JP2005271106A - Coated cutting tool - Google Patents

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JP2005271106A
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JP2004085392A
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Haruyo Fukui
治世 福井
Hideki Moriguchi
秀樹 森口
Naoya Omori
直也 大森
Shinya Imamura
晋也 今村
Makoto Setoyama
誠 瀬戸山
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Sumitomo Electric Hardmetal Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coated cutting tool, preventing the formation of a porous Ti oxide layer due to containing of Ti in a coating film in cutting to prevent the breakage and chipping of a knife edge, further preventing the separation of a coating film, and having favorable wettability. <P>SOLUTION: This coated cutting tool includes: a base material; and a coating film formed on the surface of the base material. The coated cutting tool is characterized in that the coating film is one selected from nitride, carbonic nitride, nitrogen oxide and carbonic nitrogen oxide of (Al<SB>1-x</SB>V<SB>x</SB>) (wherein x is from 0.24 to 0.45 both inclusive). <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、被覆切削工具に関し、具体的には、耐摩耗性を有する被覆膜を備えた被覆切削工具に関する。   The present invention relates to a coated cutting tool, and specifically to a coated cutting tool provided with a coating film having wear resistance.

最近の切削工具の動向として、地球環境保全の観点からゼロエミッション加工となるドライ加工が志向されていること、耐熱合金やPbレス合金など被削材が多様化していること、加工能率を一層向上させるため切削速度や送り速度がより高速になってきていること、などから、工具刃先温度はますます高温になる傾向であり、工具材料に要求される特性は厳しくなる一方である。   Recent trends in cutting tools include zero-emission processing from the viewpoint of global environmental protection, the diversification of work materials such as heat-resistant alloys and Pb-less alloys, and further improvement in machining efficiency. Therefore, the cutting edge temperature tends to become higher due to the fact that the cutting speed and the feeding speed are higher, and the characteristics required for the tool material are becoming stricter.

特に工具材料の要求特性として、高温での被膜の安定性(耐酸化特性や被膜の密着性)はもちろんのこと、切削工具寿命に関係する耐摩耗性、すなわち被膜の高温における硬度の向上や潤滑油剤に変わる被膜の潤滑特性が一段と重要となっている。   In particular, the required characteristics of the tool material include not only the stability of the coating at high temperatures (oxidation resistance and coating adhesion), but also the wear resistance related to the life of the cutting tool, that is, the improvement in hardness and lubrication of the coating at high temperatures. The lubrication characteristics of coatings that change to oils are becoming more important.

例えば、下記特許文献1によれば、Siを適量含有したTiを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物、ならびに、TiとAlとを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物を、TiSi系化合物等の微細組織構造がTiを主成分とする窒化物、炭窒化物、酸窒化物および酸炭窒化物中に、SiおよびSiが独立相として存在するようにそれぞれ一層以上交互に被覆した切削工具を用いて乾式の高速切削加工を行うと、切削工具の性能が極めて良好となることが開示されている。この特許文献1によれば、従来のTiAlN膜では切削加工において起こる表面酸化で形成されるアルミナ層は、酸素の内向拡散に対し酸化保護膜として機能するものの、動的な切削加工においては、最表面のアルミナ層は、その直下のポーラスなTi酸化物層より容易に剥離してしまい酸化の進行に対して十分でないが、下記特許文献1のTiSi系被膜は膜自体の耐酸化性が極めて高いだけではなく、最表面にSiを含む非常に緻密なTiとSiとの複合酸化物が形成されるので、従来問題となっていたポーラスなTi酸化物層が形成されず、結果として性能が向上すると示されている。さらに、TiAl系膜の直上にTiSi系被膜を被覆することが重要であるとの被覆の順序の示唆もある。 For example, according to Patent Document 1 below, nitride containing Ti as a main component, carbonitride, oxynitride and oxycarbonitride containing an appropriate amount of Si, and nitride containing Ti and Al as main components , carbonitride, oxynitride and oxycarbonitride, nitrides of microstructural constituents, such as TiSi-based compound as a main component Ti, carbonitrides, in oxynitride and oxycarbonitride nitride, Si 3 It is disclosed that when dry high-speed cutting is performed using a cutting tool that is alternately coated with one or more layers such that N 4 and Si exist as independent phases, the performance of the cutting tool becomes extremely good. According to Patent Document 1, an alumina layer formed by surface oxidation that occurs in cutting work in a conventional TiAlN film functions as an oxidation protective film against inward diffusion of oxygen. The surface alumina layer peels off more easily than the porous Ti oxide layer directly below it, and is not sufficient for the progress of oxidation. However, the TiSi-based film of Patent Document 1 below has extremely high oxidation resistance of the film itself. In addition, a very dense composite oxide of Ti and Si containing Si is formed on the outermost surface, so that the porous Ti oxide layer, which has been a problem in the past, is not formed, resulting in improved performance. It is shown. Furthermore, there is a suggestion of the coating order that it is important to coat the TiSi film directly on the TiAl film.

しかしながら、上記被膜を検討した結果、特に断続切削に用いた場合、刃先が欠けやすいという問題があった。また、被膜の硬度が高いために内部に蓄積する圧縮の内部圧縮応力が高くなり、特に鋭利な刃先で膜が剥離してしまう問題もあった。加えて、ドライ加工時に問題となる被膜の潤滑性に関しては示唆も開示もない。   However, as a result of studying the coating film, there was a problem that the cutting edge was easily chipped, particularly when used for intermittent cutting. In addition, since the hardness of the coating is high, the internal compression stress of compression accumulated inside becomes high, and there is also a problem that the film peels off with a particularly sharp blade edge. In addition, there is no suggestion or disclosure regarding the lubricity of the coating, which is a problem during dry processing.

潤滑性、すなわち溶着防止の観点から、表面に1000℃以下の融点をもった酸化物で覆われた被膜、具体的には、チタンとバナジウムと窒素の化合物であって、最表面には少なくとも酸化バナジウムを含む切削工具が、下記特許文献2に開示されている。また、同じような効果を得るために、下記特許文献3には、表面層に、(VTi1−u)(N1−v)ただし、0.25≦u≦0.75、0.6≦v≦1を被覆することを開示している。ここでも、Vが添加されたVTiNが潤滑性と耐溶着性に寄与することが示されている。 From the viewpoint of lubricity, that is, prevention of welding, a coating film covered with an oxide having a melting point of 1000 ° C. or less on the surface, specifically, a compound of titanium, vanadium, and nitrogen, and at least an oxidation on the outermost surface A cutting tool containing vanadium is disclosed in Patent Document 2 below. In order to obtain the same effect, the following Patent Document 3 discloses that (V u Ti 1-u ) (N v C 1-v ) where 0.25 ≦ u ≦ 0.75, The coating of 0.6 ≦ v ≦ 1 is disclosed. Again, it is shown that VTiN to which V is added contributes to lubricity and welding resistance.

