JP2017159409A - Surface-coated cutting tool exerting excellent wear resistance - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具に関し、さらに詳しくは、低炭素鋼や電磁軟鉄などの高速切削加工に供した場合、長期にわたりすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関する。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer exhibits excellent wear resistance. More specifically, the present invention provides excellent wear resistance over a long period when subjected to high-speed cutting such as low carbon steel and electromagnetic soft iron. The present invention relates to a surface-coated cutting tool to be exhibited (hereinafter referred to as a coated tool).
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インサート、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、またインサート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インサート式エンドミルなどが知られている。 In general, coated tools are used for turning and planing of work materials such as various types of steel and cast iron, inserts that can be used detachably attached to the tip of a cutting tool, drilling processing of work materials, etc. There are drills, miniature drills, solid type end mills used for chamfering, grooving, shoulder processing, etc. of the work material, etc. Also, inserts are detachably attached and cutting is performed in the same way as solid type end mills An insert type end mill is known.
従来、被覆工具としては、例えば、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット等を工具基体とし、これに硬質被覆層を形成した被覆工具が知られており、切削性能の改善を目的として種々の提案がなされている。
例えば、特許文献１には、工具基体表面に最外層と内層とからなる被覆層を形成した被覆工具において、内層として、アスペクト比３以上の柱状組織を有し、結晶の（２２０）面、（３１１）面、（４２２）面の各配向性指数ＴＣ（２２０）、ＴＣ（３１１）、ＴＣ（４２２）のいずれかが配向性指数の最大値をとるＴｉＣＮ層とし、最外層は、窒化アルミニウム、又は炭窒化アルミニウムからなり、最外層中に塩素を０超０．５原子％以下含有するアルミニウム化合物層とすることにより、刃先が高温状態にさらされる高速・高能率加工において、優れた潤滑性と耐摩耗性を示し、かつ、長寿命である被覆工具が提案されている。
Conventionally, as a coated tool, for example, a coated tool in which a WC-based cemented carbide alloy, a TiCN-based cermet, or the like is used as a tool base and a hard coating layer is formed thereon is known, and various proposals are made for the purpose of improving cutting performance. Has been made.
For example, in Patent Document 1, in a coated tool in which a coating layer composed of an outermost layer and an inner layer is formed on the tool base surface, the inner layer has a columnar structure with an aspect ratio of 3 or more, and has a (220) plane of crystal ( 311), the orientation index TC (220), TC (311), or TC (422) of the (422) plane is a TiCN layer having the maximum orientation index, and the outermost layer is aluminum nitride, Or, it is made of aluminum carbonitride, and it has excellent lubricity in high-speed and high-efficiency machining where the cutting edge is exposed to a high temperature state by forming an aluminum compound layer containing chlorine in an outermost layer of more than 0 and 0.5 atomic% or less. Coated tools that exhibit wear resistance and have a long life have been proposed.
また、特許文献２には、工具基体表面に、改質ＴｉＣＮ層と改質Ａｌ２Ｏ３層を被覆形成した被覆工具において、工具基体表面からの層厚方向高さ（３×Ｎ）μｍ〜 [（３×Ｎ）＋１]μｍの範囲（但し、Ｎ＝１，２，３，・・・。)、かつ、幅１０μｍの領域について求めた改質ＴｉＣＮ層における結晶粒界長さをＧＢＬａＮ（μｍ）としたとき、２８０(μｍ)≦ＧＢＬｎａＮ（μｍ）≦６００(μｍ)かつ、０．８≦（ＧＢＬａＮ＋１）／（ＧＢＬａＮ）≦１．２を満足し、また、改質Ａｌ２Ｏ３層について測定した結晶粒界長さをＧＢＬｂ（μｍ）とし、測定した改質Ａｌ２Ｏ３層の層厚をＴｂ（μｍ）とした場合、ＧＢＬｂ／Ｔｂは３５０〜４５０の範囲内とすることにより、極めて短い周期で比較的弱い衝撃力が繰り返し作用するダクタ
イル鋳鉄の高速連続切削加工において、硬質被覆層の下部層が、微細な縦長成長結晶組織を備え、応力の緩和・吸収作用、クラックの伝播・進展抑制作用を有し、高温強度とともに一段とすぐれた耐チッピング性を示し、また、硬質被覆層の上部層が、すぐれた硬度と耐熱性に加え、すぐれた耐溶着性を示し、長期の使用に亘って、チッピング、欠損、剥離、溶着、偏摩耗等の発生もなく、すぐれた耐摩耗性を示す被覆工具が提案されている。
Patent Document 2 discloses that in a coated tool in which a modified TiCN layer and a modified Al 2 O 3 layer are formed on the tool base surface, the height in the layer thickness direction from the tool base surface (3 × N) μm to The grain boundary length in the modified TiCN layer determined for a region of [(3 × N) +1] μm (where N = 1, 2, 3,...) And a width of 10 μm is GBLa N (Μm), 280 (μm) ≦ GBLna N (μm) ≦ 600 (μm) and 0.8 ≦ (GBLa N + 1 ) / (GBLa N ) ≦ 1.2, and modified Al When the grain boundary length measured for the 2 O 3 layer is GBLb (μm) and the thickness of the measured modified Al 2 O 3 layer is Tb (μm), GBLb / Tb is in the range of 350 to 450 By doing so, a relatively weak impact force is repeatedly applied in a very short cycle. In high-speed continuous cutting of tile cast iron, the lower layer of the hard coating layer has a fine vertically grown crystal structure, has a stress relaxation / absorption function, and a crack propagation / progression suppression function, which is superior to high-temperature strength. Shows chipping resistance, and the upper layer of the hard coating layer shows excellent welding resistance in addition to excellent hardness and heat resistance, chipping, chipping, peeling, welding, uneven wear over a long period of use A coated tool exhibiting excellent wear resistance has been proposed.
