JP2006231512A - 被覆切削工具インサート - Google Patents

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Abstract

【課題】本発明は、１０〜３００ＭＰａの低引張応力を備えたＴｉＣｘＮｙ層と、原子間力顕微鏡技法によって測定したときに０．１μｍ以下の高表面平滑度を備えたαＡｌ２Ｏ３層と、を有する化学蒸着法で被覆した切削工具インサートに関する。
【解決手段】この化学蒸着法で被覆した切削工具インサートは、Ｆ８０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第一の集中湿潤ブラスト処理、引き続いてＦ３２０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第二のブラスト処理を、被膜を処理することによって得られる。
【選択図】図１

Description

本発明は、旋削加工、フライス加工、及び穿孔加工によって、または同様の切屑形成機械加工方法によって、金属を機械加工するために適切なＣＶＤで被覆した切削工具インサートに関する。この被覆切削工具インサートは、断続切削作業に使用するときに、改良された靭性挙動を示す。
最近の高生産性の切屑を形成する金属の機械加工は、高い耐磨耗性と、良好な靭性特性と、塑性変形に対する卓越した抵抗と、を備える信頼性のある工具インサートを必要とする。
このことは、耐摩耗性の被膜で被覆した超硬合金インサートを用いることによって、今までは達成されてきた。この超硬合金インサートは、一般的に工具ホルダーに締結される割り出し可能な形状であったが、また一体型の超硬合金ドリルまたはフライスカッタの形状にすることができた。ＴｉＣ、ＴｉＣｘＮｙ、ＴｉＮ、ＴｉＣｘＮｙＯｚ及びＡｌ２Ｏ３のような種々の形式の硬質層で被覆した超硬合金切削工具インサートが何年間も市販入手可能であった。多層構造のうちで数種の硬質層は、通常は被膜のように積み重ねられる。
この被膜は、ほとんどが化学蒸着（ＣＶＤ）または物理蒸着（ＰＶＤ）の技術によって堆積される。また、幾つかの稀の場合に、プラズマ補助化学蒸着（ＰＡＣＶＤ）が実施されてきた。
このＣＶＤ技術は、幾つかの利点を有するとしてＰＶＤよりも好まれていた。これは、大きな被覆容器が可能となり、複雑な形状のインサート上に良好な被膜厚み分布を有する被膜を製造でき、高均一電着性を有し、Ａｌ２Ｏ３及びＺｒ２のような非導電性層を堆積するために使用することができる。多くの異なる材料が、例えば、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＣ、ＴｉＣｘＮｙ、ＴｉＮ、ＴｉＣｘＮｙＯｚ、ＺｒＣｘＮｙ及びＺｒＯ２のようなものを、同じ被覆工程において堆積することができる。
このＣＶＤ技術は、９５０〜１０５０度のかなり高温領域で実施される。この高堆積温度と、堆積される被服材料と超硬合金工具インサートとの間の熱膨張係数の不釣合いとのために、ＣＶＤは、冷却割れと引張応力とが備わる被膜を作る。
ＰＶＤ処理法は、４５０〜６５０℃の著しく低い温度で操作され、且つ強いイオン輻射の下で実施されて、高圧縮応力を有して割れの無い層をもたらす。この高圧縮応力と冷却割れの無いことが、ＣＶＤ被覆工具インサートより強靭なＰＶＤ被覆工具インサートを作り、したがって、フライス加工におけるような断続切削作業にほとんど選ばれる。
ＣＶＤ被覆工具インサートの性能についての顕著な改良は、ＭＴＣＶＤ（中温化学蒸着）技術が、約５〜１０年前に工具工業界に入り始めたのときに起きた。切削工具インサートの靭性特性の改良が達成された。今日、大多数の工具製造者はこの技術を用いる。残念ながら、このＭＴＣＶＤ技術は、約０．５＜ｘ＜０．７及び０．３＜ｙ＜０．５及びｘ＋ｙ＝１または１に近いＴｉＣｘＮｙ層の製造だけに限定されている。この堆積工程は、ここでは７００〜９３０℃の範囲の温度で行われる。ＣＨ３ＣＮ、ＴｉＣｌ４及びＨ２のガス混合物を使用する。今日最新の被膜は、クレータ摩耗耐性を達成するために、Ａｌ２Ｏ３の少なくとも１層を含む。
