JP2004154878A - 高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 - Google Patents
高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具 Download PDFInfo
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Abstract
【課題】高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】超硬基体の表面に、ＴｉとＺｒの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間で炭素と窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記炭素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０＝０．９０）、前記窒素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０＝０．９０）、を満足し、かつ隣り合う上記両点間の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
【解決手段】超硬基体の表面に、ＴｉとＺｒの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具の前記硬質被覆層を、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記両点間で炭素と窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、前記炭素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０＝０．９０）、前記窒素の最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０＝０．９０）、を満足し、かつ隣り合う上記両点間の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、硬質被覆層で構成する。
【選択図】 なし
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高硬度と高強度を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に、硬質被覆層がチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆超硬工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ｎＮｎ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、ｎ：０．４０＝０．６０）、
を満足するＴｉとＺｒの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の従来被覆超硬工具が、例えば図１に概略縦断面図で示される通り、中央部にステンレス鋼製の反応ガス吹き出し管が立設され、前記反応ガス吹き出し管には、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略平面図で例示される黒鉛製の超硬基体支持パレットが串刺し積層嵌着され、かつこれらがステンレス鋼製のカバーを介してヒーターで加熱される構造を有する化学蒸着装置を用い、超硬基体を前記超硬基体支持パレットの底面に形成された多数の反応ガス通過穴位置に図示される通りに載置した状態で前記化学蒸着装置に装入し、
反応ガス組成（容量％で）：ＺｒＣｌ４：０．０５〜５％、ＴｉＣｌ４：０．１〜６％、ＣＨ４：０．１〜１０％、Ｎ２：０．５〜４０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：５〜５０ｋＰａ、
の条件で（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮからなる硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５６５６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向を深め、かつ高切り込みや高送りなどの重切削条件での切削加工が強く求められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、特に切削加工を高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、硬質被覆層の硬さおよび強度不足が原因で、硬質被覆層の摩耗進行が一段と促進し、かつチッピングも発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図１，２に示される化学蒸着図装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な硬さと強度を有するが、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層を形成するに際して、例えば図３に反応ガス組成自動制御システムが概略チャート図で示される通り、反応ガス組成および流量中央制御装置に、前記（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とを所定間隔をおいて交互に繰り返し形成させる目的で、前記炭素の最高含有点および窒素の最高含有点に対応した反応ガス組成、並びに前記両点間の炭素および窒素の連続変化に対応した反応ガス組成、さらに前記両点間の間隔および硬質被覆層の全体層厚を、過去の実績データに基づいてインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの制御信号にしたがって、原料ガスボンベからのＨ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２ガス、およびＨＣｌガスの流量、さらにＴｉＣｌ４およびＺｒＣｌ４の流量をそれぞれの原料流量自動制御装置にて制御しながら、化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管に導入すると、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつた（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層が形成されるようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層において、上記炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０〜０．９０）、
