JP2011240435A - Surface coated cutting tool excellent in heat resistance and fusion resistance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関し、さらに詳しくは、例えば、Ｔｉ合金、ステンレス鋼などの難削材を、高熱発生を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性と耐溶着性を発揮する被覆工具に関するものである。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool). More specifically, for example, a difficult-to-cut material such as a Ti alloy or stainless steel is accompanied by high heat generation and a large mechanical load on the cutting edge portion. The present invention relates to a coated tool that exhibits excellent heat resistance and welding resistance when a hard coating layer is cut under such high-speed conditions.
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チップ、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、またスローアウエイチップを着脱自在に取り付けて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。 Generally, coated tools are used for throwaway inserts that are detachably attached to the tip of cutting tools for drilling and cutting of various materials such as steel and cast iron. There are drills and miniature drills used, as well as solid type end mills used for chamfering, grooving and shoulder machining of work materials, etc. A slow-away end mill tool that performs cutting is known.
また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物（（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ）層、あるいは、これにさらに、Ｓｉ、Ｂ、Ｙ、Ｚｒ、Ｖ等を微量添加含有させたＴｉとＡｌを主成分とする複合窒化物（以下、これらを総称して、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎという）層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるＡｌによって高温硬さと耐熱性、同Ｔｉによって高温強度を具備することから、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層がすぐれた高温強度、耐欠損性、耐摩耗性を示すことも知られている。 As a coated tool, for example, a Ti and Al composite nitride ((Ti, Al) N) layer or a small amount of Si, B, Y, Zr, V, etc. is added to the tool base surface. A coated tool provided with a composite nitride mainly containing Ti and Al (hereinafter collectively referred to as (Ti, Al, M) N) is also known. It is also known that the (Ti, Al, M) N layer exhibits excellent high temperature strength, fracture resistance, and wear resistance because it has high temperature hardness and heat resistance with certain Al and high temperature strength with the same Ti. Yes.
さらに、前記従来被覆工具が、例えば、図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Ｔｉ−Ａｌ−Ｍ合金と、アノード電極との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体表面に、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。 Furthermore, the conventional coated tool is loaded with a tool base in an arc ion plating apparatus which is one of physical vapor deposition apparatuses shown schematically in FIG. 2, for example, at a temperature of 500 ° C., for example. Arc discharge is performed between the cathode electrode in which an alloy corresponding to the composition of the hard coating layer is set, for example, a Ti-Al-M alloy, and the anode electrode under the condition of current: 90A. At the same time, nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas to form a reaction atmosphere of 2 Pa, for example. It is also known to be produced by vapor-depositing a hard coating layer composed of a (Ti, Al, M) N layer.
ところが、近年の切削加工装置のＦＡ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、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、これを、Ｔｉ合金、ステンレス鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部に局部的に高負荷がかかる高速条件で切削した場合には、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになり、この結果切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が急激に増加し、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。 However, in recent years, the FA of cutting machines has been remarkable. On the other hand, there has been a strong demand for labor saving and energy saving and further cost reduction for cutting work. However, in the conventional coated tool, this is applied to a work material such as a Ti alloy or stainless steel. There is no problem when used for cutting at a normal cutting speed, but when these materials are cut under high-speed conditions that cause high heat generation and a high load locally on the cutting edge, Due to the heat generated during cutting, the work piece and the chips are heated to a high temperature and the viscosity increases. As a result, the weldability to the surface of the hard coating layer increases further. Generation of (small chipping) increases rapidly, which is at present, leading to a relatively short time service life due.
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件で切削した場合においてもすぐれた耐熱性および耐溶着性を発揮する被覆工具を提供することである。 Therefore, a technical problem to be solved by the present invention, that is, an object of the present invention is to provide a coated tool that exhibits excellent heat resistance and welding resistance even when cutting under high-speed conditions with high heat generation. It is.
