JP2012143851A - Surface-coated cutting tool - Google Patents

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Hidetoshi Asanuma
英利 淺沼
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a surface-coated cutting tool with a hardened coated layer exerting excellent heat and welding resistance in performing the high-speed cutting processing of a difficult-to-cut material.SOLUTION: The surface-coated cutting tool has the hardened coated layer formed on the surface of a tool base body. In the surface-coated cutting tool, the hardened coated layer comprises a two-layer structure composed of an A layer and a B layer or an alternate layer structure of the A and B layers. The A layer is composed of a composite nitride layer of Ti, Al expressed by a compositional formula: (TiAl)N or a nitride layer of Ti, Al and M expressed by a compositional formula: (TiAlM)N (wherein M denotes one or more of additional elements selected from among Si, B and Y, excluding Ti, which are elements in the groups 4a, 5a and 6a in the periodic table) while the layer B is composed of a composite nitride layer of Cr, W and Ag satisfying relations of, by atomic ratio, 0.45≤α≤0.75 and 0.01≤β≤0.25 and a compositional formula: (CrWAg)N (where, by atomic ratio, 0.01≤X≤0.30 and 0.01≤Y≤0.20).

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、ステンレス鋼、耐熱鋼などの難削材を、高熱発生を伴うとともに切刃部に対して断続的、衝撃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摩耗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 stainless steel or heat-resistant steel is subjected to high heat generation and intermittently impacted on a cutting edge portion. The present invention relates to a coated tool that exhibits excellent heat resistance and wear resistance when a hard coating layer is cut when subjected to high-speed conditions with a heavy load.

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との複合窒化物((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。   In addition, as a coated tool, for example, a composite nitride ((Ti, Al) N) layer of Ti and Al on the surface of the tool base, or in addition, a small amount of Si, B, Y, Zr, V, etc. Also known is a coated tool provided with a composite nitride (hereinafter collectively referred to as (Ti, Al, M) N) containing Ti and Al as additive components. Since Al has high temperature hardness and heat resistance, and Ti has high temperature strength, the (Ti, Al, M) N layer is also known to exhibit excellent high temperature strength, fracture resistance, and wear resistance. ing.

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 create a reaction atmosphere of, for example, 2 Pa. On the other hand, the tool substrate is applied with a bias voltage of, for example, −100 V on the surface of the tool substrate. It is also known to be produced by vapor-depositing a hard coating layer composed of a (Ti, Al, M) N layer.

特許第2644710号明細書Japanese Patent No. 2644710 特許第2793773号明細書Japanese Patent No. 2793773 特許第2793696号明細書Japanese Patent No. 2793696 特開平8−199338号公報JP-A-8-199338

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, and as a result, cutting tools have as much influence on the type of work material as possible. 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摩耗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 wear 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、特にステンレス鋼、耐熱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摩耗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、Crとの合量に占めるWの含有割合が1〜30原子%、Agの含有割合が1〜20原子%となるようにW成分およびAg成分を含有させたCrとWとAgの複合窒化物層(以下、(Cr,W,Ag)N層と示す)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摩耗性を発揮することを見出したのである。   In view of the above, the inventors of the present invention have excellent heat resistance with a hard coating layer especially when cutting difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel under high-speed cutting conditions. As a result of diligent research to develop a coated tool having excellent wear resistance, the content of W in the total amount of Cr on the surface of the tool base is 1 to 30 atomic%, and the content ratio of Ag is A composite nitride layer of Cr, W, and Ag (hereinafter, referred to as a (Cr, W, Ag) N layer) containing a W component and an Ag component so as to be 1 to 20 atomic% was formed as a hard coating layer. In some cases, it was found that this coated tool exhibits excellent wear resistance in high-speed cutting of difficult-to-cut materials.

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、Crとの合量に占めるWの含有割合が1〜30原子%、Agの含有割合が1〜20原子%となるようにW成分およびAg成分を含有させたCrとWとAgの複合窒化物層(以下、(Cr,W,Ag)N層と示す)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層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を示し、また、上部層の(Cr,W,Ag)N層中に含有されるW成分が高硬度を示し、Ag成分が潤滑性を示すことにより、(Cr,W,Ag)N層は、すぐれた耐熱性、潤滑性を示し、その結果、高い発熱を伴い、かつ被削材の溶着が著しい高速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになる。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熱性にすぐれ、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。   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 W component and the Ag component so that the W content in the total amount with Cr is 1 to 30 atomic% and the Ag content is 1 to 20 atomic%. When a composite nitride layer containing Cr, W, and Ag (hereinafter, referred to as a (Cr, W, Ag) N layer) is formed as an upper layer, a (Ti, Al) N layer or (Ti , Al, M) N layer exhibits excellent high temperature hardness, high temperature strength, and heat resistance, and the W component contained in the upper (Cr, W, Ag) N layer exhibits high hardness, Since the Ag component exhibits lubricity, the (Cr, W, Ag) N layer exhibits excellent heat resistance and lubricity, Results, with a high fever, and wear progression of the cutting edge also be used to weld significant speed cutting of the workpiece can be suppressed, so that exhibits wear resistance with excellent long-term. Therefore, in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, even if the cutting edge becomes hot, it has excellent heat resistance with the work material. As a result, the occurrence of chipping (small chipping) in the cutting edge is suppressed, and long-term The present 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.

