JP2020199589A - 被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]
基材と、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、下記式(1)で表される組成を有する化合物を含有する第1化合物層と、下記式(2)で表される組成を有する化合物を含有する第2化合物層と、を交互に2回以上繰り返し形成した交互積層構造を有し、
(AlxCr1-x)N (1)
(式(1)中、xはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.50≦x≦0.70を満足する。)
(AlyCr1-y)N (2)
(式(2)中、yはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.75≦y≦0.90を満足する。)
前記第1化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、
前記第2化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、
前記交互積層構造において、前記第1化合物層の厚さをt1、前記第2化合物層の厚さをt2としたとき、
前記基材に最も近い前記第1化合物層の厚さt1と前記基材に最も近い前記第2化合物層の厚さt2との関係が、t2<t1であり、前記基材に最も近い前記第1化合物層の厚さt1が1.0μm以下であり、
前記基材から最も離れた前記第1化合物層の厚さt1と前記基材から最も離れた前記第2化合物層の厚さt2との関係が、t1<t2であり、前記基材から最も離れた前記第2化合物層の厚さt2が1.0μm以下である、被覆切削工具。
[2]
前記第2化合物層は、立方晶の結晶系を有し、
前記第2化合物層において、立方晶(200)面の回折ピーク強度をIc(200)とし、六方晶(100)面の回折ピーク強度をIh(100)としたとき、Ih(100)/Ic(200)が、0.05以下である、[1]に記載の被覆切削工具。
[3]
前記被覆層の全体の平均厚さが、1.0μm以上10.0μm以下である、[1]又は[2]に記載の被覆切削工具。
[4]
前記被覆層の全体の平均厚さを100%とした場合、前記t2<t1の関係を満たす交互積層構造が、前記基材に最も近い側から5%以上50%以下占める、[3]に記載の被覆切削工具。
[5]
前記被覆層の全体の平均厚さを100%とした場合、前記t1<t2の関係を満たす交互積層構造が、前記基材から最も離れた側から5%以上50%以下占める、[3]又は[4]に記載の被覆切削工具。
[6]
前記第2化合物層の残留応力が、−10.0GPa以上−2.0GPa以下である、[1]〜[5]のいずれかに記載の被覆切削工具。
[7]
前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、[1]〜[6]のいずれかに記載の被覆切削工具。
(AlxCr1-x)N (1)
(式(1)中、xはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.50≦x≦0.70を満足する。)
(AlyCr1-y)N (2)
(式(2)中、yはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.75≦y≦0.90を満足する。)
第1化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、第2化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、交互積層構造において、第1化合物層の厚さをt1、第2化合物層の厚さをt2としたとき、基材に最も近い第1化合物層の厚さt1と基材に最も近い第2化合物層の厚さt2との関係が、t2<t1であり、基材に最も近い第1化合物層の厚さt1が1.0μm以下であり、基材から最も離れた第1化合物層の厚さt1と基材から最も離れた第2化合物層の厚さt2との関係が、t1<t2であり、基材から最も離れた第2化合物層の厚さt2が1.0μm以下である。
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式(1)で表される組成を有する化合物を含有する第1化合物層を有する。
(AlxCr1-x)N (1)
(式(1)中、xはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.50≦x≦0.70を満足する。)
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、下記式(2)で表される組成を有する化合物を含有する第2化合物層を有する。
(AlyCr1-y)N (2)
(式(2)中、yはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.75≦y≦0.90を満足する。)
本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第1化合物層と第2化合物層とを交互に2回以上繰り返し形成した交互積層構造を有する。本実施形態の被覆切削工具は、被覆層が、第1化合物層と第2化合物層とを交互に2回以上繰り返し形成した交互積層構造を有すると、第2化合物層において、六方晶が形成するのを防ぐことができるので、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。また、このような交互積層構造は、低い負のバイアス電圧で形成することができるので、圧縮応力が高くなるのを抑制することができ、その結果、被覆切削工具の耐欠損性が向上する。また、このような交互積層構造を有すると、被覆層全体を厚くすることができるため、被覆切削工具の耐摩耗性が向上する。
なお、本実施形態において、第1化合物層と、第2化合物層とを1層ずつ形成した場合、「繰り返し数」は1回である。
本実施形態に用いる被覆層は、各化合物層だけで構成されてもよいが、基材と化合物層との間(例えば、基材に最も近い第1化合物層の下層)に下部層を有すると好ましい。これにより、基材と化合物層との密着性が更に向上する。その中でも、下部層は、上記と同様の観点から、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含むと好ましく、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ti、Ta、Cr、W、Al、Si、及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、Nとからなる化合物を含むとさらに好ましい。また、下部層は単層であってもよく2層以上の多層であってもよい。
