JP2004330314A

JP2004330314A - 被覆超硬合金工具

Info

Publication number: JP2004330314A
Application number: JP2003126011A
Authority: JP
Inventors: Tomohiro Takanashi; 智裕高梨; Yasuo Tsukimori; 康雄月森; Hideki Moriguchi; 秀樹森口; Minoru Ito; 実伊藤; Yoshio Okada; 吉生岡田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-04-30
Filing date: 2003-04-30
Publication date: 2004-11-25

Abstract

【課題】高強度で耐溶着性に優れる被覆超硬合金工具を提供する。
【解決手段】Ｃｏ：８〜１２重量％を含む結合相と、ＷＣ：６５〜８５重量％と周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素（Ｃｒ、Ｎｂを除く）の炭化物、酸化物及びそれらの固溶体よりなる群から選択される１種類以上の化合物（ＷＣを除く）とを含む硬質相とからなる基材表面に硬質被覆層を具える被覆超硬合金工具である。ＷＣは、粒度０．３〜１．５μｍの第一群と粒度３〜５μｍの第二群とを含み、第一群と第二群との面積率が３〜５である。硬質相には、ＴｉＣを１〜４重量％、ＴａＣを４〜１２重量％含み、ＴａＣとＴｉＣの重量比が２〜８、平均粒度が２μｍ以下である。かつ、基材全体の飽和磁気量とＣｏの重量％との比：１５以上１９以下、抗折力：２．６ＧＰａ以上、硬質被覆層の表面粗さ：Ｒａで０．５μｍ以下を満たす。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金型鋼（ダイス鋼）などのミーリング加工に最適な被覆超硬合金工具に関する。特に、高強度で、耐溶着性に優れる被覆超硬合金工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ＷＣ基超硬合金やサーメットからなる基材の表面に炭化チタン、窒化チタン、炭窒化チタン、酸化アルミニウムなどを蒸着させて被膜層を施すことで、耐欠損性や耐摩耗性を改善し、工具寿命を向上させることが行われている。
【０００３】
また、ＷＣ結晶において、微粒子群と粗粒子群の２種類の結晶粒を混合させることで、強度と靭性とを改善させることが行われている（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−２５２５７９号公報
【特許文献２】
特開平６−２２０５７１号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように基材表面に被覆層を設けたり、基材の組織を変化させることで、従来は、強度や靭性、耐摩耗性などを改善させている。しかし、その耐摩耗性は、被削材に対して機械的に擦られることで発生する摩耗を抑制することを目的とするものである。一方、ダイス鋼などの切削工具と化学的な反応、即ち溶着を生じ易い被削材を切削する場合、単なる摩耗だけでなく、溶着摩耗が生じる。このような場合、耐摩耗性の向上には、溶着摩耗をも考慮することが望まれる。
【０００６】
そこで、本発明は、強度に優れると共に、耐溶着性を改善して耐摩耗性を向上させることができる被覆超硬合金工具を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、被削材に対して溶着し易い元素や被削材と化学的に反応し易い元素を添加せず、溶着を効果的に抑制することができる元素Ｔａと、溶着の抑制と硬度の向上に寄与する元素Ｔｉとをバランスよく添加することで上記目的を達成する。
【０００８】
即ち、本発明は、超硬合金からなる基材上に硬質被覆層を具える被覆超硬合金工具であって、以下の（Ａ）〜（Ｆ）を満たす。
（Ａ）基材は、１種類以上の鉄族金属を含む結合相と、ＷＣと、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素の炭化物、酸化物及びそれらの固溶体よりなる群から選択される１種類以上の化合物（但し、ＷＣを除く）とを含む硬質相とからなる。特に、本発明では、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素のうち、Ｃｒ及びＮｂを除く。