上記窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０〜０．９０）、
を満足し、かつ隣り合う上記炭素の最高含有点と上記窒素の最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．２μｍとすると、
上記炭素の最高含有点部分では、窒素に比してきわめて多量の炭素を含有し、この炭素とＴｉおよびＺｒとの共存作用によってきわめて高い硬さを有するようになり、一方上記窒素の最高含有点部分では、反対に炭素に比して著しく多量の窒素を含有することから、この窒素とＴｉおよびＺｒとの共存作用によって高強度を有するようになり、かつこれら炭素の最高含有点と窒素の最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として高硬度と高強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高速重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具において、前記硬質被覆層を、
層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素と窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０〜０．９０）、
上記窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０〜０．９０）、
を満足し、かつ隣り合う上記炭素の最高含有点と上記窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
硬質被覆層で構成してなる、高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）炭素および窒素の最高含有点を示す組成式のｍ値
（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層のＺｒ成分にはＴｉ成分との共存において、層自体の強度を一段と向上させる作用があるが、Ｚｒの割合を示すｍ値が原子比で０．４０未満では所望の強度向上効果が得られず、一方同ｍ値が同じく原子比で０．６０を越えると層自体の硬さに低下傾向が現れ、摩耗進行が促進するようになることから、ＺｒのＴｉとの合量に占める割合を示すｍ値を原子比で０．４０〜０．６０と定めた。
【００１１】
（ｂ）炭素の最高含有点を示す組成式のＸ値
上記の通り硬質被覆層である（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層の厚さ方向に沿って炭素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の硬さを向上させ、同じく窒素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の強度を向上させるものであり、したがって炭素の最高含有点部分では硬さが著しく向上したものになるので、特に高速切削ではすぐれた耐摩耗性を十分に発揮するようになるが、前記炭素の最高含有点における炭素の窒素との合量に占める割合を示すＸ値が、原子比で０．７０未満では所望の硬さ向上効果が得られず、摩耗進行が促進されるようになり、一方同Ｘ値が０．９０を越えると、高強度を有する窒素の最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度低下は避けられず、高い機械的衝撃を伴なう高速重切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、炭素の窒素との合量に占める割合を示すＸ値を０．７０〜０．９０と定めた。
【００１２】
（ｃ）窒素の最高含有点を示す組成式のＹ値
上記の通り炭素の最高含有点は相対的に高硬度を有するが、反面相対的に強度が不十分であるため、この炭素の最高含有点の強度不足を補い、高い機械的衝撃を伴なう高速重切削でチッピングの発生抑制効果を十分に発揮させる目的で、高強度を有する窒素の最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものである。しかし、前記窒素の最高含有点における窒素の炭素との合量に占める割合を示すＹ値が、原子比で０．７０未満では所望の強度向上効果が得られず、チッピングが発生し易くなり、一方同Ｙ値が０．９０を越えると、高硬度を有する炭素の最高含有点が隣接して存在しても層自体の硬さ低下は避けられず、摩耗が促進するようになることから、窒素の炭素との合量に占める割合を示すＹ値を０．７０〜０．９０と定めた。
【００１３】
（ｄ）炭素の最高含有点と窒素の最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望のすぐれた高硬度と高強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．２μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわち炭素の最高含有点であれば強度不足、窒素の最高含有点であれば硬さ不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．２μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：６．５μｍを有する粗粒ＷＣ粉末、同３．５μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表面部にＣｏ富化層を形成するものについては１３．３Ｐａ、そして全体に亘って均一組織を有するものについては６．７Ｐａの真空中、温度：１４３０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０８のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。なお、超硬基体Ａ−１、Ａ−３、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−７、およびＡ−９の表面部にＣｏ富化層の形成が見られた。