さらに、工具基体の表面に、一層平均層厚0.01〜0.1μmの(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層を蒸着形成し、この上に、Crとの合量に占めるWの含有割合が1〜30原子%、Agの含有割合が1〜20原子%となるようにW成分およびAg成分を含有させたCrとWとAgの複合窒化物層(以下、(Cr,W,Ag)N層と示す)からなる一層平均層厚0.01〜0.1μmの(Cr,W,Ag)N薄層を蒸着形成し、さらに、前記(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層と、前記(Cr,W,Ag)N薄層を交互に形成し、交互積層構造からなる硬質被覆層を構成すると、(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層はすぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性を示し、また、これと交互に積層形成される(Cr,W,Ag)N薄層はすぐれた耐摩耗性を示し、特に、(Cr,W,Ag)N薄層中に含有されるAg成分によって、(Cr,W,Ag)N薄層の潤滑性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、(Cr,W,Ag)N薄層のすぐれた耐溶着性は維持されることを見出した。   Further, a (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm is formed on the surface of the tool base by vapor deposition, and Cr and A composite nitride layer of Cr, W, and Ag containing a W component and an Ag component such that the W content is 1-30 atomic% and the Ag content is 1-20 atomic%. Hereinafter, a (Cr, W, Ag) N thin layer having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm composed of (Cr, W, Ag) N layer) is formed by vapor deposition. ) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer and the (Cr, W, Ag) N thin layer are alternately formed to form a hard coating layer having an alternate laminated structure, (Ti, Al ) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer shows excellent high temperature hardness, high temperature strength and heat resistance. The (Cr, W, Ag) N thin layers alternately laminated with each other exhibit excellent wear resistance, and in particular, the (Cr, W, Ag) N thin layer contains (Cr, W, Ag) N by virtue of the Ag component contained therein. Since the lubricity of the W, Ag) N thin layer is improved, it has been found that the excellent welding resistance of the (Cr, W, Ag) N thin layer is maintained even in cutting with high heat generation.

したがって、ステンレス鋼、耐熱鋼等の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、(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層に不足する耐溶着性を、これと交互に積層される(Cr,W,Ag)N薄層が補完し、硬質被覆層全体としての被削材との耐摩耗性も改善され、その結果、切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が防止され、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、本発明に至ったものである。   Therefore, in high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel, even if the cutting edge becomes hot, the (Ti, Al) N thin layer or the (Ti, Al, M) N thin layer is insufficient. The (Cr, W, Ag) N thin layers that are alternately laminated complement the welding resistance, and the wear resistance with the work material as the entire hard coating layer is improved. The present inventors have obtained a new finding that chipping (small chipping) is prevented from occurring in a part and excellent wear resistance is exhibited over a long period of time, and the present invention has been achieved based on such a finding.

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、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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との複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、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との複合窒化物層からなる(Ti,Al)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgとの複合窒化物層からなる(Cr,W,Ag)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
(4) 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−α−βAlαβ)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とMとの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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。
(5) 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)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−α−βAlαβ)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とMとの複合窒化物層からなる(Ti,Al,M)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgとの複合窒化物層からなる(Cr,W,Ag)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有す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 0.5 to 5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
(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
Composition of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α is the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) A lower layer made of a nitride layer;
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising: an upper layer made of a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
(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 0.01 to 0.1 μm, and
Composition of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α is the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) (Ti, Al) N thin layer made of a nitride layer,
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. (Cr, W, Ag) N thin layer composed of a composite nitride layer of Cr, W and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm.
(4) 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, Al, and M satisfying 0.25),
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising: an upper layer made of a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
(5) 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 0.01 to 0.1 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 ≦ (Ti, Al, M) N thin layer composed of a composite nitride layer of Ti, Al, and M satisfying 0.25)
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. (Cr, W, Ag) N thin layer composed of a composite nitride layer of Cr, W and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm. "
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。
(a)前記(2)および(4)に記載の発明における下部層ならびに前記(3)および(5)に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の組成および平均層厚または一層平均膜厚:
下部層または交互積層の一方の層を構成する(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。
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) (Ti, Al) N layer or (Ti) which constitutes one layer of the lower layer in the invention described in (2) and (4) and the alternately laminated layer in the invention described in (3) and (5) Ti, Al, M) N layer composition and average layer thickness or single layer average film thickness:
The Al component, which is a component of the (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer that constitutes one of the lower layer or the alternately laminated layers, improves the high-temperature hardness of the hard coating layer. The Ti component has the effect of improving the high-temperature strength. Further, among the M components, the elements of the periodic table 4a, 5a, 6a excluding Ti, Si, B, and the wear resistance of the hard coating layer. Y has the effect of improving, and 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 If the atomic ratio (the same applies hereinafter) is less than 0.45, the predetermined high-temperature hardness cannot be ensured, which causes a decrease in wear resistance, while the α value indicating the Al ratio is the same as that of 0.00. When it exceeds 75, the Ti content is relatively reduced, which is essential for high-speed cutting. The required high-temperature strength cannot be ensured, and it becomes difficult to prevent the occurrence of chipping. Further, the ratio of the β value indicating the content ratio of the M component to the total amount with Ti (atomic ratio, If the β value exceeds 0.25, high temperature strength cannot be expected. 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、下部層を構成する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の平均層厚が0.5μm未満では、自身の持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5μm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0.5〜5μmと定めた。   In addition, when the average layer thickness of the (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer constituting the lower layer is less than 0.5 μm, the wear resistance possessed by itself is exhibited over a long period of time. On the other hand, if the average layer thickness exceeds 5 μm, chipping is likely to occur at the cutting edge part in the high-speed cutting, so the average layer thickness is set to 0.5 to 5 μm. .