ところが、下記特許文献2と下記特許文献3に開示の被膜は、常にTiを含むことから、上述の特許文献1において記載したとおり、高温で被膜が酸化した場合にポーラスなTi酸化物層ができてしまうので、容易に被膜が剥離してしまい、酸化の進行に対して不十分であった。   However, since the coatings disclosed in Patent Document 2 and Patent Document 3 always contain Ti, a porous Ti oxide layer is formed when the coating is oxidized at a high temperature as described in Patent Document 1 described above. As a result, the coating easily peeled off, which was insufficient for the progress of oxidation.

そこで、本発明者らは被膜の剥離性や欠損性を維持させたまま耐摩耗性および潤滑性に優れる膜を得るためには、Tiを膜中に含まず、被覆膜は(Alx−1)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物(ただし、xは0.24以上0.45以下)であり、また、高硬度な被膜中の内部圧縮応力や硬度を変化させることが有効であるという知見を得て、本発明に至った。
特許第3347687号公報 特許第3250966号公報 特開2000−199047号公報
Therefore, in order to obtain a film having excellent wear resistance and lubricity while maintaining the peelability and chipping property of the film, the present inventors do not include Ti in the film, and the coating film is (Al x− 1 V x ) nitrides, carbonitrides, oxynitrides, and oxycarbonitrides (where x is not less than 0.24 and not more than 0.45), and the internal compressive stress and hardness in the high hardness coating The present inventors have obtained the knowledge that it is effective to change the temperature and have reached the present invention.
Japanese Patent No. 3347687 Japanese Patent No. 3250966 JP 2000-199047 A

本発明は、上記従来の技術の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、切削の際に、Tiが被覆膜中に含有することによるポーラスなTi酸化物層の形成を防止し、刃先の欠けやチッピングを防止し、また、被覆膜の剥離を防止し、良好な湿潤性を有する被覆切削工具を提供することである。   The present invention has been made in order to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to form a porous Ti oxide layer by containing Ti in the coating film during cutting. An object of the present invention is to provide a coated cutting tool that prevents cracking and chipping of the cutting edge, prevents peeling of the coating film, and has good wettability.

本発明は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は(Alx−1)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれか(ただし、xは0.24以上0.45以下)であることを特徴とする被覆切削工具を提供する。 The present invention provides a coated cutting tool comprising a base material and a coating film formed on the surface of the base material, wherein the coating film is a nitride, carbonitride of (Al x-1 V x ), Provided is a coated cutting tool characterized in that it is either a nitrided oxide or a carbonitride (where x is not less than 0.24 and not more than 0.45).

好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力または硬度の少なくともいずれか一方は、前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に変化している。   Preferably, at least one of the internal compressive stress and the hardness of the coating film changes continuously or stepwise from the base material to the surface of the coating film.

好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力は−8GPa以上0GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加しているか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度は18GPa以上55GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加する。   Preferably, the internal compressive stress of the coating film increases continuously or stepwise from the base material to the surface of the coating film in a range of −8 GPa to 0 GPa, or the coating film The hardness by the nanoindenter increases continuously or stepwise from the substrate to the surface of the coating film in the range of 18 GPa to 55 GPa.

好ましくは、前記被覆膜の内部圧縮応力は−8GPa以上0GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に低下するか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度が18GPa以上55GPa以下の範囲で前記基材側から前記被覆膜の表面側へかけて連続的または段階的に低下している。   Preferably, the internal compressive stress of the coating film decreases continuously or stepwise from the substrate to the surface of the coating film in a range of −8 GPa to 0 GPa, or The hardness by the nanoindenter decreases continuously or stepwise from the substrate side to the surface side of the coating film in the range of 18 GPa to 55 GPa.

好ましくは、前記被覆膜の厚みは、0.5μm以上15.0μm以下である。   Preferably, the thickness of the coating film is 0.5 μm or more and 15.0 μm or less.

好ましくは、前記基材と前記被覆膜との間に、0.005μm以上5.0μm以下の厚みを有する、TiまたはCr、Tiの窒化物、TiAlの窒化物、あるいはCrの窒化物を付着強化層として備える。   Preferably, Ti or Cr, Ti nitride, TiAl nitride, or Cr nitride having a thickness of 0.005 μm or more and 5.0 μm or less is attached between the base material and the coating film. Provide as a reinforcement layer.

好ましくは、前記被覆膜の結晶構造が立方晶である。   Preferably, the crystal structure of the coating film is a cubic crystal.

好ましくは、前記基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかである。   Preferably, the base material is a WC-based cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, boron nitride sintered body, a base made of aluminum oxide and titanium carbide. One of the materials.

好ましくは、本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、およびタップとして用いられる。   Preferably, the coated cutting tool of the present invention is used as a drill, end mill, milling and turning cutting edge replaceable tip, metal saw, gear cutting tool, reamer, and tap.

好ましくは、前記被覆膜は、物理的蒸着法により被覆されている。   Preferably, the coating film is coated by physical vapor deposition.

好ましくは、前記被覆膜はアーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタ法により被覆されている。   Preferably, the coating film is coated by an arc type ion plating method or a magnetron sputtering method.

本発明に従えば、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどにおける耐剥離性、耐摩耗性の向上が図れるため、寿命の長い被覆切削工具を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to improve the peel resistance and wear resistance of drills, end mills, milling and turning blade inserts, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, etc. A tool can be provided.

本発明の被覆切削工具は、基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備え、前記被覆膜は(Alx−1)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであることを特徴とする。ただし、xは、0.24以上0.45以下である。 The coated cutting tool of the present invention includes a base material and a coating film formed on the surface of the base material, and the coating film is a nitride (Al x-1 V x ), a carbonitride, It is characterized by being either a nitrogen oxide or a carbonitrous oxide. However, x is 0.24 or more and 0.45 or less.