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特にＴｉ合金、ステンレス鋼などの難
削材の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性とすぐれた耐溶着性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、工具基体の表面に、Ｎｂとの合量に占めるＹの含有割合が１〜１５原子％となるようにＹ成分を含有させたＮｂとＹの複合窒化物層（以下、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層で示す）を硬質被覆層として形成した場合には、難削材の高速切削加工において、この被覆工具はすぐれた耐溶着性を発揮することを見出したのである。
さらに、本発明者らは、工具基体の表面に、前記従来被覆工具の硬質被覆層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を下部層として０．５〜５μｍの平均層厚で形成し、これの上に、Ｎｂとの合量に占めるＹの含有割合が１〜１５原子％となるようにＹ成分を含有させた前記（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層を上部層として形成すると、下部層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層は、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を示し、また、上部層である（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層はすぐれた耐熱性および耐溶着性を示すが、特に、上部層の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層中に含有されるＹ成分によって、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層の高温硬さが向上することから、高熱発生を伴う切削加工においても、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層のすぐれた耐溶着性は維持され、したがって、難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても被削材との耐溶着性にすぐれ、その結果、切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。
In view of the above, the inventors of the present invention have excellent heat resistance with a hard coating layer particularly when cutting difficult-to-cut materials such as Ti alloys and stainless steel under high-speed cutting conditions. As a result of diligent research to develop a coated tool that also has excellent welding resistance, the Y content is such that the Y content in the total amount with Nb is 1 to 15 atomic% on the surface of the tool base. When a Nb and Y composite nitride layer containing Nb (hereinafter referred to as (Nb, Y) N layer) is formed as a hard coating layer, this coated tool is excellent in high-speed cutting of difficult-to-cut materials. It has been found that it exhibits high welding resistance.
Further, the inventors of the present invention have a (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer, which is a hard coating layer of the conventional coated tool, on the surface of the tool base as a lower layer of 0.5 to 5 μm. The (Nb, Y) N layer containing the Y component so that the Y content in the total amount with Nb is 1 to 15 atomic% is formed on the upper layer. When formed as a layer, the lower layer (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer exhibits excellent high-temperature hardness, high-temperature strength and heat resistance, and is an upper layer (Nb , Y) N layer exhibits excellent heat resistance and welding resistance, and in particular, the high temperature hardness of the (Nb, Y) N layer depends on the Y component contained in the (Nb, Y) N layer of the upper layer. As a result, the excellent welding resistance of the (Nb, Y) N layer is maintained even in cutting with high heat generation. Therefore, in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, even if the cutting edge becomes hot, it has excellent welding resistance to the work material, and as a result, the occurrence of chipping (small chipping) at the cutting edge is suppressed. The inventors have obtained new knowledge that excellent wear resistance is exhibited over a long period of time, and have completed the present invention based on such knowledge.
本発明は、前記研究結果に基づいてなされたものであって、
「（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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、１〜５ μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。
（２） 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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ１−αＡｌα）Ｎ（ここで、αはＡｌの含有割合を示し、原子比で、０．４５≦α≦０．７５である）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）１〜５ μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
（３） 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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５ μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ１−α−βＡｌαＭβ）Ｎ（ここで、Ｍは、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、Ｙのうちから選ばれた１種又は２種以上の添加成分を示し、また、αはＡｌの含有割合、βはＭの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、０．４５≦α≦０．７５、０．０１≦β≦０．２５である）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
The present invention has been made based on the research results,
“(1) In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is formed on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer has an average layer thickness of 1 to 5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising a layer.
(2) In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composite nitriding of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α represents the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) A lower layer composed of physical layers,
(B) having an average layer thickness of 1 to 5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising an upper layer composed of layers.
(3) In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5 to 5 μm, and
Composition formula: (Ti 1-α-β Al α M β ) N (where M is a member selected from the group 4a, 5a, 6a elements except Si, Si, B, Y) Seeds or two or more kinds of additive components, α is a content ratio of Al, β is a content ratio of M, and atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75, 0.01 ≦ β ≦ A lower layer composed of a composite nitride layer of Ti and Al satisfying
(B) having an average layer thickness of 1-5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising an upper layer composed of layers. "
It is characterized by.
つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。 Next, the reason why the numerical values of the constituent layers of the hard coating layer of the coated tool of the present invention are limited as described above will be described.
