieren einer harten Phase, die sich aus polykristallinem Diamant oder aus kubischem Bornitrid zusammensetzt, und einer Binderphase, die sich aus Keramik, einem Metall einer Eisengruppe oder dergleichen zusammensetzt. The main body is preferably composed of a hard material such as cemented carbide having a hard phase mainly containing tungsten carbide or titanium carbonitride and a binder phase mainly containing a metal of the iron group such as cobalt or nickel; cermet; a ceramic containing mainly silicon nitride or alumina; or a hard material such as ultra-high pressure sintered material prepared by calcining a hard phase composed of polycrystalline diamond or cubic boron nitride and a binder phase composed of ceramics, a metal of an iron group or the like.

(Herstellungsverfahren)(Production method)

Als Nächstes wird ein Verfahren zur Herstellung des Schneidwerkzeuges gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben.Next, a method of manufacturing the cutting tool according to the present invention will be described.

Zuerst wird der Grundkörper in einem herkömmlichen Vorgang so bereitgestellt, dass es eine Werkzeugform aufweist. Als Nächstes wird die Überzugsschicht auf einer Oberfläche des Grundkörpers ausgebildet. Es kann vorzugsweise ein Vakuumaufdampfverfahren (PVD), wie beispielsweise ein Ionenplattierungsverfahren oder ein Sputterverfahren, verwendet werden, um die Überzugsschicht auszubilden. Ein Beispiel eines Abscheideverfahrens wird ausführlich beschrieben. Wenn eine Überzugsschicht durch ein Ionenplattierungsverfahren bereitgestellt wird, werden die nachfolgenden Targets oder das Target verwendet: Metalltargets, die unabhängig metallisches Titan (Ti) und das Metall M enthalten (M ist mindestens eines, das ausgewählt wird aus der Gruppe, die aus Al, Si, Y, Elementen der Gruppe 4, 5 und 6, Ti in dem Periodensystem besteht), oder ein Verbundlegierungstarget.First, the main body is provided in a conventional operation so as to have a tool shape. Next, the coating layer is formed on a surface of the main body. A vacuum vapor deposition (PVD) method, such as an ion plating method or a sputtering method, may preferably be used to form the overcoat layer. An example of a deposition process will be described in detail. When a coating layer is provided by an ion plating method, the following targets or target are used: metal targets independently containing metallic titanium (Ti) and the metal M (M is at least one selected from the group consisting of Al, Si , Y, elements of Group 4, 5 and 6, Ti exists in the Periodic Table), or a composite alloy target.

Bei diesem Arbeitsvorgang wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein A-Target zur Ausbildung der A-Schichten und ein B-Target zur Ausbildung der B-Schichten vorzugsweise in gegenüberliegenden Positionen auf Seitenwänden einer Kammer platziert, ein Target, das metallisches Ti oder einen Ti-Verbund enthält, wird getrennt bereitgestellt, und ein Ti-Target wird an einer Position auf einer oberen Wand der Kammer platziert, wobei die Position in der Nähe des A-Targets liegt. Die Abscheidung wird unter nachstehenden Abscheidebedingungen durchgeführt, wobei die Zusammensetzung der ausgebildeten Überzugsschicht und das Dickenverhältnis an eine Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung angepasst werden können. Als Verfahren zur Herstellung des das metallische Ti oder des das Verbund-Ti enthaltenden Targets wird die Verwendung eines Legierungstargets, das durch Verflüssigen und Wiederverfestigen einer Metallkomponente bereitgestellt wird, eher bevorzugt als die Verwendung eines gesinterten Targets, das durch Mischen und Sintern von Metallpulvern bereitgestellt wird, weil gerichtete Abscheidung durchgeführt werden kann.In this operation, according to the present invention, an A target for forming the A layers and a B target for forming the B layers are preferably placed in opposite positions on sidewalls of a chamber, a target, the metallic Ti or a Ti compound is provided separately, and a Ti target is placed at a position on an upper wall of the chamber, the position being near the A target. The deposition is performed under the following deposition conditions, wherein the composition of the formed coating layer and the thickness ratio can be adjusted to a configuration according to the present invention. As a method of producing the target containing the metallic Ti or the compound Ti, the use of an alloy target provided by liquefying and resolidifying a metal component is more preferable than the use of a sintered target provided by mixing and sintering metal powders because directional deposition can be performed.

