JP2018051705A - Surface-coated cutting tool - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、合金鋼などの断続切削加工において、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮し、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。 The present invention provides a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool) that exhibits excellent chipping resistance and wear resistance in a hard coating layer in intermittent cutting of alloy steel and the like, and exhibits excellent cutting performance over a long period of use. )).
一般に、被覆工具として、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、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるエンドミル、前記被削材の歯形の歯切加工などに用いられるソリッドホブ、ピニオンカッタなどが知られている。
そして、被覆工具の切削性能改善を目的として、従来から、数多くの提案がなされている。
In general, as a coated tool, for throwing inserts that can be used detachably attached to the tip of a cutting tool for turning and planing of various materials such as steel and cast iron, and for drilling and cutting the work material Known drills and miniature drills, end mills used for chamfering and grooving, shoulder processing, etc. of the work material, solid hob, pinion cutter used for gear cutting of the tooth profile of the work material, etc. Yes.
Many proposals have been made for the purpose of improving the cutting performance of the coated tool.
例えば、特許文献１に示すように、工具基体表面に、物理蒸着によって堆積された耐火性層を含むコーティングを含む被覆工具であって、 前記耐火性層がＭ１−ｘＡｌｘＮ（式中、ｘ≧０．６８であり、ＭがＴｉ、ＣｒまたはＺｒである）を含み、前記耐火性層が立方晶結晶相を含有し、少なくとも２５ＧＰａの硬度を有する厚膜、高硬度および低残留応力の耐摩耗性被覆工具が提案されている。 For example, as shown in Patent Document 1, a coated tool including a coating including a refractory layer deposited by physical vapor deposition on the surface of a tool base, wherein the refractory layer is M 1-x Al x N (wherein X ≧ 0.68, and M is Ti, Cr or Zr), and the refractory layer contains a cubic crystal phase and has a hardness of at least 25 GPa, high hardness and low residual stress Abrasion-resistant coated tools have been proposed.
また、特許文献２には、工具基体表面にＴｉＡｌＮ層からなる硬質被覆層を被覆した被覆工具において、上記硬質被覆層が、層厚方向にそって、Ａｌ最高含有点（Ｔｉ最低含有点）とＡｌ最低含有点（Ｔｉ最高含有点）とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Ａｌ最高含有点から前記Ａｌ最低含有点、前記Ａｌ最低含有点から前記Ａｌ最高含有点へＡｌ（Ｔｉ）含有量が連続的に変化する成分濃度分布構造を有し、さらに、上記Ａｌ最高含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ＸＡｌＸ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｘは０．７０〜０．９５を示す）、上記Ａｌ最低含有点が、組成式：（Ｔｉ１−ＹＡｌＹ ）Ｎ（ただし、原子比で、Ｙは０．４０〜０．６５を示す）、をそれぞれ満足し、かつ隣り合う上記Ａｌ最高含有点とＡｌ最低含有点の間隔が、０．０１〜０．１μｍである耐摩耗性にすぐれた被覆工具が提案されている。 Further, in Patent Document 2, in a coated tool in which a hard coating layer composed of a TiAlN layer is coated on the surface of a tool base, the hard coating layer has an Al maximum content point (Ti minimum content point) along the layer thickness direction. Al lowest content points (Ti highest content points) are alternately present at predetermined intervals, and the Al highest content point to the Al lowest content point, the Al lowest content point to the Al highest content point Al ( Ti) It has a component concentration distribution structure in which the content changes continuously, and the Al highest content point is the composition formula: (Ti 1-X Al X ) N (wherein the atomic ratio, X is 0. 70 to 0.95), and the above-mentioned lowest Al content point is a composition formula: (Ti 1-Y Al Y ) N (wherein Y represents 0.40 to 0.65 in atomic ratio), respectively. Satisfied and adjacent Al highest content point and Al lowest Distance Yu points, coated tool having excellent wear resistance is 0.01~0.1μm have been proposed.
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工はますます高速化・高能率化の傾向にあるが、上記従来の被覆工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の切削条件での切削加工に用いた場合には、特段の問題は生じないが、これを、例えば、合金鋼等の断続切削加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷がかかる切削加工に用いた場合には、クラックの発生・伝播を抑制することができず、また、摩耗進行も促進されるため、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 In recent years, the performance of cutting machines has been dramatically improved, while there is a strong demand for labor saving, energy saving, and cost reduction for cutting, and as a result, cutting has become a trend toward higher speed and higher efficiency. However, in the above-mentioned conventional coated tool, when this is used for cutting under normal cutting conditions such as steel and cast iron, no particular problem occurs. Crack generation and propagation cannot be suppressed when used for cutting that is accompanied by high heat generation such as intermittent cutting, and that is subject to impact and intermittent high load on the cutting edge. Also, since the progress of wear is promoted, the service life is reached in a relatively short time.
例えば、特許文献１に示される従来被覆工具においては、Ｍ１−ｘＡｌｘＮの一つの形態であるＴｉＡｌＮ層は高硬度で耐摩耗性にすぐれる層であり、Ａｌ含有量が多いほど耐熱性にすぐれるが、その一方で、Ａｌ量の増加と共に硬さに劣る異方性結晶である六方晶の析出が生じ耐摩耗性が低下するという問題がある。
また、特許文献２に示される従来被覆工具においては、層厚方向に組成変化を形成することで高温硬さと耐熱性、靱性を両立せしめることができるが、層内の異方性によって、層厚と垂直方向のクラックの発生・伝播を十分に防止することはできないという問題がある。
For example, in the conventional coated tool shown in Patent Document 1, a TiAlN layer which is one form of M 1-x Al x N is a layer having high hardness and excellent wear resistance, and the heat resistance increases as the Al content increases. On the other hand, there is a problem that the hexagonal crystal, which is an anisotropic crystal having inferior hardness, precipitates with the increase in the amount of Al and wear resistance is lowered.
Moreover, in the conventional coated tool shown in Patent Document 2, it is possible to achieve both high-temperature hardness, heat resistance, and toughness by forming a composition change in the layer thickness direction. There is a problem that the generation and propagation of cracks in the vertical direction cannot be sufficiently prevented.
