JP2008178942A - 表面被覆切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼や鋳鉄の強断続切削加工等で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性とすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体表面に下部層と上部層からなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、下部層は３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、上部層は酸化アルミニウム層、酸化クロム層および窒酸化チタン層から構成され、かつ、上記酸化クロム層中には、空孔最大幅０．５〜３μｍ、空孔率５〜３０％の複数の微少空孔が存在している。
【選択図】 なし

Description

この発明は、各種の鋼や鋳鉄などの切削加工を、切刃に大きな機械的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切込み等の強断続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とすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。

一般に、被覆工具には、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インサート、前記被削材の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、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、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インサート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。

また、被覆工具として、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）基サーメットで構成された工具基体の表面に、３〜２０μｍの層厚を有し、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層（下部層）と、０．５〜１５μｍの層厚を有する多孔質酸化アルミニウム層（上部層）を蒸着形成した被覆工具が知られており、そして、前記被覆工具の硬質被覆層である多孔質酸化アルミニウム層（上部層）は、切削時に発生する機械的、熱的衝撃を吸収緩和するため、鋼や鋳鉄などの強断続切削において硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示すことが知られている。
特開２００３−１９６０３号公報

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は強く、これに伴い、切削加工は高速化の傾向にあるが、これらの要請に応えるために、上記の従来被覆工具においては、硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層を多孔質とすることにより、鋼や鋳鉄などの切削を高送り、高切込みの強断続切削条件で行った場合にもチッピング発生を抑制し、工具寿命の改善を図っていたが、硬質被覆層を構成する酸化アルミニウム層が多孔質であるために高温硬さが不足し、その結果として、耐摩耗性が十分満足できるものではなく、これが原因で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、各種の鋼や鋳鉄を強断続切削条件、即ち、切刃に大きな機械的負荷が加わる高送り、高切込み等の強断続切削条件、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とともにすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を開発すべく、上記の従来被覆工具に着目し、研究を行った。その結果、

（ａ）上記従来被覆工具の硬質被覆層の下部層を構成するＴｉ化合物層の表面に、酸化アルミニウム層、酸化クロム層、窒酸化チタン層から構成される上部層を設け、かつ、上記酸化クロム層中に複数の微少空孔を形成すると、従来被覆工具の如く硬質被覆層の下部層を構成する酸化アルミニウム層自体に空孔が設けられているものではないため、酸化アルミニウム層の高温硬さの低下は生じず、その結果、強断続切削においてすぐれた耐摩耗性を示すこと。

（ｂ）酸化クロム層中に形成された上記複数の微少空孔は、強断続切削加工時に発生する機械的・熱的衝撃を緩和吸収するとともに、切削加工時の衝撃により微少亀裂が発生したとしても、この微少亀裂が前記酸化アルミニウム層およびＴｉ化合物層を貫通して基体方向へと伝播進展することを抑制し、その結果として、強断続切削における硬質被覆層の脱落、チッピング発生、欠損の発生を防止できること。

（ｃ）上記酸化クロム層中の複数の微少空孔は、酸化アルミニウム層上に酸化クロム層を化学蒸着し、その後、該酸化クロム層上にさらに窒化チタン層を化学蒸着することによって形成されること。即ち、酸化アルミニウム層上に蒸着形成された酸化クロム層上に窒化チタン層を化学蒸着すると、酸化クロム層から窒化チタン層へと酸素の拡散が生じ、窒化チタン層側へと拡散してきた酸素成分は、窒化チタン層の構成成分であるチタン、窒素と反応し、窒酸化チタンを形成するようになり、一方、酸化クロム層中には酸素成分の欠乏領域が形成され、そして、窒化チタンの化学蒸着が継続され、酸素の拡散反応がさらに進むと、酸化クロム層中には、次第に複数の微少空孔が形成されるようになること。