さらに、特許文献３には、工具基体の表面に下部層、上部層を形成し、下部層の少なくとも１層はＴｉＣＮ層からなり、上部層は、α−Ａｌ２Ｏ３層からなり、さらに、対応粒界分布グラフにおいて、Σ３からΣ２９の範囲でΣ３に最高ピークが存在し、かつ、Σ３の分布割合はΣ３以上の全対応粒界長の３５〜７０％を占め、しかも、Σ３１以上の対応粒界は、Σ３以上の全対応粒界長の２５〜６０％を占めるような対応粒界を形成することにより、高速重切削、高速断続切削における耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性および耐摩耗性を改善した被覆工具が提案されている。 Further, in Patent Document 3, a lower layer and an upper layer are formed on the surface of the tool base, at least one of the lower layers is a TiCN layer, the upper layer is an α-Al 2 O 3 layer, In the corresponding grain boundary distribution graph, the highest peak exists in Σ3 in the range of Σ3 to Σ29, and the distribution ratio of Σ3 occupies 35 to 70% of the total corresponding grain boundary length of Σ3 or more, and corresponds to Σ31 or more. The grain boundary forms a corresponding grain boundary that occupies 25-60% of the total corresponding grain boundary length of Σ3 or more, thereby providing high-speed heavy cutting, high-speed intermittent cutting, chipping resistance, fracture resistance, peeling resistance, and Coated tools with improved wear resistance have been proposed.
近年、切削加工の技術分野における省力化および省エネ化、さらには低コスト化の要求は強く、これに伴い、被覆工具は耐摩耗性の向上による寿命延長が求められている。
前記特許文献１〜３で提案されている被覆工具においても、例えば、硬質被覆層として、柱状組織の組織構造を形成することにより、耐摩耗性の向上を図っている。
しかし、被覆工具の耐摩耗性の向上と耐チッピング性、耐欠損性の向上は、一般的に相反する特性であるため、被覆工具の長寿命化を図るためには、耐チッピング性、耐欠損性にもすぐれ、しかも、耐摩耗性にすぐれることが必要である。
このような点で、前記特許文献１〜３で提案されている被覆工具ばかりか、従来の被覆工具においては、耐摩耗性と耐チッピング性、耐欠損性の両立は未だ十分であるとはいえない。
したがって、チッピング、欠損等の異常損傷を発生することなく、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具が求められている。
In recent years, there has been a strong demand for labor saving, energy saving, and cost reduction in the technical field of cutting, and in accordance with this, coated tools are required to have an extended life by improving wear resistance.
In the coated tools proposed in Patent Documents 1 to 3, the wear resistance is improved by, for example, forming a columnar structure as a hard coating layer.
However, the improvement of wear resistance, chipping resistance, and chipping resistance of coated tools are generally contradictory properties. Therefore, in order to extend the life of coated tools, chipping resistance and chipping resistance It is necessary to have excellent wear resistance.
In this respect, not only the coated tools proposed in Patent Documents 1 to 3 above, but also the conventional coated tools, the compatibility between wear resistance, chipping resistance, and fracture resistance is still sufficient. Absent.
Accordingly, there is a need for a coated tool that exhibits excellent wear resistance over a long period of use without causing abnormal damage such as chipping or chipping.
そこで、本発明者らは、前記課題を解決すべく硬質被覆層の構造について鋭意検討したところ、次のような知見を得たのである。 Therefore, the present inventors diligently studied about the structure of the hard coating layer in order to solve the above problems, and obtained the following knowledge.
硬質被覆層を構成する従来のＴｉＣＮ層については、耐摩耗性の向上を図るためには、柱状組織のＴｉＣＮ結晶粒で構成することが望ましいとされている。
本発明者は、ＴｉＣＮ結晶粒を、単に層厚方向にほぼ平行な方向に成長する柱状組織として形成するのではなく、少なくとも、その一部に、柱状結晶粒同士が絡み合って成長する柱状組織を形成することにより、ＴｉＣＮ層の硬さを向上させることができ、その結果、硬質被覆層の耐摩耗性を向上させることができるとともに、被覆工具のより一層の長寿命化を図り得ることを見出したのである。
さらに、本発明者は、前記柱状結晶粒同士が絡み合って成長する柱状組織において、該組織を構成する結晶粒の径、粒界長さ、占有面積率等を特定の範囲内の定めることによって、チッピング、欠損等の異常損傷の発生を抑制することができることも見出したのである。
そして、前記柱状結晶粒同士が絡み合って成長する柱状組織が存在するＴｉＣＮ層を硬質被覆層として備える本発明の被覆工具は、溶着しやすい低炭素鋼や電磁軟鉄の高速切削加工において、チッピング、欠損等の異常損傷を発生することもなく、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性と寸法精度を発揮するのである。
The conventional TiCN layer constituting the hard coating layer is preferably composed of TiCN crystal grains having a columnar structure in order to improve wear resistance.
The inventor does not simply form TiCN crystal grains as a columnar structure that grows in a direction substantially parallel to the layer thickness direction, but at least forms a columnar structure in which the columnar crystal grains are entangled with each other. By forming, the hardness of the TiCN layer can be improved, and as a result, the wear resistance of the hard coating layer can be improved and the life of the coated tool can be further extended. It was.
Furthermore, the present inventors, in the columnar structure in which the columnar crystal grains are entangled with each other, by determining the diameter of the crystal grains constituting the structure, the grain boundary length, the occupied area ratio, etc. within a specific range, It has also been found that the occurrence of abnormal damage such as chipping and defects can be suppressed.
The coated tool of the present invention having a TiCN layer having a columnar structure in which the columnar crystal grains are entangled with each other as a hard coating layer is used for chipping and chipping in high-speed cutting of easily welded low carbon steel or electromagnetic soft iron. It exhibits excellent wear resistance and dimensional accuracy over a long period of use without causing abnormal damage such as the above.