さらに、αＡｌ２Ｏ３工程に対する堆積温度が、欧州特許出願Ａ−１４６４７２７号に開示するように可能になるときに、靭性特性の改良は得ることができる。
ブラシ掛けまたは湿潤ブラスト処理による被覆切削インサートの後処理は、幾つかの特許に開示される。この目的は、例えば、米国特許第５，８５１，６８７号及び欧州特許第６０３１４４号に開示されるように平滑な切削切刃を達成すること及び／または切刃線に沿ってＡｌ２Ｏ３を露出することであり、或いは、米国特許第５，８６１，２１０号に開示するようにＴｉＮが逃げ面で摩耗検出層として使用される場合において、すくい面上の頂部層として、このＡｌ２Ｏ３を得ることである。例えば、湿潤または乾燥ブラスト処理または超音波衝撃被覆法で行うような表面を露出させる全ての処理技術は、被膜の応力状態（シグマ）に幾つかの影響を及ぼすであろう。しかしながら、ＣＶＤ被覆構造中の全ての層の引張応力をかなり和らげるために、激しい表面処理を必要とする。しかしながら、このような処理は、このような応力状態にあまりにも大きな変化をもたらし、例えば、乾燥ブラスト処理技術を使用している欧州特許出願Ａ−１３１１７１２号に開示されるように、極めて高い引張りから極めて高い圧縮まで変化する。
この湿潤ブラスト処理技術に対して、このブラスト処理媒体、通常Ａｌ２Ｏ３粒と水を高衝撃で被膜表面に打ち付ける必要がある。この衝撃力は、例えば、ブラスト処理パルス圧力、ブラスト処理ノズルと被膜表面の間の距離、ブラスト処理媒体の粒子径、ブラスト処理媒体の集中力、及びブラスト処理噴流の衝撃角よって制御することができる。
これらの向上にもかかわらず、ＣＶＤ被覆インサートのさらにその上の改良が非常に望ましい。
欧州特許出願Ａ−１４６４７２７号 米国特許第５，８５１，６８７号 欧州特許第６０３１４４号 米国特許第５，８６１，２１０号 欧州特許出願Ａ−１３１１７１２号
本発明の目的は、改良された靭性特性を有するＣＶＤ被覆工具インサートを提供することである。
さらに、本発明の目的は、改良された靭性特性を有するＣＶＤ被覆工具インサートを製造する方法を提供することである。
図１は、Ｘ線測定法によって残留応力を評価するために設定されたゴニオメータを示す。
Ｅ：オイラー角１／４クレドール
Ｓ：試料
Ｉ：入射Ｘ線ビーム
Ｄ：回折Ｘ線ビーム
θ：回折角度
ω：θ
Ψ：オイラー角１／４クレドールに沿った傾斜角
Φ：試料の軸周りの回転角
本発明は、少なくとも一つのすくい面及び少なくとも一つの逃げ面を有する多角形または円形の形状のボディより成り、被膜と基材を含む被覆切削工具インサートに関する。前記被覆は、少なくとも１層のＴｉＣｘＮｙ層、及び１００％のαＡｌ２Ｏ３からなる充分に結晶化した層を含む。このようなαＡｌ２Ｏ３層の一つは、少なくともすくい面上の頂部で且つ切刃線に沿う目視可能層であり、この層は、Ａｌ２Ｏ３及びＴｉＣｘＮｙの層の双方において引張応力の緩和を作り出すために、集中的な湿潤ブラスト処理或いは、充分に高いエネルギで表面を衝撃可能である他の同様の技術によって処理される。Ａｌ２Ｏ３頂部層は非常に平滑な表面を有する。
著しく改良された靭性特性は、一般的に多角形または丸型の形状を有する被覆切削工具インサートが少なくとも一つのすくい面及び少なくとも一つの逃げ面を備えるとき、次の性質を備えるために、前記インサートは少なくとも部分的に被覆して作られる：
− １〜８μｍ好ましくは２〜５μｍの厚みを有する最後から２番目のＴｉＣｘＮｙ層は、ｘ≧０、ｙ≧０及びｘ＋ｙ＝１、好ましくはＭＴＣＶＤによって作成し、且つ０．０１〜３００ＭＰａ好ましくは０．０１〜２００ＭＰａの引張応力を有すること、及び