特に、本発明の被覆切削工具における被覆膜において、金属成分としてTiを含まず、Alを主成分としていることに特徴を有する。このようにAlを主成分とし、Tiを含まないことで、切削加工時に被覆膜表面が酸化してもポーラスなTiの酸化物は形成されることがない。また、Alを含有することで耐酸化特性が向上するとともに、熱伝導率が高くなり、切削加工時の発熱を工具表面から大気中または工作機械を通して逃がすことができるので好ましい。また、Alを含有することにより、表面での好ましい潤滑性能を得ることができるので、耐溶着性能が向上し、結果として、切削抵抗の減少および切りくず排出性を向上することができる。   In particular, the coating film in the coated cutting tool of the present invention is characterized in that it does not contain Ti as a metal component and is mainly composed of Al. Thus, by containing Al as a main component and not containing Ti, porous Ti oxide is not formed even if the surface of the coating film is oxidized during cutting. In addition, the inclusion of Al is preferable because the oxidation resistance is improved, the thermal conductivity is increased, and heat generated during cutting can be released from the tool surface into the atmosphere or through a machine tool. Further, by containing Al, preferable lubricating performance on the surface can be obtained, so that the welding resistance performance is improved, and as a result, the cutting resistance can be reduced and the chip discharge performance can be improved.

本発明の切削被覆工具において、被覆膜を構成する成分である(Alx−1)において、xは0.24以上0.45以下である。すなわち、上記AlとVとの二成分系において、Vの量が0.24以上0.45以下である。Xが0.45を超えるか0.24を下回ると、被覆膜の硬度が低下し、耐摩耗性に問題が出るためである。さらに好ましくは、xは0.3以上0.4以下である。被覆膜中にVがあると、切削時の高温環境で被覆膜表面が酸化されるが、その際、Vの酸化物は低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し被削材の凝着を抑える効果が期待できることから好ましい。 In the cutting coated tool of the present invention, in (Al x-1 V x ) which is a component constituting the coating film, x is 0.24 or more and 0.45 or less. That is, in the binary system of Al and V, the amount of V is 0.24 or more and 0.45 or less. This is because when X exceeds 0.45 or less than 0.24, the hardness of the coating film decreases, and a problem arises in wear resistance. More preferably, x is 0.3 or more and 0.4 or less. If V is present in the coating film, the surface of the coating film is oxidized in a high temperature environment at the time of cutting. At this time, since the oxide of V has a low melting point, it acts as a lubricant at the time of cutting, and the work material It is preferable because an effect of suppressing the adhesion of can be expected.

また、本発明の被覆切削工具における被覆膜において、Vを上記範囲で添加することにより、常温常圧で準安定相である立方晶のAl化合物を形成することができる点でも好ましい。例えば、窒化物であるAlNを例にとると、通常はAlNの結晶構造は六方晶であるが準安定相である立方晶となった場合の推定格子定数は4.12Åであるのに対して、常温常圧で立方晶が安定相であるVNの格子定数は4.14Åであり、立方晶のAlNと非常に近いため、その引き込み効果によりAlNは立方晶化して、高硬度化する。従って、被膜の結晶構造は立方晶であることが好ましい。   Moreover, it is also preferable in the coating film in the coated cutting tool of the present invention that by adding V in the above range, a cubic Al compound that is a metastable phase at normal temperature and pressure can be formed. For example, taking AlN as a nitride as an example, the estimated lattice constant is usually 4.12Å when the crystal structure of AlN is a hexagonal crystal but a cubic crystal that is a metastable phase. The lattice constant of VN, which is a stable phase of cubic crystals at normal temperature and pressure, is 4.14Å, which is very close to cubic AlN, so that the pulling effect causes AlN to become cubic and have high hardness. Therefore, the crystal structure of the film is preferably cubic.

また、本発明における被覆膜にはTiが含まれないので、切削加工のなかでも、難削材と呼ばれるTi合金の加工に対して、特に耐凝着性の効果を発揮する。   In addition, since the coating film in the present invention does not contain Ti, the effect of adhesion resistance is particularly exerted with respect to the machining of a Ti alloy called a difficult-to-cut material, even during machining.

また、本発明において、被覆膜中にシリコン(Si)やホウ素(B)を原子%で10%未満の範囲で含まれていてもよい。被覆膜中にSiが存在すると、被膜の組織が柱状から針状へ微細化するととともに、被覆膜の硬度が向上するので好ましい。また、Bが被膜中に含まれると、メカニズムはわかっていないがさらに高硬度な被覆膜が得られることから好ましい。また、Bが被覆膜中に含まれると切削中の表面酸化によって形成されるBの酸化物が特にAlの酸化物を緻密化することからも好ましい。さらに、Bの酸化物はVの酸化物の場合と同様に、低融点であるので切削時の潤滑剤として作用し、被削材の凝着を抑える効果を示す。被覆膜中にSiまたはBの原子を原子%で10%以上含むと、合金ターゲットを熱間静水圧処理で作製する場合、焼成中に割れやすくなるという問題が生じるから好ましくない。さらに好ましくは、被覆膜中にSi原子またはB原子を原子%で3%以上6%以下の範囲で含むことである。   In the present invention, silicon (Si) or boron (B) may be contained in the coating film in an atomic percent of less than 10%. The presence of Si in the coating film is preferable because the texture of the coating film is refined from a columnar shape to a needle shape and the hardness of the coating film is improved. Further, when B is contained in the film, the mechanism is not known, but it is preferable because a coating film having higher hardness can be obtained. Further, when B is contained in the coating film, it is also preferable because the oxide of B formed by surface oxidation during cutting particularly densifies the oxide of Al. Furthermore, since the oxide of B has a low melting point as in the case of the oxide of V, it acts as a lubricant during cutting and exhibits the effect of suppressing adhesion of the work material. If the coating film contains Si or B atoms in an atomic percent of 10% or more, it is not preferable because an alloy target is easily cracked during firing when it is produced by hot isostatic pressing. More preferably, the coating film contains Si atoms or B atoms in the range of 3% to 6% in atomic percent.

また、本発明の被覆切削工具において、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が当該被覆膜中においてその膜厚方向において連続的または段階的に変化することを特徴としている。特に、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が基材の表面から被覆膜の表面にかけて連続的または段階的に変化し、被覆膜の表面において最大となる場合には耐摩耗性が向上する。しかし、従来法のように、単に高硬度膜をその膜厚方向にわたって内部圧縮応力または硬度を一様に基材表面から被覆した場合には、鋭利な刃先において内部圧縮応力の影響で被覆膜が剥離してしまうので耐摩耗性被覆膜としては不十分である。   In the coated cutting tool of the present invention, the internal compressive stress or hardness in the coating film changes continuously or stepwise in the film thickness direction in the coating film. In particular, the wear resistance is improved when the internal compressive stress or hardness in the coating film changes continuously or stepwise from the surface of the substrate to the surface of the coating film, and becomes maximum on the surface of the coating film. To do. However, as in the conventional method, when a high hardness film is simply coated from the substrate surface with internal compression stress or hardness over its thickness direction, the coating film is affected by the internal compression stress at the sharp blade edge. Will peel off, which is insufficient as a wear-resistant coating film.

