JP2022139720A - Surface coated cutting tool - Google Patents

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JP2022139720A JP2021040226A JP2021040226A JP2022139720A JP 2022139720 A JP2022139720 A JP 2022139720A JP 2021040226 A JP2021040226 A JP 2021040226A JP 2021040226 A JP2021040226 A JP 2021040226A JP 2022139720 A JP2022139720 A JP 2022139720A
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大樹 中村
Daiki Nakamura
翔太 浅利
Shota Asari
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Abstract

To provide a coated tool which can exhibit cutting performance such as wear resistance and so on even when used for cutting Ni-based heat-resistant alloy and the like.SOLUTION: In a surface coated cutting tool, (a) a coating layer contains a composite carbonitride layer of Ti and Al, (b) the composite carbonitride layer contains crystal grains of NaCl type face-centered cubic structure of 80 to 100% by area, (c) when a composition of TiAlCN layer is represented by the composition formula: (Ti1-xAlx)(CyN1-y), xavg, that is an average composition thereof, is 0.75 to 0.95 and yavg is 0.000 to 0.010, (d) in all crystal grains having the NaCl type face-centered cubic structure, an area α2 of 10 to 30% by area, in which x is 0.00 to 0.30, exists, (e) in the crystal grain having the NaCl type face-centered cubic structure, when a range, that is surrounded by a curve separated from a crystal grain boundary thereof into the crystal grain by 10nm and the crystal grain boundary, is represented by γ3, 60 to 100% by area of the whole of the area α2 exist in the area γ3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、表面被覆切削工具(以下、被覆工具ということがある)に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter sometimes referred to as a coated tool).

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、これにより、Ni基耐熱合金等の難削材の切削など、切削加工条件はより厳しいものとなってきている。 In recent years, the performance of cutting equipment has improved remarkably. Conditions are getting tougher.

被覆工具として、AlとTiの複合窒化物(以下、TiAlNということがある)層を含む被覆層を、炭化タングステン(以下、WCで示す)基超硬合金等の工具基体の表面に、蒸着法により、被覆形成した被覆工具が知られている。
そして、この被覆工具の切削性能を改善するために、多くの提案がなされている。
As a coated tool, a coating layer containing a compound nitride (hereinafter sometimes referred to as TiAlN) layer of Al and Ti is deposited on the surface of a tool substrate such as a tungsten carbide (hereinafter referred to as WC)-based cemented carbide by a vapor deposition method. coated coated tools are known.
Many proposals have been made to improve the cutting performance of these coated tools.

例えば、特許文献1には、工具基体上に接合層とTiAlN層を有し、両層の間にTiNおよびh-AlNの混合層とfcc-TiAlN層との割合が変化する勾配層を有する被覆工具が記載され、該被覆工具は耐摩耗性に優れるとされている。 For example, US Pat. A tool is described and the coated tool is said to be highly wear resistant.

また、例えば、特許文献2には、被覆層が立方晶TiAlCNと六方晶AlNを含有し、該立方晶TiAlCNが、0.1μm以上の結晶子サイズを有するfcc-Ti1-xAl(ここで、x>0.75、y=0~0.25、z=0.75~1)であり、粒界領域内に非晶質炭素を0.01~20質量%で含有している被覆工具が記載され、該被覆工具は耐酸化性に優れるとされている。 Further, for example, in Patent Document 2, a coating layer contains cubic TiAlCN and hexagonal AlN, and the cubic TiAlCN has a crystallite size of 0.1 μm or more fcc-Ti 1-x Al x C y N z (where x>0.75, y=0 to 0.25, z=0.75 to 1) and contains 0.01 to 20% by mass of amorphous carbon in the grain boundary region A coated tool is described which is said to have excellent oxidation resistance.