− １〜５μｍ好ましくは２〜４ミクロンの厚みを有する外側Ａｌ２Ｏ３層が、すくい面上で且つ切刃線に沿う頂部層であり、且つ原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって１０μｍの長さに渡って測定された平均粗さ度Ｒａ＜０．１μｍと、Ｘ線輻射回折（ＸＲＤ）強度（ピーク高さマイナスバックグランド）比Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．５と、を有すること
好ましくは、ｘ≧０、ｚ＞０及びｙ≧０であるＴｉＣｘＮｙＯｚの接合層が、ＴｉＣｘＮｙとＡｌ２Ｏ３との間に存在する。この二つの相の合計厚みは、１０μｍ以下（≦１０μｍ）好ましくは６μｍ以下（≦６μｍ）である。
Ｔｉ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｖ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｗ及びＡｌから選ばれた金属元素を有する金属の窒化物、炭化物及び酸化物の少なくとも１種からなる本発明の層と、この構造との間に、付加層が、２０μｍ未満（＜２０μｍ）の合計被膜厚みまで、被覆構造に組み込まれる。
圧縮応力がブラスト処理によって誘起されることになるならば、非常に大きなブラスト処理衝撃力が必要となり、且つこのような条件の下では被膜の剥離が切刃に沿って生じるために、ＴｉＣｘＮｙ層中に低引張応力が存在することが好まれる。また、この被膜にまだ少しの引張応力が存在する場合に比較して、このような誘起圧縮応力は、切削作業中に起こる温度上昇に関して安定でないことが判明した。
この内側のＴｉＣｘＮｙ層の残留応力σは、既知のｓｉｎ２Ψ方法を用いるＸＲＤ装置によって評価され、このｓｉｎ２Ψ方法は、I.C. Noyan, J.B. CohenによってResidual Stress Measurement by Diffraction and Interpretationと題してSpringer-Verlag, New York, 1987 (pp 117 - 130)に記載される。この測定は、図１に示されたように準備されたゴニオメータでＴｉＣｘＮｙの（４２２）反射のＣｕκα輻射を用いて実施する必要がある。この測定は可能な限り平坦な表面で実施する必要がある。６〜７のΨ角度と０〜０．５のｓｉｎ２Ψ範囲内（Ψ＝４５°）の等距離と有するサイド傾斜技術（Ψ幾何学）を使用することを推奨する。また、９０°のΦ扇形内でΦ角度の等距離分布が実施された。２軸方向応力状態を確認するため、試料は、Φ＝０°及び９０°回転させてΨ傾斜させた。せん断応力の存在可能性を調査すること、したがって、マイナスとプラスのΨ角度の双方を測定する必要があることを推奨する。オイラー角１／４クレドールの場合、これは、種々のΨ角度に対してΦ＝１８０°及び２７０°で試料を測定することによって成し遂げられる。ＭＴＣＶＤのＴｉ（Ｃ、Ｎ）の場合一定のヤング率Ｅ＝４８０Ｇｐａ及びポアソン比ν＝０．２０でもって好ましくはＢｒｕｋｅｒ−ＡＸＳから市販入手できるソフトウェアＤＩＦＦＲＡＣＰｌｕｓＳｔｒｅｓｓ３２ｖ１．０４を使用して、且つＰｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ−Ｆｉｔ関数を使用して反射を位置決めして、残留応力を評価するためにｓｉｎ２Ψ法が用いられた。この場合次の因子が、ヤング率＝４８ＧＰａ及びポアソン比ν＝０．２０が用いられた。２軸応力状態の場合、この平均値は得られた２軸応力の平均値として計算された。
このαＡｌ２Ｏ３に対しては、必要とする高い２θ角度のＸＲＤ反射がほとんどがあまりにも低いので、ｓｉｎ２Ψ技術を使用することは一般的に不可能である。しかしながら、発明者は、有効な代わりの測定方法を見つけ、それは切削性能に対するαＡｌ２Ｏ３の状態に関する。