そこで、本発明者等は、上述の観点から、合金鋼などの断続切削加工のような、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工条件下で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を両立し得る被覆工具を開発すべく、硬質被覆層を構成する成分および層構造に着目し研究を行った結果、以下のような知見を得た。 Therefore, the present inventors, from the above-mentioned viewpoint, are accompanied by high heat generation, such as intermittent cutting of alloy steel, and the cutting conditions under which a shocking and intermittent high load acts on the cutting blade. In order to develop a coated tool that can achieve both chipping resistance and wear resistance with excellent hard coating layer, the following results were studied focusing on the components and layer structure of the hard coating layer. Obtained knowledge.
即ち、本発明者は、工具基体表面に、ＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、「ＴｉＡｌＮ」で示す場合がある。）層からなる硬質被覆層を形成した被覆工具において、該層におけるＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める組成割合を比較的高くし、もって、硬質被覆層全体としての耐熱性を確保するとともに、層内には、Ｔｉ成分の組成が相対的に高い領域（Ａｌ成分の組成が相対的に低くなる領域に相当。以下、「高Ｔｉ組成領域」という場合がある。）を任意の方向に均一に分散形成することによって、前記特許文献１に示されるような硬さに劣る異方性結晶である六方晶が形成されるＡｌの高含有率においても耐摩耗性を維持し、かつ前記特許文献２に示されるような硬質被覆層の異方性を解消するとともに、高Ｔｉ組成領域の存在によって硬質被覆層の靱性を向上させることができることを見出した。
したがって、本発明の被覆工具は、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する断続切削加工条件下で、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を両立することができるのである。
That is, the present inventor, in a coated tool in which a hard coating layer composed of a composite nitride of Ti and Al (hereinafter sometimes referred to as “TiAlN”) layer is formed on the tool base surface, The composition ratio occupying the total amount of Ti and Al is relatively high, thereby ensuring the heat resistance of the hard coating layer as a whole, and in the layer, the region where the composition of the Ti component is relatively high (the Al component This is equivalent to a region where the composition is relatively low.Hereinafter, it may be referred to as a “high Ti composition region.”) Is uniformly dispersed in any direction to obtain a hardness as shown in Patent Document 1. While maintaining wear resistance even at a high content of Al in which hexagonal crystals that are inferior anisotropic crystals are formed, and eliminating the anisotropy of the hard coating layer as shown in Patent Document 2, Hard due to the presence of Ti composition region It found that it is possible to improve the toughness of the covering layer.
Therefore, the coated tool of the present invention has both excellent chipping resistance and wear resistance under intermittent cutting conditions where high heat is generated and impact / intermittent high load acts on the cutting edge. It can be done.
この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１）ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメットおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体の表面に、０．５〜１０．０μｍの平均層厚のＴｉとＡｌの複合窒化物層を少なくとも含む硬質被覆層が設けられた表面被覆切削工具において、
前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層は、その組成を、
組成式：（ＴｉｘＡｌｙ）Ｎｚ
で表した場合、０．０５≦ｘ≦０．１７、０．３３≦ｙ≦０．４５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１（ただし、ｘ、ｙ、ｚはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層中には、前記Ｔｉ成分の平均組成ｘに比して、Ｔｉ成分の組成が相対的に高い領域とＴｉ成分の組成が相対的に低い領域が、前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層の縦断面の任意の異なる方向の複数の線分上に存在することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層の縦断面について、工具基体表面に対する傾斜角度がそれぞれ異なる任意の複数本の線分上におけるＴｉ成分の組成を求めた場合、それぞれの線分上において、Ｔｉ成分の組成が１．０３ｘ〜１．１５ｘ（但し、ｘは、前記組成式におけるＴｉ成分の平均組成）の範囲内にあるＴｉ最高含有点と、Ｔｉ成分の組成が０．８５ｘ〜０．９７ｘの範囲内にあるＴｉ最低含有点が繰り返し存在し、かつ、隣り合う前記Ｔｉ最高含有点と前記Ｔｉ最低含有点との平均間隔Ｌは１ｎｍ〜５０ｎｍであ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ＴｉとＡｌの複合窒化物層の縦断面におけるＡｌ成分の組成の変動幅は、Ａｌ成分の平均組成をｙとした場合、０.０１ｙ〜０．０６ｙであ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ＴｉとＡｌの複合窒化物層は、立方晶構造の結晶粒と六方晶構造の結晶粒の混合組織からなり、前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層の縦断面に占める立方晶構造の結晶粒の面積割合は３０面積％以上であることを特徴とする(１)乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
This invention has been made based on the above findings,
“(1) Composite nitriding of Ti and Al having an average layer thickness of 0.5 to 10.0 μm on the surface of a tool base made of any one of WC-based cemented carbide, TiCN-based cermet and cubic boron nitride sintered body In a surface-coated cutting tool provided with a hard coating layer including at least a physical layer,
The composite nitride layer of Ti and Al has the composition
Formula: (Ti x Al y) N z
In this case, it has an average composition satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.17, 0.33 ≦ y ≦ 0.45, and x + y + z = 1 (where x, y, and z are atomic ratios). ,
In the composite nitride layer of Ti and Al, a region where the composition of the Ti component is relatively high and a region where the composition of the Ti component is relatively low compared to the average composition x of the Ti component, A surface-coated cutting tool characterized by existing on a plurality of line segments in arbitrary different directions in a longitudinal section of a composite nitride layer of Al and Al.
(2) Regarding the longitudinal section of the Ti and Al composite nitride layer, when the composition of the Ti component on a plurality of arbitrary line segments having different inclination angles with respect to the tool base surface is obtained, The Ti component content is in the range of 1.03x to 1.15x (where x is the average composition of the Ti component in the composition formula), and the composition of the Ti component is 0.85x to 0 The lowest Ti content point within the range of .97x is present repeatedly, and the average distance L between the adjacent highest Ti content points and the lowest Ti content point is 1 nm to 50 nm (1) The surface-coated cutting tool according to 1.
(3) The variation range of the composition of the Al component in the longitudinal section of the composite nitride layer of Ti and Al is 0.01y to 0.06y, where y is the average composition of the Al component. The surface-coated cutting tool according to (1) or (2).