また、交互積層の一方の層を構成する(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の一層平均層厚が0.01μm未満では、自身の持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、その一層平均層厚が0.1μmを越えると、前記高速高送り切削では、耐溶着性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を0.01〜0.1μmと定めた。
(c)前記(2)および(4)に記載の発明における上部層ならびに前記(3)および(5)に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する(Cr,W,Ag)N層の組成および平均層厚または一層平均膜厚:
(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層の上部層あるいは交互積層の一方の層を構成するCrとWとAgの複合窒化物(Cr,W,Ag)N層は、所定の高温硬さ、高温強度、耐熱性を有するとともに、その構成成分であるAg成分によって、すぐれた潤滑性を備えるようになり、また、W成分によって、高硬度性を補完する。そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐熱性を発揮するようになるが、Wの含有割合を示すX値がCrとAg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、高硬度を確保することができないために耐熱効果を期待することはできず、一方、Wの含有割合を示すX値が同0.30を越えると、相対的にAg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、耐摩耗性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、X値を0.01〜0.30(原子比、以下同じ)と定めた。また、Ag成分によって、すぐれた潤滑性を発揮するようになるが、Agの含有割合を示すY値がCrとW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、潤滑性を確保することができないために摩耗進行を抑制する効果を期待することができず、一方、Agの含有割合を示すY値が同0.20を越えると、相対的にW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高硬度性を確保することができないばかりか、耐熱性も低下し、耐摩耗性を発揮することが困難になることから、0.01〜0.20と定めた。
In addition, when the average thickness of the (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer constituting one layer of the alternately laminated layer is less than 0.01 μm, the excellent wear resistance of the layer itself is maintained for a long time. On the other hand, if the average layer thickness exceeds 0.1 μm, the high-speed high-feed cutting reveals a lack of welding resistance and causes chipping at the cutting edge. Therefore, the average layer thickness was determined to be 0.01 to 0.1 μm.
(C) (Cr, W, Ag) N layer constituting the upper layer in the invention described in (2) and (4) and one of the alternately laminated layers in the invention described in (3) and (5) Composition and average layer thickness or single layer average film thickness:
A composite nitride (Cr, W, Ag) N layer of Cr, W and Ag constituting one of the (Ti, Al) N layer or the upper layer of the (Ti, Al, M) N layer or the alternately stacked layers is It has predetermined high-temperature hardness, high-temperature strength, and heat resistance, and has excellent lubricity due to its constituent Ag component, and high hardness is complemented by the W component. Therefore, a low friction coefficient is maintained even under high-temperature cutting conditions, and excellent heat resistance is exhibited, but the ratio of the X value indicating the W content ratio to the total amount of Cr and Ag (atomic ratio, below) If the X value indicating the W content exceeds 0.30, the relative hardness cannot be expected because high hardness cannot be secured. In particular, the content ratio of Ag is reduced, and not only the lubricity required for high-speed cutting of difficult-to-cut materials cannot be ensured, but also the wear resistance is lowered and it becomes difficult to prevent the occurrence of chipping. Therefore, the X value was determined to be 0.01 to 0.30 (atomic ratio, the same applies hereinafter). Moreover, although excellent lubricity is exhibited by the Ag component, the Y value indicating the Ag content ratio is less than 0.01 in terms of the ratio of the total amount of Cr and W (atomic ratio, hereinafter the same). Then, since the lubricity cannot be ensured, the effect of suppressing the progress of wear cannot be expected. On the other hand, when the Y value indicating the Ag content ratio exceeds 0.20, relatively W Because the content ratio decreases and not only the high hardness required for high-speed cutting of difficult-to-cut materials cannot be secured, but also heat resistance is reduced, making it difficult to demonstrate wear resistance. It was determined to be 0.01-0.20.

また、上部層を構成する(Cr,W,Ag)N層の平均層厚が0.5μm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5μm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0.5〜5μmと定めた。   On the other hand, when the average layer thickness of the (Cr, W, Ag) N layer constituting the upper layer is less than 0.5 μm, it is insufficient to exhibit its excellent wear resistance over a long period of time. When the average layer thickness exceeds 5 μm, chipping tends to occur at the cutting edge portion in the high-speed cutting, so the average layer thickness was set to 0.5 to 5 μm.

また、交互積層の一方の層を構成する(Cr,W,Ag)N層の一層平均層厚が0.01μm未満では、自身の持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、その一層平均層厚が0.1μmを越えると、前記高速高送り切削では、耐摩耗性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を0.01〜0.1μmと定めた。   Further, if the average layer thickness of the (Cr, W, Ag) N layers constituting one of the alternately laminated layers is less than 0.01 μm, it is not possible to exhibit the excellent wear resistance of the layers for a long time. On the other hand, if the average layer thickness is more than 0.1 μm, the high-speed high-feed cutting will cause insufficient wear resistance, and chipping is likely to occur at the cutting edge. The average layer thickness was determined to be 0.01 to 0.1 μm.