Ａｌ２Ｏ３の粉末に対して、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）回折強度比は、１．５付近であった。粉末回折集ＪＣＰＤＳ第３−１４８４号は、Ｉ（０１２）＝７２、Ｉ（０２４）＝４８を示す。本発明者は、超硬合金上で引張応力が付加されたＣＶＤのＡｌ２Ｏ３層に対しては、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）回折強度比は、予想された値１．５より驚くほど低くて、ほとんどが１以下であった。これは、引張応力によって生じる結晶格子の不規則性によると考えられる。このような層は、強烈なブラスト処理を施されたときに（応力の開放）或いはこの層がこの基材から完全に除去されて且つ粉末にされた場合（無応力化）、この比Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）は、付加されたブラスト処理応力に依存して１．５に等しいかもっと高くなることが判明した。すなわち、この強度比は、Ａｌ２Ｏ３層の重要な状態関数として用いることができる。高ブラスト処理力が、薄い層のＸＲＤの解析に対して、この低い２θ角度が（０１２）反射に適合されるという事実と混用されるならば、１．５より大きな比率は、いわゆる「薄いフィルム修正」の計算がなされない場合、ピーク強度比Ｉ（０１２）がより高い角度反射例えば（０２４）反射に比較して過剰見積もりされることを生じさせる。
本発明の方法にしたがう切削工具インサートは、最後から２番目のＴｉＣｘＮｙ層と外側のＡｌ２Ｏ３層とからなるＣＶＤ被膜を備える。高い表面平滑度と低い引っ張り応力レベルを得るために、この被膜は、第１の激しい湿潤ブラスト処理工程で、すくい面上を、水とＦ８０（ＦＥＰＡ標準）のＡｌ２Ｏ３粒のスラリーでもって、１．８〜２．８ｂａｒの空気圧で、２〜８ｓｅｃ／インサートの間処理され、引き続いて第２のプラスと処理によって、水にＦ３２０（ＦＥＰＡ標準）のＡｌ２Ｏ３粒のスラリーでもって、約２ｂａｒの空気圧で、約４〜１０ｓｅｃ／インサートの間処理される。製造されたインサートに使用する前に、Ｆ８０の粒と水で新しく作られたスラリーは、粒をわずかに丸めるために、ダミーのインサートに先ず使用した。
また、平滑な被膜表面を逃げ面に望むならば、ブラスト処理はそこに充分に行うことが必要である。この場合、ＴｉＣｘＮｙ層はすくい面とクリアランス側面の双方に低い引張応力を有する。これは、ステンレス鋼またはノジュラー鋳鉄のような付着する材料を切削する場合、好ましい実施態様である。
黒色のすくい面よりもクリアランス側面に種々の色を有するインサートが望まれる場合、ＴｉＮ（黄色）、ＴｉＣｘＮｙ（灰色またはブロンズ色）またはＴｉＣ（灰色）の薄い０．１〜２μｍの着色層の最外層が堆積される。このインサートは、その後９０°吹き付け角度でブラスト処理されて、黒色のＡｌ２Ｏ３層を表す頂部層を除去する。この場合、すくい面上の被膜は、低い所望の引張応力を有し、一方クリアランス側面は、被膜と、使用する超硬合金インサートの熱膨張係数（ＣＴＥ）との選択に依存して、６００〜１０００ＭＰａの範囲の高い引張応力を有する。
実施例１
Ａ）１２．６ｗｔ％のＣｏと、１．２５ｗｔ％のＴａＣと、０．３２ｗｔ％のＮｂＣと、残部ＷＣとを含んでいる（熱膨張係数、ＣＴＥ＝６×１０−６）型式Ｒ３９０−１１Ｔ３０８Ｍ−ＰＭの超硬合金切削インサートは、０．５μｍの厚みのＴｉＮ層を従来のＣＶｄ技法を用いて９３０℃で被覆して、引き続いてＭＴＣＶＤ技法を使用して８８５℃の温度で処理ガスとしてＴｉＣｌ４、Ｈ２、Ｎ２及びＣＨ３ＣＮを用いて２μｍのＴｉＣｘＮｙ層を被覆した。その後の処理工程における同一被覆サイクルの際に、約０．５μｍの厚みのＴｉＣｘＯｚの層が、１０００℃でＴｉＣｌ４、ＣＯ及びＨ２を用いて堆積させ、且つその後反応器が、２．２μｍの厚みのαＡｌ２Ｏ３の層が堆積される前に、２％のＣＯ２、５％のＨＣｌ及び９３％のＨ２の混合物で２分間洗浄された。この堆積工程の際の処理条件は以下の表１のようであった。
