JP2018183864A - 被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]基材と、該基材の表面上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、前記被覆切削工具が、すくい面と、逃げ面とを有し、前記被覆層が、α型酸化アルミニウム層を含み、前記α型酸化アルミニウム層が、前記基材とは反対側に、前記すくい面である又は前記すくい面と略平行な面である第1の界面と、前記逃げ面である又は前記逃げ面と略平行な面である第2の界面と、前記第1の界面と前記第2の界面との交差稜線部とを有し、前記α型酸化アルミニウム層が、更に下記(1)及び(2)で表される条件を満足する、被覆切削工具。
(1)前記α型酸化アルミニウム層において測定される残留応力値σr(単位:GPa)は、前記交差稜線部から、前記第1の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。
(2)前記α型酸化アルミニウム層において測定される残留応力値σf(単位:GPa)は、前記交差稜線部から、前記第2の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。
[2]前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(A)で表される条件を満足する、[1]の被覆切削工具。
Sf>Sr…(A)
(上記式中、Sfは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第2の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。上記式中、Srは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第1の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。)
[3]前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(B)で表される条件を満足する、請求項1又は2に記載の被覆切削工具。
−0.800≦Sr≦0.300…(B)
(上記式中、Srは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第1の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。)
[4]前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(C)で表される条件を満足する、[1]〜[3]のいずれか1つの被覆切削工具。
−0.600≦Sf≦0.400…(C)
(上記式中、Sfは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第2の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。)
[5]前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、1.0μm以上15.0μm以下である、[1]〜[4]のいずれか1つの被覆切削工具。
[6]前記被覆層が、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、炭窒化チタンからなる炭窒化チタン層を含み、前記炭窒化チタン層の平均厚さが、1.0μm以上20.0μm以下である、[1]〜[5]のいずれか1つの被覆切削工具。
[7]前記被覆層が、前記炭窒化チタン層と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Tiの炭酸化物、Tiの窒酸化物及びTi炭窒酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物からなる中間層を備える、[6]の被覆切削工具。
[8]前記中間層の平均厚さが、0.1μm以上1.5μm以下である、[7]の被覆切削工具。
[9]前記被覆層の平均厚さが、3.0μm以上30.0μm以下である、[1]〜[8]のいずれか1つの被覆切削工具。
[10]前記被覆層が、前記α型酸化アルミニウム層の表面上に最外層として、窒化チタンからなる窒化チタン層を備え、前記最外層の平均厚さが、0.1μm以上1.0μm以下である、[1]〜[9]のいずれか1つの被覆切削工具。
[11]前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、[1]〜[10]のいずれか1つの被覆切削工具。
(1)残留応力値σr(単位:GPa)は、交差稜線部から、第1の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。
(2)残留応力値σf(単位:GPa)は、交差稜線部から、第2の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。
なお、本明細書における残留応力値は、2D法(多軸応力測定法/フルデバイリングフィッティング法)を用いて測定されるものである。
残留応力値σr及びσfが連続的又は段階的に増加すると、まず、切れ刃に最も近い側の応力が最も小さくなることに起因して、亀裂(クラック)の進展を抑制できる。それと共に、切り屑が、すくい面と逃げ面とが交差する稜線部に接触した際に生じるチッピングを小さくできる。それらの結果、耐欠損性が向上する。また、切れ刃に最も離れた側の応力が最も大きくなることに起因して、ブラスト等で生じる亀裂が減少し、これにより加工中に亀裂がつながることが抑制され、被覆層の粒子が脱落することによる摩耗の進行を抑制できる。その結果、耐摩耗性が向上する。
Sf>Sr…(A)
ここで、上記式(A)中、Sfは、α型酸化アルミニウム層において、交差稜線部から第2の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。Sfは、例えば、第2の界面近傍において交差稜線部と平行な方向の残留応力値である。上記式(A)中、Srは、α型酸化アルミニウム層において、交差稜線部から第1の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。Srは、例えば、第1の界面近傍において交差稜線部と平行な方向の残留応力値である。