（ａ）下部層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層の組成および平均層厚：
下部層を構成する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層の構成成分であるＡｌ成分には硬質被覆層における高温硬さを向上させ、同Ｔｉ成分には高温強度を向上させる作用があり、さらに、Ｍ成分のうちの、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、には硬質被覆層の耐摩耗性を向上させる作用があり、また、Ｙには硬質被覆層の高温耐酸化性を向上させる作用があるが、Ａｌの割合を示すα値がＴｉとの合量あるいはＴｉとＭの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．４５未満になると、所定の高温硬さを確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方Ａｌの割合を示すα値が同０．７５を越えると、相対的にＴｉの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温強度を確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になり、さらに、Ｍ成分の含有割合を示すβ値がＴｉとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満では、Ｍ成分を含有させたことによる耐摩耗性、高温耐酸化性等の特性向上が期待できず、一方同β値が０．２５を超えると、高温強度に低下傾向が現れるようになることから、α値を０．４５〜０．７５、β値を０．０１〜０．２５と定めた。
(A) Composition and average layer thickness of (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer constituting the lower layer:
The Al component, which is a component of the (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer constituting the lower layer, improves the high temperature hardness of the hard coating layer, and the Ti component has a high temperature strength. In addition, among the M components, the elements of the periodic table 4a, 5a, and 6a, except for Ti, Si and B, have the effect of improving the wear resistance of the hard coating layer. , Y has the effect of improving the high temperature oxidation resistance of the hard coating layer, but the α value indicating the proportion of Al accounts for the total amount of Ti or the total amount of Ti and M (atomic ratio, the same applies hereinafter). If it is less than 0.45, the predetermined high-temperature hardness cannot be secured, which causes a decrease in wear resistance. On the other hand, if the α value indicating the proportion of Al exceeds 0.75, relatively Ti content decreases, ensuring high temperature strength required for high speed cutting It is difficult to prevent the occurrence of chipping, and the β value indicating the content ratio of the M component is less than 0.01 in the proportion of the total amount with Ti (atomic ratio, the same applies hereinafter) However, improvement in properties such as wear resistance and high-temperature oxidation resistance due to the inclusion of the M component cannot be expected. On the other hand, if the β value exceeds 0.25, a tendency to decrease in high-temperature strength will appear. Therefore, the α value was set to 0.45 to 0.75, and the β value was set to 0.01 to 0.25.
また、その平均層厚が０．５ μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方、その平均層厚が５ μｍを越えると、前記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５ μｍと定めた。 Further, if the average layer thickness is less than 0.5 μm, it is insufficient to exhibit its excellent wear resistance over a long period of time, while if the average layer thickness exceeds 5 μm, In this high-speed cutting, chipping is likely to occur at the cutting edge, so the average layer thickness was determined to be 0.5 to 5 μm.
（ｂ）単層あるいは上部層を構成する（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層の組成
単層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層，（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層の上部層を構成するＮｂとＹの複合窒化物（（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ）層は、所定の高温硬さ、高温強度、耐溶着性を有するとともに、その構成成分であるＹ成分によって、すぐれた高温硬さを備えるようになり、そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐溶着性を発揮するようになるが、Ｙの含有割合を示すγ値がＮｂとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満になると、高温硬さを確保することができないために耐溶着効果を期待することはできず、一方、Ｙの割合を示すγ値が同０．１５を越えると、相対的にＮｂの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる潤滑性を確保することができないばかりか、耐溶着性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、γ値を０．０１〜０．１５（原子比、以下同じ）と定めた。
(B) Composition of (Nb, Y) N layer constituting single layer or upper layer Nb and Y constituting upper layer of single layer or (Ti, Al) N layer, (Ti, Al, M) N layer The composite nitride ((Nb, Y) N) layer has predetermined high-temperature hardness, high-temperature strength, and welding resistance, and also has excellent high-temperature hardness due to the Y component that is a component thereof. For this reason, a low friction coefficient is maintained even under high temperature cutting conditions, and excellent welding resistance is exhibited. However, the ratio of the γ value indicating the Y content to the total amount with Nb (atomic ratio, the same applies hereinafter) ) Less than 0.01, the high temperature hardness cannot be secured, so that the anti-welding effect cannot be expected. On the other hand, when the γ value indicating the proportion of Y exceeds 0.15, Lubrication required for high-speed cutting of difficult-to-cut materials. Not only can not be secured, welding resistance is also reduced, since it becomes difficult to prevent chipping, defining the γ value from 0.01 to 0.15 (atomic ratio, hereinafter the same) and.
そして、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層の平均層厚が１μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐熱性、耐溶着性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が５μｍを越えると、難削材の高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜５μｍと定めた。 If the average layer thickness of the (Nb, Y) N layer is less than 1 μm, it is insufficient to exhibit its excellent heat resistance and welding resistance over a long period, while the average layer thickness is 5 μm. If it exceeds 1, the cutting edge portion is likely to be chipped in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, so the average layer thickness was set to 1 to 5 μm.