(4) The Ti and Al composite nitride layer is composed of a mixed structure of cubic crystal grains and hexagonal crystal grains, and has a cubic structure occupying a longitudinal section of the Ti and Al composite nitride layer. The surface-coated cutting tool according to any one of (1) to (3), wherein the area ratio of the crystal grains is 30 area% or more. "
It is characterized by.
つぎに、この発明の被覆工具について、詳細に説明する。 Next, the coated tool of the present invention will be described in detail.
ＴｉＡｌＮ層の平均層厚：
硬質被覆層は、少なくともＴｉＡｌＮ層を含むが、該ＴｉＡｌＮ層の平均層厚が０．５μｍ未満では、ＴｉＡｌＮ層によって付与される耐摩耗性向上効果が十分に得られず、一方、平均層厚が１０．０μｍを超えると、ＴｉＡｌＮ層の中の歪みが大きくなり自壊しやすくなるため、ＴｉＡｌＮ層の平均層厚を０．５〜１０．０μｍとする。
Average thickness of the TiAlN layer:
The hard coating layer includes at least a TiAlN layer, but if the average layer thickness of the TiAlN layer is less than 0.5 μm, the effect of improving wear resistance imparted by the TiAlN layer cannot be sufficiently obtained, while the average layer thickness is If the thickness exceeds 10.0 μm, the strain in the TiAlN layer increases and the layer itself tends to break. Therefore, the average thickness of the TiAlN layer is set to 0.5 to 10.0 μm.
ＴｉＡｌＮ層の平均組成：
ＴｉＡｌＮ層を、
組成式：（ＴｉｘＡｌｙ）Ｎｚ
で表した場合、０．０５≦ｘ≦０．１７、０．３３≦ｙ≦０．４５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１を満足する（ただし、ｘ、ｙ、ｚはいずれも原子比）平均組成を有することが必要である。
Ｔｉ成分の平均組成を表すｘが０．０５未満である場合、あるいは、Ａｌ成分の平均組成を表すｙが０．４５を超える場合には、立方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒の形成が困難となり、ＴｉＡｌＮ層の硬度が低下し十分な耐摩耗性を得ることができない。
一方、Ｔｉ成分の平均組成を表すｘが０．１７を超える場合、あるいは、Ａｌ成分の平均組成を表すｙが０．３３未満となる場合には、Ａｌ成分が不足し、耐熱性、すなわち高温硬さおよび高温耐酸化性が低下する。
したがって、Ｔｉ成分の平均組成ｘは、０．０５≦ｘ≦０．１７、また、Ａｌ成分の平均組成ｙは、０．３３≦ｙ≦０．４５とする。
また、Ｎ成分の平均組成ｚは、ＴｉとＡｌの複合窒化物の化学量論比である０．５０には限定されず、これと同等な効果が得られる範囲である０．７≦（ｘ＋ｙ）／ｚ≦１．２を満足すればよく、この範囲であれば特段の支障はない。また、工具表面の汚染の影響などで不可避的に含まれる酸素や炭素を除いた評価のため、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１としている。
Average composition of TiAlN layer:
TiAlN layer,
Formula: (Ti x Al y) N z
In this case, 0.05 ≦ x ≦ 0.17, 0.33 ≦ y ≦ 0.45, and x + y + z = 1 (provided that x, y, and z are atomic ratios) have an average composition. is necessary.
When x representing the average composition of the Ti component is less than 0.05, or when y representing the average composition of the Al component exceeds 0.45, formation of cubic TiAlN crystal grains becomes difficult, The hardness of the TiAlN layer is lowered and sufficient wear resistance cannot be obtained.
On the other hand, when x representing the average composition of the Ti component exceeds 0.17, or when y representing the average composition of the Al component is less than 0.33, the Al component is insufficient and heat resistance, that is, high temperature Hardness and high temperature oxidation resistance are reduced.
Therefore, the average composition x of the Ti component is 0.05 ≦ x ≦ 0.17, and the average composition y of the Al component is 0.33 ≦ y ≦ 0.45.
Further, the average composition z of the N component is not limited to 0.50 which is the stoichiometric ratio of the composite nitride of Ti and Al, but 0.7 ≦ (x + y) which is a range in which an effect equivalent to this is obtained. ) /Z≦1.2, and within this range, there is no particular problem. Further, x + y + z = 1 is set for evaluation excluding oxygen and carbon which are inevitably included due to the influence of contamination on the tool surface.
Ｔｉ成分の分布形態：
本発明では、ＴｉＡｌＮ層中に、Ｔｉ成分の平均組成ｘに比して、Ｔｉ成分の組成が相対的に高い高Ｔｉ組成領域を、ＴｉＡｌＮ層の層中のあらゆる方向に均一に分散させて形成する。
そして、このような高Ｔｉ組成領域を層中に分散させて形成することにより、ＴｉＡｌＮ層全体としての高硬度を維持すると同時に靱性を高めることができるため、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工条件下で、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することができる。
また、高Ｔｉ組成領域が、層中のあらゆる方向に均一に分布して存在し、三次元的な高Ｔｉ組成領域の均一分布が確保されることによって、特に、硬質被覆層表面に対する切削加工時の機械的衝撃の大きさおよび方向が変化するような切削加工条件であっても、チッピングに対する耐性が向上する。
Distribution form of Ti component:
In the present invention, in the TiAlN layer, a high Ti composition region having a relatively high Ti component composition compared to the average composition x of the Ti component is uniformly dispersed in all directions in the TiAlN layer. To do.
And, by forming such a high Ti composition region dispersed in the layer, it is possible to maintain the high hardness of the entire TiAlN layer and at the same time increase the toughness. On the other hand, it can exhibit excellent chipping resistance and wear resistance under cutting conditions in which shocking and intermittent high loads are applied.
In addition, the high Ti composition region is uniformly distributed in all directions in the layer, and the uniform distribution of the three-dimensional high Ti composition region is ensured, particularly when cutting the hard coating layer surface. Even when the cutting conditions are such that the magnitude and direction of the mechanical shock of the material changes, the resistance to chipping is improved.