特表2011-500964号公報Japanese Patent Publication No. 2011-500964 特表2013-510946号公報Japanese Patent Publication No. 2013-510946

本発明は、前記事情や前記提案を鑑みてなされたものであって、Ni基耐熱合金等の難削材の切削加工に供しても満足できる耐摩耗性等の切削性能を発揮する被覆工具を得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances and proposals, and provides a coated tool that exhibits satisfactory cutting performance such as wear resistance even when used for cutting difficult-to-cut materials such as Ni-based heat-resistant alloys. with the aim of obtaining

本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具は、
工具基体と該工具基体の表面の被覆層を有し、
(a)前記被覆層はTiとAlとの複合炭窒化物層を含み、
(b)前記複合炭窒化物層はNaCl型面心立方構造の結晶粒を80~100面積%含有し、
(c)前記TiAlCN層の組成を組成式:(Ti1-xAl)(C1-y)で表したとき、その平均組成であるxavgは0.75~0.95、yavgは0.000~0.010であり、
(d)前記NaCl型面心立方構造を有する全ての結晶粒において、前記xが0.00~0.30である領域αが10~30面積%存在し、
(e)前記NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒のそれぞれにおいて、その結晶粒界から該結晶粒内に10nm離間した曲線と前記結晶粒界に囲まれた範囲を領域γとするとき、領域αは、その全体の60~100面積%が、前記領域γ内に存在すること。
A surface-coated cutting tool according to an embodiment of the present invention is
Having a tool substrate and a coating layer on the surface of the tool substrate,
(a) the coating layer includes a composite carbonitride layer of Ti and Al;
(b) the composite carbonitride layer contains 80 to 100 area % of NaCl-type face-centered cubic crystal grains,
(c) When the composition of the TiAlCN layer is represented by the composition formula: (Ti 1-x Al x ) (C y N 1-y ), the average composition x avg is 0.75 to 0.95, y avg is between 0.000 and 0.010;
(d) in all the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure, 10 to 30 area % of the region α where x is 0.00 to 0.30 is present;
(e) In each of the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure, when the range surrounded by the curve spaced 10 nm from the crystal grain boundary into the crystal grain and the crystal grain boundary is defined as the region γ, 60 to 100 area % of the entire region α is present within the region γ.

さらに、前記実施形態に係る表面被覆切削工具は、以下の(1)、(2)のいずれかまたは両方を満足してもよい。 Furthermore, the surface-coated cutting tool according to the embodiment may satisfy either or both of the following (1) and (2).

(1)前記領域αに関して、個々の該領域の面積が100~50000nmであり、
前記工具基体の表面に平行な方向に20μm、工具基体表面と垂直な方向に平均層厚分の長さとする四角形領域を一辺が1μmの正方形に区分に分割したとき、前記領域αが存在する区分が全ての区分のうち15~100個数%を占めること。
(1) With respect to the region α, the area of each region is 100 to 50000 nm2 ,
When a quadrangular region having a length of 20 μm in the direction parallel to the surface of the tool substrate and a length of the average layer thickness in the direction perpendicular to the surface of the tool substrate is divided into squares with a side of 1 μm, the segment where the region α exists shall account for 15 to 100 percent by number of all categories.

(2)前記NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒は、平均粒子幅Wが0.10~2.00μm、平均アスペクト比Aが2.0~5.0であること。 (2) The NaCl-type crystal grains having a face-centered cubic structure have an average grain width W of 0.10 to 2.00 μm and an average aspect ratio A of 2.0 to 5.0.

前記によれば、Ni基耐熱合金等の難削材の切削加工に供しても満足できる耐摩耗性等の切削性能を発揮する。 According to the above, even if it is used for cutting difficult-to-cut materials such as Ni-based heat-resistant alloys, satisfactory cutting performance such as wear resistance is exhibited.

結晶粒界近傍における領域αおよび領域γを表す模式図である。FIG. 3 is a schematic diagram showing a region α and a region γ in the vicinity of grain boundaries;

本発明者は、前述の目的を達成する被覆工具を得るべく鋭意検討を行った。その結果、TiAlCN層を構成するNaCl型面心立方構造の結晶粒の粒界近傍に、Al含有割合が低い領域が所定割合で存在するとき、同層の耐摩耗性が向上するという知見を得た。 The inventor of the present invention has made intensive studies to obtain a coated tool that achieves the above objects. As a result, it was found that when a region with a low Al content ratio exists at a predetermined ratio in the vicinity of the grain boundaries of the crystal grains of the NaCl type face-centered cubic structure that constitutes the TiAlCN layer, the wear resistance of the layer is improved. rice field.