（Ｂ）結合相には、Ｃｏを８重量％以上１２重量％以下含む。
（Ｃ）硬質相は、以下を満たす。
（１）ＷＣを６５重量％以上８５重量％以下含む。
（２）ＷＣは、粒度０．３μｍ以上１．５μｍ以下の第一群と、粒度３μｍ以上５μｍ以下の第二群とを含む。そして、前記第一群と第二群との面積率を３以上５以下とする。
（３）ＴｉＣを１重量％以上４重量％以下、ＴａＣを４重量％以上１２重量％以下含む。かつ、ＴａＣとＴｉＣの重量比を２以上８以下とする。
（４）ＷＣ以外の硬質相の平均粒度が２μｍ以下である。
（Ｄ）基材全体の飽和磁気量（４πσ）とＣｏの重量％との比が１５以上１９以下である。
（Ｅ）抗折力が２．６ＧＰａ以上である。
（Ｆ）硬質被覆層の表面粗さがＲａで０．５μｍ以下である。
【０００９】
本発明者らが検討した結果、従来、基材に添加されている化合物（金属の炭化物、窒化物、炭窒化物など）の中には、切削の際に悪影響を及ぼすものがあり、そのような添加物を含まない方が切削特性に優れることがわかった。特に、ダイス鋼などの化学的な反応が生じ易い被削材を切削する場合では、抗折力などの強度を低下させることなく、耐溶着性を向上させるには、Ｎｂの化合物及びＣｒの化合物を添加しない方が好ましいとの知見を得た。そして、Ｎｂ、Ｃｒの化合物ではなく、Ｔａ、Ｔｉの化合物、特に、Ｔａの炭化物及びＴｉの炭化物を適量添加すると、抗折力を低下させず、溶着摩耗の抑制に効果的であるとの知見を得た。
【００１０】
Ｎｂは、Ｔａよりも化学的な安定性に劣り、上記ダイス鋼などを切削すると、被削材と化学反応を起こし、溶着摩耗が進行し易い。また、Ｎｂは、Ｔａと比較して抗折力の低下が生じ易く、工具の強度を低下させ易い。一方、ダイス鋼、特に合金工具鋼は、Ｃｒを含有している。そのため、工具基材にＣｒを含有していると、被削材と化学反応を生じ易いことに加えて、特に、工具基材にＣｒの炭化物を含有していると、合金中に巣（ポア）が発生し易く、抗折力が低下して基材の強度を低下させる。
【００１１】
これに対し、Ｔａは、化学的な安定性に富むと共に、抗折力の低下を生じにくい。特に、Ｔａの炭化物は、溶着摩耗の抑制に効果がある。また、Ｔｉは、被削材の鉄との化学反応性が低い。特に、Ｔｉの炭化物は、高硬度で工具の高温硬度向上に効果がある。本発明は、上記知見に基づき規定するものである。以下、本発明をより詳しく説明する。
【００１２】
本発明において基材は、ＷＣ基超硬合金とする。具体的には、ＷＣを主に含む硬質相と、結合相と、不可避的不純物とからなるものとする。硬質相には、ＷＣ以外に、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素の炭化物、酸化物及びそれらの固溶体よりなる群から選択される１種類以上の化合物（但し、ＷＣを除く）を含むものとする。特に、本発明の特徴とするところは、上記元素のうちＮｂ及びＣｒを除くこと、及びＴｉＣとＴａＣとを含むことにある。
【００１３】
Ｎｂは、Ｔａよりも溶着摩耗が生じ易く、抗折力が低下し易いことから、本発明では添加しない。また、Ｃｒは、被削材の種類によって化学的反応を起こし易いものがあり、巣の発生により抗折力が低下し易いことから、本発明では添加しない。従って、本発明においてＮｂ、Ｃｒは、全く含まれないか、不可避的不純物のみとして含まれる。
【００１４】
Ｔａは、Ｎｂと比較して化学的な安定性に優れて、抗折力を低下しにくく、その炭化物であるＴａＣは、溶着摩耗を効果的に抑制することができる。そこで、本発明では、硬質相としてＴａＣを含有する。しかし、ＴａＣは、多過ぎると、抗折力の低下や耐熱亀裂性の低下を招き、少な過ぎると、耐溶着性の向上効果が得られにくい。そこで、ＴａＣの含有量を４重量％以上１２重量％以下とする。
【００１５】
Ｔｉは、上記のように鉄との化学反応性が低く、その炭化物であるＴｉＣは、高温硬度向上に効果がある。そこで、本発明では、硬質相として上記ＴａＣに加えて、ＴｉＣを含有する。しかし、ＴｉＣは、多過ぎると、抗折力の低下を招き、工具強度を低下させ、少な過ぎると、高温硬度の低下を招き、塑性変形を起こし易い。そこで、ＴｉＣの含有量を１重量％以上４重量％以下とする。
【００１６】
