JP2006289546A - 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具を提供する。
【解決手段】 表面被覆サーメット製切削工具が、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、（ａ）下部層として、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、（ｂ）中間層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有するＣｒ_２Ｏ_３層、（ｃ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、組成式：（Ａｌ_１−ＸＣｒ_Ｘ）_２Ｏ_３、（ただし、原子比で、Ｘ：０．００５〜０．０４）、を満足すると共に、特定な傾斜角度数分布グラフを示す改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）_２Ｏ_３層、で構成された硬質被覆層を化学蒸着形成してなる。
【選択図】 なし

Description

この発明は、特に各種の鋼や鋳鉄などの被削材の断続切削加工を、高速切削条件で行った場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。

従来、一般に、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）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層として、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による測定で、
組成式：（Ａｌ_１−ＸＣｒ_Ｘ）_２Ｏ_３、（ただし、原子比で、Ｘ：０．００５〜０．０４）、
を満足するＡｌ−Ｃｒ複合酸化物［以下、α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられることも良く知られるところである。

また、上記の従来被覆サーメット工具において、硬質被覆層の上部層であるα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ_３：２〜６％、ＣｒＣｌ_３：０．０２５〜０．１％、ＣＯ_２：１〜１０％、ＨＣｌ：０．５〜３％、Ｈ₂Ｓ：０．１〜０．３％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：７〜２５ｋＰａ、
の条件で蒸着形成されることも知られている。
さらに、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層は、一般に粒状結晶組織を有するが、下部層であるＴｉ化合物層のうちのＴｉＣＮ層を、層自身の強度向上を目的として、通常の化学蒸着装置にて、反応ガスとして有機炭窒化物を含む混合ガスを使用し、７００〜９５０℃の中温温度域で化学蒸着することにより形成して縦長成長結晶組織をもつようにすることも知られている。
特開昭５２−６６５０８号公報 特開平６−８０１０号公報

近年の切削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は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを断続切削加工を高速加工条件で行うのに用いた場合には、硬質被覆層を構成するα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が十分な耐衝撃性を具備するものでないために、前記硬質被覆層にチッピング（微少欠け）が発生し易くなり、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記のα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が硬質被覆層の上部層を構成する被覆サーメット工具に着目し、特に前記α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の耐衝撃性向上を図るべく研究を行った結果、
（ａ）上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する下部層であるＴｉ化合物層を形成した後で、例えば通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＣｒＣｌ_３：０．１〜２％、ＣＯ_２：０．５〜２％、ＣＯ：０．５〜２％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９５０〜１１００℃、
反応雰囲気圧力：７〜２５ｋＰａ、
の条件で酸化クロム（以下、Ｃｒ_２Ｏ_３で示す）層を０．１〜３μｍの平均層厚で蒸着形成し、この上に上部層であるα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層を上記の通常の条件で蒸着形成すると、この結果のα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、前記中間層として形成したＣｒ_２Ｏ_３層によって結晶配向および組織に強い影響を受け、材質的に改質されて、高温強度が一段と向上し、すぐれた耐機械的衝撃性を具備するようになることから、硬質被覆層の上部層が前記中間層として形成したＣｒ_２Ｏ_３層上に蒸着形成されたα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層（以下、「改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層」という）、下部層が上記Ｔｉ化合物層で構成された被覆サーメット工具は、特に激しい機械的衝撃を伴なう高速断続切削加工でも、前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すようになること。

（ｂ）上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層の上部層を構成するα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層（以下、「従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層」という）と上記（ａ）の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層について、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）に概略説明図で示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、前記従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、図３に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、図２に例示される通り、（０００１）面の測定傾斜角の分布が傾斜角区分の０〜１０度の範囲内にシャープな最高ピークが現れる傾斜角度数分布グラフを示すこと。

（ｃ）上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層自体が具備するすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、上記従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層に比して一段と高い高温強度を具備するようになるので、これを硬質被覆層の上部層として蒸着形成してなる被覆サーメット工具は、同下部層であるＴｉ化合物層が具備するすぐれた高温強度と相俟って、特に断続切削加工を高速切削条件で行うのに用いた場合にも、同じく前記従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層を上部層として蒸着形成してなる従来被覆サーメット工具に比して、硬質被覆層が一段とすぐれた耐チッピング性を発揮すること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。