また、本発明において、被覆膜中の内部圧縮応力または硬度が基材表面から被覆膜表面へ向けて被覆膜厚方向において連続的または段階的に変化し、基材表面側で最大となるように被覆することもできる。この場合、被覆膜表面での硬度が被覆膜の基材側の硬度に比べ低くなるものの、逆に被覆膜の靱性は向上するので、例えばミリング加工など断続切削用途のように刃先に衝撃のかかる場合に発生する刃先の膜剥離や欠けを抑制することができるので好ましい。   Further, in the present invention, the internal compressive stress or hardness in the coating film changes continuously or stepwise in the coating film thickness direction from the substrate surface to the coating film surface, and is maximum on the substrate surface side. It can also coat | cover. In this case, although the hardness on the surface of the coating film is lower than the hardness on the substrate side of the coating film, on the contrary, the toughness of the coating film is improved. It is preferable because film peeling or chipping of the blade edge that occurs when an impact is applied can be suppressed.

本発明において、連続的に変化するとは、膜厚中の位置を横軸とし、硬度を縦軸としたグラフの関係において一次回帰曲線で表せるものであり、段階的とは、膜厚中の位置を横軸とし、硬度を縦軸としたグラフの関係において、階段関数の関係を有することをいう。具体的には、図1〜4を用いて説明する。図1〜4は、被覆膜中の内部圧縮応力および硬度の変化のさせ方について、縦軸を硬度または内部圧縮応力とし、横軸を膜厚中の厚さ方向の位置において基材表面側から被覆膜表面まで変化させたものであって、図1は連続的に内部圧縮応力および硬度が増加する場合を示し、図2は段階的に内部圧縮応力および硬度が増加する場合を示し、図3は連続的に内部圧縮応力および硬度が減少する場合を示し、図4は段階的に内部圧縮応力および硬度が減少する場合を示す。図1〜4において、(A)は硬度と膜厚中の位置との関係を示し、(B)は内部応力と膜厚中の位置との関係を示す。   In the present invention, continuously changing means that the position in the film thickness can be represented by a linear regression curve in the relationship of the graph with the horizontal axis representing the hardness and the vertical axis representing the hardness. In the relationship of the graph with the horizontal axis representing hardness and the vertical axis representing hardness, it means having a step function relationship. Specifically, it demonstrates using FIGS. 1 to 4 show how to change the internal compressive stress and hardness in the coating film, where the vertical axis represents hardness or internal compressive stress, and the horizontal axis represents the substrate surface side at the position in the thickness direction in the film thickness. FIG. 1 shows a case where the internal compressive stress and hardness continuously increase, FIG. 2 shows a case where the internal compressive stress and hardness increase stepwise, FIG. 3 shows a case where the internal compressive stress and hardness continuously decrease, and FIG. 4 shows a case where the internal compressive stress and hardness decrease stepwise. 1-4, (A) shows the relationship between the hardness and the position in the film thickness, and (B) shows the relationship between the internal stress and the position in the film thickness.

図1〜4からわかるように、連続的に増加または低下とは、図1または図3の場合であり、段階的に増加または低下とは、図2または図4の場合である。   As can be seen from FIGS. 1 to 4, the continuous increase or decrease is the case of FIG. 1 or FIG. 3, and the stepwise increase or decrease is the case of FIG. 2 or FIG. 4.

本発明において、内部圧縮応力は、−8GPa以上0GPa以下の範囲で、被覆膜の膜厚方向において連続的または段階的に変化させることが好ましい。−8Gpa未満となると、特に鋭利な切削工具の刃先で膜が剥離するので好ましくない。また0Gpaを超えると、膜の応力は引っ張りとなって、膜に亀裂が入って切削時にその亀裂が基材に進展して欠損性が損なわれるため好ましくない。この内部圧縮応力については、X線を用いた方法(侵入深さ一定法)により測定可能である。なお、上記範囲での連続的または段階的に変化させるやり方は、上述のとおりであり、膜厚方向において増加または低下の2種が挙げられる。   In the present invention, the internal compressive stress is preferably changed continuously or stepwise in the film thickness direction of the coating film in the range of −8 GPa to 0 GPa. If it is less than −8 Gpa, the film peels off at the edge of a particularly sharp cutting tool, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0 Gpa, the stress of the film becomes tensile, and the film cracks and the crack progresses to the base material at the time of cutting, so that the deficiency is impaired. This internal compressive stress can be measured by a method using X-rays (a constant penetration depth method). In addition, the method of changing continuously or stepwise in the said range is as above-mentioned, and 2 types of increase or fall are mentioned in a film thickness direction.

また、本発明において、ナノインデンターによる被覆膜の厚さ方向の硬度が18GPa以上55Gpa以下の範囲で変化させることが好ましい。18Gpa未満であると耐摩耗性に問題があり、55Gpaを超えると、特に鋭利な切削工具の刃先で膜が剥離するので好ましくない。なお、上記範囲での連続的または段階的に変化させるやり方は、上述のとおりであり、膜厚方向において増加または低下の2種が挙げられる。ここで、硬度変化の測定であるが、ナノインデンターを用い、測定加重を変えながら(最大押し込み深さを変えて)硬度を測定して求めることができる。ナノインデンテーション法は文献「トライボロジスト,第47巻,第3号,(2002)p177〜183」に詳しく説明されているように、硬さ試験の一種であるが、従来のヌープ硬度測定やビッカース硬度測定といった押し込み後の圧痕形状から硬度を求める手法は異なり、圧子の押し込み時の荷重と深さの関係から硬さやヤング率を求める方法である。   Moreover, in this invention, it is preferable to change the hardness of the thickness direction of the coating film by a nano indenter in the range of 18 GPa or more and 55 Gpa or less. If it is less than 18 Gpa, there is a problem in abrasion resistance, and if it exceeds 55 Gpa, the film peels off at the edge of a particularly sharp cutting tool, which is not preferable. In addition, the method of changing continuously or stepwise in the said range is as above-mentioned, and 2 types of increase or fall are mentioned in a film thickness direction. Here, the measurement of change in hardness can be obtained by measuring the hardness using a nanoindenter while changing the measurement weight (changing the maximum indentation depth). The nanoindentation method is a kind of hardness test as described in detail in the literature “Tribologist, Vol. 47, No. 3, (2002) p177-183”. The method for obtaining the hardness from the indented shape after indentation such as hardness measurement is different, and is a method for obtaining the hardness and Young's modulus from the relationship between the load and the depth when the indenter is indented.