【００１６】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．１０のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１７】
つぎに、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、図１に示される化学蒸着装置内に、第２図に示される超硬基体支持パレットの位置決め穴に載置した状態で装入し、まず、装置内をヒーターで９００℃に加熱したところで、ＴｉＣｌ４：４．２％、Ｎ２：３０％、Ｈ２：残りからなる組成を有する反応ガスを反応ガス吹き出し管を通して導入して、装置内の反応雰囲気圧力を３０ｋＰａとし、この状態で２０分間保持して前記超硬基体表面に、下地密着層として０．３μｍの平均層厚をもった窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成し、ついで、同じく装置内の雰囲気温度をヒーターにて加熱して１０２０℃とした後、図３に示される反応ガス組成自動制御システムの反応ガス組成および流量中央制御装置に、過去の実績にデータにしたがって、表３に示される炭素の最高含有点の目標組成、さらに窒素の最高含有点の目標組成に対応する反応ガス組成、前記炭素の最高含有点と窒素の最高含有点間の炭素と窒素の含有量の連続変化に対応する反応ガス組成、さらに表４，６に示される前記両点間の目標間隔および硬質被覆層の目標全体層厚をインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの信号にしたがって作動するコントロールバルブ内蔵の原料ガス流量自動制御装置を通して、原料ガスであるＨ２ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ４ガス、ＴｉＣｌ４ガス、およびＺｒＣｌ４ガス（この場合、前記ＴｉＣｌ４ガスは図示の通り流量制御されたＨ２ガスをキャリアガスとしてＴｉＣｌ４ガス気化器に送り、ここで液体から気化されたＴｉＣｌ４と共に原料ガス流量自動制御装置に送られ、また前記ＺｒＣｌ４ガスは、ＺｒＣｌ４発生器で金属Ｚｒと流量制御されたＨＣｌガスを反応させることにより形成される）を、それぞれのガス流量を自動制御しながら、図１の化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管から装置内に導入し（装置内の反応雰囲気圧力は常に７ｋＰａに保持される）、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成（組成式の目標ｍ値および目標Ｘ値）の炭素の最高含有点と、目標組成（組成式の目標ｍ値および目標Ｙ値）の窒素の最高含有点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、同じくそれぞれ図１，２に示される通常の化学蒸着装置に装入し、上記したＴｉＮ層形成条件と同じ条件で下地密着層として０．３μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成し、ついで反応雰囲気温度を１０２０℃に加熱した後、容量％で：ＴｉＣｌ４：０．１〜６％、ＺｒＣｌ４：０．０５〜５％、ＣＨ４：０．１〜１０％、Ｎ２：０．５〜４０％、Ｈ２：残り、からなる組成をもった反応ガスを用い、これをそれぞれ表６，７に示される目標組成（組成式の目標ｍ値および目標ｎ値）に対応した組成の反応ガスに調製した状態で、反応ガス吹き出し管から導入し、反応雰囲気圧力を７ｋＰａに一定とした条件で、前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表６，７に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１９】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、これら被覆超硬チップのうち、本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのベアリング鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式断続高速高切り込み切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式連続高速高送り切削加工試験を行なった。
【００２０】
また、上記本発明被覆超硬チップ１１〜１６および従来被覆超硬チップ１１〜１６については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０Ｈの丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高切り込み切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．５０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高送り切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７に示した。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】
【表３】
【００２４】
【表４】
【００２５】
【表５】
【００２６】
【表６】
【００２７】
【表７】
【００２８】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６を構成する硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＴｉ、Ｚｒ、炭素、および窒素の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では、炭素の最高含有点と、窒素の最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ炭素の最高含有点から窒素の最高含有点、窒素の最高含有点から炭素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また、硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記従来被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