表１
工程 ＴｉＮ ＴｉＣｘＮｙ ＴｉＣｘＯｚ 洗浄 Ａｌ２Ｏ３
ＴｉＣｌ４ １．５％ １．４％ ２％
Ｎ２ ３８％ ３８％
ＣＯ２ ２％ ４％
ＣＯ ６％
ＡｌＣｌ３ ３．２％
Ｈ２Ｓ − ０．３％
ＨＣｌ １％ ５％ ３．２％
Ｈ２： 残部 残部 残部 残部 残部
ＣＨ３ＣＮ − ０．６％
圧力 １６０mbar ６０mbar ６０mbar ６０mbar ７０mbar
温度 ９３０℃ ８８５℃ １０００℃ １０００℃ １０００℃
継続時間 ３０分 １時間 ２０分 ２分 ２時間
堆積されたＡｌ２Ｏ３層のＸＲＤ−分析は、α相だけから成ることを示した。
実施例２
実施例１が繰り返されたが、ＴｉＣｘＮｙ−工程の処理時間は１．５時間であり、Ａｌ２Ｏ３工程の処理時間は４時間であった。
約３μｍのＴｉＣｘＮｙ及び４．５μｍのＡｌ２Ｏ３の被膜が得られた。
実施例３
実施例１が繰り返されたが、Ａｌ２Ｏ３−工程の処理時間は６時間であり、Ａｌ２Ｏ３工程の処理時間は４時間であった。
約２μｍのＴｉＣｘＮｙ及び６．５μｍのＡｌ２Ｏ３の被膜が得られた。
実施例４
実施例１，２及び３の被覆インサートが、種々の条件の下で湿潤ブラスト処理及び切刃ブラシ掛けによって後処理された。このブラスト処理は二つの工程で実施された。最初の工程は水とＡｌ２Ｏ３グリット（グリットサイズＦ８０、ＦＥＰＡ標準）を含むスラリーで実施され、その後の第二の工程はＡｌ２Ｏ３グリット（グリットサイズＦ３２０、ＦＥＰＡ標準）で実施された。これらの工程の目的は、引張応力レベルを減少すること、及び高被膜平滑度を作り出すことであった。４つの異なるブラスト処理圧力１．８、２．０、２．２及び２．４ｂａｒ、及び二つの異なる吹き付け角度４５°及び９０°が工程１で用いられた。工程２においては、２ｂａｒの圧力と９０°の吹き付け角度だけが使用された。また、幾つかのインサートは、切刃に沿って及びその近くで被膜表面を平滑にするために、ＳｉＣ粒子を含むナイロンブラシでブラシ掛けがされた。種々の後処理されたインサートの被膜は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で高倍率の検査がなされた。２．４ｂａｒでブラスト処理された実施例一の幾つかのインサートだけが、切削切刃に散発的に剥離を示したことが検査の証拠であった。９０°の角度でブラスト処理されたインサートは、４５°の角度でブラスト処理されたものよりも僅かに優れた表面平滑度を示した。
良く知られている粗さ度の値Ｒａとして表される被膜表面の平滑度は、ブラシ掛けされ且つブラスト処理されていないものを除いて、全てのインサートについて、装置の表面イメージシステムＡＧ（ＳＩＳ）からのＡＦＭによって測定された。粗さ度は、１０箇所の無作為に選択した平らな表面領域（１０μｍ×１０μｍ）上で測定された。これらの１０箇所のＲａ値の平均値は、以下の表１の平均Ｒａ（ＭＲａ）と命名した粗さ度として用いられた。
ブラッグ−ベレントナ（Ｂｒａｇｇ−ｂｒｅｎｔｒａｎｏ）のデフラクトメータ、シーメンスＤ５０００を使用したＸ線回折の解析が、ＣｕのＫα輻射を用いてＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比を決定するために、使用された。この残留応力は、Ｘ線デフラクトメータ、バルカーＤ８デスカバーＧＡＤＤＳ上のψ幾何学を用いて評価し、これはレーザビデオ位置合わせ、オイラー角１／４クレドール、Ｘ線源（ＣｕのＫα輻射）としての回転する陽極、及び領域デテクター（Ｈｉ−ｓｔａｒ）を装備する。大きさが０．５ｍｍのコリメータが、ビームの焦点を合わすために使用された。