そして、前記（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層は、例えば、図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、５００ ℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＮｂ−Ｙ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、また、必要に応じて、所定組成のＴｉ−Ａｌ合金からなるカソード電極（蒸発源）あるいは所定組成のＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、アノード電極と前記カソード電極（蒸発源）との間に、例えば、電流：１１０ Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、３ Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−１５０ Ｖのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる単層、前記（Ｔｉ，Ａｌ）層からなる下部層と（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる上部層の２層、あるいは、前記（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）層からなる下部層と（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる上部層の２層を蒸着することにより本発明の硬質被覆層を蒸着形成することができる。 The (Ti, Al) N layer, (Ti, Al, M) N layer, and (Nb, Y) N layer are, for example, arcs that are one type of physical vapor deposition apparatus schematically shown in FIG. A base electrode is inserted into an ion plating apparatus, and a cathode electrode (evaporation source) made of an Nb—Y alloy having a predetermined composition is disposed in the apparatus while the apparatus is heated to a temperature of, for example, 500 ° C. with a heater. If necessary, a cathode electrode (evaporation source) made of a Ti—Al alloy having a predetermined composition or a cathode electrode (evaporation source) made of a Ti—Al—M alloy having a predetermined composition is disposed, and the anode electrode and the cathode are arranged. For example, an arc discharge is generated between the electrode (evaporation source), for example, under the condition of current: 110 A, and simultaneously nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas to obtain a reaction atmosphere of, for example, 3 Pa. Examples of the substrate include For example, by vapor deposition under the condition that a bias voltage of −150 V is applied, a single layer composed of (Nb, Y) N layer, a lower layer composed of (Ti, Al) layer, and (Nb, Y) N layer The hard coating layer of the present invention is deposited by vapor-depositing two layers of the upper layer, or the lower layer consisting of the (Ti, Al, M) layer and the upper layer consisting of the (Nb, Y) N layer. Can be formed.
本発明の被覆工具によれば、単層の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層は優れた耐熱性と耐溶着性を備え、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層からなる下部層と（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる上部層の２層構造の硬質被覆層は、これに加えてさらにすぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を有し、また、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる下部層と（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる上部層の２層構造の硬質被覆層は、これらに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有することから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度等に加え、すぐれた耐溶着性を備えたものとなり、その結果、特にＴｉ合金、ステンレス鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐溶着性を示し、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。 According to the coated tool of the present invention, the hard coating layer composed of a single (Nb, Y) N layer has excellent heat resistance and welding resistance, and includes a lower layer composed of a (Ti, Al) N layer and (Nb , Y) The hard coating layer having a two-layer structure of the upper layer composed of the N layer has excellent high-temperature hardness, heat resistance, and high-temperature strength in addition to this, and (Ti, Al, M) N layer. In addition to these, the hard coating layer of the two-layer structure of the lower layer made of (Nb, Y) N layer has excellent wear resistance and high-temperature oxidation resistance. Overall, in addition to excellent high-temperature hardness, heat resistance, high-temperature strength, etc., it has excellent welding resistance, and as a result, it is accompanied by large heat generation, especially for difficult-to-cut materials such as Ti alloys and stainless steel, In addition, even during high-speed cutting with high load, it exhibits excellent welding resistance and can be used for a long time. Excellent chipping resistance, in which exhibits abrasion resistance.
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。 Next, the coated tool of the present invention will be specifically described with reference to examples.
原料粉末として、いずれも１〜３ μｍ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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ ＭＰａ 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、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−１〜Ａ−１０を形成した。 As raw material powders, WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder all having an average particle diameter of 1 to 3 μm are used. These raw material powders are mixed in the composition shown in Table 1, wet-mixed by a ball mill for 72 hours, dried, and press-molded into a green compact at a pressure of 100 MPa. Sintered under a vacuum of 1400 ° C. for 1 hour, and after sintering, WC-based cemented carbide tool bases A-1 to A-10 having a chip shape of ISO standard / CNMG120408 were sintered. Formed.
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２ μｍ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、１００ ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ ｋＰａ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、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Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。 Moreover, as raw material powders, TiCN (mass ratio, TiC / TiN = 50/50) powder, Mo 2 C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, all having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm, WC powder, Co powder, and Ni powder are prepared. These raw material powders are blended in the blending composition shown in Table 2, wet-mixed by a ball mill for 24 hours, dried, and then pressed into a compact at a pressure of 100 MPa. This green compact was sintered in a 2 kPa nitrogen atmosphere at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour. After sintering, the compact was made of a TiCN-based cermet having a chip shape of ISO standard / CNMG120408. Tool substrates B-1 to B-6 were formed.