そして、前記(Ti,Al)N層、(Ti,Al,M)N層、(Cr,W,Ag)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Cr−W−Ag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:110A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、3Paの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−150Vのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、前記(Ti,Al)層または(Ti,Al,M)層からなる下部層と(Cr,W,Ag)N層からなる上部層の2層、あるいは、前記(Ti,Al)層または(Ti,Al,M)層と(Cr,W,Ag)N層との交互積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, the (Ti, Al, M) N layer, and the (Cr, W, Ag) N layer are, for example, one type of physical vapor deposition apparatus schematically shown in FIG. A base is placed in an arc ion plating apparatus, and the inside of the apparatus is heated to a temperature of, for example, 500 ° C. with a heater, and a cathode electrode (evaporation source) made of a Cr—W—Ag alloy having a predetermined composition is formed in the apparatus. And, 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. Between the electrode and the cathode electrode (evaporation source), for example, arc discharge is generated under the condition of current: 110 A, and simultaneously, nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas, for example, a reaction atmosphere of 3 Pa, On the other hand, the group For example, the lower layer composed of the (Ti, Al) layer or the (Ti, Al, M) layer and the (Cr, W, Ag) N layer are formed by vapor deposition under the condition that a bias voltage of −150 V is applied. The hard layer of the present invention is deposited by vapor-depositing two layers of the upper layer consisting of the above, or alternating layers of the (Ti, Al) layer or the (Ti, Al, M) layer and the (Cr, W, Ag) N layer. A coating layer can be deposited.

本発明の被覆工具の一態様によれば、単層の(Cr,W,Ag)N層からなる硬質被覆層はすぐれた耐摩耗性を備え、(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層からなる下部層と(Cr,W,Ag)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、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、ステンレス鋼、耐熱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、すぐれた耐熱性を示し、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 one aspect of the coated tool of the present invention, the hard coating layer composed of a single (Cr, W, Ag) N layer has excellent wear resistance, and is a (Ti, Al) N layer or (Ti, Al , M) N-layer lower layer and (Cr, W, Ag) N-layer hard coating layer of the upper layer, in addition to this, excellent high temperature hardness, heat resistance, high temperature strength, Since it has wear resistance and high temperature oxidation resistance, the hard coating layer as a whole has excellent high temperature hardness, heat resistance, high temperature strength, etc., as well as excellent welding resistance. High heat resistance of difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel, and excellent heat resistance even during high-speed cutting with heavy loads, excellent chipping resistance and wear resistance over a long period of time It demonstrates the nature.

また、本発明の被覆工具の別の態様によれば、硬質被覆層を交互積層構造から構成し、片方の層を(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層から構成すると、すぐれた高温硬さ、高温強度を有し、あるいは、さらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有し、また、他方の層を構成する(Cr,W,Ag)N薄層が、すぐれた耐熱性と耐摩耗性を兼ね備えていることから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、高温強度等に加え、すぐれた耐摩耗性を備えたものとなり、その結果、特に、ステンレス鋼、耐熱鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、切刃に対して高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。   According to another aspect of the coated tool of the present invention, the hard coating layer is composed of an alternately laminated structure, and one of the layers is made of a (Ti, Al) N thin layer or a (Ti, Al, M) N thin layer. When constructed, it has excellent high-temperature hardness and high-temperature strength, or further excellent wear resistance and high-temperature oxidation resistance, and constitutes the other layer (Cr, W, Ag) N thin layer However, since it has excellent heat resistance and wear resistance, the hard coating layer as a whole has excellent wear resistance in addition to excellent high temperature hardness, high temperature strength, etc. In particular, it shows excellent chipping resistance even during high-speed cutting with high heat generated by difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel, and a heavy load on the cutting edge. It exhibits excellent wear resistance.

本発明被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図である。The arc ion plating apparatus used for forming the hard coating layer which comprises this invention coated tool is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic front view. 比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた従来のアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the conventional arc ion plating apparatus used in forming the hard coating layer which comprises a comparative coating tool.

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、Cr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、MoC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。
(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Cr−W−Ag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−1000V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100A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4Pa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−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Cr−W−Ag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120A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、目標層厚の下部層としての(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層を0.5〜5μm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Cr−W−Ag合金電極とアノード電極との間に120A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(Cr,W,Ag)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)1〜24をそれぞれ製造した。
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) 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. Has an upper layer forming Cr—W—Ag alloy of a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source), and the other is Ti—Al for forming a lower layer of a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source). An alloy or a Ti-Al-M alloy,
(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 the tool base that rotates while rotating on the rotary table is −1000 V. And applying a current of 100 A between the cathode electrode and the anode electrode to generate an arc discharge, thereby bombarding the surface of the tool base,
(C) Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of 4 Pa, 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 causing a current of 120 A to flow between any one of the Cr—W—Ag alloy, Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy of the cathode electrode and the anode electrode, and on the surface of the tool base, The (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer as the lower layer of the target composition and target layer thickness shown in Tables 3 and 4 was deposited with an average layer thickness of 0.5 to 5 μm. Then, the arc discharge between the cathode electrode (evaporation source) and the anode electrode is stopped,
(D) Subsequently, while maintaining the atmosphere in the apparatus in a nitrogen atmosphere of 2 Pa, an arc discharge is performed by flowing a current of 120 A between the cathode electrode (evaporation source) Cr—W—Ag alloy electrode and the anode electrode. The upper layer consisting of the (Cr, W, Ag) N layer having the target layer thickness 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 24 as the present invention-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0.1Pa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−1000V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150A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2Pa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−90V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層で構成された従来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)1〜14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 was charged and a Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy having a predetermined composition was mounted as a cathode electrode (evaporation source). First, while evacuating the device and maintaining a vacuum of 0.1 Pa or less, After heating the inside of the apparatus to 500 ° C. with a heater, a DC bias voltage of −1000 V is applied to the tool base, and 150 A is provided between the cathode electrode of Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy and the anode electrode. Current is caused to flow and arc discharge is generated, and the tool base surface is bombarded with the Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy, and then nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas. And a reaction atmosphere of 2 Pa is applied, and a bias voltage applied to the tool base is lowered to −90 V to generate an arc discharge between each cathode electrode and anode electrode of the predetermined composition, thereby the tool base. (Ti, Al) N layers or (Ti, Al, M) having the target compositions and target thicknesses shown in Tables 5 and 6 on the surfaces of A-1 to A-10 and B-1 to B-6. ) Surface coated throwaway tips (hereinafter referred to as comparative coated tips) 1 to 14 as comparative coated tools were produced by vapor deposition of a conventional 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1〜24および比較被覆チップ1〜14について、
被削材:JIS・SUS304(HB200)の丸棒、
切削速度: 140 m/min.、
切り込み: 3 mm、
送り: 0.2 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.、0.2 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: 200 m/min.、
切り込み: 0.2 mm、
送り: 0.35 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、160 m/min.、0.25 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 all the various coated chips are screwed to the tip of the tool steel tool with a fixing jig, the present coated chips 1 to 24 and the comparative coated chips 1 to 14 are as follows.
Work material: JIS / SUS304 (HB200) round bar,
Cutting speed: 140 m / min. ,
Cutting depth: 3 mm,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of stainless steel under the following conditions (cutting condition A) (normal cutting speed and feed are 120 m / min. And 0.2 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: 200 m / min. ,
Cutting depth: 0.2 mm,
Feed: 0.35 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
(Continuous cutting speed and feed are 160 m / min. And 0.25 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.