表３〜７に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向に、相対的に高い硬さを有する炭素の最高含有点と相対的に高強度を有する窒素の最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点、前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬チップ１〜１６は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない従来被覆超硬チップ１〜１６においては、特に高い機械的衝撃を伴う高速重切削条件では強度不足が原因でチッピングが発生し、かつ硬さ不足による摩耗促進と相俟って、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いられている化学蒸着装置を例示する概略縦断面図である。
【図２】化学蒸着装置の構造部材である超硬基体支持パレットを示し、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
【図３】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層の形成に用いられる反応ガス組成自動制御システムを示すチャート図である。
【発明の属する技術分野】
この発明は、硬質被覆層がすぐれた高硬度と高強度を有し、したがって各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合に、硬質被覆層がチッピング（微小欠け）などの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、被覆超硬工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
【０００３】
また、被覆超硬工具として、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットからなる基体（以下、これらを総称して超硬基体と云う）の表面に、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ｎＮｎ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、ｎ：０．４０＝０．６０）、
を満足するＴｉとＺｒの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮで示す］層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具が提案され、各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
さらに、上記の従来被覆超硬工具が、例えば図１に概略縦断面図で示される通り、中央部にステンレス鋼製の反応ガス吹き出し管が立設され、前記反応ガス吹き出し管には、図２（ａ）に概略斜視図で、同（ｂ）に概略平面図で例示される黒鉛製の超硬基体支持パレットが串刺し積層嵌着され、かつこれらがステンレス鋼製のカバーを介してヒーターで加熱される構造を有する化学蒸着装置を用い、超硬基体を前記超硬基体支持パレットの底面に形成された多数の反応ガス通過穴位置に図示される通りに載置した状態で前記化学蒸着装置に装入し、
反応ガス組成（容量％で）：ＺｒＣｌ４：０．０５〜５％、ＴｉＣｌ４：０．１〜６％、ＣＨ４：０．１〜１０％、Ｎ２：０．５〜４０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：９００〜１０５０℃、
反応雰囲気圧力：５〜５０ｋＰａ、
の条件で（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮからなる硬質被覆層を形成することにより製造されることも知られている。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−５６５６４号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求も強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向を深め、かつ高切り込みや高送りなどの重切削条件での切削加工が強く求められる傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具においては、これを通常の切削加工条件で用いた場合には問題はないが、特に切削加工を高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合には、硬質被覆層の硬さおよび強度不足が原因で、硬質被覆層の摩耗進行が一段と促進し、かつチッピングも発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に高速重切削加工条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具を開発すべく、上記の従来被覆超硬工具を構成する硬質被覆層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）上記の図１，２に示される化学蒸着図装置を用いて形成された従来被覆超硬工具を構成する（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層は、厚さ全体に亘って実質的に均一な組成を有し、したがって均質な硬さと強度を有するが、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層を形成するに際して、例えば図３に反応ガス組成自動制御システムが概略チャート図で示される通り、反応ガス組成および流量中央制御装置に、前記（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層に、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とを所定間隔をおいて交互に繰り返し形成させる目的で、前記炭素の最高含有点および窒素の最高含有点に対応した反応ガス組成、並びに前記両点間の炭素および窒素の連続変化に対応した反応ガス組成、さらに前記両点間の間隔および硬質被覆層の全体層厚を、過去の実績データに基づいてインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの制御信号にしたがって、原料ガスボンベからのＨ２ガス、ＣＨ４ガス、Ｎ２ガス、およびＨＣｌガスの流量、さらにＴｉＣｌ４およびＺｒＣｌ４の流量をそれぞれの原料流量自動制御装置にて制御しながら、化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管に導入すると、層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造をもつた（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層が形成されるようになること。