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）を配置し、その一方には、カソード電極（蒸発源）として所定組成の上部層形成用のＮｂ−Ｙ合金を配置し、その他方には、カソード電極（蒸発源）として所定組成の下部層形成用のＴｉ−Ａｌ合金あるいはＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１ Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００ ℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００ Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に１００ Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４ Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００ Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ｎｂ−Ｙ合金、Ｔｉ−Ａｌ合金あるいはＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金のいずれかとアノード電極との間に１２０ Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３、表４に示される目標組成、目標層厚の単層としての（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層、または、下部層としての（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層を０．５〜５ μｍの平均層厚で蒸着形成した後、前記カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
（ｄ）引き続いて装置内雰囲気を２Ｐａの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極（蒸発源）であるＮｂ−Ｙ合金電極とアノード電極との間に１２０ Ａの電流を流してアーク放電を発生させて、表３、表４に示される目標層厚の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層からなる上部層を蒸着形成し、
前記（ａ）〜（ｄ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜３９をそれぞれ製造した。
(A) Next, each of the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 is ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then the arc ion plating apparatus shown in FIG. It is mounted along the outer periphery at a position that is a predetermined distance in the radial direction from the central axis on the inner rotary table, and cathode electrodes (evaporation sources) are arranged on both sides facing each other across the rotary table. Nb-Y alloy for forming an upper layer having a predetermined composition is disposed as a cathode electrode (evaporation source), and a Ti-Al alloy for forming a lower layer having a predetermined composition is provided as a cathode electrode (evaporation source). Ti-Al-M alloy is arranged,
(B) First, the inside of the apparatus is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less, and the inside of the apparatus is heated to 500 ° C. with a heater, and then rotated to a tool base that rotates while rotating on the rotary table. A DC bias voltage of V is applied and a current of 100 A is passed between the cathode electrode and the anode electrode to generate an arc discharge, thereby bombarding the tool substrate surface,
(C) Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of 4 Pa, and a DC bias voltage of −100 V is applied to the tool base that rotates while rotating on the rotary table. And an arc discharge is generated by flowing a current of 120 A between any one of the Nb-Y alloy, Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy of the cathode electrode and the anode electrode, (Nb, Y) N layer as a single layer having a target composition and target layer thickness shown in Tables 3 and 4, or a (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N as a lower layer After the layer is deposited with an average layer thickness of 0.5 to 5 μm, the arc discharge between the cathode electrode (evaporation source) and the anode electrode is stopped,
(D) Subsequently, an arc discharge is generated by flowing a current of 120 A between the Nb-Y alloy electrode, which is the cathode electrode (evaporation source), and the anode electrode while keeping the atmosphere in the apparatus in a nitrogen atmosphere of 2 Pa. Then, an upper layer composed of (Nb, Y) N layers having the target layer thicknesses shown in Tables 3 and 4 is formed by vapor deposition.
Hard coating layers were formed by vapor deposition according to the above (a) to (d), and surface-coated throwaway tips (hereinafter referred to as the present invention-coated tips) 1 to 39 as the present coated tools were produced, respectively.
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として所定組成のＴｉ−Ａｌ合金あるいはＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金を装着し、まず、装置内を排気して０．１ Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００ ℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００ Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極のＴｉ−Ａｌ合金あるいはＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金とアノード電極との間に１５０ Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面を前記Ｔｉ−Ａｌ合金あるいはＴｉ−Ａｌ−Ｍ合金でボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２ Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−９０ Ｖに下げて、前記所定組成の各カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５、表６に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。 For comparison purposes, these tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, respectively, and the arc ion plating shown in FIG. The device is charged and a Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy having a predetermined composition is mounted as a cathode electrode (evaporation source). Then, after heating the inside of the apparatus to 500 ° C. with a heater, a DC bias voltage of −1000 V was applied to the tool base, and the Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy of the cathode electrode and the anode electrode were applied. An electric current of 150 A is applied to generate an arc discharge, whereby the tool base surface is bombarded with the Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy, and nitrogen gas is then introduced into the apparatus as a reactive gas. Introducing a reaction atmosphere of 2 Pa, reducing the bias voltage applied to the tool base to -90 V, generating arc discharge between each cathode electrode and anode electrode of the predetermined composition, (Ti, Al) N layer or (Ti, Al) having the target composition and target layer thickness shown in Tables 5 and 6 on the surfaces of the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6. , M) Surface-coated throwaway tips (hereinafter referred to as comparative coated tips) 1 to 16 as comparative coated tools were manufactured by vapor-depositing a hard coating layer composed of N layers.