本発明は、前記知見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からなる工具基体の表面に、硬質被覆層として、０．３〜５．０μｍの平均層厚を有する柱状組織ＴｉＣＮ層が少なくとも形成されている表面被覆切削工具において、
（ａ）前記柱状組織を、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面で観察し、各ＴｉＣＮ結晶粒の粒界の長さＬと、該結晶粒の外接円の直径Ｄの比の値Ｌ／２Ｄを求めた場合、Ｌ／２Ｄが１．３〜１．５であるＴｉＣＮ結晶粒が存在し、かつ、Ｌ／２Ｄが１．３〜１．５であるＴｉＣＮ結晶粒が、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面に占める面積割合は４０〜７０面積％であり、
（ｂ）前記工具基体表面と平行な方向に測定した前記ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅は０．１〜０．３μｍであり、
（ｃ）前記ＴｉＣＮ層は、４５〜６０ＧＰａのナノインデンテーション硬さを有することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記ＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する柱状組織を有することを特徴とする（１）に記載の表面被覆切削工具。
（３）前記工具基体表面と前記ＴｉＣＮ層の間に、０．１〜０．５μｍの平均層厚のＴｉＮ層が設けられていることを特徴とする（１）または（２）に記載の表面被覆切削工具。
（４）前記ＴｉＣＮ層を、
組成式：ＴｉＣＸＮ１−Ｘ（但し、Ｘは原子比）
で表した場合、０．０５≦Ｘ≦０．２０を満足することを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（５）前記硬質被覆層の圧縮残留応力が０．５〜５．０ＧＰａであることを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
The present invention has been made based on the above findings,
“(1) At least a columnar structure TiCN layer having an average layer thickness of 0.3 to 5.0 μm is formed as a hard coating layer on the surface of a tool base made of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet. In the surface coated cutting tool
(A) The columnar structure was observed in the vertical longitudinal section of the TiCN layer, and the value L / 2D of the ratio between the grain boundary length L of each TiCN crystal grain and the diameter D of the circumscribed circle of the crystal grain was determined. In this case, TiCN crystal grains having L / 2D of 1.3 to 1.5 are present, and TiCN crystal grains having L / 2D of 1.3 to 1.5 occupy the vertical longitudinal section of the TiCN layer. The area ratio is 40-70 area%,
(B) The average grain width of the TiCN crystal grains measured in a direction parallel to the tool base surface is 0.1 to 0.3 μm,
(C) The surface-coated cutting tool, wherein the TiCN layer has a nanoindentation hardness of 45 to 60 GPa.
(2) The surface-coated cutting tool according to (1), wherein the TiCN layer has a columnar structure in which TiCN crystal grains are entangled and grow in a layer thickness direction.
(3) The surface according to (1) or (2), wherein a TiN layer having an average layer thickness of 0.1 to 0.5 μm is provided between the tool base surface and the TiCN layer. Coated cutting tool.
(4) The TiCN layer is
Composition formula: TiC X N 1-X (where X is an atomic ratio)
The surface-coated cutting tool according to any one of (1) to (3), wherein 0.05 ≦ X ≦ 0.20 is satisfied.
(5) The surface-coated cutting tool according to any one of (1) to (4), wherein the compressive residual stress of the hard coating layer is 0.5 to 5.0 GPa. "
It has the characteristics.
本発明の被覆工具について、以下に詳細に説明する。 The coated tool of the present invention will be described in detail below.
図１に、本発明被覆工具の硬質被覆層の縦断面模式図を示す。
図１に示すように、本発明被覆工具の硬質被覆層は、例えば、工具基体表面に、アークイオンプレーティング(以下、「ＡＩＰ」という)法により下地層としてのＴｉＮ層が被覆形成され、その上に、同じくＡＩＰ法によりＴｉＣＮ層が被覆形成される。
下地層としてのＴｉＮ層は、工具基体とＴｉＣＮ層の密着強度を高めるためには、その平均層厚が０．１μｍ以上であることが望ましい。しかし、平均層厚が０．５μｍを超えると、ＴｉＮ結晶粒の粗大化により、その上に形成されるＴｉＣＮ結晶粒の粗大化を招きチッピング、欠損等の異常損傷を発生しやすくなる。
したがって、下地層としてのＴｉＮ層の平均層厚は、０．１〜０．５μｍとすることが望ましい。
また、本発明のＴｉＣＮ層は、その平均層厚が０．３μｍ未満では、長期にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することができず、一方、平均層厚が５．０μｍを超えると、結晶粒の粗大化による異常損層を発生しやすくなる。
したがって、ＴｉＣＮ層の平均層厚は、０．３〜５．０μｍとする。
In FIG. 1, the longitudinal cross-sectional schematic diagram of the hard coating layer of this invention coated tool is shown.
As shown in FIG. 1, the hard coating layer of the coated tool of the present invention is formed, for example, by coating a TiN layer as a base layer on the surface of a tool base by an arc ion plating (hereinafter referred to as “AIP”) method. On top, a TiCN layer is also coated by the AIP method.
The average thickness of the TiN layer as the underlayer is preferably 0.1 μm or more in order to increase the adhesion strength between the tool base and the TiCN layer. However, if the average layer thickness exceeds 0.5 μm, the TiN crystal grains become coarse, and the TiCN crystal grains formed on the TiN crystal grains become coarse, and abnormal damage such as chipping and defects tends to occur.
Therefore, the average layer thickness of the TiN layer as the underlayer is preferably 0.1 to 0.5 μm.
In addition, when the average thickness of the TiCN layer of the present invention is less than 0.3 μm, excellent wear resistance cannot be exhibited over a long period of time, while when the average layer thickness exceeds 5.0 μm, the crystal grains It becomes easy to generate an abnormal loss layer due to the coarsening of.
Therefore, the average thickness of the TiCN layer is set to 0.3 to 5.0 μm.
図１に示されるように、本発明被覆工具のＴｉＣＮ層は、柱状組織を有する。
しかし、層厚方向にほぼ平行な方向に成長する従来の柱状組織とは異なり、本発明の柱状組織は、ＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する柱状組織である。
本発明の柱状組織の形態は、次のように言い換えることができる。
（１）まず、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面を、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察し、個々のＴｉＣＮ結晶粒の粒界長さＬを測定し、また、個々の結晶粒に外接する外接円の直径(以下、簡単のため「結晶長径」という)Ｄを求めた場合、
１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満たすＴｉＣＮ結晶粒が存在すること、かつ、
（２）１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満たすＴｉＣＮ結晶粒が、観察したＴｉＣＮ層の垂直縦断面に占める面積割合が４０〜７０面積％であること、さらに、
（３）各ＴｉＣＮ結晶粒の幅を、工具基体表面と平行な方向に測定した場合、各ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅が０．１〜０．３μｍであること、
以上（１）〜（３）の各条件が満たされた場合に、本発明の柱状組織、即ち、ＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する柱状組織、が形成されているといえる。
なお、このようなＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する本発明の柱状組織は、後記するＡＩＰ法によって形成することができる。
As shown in FIG. 1, the TiCN layer of the coated tool of the present invention has a columnar structure.
However, unlike the conventional columnar structure that grows in a direction substantially parallel to the layer thickness direction, the columnar structure of the present invention is a columnar structure in which TiCN crystal grains are entangled and grow in the layer thickness direction.
The form of the columnar structure of the present invention can be paraphrased as follows.
