JP2011083877A - 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切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体の表面に、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、（ａ）下部層はＴｉ化合物層、（ｂ）上部層は、α型Ａｌ_２Ｏ_３相、κ型Ａｌ_２Ｏ_３相およびＴｉ化合物相の混合組織層からなり、（ｃ）上部層において、α型Ａｌ_２Ｏ_３相含有割合（＝α型Ａｌ_２Ｏ_３相／（α型Ａｌ_２Ｏ_３相＋κ型Ａｌ_２Ｏ_３相））は０．６〜０．９、また、Ｔｉ化合物相は、ＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｓ_４を少なくとも含み、（ｄ）上部層におけるＴｉ含有割合（＝Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｏ＋Ｓ））は０．３〜３ａｔ％、Ｓ含有割合（＝Ｓ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｏ＋Ｓ））は０．１〜２ａｔ％、さらに、Ｔｉ_３Ｓ_４は、Ｔｃ（１００）＞２を満足する配向性を有する。
【選択図】 なし

Description

この発明は、例えば、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷に繰り返し作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、被削材との潤滑性に優れかつチッピングを発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能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。

特許文献１に示すように、従来、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）下部層が、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層からなる１〜８μｍの層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、８５％以上のκ型Ａｌ₂Ｏ₃相と残部がα型Ａｌ₂Ｏ₃相からなるＡｌ₂Ｏ₃層、あるいは、さらにＴｉを含有させたＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層（従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層という）、
からなる硬質被覆層を蒸着形成した被覆工具（従来被覆工具という）が知られており、この従来被覆工具は、耐摩耗性に優れることが知られている。

また、非特許文献１には、ＣＶＤ法により成膜されたＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃コーティングについて開示されており、特に、摩擦係数に及ぼすＴｉ含有量の影響として、例えば、α型Ａｌ₂Ｏ₃相とＴｉ_２Ｓ_３相の混合相からなる０．９ａｔ％Ｔｉを含有するＡｌ₂Ｏ₃層は、Ｔｉを含有しないＡｌ₂Ｏ₃層に比して高温摩擦係数が低下すること、また、α型Ａｌ₂Ｏ₃相とＴｉ_２Ｓ_３相とＴｉ_３Ｏ_５相とＡｌ_２ＴｉＯ_５相の混合相からなる４．２ａｔ％Ｔｉを含有するＡｌ₂Ｏ₃層では、より一段と高温摩擦係数が低下することが述べられているが、このＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃コーティング（以下、従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層という）についての切削性能評価は行われていない。

特公昭６１−１５１４９号公報

「Ｓｕｒｆａｃｅ ＆ Ｃｏａｔｉｎｇｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」２０３（２００８）ｐ．３５０〜３５６

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、切削加工は一段と高速化、高能率化する傾向にあるが、上記従来被覆工具においては、これを低合金鋼や炭素鋼などの一般鋼、さらにねずみ鋳鉄などの普通鋳鉄の通常条件下での切削加工に用いた場合には特に問題はないが、特にこれを、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が繰り返し作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削加工に用いた場合には、硬質被覆層の強度および潤滑性が十分でないため、切刃部にチッピング（微少欠け）を発生しやすくなり、その結果、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、高熱発生を伴い、かつ、切刃に対して、断続的かつ衝撃的な負荷が繰り返し作用する高速断続切削加工に用いた場合にも、すぐれた耐チッピング性を備え、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。

前記特許文献１に示される従来被覆工具の従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層は、
例えば、通常の化学蒸着装置にて、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：２％、ＣＯ₂：６％、ＴｉＣｌ_４：０．２％、ＣＯ：１．９％、Ｈ₂：９０％、
ガス流速： ２ｍ／ｓ、
反応雰囲気温度：１０１０℃、
反応雰囲気圧力：５０Ｔｏｒｒ、
の条件で蒸着形成することができるが、この成膜法により得た従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層として蒸着形成した被覆工具は、高速断続切削条件で用いた場合には、チッピングの発生等により寿命が短いものであった。
一方、前記非特許文献１には、従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜条件についての具体的な開示はないが、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：２〜５％、ＣＯ₂：４〜１０％、ＴｉＣｌ_４：０．２３％以下、ＨＣｌ：２〜５％、Ｈ₂Ｓ：０．１０〜０．３０％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：１００５℃、
反応雰囲気圧力：６０Ｔｏｒｒ、
という条件で従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を成膜したところ、層中に存在するＴｉＯ_２相、Ｔｉ_３Ｓ_４相によって、α型Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＴｉ化合物との粒界強度が低下し、そのため、従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層とする被覆工具を高速断続切削条件で用いた場合には、従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層の場合と同様、チッピングの発生等により寿命が短いものであった。