（ｄ）酸化クロム層中に形成される複数の微少空孔の大きさと存在割合は、酸化クロム層の縦断面を走査型電子顕微鏡によって組織観察することにより特定することができ、また、上記微少空孔の大きさと存在割合は、酸化クロム層上に蒸着形成する窒化チタン層の化学蒸着条件を変更することにより調整することができること。
即ち、組織観察を行った酸化クロム層の縦断面領域の層厚方向と直交する方向の測定領域の長さをＬ（μｍ）とし、組織観察を行った縦断面領域内の酸化クロム層中にｎ個の微少空孔が存在した場合、ｎ個の微少空孔のうちの微少空孔ｉ（ｉ＝１，２，・・ｎ。但し、ｎは、組織観察を行った縦断面領域内に存在する微少空孔の数を表す。）について、層厚方向と直交する方向の微少空孔ｉの空孔幅の値Ｌｉ（μｍ）を測定し、微少空孔ｉにおいて、Ｌｉ（μｍ）の値が最大となる微少空孔最大幅Ｌｉmaxを求め、さらに、ｎ個の微少空孔ｉ（但し、ｉ＝１，２，・・ｎ）について、微少空孔ｉの夫々の最大幅Ｌｉmax（但し、ｉ＝１，２，・・ｎ）の合計値Ｌmaxを求めた場合、
微少空孔最大幅Ｌｉmaxは、
０．５（μｍ）≦Ｌｉmax≦３（μｍ） （但し、ｉ＝１，２，・・ｎ）
を満足し、かつ、
微少空孔最大幅Ｌｉmaxの合計値Ｌmaxと測定領域の長さＬ（μｍ）の割合（以下、空孔率という）は、
５（％）≦Ｌmax×１００／Ｌ≦３０（％）
（但し、Ｌmax＝Ｌ_１max＋Ｌ_２max＋・・・＋Ｌ_ｎmax）
を満足するように、窒化チタン層の化学蒸着条件を調整して酸化クロム層中に複数の微少空孔を形成すると、上記微少空孔は、機械的・熱的衝撃を緩和吸収するとともに、微少亀裂が層厚方向の前記酸化アルミニウム層およびＴｉ化合物層へ伝播進展することを抑制する作用を有し、その結果として、硬質被覆層は耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するようになること。

（ｅ）上記下部層と上記上部層で構成された硬質被覆層を蒸着形成してなる本発明の被覆工具は、鋼や鋳鉄の高送り、高切込み等の強断続切削加工においても、下部層であるＴｉ化合物層がすぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を有し、さらに、酸化アルミニウム層、酸化クロム層、窒酸化チタン層で構成された上部層のうち、酸化クロム層中に、微少空孔最大幅Ｌｉmaxが０．５〜３μｍかつ空孔率５〜３０（％）の微少空孔が存在することによって、酸化アルミニウム層の高温硬さ低下を招くことなく、強断続切削加工時に発生する機械的・熱的衝撃を緩和吸収し、また、層中の微少亀裂の層厚方向への伝播進展を抑制する作用を有する結果、強断続切削における耐チッピング性の向上及び耐摩耗性の向上が図られ、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｅ）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、
「 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、下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
上記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層で構成され、
上記上部層は、平均層厚は０．５〜１５μｍの酸化アルミニウム層上に酸化クロム層が設けられ、さらに該酸化クロム層上に窒酸化チタン層が設けられた多層構造として構成され、酸化クロム層と窒酸化チタン層の合計平均層厚は４〜８μｍであり、さらに、上記酸化クロム層には複数の微少空孔が存在し、層厚方向と直交する方向に測定した各微少空孔の空孔最大幅は０．５〜３μｍであり、また、層厚方向と直交する方向に測定した各微少空孔の空孔最大幅の合計値は、層厚方向と直交する測定領域長さの５〜３０％であることを特徴とする表面被覆切削工具（被覆工具）。」
に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）下部層
Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層は、硬質被覆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、工具基体と酸化アルミニウム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接合強度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、特に高熱発生を伴う強断続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）上部層の酸化アルミニウム層
上部層の酸化アルミニウム層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を備え、すぐれた耐摩耗性を示すが、平均層厚が０．５μｍ未満では、十分な耐摩耗性を発揮することができず、また、平均層厚が１５μｍを超えると、強断続切削という厳しい切削条件下では高温強度が不足し、チッピングが発生しやすくなることから、その平均層厚を０．５〜１５μｍとした。