(1) First, the vertical longitudinal section of the TiCN layer is observed using, for example, a scanning electron microscope (SEM), and the grain boundary length L of each TiCN crystal grain is measured. When a circumscribed circle diameter D (hereinafter referred to as “crystal major axis” for simplicity) D is obtained,
The presence of TiCN grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5, and
(2) The area ratio of the TiCN crystal grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 in the observed vertical longitudinal section of the TiCN layer is 40 to 70 area%,
(3) When the width of each TiCN crystal grain is measured in a direction parallel to the tool base surface, the average grain width of each TiCN crystal grain is 0.1 to 0.3 μm.
When the conditions (1) to (3) are satisfied, it can be said that the columnar structure of the present invention, that is, a columnar structure in which TiCN crystal grains are entangled and grow in the layer thickness direction is formed.
The columnar structure of the present invention in which such TiCN crystal grains are entangled and grows in the layer thickness direction can be formed by the AIP method described later.
本発明において、前記Ｌ／２Ｄが１．３未満の場合には、ＴｉＣＮ結晶粒同士の絡み合いが少ないため、従来の柱状組織と大きな差はなく、耐摩耗性向上効果が少ない。一方、Ｌ／２Ｄが１．５を超える場合には、ＴｉＣＮ層の靱性が低下するため、チッピング、欠損を発生しやすくなる。
したがって、ＴｉＣＮ結晶粒の粒界長さＬと、個々の結晶粒の結晶長径Ｄの比の値Ｌ／２Ｄは、１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５とする。
また、１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満足するＴｉＣＮ結晶粒の占める面積割合が、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面の観察領域の４０面積％未満では、耐摩耗性向上効果が十分でなく、一方、７０面積％を超えるとＴｉＣＮ層の靱性低下によりチッピング、欠損を発生しやすくなる。
したがって、１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満足するＴｉＣＮ結晶粒の占める面積割合は、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面の観察領域の４０〜７０面積％とする。
さらに、工具基体表面と平行な方向に、各ＴｉＣＮ結晶粒の結晶粒幅を測定した場合、ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅が０．１μｍ未満である場合には、ＴｉＣＮ柱状結晶粒の靱性が低下し、一方、平均結晶粒幅が０．３μｍを超えると硬さが不十分となるため、ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅は０．１〜０．３μｍとする。
In the present invention, when the L / 2D is less than 1.3, there is little entanglement between TiCN crystal grains, so there is no significant difference from the conventional columnar structure, and the effect of improving wear resistance is small. On the other hand, when L / 2D exceeds 1.5, the toughness of the TiCN layer decreases, and chipping and defects are likely to occur.
Therefore, the value L / 2D of the ratio between the grain boundary length L of the TiCN crystal grains and the crystal major axis D of the individual crystal grains is set to 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5.
In addition, if the area ratio of the TiCN crystal grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 is less than 40% by area of the observation region of the vertical longitudinal section of the TiCN layer, the effect of improving the wear resistance is not sufficient. On the other hand, if it exceeds 70 area%, chipping and defects are likely to occur due to a decrease in the toughness of the TiCN layer.
Therefore, the area ratio occupied by the TiCN crystal grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 is 40 to 70 area% of the observation region of the vertical longitudinal section of the TiCN layer.
Furthermore, when the crystal grain width of each TiCN crystal grain is measured in a direction parallel to the tool base surface, if the average grain width of the TiCN crystal grain is less than 0.1 μm, the toughness of the TiCN columnar crystal grain is On the other hand, since the hardness becomes insufficient when the average crystal grain width exceeds 0.3 μm, the average crystal grain width of the TiCN crystal grains is set to 0.1 to 0.3 μm.
本発明のＴｉＣＮ層は、ＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する柱状組織を有することから、ナノインデンテーション硬さで４５〜６０ＧＰａにまで硬さを高めることができる。また、ＴｉＣＮ膜は鉄に対する親和性が低いため、構成刃先が生じにくく、加えて高い硬さを有すれば工具摩耗も起きにくく、工具そのものの刃先形状で長時間の切削が可能となる。故に、低い親和性及び高いナノインデンテーション硬さを奏することで優れた寸法精度を発揮することが可能となる。
ここで、ナノインデンテーション硬さが４５ＧＰａ未満では、硬さが不十分であって、耐摩耗性向上効果が少なく、一方、ナノインデンテーション硬さが６０ＧＰａを超えると、ＴｉＣＮ層の靱性低下により、チッピング、欠損を発生しやすくなる。
したがって、本発明では、ＴｉＣＮ層の硬さを、ナノインデンテーション硬さで４５〜６０ＧＰａとする。
なお、本発明におけるナノインデンテーション硬さは、ＴｉＣＮ層の層厚の１／１０以下の押し込み深さになるよう設定した荷重で測定した値であり、層厚によって変わるが、例えば、０．０３〜０．３μｍの押し込み深さになるよう設定した荷重で測定した値である。
Since the TiCN layer of the present invention has a columnar structure in which TiCN crystal grains are entangled and grow in the layer thickness direction, the hardness can be increased to 45 to 60 GPa in terms of nanoindentation hardness. Further, since the TiCN film has a low affinity for iron, a constituent cutting edge is hardly generated, and in addition, if it has high hardness, tool wear hardly occurs, and the cutting edge shape of the tool itself can cut for a long time. Therefore, it is possible to exhibit excellent dimensional accuracy by exhibiting low affinity and high nanoindentation hardness.
Here, if the nanoindentation hardness is less than 45 GPa, the hardness is insufficient and the effect of improving the wear resistance is small. On the other hand, if the nanoindentation hardness exceeds 60 GPa, the toughness of the TiCN layer decreases. Chipping and defects are likely to occur.
Therefore, in the present invention, the hardness of the TiCN layer is 45 to 60 GPa in terms of nanoindentation hardness.
The nanoindentation hardness in the present invention is a value measured with a load set so that the indentation depth is 1/10 or less of the thickness of the TiCN layer, and varies depending on the layer thickness. For example, 0.03 It is the value measured with the load set so that it may become indentation depth of -0.3 micrometer.