以下では、本発明の実施形態に係る表面被覆切削工具について説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「A~B」(A、Bは共に数値)で表現するときは、その範囲は上限値(B)および下限値(A)を含んでおり、上限値(B)と下限値(A)の単位は同じである。
Below, the surface coated cutting tool which concerns on embodiment of this invention is demonstrated.
In the present specification and claims, when a numerical range is expressed as "A to B" (A and B are both numerical values), the range includes the upper limit (B) and the lower limit (A). , and the units of the upper limit (B) and the lower limit (A) are the same.

1.被覆層
本実施形態に係る表面被覆切削工具は、被覆層としてTiAlCN層を有している。
1. Coating Layer The surface-coated cutting tool according to the present embodiment has a TiAlCN layer as a coating layer.

(1)平均層厚
TiAlCN層の平均層厚は、1.0~23.0μmであることが好ましい。その理由は、平均層厚が1.0μm未満では、平均層厚が薄いため長期の使用にわたって耐摩耗性を十分確保することができないことがあり、一方、その平均層厚が23.0μmを超えると、TiAlCN層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなることがあるためである。平均層厚は、5.0~15.0μmがより好ましい。
(1) Average Layer Thickness The average layer thickness of the TiAlCN layer is preferably 1.0 to 23.0 μm. The reason for this is that if the average layer thickness is less than 1.0 μm, it may not be possible to ensure sufficient wear resistance over long-term use because the average layer thickness is thin, while the average layer thickness exceeds 23.0 μm. This is because the crystal grains of the TiAlCN layer tend to coarsen and chipping tends to occur. More preferably, the average layer thickness is 5.0 to 15.0 μm.

ここで、TiAlCN層の平均層厚は、例えば、集束イオンビーム装置(FIB:Focused Ion Beam system)、クロスセクションポリッシャー装置(CP:Cross section Polisher)等を用いて、TiAlCN層を任意の位置の縦断面(インサートでは、工具基体の表面の微小な凹凸を無視し平らな面として扱ったとき、この面に対して垂直な面。ドリルのような軸物工具では、軸心に対して垂直な断面)で切断して観察用の試料を作製し、その縦断面を走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope)を用いて複数箇所(例えば、5箇所)で観察して、平均することにより得ることができる。 Here, the average layer thickness of the TiAlCN layer can be obtained by, for example, using a focused ion beam system (FIB), a cross section polisher (CP), or the like, the TiAlCN layer at any position. Surface (In the case of an insert, when the surface of the tool base is treated as a flat surface ignoring minute irregularities, the surface is perpendicular to this surface. In the case of a shaft tool such as a drill, the cross section is perpendicular to the axis.) A sample for observation is prepared by cutting with, and the longitudinal section is observed at multiple locations (e.g., 5 locations) using a scanning electron microscope (SEM) and averaged. can.

(2)NaCl型面心立方構造の結晶粒
TiAlCN層において、NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割合は、縦断面において80面積%以上であることが好ましい。その理由は、80面積%以上であれば、前述の目的達成ができるためである。この面積割合は、より好ましくは90面積%以上である。また、上限は100面積%(全ての結晶粒がNaCl型の面心立方構造を有すること)であってもよい。
なお、NaCl型面心立方構造である結晶粒の面積割合は、後述する粒界の判定の結果を利用する。
(2) Crystal grains having NaCl-type face-centered cubic structure In the TiAlCN layer, the area ratio of crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure is preferably 80 area% or more in the longitudinal section. The reason for this is that the aforementioned object can be achieved when the area is 80 area % or more. This area ratio is more preferably 90 area % or more. Moreover, the upper limit may be 100 area % (all crystal grains have a NaCl-type face-centered cubic structure).
The area ratio of crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure utilizes the results of determination of grain boundaries, which will be described later.