（ｃ）上部層の酸化クロム層と空孔率
上部層の酸化クロム層は、酸化アルミニウム層との密着性にすぐれ、また高温安定性にもすぐれていることに加え、酸化クロム層中に、微少空孔最大幅Ｌｉmaxが０．５〜３μｍかつ空孔率５〜３０％の複数の微少空孔が存在していることによって、高い発熱を伴い、かつ、大きな機械的・衝撃的負荷がかかる高送り、高切込み等の強断続切削条件で切削を行った場合にも、微少空孔が機械的・衝撃的負荷を緩和吸収し、あるいは、被覆工具表面から工具基体方向（即ち、層厚方向）への微少亀裂の伝播進展を阻止することによって、強断続切削における耐チッピング性の向上が図られる。
ただ、微少空孔最大幅Ｌｉmaxが０．５μｍ未満あるいは空孔率が５％未満では、強断続切削で発生する衝撃等を微少空孔で十分緩和吸収することができないばかりか、微少亀裂の伝播進展を阻止することもできず、一方、微少空孔最大幅Ｌｉmaxが３μｍを超えたり空孔率が３０％を超えると、酸化クロム層自体の高温強度の低下、酸化クロム層と酸化アルミニウム層との接合強度の低下により、酸化クロム層の剥離、欠損が生じやすくなることから、酸化クロム層中に存在する複数微少空孔の微少空孔最大幅Ｌｉmaxを０．５〜３μｍかつ微少空孔の存在割合（空孔率）を５〜３０％と定めた。

（ｄ）上部層の窒酸化チタン層
上部層の前記酸化クロム層中に、微少空孔最大幅Ｌｉmaxが０．５〜３μｍ、かつ、空孔率が５〜３０％の複数微少空孔を生成させる手順並びに該酸化クロム層上に窒酸化チタン層を形成する手順は、例えば次のとおりである。
まず、下部層（Ｔｉ化合物層）上に化学蒸着で酸化アルミニウム（α型酸化アルミニウムばかりでなく、例えば、κ型酸化アルミニウムも可）層を形成した後、
（ｄ−１）該酸化アルミニウム層上に、
反応ガス組成（容量％）：
ＣｒＣｌ_３：０．３〜３％、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：７〜２５ ｋＰａ、
とし、かつ、オージェ分光分析装置で測定して、Ｃｒに対する酸素の割合が原子比で１．３〜１．８、即ち、
組成式：ＣｒＯ_Ｗ 、
で表わした場合、
Ｗ：原子比で１．３〜１．８、
を満足する、酸化クロム層を化学蒸着で形成し、
（ｄ−２）次いで、該酸化クロム層上に、
反応ガス組成（体積％）：
ＴｉＣｌ_４： ６〜１０％、Ｎ２：２５〜４５％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９９０〜１０９０ ℃、
反応雰囲気圧力：４０〜６０ ｋＰａ、
とした条件で、窒化チタン層を化学蒸着で形成し、しかも、上記酸化クロム層と上記窒化チタン層の合計層厚が４〜８μｍとなるように化学蒸着すると、
（ｄ−３）上記窒化チタン層の蒸着形成時に、その下方の酸化クロム層の酸素が拡散してくるために、上記窒化チタン層は、最終的に、窒酸化チタン層として構成されるようになるが、この場合、上記窒酸化チタン層形成後の上記酸化クロム層は、厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定すると、酸素の割合がＣｒに対する原子比で０．８〜１．１、即ち、
組成式：ＣｒＯ_Ｘ 、
で表わした場合、
Ｘ：原子比で０．８〜１．１、
を満足する酸化クロム層となり、同時に、減少した酸素割合に応じて、酸化クロム層中には、空孔率５〜３０％の複数の微少空孔が形成され、
（ｄ−４）また、上記窒酸化チタン層は、同じく厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定すると、拡散酸素の割合が窒素（Ｎ）に対する原子比で０．０５〜０．３、即ち、
組成式：ＴｉＮ_１−Ｙ（Ｏ）_Ｙ、
で表わした場合（ただし、（Ｏ）は上記酸化クロム層からの拡散酸素を示す）、
Ｙ：原子比で０．０５〜０．３、
を満足する窒酸化チタン層が形成される。
そして、上記（ｄ−２）の諸条件を変更することにより、拡散酸素（Ｏ）の量を調製することができ、同時に、酸化クロム層中に形成される微少空孔の空孔率および微少空孔最大幅Ｌｉmaxを調整することができる。
ただ、上記窒酸化チタン層の平均層厚と、これに隣接する前記酸化クロム層の平均層厚との合計層厚が４μｍ未満では、酸化クロム層中に衝撃等を緩和吸収し、微少亀裂の伝播進展を阻止する微少空孔を十分形成することができず、一方、上記合計層厚が８μｍを超えると、酸化アルミニウム層との接合強度が低下するとともに、酸化クロム層、窒酸化チタン層自体の高温強度が低下し、上部層に剥離、欠損が生じやすくなることから、窒酸化チタン層と酸化クロム層の平均層厚の合計平均層厚は、４〜８μｍと定めた。