本発明においては、ＴｉＣＮ層におけるＣの含有割合及びＮの含有割合を特に制限するものではないが、ＴｉＣＮ層を、
組成式：ＴｉＣＸＮ１−Ｘ（但し、Ｘは原子比）
で表した場合、０．０５≦Ｘ≦０．２０を満足することが望ましい
これは、Ｘの値が０．０５未満であると、高い硬さと潤滑性が得られないため良好な耐摩耗性や寸法精度が発揮できず、また、Ｘの値が０．２０を超えると、靱性が低下し、チッピングや欠損が発生しやすくなるという理由による。
In the present invention, the content ratio of C and the content ratio of N in the TiCN layer are not particularly limited.
Composition formula: TiC X N 1-X (where X is an atomic ratio)
In this case, it is desirable that 0.05 ≦ X ≦ 0.20 is satisfied. This is because, when the value of X is less than 0.05, high hardness and lubricity cannot be obtained, and thus good wear resistance. This is because the dimensional accuracy cannot be exhibited, and if the value of X exceeds 0.20, the toughness is lowered, and chipping and chipping are likely to occur.
また、本発明においては、硬質被覆層ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力を０．５〜５．０ＧＰａとすることが望ましい。
これは、圧縮残留応力が０．５ＧＰａ未満であると、剥離が生じやすく、一方、圧縮残留応力が５．０ＧＰａを超えると自己破壊しやすくなるからである。
なお、前記圧縮残留応力の値は、硬質被覆層がＴｉＣＮ層である場合には、ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力であるが、下地層としてＴｉＮ層が形成され、その上にＴｉＣＮ層が形成されている場合には、前記圧縮残留応力の値は、ＴｉＮ層とＴｉＣＮ層との総括的な圧縮残留応力ということになる。
In the present invention, it is desirable that the compressive residual stress of the hard coating layer TiCN layer is 0.5 to 5.0 GPa.
This is because peeling tends to occur when the compressive residual stress is less than 0.5 GPa, while self-destruction tends to occur when the compressive residual stress exceeds 5.0 GPa.
The value of the compressive residual stress is the compressive residual stress of the TiCN layer when the hard coating layer is a TiCN layer, but the TiN layer is formed as an underlayer, and the TiCN layer is formed thereon. In this case, the value of the compressive residual stress is the overall compressive residual stress of the TiN layer and the TiCN layer.
前記圧縮残留応力の測定は、Ｘ線回折装置を用い、２θ−ｓｉｎ２ψ法にて実施する。この場合、Ｃｒ管球を用い、ＴｉＮ層とＴｉＣＮ層を総括した（２２０）ピークにて測定する。ヤング率としては４７０ＧＰａ、ポアソン比としては０．２を使用して計算を実施した。 The compressive residual stress is measured by the 2θ-sin 2 ψ method using an X-ray diffractometer. In this case, a Cr tube is used, and measurement is performed at the (220) peak obtained by summarizing the TiN layer and the TiCN layer. The calculation was performed using a Young's modulus of 470 GPa and a Poisson's ratio of 0.2.
硬質被覆層の成膜法：
本発明の被覆工具は、その硬質被覆層を、例えば、以下に示すＡＩＰ法によって成膜することができる。
まず、下地層としてＴｉＮ層を成膜する場合には、ＡＩＰ装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して所定の反応雰囲気とすると共に、工具基体に所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、前記Ｔｉターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に所定の電流を流してアーク放電を発生させ、工具基体の表面に、下地層としてＴｉＮ層を蒸着形成する。
次いで、ＴｉＣＮ層の成膜を、次のとおり行う。
ＡＩＰ装置内に反応ガスとして窒素ガスとメタンガスの混合ガスを導入して所定の反応雰囲気とし、工具基体に所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、前記Ｔｉターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク電流を流し、該アーク電流の大きさを変化させながらアーク放電を発生させ、前記下地層表面に、ＴｉＣＮ層を蒸着形成することによって、本発明で規定する柱状組織を有するＴｉＣＮ層を形成することができる。
なお、アーク電流は６０〜１２０Ａの比較的低いアーク電流条件と１４０〜１８０Ａの比較的高い条件を交互に用いて成膜する。もちろん、条件は複数用いても構わないが二条件成膜の方が膜の残留応力や比較的大きい結晶粒を形成しやすい。ここで、前記Ｌ／２Ｄの値は、アーク電流の変化の大きさに依存し、１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満足するＴｉＣＮ結晶粒の占める面積割合は、反応ガスの全圧に依存し、ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅はアーク電流値の大きさに依存し、ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力は、ＴｉＣＮ層成膜時のバイアス電圧に依存する。
したがって、ＡＩＰ法において、主として蒸着時のアーク電流、反応ガスの全圧、バイアス電圧を制御することによって、本発明で規定する柱状組織のＴｉＣＮ層を備えた被覆工具を作製することができる。
Hard coating layer deposition method:
In the coated tool of the present invention, the hard coating layer can be formed by, for example, the following AIP method.
First, when forming a TiN layer as an underlayer, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the AIP apparatus to form a predetermined reaction atmosphere, a predetermined DC bias voltage is applied to the tool base, and A predetermined current is passed between the cathode electrode (evaporation source) made of the Ti target and the anode electrode to generate an arc discharge, and a TiN layer is deposited on the surface of the tool base as a base layer.
Next, the TiCN layer is formed as follows.
A mixed gas of nitrogen gas and methane gas is introduced into the AIP apparatus as a reaction gas to form a predetermined reaction atmosphere, a predetermined DC bias voltage is applied to the tool base, and a cathode electrode (evaporation source) made of the Ti target; An arc current is passed between the anode electrode and an arc discharge while changing the magnitude of the arc current, and a TiCN layer is deposited on the surface of the underlayer to form a columnar structure defined in the present invention. A TiCN layer having the same can be formed.
The arc current is formed by alternately using a relatively low arc current condition of 60 to 120 A and a relatively high condition of 140 to 180 A. Of course, a plurality of conditions may be used, but the two-condition film formation tends to form a residual stress of the film and relatively large crystal grains. Here, the value of L / 2D depends on the magnitude of the change in arc current, and the area ratio occupied by TiCN crystal grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 is the total pressure of the reaction gas. The average grain width of the TiCN crystal grains depends on the magnitude of the arc current value, and the compressive residual stress of the TiCN layer depends on the bias voltage at the time of forming the TiCN layer.
Therefore, in the AIP method, by mainly controlling the arc current during vapor deposition, the total pressure of the reaction gas, and the bias voltage, a coated tool having a columnar TiCN layer defined in the present invention can be produced.