そして、上記ＴａＣ及びＴｉＣは、その重量比（ＴａＣの重量％／ＴｉＣの重量％）が２以上８以下となるように含有させる。本発明者らが検討した結果、ＴａＣ、ＴｉＣを特定量（重量％）含有させると、耐溶着性に優れると共に、抗折力にも優れるが、最も性能のバランスに優れた配合は、上記重量比を満たす場合であることがわかった。そこで、本発明では、ＴａＣ、ＴｉＣの含有量及びその重量比を規定する。
【００１７】
上記ＴａＣ、ＴｉＣを含むＷＣ以外の硬質相は、ＷＣと比較して強度が低いことから、平均粒度が大き過ぎると、大きな粒子を起点とした破壊が発生し易く、抗折力の低下を招く。そこで、本発明では、ＷＣ以外の硬質相の平均粒度を２μｍ以下とする。これらＷＣ以外の硬質相を微粒にするには、例えば、原料として、粒度が小さいもの、具体的には平均粒度が１．０μｍ以下のものを用いることが挙げられる。その他、混合条件によっても硬質相の粒度を変化させることができる。具体的には、例えば、混合時間を変えることで粒度を変化させることができる。
【００１８】
ＷＣの含有量は、６５重量％以上８５重量％以下とする。６５重量％未満であると、工具硬度を低下させる。８５重量％超とすると、工具の強度を低下させる。
【００１９】
また、本発明では、ＷＣ結晶を単一粒度でなく、微粒子群と粗粒子群との２つの粒度の結晶粒を混在させて、強度と靭性との双方を向上させる。具体的には、粒度０．３μｍ以上１．５μｍ以下の第一群（微粒子群）と粒度３μｍ以上５μｍ以下の第二群（粗粒子群）とを含むものとする。なお、ＷＣ結晶の粒度を上記二つの群のみに画一的に製造することは、非常に困難であるため、全ＷＣ結晶の８０％以上、好ましくは９０％以上が上記いずれかの群に含まれればよい。微粒子の第一群は、基材の強度と硬度を高めるのに有効である。特に、微粒のＷＣは、欠陥寸法が小さくなることから抗折力を大きくすると共に、微粒であることから結合相の平均自由行程が大きいため熱伝導率が大きくなることから、耐熱衝撃性に優れる。また、粗粒子の第二群は、破壊靭性を大きくすると共に、疲労亀裂の進展を防止するのに有効である。このような二つの粒度のＷＣ結晶を混在させる方法としては、例えば、粒度の異なるＷＣ粉末、即ち、粗粒のＷＣ粉末及び微粒のＷＣ粉末の二つの粒度の原料粉末を用いることで実現することができる。
【００２０】
上記粗粒子の第二群が多過ぎると、硬度が低下する。また、微粒子の第一群が多過ぎると、破壊靭性値の低下を招き、強度が低下する。そのため、本発明では、第一群と第二群との比率：第一群／第二群を３以上５以下に規定する。上記の比率は、面積率とする。この面積率は次のように求める。まず、焼結体の任意の断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡にて１５００倍で５視野写真撮影し、その写真を用いて第一群と第二群のグループ分けを行う。グループ分けの基準となる粒度は、多角形のＷＣ粒子の場合は対角線の最大長さ、三角形の場合は最大辺の長さとした。このようにグループ分けした組織写真を画像処理装置にかけ、第一群と第二群の面積率を求めた。第一群と第二群との比率は、例えば、上記異なる粒度のＷＣ粉末の配合割合（重量％）を調整することにより変化させることができる。
【００２１】
本発明において結合相は、１種類以上の鉄族金属を含むものとする。本発明では、特に、少なくともＣｏを含む。Ｃｏのみとしてもよい。Ｃｏは、多過ぎると、高温硬度の低下による摩耗の進行を招く。また、少な過ぎると、抗折力（ＴＲＳ）の低下から強度の低下を招く。そこで、本発明では、Ｃｏの含有量を８重量％以上１２重量％以下とする。Ｃｏに加えて、その他の鉄族金属：ＮｉやＦｅを含む場合は、上記Ｃｏの一部をＮｉやＦｅに置換するとよい。
【００２２】
本発明では、上記のように合金組成と粒度とを適切に規定することで、優れた抗折力が得られる。具体的には、２．６ＧＰａ以上とすることができる。しかし、焼結条件よっては、具体的には焼結温度を高めにすると、抗折力が小さくなる傾向にある。従って、焼結温度は、１５００℃未満、特に、１４００℃程度とすることが好ましい。
【００２３】