そこで、本発明者等は、耐チッピング性に優れたＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層の成膜条件について更に検討を進めたところ、
第一段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：０．１〜１％、ＣＯ₂：１〜２％、ＴｉＣｌ_４：０．１〜１％、ＨＣｌ：１〜２％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９８０〜１０２０℃、
反応雰囲気圧力：４０〜６０Ｔｏｒｒ、
という条件で成膜した後、
第二段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：２〜５％、ＣＯ₂：８〜１２％、ＴｉＣｌ_４：０．３〜０．９％、ＨＣｌ：２〜５％、Ｈ₂Ｓ：０．４０〜０．８０％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９００〜９６０℃、
反応雰囲気圧力：４０〜６０Ｔｏｒｒ、
という条件でＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を成膜した場合には、耐チッピング性に優れたＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を成膜し得ることを知見した。
即ち、上記成膜条件でＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を成膜した場合には、α型Ａｌ₂Ｏ₃相とκ型Ａｌ₂Ｏ₃相とＴｉ化合物相との混合組織からなるＴｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層（以下、改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層という）が形成され、さらに、該Ｔｉ化合物相には、チタン酸化物（以下、ＴｉＯ_２で示す）相およびチタン硫化物（以下、Ｔｉ_３Ｓ_４で示す）相が含まれていた。
そして、上記改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層として被覆形成した被覆工具を、鋼や鋳鉄の高速断続切削加工に供したところ、改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層中に含有されるＴｉＯ_２相およびＴｉ_３Ｓ_４相は、粒界強度の低下を招くことなく、むしろ、硬質被覆層の強度を高め、かつ、潤滑性を高めるため、チッピングの発生を抑制するとともに、長期の使用に亘って優れた切削性能を発揮することを見出したのである。

この発明は、上記知見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、
（ａ）下部層は、チタンの炭化物層、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の合計平均層厚を有するチタン化合物層からなり、
（ｂ）上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有し、α型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相、κ型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相およびチタン酸化物とチタン硫化物を少なくとも含むチタン化合物相との混合組織層からなり、
（ｃ）上記上部層において、κ型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相との合量に占めるα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相の含有割合は６０〜９０％であり、
（ｄ）上記上部層における、チタンとアルミニウムと酸素と硫黄の合計量に占めるチタンの含有割合は０．３〜３原子％、また、硫黄の含有割合は０．１〜２原子％であり、さらに、チタン硫化物はＴｃ（１００）＞２を満足する配向性を備えている、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。

以下に、この発明の被覆工具の硬質被覆層について、詳細に説明する。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
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層以上からなるＴｉ化合物層は、自身の具備するすぐれた靭性及び耐摩耗性によって硬質被覆層の高温強度向上に寄与するほか、工具基体と改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層からなる上部層のいずれにも強固に密着し、硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上にも寄与する作用を有するが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生下の高速断続切削条件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、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。

（ｂ）改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層（上部層）
上部層を構成する改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層は、既に述べたように、
通常の化学蒸着装置を用い、
第一段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：０．１〜１％、ＣＯ₂：１〜２％、ＴｉＣｌ_４：０．１〜１％、ＨＣｌ：１〜２％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９８０〜１０２０℃、
反応雰囲気圧力：４０〜６０Ｔｏｒｒ、
という条件で成膜した後、
第二段階として、
反応ガス組成：容量％で、ＡｌＣｌ₃：２〜５％、ＣＯ₂：８〜１２％、ＴｉＣｌ_４：０．３〜０．９％、ＨＣｌ：２〜５％、Ｈ₂Ｓ：０．４０〜０．８０％、Ｈ₂：残り、
反応雰囲気温度：９００〜９６０℃、
反応雰囲気圧力：４０〜６０Ｔｏｒｒ、
という条件で蒸着することによって成膜することができる。
得られた改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層は、α型Ａｌ₂Ｏ₃相とκ型Ａｌ₂Ｏ₃相とＴｉ化合物相との混合組織から構成され、さらに、該Ｔｉ化合物相には、少なくともＴｉＯ_２およびＴｉ_３Ｓ_４が含有されている。

上記改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層について、Ｘ線回折を行い、Ｘ線回折ピーク強度比からα型Ａｌ₂Ｏ₃相とκ型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合を求めると、κ型Ａｌ₂Ｏ₃相との合量に占めるα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合は６０〜９０％となる。
α型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合は、上記２段階の蒸着によって影響される。第一段階では、ＡｌＣｌ₃とＴｉＣｌ_４を０．１〜１％と少量添加することで、所望のα，κ型Ａｌ₂Ｏ₃核を形成し、その後、第二段階のＴｉＣｌ_４添加量と蒸着温度の制御によって所望のα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合を得る。
第二段階でのＴｉＣｌ_４添加量が０．９％を超えるとα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合が６０％未満になり高温強度が低下する。一方、第二段階でのＴｉＣｌ_４添加量が０．３％未満になるとα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合が９０％以上となり、κ型Ａｌ₂Ｏ₃相の特性である熱遮蔽効果が低下するため、κ型Ａｌ₂Ｏ₃相との合量に占めるα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合を６０〜９０％と定めた。