この解析は、２θ＝１２６°、ω＝６３°及びΦ＝０°、９０°、１８０°２７０°にセットしたゴニオメータを用いてＴｉＣｘＮｙの（４２２）反射で実施された。０°と７０°の間の８個のΨ傾斜は、各Φ角度に対して実施された。一定のヤング率Ｅ＝４８０Ｇｐａ及びポアソン比ν＝０．２０を有する（Ｂｒｕｋｅｒ ＡＸＳ）からのソフトウェアＤＩＦＦＲＡＣＰｌｕｓＳｔｒｅｓｓ３２ｖ１．０４を使用して、且つ（Ｐｓｅｕｄｏ−Ｖｏｉｇｔ−Ｆｉｔ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を使用して反射を位置決めして、残留応力を評価するために、ｓｉｎ２Ψ法が用いられた。２軸応力状態が確認され、且つこの平均値は残留応力値として用いられた。
実施例５
種々の後処理をしたインサートは、二つの異なるフライス切削加工作業において試験され、双方は靭性特性が非常に要求された。次の条件が使用された。
切削試験１
合金鋼ＳＳ２５４１におけるフライス加工作業が実施された。加工物は長方形角材であった。フライス加工カッターが、加工物の長さ方向側部から数回切込みを入れた。条件は「困難な切り込み」として分類した。
乾燥条件
切削速度 Ｖ＝２００ｍ／分
一歯当たりの送り Ｆｚ＝０．１７ｍｍ／ｚ
軸方向の切り込み深さ Ａｐ＝３ｍｍ
半径方向の切り込み深さ Ａｅ＝１６ｍｍ
歯の個数＝１
３個のインサート（一切刃／インサート）を加工物で実施した。この寿命は、切刃に生じた破損が以下の表１に示される前の、完全である切り込み回数として表した。
切削試験２
合金鋼ＳＳ２５４１におけるフライス加工作業が実施された。加工物の形状は、このフライスカッタの直径より小さな厚みの細長い丸棒であった。フライスカッタを、この棒の長さ方向へと通過させ、条件は「困難な終了」として分類した。
乾燥条件
切削速度 Ｖ＝１５０ｍ／分
一歯当たりの送り Ｆｚ＝０．１５ｍｍ／ｚ
軸方向の切り込み深さ Ａｐ＝３ｍｍ
半径方向の切り込み深さ Ａｅ＝７ｍｍ
歯の個数＝２
３×２個のインサート（一切刃／インサート）を加工物で実施した。この寿命は、切刃に生じた破損が以下の表に示される前の、完全である棒の本数として表した。
表２
改良 圧力／ブラス 平均Ｒａ値 試験１ 試験２ I(012)/ TiCxNy
型 ト角、工程１ ＭＲａ 平均寿命 平均寿命 1(024) 層の応力
Ａ 無し >>0.09 2 <1 0.8 700MPa
Ｂ ブラシ掛け --- 6 5 0.9 610MPa
Ｃ 1.8棒/45° 0.11 11 5 1.2 450MPa
Ｄ 2.0棒/45° 0.10 14 11 1.3 410MPa
Ｅ 1.8棒/90° 0.09 24 17 1.5 265MPa
Ｆ 2.0棒/90° 0.09 24 19 1.8 160MPa
Ｇ 2.2棒/90° 0.06 27 22 1.9 50MPa
Ｈ 2.4棒/90° 0.07 27 23 2.2 10MPa
Ｉ 2.2棒/90° 0.09 18 13 1.8 280MPa
Ｊ 2.4棒/90° 0.08 10 7 2.0 390MPa
Ａ〜Ｈ：２．５μｍ（ＴｉＮ＋ＴｉＣｘＮｙ）＋０．５μｍＴｉＣｘＯｙ＋２．２μｍαＡｌ２Ｏ３
Ｉ：３．５μｍ（ＴｉＮ＋ＴｉＣｘＮｙ）＋０．５μｍＴｉＣｘＯｙ＋４．５μｍαＡｌ２Ｏ３
Ｊ：２．５μｍ（ＴｉＮ＋ＴｉＣｘＮｙ）＋０．５μｍＴｉＣｘＯｙ＋６．６μｍαＡｌ２Ｏ３
最も優れた靭性性能は、ＴｉＣｘＮｙの層において最も低い引張応力と、αＡｌ２Ｏ３層の最も高いＩ（０１２）／Ｉ（０２４）比と、低い平均Ｒａ値と、を有する改良型Ｅ、Ｆ、Ｇ及びＨで達成されることを、切削試験の結果が明確に示した。８．５μｍの合計被膜厚みを有する改良型Ｉは、対応する薄い厚みの５．２μｍの改良型Ｇと同様の優れた性能（しかし、まだ満足できる）を示さなかった。また、厚いＡｌ２Ｏ３層を有する改良型Ｊは低い性能を示した。ここではＴｉＣｘＮｙ層における応力はかなり高く３９０ＭＰａである。これらの事実が、切削工具インサートの寿命に直接関連する特性には所定の因子範囲が存在することを示す。結果として、この切削工具インサートの高性能を達成するために、多くの条件及び特徴が一緒に存在する必要がある。