Figure 2012143851
Figure 2012143851

Figure 2012143851
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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、Cr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9に示される目標組成および目標層厚の(Cr,W,Ag)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エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜15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. Hard coating consisting of (Cr, W, Ag) N layer, (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 9 under the same conditions as in Table 1. The surface-coated carbide end mills (hereinafter referred to as the present invention-coated end mills) 1 to 15 as the present invention-coated tools were produced by depositing layers.

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層からなる従来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)1〜8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. Then, under the same conditions as in Example 1, a conventional hard coating layer consisting of a (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 10 is deposited. Thus, surface coated carbide end mills (hereinafter referred to as comparative coated end mills) 1 to 8 as comparative coated tools were produced, respectively.

つぎに、本発明被覆エンドミル1〜15および比較被覆エンドミル1〜8について、
被削材−平面寸法:100 mm×250 mm、厚さ:50 mmのJIS・SUS304(HB200)の板材、
切削速度: 120 m/min.、
溝深さ(切り込み):15 mm、
テーブル送り: 290 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、90 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: 230 m/min.、
溝深さ(切り込み):15 mm、
テーブル送り: 700 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、200 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 1-15 and comparative coated end mills 1-8,
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB200) plate material,
Cutting speed: 120 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 290 mm / min,
Wet high-speed grooving test of stainless steel under the following conditions (cutting condition D) (normal cutting speed and table feed are 90 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: 230 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 700 mm / min,
Wet high-speed grooving test of carbon steel under the following conditions (cutting conditions F) (normal cutting speed and table feed are 200 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.

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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(Cr,W,Ag)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)1〜15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 (Cr, W, Ag) N layer, (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) with the target composition and target layer thickness shown in Table 11 under the same conditions as in Example 1. By subjecting a hard coating layer composed of N layers to vapor deposition, surface-coated carbide drills (hereinafter referred to as the present invention-coated drills) 1 to 15 as the present invention-coated tools were produced, respectively.

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、前記実施例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層からなる従来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)1〜8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. Conventionally, it comprises 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 the first embodiment. Surface-coated carbide drills (hereinafter referred to as comparative coated drills) 1 to 8 as comparative coated tools were produced by vapor-depositing a hard coating layer, respectively.

つぎに、本発明被覆ドリル1〜15および比較被覆ドリル1〜8について、
被削材−平面寸法:100 mm×250 mm、厚さ:50 mmのJIS・SUS304(HB200)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、70 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: 150 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、110 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 1-15 and comparative coated drills 1-8,
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB200) 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 70 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: 150 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 110 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.

Figure 2012143851
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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1〜24、本発明被覆エンドミル1〜15、および本発明被覆ドリル1〜15の硬質被覆層を構成する下部層である(Ti,Al)N層あるいは(Ti,Al,M)N層と上部層である(Cr,W,Ag)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1〜14、比較被覆エンドミル1〜8、および比較被覆ドリル1〜8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。
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As a result, the present invention coated tools 1 to 24, the present coated end mills 1 to 15 and the lower layer constituting the hard coating layer of the present coated drill 1 to 15 (Ti, Al) ) N layer or (Ti, Al, M) N layer and upper (Cr, W, Ag) N layer composition, comparative coated tip 1-14 as comparative coated tool, comparative coated end mill 1-8 The composition of the hard coating layer made of the (Ti, Al) N layer or (Ti, Al, M) N layer of the comparative coated drills 1 to 8 is analyzed by energy dispersive X-ray analysis using a transmission electron microscope. When measured, 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、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、(Cr,W,Ag)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, when the present coated tool forms a hard coating layer having a two-layer structure, the (Ti, Al) N layer, which is the lower layer, is firmly bonded to the surface of the tool substrate. In addition to these, the (Ti, Al, M) N layer, which has excellent high-temperature hardness, heat resistance and high-temperature strength, or the lower layer, has further excellent wear resistance and high-temperature oxidation resistance. Therefore, even in high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as Ti alloy and stainless steel, excellent welding resistance with chips is ensured, so that chipping does not occur and excellent resistance over a long period of time. The hard coating layer is not provided with a (Cr, W, Ag) N layer, and the hard coating layer is a (Ti, Al) N layer or a (Ti, Al, M) N layer. In the comparative coated tools that are configured, all of the above difficult-to-cut In the high-speed cutting process, since the adhesiveness and reactivity between the work material (difficult-to-cut material) and the chips and the hard coating layer are further increased, chipping occurs at the cutting edge part, It is clear that the service life is reached in a short time.