なお、一般に、化学蒸着により形成された各層には内部引張応力が残留し、この内部残留引張応力は切削加工時の耐チッピング性を劣化させることが知られているが、この発明においては、上部層の最表層に対して引張応力低減化処理としてブラスト処理等を行うことにより、引張残留応力の低下ないし除去、また、表面の平滑化を図り、耐チッピング性のさらなる向上を図ることができる。引張応力低減化処理としては、ＳｉＣ、ＺｒＯ_２粒子等をメディアとして使用する乾式あるいは湿式ブラスト処理ばかりでなく、砥石、ナイロン製等のブラシによって行うこともでき、その手段はブラスト処理のみに限定されるものではない。

この発明の被覆工具は、硬質被覆層を構成する下部層のＴｉ化合物層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、かつ、酸化アルミニウム層、酸化クロム層および窒酸化チタン層で構成された上部層が、高温硬さと耐熱性を備え、特に、酸化クロム層中に存在する複数の微少空孔が、強断続切削時の機械的・衝撃的負荷を緩和吸収すると同時に、微少亀裂の伝播進展を阻止するよう作用することから、各種の鋼や鋳鉄の高送り、高切込み等の強断続切削という厳しい条件下の切削加工に用いた場合においても、チッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するものである。

つぎに、この発明の被覆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、Ｃr₃ Ｃ₂ 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、ボールミルで７２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６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｆを形成した。

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（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：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ系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５に示される目標層厚のＴｉ化合物層を下部層として化学蒸着で形成し、
ついで、表４に示される条件にて、表５に示される目標層厚の酸化アルミニウム層、酸化クロム層および窒化チタン層を化学蒸着し、酸化アルミニウム層、酸化クロム層および窒酸化チタン層からなる上部層を形成し、
下部層と上部層からなる硬質被覆層を備えた本発明被覆工具１〜１２を製造した。

上記本発明被覆工具１〜１２の硬質被覆層について、上部層の上記酸化クロム層および窒酸化チタン層について、窒化チタン層蒸着前の酸化クロム層中の酸素含有割合（Ｗ値）、窒化チタン層蒸着後の酸化クロム層中の酸素含有割合（Ｘ値）および窒化チタン層を酸化クロム層上へ蒸着し窒酸化チタン層を形成した後の窒酸化チタン層中の酸素含有割合（Ｙ値）を、各層の厚さ方向中央部をオージェ分光分析装置で測定した値を表６に示す。

また、上記本発明被覆工具１〜１２の酸化クロム層の縦断面領域について、層厚方向と直交する方向の長さＬ＝１０（μｍ）の測定領域を走査型電子顕微鏡により組織観察を行い、酸化クロム層中に存在する複数の微少空孔の空孔幅の値Ｌｉ（μｍ）を測定し、また、微少空孔最大幅Ｌｉmaxを求め、さらに、微少空孔最大幅Ｌｉmaxの合計値Ｌmaxと測定領域の長さＬ（μｍ）の割合（空孔率）を求めたので、これらの値を表６に示す。

比較の目的で、工具基体Ａ〜Ｃおよびａ〜ｃ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７（表５）に示される目標層厚のＴｉ化合物層を下部層として化学蒸着で形成し、
ついで、表４に示される条件にて、表７に示される目標層厚の酸化アルミニウム層と酸化クロム層を化学蒸着し、酸化アルミニウム層と酸化クロム層からなる上部層を形成し、
下部層と、酸化アルミニウム層と酸化クロム層で構成された上部層からなる硬質被覆層を備えた比較被覆工具１〜３、７〜９を製造した。
また、工具基体Ｄ〜Ｆおよびｄ〜ｆのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、比較被覆工具１〜３、７〜９と同様に、表３に示される条件にて、表７（表５）に示される目標層厚のＴｉ化合物層を下部層として化学蒸着で形成し、
ついで、表４に示される条件にて、表５に示される目標層厚の酸化アルミニウム層と窒化チタン層を化学蒸着し、酸化アルミニウム層と窒化チタン層からなる上部層を形成し、
下部層と、酸化アルミニウム層と窒化チタン層で構成された上部層からなる硬質被覆層を備えた比較被覆工具４〜６、１０〜１２を製造した。
さらに、工具基体Ａに対しては、特開２００３−１９６０３号公報に記載される方法により、下部層と、空孔率２０％の多孔質酸化アルミニウム層と、平均層厚３μｍの窒化チタン層からなる硬質被覆層を備えた参考被覆工具を製造した。