【０００８】
（ｂ）上記（ａ）の繰り返し連続変化成分濃度分布構造の（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層において、上記炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０〜０．９０）、
上記窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０〜０．９０）、
を満足し、かつ隣り合う上記炭素の最高含有点と上記窒素の最高含有点の厚さ方向の間隔を０．０１〜０．２μｍとすると、
上記炭素の最高含有点部分では、窒素に比してきわめて多量の炭素を含有し、この炭素とＴｉおよびＺｒとの共存作用によってきわめて高い硬さを有するようになり、一方上記窒素の最高含有点部分では、反対に炭素に比して著しく多量の窒素を含有することから、この窒素とＴｉおよびＺｒとの共存作用によって高強度を有するようになり、かつこれら炭素の最高含有点と窒素の最高含有点の間隔をきわめて小さくしたことから、層全体の特性として高硬度と高強度を具備するようになり、したがって、硬質被覆層がかかる構成の（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる被覆超硬工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、特に高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高速重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになること。
以上（ａ）および（ｂ）に示される研究結果を得たのである。
【０００９】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、超硬基体の表面に、（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で蒸着してなる被覆超硬工具において、前記硬質被覆層を、
層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素と窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、
さらに、上記炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０〜０．９０）、
上記窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０〜０．９０）、
を満足し、かつ隣り合う上記炭素の最高含有点と上記窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
硬質被覆層で構成してなる、高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆超硬工具に特徴を有するものである。
【００１０】
つぎに、この発明の被覆超硬工具において、これを構成する硬質被覆層の構成を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）炭素および窒素の最高含有点を示す組成式のｍ値
（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層のＺｒ成分にはＴｉ成分との共存において、層自体の強度を一段と向上させる作用があるが、Ｚｒの割合を示すｍ値が原子比で０．４０未満では所望の強度向上効果が得られず、一方同ｍ値が同じく原子比で０．６０を越えると層自体の硬さに低下傾向が現れ、摩耗進行が促進するようになることから、ＺｒのＴｉとの合量に占める割合を示すｍ値を原子比で０．４０〜０．６０と定めた。
【００１１】
（ｂ）炭素の最高含有点を示す組成式のＸ値
上記の通り硬質被覆層である（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層の厚さ方向に沿って炭素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の硬さを向上させ、同じく窒素成分の相対的に高い部分を繰り返し形成して層自体の強度を向上させるものであり、したがって炭素の最高含有点部分では硬さが著しく向上したものになるので、特に高速切削ではすぐれた耐摩耗性を十分に発揮するようになるが、前記炭素の最高含有点における炭素の窒素との合量に占める割合を示すＸ値が、原子比で０．７０未満では所望の硬さ向上効果が得られず、摩耗進行が促進されるようになり、一方同Ｘ値が０．９０を越えると、高強度を有する窒素の最高含有点が隣接して存在しても層自体の強度低下は避けられず、高い機械的衝撃を伴なう高速重切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、炭素の窒素との合量に占める割合を示すＸ値を０．７０〜０．９０と定めた。
【００１２】
（ｃ）窒素の最高含有点を示す組成式のＹ値
上記の通り炭素の最高含有点は相対的に高硬度を有するが、反面相対的に強度が不十分であるため、この炭素の最高含有点の強度不足を補い、高い機械的衝撃を伴なう高速重切削でチッピングの発生抑制効果を十分に発揮させる目的で、高強度を有する窒素の最高含有点を厚さ方向に交互に介在させるものである。しかし、前記窒素の最高含有点における窒素の炭素との合量に占める割合を示すＹ値が、原子比で０．７０未満では所望の強度向上効果が得られず、チッピングが発生し易くなり、一方同Ｙ値が０．９０を越えると、高硬度を有する炭素の最高含有点が隣接して存在しても層自体の硬さ低下は避けられず、摩耗が促進するようになることから、窒素の炭素との合量に占める割合を示すＹ値を０．７０〜０．９０と定めた。
【００１３】
（ｄ）炭素の最高含有点と窒素の最高含有点間の間隔
その間隔が０．０１μｍ未満ではそれぞれの点を上記の組成で明確に形成することが困難であり、この結果層に所望のすぐれた高硬度と高強度を確保することができなくなり、またその間隔が０．２μｍを越えるとそれぞれの点がもつ欠点、すなわち炭素の最高含有点であれば強度不足、窒素の最高含有点であれば硬さ不足が層内に局部的に現れ、これが原因でチッピングが発生し易くなったり、摩耗進行が促進されるようになることから、その間隔を０．０１〜０．２μｍと定めた。