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、V3C2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、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, V3C2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder each having an average particle diameter of 1 to 3 μm are prepared. The raw material powder was blended in the composition shown in Table 1, wet mixed by a ball mill for 72 hours, dried, and then pressed into a green compact at a pressure of 100 MPa. The green compact was heated at a temperature of 6 Pa in a vacuum. Sintering was performed at 1400 ° C. for 1 hour, and after sintering, tool bases A-1 to A-10 made of WC-base cemented carbide having a chip shape of ISO standard / CNMG120408 were formed.

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、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、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。
(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Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合金を配置し、また、その他方にはカソード電極(蒸発源)として所定組成のCr−W−Ag合金を配置し、
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa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−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合金とアノード電極との間に100A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合金によってボンバード洗浄し、
(c)次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Pa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−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合とアノード電極との間に120A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13、表14に示される目標組成、一層目標層厚の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層を蒸着形成した後、前記Ti−Al合金あるいはTi−Al−M合金のカソード電極(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Cr−W−Ag合金電極とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表13、表14に示される目標組成、一層目標層厚の(Cr,W,Ag)N薄層を蒸着形成し、
前記(c)、(d)の操作を、所定の合計平均層厚になるまで繰り返し行って硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての本発明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)25〜48をそれぞれ製造した。
Moreover, as raw material powders, TiCN (mass ratio, TiC / TiN = 50/50) powder, Mo2C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, WC powder, all having an average particle diameter of 0.5-2 μm, Co powder and Ni powder are prepared, and 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 nitrogen atmosphere of 2 kPa at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool substrate B-1 made of TiCN-based cermet having an ISO standard / CNMG120408 chip shape was obtained. ~ B-6 was formed.
(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. Arranges a Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy with a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source), and arranges a Cr-W-Ag alloy with a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source) on the other side. And
(B) First, the inside of the apparatus is heated to 500 ° C. with a heater while the inside of the apparatus is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less. A DC bias voltage is applied, and a current of 100 A is passed between the Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy of the cathode electrode and the anode electrode to generate an arc discharge. Bombard cleaning with Al alloy or Ti-Al-M alloy,
(C) Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of 4 Pa, 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 passing a current of 120 A between the Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy of the cathode electrode and the anode electrode, and the targets shown in Tables 13 and 14 are formed on the surface of the tool base. After depositing (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer having a composition and a target layer thickness, the cathode electrode (evaporation source) of the Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy is formed. ) And the anode discharge between the anode electrode and
(D) Subsequently, while maintaining the atmosphere in the apparatus in a nitrogen atmosphere of 2 Pa, an arc discharge is performed by flowing a current of 120 A between the cathode electrode (evaporation source) Cr—W—Ag alloy electrode and the anode electrode. To generate a (Cr, W, Ag) N thin layer having a target composition and a target layer thickness shown in Tables 13 and 14,
The operations of (c) and (d) are repeated until a predetermined total average layer thickness is obtained, and a hard coating layer is formed by vapor deposition, and the present surface-coated throwaway tip (hereinafter referred to as the present invention) as the coated tool of the present invention. (Referred to as coated chips) 25 to 48 were produced.

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0.1Pa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−1000V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100A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3Pa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−100V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、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15、表16に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層で構成された従来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)15〜30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 was charged and a Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy having a predetermined composition was mounted as a cathode electrode (evaporation source). First, while evacuating the device and maintaining a vacuum of 0.1 Pa or less, 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 100 A was applied between the cathode electrode of Ti—Al alloy or Ti—Al—M alloy and the anode electrode. An electric current is applied to generate an arc discharge, so that the tool base surface is bombarded with the Ti-Al alloy or Ti-Al-M alloy, and then nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas. And a bias voltage applied to the tool base is lowered to -100 V to generate an arc discharge between the cathode electrode and the anode electrode of the predetermined composition, and the tool base A- (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) of the target compositions and target layer thicknesses shown in Tables 15 and 16 on the surfaces of 1 to A-10 and B-1 to B-6 Surface-coated throwaway tips (hereinafter referred to as comparative coated tips) 15 to 30 as comparative coated tools were produced by vapor deposition of conventional hard coating layers composed of N thin 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25〜48および比較被覆チップ15〜30について、
被削材:JIS・SUS304(HB220)の丸棒、
切削速度: 130m/min.、
切り込み: 3mm、
送り: 0.3mm/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、110m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材:Ti−6Al−4V合金(HB290)の丸棒、
切削速度: 50m/min.、
切り込み: 2mm、
送り: 0.2mm/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、30m/min.、0.15mm/rev.)、
被削材:JIS・S45C(HB220)の丸棒、
切削速度: 200m/min.、
切り込み: 0.2mm、
送り: 0.3mm/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、150m/min.、0.25mm/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17、表18に示した。
Next, with the various coated chips, all of the coated chips 25 to 48 and the comparative coated chips 15 to 30 of the present invention with the fixing tool fixed to the tip of the tool steel tool.
Work material: JIS / SUS304 (HB220) round bar,
Cutting speed: 130 m / min. ,
Cutting depth: 3mm,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
(Continuous cutting speed and feed are 110 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively)
Work material: Ti-6Al-4V alloy (HB290) round bar,
Cutting speed: 50 m / min. ,
Cutting depth: 2mm,
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 30 m / min. And 0.15 mm / rev., Respectively),
Work material: JIS S45C (HB220) round bar,
Cutting speed: 200 m / min. ,
Cutting depth: 0.2mm,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of carbon steel under the following conditions (cutting condition c) (normal cutting speed and feed are 150 m / min. And 0.25 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 17 and 18.