つぎに、前記各種の被覆チップを、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、本発明被覆チップ１〜３９および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の丸棒、
切削速度： １５０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３ ｍｍ、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： 5分、
の条件（切削条件Ａ）でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１２０ ｍ／ｍｉｎ．、０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の丸棒、
切削速度： ５５ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２ ｍｍ、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｂ）でのＴｉ合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ ｍ／ｍｉｎ．、０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の丸棒、
切削速度： １８０ ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．５ ｍｍ、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｃ）での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１５０ ｍ／ｍｉｎ．、０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの高速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７、表８に示した。
Next, in the state where each of the various coated chips is screwed to the tip of the tool steel tool with a fixing jig, the present coated chips 1 to 39 and the comparative coated chips 1 to 16 are as follows:
Work material: JIS / SUS304 (HB180) round bar,
Cutting speed: 150 m / min. ,
Cutting depth: 3 mm,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
(Continuous cutting speed and feed rate are 120 m / min. And 0.3 mm / rev., Respectively)
Work material: Ti-6Al-4V alloy (HB250) round bar,
Cutting speed: 55 m / min. ,
Incision: 2 mm,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition B) (normal cutting speed and feed are 40 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material: JIS S45C (HB200) round bar,
Cutting speed: 180 m / min. ,
Cutting depth: 2.5 mm,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
(Continuous cutting speed and feed are 150 m / min. And 0.3 mm / rev., Respectively)
The flank wear width of the cutting edge was measured in any high-speed cutting test. The measurement results are shown in Tables 7 and 8.
実施例１と同様、いずれも１〜３ μｍ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粉末からなる原料粉末を、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、１００ ＭＰａ の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６ Ｐａの真空中、温度：１４００ ℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。 As in Example 1, all of WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co having an average particle diameter of 1 to 3 μm. A raw material powder composed of powder is blended in the blending composition shown in Table 1, wet mixed by a ball mill for 72 hours, dried, and press-molded into a green compact at a pressure of 100 MPa. In a vacuum of 1400 ° C. for 1 hour, and sintered to form a round tool sintered body for forming a tool base having a diameter of 13 mm. Tool bases (end mills) A-1 to A-10 made of a WC-base cemented carbide having a four-blade square shape with a diameter × length of 10 mm × 22 mm and a twist angle of 30 degrees. Each was manufactured.
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層、（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜２７をそれぞれ製造した。 Then, the surfaces of these tool bases (end mills) A-1 to A-10 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1. A hard coating layer composed of (Nb, Y) N layer, (Ti, Al) N layer and (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 10 under the same conditions as in Table 1. The surface-coated carbide end mills (hereinafter referred to as the present invention-coated end mill) 1 to 27 as the present invention-coated tools were produced by vapor deposition.
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。 For comparison purposes, the surfaces of the tool bases (end mills) A-1 to A-10 are ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then loaded into the arc ion plating apparatus shown in FIG. By depositing a hard coating layer comprising a (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 10 under the same conditions as in Example 1. Surface coated carbide end mills (hereinafter referred to as comparative coated end mills) 1 to 10 as comparative coated tools were produced, respectively.
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜２７および比較被覆エンドミル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の板材、
切削速度： １３０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ ｍｍ、
テーブル送り： ３００ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１００ ｍ／ｍｉｎ．、２８０ ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ６０ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ ｍｍ、
テーブル送り： １００ mm／分、
の条件（切削条件Ｅ）でのＴｉ合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、４０ ｍ／ｍｉｎ．、９０ ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の板材、
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ ｍｍ、
テーブル送り： ３０ ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１８０ ｍ／ｍｉｎ．、６００ ｍｍ／分）、
をそれぞれ行い、いずれの高速溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる０．１ ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表９、表１０にそれぞれ示した。
Next, for the present invention coated end mills 1-27 and comparative coated end mills 1-10,
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB180) plate material,
Cutting speed: 130 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 300 mm / min,
Wet high-speed grooving test of stainless steel under the following conditions (cutting condition D) (normal cutting speed and table feed are 100 m / min, 280 mm / min, respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB250) plate material,
Cutting speed: 60 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 100 mm / min,
Wet high-speed grooving test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition E) (normal cutting speed and table feed are 40 m / min. And 90 mm / min, respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB200) plate material,
Cutting speed: 200 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 30 mm / min,
Wet high-speed grooving test of carbon steel under the following conditions (cutting condition F) (normal cutting speed and table feed are 180 m / min. And 600 mm / min, respectively),
In each high-speed groove cutting test, the cutting groove length was measured until the flank wear width of the outer peripheral edge of the cutting edge reached 0.1 mm, which is a guide for the service life. The measurement results are shown in Table 9 and Table 10, respectively.