【００１４】
（ｄ）硬質被覆層の全体平均層厚
その層厚が１μｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
【００１５】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径：６．５μｍを有する粗粒ＷＣ粉末、同３．５μｍを有する中粒ＷＣ粉末、同０．８μｍの微粒ＷＣ粉末、同１．３μｍのＴａＣ粉末、同１．２μｍのＮｂＣ粉末、同１．２μｍのＺｒＣ粉末、同２．３μｍのＣｒ３Ｃ２粉末、同１．０μｍの（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ／ＷＣ＝２４／２０／５６）粉末、および同１．８μｍのＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表面部にＣｏ富化層を形成するものについては１３．３Ｐａ、そして全体に亘って均一組織を有するものについては６．７Ｐａの真空中、温度：１４３０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０８のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の超硬基体Ａ１〜Ａ１０を形成した。なお、超硬基体Ａ−１、Ａ−３、Ａ−４、Ａ−６、Ａ−７、およびＡ−９の表面部にＣｏ富化層の形成が見られた。
【００１６】
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ２ Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．１０のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１６０６１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ系サーメット製の超硬基体Ｂ１〜Ｂ６を形成した。
【００１７】
つぎに、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、図１に示される化学蒸着装置内に、第２図に示される超硬基体支持パレットの位置決め穴に載置した状態で装入し、まず、装置内をヒーターで９００℃に加熱したところで、ＴｉＣｌ４：４．２％、Ｎ２：３０％、Ｈ２：残りからなる組成を有する反応ガスを反応ガス吹き出し管を通して導入して、装置内の反応雰囲気圧力を３０ｋＰａとし、この状態で２０分間保持して前記超硬基体表面に、下地密着層として０．３μｍの平均層厚をもった窒化チタン（ＴｉＮ）層を形成し、ついで、同じく装置内の雰囲気温度をヒーターにて加熱して１０２０℃とした後、図３に示される反応ガス組成自動制御システムの反応ガス組成および流量中央制御装置に、過去の実績にデータにしたがって、表３に示される炭素の最高含有点の目標組成、さらに窒素の最高含有点の目標組成に対応する反応ガス組成、前記炭素の最高含有点と窒素の最高含有点間の炭素と窒素の含有量の連続変化に対応する反応ガス組成、さらに表４，６に示される前記両点間の目標間隔および硬質被覆層の目標全体層厚をインプットし、この反応ガス組成および流量中央制御装置からの信号にしたがって作動するコントロールバルブ内蔵の原料ガス流量自動制御装置を通して、原料ガスであるＨ２ガス、Ｎ２ガス、ＣＨ４ガス、ＴｉＣｌ４ガス、およびＺｒＣｌ４ガス（この場合、前記ＴｉＣｌ４ガスは図示の通り流量制御されたＨ２ガスをキャリアガスとしてＴｉＣｌ４ガス気化器に送り、ここで液体から気化されたＴｉＣｌ４と共に原料ガス流量自動制御装置に送られ、また前記ＺｒＣｌ４ガスは、ＺｒＣｌ４発生器で金属Ｚｒと流量制御されたＨＣｌガスを反応させることにより形成される）を、それぞれのガス流量を自動制御しながら、図１の化学蒸着装置の反応ガス吹き出し管から装置内に導入し（装置内の反応雰囲気圧力は常に７ｋＰａに保持される）、もって前記超硬基体の表面に、層厚方向に沿って表３，４に示される目標組成（組成式の目標ｍ値および目標Ｘ値）の炭素の最高含有点と、目標組成（組成式の目標ｍ値および目標Ｙ値）の窒素の最高含有点とが交互に同じく表３，４に示される目標間隔で繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、かつ同じく表３，４に示される目標全体層厚の硬質被覆層を蒸着することにより、本発明被覆超硬工具としての本発明表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、本発明被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１８】
また、比較の目的で、上記の超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した後、同じくそれぞれ図１，２に示される通常の化学蒸着装置に装入し、上記したＴｉＮ層形成条件と同じ条件で下地密着層として０．３μｍの平均層厚を有するＴｉＮ層を形成し、ついで反応雰囲気温度を１０２０℃に加熱した後、容量％で：ＴｉＣｌ４：０．１〜６％、ＺｒＣｌ４：０．０５〜５％、ＣＨ４：０．１〜１０％、Ｎ２：０．５〜４０％、Ｈ２：残り、からなる組成をもった反応ガスを用い、これをそれぞれ表６，７に示される目標組成（組成式の目標ｍ値および目標ｎ値）に対応した組成の反応ガスに調製した状態で、反応ガス吹き出し管から導入し、反応雰囲気圧力を７ｋＰａに一定とした条件で、前記超硬基体Ａ１〜Ａ１０およびＢ１〜Ｂ６のそれぞれの表面に、表６，７に示される目標組成および目標層厚を有し、かつ層厚方向に沿って実質的に組成変化のない（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、従来被覆超硬工具としての従来表面被覆超硬合金製スローアウエイチップ（以下、従来被覆超硬チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
【００１９】
つぎに、上記本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、これら被覆超硬チップのうち、本発明被覆超硬チップ１〜１０および従来被覆超硬チップ１〜１０については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＪ２の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件でのベアリング鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式断続高速高切り込み切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の丸棒、