本発明のＴｉＡｌＮ層におけるＴｉ成分の分布形態を、より具体的に説明すれば、次のとおりである。 The distribution form of the Ti component in the TiAlN layer of the present invention will be described more specifically as follows.
図１（ａ）〜（ｃ）は、ＴｉＡｌＮ層の断面のＴｉ成分の分布形態を測定するための概略説明図である。
図１（ａ）は、本発明のＴｉＡｌＮ層を模式化して表した模式図であって、この図において、高Ｔｉ組成領域は、斑状に分布する濃い灰色の領域として示されている。
図１（ｂ）は、図１（ａ）における一つの方向（工具基体表面と平行。Ａ方向という）の線分上で測定したＴｉ成分の組成変化を示す図であり、また、図１（ｃ）は、前記Ａ方向とは別の方向（工具基体表面に９０度の角度を有する方向。Ｂ方向という）の線分上で測定したＴｉ成分の組成変化を示す図である。
なお、図１（ｂ）、図１（ｃ）においては、Ａ方向とＢ方向は、直交する二本の線分としたが、Ａ方向とＢ方向の線分は、必ずしも直交する二本の線分である必要はなく、例えば、工具基体表面に平行な方向と工具基体表面に対して４５度傾斜する方向の二本の線分でもよく、また、工具基体表面に平行な方向の線分と工具基体表面に対してそれぞれ３０度、６０度傾斜する二本の線分からなる合計三本の線分等であっても良い。
要するに、層断面において、工具基体表面に対して異なる傾斜角度を有する任意の複数本の線分上におけるＴｉ成分の組成変化を求めることによって、ＴｉＡｌＮ層における三次元的なＴｉ成分の分布状態、言い換えれば、三次元的な高Ｔｉ組成領域の分布状態を測定することができる。
FIGS. 1A to 1C are schematic explanatory diagrams for measuring the distribution form of the Ti component in the cross section of the TiAlN layer.
FIG. 1A is a schematic diagram schematically showing the TiAlN layer of the present invention. In this figure, the high Ti composition region is shown as a dark gray region distributed in patches.
FIG. 1B is a diagram showing a change in the composition of the Ti component measured on a line segment in one direction (parallel to the tool substrate surface; referred to as the A direction) in FIG. c) is a diagram showing a composition change of the Ti component measured on a line segment in a direction different from the A direction (a direction having an angle of 90 degrees on the surface of the tool substrate; referred to as a B direction).
In FIGS. 1B and 1C, the A direction and the B direction are two orthogonal line segments, but the A direction and the B direction line segments are not necessarily two orthogonal lines. The line segment need not be, for example, two line segments in a direction parallel to the tool base surface and a direction inclined by 45 degrees with respect to the tool base surface, or a line segment in a direction parallel to the tool base surface. And a total of three line segments composed of two line segments inclined by 30 degrees and 60 degrees with respect to the tool base surface, respectively.
In short, the three-dimensional Ti component distribution state in the TiAlN layer, in other words, by obtaining the composition change of the Ti component on a plurality of arbitrary line segments having different inclination angles with respect to the tool base surface in the layer cross section. For example, the distribution state of the three-dimensional high Ti composition region can be measured.
例えば、図１（ａ）にその模式図を示したＴｉＡｌＮ層の断面について、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いたエネルギー分散型Ｘ線分析法（ＥＤＳ）（以下、「ＴＥＭ−ＥＤＳ」という。）により、Ａ方向に沿ってＴｉの組成を測定した場合、図１（ｂ）に示す組成変化が得られ、また、Ａ方向に直交するＢ方向に沿ってＴｉの組成を測定した場合、図１（ｃ）に示す組成変化が得られる。
図１（ｂ）、（ｃ）において、測定されたＴｉ最高含有点を黒丸として示し、また、Ｔｉ最低含有点は三角として示す。
For example, the cross section of the TiAlN layer whose schematic diagram is shown in FIG. 1A is referred to as energy dispersive X-ray analysis (EDS) using a transmission electron microscope (TEM) (hereinafter referred to as “TEM-EDS”). ), The composition change shown in FIG. 1B is obtained when the Ti composition is measured along the A direction, and the Ti composition is measured along the B direction orthogonal to the A direction. The composition change shown in 1 (c) is obtained.
In FIGS. 1B and 1C, the measured Ti highest content point is shown as a black circle, and the Ti lowest content point is shown as a triangle.
本発明においては、例えば、前記の図１（ｂ）、（ｃ）で示すＡ方向およびＢ方向におけるＴｉ成分の組成変化を測定した後、それぞれの方向におけるＴｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の間隔を測定し、これらの平均値を、Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点との平均間隔Ｌとした場合、Ｌの値は、１ｎｍ〜５０ｎｍであることが望ましい。
これは、Ｌが１ｎｍ未満では、高Ｔｉ組成領域同士が近接しすぎて形成されることになるため、硬質被覆層の耐摩耗性向上効果を望めず、一方、Ｌが５０ｎｍを超えると、高Ｔｉ組成領域が広くなりすぎるため耐摩耗性が低下するからである。
In the present invention, for example, after measuring the composition change of the Ti component in the A direction and the B direction shown in FIGS. 1B and 1C, the highest Ti content point and the lowest Ti content point in each direction are measured. When the interval is measured and the average value thereof is defined as the average interval L between the highest Ti content point and the lowest Ti content point, the value of L is preferably 1 nm to 50 nm.
This is because when the L is less than 1 nm, the high Ti composition regions are formed too close to each other, so the effect of improving the wear resistance of the hard coating layer cannot be expected. This is because the wear resistance is lowered because the Ti composition region becomes too wide.