また、本発明では、超硬合金の特性を評価する指標として、超硬合金自体の飽和磁気量（飽和磁化）４πσと結合相のＣｏ含有量との比率、つまり４πσ（Ｇａｕｓｓ・ｃｍ^３／ｇ）／Ｃｏ（重量％）で表される値を規定する。具体的には、上記比率を１５以上１９以下とする。この比率が１５未満であると超硬合金中に脆化層であるη層（Ｃｏ_２Ｗ_３Ｃ，Ｃｏ_６Ｗ_６Ｃ，Ｎｉ_３Ｗ_３Ｃ，Ｎｉ_６Ｗ_６Ｃ，Ｆｅ_３Ｗ_３Ｃ，Ｆｅ_６Ｗ_６Ｃなど、炭素量の少ない複炭化物）が析出し易く、１９超では、高温硬度が低下して耐摩耗性の低下を招く。また、合金中に遊離炭素が析出することにより抗折力の低下を招く。飽和磁気量は、超硬合金内に含まれる炭素量とＣｏ量に大きな関係を有する。例えば、炭素量が少ないと、硬質相がＣｏ中に固溶して見かけ上Ｃｏが減少するため、合金の飽和磁気量が低下するといった関係がある。従って、原料に用いる炭化物のＣ量や、合金の特性を整えるために用いるＣ量を適宜調整することで、飽和磁気量を変化させることができ、Ｃｏの重量％との比を調整することが可能である。
【００２４】
更に、本発明では、基材表面に硬質被覆層、特に表面粗さがＲａで０．５μｍ以下の平滑な被覆層を具えることで、切削性能をより良好なものとする。このような硬質被覆層は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒより選ばれる１種以上の元素とチタンとの窒化化合物、窒化チタン、及び炭窒化チタンよりなる群から選ばれる１種以上の膜を具えることが好ましい。これらチタン化合物膜は、高硬度であり、耐摩耗性に優れるため好ましい。従って、硬質被覆層をこれらチタン化合物膜のみで形成してもよい。
【００２５】
また、上記硬質被覆層は、厚みを１μｍ以上１０μｍ以下とすることが好ましい。厚みが１μｍ未満では、耐摩耗性の向上効果が得られにくい。逆に、厚みが１０μｍ超では、膜自体が脆くなり、切削加工中の負荷により膜が破壊され、結果として膜の剥離を促進する恐れがある。硬質被覆層の表面粗さを上記所定の範囲に制御する方法として、例えば、バフ、ブラシ、バレルや弾性砥石などによる研磨処理を施すことが挙げられる。この他、マイクロブラスト、イオンビーム照射による表面改質も適用できる。
【００２６】
硬質被膜層の形成には、公知の化学的蒸着法（ＣＶＤ）や物理的蒸着法（ＰＶＤ）を利用することができる。ＰＶＤにて成膜する際は、使用する原料ガスや成膜中の真空度、金属ターゲットに加える電流、ターゲットと基材との電圧差を調整することでも、表面粗さをＲａで０．５μｍ以下にすることができる。
【００２７】
硬質被覆層をＰＶＤにて成膜すると、膜中の残留応力として、圧縮応力が加わる。残留圧縮応力が低い場合、基材との密着性を向上させることができるが、膜の亀裂の進行に対して抑制効果が少なく、結果として、工具強度を低下させ易くなる。逆に、残留圧縮応力が高くなるにつれて、亀裂の進行の抑制効果を向上させることができるが、高過ぎると、膜が圧縮破壊を起こして、結果として、膜剥離を促進することになる。従って、硬質被覆層のうち基材側に設ける膜は、基材との密着性を考慮して、圧縮応力を小さくし、被覆層の表層側に向かうに従って、膜の亀裂の進行抑制効果を考慮して、圧縮応力を大きくしていくことが好ましい。即ち、膜中で圧縮応力を変化させる、具体的には、基材表面から被覆層表面に向かって連続的に、又は段階的に圧縮応力を増加させることが好ましい。圧縮応力は、例えば、成膜の際、金属ターゲットと基材との電圧差を制御することにより、変化させることができる。具体的には、電圧差を大きくすると、圧縮応力を大きく、電圧差を小さくすると、圧縮応力を小さくさせることができる。
【００２８】
このような本発明工具は、ダイス鋼などのミーリング加工に用いることが最適である。具体的には、エンドミル用刃先交換型チップや、フライス加工用刃先交換型チップに用いるとよい。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
（実施例１）
原料粉末として、平均粒度が異なる二種類のＷＣ粉末、平均粒度１．０μｍのＷＣ粉末（原料Ａ）、平均粒度４．０μｍのＷＣ粉末（原料Ｂ）を準備した。ＴａＣ粉末及びＴｉＣ粉末は、平均粒度１．０μｍのもの、Ｃｏ粉末は、平均粒度１．５μｍのものを準備した。また、比較のために、平均粒度３μｍのＴａＣ粉末及びＴｉＣ粉末、平均粒度１．０μｍのＮｂＣ粉末及びＣｒ_３Ｃ_２粉末をそれぞれ準備した。
【００３０】
これら原料粉末を表１、２に示す組成に配合し、ボールミルを用いて１０時間湿式混合した後、スプレードライヤーによって乾燥、造粒を行った。そして、得られた粉末を金型に充填して１０００ｋｇ／ｃｍ^２の圧力でプレスし、真空中で所定温度に１時間保持して焼結を行い、ＩＳＯ型番ＳＤＫＮ１２０３の形状の焼結体を得た。
【００３１】
【表１】