また、上記改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層からなる上部層において、Ｔｉ含有割合は、反応ガスにおけるＴｉＣｌ_４濃度によって影響される。
そして、ＴｉはＴｉＯ_２相として存在し、α型Ａｌ₂Ｏ₃相とκ型Ａｌ₂Ｏ₃相が共存する本発明の改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層においては、Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＴｉ_３Ｓ_４粒子間の粒界強度を向上させる作用があり、上部層の強度向上に寄与する。
ただ、Ｔｉの含有割合（原子％）を、Ｔｉ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｏ＋Ｓ）×１００で表した場合、Ｔｉの含有割合が０．３ａｔ％未満ではＡｌ₂Ｏ₃粒子とＴｉ_３Ｓ_４粒子間の粒界強度向上がみられず、一方、Ｔｉの含有割合が３ａｔ％を超えた場合にはα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合が６０％未満になるため、Ｔｉの含有割合は０．３〜３ａｔ％と定めた。

また、上部層におけるＳの含有割合は、反応ガスにおけるＨ₂Ｓ濃度によって影響される。
ＳはＴｉ_３Ｓ_４相として存在し、本発明の改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層においては、付着強度を向上させるとともに、切削加工時に被削材との濡れ性を改善する作用があり、その結果、上部層の強度向上および潤滑性向上に寄与する。
特に、前記本発明の成膜条件で改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を成膜した場合には、上記Ｔｉ_３Ｓ_４相は、Ｔｃ（１００）＞２を満足する配向性を備えるようになり、この点からも上部層の強度はより一段と向上する。
ただ、Ｓの含有割合（原子％）を、Ｓ／（Ｔｉ＋Ａｌ＋Ｏ＋Ｓ）×１００で表した場合、Ｓの含有割合が０．１ａｔ％未満では、切削時に被削材との濡れ性を十分に発揮できず、一方、Ｓの含有割合が２ａｔ％を超えた場合には、Ａｌ₂Ｏ₃粒子とＴｉ_３Ｓ_４粒子間の粒界強度が低下するため、Ｓの含有割合を０．１〜２ａｔ％と定めた。
また、Ｔｉ_３Ｓ_４相についてのＴｃ（１００）＞２は、
一般式：
Ｔｃ（ｈｋｌ）＝Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ_０（ｈｋｌ）
×[１／ＮΣ｛Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ_０（ｈｋｌ）｝]^−１
にしたがい、Ｔｉ_３Ｓ_４相が（１００）面に配向している配向係数が２を超えることを示すが、Ｔｃ（１００）＞２としたのは、Ｔｃ（１００）が２未満では切削時にチッピングが起こるが、Ｔｃ（１００）＞２では切削時におけるチッピングが起こらなかったためという理由による。

上記のとおり、この発明の被覆工具は、硬質被覆層の上部層を、α型Ａｌ_２Ｏ_３相、κ型Ａｌ_２Ｏ_３相およびＴｉ化合物相の混合組織層で構成し、該混合組織層におけるα型Ａｌ_２Ｏ_３相含有割合を０．６〜０．９とし、また、Ｔｉ化合物相としては少なくともＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｓ_４を形成し、さらに、Ｔｉ_３Ｓ_４にはＴｃ（１００）＞２を満足する配向性を有せしめることにより、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が繰り返し作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、被削材との潤滑性に優れかつチッピングを発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する被覆工具を提供するものである。

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２〜４μｍ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セトン中で２４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〜Ｅ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、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で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・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｅを形成した。

ついで、これらの工具基体Ａ〜Ｅおよび工具基体ａ〜ｅ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に示される目標層厚の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、表４に示される条件にて、表８に示される目標層厚の改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層を硬質被覆層の上部層として蒸着形成することにより本発明被覆工具１〜１０をそれぞれ製造した。

また、比較の目的で、硬質被覆層の下部層を表３に示される条件にて形成し、上部層を表５に示される条件にて形成することにより、表９に示される目標層厚の従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層（前記特許文献１に相当）からなる硬質被覆層を設けた従来被覆工具１〜５をそれぞれ製造した。

さらに、比較の目的で、硬質被覆層の下部層を表３に示される条件にて形成し、上部層を表６に示される条件にて形成することにより、表９に示される目標層厚の従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層（前記非特許文献１に相当）からなる硬質被覆層を設けた参考被覆工具６〜１０をそれぞれ製造した。
なお、従来被覆工具１〜５および参考被覆工具６〜１０の工具基体種別、下部層種別及び下部層厚は、それぞれ、本発明被覆工具１〜１０のそれと同じである。