Hinsichtlich der Abscheidebedingungen wird die Überzugsschicht durch ein Sputterverfahren oder ein Ionenplattierungsverfahren ausgebildet, in welchem eine Metallquelle verdampft und durch Lichtbogenentladung, Glühentladung oder dergleichen unter Verwendung dieses Targets ionisiert wird, und mit Stickstoff (N₂), das eine Stickstoffquelle darstellt, und Methan (CH₄)/Acetylen (C₂H₂), das eine Kohlenstoffquelle darstellt, reagieren kann. Bei diesem Arbeitsvorgang wird der Grundkörper an solch eine Position gebracht, dass die Freifläche im Wesentlichen parallel zu einer Seitenfläche der Kammer verläuft und die Spanfläche im Wesentlichen parallel zu der Oberseite der Kammer verläuft.As for the deposition conditions, the coating layer is formed by a sputtering method or an ion plating method in which a metal source is vaporized and ionized by arc discharge, glow discharge or the like using this target, and nitrogen (N ₂ ), which is a nitrogen source, and methane (CH ₄ ) / acetylene (C ₂ H ₂ ), which is a carbon source, can react. In this operation, the main body is brought to such a position that the free surface is substantially parallel to a side surface of the chamber and the rake surface is substantially parallel to the top of the chamber.

Im Fall der Ausbildung der Überzugsschicht durch das Ionenplattierungsverfahren oder das Sputterverfahren wird eine Vorspannung von 30 V bis 200 V vorzugsweise an dem Grundkörper angelegt, damit die Haftung an dem Grundkörper verbessert wird, weil die Überzugsschicht durch das Anlegen eines Lichtbogenstromes ausgebildet werden kann, so dass sie in Anbetracht der kristallinen Struktur der Überzugsschicht eine besonders hohe Härte aufweist.In the case of forming the coating layer by the ion plating method or the sputtering method, a bias voltage of 30 V to 200 V is preferably applied to the base body to improve the adhesion to the base body because the coating layer can be formed by applying an arc current, so that it has a particularly high hardness in view of the crystalline structure of the coating layer.

BeispieleExamples

Einem Wolframkarbidpulver (WC) mit einer durchschnittlichen Partikelgröße von 0,5 μm werden 10 Masse% metallischen Kobaltpulvers (Co) und 0,5 Masse-% Chromkarbidpulvers (Cr₃C₂) hinzugefügt, so dass insgesamt 100 Masse-% erhalten werden, gefolgt von Mischen. Die Mischung wird zu Einwegeinsetzformen für das Schneidwerkzeug (CNMGO408) eingeformt, gefolgt von Kalzinierung. Nachdem jede Form einem Schleifschritt unterzogen wurde, wurde ihre Oberfläche mit Alkali, einer Säure und destilliertem Wasser in dieser Reihenfolge gereinigt, wodurch ein Schneideinsetzgrundkörper bereitgestellt wurde.To a tungsten carbide powder (WC) having an average particle size of 0.5 μm, 10 mass% of metallic cobalt powder (Co) and 0.5 mass% of chromium carbide powder (Cr ₃ C ₂ ) are added to give a total of 100 mass% from mixing. The mixture is molded into disposable insert molds for the cutting tool (CNMGO408), followed by calcination. After each mold was subjected to a grinding step, its surface was cleaned with alkali, an acid and distilled water in this order, thereby providing a cutting insert body.

Eine in Tabelle 1 gezeigte Überzugsschicht wurde bei einem in Tabelle 1 gezeigten Lichtbogenstrom dergestalt ausgebildet, dass der Grundkörper in ein Ionenplattierungssystem per Lichtbogen gegeben wurde, das mit in Tabelle 1 gezeigten Targets bestückt war, so dass eine Freifläche zu einer Seitenfläche gerichtet war, und der Grundkörper wurde auf 500°C aufgeheizt. Die verwendeten Haupttargets bestanden aus gesinterten Targets, die durch Mischen und anschließendes Sintern von Metallpulvern in einem Sinterverfahren bereitgestellt wurden. Zwei der Haupttargets wurden auf eine Seitenwand einer Kammer gesetzt. Verwendete Untertargets bestanden aus gesinterten Targets oder Legierungstargets, die durch Verflüssigen und anschließendem Wiederverfestigen von Metallen, wie in Tabelle 1 gezeigt, bereitgestellt wurden. Eines der Untertargets wurde in einer Einsetzposition an einer Wand der Kammer, wie in Tabelle 1 gezeigt, angesetzt. Die Abscheidebedingungen waren wie folgt: eine Atmosphäre, angereichert mit Stickstoff, die einen Gesamtdruck von 4 Pa aufwies, und eine Vorspannung von 100 V. [Tabelle 1]