実施例２で製造した直径が１３ ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ ｍｍ×２２ ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。 Using the round bar sintered body with a diameter of 13 mm produced in Example 2, from this round bar sintered body, the diameter x length of the groove forming portion was 8 mm x 22 mm, respectively, by grinding, In addition, WC-base cemented carbide tool bases (drills) A-1 to A-10 having a two-blade shape with a twist angle of 30 degrees were manufactured.
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表１１に示される目標組成および目標層厚の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層、（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜２７をそれぞれ製造した。 Next, the cutting edges of these tool bases (drills) A-1 to A-10 are subjected to honing, ultrasonically cleaned in acetone, and dried to the arc ion plating apparatus shown in FIG. The (Nb, Y) N layer, (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 11 under the same conditions as in Example 1 The surface-coated carbide drills of the present invention (hereinafter referred to as the present invention-coated drills) 1 to 27 as the present invention-coated tools were produced by vapor-depositing a hard coating layer made of
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例１と同一の条件で、表１２に示される目標組成および目標層厚を有する（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。 For the purpose of comparison, honing is performed on the surfaces of the tool bases (drills) A-1 to A-10, ultrasonic cleaning is performed in acetone, and the arc ion plate shown in FIG. A hard material comprising a (Ti, Al) N layer or a (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 12 under the same conditions as in Example 1 above. Surface-coated cemented carbide drills (hereinafter referred to as comparative coated drills) 1 to 10 as comparative coated tools were produced by forming a coating layer by vapor deposition.
つぎに、本発明被覆ドリル１〜２７および比較被覆ドリル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の板材、
切削速度： ９０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、８０ ｍ／ｍｉｎ．、０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ５０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）でのＴｉ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃ（ＨＢ２００）の板材、
切削速度： １４０ ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２５ ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ６ ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での炭素鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１２０ ｍ／ｍｉｎ．、０．２ ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、表１２にそれぞれ示した。
Next, for the present invention coated drills 1-27 and comparative coated drills 1-10,
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB180) plate material,
Cutting speed: 90 m / min. ,
Feed: 0.3 mm / rev,
Hole depth: 5 mm,
Wet high-speed drilling test of stainless steel under the following conditions (cutting condition G) (normal cutting speed and feed are 80 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB250) plate material,
Cutting speed: 50 m / min. ,
Feed: 0.2 mm / rev,
Hole depth: 5 mm,
Wet high-speed drilling test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition H) ((normal cutting speed and feed are 40 m / min. And 0.15 mm / rev., Respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB200) plate material,
Cutting speed: 140 m / min. ,
Feed: 0.25 mm / rev,
Hole depth: 6 mm,
Wet high-speed drilling test of carbon steel under the following conditions (cutting condition I) (normal cutting speed and feed are 120 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
In each wet high-speed drilling test (using water-soluble cutting oil), the number of drilling processes until the flank wear width of the tip cutting edge surface reached 0.3 mm was measured. The measurement results are shown in Tables 11 and 12, respectively.
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜３９、本発明被覆エンドミル１〜２７、および本発明被覆ドリル１〜２７の硬質被覆層を構成する単層の（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層、あるいは、下部層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）と上部層である（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜１０、および比較被覆ドリル１〜１０の（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。 As a result of this, the coated chips 1 to 39 of the present invention as the coated tool of the present invention, the coated end mills 1 to 27 of the present invention, and the single layer (Nb, Y) constituting the hard coated layer of the coated drill 1 to 27 of the present invention. Composition of N layer or (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) which is the lower layer and (Nb, Y) N layer which is the upper layer, and comparative coated tip 1 as a comparative coating tool ~ 16, comparative coated end mills 1 to 10 and comparative coated drills 1 to 10 with a hard coating layer composed of (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer using a transmission electron microscope When measured by all energy dispersive X-ray analysis methods, each showed substantially the same composition as the target composition.