(3)TiAlCN層の平均組成
TiAlCN層は、組成式:(Ti1-xAl)(C1-y)で表したとき、
TiとAlの合量に占めるAlの含有割合(以下、「Al含有割合」という)xの平均xavgが、CとNとの合量に占めるCの含有割合(以下、「C含有割合」という)yの平均yavgが、それぞれ、0.75≦xavg≦0.95、0.000≦yavg≦0.010(ただし、x、y、xavg、yavgはいずれも原子比)を満足することが好ましい。
(3) Average composition of TiAlCN layer The TiAlCN layer is represented by the composition formula: (Ti 1-x Al x ) (C y N 1-y ),
The content ratio of Al in the total amount of Ti and Al (hereinafter referred to as “Al content ratio”) x average x avg is the content ratio of C in the total amount of C and N (hereinafter referred to as “C content ratio” The average y avg of y is 0.75 ≤ x avg ≤ 0.95, 0.000 ≤ y avg ≤ 0.010 (where x, y, x avg , and y avg are all atomic ratios) is preferably satisfied.

なお、(Ti1-xAl)と(C1-y)との比は特に限定されるものではないが、(Ti1-xAl)を1とする場合、(C1-y)の比は0.8~1.2とすることが好ましい。その理由は、(Ti1-xAl)に対する(C1-y)の比が前記範囲内であれば、確実に本発明の目的が達成できるためである。
また、TiAlCN層は微量のOやCl等の不可避的不純物(意図しないで含まれる不純物)を含んでいても前述の目的の達成を損なうことはない。
The ratio of (Ti 1-x Al x ) and (C y N 1-y ) is not particularly limited, but when (Ti 1-x Al x ) is 1, (C y N 1-y ) is preferably 0.8 to 1.2. The reason for this is that if the ratio of (C y N 1-y ) to (Ti 1-x Al x ) is within the above range, the object of the present invention can be reliably achieved.
Further, even if the TiAlCN layer contains a small amount of unavoidable impurities (impurities included unintentionally) such as O and Cl, the achievement of the above object is not impaired.

前記xavg、yavgの範囲が好ましい理由は、以下のとおりである。
Al含有割合の平均xavgが0.75未満であると、TiAlCN層は硬さが劣るため、
Ni基耐熱合金等の難削材の切削に供したとき、耐摩耗性が十分でなく、一方、0.95を超えると六方晶の結晶粒が析出し、耐摩耗性が低下するためである。xavgは、より好ましくは、0.80≦xavg≦0.90である。
The reason why the ranges of x avg and y avg are preferable is as follows.
When the average x avg of the Al content is less than 0.75, the TiAlCN layer is inferior in hardness,
This is because wear resistance is not sufficient when used for cutting difficult-to-cut materials such as Ni-based heat-resistant alloys. . x avg is more preferably 0.80≦x avg ≦0.90.

C含有割合については、前記範囲であれば、耐チッピング性を保ちつつ硬さを向上させることができるためである。yavgは、より好ましくは0.006≦yavg≦0.010である。 This is because if the content of C is within the above range, the hardness can be improved while maintaining the chipping resistance. y avg is more preferably 0.006≦y avg ≦0.010.

TiAlCN層のAl含有割合の平均xavgは、オージェ電子分光法(AES:Auger Electron Spectroscopy)を用い、縦断面を研磨した試料(被覆工具)において、電子線を縦断面側から照射し、膜厚方向(工具基体の表面に垂直な方向)全長にわたって少なくとも5本の線分析を行って得られたオージェ電子の解析結果を平均したものである。 The average x avg of the Al content ratio of the TiAlCN layer is obtained by using Auger electron spectroscopy (AES), irradiating an electron beam from the longitudinal section side of a sample (coated tool) whose longitudinal section is polished, and measuring the film thickness It is the average of the analysis results of Auger electrons obtained by performing at least five line analyzes over the entire length of the direction (perpendicular to the surface of the tool substrate).