ついで、上記の本発明被覆工具１〜１０、従来被覆工具１〜５および参考被覆工具６〜１０の硬質被覆層の上部層を構成する改質Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層、従来Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層および従来α型Ｔｉ含有Ａｌ₂Ｏ₃層について、Ｘ線回折を行い、Ｘ線回折ピーク強度比からα型Ａｌ₂Ｏ₃相とκ型Ａｌ₂Ｏ₃相の合計に占めるα型Ａｌ₂Ｏ₃相の含有割合を求めた。
また、オージェ分光分析により、上部層に含有されるＴｉ含有量及びＳ含有量を求めた。
さらに、上部層に存在するＴｉ_３Ｓ_４については、そのＴｃ（１００）を次の式、
Ｔｃ（１００）＝Ｉ（１００）／Ｉ_０（１００）
×[１／ＮΣ｛Ｉ（ｈｋｌ）／Ｉ_０（ｈｋｌ）｝]^−１
ここで、
Ｉ（ｈｋｌ）：（ｈｋｌ）面の測定したＸ線回折強度、
Ｉ_０（ｈｋｌ）：ＪＣＰＤＳパウダーの（ｈｋｌ）面のＸ線回折データの強度、
Ｎ：計算に使用した結晶面であり、使用した（ｈｋｌ）結晶面数、
使用した（ｈｋｌ）面：（１００），（００４），（１０２），（１０３），（００６），（１０５），（１１０），（２０３），（２０４）
により求めた。
上記で求めたそれぞれの値を表８、表９に示す。

また、上記の本発明被覆工具１〜１０、従来被覆工具１〜５および参考被覆工具６〜１０の硬質被覆層の下部層、上部層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（縦断面測定）した。
その値を表８、表９に示す。

つぎに、上記の本発明被覆工具１〜１０、従来被覆工具１〜５および参考被覆工具６〜１０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・ＳＣＭ４３５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： １．５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ａという）でのクロムモリブデン合金鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ）、
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： ３００ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．１３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｂという）での炭素鋼の乾式高速断続切削試験（通常の切削速度は、２５０ｍ／ｍｉｎ．）、
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： ３５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： １．５ ｍｍ、
送り： ０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５ 分、
の条件（切削条件Ｃという）での鋳鉄の乾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１０に示した。

表８〜１０に示される結果から、本発明被覆工具１〜１０は、硬質被覆層の上部層がα型Ａｌ_２Ｏ_３相、κ型Ａｌ_２Ｏ_３相およびＴｉ化合物相の混合組織層で構成され、該混合組織層におけるα型Ａｌ_２Ｏ_３相含有割合は０．６〜０．９であり、Ｔｉ化合物相としては少なくともＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｓ_４が含有され、該Ｔｉ_３Ｓ_４がＴｃ（１００）＞２を満足する配向性を有することから、切刃に対して断続的・衝撃的負荷が繰り返し作用する鋼や鋳鉄の高速断続切削加工において、被削材との潤滑性に優れかつチッピングを発生することなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮する。
これに対して、硬質被覆層の上部層にＴｉＯ_２、Ｔｉ_３Ｓ_４を含むＴｉ化合物相が形成されておらず、しかも、α型Ａｌ_２Ｏ_３相含有割合の小さい従来被覆工具１〜５、あるいは、硬質被覆層の上部層にκ型Ａｌ_２Ｏ_３相が存在しない参考被覆工具６〜１０においては、チッピング発生あるいは耐摩耗性の劣化等によって、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、この発明の被覆工具は、各種の鋼や鋳鉄などの通常条件の切削加工は勿論のこと、高熱発生を伴うとともに切刃に対して断続的かつ衝撃的負荷が作用する高速断続切削加工でも、すぐれた潤滑性を発揮するとともにチッピングの発生を抑えることができ、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。

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、
   （ａ）下部層は、チタンの炭化物層、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の合計平均層厚を有するチタン化合物層からなり、
   （ｂ）上部層は、１〜１５μｍの平均層厚を有し、α型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相、κ型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相およびチタン酸化物とチタン硫化物を少なくとも含むチタン化合物相との混合組織層からなり、
   （ｃ）上記上部層において、κ型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相との合量に占めるα型の結晶構造を有する酸化アルミニウム相の含有割合は６０〜９０％であり、
   （ｄ）上記上部層における、チタンとアルミニウムと酸素と硫黄の合計量に占めるチタンの含有割合は０．３〜３原子％、また、硫黄の含有割合は０．１〜２原子％であり、さらに、チタン硫化物はＴｃ（１００）＞２を満足する配向性を備えている、
   ことを特徴とする表面被覆切削工具。