また、例えば、前記の図1（ｂ）、（ｃ）から、Ａ方向およびＢ方向におけるＴｉ成分のＴｉ最高含有点および最低含有点の値を求めたとき、Ｔｉ最高含有点の値が１．０３ｘ（ｘは、Ｔｉの平均組成）未満の場合、あるいは、Ｔｉ最低含有点の値が０．９７ｘを超える場合には、高Ｔｉ組成領域の形成が十分でないため、高硬度と高靱性の両立を図ることができない。
一方、Ｔｉ最高含有点の値が１．１５ｘを超える場合、あるいは、Ｔｉ最低含有点の値が０．８５ｘ未満の場合には、ＴｉＡｌＮ層内の歪みが大きくなるため、耐チッピング性が低下する。
したがって、Ｔｉ最高含有点の値は、１．０３ｘ〜１．１５ｘの範囲内であることが望ましく、また、Ｔｉ最低含有点の値は、０．８５ｘ〜０．９７ｘの範囲内であることが望ましい。
Further, for example, when the values of the highest Ti content point and the lowest content point of the Ti component in the A direction and the B direction are obtained from FIGS. 1 (b) and 1 (c), the value of the highest Ti content point is 1. If it is less than 03x (x is the average composition of Ti) or if the value of the Ti minimum content point exceeds 0.97x, the formation of a high Ti composition region is not sufficient, so both high hardness and high toughness are achieved. I can't plan.
On the other hand, when the value of the highest Ti content point exceeds 1.15x, or when the value of the lowest Ti content point is less than 0.85x, the strain in the TiAlN layer increases, so that chipping resistance decreases. .
Therefore, the value of the highest Ti content point is preferably in the range of 1.03x to 1.15x, and the value of the lowest Ti content point is in the range of 0.85x to 0.97x. desirable.
本発明でいう「Ｔｉ成分の平均組成ｘに比して、Ｔｉ成分の組成が相対的に高い領域が、前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層の層中のあらゆる方向に均一に分散して形成されている」とは、ＴｉＡｌＮ層の断面について、任意の複数の方向について求めた前記Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点との平均間隔Ｌが１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内であり、しかも、Ｔｉ最高含有点の値が１．０３ｘ〜１．１５ｘの範囲内かつＴｉ最低含有点の値が０．８５ｘ〜０．９７ｘの範囲内であるＴｉ成分の分布形態をいう。 According to the present invention, a region where the composition of the Ti component is relatively higher than the average composition x of the Ti component is uniformly dispersed in all directions in the layer of the composite nitride layer of Ti and Al. `` Is '' the average interval L between the highest Ti content point and the lowest Ti content point determined in any of a plurality of directions for the cross section of the TiAlN layer is in the range of 1 nm to 50 nm, and the highest Ti This refers to a distribution pattern of Ti components having a content point value in the range of 1.03x to 1.15x and a Ti minimum content point value in the range of 0.85x to 0.97x.
Ａｌ成分の組成の変動幅：
本発明では、Ａｌ成分の分布形態を特に制限するものではないが、Ｔｉ成分の組成が前記の分布形態をとる場合には、Ａｌ成分の組成の変動幅は、０.０１ｙ〜０．０６ｙの範囲内となり、Ａｌ成分の組成の変動幅は、Ｔｉの組成変化（Ｔｉ最高含有点の値は、１．０３ｘ〜１．１５ｘで、Ｔｉ最低含有点の値は、０．８５ｘ〜０．９７ｘで、Ｔｉ最高含有点の値からＴｉ最低含有点の値を引きｘを除した値）に比して小さい。
なお、ｙは、前記組成式におけるＡｌ成分の平均組成である。
Variation width of the composition of the Al component:
In the present invention, the distribution form of the Al component is not particularly limited, but when the composition of the Ti component takes the distribution form, the variation range of the composition of the Al component is 0.01y to 0.06y. Within the range, the variation range of the composition of the Al component is Ti composition change (Ti maximum content point value is 1.03x to 1.15x, Ti minimum content point value is 0.85x to 0.97x). The value of the Ti highest content point is subtracted from the value of the Ti lowest content point minus x).
Note that y is the average composition of the Al component in the composition formula.
ＴｉＡｌＮ層の結晶構造：
本発明のＴｉＡｌＮ層は、立方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒と六方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒によって構成され、前述のＴｉ成分の分布形態（およびＡｌ成分の分布形態）を有することによって、すぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を備える。
しかし、ＴｉＡｌＮ層中の立方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒の割合が、ＴｉＡｌＮ層の縦断面で観察した面積割合で３０面積％未満になると、ＴｉＡｌＮ層全体としての耐摩耗性が低下することから、ＴｉＡｌＮ層の縦断面に占める立方晶のＴｉＡｌＮ結晶粒の面積割合は、３０面積％以上とすることが望ましい。
Crystal structure of the TiAlN layer:
The TiAlN layer of the present invention is composed of cubic TiAlN crystal grains and hexagonal TiAlN crystal grains, and has the above-described Ti component distribution form (and Al component distribution form), thereby providing excellent chipping resistance. And wear resistance.
However, if the ratio of the cubic TiAlN crystal grains in the TiAlN layer is less than 30% by area observed in the longitudinal section of the TiAlN layer, the wear resistance of the TiAlN layer as a whole is reduced. The area ratio of cubic TiAlN crystal grains in the longitudinal section of the layer is preferably 30% by area or more.
ＴｉＡｌＮ層の成膜方法：
前記特徴を備える本発明のＴｉＡｌＮ層は、例えば、以下の方法によって成膜することができる。
図２（ａ）、（ｂ）に、本発明のＴｉＡｌＮ層を成膜するための、アークイオンプレーティング（以下、「ＡＩＰ」という）装置の概略図を示す。
図２（ａ）、（ｂ）に示すＡＩＰ装置内に、所定組成のＴｉ−Ａｌ合金ターゲットを配置するとともに、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメットおよび立方晶窒化硼素焼結体のいずれかからなる工具基体をＡＩＰ装置の回転テーブル上に載置し、工具基体の温度（成膜温度）および成膜時のバイアス電圧を制御してアーク放電を発生させることにより、本発明のＴｉＡｌＮ層を成膜することができる。
特に、低バイアス電圧での成膜工程と高バイアス電圧での成膜工程とを繰り返し行うことによって、高バイアス電圧での成膜で硬質層表面に瞬間的に熱エネルギーを付与することで、自発的に、Ｔｉ成分の前述した分布形態を形成することができる。
また、工具基体の温度を制御することにより、原子の拡散速度を制御し、Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成変化幅（１．０３ｘ〜１．１５ｘのＴｉ最高含有点と、０．８５ｘ〜０．９７ｘのＴｉ最低含有点の変動幅）および平均間隔Ｌを調整することができる。
Method for forming TiAlN layer:
The TiAlN layer of the present invention having the above characteristics can be formed by, for example, the following method.