Figure 2012143851
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Figure 2012143851
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Figure 2012143851
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Figure 2012143851
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実施例4と同様、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、V3C2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、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、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 4, all of the raw materials consisting of WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, V3C2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder having an average particle diameter of 1 to 3 μm The powder was blended into the blending composition shown in Table 1, wet-mixed for 72 hours with a ball mill, dried, and then pressed into a green compact at a pressure of 100 MPa. Sintered at 1400 ° C. for 1 hour to form a round tool sintered body for forming a tool base having a diameter of 13 mm. From the round bar sintered body, the diameter of the cutting edge portion × WC-base cemented carbide tool bases (end mills) A-1 to A-10 having a length of 10 mm × 22 mm and a four-blade square shape with a twist angle of 30 degrees were 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、前記実施例1と同一の条件で、表19に示される目標組成および一層目標層厚の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層、および同じく表19に示される目標組成および一層目標層厚の(Cr,W,Ag)N薄層の交互積層構造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)16〜30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. Under the same conditions as in Example 1, the target composition shown in Table 19 and the (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer having a target layer thickness of one layer and the target composition also shown in Table 19 are used. And a hard coating layer having an alternate laminated structure of (Cr, W, Ag) N thin layers having a target layer thickness by vapor deposition to form a surface-coated carbide end mill (hereinafter referred to as the present invention) as a coated tool of the present invention. Inventive coated end mills (16-30) were produced.

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、前記実施例1と同一の条件で、表20に示される目標組成および目標層厚の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層からなる従来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)9〜16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. Then, under the same conditions as in Example 1, a conventional hard coating layer composed of a (Ti, Al) N thin layer or a (Ti, Al, M) N thin layer having a target composition and a target layer thickness shown in Table 20 was used. By vapor deposition, surface coated carbide end mills (hereinafter referred to as comparative coated end mills) 9 to 16 as comparative coated tools were produced.

つぎに、前記本発明被覆エンドミル16〜30および比較被覆エンドミル9〜16について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB220)の板材、
切削速度: 110m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 300mm/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、80m/min.、270mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V(HB290)の板材、
切削速度: 65m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 80mm/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、30m/min.、80mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB220)の板材、
切削速度: 240m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 550mm/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、200m/min.、500mm/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0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表19、表20にそれぞれ示した。
Next, for the coated end mills 16 to 30 and the comparative coated end mills 9 to 16 of the present invention,
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB220) plate material,
Cutting speed: 110 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 300mm / min,
Wet high-speed grooving test of stainless steel under the following conditions (cutting condition d) (normal cutting speed and table feed are 80 m / min, 270 mm / min, respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V (HB290) plate,
Cutting speed: 65 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 80mm / min,
Wet high-speed grooving test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition e) (normal cutting speed and table feed are 30 m / min. And 80 mm / min, respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB220) plate material,
Cutting speed: 240 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 550mm / min,
Wet high-speed grooving test of carbon steel under the following conditions (cutting condition f) (normal cutting speed and table feed are 200 m / min. And 500 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 19 and Table 20, respectively.

Figure 2012143851
Figure 2012143851

Figure 2012143851
Figure 2012143851

前記実施例5で製造した直径が13mm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8mm×22mm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 manufactured in Example 5, from this round bar sintered body, the diameter x length of the groove forming portion is 8 mm x 22 mm and twisted by grinding. WC base cemented carbide tool bases (drills) A-1 to A-10 having a two-blade shape with a 30-degree angle 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、前記実施例4と同一の条件で、表21に示される目標組成および一層目標層厚の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層、および同じく表21に示される目標組成および一層目標層厚の(Cr,W,Ag)N薄層の交互積層構造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)16〜30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. Under the same conditions as in Example 4, the (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 21 and the same table are used. 21. The surface-coated carbide of the present invention as the coated tool of the present invention is formed by vapor-depositing a hard coating layer comprising an alternately laminated structure of (Cr, W, Ag) N thin layers having a target composition shown in FIG. Drills 16 to 30 (hereinafter referred to as the present invention-coated drills) 16 to 30 were manufactured.

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、前記実施例4と同一の条件で、表22に示される目標組成および一層目標層厚を有する(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層からなる従来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)9〜16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. (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer having the target composition and the target layer thickness shown in Table 22 under the same conditions as in the fourth embodiment. Surface-coated carbide drills (hereinafter referred to as comparative coated drills) 9 to 16 as comparative coated tools were produced by vapor-depositing conventional hard coated layers made of

つぎに、前記本発明被覆ドリル16〜30および比較被覆ドリル9〜16について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB220)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、60m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB290)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、30m/min.、0.1mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB220)の板材、
切削速度: 150m/min.、
送り: 0.2mm/rev.、
穴深さ: 6mm、
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、100m/min.、0.2mm/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0.3mm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21、表22にそれぞれ示した。
Next, for the inventive coated drills 16-30 and comparative coated drills 9-16,
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB220) 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 60 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material-planar dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB290) 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 30 m / min. And 0.1 mm / rev., Respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB220) plate material,
Cutting speed: 150 m / min. ,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Hole depth: 6mm,
Wet high-speed drilling test of carbon steel under the following conditions (cutting condition i) (normal cutting speed and feed are 100 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 Table 21 and Table 22, respectively.