また、C含有割合の平均yavgは、二次イオン質量分析(SIMS:Secondary Ion Mass Spectrometry)により求める。すなわち、その表面を研磨した試料(被覆工具)において、TiAlCN層の表面側からイオンビームを70μm×70μmの範囲に照射し、イオンビームによる面分析とスパッタイオンビームによるエッチングとを交互に繰り返すことにより深さ方向の組成測定を行う。まず、TiAlCN層について層の深さ方向へ0.5μm以上侵入した箇所から0.1μm以下のピッチで少なくとも0.5μmの深さの測定を行ったデータの平均を求める。さらに、これを少なくとも試料表面の5箇所において繰返し算出した結果を平均してC含有割合の平均yavgとして求める。 Also, the average yavg of the C content ratio is determined by secondary ion mass spectrometry (SIMS). That is, in a sample (coated tool) whose surface is polished, an ion beam is irradiated from the surface side of the TiAlCN layer in a range of 70 μm × 70 μm, and surface analysis by the ion beam and etching by the sputter ion beam are alternately repeated. A composition measurement in the depth direction is performed. First, the average of the data obtained by measuring a depth of at least 0.5 μm at a pitch of 0.1 μm or less from a portion of the TiAlCN layer intruded by 0.5 μm or more in the depth direction of the layer is obtained. Furthermore, the average y avg of the C content ratio is obtained by averaging the results obtained by repeating this calculation at least at five locations on the sample surface.

(4)領域α
NaCl型面心立方構造を有する結晶粒には、Al含有割合xが0.00~0.30であるAl含有割合xの低い領域(Tiの濃化領域)である領域αが存在し、その存在割合は、NaCl型面心立方構造を有する結晶粒の全ての面積に対して、10~30面積%であることが好ましい。
(4) Region α
Crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure have a region α, which is a region with a low Al content x of 0.00 to 0.30 (Ti-enriched region). The abundance ratio is preferably 10 to 30 area % with respect to the entire area of the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure.

この面積割合が好ましい理由は、10面積%未満であると、TiAlCN層への圧縮応力の付与が小さく、硬さ向上が期待できず、一方、30面積%超えると、結晶粒の歪みが大きくなり過ぎ、格子欠陥が多くなり、硬さが低下することがあるためである。 The reason why this area ratio is preferable is that if the area ratio is less than 10 area%, the application of compressive stress to the TiAlCN layer is small, and improvement in hardness cannot be expected. This is because too much lattice defects may occur and the hardness may decrease.

なお、領域αの1つ当たりの面積は100~50000nmであることがより好ましい。その理由は、100nm未満であると、切削加工時における粒界を通じた酸素のTiAlCN層内部への拡散が抑制できず、耐酸化性が低下することがあり、一方、50000nm以上であると、結晶粒の歪みが大きくなり過ぎ、格子欠陥が多くなり、硬さが低下することがあるためである。 The area of each region α is more preferably 100 to 50000 nm 2 . The reason for this is that if the thickness is less than 100 nm 2 , the diffusion of oxygen into the TiAlCN layer through grain boundaries during cutting cannot be suppressed, and the oxidation resistance may decrease. This is because the distortion of crystal grains becomes too large, lattice defects increase, and the hardness decreases.

また、前記工具基体の表面に平行な方向に20μm、工具基体の表面と垂直な方向に平均層厚分の長さの範囲の四角形領域を一辺が1μmの正方形に区分に分割したとき、前記領域αが存在する区分(表面の区分において、区分内全体にAlTiCN層が存在しないものは除外する)が全ての区分のうち15~100個数%を占めることがより好ましい。 Further, when a square area having a length of 20 μm in the direction parallel to the surface of the tool base and a length of the average layer thickness in the direction perpendicular to the surface of the tool base is divided into squares each having a side of 1 μm, the area It is more preferable that the sections in which α is present (excluding sections on the surface where no AlTiCN layer is present in the entire section) occupy 15 to 100% by number of all sections.