【００３２】
【表２】

【００３３】
得られた焼結体について、抗折力（ＧＰａ）、ＷＣ以外の硬質相の平均粒度（μｍ）を測定した。この平均粒度は、透過電子顕微鏡で焼結体断面を観察し、多角形の粒子の場合は対角線の最大長さ、三角形の場合は最大辺の長さを粒度として求めた。また、得られた焼結体の断面を鏡面研磨し、その断面におけるＷＣ結晶の粒度を測定した。そして、粒度が０．３μｍ以上１．５μｍ以下の粒子を第一群とし、粒度が３μｍ以上５μｍ以下の粒子を第二群とし、第一群及び第二群の面積をそれぞれ求め、これらの面積率：第一群の面積（ｍｍ^２）／第二群の面積（ｍｍ^２）を求めた。この面積率は次のように求めた。まず、焼結体の任意の断面を鏡面研磨し、光学顕微鏡又は走査型電子顕微鏡にて１５００倍で５視野写真撮影し、その写真を用いて第一群と第二群のグループ分けを行う。グループ分けの基準となる粒度は、多角形のＷＣ粒子の場合は対角線の最大長さ、三角形の場合は最大辺の長さとした。このようにグループ分けした組織写真を画像処理装置にかけ、第一群と第二群の面積率を求めた。更に、得られた焼結体の飽和磁気量（Ｇａｕｓｓ・ｃｍ^３／ｇ）を測定し、Ｃｏの重量％に対する比を求めた。これらの結果も合わせて表１、２に示す。
【００３４】
基材Ｎｏ．２０は、焼結温度を１５５０℃、基材Ｎｏ．２１は、焼結温度を１４８０℃、基材Ｎｏ．２２は、焼結温度を１４００℃、それ以外の基材は、焼結温度を１４５０℃とした。また、基材Ｎｏ．２８、２９は、平均粒度３μｍのＴａＣ粉末及びＴｉＣ粉末を用い、Ｎｏ．２８は、予備混合としてＴａＣ、ＴｉＣの粉末をボールミルで５時間、Ｎｏ．２９は、１時間混合した後に他の原料と配合した。基材Ｎｏ．２７は、平均粒度１μｍのＴａＣ粉末及びＴｉＣ粉末を用い、予備混合としてボールミルで５時間混合した後に他の原料と配合した。基材Ｎｏ．３０〜３３は、合金の特性を整えるために用いるＣ量を変化させた。具体的には、基材Ｎｏ．３０、３１は、上記Ｃ量を少なめにし、Ｎｏ．３２、３３は、上記Ｃ量を多めにした。
【００３５】
得られた焼結体のエッジ部分に、幅０．２ｍｍ、角度２５°のチャンファーホーニングを施して、基材を得た。得られた各基材の表面に、公知のアークイオンプレーティング法により、硬質被覆層（ＴｉＮ、厚さ４μｍ）を施し、硬質被覆層を具える工具を得た（試料Ｎｏ．１〜３４）。なお、試料Ｎｏ．１〜３３の硬質被覆層は、成膜後、マイクロブラストにより表面を平滑にし、試料Ｎｏ．３４の硬質被覆層には平滑化処理を施さなかった。
【００３６】
得られた試料Ｎｏ．１〜３４について、以下の条件で平面フライス加工を３０分間行い、チップの損傷状態、摩耗量（ｍｍ）を調べてみた。加工途中でチップの切れ刃の摩耗量が０．３ｍｍを超えたものは、その時点で加工を止め、そのときのチップの損傷状態、摩耗量（ｍｍ）を調べた。その結果を表３、４に示す。
【００３７】
＜切削条件＞
被削材：合金工具鋼ＳＫＤ１１（焼き入れ処理なしのブロック材）
使用カッター：ＦＰＧ４１６０Ｒ
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
１刃当たりの送り速度：０．２ｍｍ／刃
軸方向の切り込み：１．５ｍｍ
切削油：なし（乾式）
【００３８】
【表３】