本発明の被覆切削工具において、被覆膜の厚みが0.5〜15.0μmの範囲内であることが好ましい。厚みが0.5μm未満では耐摩耗性の向上が見られず、逆に15.0μmを越えると表面被覆膜中の蓄積される内部圧縮応力が大きくなり基材との密着強度が低下するので好ましくない。さらに好ましくは、2〜6μmの範囲内である。このような被覆膜の厚さは、被覆切削工具を切断し、その断面をSEMを用いて観察して測定することができる。   In the coated cutting tool of the present invention, the thickness of the coating film is preferably in the range of 0.5 to 15.0 μm. If the thickness is less than 0.5 μm, improvement in wear resistance is not observed. Conversely, if the thickness exceeds 15.0 μm, the internal compressive stress accumulated in the surface coating film increases and the adhesion strength with the base material decreases. It is not preferable. More preferably, it exists in the range of 2-6 micrometers. The thickness of such a coating film can be measured by cutting a coated cutting tool and observing the cross section using an SEM.

本発明の被覆切削工具は、基材と被覆膜との間に中間層がさらに形成されていてもよい。当該中間層としては、Ti、CrまたはTiの窒化物、TiAlの窒化物およびCrの窒化物などを用いることができる。このような材料を用いた中間層は基材表面と前記被覆膜との両方に密着性が良好であり、基材と被覆膜の密着性を一層向上させることができる。そのため、被覆膜が基材から剥がれることなく切削工具寿命をさらに向上させることができる。本発明において中間層を含む場合、当該中間層の厚みは0.005〜5.0μmの範囲内であることが好ましい。0.005μm未満では密着強度の向上が見られず、逆に5.0μmを超えても密着強度の更なる向上は見られない。さらに好ましくは、0.005〜0.5μmである。   In the coated cutting tool of the present invention, an intermediate layer may be further formed between the base material and the coating film. As the intermediate layer, Ti, Cr or Ti nitride, TiAl nitride, Cr nitride, or the like can be used. The intermediate layer using such a material has good adhesion to both the substrate surface and the coating film, and can further improve the adhesion between the substrate and the coating film. Therefore, the cutting tool life can be further improved without the coating film being peeled off from the substrate. In the present invention, when an intermediate layer is included, the thickness of the intermediate layer is preferably in the range of 0.005 to 5.0 μm. When the thickness is less than 0.005 μm, the adhesion strength is not improved. Conversely, when the thickness exceeds 5.0 μm, the adhesion strength is not further improved. More preferably, it is 0.005-0.5 micrometer.

本発明において、基材としては、当分野において従来より広く用いられてきたものを適宜用いることができ、特に制限されるものではないが、被削材に比べて高硬度であるという理由から、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス(炭化硅素、窒化硅素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硅素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかであることが好ましい。中でも特に、WC基超硬合金、サーメット、立方晶型窒化ホウ素焼結体を基材として用いるのが好適である。   In the present invention, as the substrate, those that have been widely used in the art can be used as appropriate, and are not particularly limited, but because of the high hardness compared to the work material, WC-based cemented carbide, cermet, high-speed steel, ceramics (silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, silicon nitride sintered body, aluminum oxide And a base material made of titanium carbide. Among them, it is particularly preferable to use a WC-based cemented carbide, cermet, or cubic boron nitride sintered body as a base material.

本発明の被覆切削工具は、切削加工に用いられる従来公知の様々な切削工具に適用することができる。特に、本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップであることが好ましい。   The coated cutting tool of the present invention can be applied to various conventionally known cutting tools used for cutting. In particular, the coated cutting tool of the present invention is preferably a drill, an end mill, a milling and turning cutting edge replaceable tip, a metal saw, a gear cutting tool, a reamer, or a tap.

本発明の被覆膜を基材表面に被覆するためには結晶性の高い化合物を形成することができる成膜プロセスで作製されることが不可欠である。そこで種々の成膜方法の中で、物理的蒸着法を用いることが好ましいことを本発明者らは見出した。物理的蒸着法には、スパッタリング法、イオンプレーティング法、などが挙げられるが、本発明の被覆切削工具を製造するに際しては、イオンプレーティング法を採用する場合には、アーク式イオンプレーティング法を用いるのが高密着性、高速成膜(生産性)という理由により好ましい。   In order to coat the surface of the substrate with the coating film of the present invention, it is indispensable to be produced by a film forming process capable of forming a compound having high crystallinity. Therefore, the present inventors have found that it is preferable to use a physical vapor deposition method among various film forming methods. Examples of the physical vapor deposition method include a sputtering method and an ion plating method. When manufacturing the coated cutting tool of the present invention, the arc type ion plating method is used when the ion plating method is employed. Is preferable for reasons of high adhesion and high-speed film formation (productivity).

特に原料元素のイオン率が高いカソードアークイオンプレーティングが一番適している。このカソードアークイオンプレーティングを用いると表面被膜を形成する前に基材表面に対して金属のイオンボンバードメント処理が可能となるため、被膜の密着性が格段によくなるので密着性という意味からも好ましいプロセスである。カソードアークイオンプレーティング法にて被覆切削工具を製造する場合には、というような条件にて被覆膜を形成することができる。   In particular, cathode arc ion plating with a high ion ratio of the raw material element is most suitable. When this cathode arc ion plating is used, it is possible to perform metal ion bombardment treatment on the surface of the base material before forming the surface coating, which is preferable from the viewpoint of adhesion because the adhesion of the coating is greatly improved. Is a process. When manufacturing a coated cutting tool by the cathode arc ion plating method, the coating film can be formed under the following conditions.

また、被膜の平滑性の観点からはスパッタリング法であってもよく、スパッタリング法を採用する場合には、マグネトロンスパッタリング法(バランスドおよびアンバランスドマグネトロンスパッタリング法)を用いるのが高速成膜(生産性)という理由により好ましい。さらに好ましくはイオン化率の高いアンバランスドマグネトロンスパッタ法がよい。   In addition, the sputtering method may be used from the viewpoint of the smoothness of the coating, and when the sputtering method is employed, the magnetron sputtering method (balanced and unbalanced magnetron sputtering method) is used for high-speed film formation (production Is preferable for the reason. More preferably, an unbalanced magnetron sputtering method with a high ionization rate is preferable.