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて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値（５ヶ所の平均値）を示した。 Moreover, when the average layer thickness of each layer which comprises the said hard coating layer was cross-sectional measured using the scanning electron microscope, all showed the average value (average value of five places) substantially the same as target layer thickness.
表７〜１２に示される結果から、本発明被覆工具は、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層単層からなる硬質被覆層であっても（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層が耐熱性、耐溶着性に優れていること、また、２層構造の硬質被覆層を形成する場合、下部層である（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層が工具基体表面に強固に密着接合した状態で、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を備え、あるいは、下部層である（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層は、これらに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有することによって、Ｔｉ合金、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でも、切粉との間のすぐれた耐溶着性が確保されていることによって、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層として、（Ｎｂ，Ｙ）Ｎ層を備えず、硬質被覆層が（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ層あるいは（Ｔｉ，Ａｌ，Ｍ）Ｎ層で構成されている比較被覆工具においては、いずれも前記難削材の高速切削加工では、被削材（難削材）および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。 From the results shown in Tables 7 to 12, even though the coated tool of the present invention is a hard coating layer composed of a single (Nb, Y) N layer, the (Nb, Y) N layer is excellent in heat resistance and welding resistance. In addition, when a hard coating layer having a two-layer structure is formed, the (Ti, Al) N layer, which is the lower layer, is firmly adhered and bonded to the surface of the tool substrate, with excellent high-temperature hardness and heat resistance. In addition to these, the (Ti, Al, M) N layer, which has high-temperature strength, has excellent wear resistance and high-temperature oxidation resistance in addition to these, so that Ti alloy, stainless steel, etc. Even in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, excellent welding resistance with chips is ensured, so that it exhibits excellent wear resistance over a long period without chipping, As the hard coating layer, the (Nb, Y) N layer is not provided, and the hard coating layer is (T , Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer, the comparison coated tool is a high-speed cutting of the difficult-to-cut material. It is clear that since the adhesiveness and reactivity with the hard coating layer are further increased, chipping occurs at the cutting edge, and the service life is reached in a relatively short time.
前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特にＴｉ合金、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐溶着性を発揮し、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ＦＡ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。 As described above, the coated tool of the present invention has excellent wear resistance and welding resistance not only for cutting of general work materials but also for high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as Ti alloy and stainless steel. Since it exhibits excellent cutting performance and exhibits excellent cutting performance over a long period of time, it can fully satisfactorily respond to FA conversion of cutting processing equipment, labor saving and energy saving of cutting processing, and cost reduction. .
Claims (3)
前記硬質被覆層が、１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。 In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer has an average layer thickness of 1 to 5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising a layer.
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ１−αＡｌα）Ｎ（ここで、αはＡｌの含有割合を示し、原子比で、０．４５≦α≦０．７５である）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。 In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composite nitriding of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α represents the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) A lower layer composed of physical layers,
(B) having an average layer thickness of 1-5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising an upper layer composed of layers.
前記硬質被覆層が、
（ａ）０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｔｉ１−α−βＡｌαＭβ）Ｎ（ここで、Ｍは、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族の元素、Ｓｉ、Ｂ、Ｙのうちから選ばれた１種又は２種以上の添加成分を示し、また、αはＡｌの含有割合、βはＭの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、０．４５≦α≦０．７５、０．０１≦β≦０．２５である）を満足するＴｉとＡｌの複合窒化物層からなる下部層と、
（ｂ）１〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｎｂ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＮｂとＹの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。 In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Ti 1-α-β Al α M β ) N (where M is a member selected from the group 4a, 5a, 6a elements except Si, Si, B, Y) Seeds or two or more kinds of additive components, α is a content ratio of Al, β is a content ratio of M, and atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75, 0.01 ≦ β ≦ A lower layer composed of a composite nitride layer of Ti and Al satisfying
(B) having an average layer thickness of 1-5 μm, and
Nb and Y composite nitride satisfying the composition formula: (Nb 1-γ Y γ ) N (where γ represents the content ratio of Y and the atomic ratio is 0.01 ≦ γ ≦ 0.15) A surface-coated cutting tool comprising an upper layer composed of layers.
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|---|---|---|---|---|
| CN113453828A (en) * | 2019-02-12 | 2021-09-28 | 三菱综合材料株式会社 | Hard film cutting tool |
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