【００３９】
【表４】

【００４０】
表３の結果から、試料Ｎｏ．１〜１７は、いずれも正常摩耗であり、３０分間加工後の摩耗量が０．３ｍｍ未満と少なく、耐摩耗性に優れていることがわかる。このように耐摩耗性に優れていたのは、溶着が少ない、或いはほとんどなく、耐溶着性にも優れていたためであると考えられる。
【００４１】
これに対し、ＮｂやＣｒを含有している試料Ｎｏ．１８、１９は、溶着が多く、３０分間の加工ができなかった。しかも、短時間の加工で溶着が生じて摩耗量が多くなったり、溶着による欠損が生じた。
【００４２】
また、ＮｂやＣｒを含有させていなくても、ＴａＣ、ＴｉＣの含有量が適切でない試料Ｎｏ．２２〜２５、ＴａＣ（重量％）とＴｉＣ（重量％）との比（ＴａＣ／ＴｉＣ比）が適切でない試料Ｎｏ．２０、２１、Ｃｏの含有量が適切でない試料Ｎｏ．２６、２７、抗折力が適切でない試料Ｎｏ．２８、ＷＣの第一群と第二群との比（ＷＣの比）が適切でない試料Ｎｏ．２９、３０、ＷＣ以外の硬質相の平均粒度が適切でない試料Ｎｏ．３１、基材全体の飽和磁気量（４πσ）とＣｏの重量％との比（４πσ／Ｃｏの重量％比）が適切でない試料Ｎｏ．３２、３３、硬質被覆層を平滑にしていない試料Ｎｏ．３４は、表４に示すように切削途中で溶着による欠損やチッピングが生じたり、３０分間加工ができたものでも、膜剥離や溶着摩耗の進行により摩耗量が大きくなった。
【００４３】
（実施例２）
上記実施例１で用いた基材と同様の基材を用い、硬質被覆層の膜種と膜厚を変化させた試料を作製し、実施例１と同様の条件で平面フライス加工を３０分間行い、チップの損傷状態、摩耗量（ｍｍ）を調べてみた。その結果を表５に示す。なお、表５に示す膜は、基材に近い順に記載している。即ち、左側に記載されているほど基材側に成膜されていることを示す。このことは、後述する実施例３でも同様とする。
【００４４】
【表５】