次に、実施例を用いて被覆切削工具の耐摩耗性がいかに改善されるかを具体的に説明する。実施例中の組成はXPS(PHI Quantera SXM(製品名)、アルバックファイ社製)よって、結晶構造および内部圧縮応力はX線によって、硬度はナノインデンター(MTS社製Nano Indenter XP)により確認した。なお、被腹膜の形成は以下のカソードアークイオンプレーティング法以外の、例えばバランスドまたはアンバランスドスパッタリング法によっても成膜することは可能である。     Next, how the wear resistance of the coated cutting tool is improved will be specifically described with reference to examples. The composition in the examples was confirmed by XPS (PHI Quantera SXM (product name), manufactured by ULVAC-PHI), the crystal structure and internal compressive stress were confirmed by X-ray, and the hardness was confirmed by nanoindenter (Nano Indenter XP, manufactured by MTS). . The peritoneum can also be formed by a balanced or unbalanced sputtering method other than the cathode arc ion plating method described below.

(実施例1〜13、比較例1〜3)
(1)サンプルの作製
i)実施例1〜13の被覆切削工具の作製
基材としてSPGN120308形状のISO P30超硬合金を用意した。まず、真空ポンプによりチャンバー内を減圧するとともに、装置内に設置されたヒーターにより基材を温度650℃に加熱し、チャンバー内の圧力が1.0×10−4Paとなるまで真空引きを行った。次に、アルゴンガスを導入してチャンバー内の圧力を3.0Paに保持し、基板バイアス電源の電圧を徐々に上げながら、−1000Vとし、基材の表面のクリーニングを15分間行った。その後、アルゴンガスを排気した。
(Examples 1-13, Comparative Examples 1-3)
(1) Preparation of sample i) Preparation of coated cutting tool of Examples 1 to 13 An ISO P30 cemented carbide having a shape of SPGN120308 was prepared as a base material. First, the inside of the chamber is depressurized by a vacuum pump, and the substrate is heated to a temperature of 650 ° C. by a heater installed in the apparatus, and evacuation is performed until the pressure in the chamber reaches 1.0 × 10 −4 Pa. It was. Next, argon gas was introduced to maintain the pressure in the chamber at 3.0 Pa, the substrate bias power supply voltage was gradually increased to −1000 V, and the surface of the substrate was cleaned for 15 minutes. Thereafter, argon gas was exhausted.

次に、被覆膜成分の金属蒸発源である合金製ターゲット、および反応ガスとして窒素、メタン、酸素、一酸化炭素のうち、実施例1〜13における被覆膜に対応する成分が得られるガスを導入させながら、基板温度650℃、反応ガス圧2.0Pa、カソード電極に120Aのアーク電流を供給し、アーク式蒸発源から金属イオンを発生さて表1に示す実施例1〜13の被覆膜を形成した。このとき、例えば、基板バイアス電源の電圧のかけ方としては、電圧を60分間かけながら10Vから連続的の200Vまで変化させると図1のように被膜中で内部圧縮応力または硬度が連続的に増加し膜最表面で最大となる被膜が得られる。また、図3のような被膜を得るためには上記の電圧印加の仕方を逆転させればよい。また図2や図4のように内部圧縮応力または硬度を段階的に変化させるには基板バイアス電圧を例えば10V⇔40V⇔60V⇔120V⇔200V(5段階)のように時間経過に対して段階的に上げればよい。その他の制御方法としては、今回は固定しているが、成膜圧力や成膜温度を変化させても内部圧縮応力や硬度を制御することができる。   Next, an alloy target that is a metal evaporation source of the coating film component, and a gas from which nitrogen, methane, oxygen, and carbon monoxide as components corresponding to the coating film in Examples 1 to 13 are obtained as a reaction gas While the substrate was introduced, a substrate temperature of 650 ° C., a reaction gas pressure of 2.0 Pa, an arc current of 120 A was supplied to the cathode electrode, and metal ions were generated from the arc evaporation source. A film was formed. At this time, for example, as a method of applying the voltage of the substrate bias power source, when the voltage is changed from 10 V to continuous 200 V while applying the voltage for 60 minutes, the internal compressive stress or hardness continuously increases in the film as shown in FIG. A film having the maximum thickness at the outermost surface of the film can be obtained. Moreover, what is necessary is just to reverse the way of said voltage application in order to obtain a film like FIG. Also, as shown in FIG. 2 and FIG. 4, in order to change the internal compressive stress or hardness stepwise, the substrate bias voltage is stepped with respect to time, for example, 10V⇔40V⇔60V⇔120V⇔200V (five steps). Just raise it. Other control methods are fixed this time, but the internal compressive stress and hardness can be controlled even if the film forming pressure or film forming temperature is changed.

また、本発明品の比較のために、比較例1〜3として、基板バイアスを成膜中に固定して成膜したものも用意した。   In addition, for comparison with the products of the present invention, as Comparative Examples 1 to 3, films were prepared with the substrate bias fixed during film formation.

(2)被覆切削工具寿命評価
上述の工程で製造したサンプルである実施例1〜13の被覆切削工具および比較例1〜3の従来品のそれぞれについて、表2の条件による乾式の連続切削試験および断続切削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅を測定した。寿命評価結果を実施例1〜13については表1に比較例1〜3については表2示す。
(2) Coated cutting tool life evaluation About each of the coated cutting tool of Examples 1-13 which are the samples manufactured at the above-mentioned process, and the conventional product of Comparative Examples 1-3, the dry continuous cutting test by the conditions of Table 2 and An intermittent cutting test was performed, and the flank wear width of the cutting edge was measured. The life evaluation results are shown in Table 1 for Examples 1 to 13 and Table 2 for Comparative Examples 1 to 3.

Figure 2005271106
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Figure 2005271106
Figure 2005271106

表1から明らかなように本発明において切削工具寿命が大きく向上したことが確認された。また表面で内部圧縮応力または硬度が低下させた実施例5〜7の被覆切削工具は断続切削での結果がよく、耐衝撃性に対して効果が見られた。   As apparent from Table 1, it was confirmed that the cutting tool life was greatly improved in the present invention. In addition, the coated cutting tools of Examples 5 to 7 whose internal compressive stress or hardness was reduced on the surface showed good results in intermittent cutting, and an effect on the impact resistance was seen.