比較被覆工具１〜１２については、実施例と同様な方法により求めた、酸化クロム層中あるいは窒化チタン層中の微少空孔最大幅Ｌｉmaxと空孔率の値を表８に示す。

また、上記本発明被覆工具１〜１２、比較被覆工具１〜１２および参考被覆工具の硬質被覆層の各構成層の厚さを、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、上記の各種の被覆工具を、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、本発明被覆工具１〜１２、比較被覆工具１〜１２および参考被覆工具について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．０ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ９ 分、
の条件（切削条件Ａ）での合金鋼の乾式断続高送り高切込み切削加工試験（通常の切り込みおよび送りは、それぞれ、１．５ｍｍ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ３００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １２ 分、
の条件（切削条件Ｂ）での炭素鋼の乾式断続高切込み切削加工試験（通常の切り込みおよび送りは、それぞれ、１．５ｍｍ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣ３００の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．５ ｍｍ、
送り： ０．５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： １０ 分、
の条件（切削条件Ｃ）での鋳鉄の乾式断続高送り高切込み切削加工試験（通常の切り込みおよび送りは、それぞれ、１．５ｍｍ、０．３ｍｍ／ｒｅｖ．）、
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９に示した。

表５〜９に示される結果から、本発明被覆工具は、高い熱発生を伴いかつ切刃に大きな機械的・衝撃的負荷がかかる高送り・高切込み強断続切削でも、硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層がすぐれた高温硬さと耐熱性、さらにすぐれた高温強度を有し、かつ、酸化アルミニウム層、酸化クロム層および窒酸化チタン層で構成された上部層が、高温硬さと耐熱性を備え、特に、酸化クロム層中に存在する複数の微少空孔が、強断続切削時の機械的・衝撃的負荷を緩和吸収すると同時に、微少亀裂の伝播進展を阻止するよう作用することから、チッピングの発生がなく、かつ、すぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するのに対して、上部層の酸化クロム層中に所定の微少空孔最大幅および所定空孔率の微少空孔が存在しない比較被覆工具においては、高い発熱を伴いかつ大きな機械的・衝撃的負荷がかかる強断続切削では、硬質被覆層中の微少亀裂の伝播進展を抑えることができず、剥離、欠損、チッピングが生じやすく、また、硬質被覆層が多孔質酸化アルミニウム層で構成された参考被覆工具においては、酸化アルミニウム層の多孔質化による高温硬さの低下によって、耐摩耗性が劣化するため、比較被覆工具、参考被覆工具のいずれにおいても、比較的短時間で使用寿命に至る。

上述のように、この発明の被覆工具は、特に各種の鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工は勿論のこと、特に切刃に対し大きな機械的・衝撃的負荷がかかると共に高い熱発生を伴う高送り・高切込みの強断続切削加工でも、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、切削加工装置の高性能化および自動化、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。

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、下部層と上部層とからなる硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆切削工具において、
   上記下部層は、３〜２０μｍの合計平均層厚を有し、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、窒酸化物層および炭窒酸化物層のうちの１層または２層以上からなるＴｉ化合物層で構成され、
   上記上部層は、平均層厚は０．５〜１５μｍの酸化アルミニウム層上に酸化クロム層が設けられ、さらに該酸化クロム層上に窒酸化チタン層が設けられた多層構造として構成され、酸化クロム層と窒酸化チタン層の合計平均層厚は４〜８μｍであり、さらに、上記酸化クロム層には複数の微少空孔が存在し、層厚方向と直交する方向に測定した各微少空孔の空孔最大幅は０．５〜３μｍであり、また、層厚方向と直交する方向に測定した各微少空孔の空孔最大幅の合計値は、層厚方向と直交する測定領域長さの５〜３０％であることを特徴とする表面被覆切削工具。