−0.800≦Sr≦0.300…(B)
ここで、上記式(B)中、Srは、上記式(A)におけるSrと同義である。
−0.600≦Sf≦0.400…(C)
ここで、上記式(C)中、Sfは、上記式(A)におけるSfと同義である。
被削材:S45Cの丸棒、
切削速度:290m/min、
送り:0.25mm/rev、
切り込み:1.8mm、
クーラント:有り、
評価項目:試料が欠損に至ったとき又は最大逃げ面摩耗幅が0.2mmに至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。なお、欠損に至る前に最大逃げ面摩擦幅が0.2mmに至った場合を「正常摩耗」、欠損に至った場合を「欠損」と評価した。
被削材:SCM415の長さ方向に等間隔で2本の溝入り丸棒、
切削速度:170m/min、
送り:0.30mm/rev、
切り込み:1.7mm、
クーラント:有り、
評価項目:試料が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。衝撃回数は、試料と被削材とが接触した回数とし、試料が欠損に至った時点で試験を終了した。なお、各試料について、5個のインサートを用意し、それぞれ衝撃回数を測定し、それらの衝撃回数の値から相加平均値を求め、工具寿命とした。
Claims (11)
- 基材と、該基材の表面上に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆切削工具が、すくい面と、逃げ面とを有し、
前記被覆層が、α型酸化アルミニウム層を含み、
前記α型酸化アルミニウム層が、前記基材とは反対側に、前記すくい面である又は前記すくい面と略平行な面である第1の界面と、前記逃げ面である又は前記逃げ面と略平行な面である第2の界面と、前記第1の界面と前記第2の界面との交差稜線部とを有し、
前記α型酸化アルミニウム層が、更に下記(1)及び(2)で表される条件を満足する、被覆切削工具。
(1)前記α型酸化アルミニウム層において測定される残留応力値σr(単位:GPa)は、前記交差稜線部から、前記第1の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。
(2)前記α型酸化アルミニウム層において測定される残留応力値σf(単位:GPa)は、前記交差稜線部から、前記第2の界面に向かって測定される位置までの距離が10μm、50μm、100μm、150μm、200μmと離れるに従って、連続的又は段階的に増加する。 - 前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(A)で表される条件を満足する、請求項1に記載の被覆切削工具。
Sf>Sr…(A)
(上記式中、Sfは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第2の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。上記式中、Srは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第1の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。) - 前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(B)で表される条件を満足する、請求項1又は2に記載の被覆切削工具。
−0.800≦Sr≦0.300…(B)
(上記式中、Srは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第1の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。) - 前記α型酸化アルミニウム層が、下記式(C)で表される条件を満足する、請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
−0.600≦Sf≦0.400…(C)
(上記式中、Sfは、前記α型酸化アルミニウム層において、前記交差稜線部から前記第2の界面に向かって100μm離れた位置で測定される残留応力値(単位:GPa)を表す。) - 前記α型酸化アルミニウム層の平均厚さが、1.0μm以上15.0μm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層が、前記基材と前記α型酸化アルミニウム層との間に、炭窒化チタンからなる炭窒化チタン層を含み、
前記炭窒化チタン層の平均厚さが、1.0μm以上20.0μm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 - 前記被覆層が、前記炭窒化チタン層と前記α型酸化アルミニウム層との間に、Tiの炭酸化物、Tiの窒酸化物及びTi炭窒酸化物からなる群より選択される少なくとも1種の化合物からなる中間層を備える、請求項6に記載の被覆切削工具。
- 前記中間層の平均厚さが、0.1μm以上1.5μm以下である、請求項7に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層の平均厚さが、3.0μm以上30.0μm以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層が、前記α型酸化アルミニウム層の表面上に最外層として、窒化チタンからなる窒化チタン層を備え、前記最外層の平均厚さが、0.1μm以上1.0μm以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス及び立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項1〜10のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
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