(実施例14〜16、比較例4〜6)
基材としてJISK10超硬合金を用いた以外は、実施例1〜13と全く同じ方法により、外径8mmのドリルにそれぞれにコーティングを行い、実施例1、7および8ならびに比較例1〜3に記載の被覆切削工具の被覆膜と同じ被膜をコーティングしたサンプルを得、それぞれ実施例14〜16および比較例4〜6の被覆切削工具とした。次に、これらの被覆切削工具を用いて、実際にSCM440(HRC30)の穴開け加工を行いその寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度90m/min、送り量0.2mm/rev、切削油剤は用いず(エアーブローを使用)、深さ24mmの止まり穴加工を行った。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点とした。その寿命評価結果を表3に示す。
(Examples 14-16, Comparative Examples 4-6)
Except that JISK10 cemented carbide was used as the base material, each of the drills having an outer diameter of 8 mm was coated by the same method as in Examples 1 to 13, and Examples 1, 7 and 8 and Comparative Examples 1 to 3 were applied. Samples coated with the same coating as the coating film of the described coated cutting tool were obtained and used as the coated cutting tools of Examples 14 to 16 and Comparative Examples 4 to 6, respectively. Next, using these coated cutting tools, the drilling of SCM440 (HRC30) was actually performed to evaluate the life. Cutting conditions were a cutting speed of 90 m / min, a feed amount of 0.2 mm / rev, no cutting fluid (using air blow), and a blind hole with a depth of 24 mm. Note that the life was determined when the dimensional accuracy of the workpiece was outside the specified range. The life evaluation results are shown in Table 3.

Figure 2005271106
Figure 2005271106

その結果、本発明のドリルの寿命が大きく向上していることが確認された。   As a result, it was confirmed that the life of the drill of the present invention was greatly improved.

(実施例17〜19および比較例7〜9)
基材として、外径8mmの6枚刃エンドミル(JISK10超硬合金)を用いた以外は、実施例1と全く同じ方法によりコーティングを行った。用いた被覆膜は、実施例1、7および8および比較例1、2および3の被覆膜であり、それぞれ実施例17〜19および比較例7〜9の被覆切削工具とした。次に、これらの被覆切削工具を用いて、実際にSKD11(HRC60)のエンドミル側面削り加工を行いその寿命評価を行なった。切削条件は、切削速度200m/min、送り0.03mm/刃、切り込み量Ad=12mm、Rd=0.2mm、切削油剤は用いず(エアーブローを使用)側面切削を行った。なお、寿命の判定は、被加工材の寸法精度が規定の範囲をはずれた時点とした。その寿命評価結果を表4に示す。
(Examples 17-19 and Comparative Examples 7-9)
Coating was performed in exactly the same manner as in Example 1 except that a 6-flute end mill (JIS K10 cemented carbide) having an outer diameter of 8 mm was used as the substrate. The coating films used were the coating films of Examples 1, 7, and 8 and Comparative Examples 1, 2, and 3, and the coated cutting tools of Examples 17-19 and Comparative Examples 7-9 were used, respectively. Next, using these coated cutting tools, end mill side milling of SKD11 (HRC60) was actually performed to evaluate the life. Cutting conditions were a cutting speed of 200 m / min, a feed of 0.03 mm / blade, a cutting amount Ad = 12 mm, Rd = 0.2 mm, and side cutting was performed without using a cutting fluid (using air blow). Note that the life was determined when the dimensional accuracy of the workpiece was outside the specified range. The life evaluation results are shown in Table 4.

Figure 2005271106
Figure 2005271106

その結果、本発明のエンドミルの寿命が大きく向上していることが確認された。   As a result, it was confirmed that the life of the end mill of the present invention was greatly improved.

(実施例20〜22および比較例10〜12)
まず、超硬合金製ポットおよびボールを用いて、質量で40%のTiNと10%のAlからなる結合材粉末と50%の平均粒径2.5μmのcBN粉末を混ぜ合わせ、超硬製容器に充填し、圧力5Gpa、温度1400℃で60分焼結した。このcBN焼結体を加工し、ISO規格SNGA120408の形状の切削用チップを得た。
(Examples 20-22 and Comparative Examples 10-12)
First, using a cemented carbide pot and balls, a binder powder composed of 40% TiN and 10% Al by mass and a cBN powder of 50% average particle size of 2.5 μm are mixed together to form a cemented carbide container. And sintered at a pressure of 5 Gpa and a temperature of 1400 ° C. for 60 minutes. This cBN sintered body was processed to obtain a cutting tip having a shape of ISO standard SNGA120408.

当該チップに、実施例1と全く同じ方法により、実施例1、7および8ならびに比較例1、2および3の被覆膜を被覆してそれぞれ実施例20〜22および比較例10〜12の被覆切削工具を得た。この被覆切削工具を用い、焼入鋼の1種であるSUJ2の丸棒(HRC62)の外周切削を行った。切削速度120m/min、切り込み0.2mm、送り0.1mm/rev、乾式で40分間の条件で切削を行い、逃げ面摩耗量を調べた。その結果を表5に示すが、実施例20〜22の切削チップの寿命が大きく向上していることが確認された。   The chips were coated with the coating films of Examples 1, 7, and 8 and Comparative Examples 1, 2, and 3 in the same manner as in Example 1, and coatings of Examples 20-22 and Comparative Examples 10-12, respectively. A cutting tool was obtained. Using this coated cutting tool, outer peripheral cutting of SUJ2 round bar (HRC62), which is a kind of hardened steel, was performed. Cutting was performed under the conditions of a cutting speed of 120 m / min, a cutting depth of 0.2 mm, a feed of 0.1 mm / rev, and a dry method for 40 minutes, and the flank wear amount was examined. The results are shown in Table 5, and it was confirmed that the lifetimes of the cutting tips of Examples 20 to 22 were greatly improved.

Figure 2005271106
Figure 2005271106

(実施例23および比較例13,14)
グレードがJIS規格S20の超硬合金であり、かつチップ形状はJIS規格のCNMG120408を基材として用いた以外は、実施例1と同様の手順により、被覆切削工具を作製した。なお、被覆膜として実施例9のものを用いたものを実施例23とし、比較例1および2の被覆膜を用いたものをそれぞれ比較例13および14の切削被覆工具とした。これらの切削被覆工具について、実際に以下に示す条件による湿式(水溶性エマルジョン)の連続旋削試験を行い、刃先の逃げ面摩耗幅が0.2mmを超える時間を測定した。切削条件は、被削材とTi合金Ti−6Al−4V(HB=310)とし、切削速度80m/min、送り量0.2mm/rev、切り込み1mmとした。その結果、実施例23の被覆切削工具は30分間の切削が可能であったのに対して、比較例13の切削工具は1分で、比較例14の工具は2分で刃先がチッピングしたため加工を中断した。このことから、本発明の切削チップの寿命が大きく向上していることが確認された。これは、従来品には膜中にTiを含むが、本発明品では全くTiを含まないことから、膜の耐凝着性能が向上できたことに起因していると考えられる。
(Example 23 and Comparative Examples 13 and 14)
A coated cutting tool was produced by the same procedure as in Example 1 except that the grade was a JIS standard S20 cemented carbide and the chip shape was JIS standard CNMG120408 as a base material. In addition, what used the thing of Example 9 as a coating film was made into Example 23, and what used the coating film of the comparative examples 1 and 2 was set as the cutting coating tool of the comparative examples 13 and 14, respectively. These cutting-coated tools were actually subjected to a wet (water-soluble emulsion) continuous turning test under the following conditions, and the time when the flank wear width of the cutting edge exceeded 0.2 mm was measured. Cutting conditions were a work material and a Ti alloy Ti-6Al-4V (HB = 310), a cutting speed of 80 m / min, a feed amount of 0.2 mm / rev, and a cutting depth of 1 mm. As a result, the coated cutting tool of Example 23 was capable of cutting for 30 minutes, while the cutting tool of Comparative Example 13 was chipped in 1 minute and the tool of Comparative Example 14 was chipped in 2 minutes. Interrupted. From this, it was confirmed that the life of the cutting tip of the present invention has been greatly improved. This is presumably because the conventional product contains Ti in the film, but the product of the present invention does not contain Ti at all, so that the adhesion resistance of the film can be improved.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