A coating layer shown in Table 1 was formed on an arc current shown in Table 1 so as to arc-shape the base body into an ion plating system, which was equipped with targets shown in Table 1 so that an open surface was directed to a side surface, and the base was heated to 500 ° C. The main targets used consisted of sintered targets provided by mixing and then sintering metal powders in a sintering process. Two of the main targets were placed on a side wall of a chamber. Sub-targets used consisted of sintered targets or alloy targets provided by liquefying and then re-solidifying metals as shown in Table 1. One of the sub-targets was set in an insertion position on a wall of the chamber as shown in Table 1. The deposition conditions were as follows: an atmosphere enriched with nitrogen having a total pressure of 4 Pa and a bias voltage of 100 V. [Table 1]

Bei den erhaltenen Einsätzen wurde die Struktur unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (VE 8800) aus der Herstellung von Keyence Corporation und eines Transmissionselektronenmikroskops untersucht, wodurch Eigenschaften der Kristalle, die jede Überzugsschicht ausbilden, und die Dicke (T_r, T_c, T_f, t_rA, t_fA, t_rB, t_fB) der Überzugsschicht bestätigt. Die Zusammensetzung der Überzugsschicht wurde bei einer Beschleunigungsspannung von 15 kV durch das ZAF-Verfahren bestimmt, das eine Art von energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) ist, unter Verwendung eines EDAX-Analysegerätes (AMETEK EDAX-VE 9800), das an das System angeschlossen war, und die Zusammensetzung der Überzugsschicht wurde für jeweils eine Spanfläche und eine Freifläche berechnet. Die Ergebnisse werden in Tabellen 2 und 3 gezeigt. Bei der Messung der Dicke wurde in dem Fall, wo die Dicke von A-Schichten und B-Schichten periodisch verändert wurde, ein Sichtfeld bei einer Vergrößerung bestimmt, das ausreichend ist, um die Dicke von jeweils der A- und B-Schichten in einem Bereich zu beobachten, der eine Abfolge einschließt. In diesem Bereich wurde die Dicke von jeweils den A- und B-Schichten gemessen. Beobachtungssichtfelder wurden für Beobachtungspunkte in drei beliebigen Sichtfeldern gemessen. Und diese Beobachtungsdaten wurden gemittelt, wodurch t_rA, t_fA, t_rB, und t_fB berechnet wurden. Die Gesamtdicke T_r der Spanfläche und die Gesamtdicke T_f der Freifläche wurden an einer Stelle gemessen, die 1 mm von einer Schnittkante entfernt liegt. Die Dicke T_c der Schnittkante wurde als die Dicke eines Teils der Überzugsschicht definiert, wobei der Teil an einer Ecke liegt und der dickste ist.In the obtained inserts, the structure was examined by using a scanning electron microscope (VE 8800) manufactured by Keyence Corporation and a transmission electron microscope, whereby characteristics of the crystals forming each coating layer and the thickness (T _r , T _c , T _f , t _rA , t _fA , t _rB , t _fB ) of the coating _layer . The coating layer composition was determined at an acceleration voltage of 15 kV by the ZAF method, which is a type of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDS), using an EDAX analyzer (AMETEK EDAX-VE 9800) connected to the system. and the composition of the coating layer was calculated for each of a rake face and an open face. The results are shown in Tables 2 and 3. In the measurement of the thickness, in the case where the thickness of A layers and B layers were changed periodically, a field of view was determined at a magnification sufficient to make the thickness of each of the A and B layers in one Observe area that includes a sequence. In this area, the thickness of each of the A and B layers was measured. Observational fields of view were measured for observation points in three arbitrary fields of view. And these observation _data were averaged, whereby t _rA , t _fA , t _rB , and t _{fB were} calculated. The total thickness T _{r of} the rake face and the total thickness T _f of the rake face were measured at a location 1 mm from a cut edge. The thickness T _{c of} the cut edge was defined as the thickness of a part of the coating layer, the part lying on a corner and being the thickest.