本発明は、硬質被覆層として、ＴｉＣＮ結晶粒同士が絡み合って層厚方向に成長する柱状組織を有するＴｉＣＮ層を少なくとも備えており、該柱状組織は、ＴｉＣＮ結晶粒の粒界の長さＬと、該結晶粒の外接円の直径Ｄの比の値Ｌ／２Ｄが１．３〜１．５であるＴｉＣＮ結晶粒が存在するとともに、該結晶粒の面積割合は４０〜７０面積％であり、さらに、ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅は０．１〜０．３μｍであって、ＴｉＣＮ層は、４５〜６０ＧＰａのナノインデンテーション硬さを有することから、このような硬質被覆層を工具基体表面に形成した本発明の被覆工具は、低炭素鋼や電磁軟鉄の高速切削加工において耐溶着性に優れることから、チッピング、欠損等の異常損傷を発生することもなく、長期にわたってすぐれた耐摩耗性と寸法精度を発揮する。 The present invention includes at least a TiCN layer having a columnar structure in which TiCN crystal grains are entangled with each other and grow in the layer thickness direction as the hard coating layer, and the columnar structure includes the length L of the grain boundary of the TiCN crystal grains. In addition, there are TiCN crystal grains having a ratio L / 2D of the diameter D of the circumscribed circle of the crystal grains of 1.3 to 1.5, and the area ratio of the crystal grains is 40 to 70 area%, Furthermore, since the average grain width of the TiCN crystal grains is 0.1 to 0.3 μm and the TiCN layer has a nanoindentation hardness of 45 to 60 GPa, such a hard coating layer is formed on the surface of the tool base. The coated tool of the present invention formed in 1 is excellent in welding resistance in high-speed cutting of low carbon steel and electromagnetic soft iron, so it does not cause abnormal damage such as chipping and chipping, and has excellent wear resistance over a long period. When Exert legal accuracy.
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。
なお、具体的な説明としては、ＷＣ基超硬合金基体からなる被覆工具について説明するが、ＴｉＣＮ基サーメットを工具基体とする被覆工具についても同様である。
Next, the coated tool of the present invention will be specifically described with reference to examples.
As a specific description, a coated tool made of a WC-based cemented carbide substrate will be described, but the same applies to a coated tool using a TiCN-based cermet as a tool substrate.
工具基体の作製：：
原料粉末として、いずれも０．５〜５μｍの平均粒径を有する、Ｃｏ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表８に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形し、これらの圧粉成形体を焼結し、所定寸法となるように加工して、ＩＳＯ規格ＣＮＭＧ１２０４０８のインサート形状をもったＷＣ基超硬合金工具基体１〜３を製造した。
Tool substrate production ::
As raw material powders, Co powder, VC powder, Cr 3 C 2 powder, TiC powder, TaC powder, NbC powder, WC powder, all having an average particle diameter of 0.5 to 5 μm, are prepared. After blending into the composition shown in Table 8, adding wax, wet mixing with a ball mill for 72 hours, drying under reduced pressure, press molding at a pressure of 100 MPa, sintering these powder compacts, predetermined dimensions WC base cemented carbide tool bases 1 to 3 having an ISO standard CNMG120408 insert shape were produced.
硬質被覆層の成膜：
前述の工程によって作製したＷＣ基超硬合金工具基体１〜３に対して、図２に示したようなアークイオンプレーティング装置を用いて、硬質被覆層を形成した。
（ａ）工具基体１〜３を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、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する。また、カソード電極（蒸発源）として、Ｔｉターゲットを配置する。
（ｂ）まず、装置内を排気して１０−２Ｐａ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、０．５〜２．０ＰａのＡｒガス雰囲気に設定し、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−４００〜−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、もって工具基体表面をアルゴンイオンによって５〜３０分間ボンバード処理する。
（ｃ）次に、下地層の成膜を、次のとおり行う。
装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す所定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表２に示す所定の直流バイアス電圧を印加し、かつ、前記Ｔｉターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間に表２に示す所定の電流を所定時間流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表４に示される目標平均層厚のＴｉＮ層を下地層として蒸着形成した。
（ｄ）次いで、下地層である前記ＴｉＮ層の表面に、ＴｉＣＮ層を次のとおり成膜した。
まず、装置内に反応ガスとして表２に示す流量比となるように窒素ガスとメタンガスの混合ガスを導入し、かつ、表２に示す所定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表２に示す所定の直流バイアス電圧を印加し、また、表２に示すようにアーク電流値を変化させながら前記Ｔｉ金ターゲットからなるカソード電極（蒸発源）とアノード電極との間にアーク電流を流してアーク放電を発生させ、前記下地層表面に、表５に示される目標組成、目標平均層厚のＴｉＣＮ層を蒸着形成した。
上記工程（ａ）〜（ｄ）により、表４に示す本発明被覆工具(「本発明工具」という)１〜１２を作製した。
なお、本発明工具１１、１２については、上記工程（ｃ）による下地層（ＴｉＮ層）の形成は行っていない。
Formation of hard coating layer:
A hard coating layer was formed on the WC-base cemented carbide tool bases 1 to 3 produced by the above-described process using an arc ion plating apparatus as shown in FIG.
(A) The tool bases 1 to 3 are ultrasonically cleaned in acetone and dried. Then, the tool bases 1 to 3 are arranged along the outer periphery at a predetermined distance in the radial direction from the central axis on the rotary table in the arc ion plating apparatus. Install. A Ti target is disposed as a cathode electrode (evaporation source).
(B) First, the interior of the apparatus was evacuated and kept at a vacuum of 10 −2 Pa or less, and the interior of the apparatus was heated to 500 ° C. with a heater, and then set to an Ar gas atmosphere of 0.5 to 2.0 Pa. A DC bias voltage of −400 to −1000 V is applied to the tool base rotating while rotating on the rotary table, and the tool base surface is bombarded with argon ions for 5 to 30 minutes.
(C) Next, the underlayer is formed as follows.
Nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a predetermined reaction atmosphere shown in Table 2, and a predetermined DC bias voltage shown in Table 2 is applied to a tool base that rotates while rotating on the rotary table. In addition, arc discharge is generated by causing a predetermined current shown in Table 2 to flow between the cathode electrode (evaporation source) made of the Ti target and the anode electrode for a predetermined time, and the surface of the tool base is shown in Table 4 A TiN layer having a target average layer thickness was deposited as an underlayer.