本発明の被覆切削工具は、ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどの切削に用いることができる。   The coated cutting tool of the present invention can be used for cutting of drills, end mills, milling and turning cutting tips, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, and the like.

本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が連続的に増加する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。It is a figure showing using a graph with respect to the position in a coating film about the case where the internal stress or hardness in a coating film in the coated cutting tool of this invention increases continuously. 本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が段階的に増加する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。It is a figure showing using a graph with respect to the position in a coating film about the case where the internal stress or hardness in a coating film in the coated cutting tool of this invention increases in steps. 本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が連続的に減少する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。It is a figure showing using a graph with respect to the position in a coating film about the case where the internal stress or hardness in a coating film in the coated cutting tool of this invention reduces continuously. 本発明の被覆切削工具における被覆膜中の内部応力または硬度が段階的に減少する場合について、被覆膜中の位置に対してグラフを用いて表す図である。It is a figure showing using a graph with respect to the position in a coating film about the case where the internal stress or hardness in a coating film in the coated cutting tool of this invention reduces in steps.

Claims (11)

基材と、該基材の表面上に形成された被覆膜とを備える被覆切削工具において、前記被覆膜は(Alx−1)の窒化物、炭窒化物、窒酸化物および炭窒酸化物のいずれかであり、ただし、xは0.24以上0.45以下であることを特徴とする、被覆切削工具。 In a coated cutting tool comprising a substrate and a coating film formed on the surface of the substrate, the coating film includes (Al x-1 V x ) nitride, carbonitride, nitride oxide, and A coated cutting tool characterized in that it is any of carbonitride oxides, wherein x is 0.24 or more and 0.45 or less. 前記被覆膜の残留圧縮応力または硬度の少なくともいずれか一方は、前記基材から前記被腹膜の表面へかけて連続的または段階的に変化していることを特徴とする、請求項1に記載の被覆切削工具。   The residual compressive stress or hardness of the coating film changes continuously or stepwise from the base material to the surface of the peritoneum. Coated cutting tool. 前記被覆膜の内部圧縮応力は−8GPa以上0GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加しているか、あるいは、前記被腹膜のナノインデンターによる硬度は18GPa以上55GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に増加することを特徴とする、請求項1または2に記載の被覆切削工具。   The internal compressive stress of the coating film increases continuously or stepwise from the base material to the surface of the coating film in the range of −8 GPa or more and 0 GPa or less, or the nanoindenter of the peritoneum 3. The coated cutting tool according to claim 1, wherein the hardness according to claim 1 increases continuously or stepwise from the base material to the surface of the coating film in a range of 18 GPa to 55 GPa. 前記被覆膜の内部圧縮応力は−8GPa以上0GPa以下の範囲で前記基材から前記被覆膜の表面へかけて連続的または段階的に低下するか、あるいは、前記被覆膜のナノインデンターによる硬度が18GPa以上55GPa以下の範囲で前記基材側から前記被腹膜の表面側へかけて連続的または段階的に低下していることを特徴とする、請求項1または2のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The internal compressive stress of the coating film decreases continuously or stepwise from the substrate to the surface of the coating film in the range of −8 GPa to 0 GPa, or the nanoindenter of the coating film 3. The hardness according to claim 1, wherein the hardness decreases continuously or stepwise from the base material side to the surface side of the peritoneum in a range of 18 GPa to 55 GPa. Coated cutting tool described in 1. 前記被腹膜の厚みは、0.5μm以上15.0μm以下であることを特徴とする、請求項1〜4のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The coated cutting tool according to any one of claims 1 to 4, wherein a thickness of the peritoneum is 0.5 µm or more and 15.0 µm or less. 前記基材と前記被覆膜との間に、0.005μm以上5.0μm以下の厚みを有する、TiまたはCr、Tiの窒化物、TiAlの窒化物、あるいはCrの窒化物を付着強化層として備えることを特徴とする、請求項1〜5のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   Ti or Cr, Ti nitride, TiAl nitride, or Cr nitride having a thickness of 0.005 μm or more and 5.0 μm or less is used as an adhesion reinforcing layer between the base material and the coating film. The coated cutting tool according to claim 1, wherein the coated cutting tool is provided. 前記被腹膜の結晶構造が立方晶であることを特徴とする、請求項1〜6のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The coated cutting tool according to any one of claims 1 to 6, wherein the crystalline structure of the peritoneum is a cubic crystal. 前記基材は、WC基超硬合金、サーメット、高速度鋼、セラミックス、立方晶型窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、窒化硼素焼結体、酸化アルミニウムと炭化チタンからなる基材のいずれかである請求項1〜7のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The base material may be any of WC-based cemented carbide, cermet, high speed steel, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, boron nitride sintered body, and a base material made of aluminum oxide and titanium carbide. The coated cutting tool according to any one of claims 1 to 7. ドリル、エンドミル、フライス加工用および旋削用刃先交換型チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、およびタップとして用いられることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The coated cutting tool according to any one of claims 1 to 8, wherein the coated cutting tool is used as a drill, an end mill, a milling and turning cutting edge exchangeable tip, a metal saw, a cutting tool, a reamer, and a tap. 前記被覆膜は、物理的蒸着法により被覆されたことを特徴とする、請求項1〜9のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating film is coated by a physical vapor deposition method. 前記被覆膜はアーク式イオンプレーティング法またはマグネトロンスパッタ法により被覆されたことを特徴とする、請求項1〜10のいずれか一項に記載の被覆切削工具。   The coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating film is coated by an arc ion plating method or a magnetron sputtering method.
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