2A and 2B are schematic views of an arc ion plating (hereinafter referred to as “AIP”) apparatus for forming a TiAlN layer of the present invention.
In the AIP apparatus shown in FIGS. 2A and 2B, a Ti—Al alloy target having a predetermined composition is disposed, and any one of a WC-based cemented carbide, a TiCN-based cermet, and a cubic boron nitride sintered body is used. The TiAlN layer of the present invention is formed by placing the tool base on the rotary table of the AIP apparatus and controlling the temperature of the tool base (film formation temperature) and the bias voltage during film formation to generate arc discharge. Can be membrane.
In particular, by repeating the film formation process at a low bias voltage and the film formation process at a high bias voltage, the thermal energy is instantaneously applied to the hard layer surface by the film formation at a high bias voltage. In particular, the aforementioned distribution form of the Ti component can be formed.
Also, by controlling the temperature of the tool base, the diffusion rate of atoms is controlled, and the composition change width between the highest Ti content point and the lowest Ti content point (the highest Ti content point of 1.03x to 1.15x; The fluctuation range of the Ti minimum content point of 85x to 0.97x) and the average interval L can be adjusted.
本発明の被覆工具は、硬質被覆層のＴｉＡｌＮ層を、立方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒と六方晶構造のＴｉＡｌＮ結晶粒によって構成し、ＴｉＡｌＮ層中に高Ｔｉ組成領域を層中のあらゆる方向に均一に分布するように形成することによって、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する切削加工条件下で、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を両立することができる。
特に、硬質被覆層表面に対する切削加工時の負荷の大きさおよび方向が変化するような場合であっても、ＴｉＡｌＮ層中に、三次元的なあらゆる方向に高Ｔｉ組成領域が均一に分布して存在することによって、層の異方性がなく、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を長期に亘って発揮する。
In the coated tool of the present invention, the TiAlN layer of the hard coating layer is composed of cubic TiAlN crystal grains and hexagonal TiAlN crystal grains, and a high Ti composition region is uniformly distributed in all directions in the TiAlN layer. In order to achieve high heat generation, the chip has both excellent chipping resistance and wear resistance under cutting conditions in which impact and intermittent high loads are applied to the cutting edge. can do.
In particular, even when the magnitude and direction of the load on the hard coating layer surface change, the high Ti composition region is uniformly distributed in all three-dimensional directions in the TiAlN layer. By being present, the layer has no anisotropy and exhibits excellent chipping resistance and wear resistance over a long period of time.
つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。
なお、具体的な説明としては、ＷＣ基超硬合金を工具基体とする被覆工具について説明するが、ＴｉＣＮ基サーメットあるいは立方晶窒化硼素焼結体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 using a WC-based cemented carbide as a tool base will be described, but the same applies to a coated tool using a TiCN-based cermet or a cubic boron nitride sintered body as a tool base.
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、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで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ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮのインサート形状をもったＷＣ基超硬合金工具基体１〜２を製造した。
Tool substrate production:
As raw material powders, Co powder, TiC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, and WC powder, all having an average particle diameter of 0.5 to 5 μm, were prepared. Add to the composition shown, add wax, wet mix in a ball mill for 72 hours, dry under reduced pressure, press mold at a pressure of 100 MPa, and sinter these compacts to a predetermined size WC-based cemented carbide tool bases 1 and 2 having an ISO standard SEEN1203AFEN insert shape were produced.
上記の工具基体１〜２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２に示すＡＩＰ装置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、ＡＩＰ装置内に、所定組成のＴｉ−Ａｌ合金ターゲット（カソード電極）を配置し、
まず、装置内を排気して真空に保持しながら、ヒータで工具基体を４００℃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、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット（カソード電極）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、
ついで、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して表２に示す窒素圧とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体の温度を表２に示す温度範囲内に維持し、表２に示す直流の低バイアス電圧と直流の高バイアス電圧を交互に繰り返して印加し、Ｔｉ−Ａｌ合金ターゲット（カソード電極）に表２に示すアーク電流を流してアーク放電を発生させることにより、
表４に示す目標平均層厚、平均組成（ｘ、ｙ、ｚ）、Ｔｉ成分の分布形態（最高含有点と最低含有点の組成および平均間隔Ｌ）、Ａｌ成分の組成の変動幅、立方晶結晶構造の結晶粒の相縦断面に占める面積割合を有する本発明被覆工具１〜１０（以下、本発明工具１〜１０という）をそれぞれ製造した。
Each of the above tool bases 1 and 2 is ultrasonically cleaned in acetone and dried, and the outer peripheral portion is positioned at a predetermined distance in the radial direction from the central axis on the rotary table of the AIP apparatus shown in FIG. Along with this, a Ti-Al alloy target (cathode electrode) having a predetermined composition is arranged in the AIP apparatus,
First, while evacuating the inside of the apparatus and maintaining the vacuum, the tool base is heated to 400 ° C. with a heater, and then a −1000 V DC bias voltage is applied to the tool base that rotates while rotating on the rotary table, and Then, a current of 100 A is passed through the Ti—Al alloy target (cathode electrode) to generate an arc discharge, thereby bombarding the surface of the tool base,
Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to obtain the nitrogen pressure shown in Table 2, and the temperature of the tool base rotating while rotating on the rotary table is maintained within the temperature range shown in Table 2. By repeatedly applying a DC low bias voltage and a DC high bias voltage shown in Table 2 alternately, and passing an arc current shown in Table 2 through a Ti-Al alloy target (cathode electrode), an arc discharge is generated.
Target average layer thickness, average composition (x, y, z) shown in Table 4, distribution form of Ti component (composition of highest content point and lowest content point and average interval L), variation width of composition of Al component, cubic crystal The present coated tools 1 to 10 (hereinafter referred to as the present invention tools 1 to 10) having an area ratio of the crystal grains of the crystal structure in the phase longitudinal section were manufactured.