(D) Next, a TiCN layer was formed as follows on the surface of the TiN layer as the underlayer.
First, a mixed gas of nitrogen gas and methane gas is introduced as a reaction gas in the apparatus so as to have a flow rate ratio shown in Table 2, and a predetermined reaction atmosphere shown in Table 2 is set, and the mixture rotates on the rotary table. While applying the predetermined DC bias voltage shown in Table 2 to the rotating tool base, and changing the arc current value as shown in Table 2, the cathode electrode (evaporation source) and anode electrode made of the Ti gold target During this period, an arc current was passed to generate an arc discharge, and a TiCN layer having a target composition and a target average layer thickness shown in Table 5 was deposited on the surface of the underlayer.
By the above steps (a) to (d), the present coated tools (referred to as “the present tool”) 1 to 12 shown in Table 4 were produced.
In addition, about this invention tool 11 and 12, formation of the base layer (TiN layer) by the said process (c) is not performed.
比較のため、上記工具基体１〜３に対して、表３に示す条件で硬質被覆層を蒸着形成することにより、表５に示す下地層（ＴｉＮ層）とＴｉＣＮ層を有する比較例被覆工具(「比較例工具」という)１〜９を作製した。
なお、比較例工具８、９については、下地層（ＴｉＮ層）の形成は行っていない。
For comparison, by applying a hard coating layer by vapor deposition under the conditions shown in Table 3 on the tool bases 1 to 3, a comparative example coated tool having a base layer (TiN layer) and a TiCN layer shown in Table 5 ( 1 to 9) (referred to as “comparative example tools”) were produced.
In the comparative tools 8 and 9, the base layer (TiN layer) is not formed.
上記で作製した本発明工具１〜１２および比較例工具１〜９について、走査型電子顕微鏡を用いた縦断面測定により各層の平均層厚（５点測定の平均値）を求めた。
また、ＴｉＣＮの組成として、ＴｉＣＸＮ１−Ｘで表した場合のＸの値(原子比)をオージェ分光分析によって求めた。
About this invention tools 1-12 produced above and the comparative example tools 1-9, the average layer thickness (average value of 5-point measurement) of each layer was calculated | required by the longitudinal cross-section measurement using the scanning electron microscope.
Further, as the composition of TiCN, the value of X (atomic ratio) when represented by TiC X N 1-X was determined by Auger spectroscopic analysis.
さらに、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面を観察して、ＴｉＣＮ結晶粒の粒界の長さＬ、該結晶粒の外接円の直径Ｄを求め、１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満足するＴｉＣＮ結晶粒が垂直縦断面の観察領域に占める面積割合を求めた。
また、ＴｉＣＮ結晶粒の結晶粒幅を求めた。
具体的な測定法は、以下のとおりである。
断面ＳＥＭ観察もしくは付随の後方散乱電子線回折（ＥＢＳＤ）により結晶粒の形状を特定し、該結晶粒の長さＬ及び該結晶粒を内包するような外接円をとり、その直径をＤとして観察視野５視野についてそれぞれ測定しＬ／２Ｄの値を算出し、平均値を求め１．３≦Ｌ／２Ｄ≦１．５を満足するＴｉＣＮ結晶粒を抽出し、上記形状測定結果から膜断面積に占める面積割合を求めた。
次に、ＴｉＣＮの結晶粒幅については観察視野範囲に存在する各々の結晶粒について基体水平方向における最大結晶粒幅と最小結晶粒幅を上記同様５視野について各々の結晶粒について求め、その平均値とした。
Further, by observing the vertical longitudinal section of the TiCN layer, the grain boundary length L of the TiCN crystal grains and the diameter D of the circumscribed circle of the crystal grains are obtained, and 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 is satisfied. The area ratio of the TiCN crystal grains in the observation region of the vertical longitudinal section was determined.
Moreover, the crystal grain width of the TiCN crystal grain was calculated | required.
The specific measurement method is as follows.
The shape of the crystal grain is specified by cross-sectional SEM observation or incidental backscattered electron diffraction (EBSD), the length L of the crystal grain and a circumscribed circle including the crystal grain are taken, and the diameter is observed as D Each of the five fields of view is measured, the value of L / 2D is calculated, the average value is obtained, TiCN crystal grains satisfying 1.3 ≦ L / 2D ≦ 1.5 are extracted, and the film cross-sectional area is calculated from the shape measurement result. The area ratio was calculated.
Next, regarding the crystal grain width of TiCN, the maximum crystal grain width and the minimum crystal grain width in the horizontal direction of the substrate for each crystal grain existing in the observation visual field range are obtained for each crystal grain with respect to the five visual fields, and the average value is obtained. It was.
次に、ＴｉＣＮ層の層厚の１／１０以下の押し込み深さになるよう層厚が２μｍ以下の本発明被覆工具については押し込み荷重５０ｍｇ、２μｍより厚い層厚を有する本発明被覆工具については２００ｍｇの押し込み荷重にてナノインデンテーション硬さを１０点測定し、その平均値を求めた。
また、ＴｉＣＮ層の圧縮残留応力を、Ｘ線回折装置を用い、２θ−ｓｉｎ２ψ法にて測定した。この場合、Ｃｒ管球を用い、ＴｉＮ層とＴｉＣＮ層を総括した（２２０）ピークにて測定し、ヤング率としては４７０ＧＰａ、ポアソン比としては０．２を使用して計算した。
表３、表５に、これらの値を示す。
Next, for the present coated tool having a layer thickness of 2 μm or less so that the indentation depth is 1/10 or less of the thickness of the TiCN layer, the indentation load is 50 mg, and the present coated tool having a layer thickness larger than 2 μm is 200 mg. The nanoindentation hardness was measured at 10 points with an indentation load, and the average value was obtained.
Further, the compressive residual stress of the TiCN layer was measured by the 2θ-sin 2 ψ method using an X-ray diffractometer. In this case, a Cr tube was used, and measurement was performed at the (220) peak obtained by summarizing the TiN layer and the TiCN layer, and calculation was performed using Young's modulus of 470 GPa and Poisson's ratio of 0.2.
Tables 3 and 5 show these values.