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、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層として、いずれも化学蒸着形成された、ＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）中間層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成されたＣｒ_２Ｏ_３層、
（ｃ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による測定で、
組成式：（Ａｌ_１−ＸＣｒ_Ｘ）_２Ｏ_３、（ただし、原子比で、Ｘ：０．００５〜０．０４）、
を満足すると共に、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の３５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層、
以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。

以下に、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層において、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）下部層のＴｉ化合物層
Ｔｉ化合物層は、中間層であるＣｒ_２Ｏ_３層を介して、上部層である改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の下部層として存在し、自身の具備するすぐれた高温強度によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体および前記Ｃｒ_２Ｏ_３層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性を向上させる作用を有するが、その平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速切削では熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その平均層厚を３〜２０μｍと定めた。

（ｂ）中間層のＣｒ_２Ｏ_３層
Ｃｒ_２Ｏ_３層は、上記の通り上部層であるα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の蒸着時の結晶配向および組織に影響を及ぼし、前記α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフにおける０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在させると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する傾斜角度数の合計を、傾斜角度数分布グラフにおける傾斜角度数全体の３５％以上とする作用を有するが、その平均層厚が０．１μｍ未満では前記Ｃｒ_２Ｏ_３層の作用を充分に発揮させることができず、この場合は所望のすぐれた高温強度を前記α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層に確保することができず、一方、その平均層厚を３μｍを越えて厚くしても、前記Ｃｒ_２Ｏ_３層の作用が飽和し、むしろ３μｍを越えて厚くなり過ぎると、Ｃｒ_２Ｏ_３層自身相対的に高温強度の高いものでないため、硬質被覆層の高温強度に急激に低下傾向が現れるようになることから、その平均層厚を０．１〜３μｍと定めた。

（ｃ）上部層の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層
上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層において、これの構成成分であるＡｌは層の高温硬さおよび耐熱性を向上させ、同Ｃｒ成分にはＡｌ成分との共存において、さらに一段と耐熱性を向上させる作用を有するが、Ｃｒの含有割合を示すＸ値が原子比で０．００５未満では前記作用に所望の向上効果を確保することができず、一方同Ｘ値が０．０４を越えると高温強度に低下傾向が現れるようになることから、前記Ｘ値を０．００５〜０．０４と定めた。
また、上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフにおける０〜１０度の範囲内に存在する傾斜角度数割合は、上記の通り中間層であるＣｒ_２Ｏ_３層の平均層厚によって調整されるが、この場合傾斜角度数割合が３５％未満では、高速断続切削加工で、硬質被覆層にチッピングが発生しない、すぐれた高温強度を確保することができず、したがって傾斜角度数割合は高ければ高いほど望ましいが、傾斜角度数割合を７５％を越えて高くすることは中間層であるＣｒ_２Ｏ_３層の平均層厚と相俟って困難である。
さらに、上記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、上記の通りα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層自体のもつすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、さらに一段とすぐれた高温強度を有するようになるが、その平均層厚が１μｍ未満では前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の有する前記の特性を硬質被覆層に十分に具備せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。

なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて硬質被覆層の最表面層として蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。

この発明被覆サーメット工具は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、強い機械的衝撃を伴なう断続切削加工を高速切削条件で行うのに用いた場合にも、硬質被覆層の上部層を構成する改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が、（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃自身のもつすぐれた高温硬さと耐熱性に加えて、一段とすぐれた高温強度を具備することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、使用寿命の一層の延命化を可能とするものである。

つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ₃Ｃ₂粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアルコール中で１０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４０８に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆをそれぞれ製造した。

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（質量比で、ＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ₂Ｃ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、さらにワックスを加えてアルコール中で１０時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｆを形成した。

ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｆおよび工具基体ａ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、まず、表３（表３中のｌ−ＴｉＣＮは特開平６−８０１０号公報に記載される縦長成長結晶組織をもつＴｉＣＮ層の形成条件を示すものであり、これ以外は通常の粒状結晶組織の形成条件を示すものである）に示される条件にて、表４に示される組み合わせおよび目標層厚でＴｉ化合物層を硬質被覆層の下部層として蒸着形成し、ついで、同じく表３に示される条件で、かつ表４に示される目標層厚でＣｒ_２Ｏ_３層を中間層として蒸着形成し、さらに同じく表３に示される条件でα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層（ａ）〜（ｆ）のうちのいずれかを表４に示される組み合わせおよび目標層厚で硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより、前記α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層（ａ）〜（ｅ）のいずれも中間層としての前記Ｃｒ_２Ｏ_３層の作用で改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層とした本発明被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、表５に示される通り、硬質被覆層の中間層としてのＣｒ_２Ｏ_３層の形成を行わない（この結果上部層としてのα型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層（ａ）〜（ｅ）のいずれも従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層で構成されることになる）以外は同一の条件で従来被覆サーメット工具１〜１３をそれぞれ製造した。

ついで、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の上部層を構成する改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層のそれぞれについて、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。

この結果得られた各種の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層および従来（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフにおいて、（０００１）面が最高ピークを示す傾斜角区分、並びに０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の傾斜角度数分布グラフ全体の傾斜角度数に占める割合をそれぞれ表６にそれぞれ示した。

上記の各種の傾斜角度数分布グラフにおいて、表６に示される通り、本発明被覆サーメット工具の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、いずれも（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れ、かつ０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合が３５％以上である傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、従来被覆サーメット工具の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層は、いずれも（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在せず、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合も２５％以下である傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
なお、図２は、本発明被覆サーメット工具９の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆サーメット工具１０の従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。

また、この結果得られた本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３の硬質被覆層の構成層の組成を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）を用いて測定したところ、いずれも目標組成と実質的に同じ組成を示した。さらに、これらの硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

つぎに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１３および従来被覆サーメット工具１〜１３各種の被覆サーメット工具について、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、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０Ｈの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３８０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ａという）での合金鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ２５０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：１．５ｍｍ、
送り：０．４ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｂという）での鋳鉄の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ）、さらに、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４３０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：５分、
の条件（切削条件Ｃという）での炭素鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ）を行い、いずれの切削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６に示した。

表４〜６に示される結果から、本発明被覆サーメット工具１〜１３は、いずれも硬質被覆層の上部層が、（０００１）面の傾斜角が０〜１０度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示すと共に、前記０〜１０度の傾斜角区分範囲内に存在する度数の合計割合が３５％以上を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層で構成され、機械的熱的衝撃がきわめて高く、かつ高い発熱を伴なう合金鋼および鋳鉄、さらに炭素鋼の高速断続切削で、前記改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が、すぐれた高温硬さおよび耐熱性に加えて、さらに一段とすぐれた高温強度を具備することから、すぐれた耐チッピング性を発揮し、切刃部にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層の上部層が、（０００１）面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す従来α型Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層で構成された従来被覆サーメット工具１〜１３においては、いずれも高速断続切削では前記従来α型Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層が激しい機械的熱的衝撃に耐えられず、切刃部にチッピングが発生し、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、この発明の被覆サーメット工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削加工や断続切削加工は勿論のこと、特に高い高温強度が要求される高速断続切削加工でも硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに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。

硬質被覆層を構成する各種の改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層および従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層における結晶粒の（０００１）面の傾斜角の測定範囲を示す概略説明図である。 本発明被覆サーメット工具２の硬質被覆層を構成する改質α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂ Ｏ₃ 層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。 従来被覆サーメット工具２の硬質被覆層を構成する従来α型（Ａｌ，Ｃｒ）₂Ｏ₃層の（０００１）面の傾斜角度数分布グラフである。

Claims (1)

1. 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
   （ａ）下部層として、いずれも化学蒸着形成した、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの全体平均層厚を有するＴｉ化合物層、
   （ｂ）中間層として、０．１〜３μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成した酸化クロム層、
   （ｃ）上部層として、１〜１５μｍの平均層厚、および化学蒸着した状態でα型の結晶構造を有し、さらに、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）による測定で、
   組成式：（Ａｌ_１−ＸＣｒ_Ｘ）_２Ｏ_３、（ただし、原子比で、Ｘ：０．００５〜０．０４）、
   を満足すると共に、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する六方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（０００１）面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の３５％以上の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質α型Ａｌ−Ｃｒ複合酸化物層、
   以上（ａ）〜（ｃ）で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる、硬質被覆層が高速断続切削加工ですぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。

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