図１は、Ｘ線測定法によって残留応力を評価するために設定されたゴニオメータを示す。
符号の説明
Ｅ オイラー角１／４クレドール
Ｓ 試料
Ｉ 入射Ｘ線ビーム
Ｄ 回折Ｘ線ビーム
θ 回折角度
ω θ
Ψ オイラー角１／４クレドールに沿った傾斜角
Φ 試料の軸周りの回転角

Claims (4)

  1. 超硬合金、サーメットまたはセラミックの被覆切削工具インサートが、少なくとも一つのすくい面及び少なくとも一つの逃げ面を有する多角形または円形の形状のボディより成り、且つ前記被覆切削工具インサートが、ＴｉＣｘＮｙ好ましくはＭＴＣＶＤで堆積されたＴｉＣｘＮｙの少なくとも１層を含んでいて２〜１０μｍの厚みで少なくとも部分的に被覆され、且つαＡｌ２Ｏ３層が、すくい面上の少なくとも外側層である被覆切削工具インサートであって、
    少なくとも一つの前記すくい面及び少なくとも一つの前記逃げ面上において、
    −前記ＴｉＣｘＮｙが、１〜８好ましくは２〜５μｍの厚み、及び１０〜３００ＭＰａの引張応力レベルを有し、且つ
    −１〜５好ましくは２〜４μｍの厚みを有する前記αＡｌ２Ｏ３層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．５のＸＲＤ−回折強度比と、ＡＦＭ−技術によって１０箇所無作為に選択した１０×１０μｍ２の領域を測定したときの平均Ｒａ値がＭＲａ＜０．１μｍと、を有する最外層であり、或いは
    少なくとも一つの前記すくい面上だけにおいて、
    −前記ＴｉＣｘＮｙが、１〜８μｍの厚み、及び１０〜３００ＭＰａの引張応力レベルを有し、
    −１〜５好ましくは２〜４μｍの厚みを有する前記αＡｌ２Ｏ３層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．５のＸＲＤ−回折強度比と、ＡＦＭ−技術によって１０×１０μｍ２の領域を１０箇所無作為に選択して測定したときの平均Ｒａ値がＭＲａ＜０．１μｍとを、少なくとも一つの逃げ面上に有する最外層であり、
    −前記ＴｉＣｘＮｙが、６００〜１０００ＭＰａの範囲の引張応力レベルを有し、且つ
    −前記αＡｌ２Ｏ３層が、Ｉ（０１２）／Ｉ（０２４）≧１．５のＸＲＤ−回折強度比を有し、好ましくは前記切削インサートが、切削インサートの表面に種々の色を備えた厚み０．１〜２μｍのＴｉＮ、ＴｉＣｘＮｙまたはＴｉＣの層で覆われた
    ことを特徴とする被覆切削工具インサート。
  2. 厚み０．１〜１μｍのＴｉＣｘＮｙＯｚの結合層を前記ＴｉＣｘＮｙ層の頂部に有することを特徴とする請求項１に記載の被覆切削工具インサート。
  3. ≧５．５×１０−６ｍ／Ｋの熱膨張係数を有する超硬合金であ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インサート。
  4. ＴｉＣｘＮｙ層とαＡｌ２Ｏ３層、高表面平滑度、及び低引張応力レベルを有するＣＶＤで被覆した切削工具インサートを製造する方法であって、
    被膜が、１．８〜２．４ｂａｒの空気圧で、水にＦ８０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第一の集中湿潤ブラスト処理に施され、引き続いて２ｂａｒの空気圧で、水にＦ３２０の粒のＡｌ２Ｏ３から成るスラリーを有する第二のブラスト処理が続けられることを特徴とする切削工具インサートを製造する方法。
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