切削速度：３５０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：３．０ｍｍ、
送り：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件でのダクタイル鋳鉄の乾式連続高速高送り切削加工試験を行なった。
【００２０】
また、上記本発明被覆超硬チップ１１〜１６および従来被覆超硬チップ１１〜１６については、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣｒ４２０Ｈの丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での合金鋼の乾式連続高速高切り込み切削加工試験、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：５．０ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：５分、
の条件での炭素鋼の乾式断続高速高切り込み切削加工試験、さらに、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０の丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．５０ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０分、
の条件での鋳鉄の乾式連続高速高送り切削加工試験を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７に示した。
【００２１】
【表１】
【表２】
【表３】
【表４】
【表５】
【表６】
【表７】
この結果得られた本発明被覆超硬チップ１〜１６および従来被覆超硬チップ１〜１６を構成する硬質被覆層について、厚さ方向に沿ってＴｉ、Ｚｒ、炭素、および窒素の含有量をオージェ分光分析装置を用いて測定したところ、本発明被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では、炭素の最高含有点と、窒素の最高含有点とがそれぞれ目標値と実質的に同じ組成および間隔で交互に繰り返し存在し、かつ炭素の最高含有点から窒素の最高含有点、窒素の最高含有点から炭素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することが確認され、また、硬質被覆層の全体平均層厚も目標全体層厚と実質的に同じ値を示した。一方前記従来被覆超硬チップ１〜１６の硬質被覆層では厚さ方向に沿って組成変化が見られず、かつ目標組成と実質的に同じ組成および目標全体層厚と実質的に同じ全体平均層厚を示すことが確認された。
【００２９】
【発明の効果】
表３〜７に示される結果から、硬質被覆層が層厚方向に、相対的に高い硬さを有する炭素の最高含有点と相対的に高強度を有する窒素の最高含有点とが交互に所定間隔をおいて繰り返し存在し、かつ前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点、前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点へ炭素および窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する本発明被覆超硬チップ１〜１６は、いずれも各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が層厚方向に沿って実質的に組成変化のない従来被覆超硬チップ１〜１６においては、特に高い機械的衝撃を伴う高速重切削条件では強度不足が原因でチッピングが発生し、かつ硬さ不足による摩耗促進と相俟って、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆超硬工具は、通常の条件での切削加工は勿論のこと、特に各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、高速で、かつ高い機械的衝撃を伴う高切り込みや高送りなどの重切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】被覆超硬工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いられている化学蒸着装置を例示する概略縦断面図である。
【図２】化学蒸着装置の構造部材である超硬基体支持パレットを示し、（ａ）が概略斜視図、（ｂ）が概略平面図である。
【図３】この発明の被覆超硬工具を構成する硬質被覆層の形成に用いられる反応ガス組成自動制御システムを示すチャート図である。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金基体または炭窒化チタン系サーメット基体の表面に、ＴｉとＺｒの複合炭窒化物層からなる硬質被覆層を１〜１５μｍの全体平均層厚で蒸着してなる表面被覆超硬合金製切削工具において、前記硬質被覆層を、
層厚方向にそって、炭素の最高含有点と窒素の最高含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記窒素の最高含有点から前記炭素の最高含有点、前記炭素の最高含有点から前記窒素の最高含有点へ炭素と窒素の含有量がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、上記炭素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）ＣＸＮ１−Ｘ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｘ：０．７０＝０．９０）、
上記窒素の最高含有点が、
組成式：（Ｔｉ１−ｍＺｒｍ）Ｃ１−ＹＮＹ（ただし、原子比で、ｍ：０．４０〜０．６０、Ｙ：０．７０＝０．９０）、
を満足し、かつ隣り合う上記炭素の最高含有点と上記窒素の最高含有点の間隔が、０．０１〜０．２μｍである、
硬質被覆層で構成したことを特徴とする高速重切削条件で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具。
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