次いで、本発明工具１〜１２および比較例工具１〜９について、以下の切削条件Ａ、Ｂにより、切削試験を実施した。
切削条件Ａ：
被削材：ＪＩＳ・Ｓ１０Ｃの丸棒
切削速度： ２８０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３．０ｍｍ、
送り： ０．２２ｍｍ、
の乾式連続高速切削条件で切削試験を行い、加工時間１３分まで切削し、逃げ面摩耗幅、寸法変化量を測定した。
切削条件Ｂ：
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＹ-２の丸棒
切削速度： ２９０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２．８ｍｍ、
送り： ０．２７ｍｍ／刃、
の条件で、加工時間１６分まで切削し、逃げ面摩耗幅、寸法変化量を測定した。
表６、表７に、その結果を示す。
Next, cutting tests were performed on the inventive tools 1 to 12 and the comparative tools 1 to 9 under the following cutting conditions A and B.
Cutting condition A:
Work material: JIS / S10C round bar Cutting speed: 280 m / min. ,
Cutting depth: 3.0mm,
Feed: 0.22mm,
A cutting test was performed under the dry continuous high-speed cutting conditions, and the cutting time was cut to 13 minutes, and the flank wear width and dimensional change were measured.
Cutting condition B:
Work material: Round bar of JIS / SUY-2 Cutting speed: 290 m / min. ,
Incision: 2.8mm,
Feed: 0.27 mm / tooth,
Under these conditions, cutting was performed up to a processing time of 16 minutes, and the flank wear width and dimensional change were measured.
Tables 6 and 7 show the results.
表６、表７の結果によれば、本発明工具１〜１２は、逃げ面摩耗幅の平均は約０．２２ｍｍであり、また、寸法変化量は０．００５ｍｍ以下であるのに対して、比較例工具１〜９は逃げ面摩耗が進行し、寸法精度も劣り、また、短時間でチッピング、欠損による寿命となるものも生じた。
この結果から、本発明工具１〜１２は、比較例工具１〜９に比して、耐チッピング性、耐欠損性にすぐれ、さらに、耐摩耗性にもすぐれていることが分かる。
According to the results of Tables 6 and 7, the tools 1 to 12 of the present invention have an average flank wear width of about 0.22 mm and a dimensional change amount of 0.005 mm or less. In Comparative Examples Tools 1 to 9, flank wear progressed, the dimensional accuracy was inferior, and some tools had a lifetime due to chipping and chipping in a short time.
From this result, it can be seen that the inventive tools 1 to 12 are superior in chipping resistance and fracture resistance as compared with the comparative tools 1 to 9, and are also excellent in wear resistance.
本発明の表面被覆切削工具は、炭素種や電磁軟鉄の高速切削加工において、すぐれた耐チッピング性、耐欠損性および耐摩耗性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置の高性能化、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。
The surface-coated cutting tool of the present invention exhibits excellent chipping resistance, fracture resistance, and wear resistance in high-speed cutting of carbon species and electromagnetic soft iron, and exhibits excellent cutting performance over a long period of time. Therefore, it is possible to satisfactorily meet the demand for higher performance of the cutting device, labor saving and energy saving of the cutting work, and further cost reduction.
Claims (5)
（ａ）前記柱状組織を、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面で観察し、各ＴｉＣＮ結晶粒の粒界の長さＬと、該結晶粒の外接円の直径Ｄの比の値Ｌ／２Ｄを求めた場合、Ｌ／２Ｄが１．３〜１．５であるＴｉＣＮ結晶粒が存在し、かつ、Ｌ／２Ｄが１．３〜１．５であるＴｉＣＮ結晶粒が、ＴｉＣＮ層の垂直縦断面に占める面積割合は４０〜７０面積％であり、
（ｂ）前記工具基体表面と平行な方向に測定した前記ＴｉＣＮ結晶粒の平均結晶粒幅は０．１〜０．３μｍであり、
（ｃ）前記ＴｉＣＮ層は、４５〜６０ＧＰａのナノインデンテーション硬さを有することを
特徴とする表面被覆切削工具。 Surface coating in which at least a columnar structure TiCN layer having an average layer thickness of 0.3 to 5.0 μm is formed as a hard coating layer on the surface of a tool base made of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet In cutting tools,
(A) The columnar structure was observed in the vertical longitudinal section of the TiCN layer, and the value L / 2D of the ratio between the grain boundary length L of each TiCN crystal grain and the diameter D of the circumscribed circle of the crystal grain was determined. In this case, TiCN crystal grains having L / 2D of 1.3 to 1.5 are present, and TiCN crystal grains having L / 2D of 1.3 to 1.5 occupy the vertical longitudinal section of the TiCN layer. The area ratio is 40-70 area%,
(B) The average grain width of the TiCN crystal grains measured in a direction parallel to the tool base surface is 0.1 to 0.3 μm,
(C) The surface-coated cutting tool, wherein the TiCN layer has a nanoindentation hardness of 45 to 60 GPa.
組成式：ＴｉＣＸＮ１−Ｘ（但し、Ｘは原子比）
で表した場合、０．０５≦Ｘ≦０．２０を満足することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。 The TiCN layer;
Composition formula: TiC X N 1-X (where X is an atomic ratio)
The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein 0.05 ≦ X ≦ 0.20 is satisfied.
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907434A (en) * | 2017-11-15 | 2018-04-13 | 北京工业大学 | Micro-nano heterogeneous material interface phase morphology determination methods |
| WO2021245879A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
| WO2021245878A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
| JP7401850B2 (en) | 2020-03-19 | 2023-12-20 | 三菱マテリアル株式会社 | surface coated cutting tools |
-
2016
- 2016-03-10 JP JP2016046620A patent/JP2017159409A/en active Pending
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107907434A (en) * | 2017-11-15 | 2018-04-13 | 北京工业大学 | Micro-nano heterogeneous material interface phase morphology determination methods |
| CN107907434B (en) * | 2017-11-15 | 2020-04-03 | 北京工业大学 | Micro-nano heterogeneous material interface phase morphology judgment method |
| JP7401850B2 (en) | 2020-03-19 | 2023-12-20 | 三菱マテリアル株式会社 | surface coated cutting tools |
| WO2021245879A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
| WO2021245878A1 (en) * | 2020-06-04 | 2021-12-09 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tool |
| JP6992230B1 (en) * | 2020-06-04 | 2022-01-13 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tools |
| JP6992231B1 (en) * | 2020-06-04 | 2022-01-13 | 住友電工ハードメタル株式会社 | Cutting tools |
| US11273498B2 (en) | 2020-06-04 | 2022-03-15 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Cutting tool |
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