比較の目的で、図２に示すＡＩＰ装置を用いて、表３に示す成膜条件でＴｉＡｌＮ層を形成することにより、表５に示す比較例被覆工具１〜１０（以下、比較例工具１〜１０という）をそれぞれ製造した。 For the purpose of comparison, by using the AIP apparatus shown in FIG. 2 and forming the TiAlN layer under the film formation conditions shown in Table 3, comparative example coated tools 1 to 10 (hereinafter referred to as Comparative Example Tools 1 to 1) shown in Table 5 are formed. 10).
上記で作製した本発明工具１〜１０および比較例工具１〜１０のＴｉＡｌＮ層の層全体としての平均組成を、ＴＥＭ−ＥＤＳにより５箇所の視野範囲で面分析し、その測定値の平均値を、ＴｉＡｌＮ層の平均組成ｘ、ｙ、ｚとして求めた。
表４、表５に、それぞれの値を示す。
The average composition of the entire TiAlN layer of the present invention tools 1 to 10 and comparative example tools 1 to 10 prepared above was subjected to surface analysis with TEM-EDS in five visual field ranges, and the average value of the measured values was determined. The average composition x, y, z of the TiAlN layer was obtained.
Tables 4 and 5 show the respective values.
また、ＴＥＭ−ＥＤＳにより、Ｔｉ成分の分布形態（Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点における組成、平均間隔）およびＡｌ成分の組成の変動幅を測定した。
具体的には、一つの測定範囲において、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、ＴｉＡｌＮ層の縦断面について、工具基体表面と任意の角度をなす方向をＡ方向とし、また、縦断面に属しかつＡ方向に垂直な方向をＢ方向とし、Ａ方向に沿う線分上及びＢ方向に沿う線分上でＴＥＭ−ＥＤＳにより線分析を行い、それぞれの線分上におけるＴｉ成分の組成を測定し、この測定値から得られた組成変化に基づきＴｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成と位置を特定し、さらに、Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の間隔を測定した。
なお、測定した線分の長さは、少なくとも５００ｎｍ以上となるように定めた。
また、前記と同様にして、他の４箇所の測定範囲においても、Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成、位置、間隔を測定し、これらの合計５箇所の測定範囲の測定値を平均することにより、Ｔｉ最高含有点とＴｉ最低含有点の組成、位置、平均間隔を求めた。
また、Ｔｉ成分の場合と同様に、線分析を行うことにより、線分上におけるＡｌ成分の組成を測定し、この測定値からＡｌ成分の組成の変動幅を求めた。
表４、表５に、それぞれの値を示す。
Further, the distribution form of the Ti component (the composition at the highest Ti content point and the lowest Ti content point, the average interval) and the variation range of the Al component composition were measured by TEM-EDS.
Specifically, in one measurement range, as shown in FIGS. 1A to 1C, regarding the longitudinal section of the TiAlN layer, the direction that forms an arbitrary angle with the tool base surface is the A direction, and the longitudinal section The direction that belongs to the plane and is perpendicular to the A direction is the B direction, and line analysis is performed by TEM-EDS on the line segment along the A direction and the line segment along the B direction, and the composition of the Ti component on each line segment Was measured, the composition and position of the highest Ti content point and the lowest Ti content point were specified based on the composition change obtained from this measurement value, and the interval between the highest Ti content point and the lowest Ti content point was measured.
Note that the length of the measured line segment was determined to be at least 500 nm.
In the same manner as described above, the composition, position, and interval of the highest Ti content point and the lowest Ti content point were also measured in the other four measurement ranges, and the measured values in these five measurement ranges were averaged. By doing this, the composition, position, and average interval of the highest Ti content point and the lowest Ti content point were determined.
Similarly to the case of the Ti component, the line analysis was performed to measure the composition of the Al component on the line segment, and the fluctuation range of the composition of the Al component was obtained from the measured value.
Tables 4 and 5 show the respective values.
また、電子線後方散乱回折装置を用いて、本発明工具１〜１０、比較例工具１〜１０のＴｉＡｌＮ層の工具基体表面に垂直な方向の断面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記断面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射し、工具基体と水平方向に長さ１００μｍ、工具基体表面と垂直な方向の断面に沿って層厚以下の距離の測定範囲内について０．０１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、電子線後方散乱回折像を測定し、個々の結晶粒の測定点での結晶構造を解析することで、立方晶構造または六方晶構造と同定した全測定点数に対する立方晶構造と同定した測定点数の割合から、立方晶構造の結晶粒の面積割合を測定した。なお、０．０１μｍ／ｓｔｅｐの間隔とした測定点は、より詳細には、測定範囲内を充填するように一辺が０．０１μｍの正三角形を配置して、その各々の正三角形の頂点を測定点としており、一つの測定点での測定結果はこの正三角形一つの面積の測定結果を代表する測定結果となっている。従って、上記に示したように、測定点数の割合から面積割合が求められる。
上記測定を５箇所の測定範囲で行い、これらの平均値として、立方晶構造の結晶粒の面積割合を算出した。
表４、表５に、その値を示す。
Further, using an electron beam backscatter diffraction device, field emission scanning with the cross section in the direction perpendicular to the tool base surface of the TiAlN layer of the inventive tools 1 to 10 and comparative tools 1 to 10 as a polished surface. Set in a lens barrel of an electron microscope and irradiate each polished crystal with an electron beam with an acceleration voltage of 15 kV at an incident angle of 70 degrees on the polished surface with an irradiation current of 1 nA. Then, an electron beam backscattered diffraction image is obtained at an interval of 0.01 μm / step within a measurement range of a distance of 100 μm in length in the horizontal direction from the tool base and a thickness equal to or less than the layer thickness along a cross section perpendicular to the tool base surface. By measuring and analyzing the crystal structure at the measurement point of each crystal grain, the ratio of the cubic structure and the number of measurement points identified to the total number of measurement points identified as the cubic structure or hexagonal structure is determined. Measure the area ratio of crystal grains Set. More specifically, the measurement points with an interval of 0.01 μm / step are arranged in more detail by arranging equilateral triangles with a side of 0.01 μm so as to fill the measurement range and measuring the apexes of the equilateral triangles. The measurement result at one measurement point is a measurement result representing the measurement result of the area of one equilateral triangle. Therefore, as shown above, the area ratio is obtained from the ratio of the number of measurement points.