Figure 2012143851
Figure 2012143851

Figure 2012143851
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25〜48、本発明被覆エンドミル16〜30、および本発明被覆ドリル16〜30の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層、および(Cr,W,Ag)N薄層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ21〜36、比較被覆エンドミル9〜16、および比較被覆ドリル9〜16の(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄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。
Figure 2012143851
(Ti, Al) N thin layer constituting the hard coating layer of the present coated tip 25-48, the present coated end mill 16-30, and the present coated drill 16-30 as the present coated tool obtained as a result of this. Alternatively, the composition of (Ti, Al, M) N thin layer and (Cr, W, Ag) N thin layer, and comparative coating tips 21 to 36 as comparative coating tools, comparative coating end mills 9 to 16, and comparative coating The composition of the hard coating layer made of (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer of drills 9 to 16 was measured by energy dispersive X-ray analysis using a transmission electron microscope. However, 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17〜22に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも特にステンレス鋼、耐熱鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速高送り切削加工でも、硬質被覆層の交互積層構造を構成する(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有し、同じく交互積層構造を構成する(Cr,W,Ag)N薄層が耐熱性にすぐれ、高温条件下でも前記被削材および切粉との間のすぐれた耐溶着性を保持し、その結果、(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層に不足する耐溶着性が、これに交互に積層される(Cr,W,Ag)N薄層により補完されることによって、硬質被覆層全体として、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、硬質被覆層が(Ti,Al)N薄層あるいは(Ti,Al,M)N薄層で構成され、(Cr,W,Ag)N薄層を備えない比較被覆工具においては、いずれも前記被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 17 to 22, all of the coated tools of the present invention are hard even in high-speed and high-feed cutting that is accompanied by a large heat generation and requires a heavy load, especially for difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel. The (Ti, Al) N thin layer or (Ti, Al, M) N thin layer constituting the alternating layer structure of the coating layer has excellent high-temperature hardness, high-temperature strength, or in addition, excellent wear resistance. (Cr, W, Ag) N thin layers that have the same properties and alternate-layer structure, have excellent heat resistance, and are excellent between the work material and chips even under high temperature conditions. As a result, the (Ti, Al) N thin layer or the (Ti, Al, M) N thin layer has insufficient welding resistance which is alternately stacked on this (Cr, W, Ag). ) By supplementing with N thin layer, the entire hard coating layer is The hard coating layer is composed of a thin layer of (Ti, Al) N or a thin layer of (Ti, Al, M) N, while exhibiting excellent wear resistance over a long period of time. In comparative coated tools that do not have a thin layer of Cr, W, Ag) N, the adhesiveness between the work material (difficult-to-cut material) and chips and the hard coating layer in the high-speed cutting of the work material It is clear that since the reactivity is 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、ステンレス鋼、耐熱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 resistance not only to cutting general work materials but also to high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel. Since it exhibits weldability and exhibits excellent cutting performance over a long period of time, it can be used satisfactorily to meet FA requirements for cutting equipment, labor saving and energy saving, and cost reduction. is there.

Claims (5)

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、0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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 0.5 to 5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
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との複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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 of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α is the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) A lower layer made of a nitride layer;
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising: an upper layer made of a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
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)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、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との複合窒化物層からなる(Ti,Al)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgとの複合窒化物層からなる(Cr,W,Ag)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有す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 0.01 to 0.1 μm, and
Composition of Ti and Al satisfying the composition formula: (Ti 1-α Al α ) N (where α is the Al content ratio and the atomic ratio is 0.45 ≦ α ≦ 0.75) (Ti, Al) N thin layer made of a nitride layer,
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. (Cr, W, Ag) N thin layer composed of a composite nitride layer of Cr, W and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm.
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−α−βAlαβ)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とMとの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgと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, Al, and M satisfying 0.25),
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. A surface-coated cutting tool comprising: an upper layer made of a composite nitride layer of Cr, W, and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20.
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)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Ti1−α−βAlαβ)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とMとの複合窒化物層からなる(Ti,Al,M)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Cr1−X−YAg)N(但し、XはWの含有割合、YはAgの含有割合をそれぞれ示し、原子比で、0.01≦X≦0.30、0.01≦Y≦0.20である)を満足するCrとWとAgとの複合窒化物層からなる(Cr,W,Ag)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有す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 0.01 to 0.1 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 ≦ (Ti, Al, M) N thin layer composed of a composite nitride layer of Ti, Al, and M satisfying 0.25)
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Cr 1-XY W X Ag Y ) N (where X represents the content ratio of W, Y represents the content ratio of Ag, and the atomic ratio is 0.01 ≦ X ≦ 0.30. (Cr, W, Ag) N thin layer composed of a composite nitride layer of Cr, W and Ag satisfying 0.01 ≦ Y ≦ 0.20
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2019118995A (en) * 2018-01-04 2019-07-22 三菱マテリアル株式会社 Surface-coated cutting tool

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