Weiterhin wurde ein Schneidetest unter nachstehenden Schneidebedingungen unter Verwendung der erhaltenen Einsätze durchgeführt. Die Ergebnisse werden in Tabelle 3 gezeigt.
Schneideverfahren: Ansatzfräsen (Fräsen)
Werkstückmaterial: SKD11
Schneidegeschwindigkeit: 150 m/Minute
Vorschub: 0,12 mm/Zahn
Schnitttiefe: eine radiale Tiefe des Schnitts von 10 mm, eine axiale Tiefe des Schnitts von 3 mm
Schneidebedingungen: trocken
Bewertungsmethode: die Anzahl der Auftreffer, bis das Schneiden nicht mehr möglich war. Der Zustand einer Schneidkante wurde alle 100 Auftreffer beobachtet, wodurch der Zustand der Schneidkante bestätigt wurde, direkt bevor das Schneiden unmöglich wurde. [Tabelle 2]

[Tabelle 3]

Further, a cutting test was conducted under the following cutting conditions using the obtained inserts. The results are shown in Table 3.
Cutting method: Milling (milling)
Workpiece material: SKD11
Cutting speed: 150 m / minute
Feed: 0.12 mm / tooth
Depth of cut: a radial depth of the cut of 10 mm, an axial depth of the cut of 3 mm
Cutting conditions: dry
Rating method: the number of hits until the cutting was no longer possible. The condition of a cutting edge was observed every 100 hits, confirming the condition of the cutting edge just before the cutting became impossible. [Table 2]

[Table 3]

Wie aus den Tabellen 1 bis 3 hervorgeht, ist bei den Probestücken Nr. 7 und 8, bei denen das Verhältnis (t_rA/t_rB) kleiner als oder gleich dem Verhältnis (t_fA/t_fB) ist, und bei dem Probestück Nr. 9, bei dem A-Schichten sich nicht aus TiN zusammensetzen, die Entwicklung von Absplittern oder Verschleiß schnell und die Standzeit des Werkzeuges kurz.As is apparent from Tables 1 to 3, in the test pieces Nos. 7 and 8 in which the ratio (t _rA / t _rB ) is smaller than or equal to the ratio (t _fA / t _fB ), and the test piece no 9, where A layers are not composed of TiN, the development of chipping or wear quickly and tool life short.

Im Gegensatz dazu ist bei den Probestücken Nr. 1 bis 6 und 10 bis 15, bei denen das Verhältnis (t_rA/t_rB) größer als das Verhältnis (t_fA/t_fB) ist, die Bruchsicherheit und die Verschleißfestigkeit gut und die Schnittleistung höher.In contrast, in the test pieces Nos. 1 to 6 and 10 to 15, in which the ratio (t _rA / t _rB ) is larger than the ratio (t _fA / t _fB ), the breakage resistance and the wear resistance are good and the cutting performance higher.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Schneidwerkzeugcutting tool
22: Grundkörperbody
33: Spanflächeclamping surface
44: Freiflächeopen space
55: Schneidkantecutting edge
66: Überzugsschichtcoating layer
77: A-SchichtenA layers
88th: B-SchichtenB layers

Claims

A cutting tool comprising a coating layer in the A-layers of TiN and B-layers of Ti _1-a M _a (C _1-x N _x) (wherein M is at least one selected from the group consisting of Al, Si, Y , Metals of group 4, 5 and 6, excluding Ti, in the periodic table is selected, 0.1 ≤ a ≤ 0.9 and 0 ≤ x ≤ 1) are alternately and repeatedly stacked on a surface of a base body, wherein the thickness ratio (t _rA / t _rB ) of the A layers to the B layers in the coating layer on a rake face is larger than the thickness ratio (t _fA / t _fB ) of _FIG A layers to the B layers in the overcoat layer at an open area.

The cutting tool according to claim 1, wherein the thickness ratio (t _cA / t _cB ) of the A layers to the B layers in the coating layer at a cutting edge is larger than the thickness ratio (t _fA / t _fB ) of the A layers to the B layers. Layers in the coating layer at the free surface.

Cutting tool according to claim 1 or 2, wherein the total thickness T _{r of} the coating layer on the chip surface is greater than the total thickness T _{f of} the coating layer on the free surface.

Cutting tool according to one of claims 1 to 3, wherein in the composition formula Ti _1-a M _a (C _1-x N _x) representative of the B layers, 0.75 ≤ a ≤ 0.85 is satisfied, and M in the Composition formula contains 80% or more Al.