The above measurement was performed in five measurement ranges, and the area ratio of the crystal grains having a cubic structure was calculated as an average value thereof.
Tables 4 and 5 show the values.
次いで、本発明工具１〜１０および比較例工具１〜１０について、以下の条件で、高速断続切削の一種である乾式高速正面フライス、センターカット切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
切削試験：乾式高速正面フライス、センターカット切削加工、
カッタ径： １２５ ｍｍ、
被削材： ＪＩＳ・ＳＣＭ４４５幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍのブロック材、
切削速度： ３５０ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ２．０ ｍｍ、
一刃送り量： ０．２ ｍｍ／刃、
切削時間： ９分、
表６に、試験結果を示す。
Next, for the inventive tools 1 to 10 and the comparative tools 1 to 10, a dry high-speed face milling, which is a kind of high-speed interrupted cutting, and a center cut cutting test are performed under the following conditions, and the flank wear width of the cutting edge Was measured.
Cutting test: dry high-speed face milling, center cutting,
Cutter diameter: 125 mm,
Work material: Block material of JIS / SCM445 width 100mm, length 400mm,
Cutting speed: 350 m / min,
Cutting depth: 2.0 mm,
Single blade feed rate: 0.2 mm / tooth,
Cutting time: 9 minutes
Table 6 shows the test results.
表６に示される結果から、本発明の被覆工具は、硬質被覆層としてＴｉＡｌＮ層を含み、該には、高Ｔｉ組成領域が三次元的に均一に分布して存在し、これによって、靱性が向上し、かつ、層中の異方性がないために、高熱発生を伴い、しかも、切刃に対して衝撃的・断続的な高負荷が作用する合金鋼の断続切削加工において、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する。 From the results shown in Table 6, the coated tool of the present invention includes a TiAlN layer as a hard coating layer, in which a high Ti composition region is uniformly distributed in a three-dimensional manner, whereby toughness is increased. Improved and no anisotropy in the layer, resulting in high heat generation, and excellent resistance to intermittent cutting of alloy steels where impact and intermittent high loads act on the cutting edge. Demonstrates chipping and wear resistance.
これに対して、ＴｉＡｌＮ層中に、高Ｔｉ組成領域が形成されていない比較例の被覆工具は、チッピングの発生によって、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。 On the other hand, it is apparent that the comparative coated tool in which the high Ti composition region is not formed in the TiAlN layer reaches the service life in a relatively short time due to the occurrence of chipping.
この発明の被覆工具は、合金鋼などの断続切削加工に供した場合に、すぐれた耐チッピング性とともに長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、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。
The coated tool of the present invention exhibits excellent chipping resistance and excellent wear resistance over a long period of use when subjected to intermittent cutting of alloy steel and the like. It is possible to sufficiently satisfy the demands for energy saving, cutting labor saving, energy saving, and cost reduction.
Claims (4)
前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層は、その組成を、
組成式：（ＴｉｘＡｌｙ）Ｎｚ
で表した場合、０．０５≦ｘ≦０．１７、０．３３≦ｙ≦０．４５、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１（ただし、ｘ、ｙ、ｚはいずれも原子比）を満足する平均組成を有し、
前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層中には、前記Ｔｉ成分の平均組成ｘに比して、Ｔｉ成分の組成が相対的に高い領域とＴｉ成分の組成が相対的に低い領域が、前記ＴｉとＡｌの複合窒化物層の縦断面の任意の異なる方向の複数の線分上に存在することを特徴とする表面被覆切削工具。 At least a composite nitride layer of Ti and Al having an average layer thickness of 0.5 to 10.0 μm is formed on the surface of a tool base made of any one of a WC-based cemented carbide, a TiCN-based cermet, and a cubic boron nitride sintered body. In a surface-coated cutting tool provided with a hard coating layer containing,
The composite nitride layer of Ti and Al has the composition
Formula: (Ti x Al y) N z
In this case, it has an average composition satisfying 0.05 ≦ x ≦ 0.17, 0.33 ≦ y ≦ 0.45, and x + y + z = 1 (where x, y, and z are atomic ratios). ,
In the composite nitride layer of Ti and Al, a region where the composition of the Ti component is relatively high and a region where the composition of the Ti component is relatively low compared to the average composition x of the Ti component, A surface-coated cutting tool characterized by existing on a plurality of line segments in arbitrary different directions in a longitudinal section of a composite nitride layer of Al and Al.
The Ti and Al composite nitride layer comprises a mixed structure of cubic crystal grains and hexagonal crystal grains, and the cubic crystal grains occupy the longitudinal section of the Ti and Al composite nitride layer. The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 3, wherein the area ratio is 30 area% or more.
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN108866480A (en) * | 2018-06-06 | 2018-11-23 | 广东工业大学 | A kind of multilayer polynary nanometer composite self-lubricating hard coat and its preparation method and application |
| CN110106484A (en) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 中国航发北京航空材料研究院 | The preparation method of coating is washed away in a kind of titanium alloy surface heat resistanceheat resistant |
| JP7539418B2 (en) | 2019-06-19 | 2024-08-23 | エービー サンドビック コロマント | Method for manufacturing a coated cutting tool and coated cutting tool |
-
2016
- 2016-09-29 JP JP2016192344A patent/JP2018051705A/en active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108866480A (en) * | 2018-06-06 | 2018-11-23 | 广东工业大学 | A kind of multilayer polynary nanometer composite self-lubricating hard coat and its preparation method and application |
| CN108866480B (en) * | 2018-06-06 | 2020-04-17 | 广东工业大学 | Multilayer multi-element nano composite self-lubricating hard coating and preparation method and application thereof |
| CN110106484A (en) * | 2019-04-29 | 2019-08-09 | 中国航发北京航空材料研究院 | The preparation method of coating is washed away in a kind of titanium alloy surface heat resistanceheat resistant |
| JP7539418B2 (en) | 2019-06-19 | 2024-08-23 | エービー サンドビック コロマント | Method for manufacturing a coated cutting tool and coated cutting tool |
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