本実施形態に用いる被覆層は、化合物層の基材とは反対側(例えば、基材から最も離れた第2化合物層の上層)に上部層を有してもよい。上部層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含むと、耐摩耗性に一層優れるので、さらに好ましい。また、上記と同様の観点から、上部層は、Ti、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、Si及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、O及びBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物を含むとより好ましく、Ti、Nb、Ta、Cr、W、Al、Si、及びYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、Nとからなる化合物を含むとさらに好ましい。また、上部層は単層であってもよく2層以上の多層であってもよい。
本実施形態の被覆切削工具における被覆層の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば、イオンプレーティング法、アークイオンプレーティング法、スパッタ法、及びイオンミキシング法などの物理蒸着法が挙げられる。物理蒸着法を使用して、被覆層を形成すると、シャープエッジを形成することができるので好ましい。その中でも、アークイオンプレーティング法は、被覆層と基材との密着性に一層優れるので、より好ましい。
本実施形態の被覆切削工具の製造方法について、以下に具体例を用いて説明する。なお、本実施形態の被覆切削工具の製造方法は、当該被覆切削工具の構成を達成し得る限り、特に制限されるものではない。
基材として、LNMU0303ZER−MJのインサート(株式会社タンガロイ製、89.8%WC−9.8%Co−0.3%Cr3C2(質量%)の組成を有する超硬合金)を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表1及び表2に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
得られた試料の第2化合物層及びB層における比Ih(100)/Ic(200)については、株式会社リガク製のX線回折装置である型式:RINT TTRIIIを用いて測定した。具体的には、Cu−Kα線による2θ/θ集中法光学系のX線回折測定を、出力:50kV、250mA、入射側ソーラースリット:5°、発散縦スリット:2/3°、発散縦制限スリット:5mm、散乱スリット:2/3°、受光側ソーラースリット:5°、受光スリット:0.3mm、BENTモノクロメータ、受光モノクロスリット:0.8mm、サンプリング幅:0.01°、スキャンスピード:4°/分、2θ測定範囲:20〜50°という条件にて、第2化合物層及びB層の(200)面のピーク強度Ic(200)、並びに第2化合物層及びB層の(100)面のピーク強度Ih(100)を測定することにより、比Ih(100)/Ic(200)を算出した。その結果を、表7及び表8に示す。
得られた試料について、X線回折装置を用いたsin2ψ法により、第2化合物層及びB層の残留応力を測定した。残留応力は切削に関与する部位に含まれる任意の点3点の応力を測定し、その平均値(相加平均値)を第2化合物層又はB層の残留応力とした。その結果を、表7及び表8に示す。
被削材:S55C、
被削材形状:200mm×150mm×70mmの板、
切削速度:200m/分、
1刃当たりの送り量:1.0mm/tooth、
切り込み深さ:0.6mm、
切削幅:15mm
クーラント:使用、
評価項目:試料が欠損(試料の切れ刃部に欠けが生じる)したとき、又は逃げ面摩耗幅が0.20mmに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工時間を測定した。また、加工時間が10分のときの損傷形態をSEMで観察した。なお、加工時間が10分であるときの損傷形態が「チッピング」であるのは、加工を継続できる程度の欠けであったことを意味する。また、加工時間が長いことは、耐欠損性及び耐摩耗性に優れていることを意味する。得られた評価の結果を表9及び表10に示す。
Claims (7)
- 基材と、前記基材の上に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、下記式(1)で表される組成を有する化合物を含有する第1化合物層と、下記式(2)で表される組成を有する化合物を含有する第2化合物層と、を交互に2回以上繰り返し形成した交互積層構造を有し、
(AlxCr1-x)N (1)
(式(1)中、xはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.50≦x≦0.70を満足する。)
(AlyCr1-y)N (2)
(式(2)中、yはAl元素とCr元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.75≦y≦0.90を満足する。)
前記第1化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、
前記第2化合物層の1層当たりの平均厚さが0.1μm以上1.0μm以下であり、
前記交互積層構造において、前記第1化合物層の厚さをt1、前記第2化合物層の厚さをt2としたとき、
前記基材に最も近い前記第1化合物層の厚さt1と前記基材に最も近い前記第2化合物層の厚さt2との関係が、t2<t1であり、前記基材に最も近い前記第1化合物層の厚さt1が1.0μm以下であり、
前記基材から最も離れた前記第1化合物層の厚さt1と前記基材から最も離れた前記第2化合物層の厚さt2との関係が、t1<t2であり、前記基材から最も離れた前記第2化合物層の厚さt2が1.0μm以下である、被覆切削工具。 - 前記第2化合物層は、立方晶の結晶系を有し、
前記第2化合物層において、立方晶(200)面の回折ピーク強度をIc(200)とし、六方晶(100)面の回折ピーク強度をIh(100)としたとき、Ih(100)/Ic(200)が、0.05以下である、請求項1に記載の被覆切削工具。 - 前記被覆層の全体の平均厚さが、1.0μm以上10.0μm以下である、請求項1又は2に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層の全体の平均厚さを100%とした場合、前記t2<t1の関係を満たす交互積層構造が、前記基材に最も近い側から5%以上50%以下占める、請求項3に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層の全体の平均厚さを100%とした場合、前記t1<t2の関係を満たす交互積層構造が、前記基材から最も離れた側から5%以上50%以下占める、請求項3又は4に記載の被覆切削工具。
- 前記第2化合物層の残留応力が、−10.0GPa以上−2.0GPa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。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックス又は立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
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