【００４５】
表５に示すように、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒより選ばれる１種以上の元素とチタンとの窒化化合物（本例では、Ｔｉ（Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ）Ｎ）、窒化チタン、及び炭窒化チタンよりなる群から選ばれる１種以上の膜を適切な厚さで具えている試料Ｎｏ．２−１〜２−５は、摩耗量が少なく、優れた切削性能を具えることがわかる。
【００４６】
また、同様の基材表面にＴｉＮ：０．５μｍ、ＺｒＣＮ：５μｍを成膜した試料Ｎｏ．２−１０、同様の基材表面にＴｉＣ：０．５μｍ、ＴｉＣＮ：３μｍ、Ａｌ_２Ｏ_３：２μｍ、ＴｉＮ：０．５μｍを成膜した試料Ｎｏ．２−１１を作製した。硬質被覆層の成膜は、公知のＣＶＤにて行い、被覆層表面は、マイクロブラストによる平滑化を行い、表面粗さをＲａで０．２μｍとした。これら試料Ｎｏ．２−１０、２−１１を用いて、上記と同様の平面フライス加工を３０分間行ったところ、いずれも正常摩耗で、摩耗量がそれぞれ０．２０ｍｍ、０．１７ｍｍであった。
【００４７】
（実施例３）
上記実施例１で用いた基材と同様の基材を用い、イオンプレーティング法により硬質被覆層を形成した。試料Ｎｏ．３−１、３−２では、成膜中に金属ターゲットと基材との電圧差を変化させることにより、圧縮応力の大きさを変化させた。具体的には、中間層（本例ではＴｉＣＮ膜）を成膜する際のターゲットと基材との電圧差を基準として、基材側の膜（本例ではＴｉＮ膜）を成膜する際の電圧差を小さく、最外層の膜（本例ではＴｉ（Ａｌ，Ｓｉ，Ｃｒ）Ｎ）膜）を成膜する際の電圧差を大きくした。試料Ｎｏ．３−３〜３−５は、成膜中のターゲットと基材との電圧差を一定とした。そして、形成した硬質被覆層について、膜中の応力状態をＸ線回折法により測定した。その結果を表６に示す。表６において圧縮応力の値は、マイナス（−）の符号を付しており、数字の大きい値ほど圧縮応力が高いことを示している。
【００４８】
これらの試料Ｎｏ．３−１〜３−５を用いて、実施例１と同様の条件で平面フライス加工を３０分間行い、チップの損傷状態、摩耗量（ｍｍ）を調べてみた。その結果を表６に示す。
【００４９】
【表６】

【００５０】
表６に示すように、硬質被覆層の膜中の圧縮応力を基材表面から被覆層表面に向かって連続的に圧縮応力を増加させた試料Ｎｏ．３−１及び３−２は、正常摩耗で摩耗量が少なく、優れた切削性能を具えることがわかる。
【００５１】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明工具によれば、Ｃｒ及びＮｂを含有させず、ＴａＣ及びＴｉＣを特定量含有させることで、耐摩耗性に優れると共に、強度を低下させることなく、耐溶着性を向上させることができるという優れた効果を奏し得る。従って、本発明工具は、溶着が生じ易い被削材などのミーリング加工に用いても、溶着が生じにくく、優れた切削性能を具える。

Claims

超硬合金からなる基材上に硬質被覆層を具える被覆超硬合金工具において、
前記基材は、
１種類以上の鉄族金属を含む結合相と、
ＷＣと、周期律表ＩＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族元素（但し、Ｃｒ及びＮｂを除く）の炭化物、酸化物及びそれらの固溶体よりなる群から選択される１種類以上の化合物（但し、ＷＣを除く）とを含む硬質相とからなり、
前記結合相には、Ｃｏを８重量％以上１２重量％以下含み、
前記硬質相は、
ＷＣを６５重量％以上８５重量％以下含み、
ＷＣは、粒度０．３μｍ以上１．５μｍ以下の第一群と粒度３μｍ以上５μｍ以下の第二群とを含み、前記第一群と第二群との面積率が３以上５以下であり、
ＴｉＣを１重量％以上４重量％以下、ＴａＣを４重量％以上１２重量％以下含み、かつＴａＣとＴｉＣの重量比が２以上８以下であり、
ＷＣ以外の硬質相の平均粒度が２μｍ以下であり、
基材全体の飽和磁気量（４πσ）とＣｏの重量％との比が１５以上１９以下であり、
抗折力が２．６ＧＰａ以上であり、
前記硬質被覆層の表面粗さがＲａで０．５μｍ以下であることを特徴とする被覆超硬合金工具。
硬質被覆層は、Ａｌ、Ｓｉ、Ｃｒより選ばれる１種以上の元素とチタンとの窒化化合物、窒化チタン、及び炭窒化チタンよりなる群から選ばれる１種以上の膜を具え、硬質被覆層の厚みが１μｍ以上１０μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の被覆超硬合金工具。
硬質被覆層は、基材表面から被覆層表面に向かって連続的に、又は段階的に圧縮応力が増加していることを特徴とする請求項１に記載の被覆超硬合金工具。
被覆超硬合金工具は、エンドミル用刃先交換型チップ、フライス加工用刃先交換型チップのいずれかであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の被覆超硬合金工具。