その理由は、15個%未満であると、TiAlCN層に圧縮応力の付与が小さく、硬さ向上の効果が見込めず、切削加工時における粒界を通じた酸素のTiAlCN層内部への拡散が抑制できず、同層の耐酸化性が低下することがあるためである。 The reason for this is that if the content is less than 15% by mass, the TiAlCN layer is provided with a small compressive stress, the effect of improving the hardness cannot be expected, and the diffusion of oxygen into the TiAlCN layer through grain boundaries during cutting cannot be suppressed. This is because the oxidation resistance of the same layer may be lowered.

ここで、工具基体の表面とは、前記縦断面の観察像における、工具基体と被覆層(後述の下部層があるときは下部層。以下同様)の界面粗さの基準線とする。すなわち、工具基体がインサートのような平面の表面を有するときは、前記縦断面においてEDSを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と工具基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を工具基体に垂直な方向(層厚方向)とする。 Here, the surface of the tool substrate is defined as the reference line of the roughness of the interface between the tool substrate and the coating layer (if there is a lower layer described later, the same shall apply hereinafter) in the observed image of the longitudinal section. That is, when the tool substrate has a flat surface like an insert, elemental mapping using EDS is performed on the longitudinal section, and the obtained elemental map is subjected to known image processing to form a coating layer. The interface of the tool substrate is determined, and the mean line is arithmetically determined for the roughness curve of the interface between the coating layer and the tool substrate thus obtained, and this is used as the surface of the tool substrate. The direction perpendicular to the average line is defined as the direction perpendicular to the tool substrate (layer thickness direction).

また、工具基体がドリルのように曲面の表面を有する場合であっても、被覆層の層厚に対して工具径が十分に大きければ、測定領域における被覆層と工具基体との間の界面は略平面となることから、同様の手法により工具基体の表面を決定することができる。すなわち、例えばドリルであれば、軸方向に垂直な断面の被覆層の縦断面においてEDSを用いた元素マッピングを実施し、得られた元素マップに対して公知の画像処理を行うことで被覆層と工具基体の界面を定め、こうして得られた被覆層と工具基体との界面の粗さ曲線について、平均線を算術的に求め、これを工具基体の表面とする。そして、この平均線に対して、垂直な方向を工具基体に垂直な方向(層厚方向)とする。 Also, even if the tool base has a curved surface like a drill, if the diameter of the tool is sufficiently large relative to the thickness of the coating layer, the interface between the coating layer and the tool base in the measurement area is Since it is substantially flat, the surface of the tool base can be determined by a similar method. That is, for example, in the case of a drill, elemental mapping using EDS is performed on a vertical cross section of the coating layer perpendicular to the axial direction, and the obtained elemental map is subjected to known image processing. The interface of the tool substrate is determined, and the mean line is arithmetically determined for the roughness curve of the interface between the coating layer and the tool substrate thus obtained, and this is used as the surface of the tool substrate. The direction perpendicular to the average line is defined as the direction perpendicular to the tool substrate (layer thickness direction).

(5)TiAlCN層のNaCl型の面心立方構造を有する結晶粒における粒界近傍領域におけるα領域の割合
図1に示すように、NaCl型の面心立方構造を有する各結晶粒において、その結晶粒界(1)から該結晶粒内に10nm離間した曲線と前記結晶粒界に囲まれた範囲を領域γ(3)とするとき、領域α(2)は、その全体の60~100面積%がこの領域γ(3)に存在することが好ましい。
(5) Ratio of the α region in the region near the grain boundary in the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure of the TiAlCN layer As shown in FIG. When the range surrounded by the curve spaced 10 nm from the grain boundary (1) in the grain and the grain boundary is defined as the region γ (3), the region α (2) is 60 to 100 area% of the whole is present in this region γ(3).

その理由は、60面積%未満であると、切削加工時における粒界を通じた酸素のTiAlCN層内部への拡散が抑制できず、耐酸化性が低下するためである。 The reason for this is that if it is less than 60 area %, the diffusion of oxygen into the TiAlCN layer through grain boundaries during cutting cannot be suppressed, and the oxidation resistance is lowered.

(6)平均粒子幅Wと平均アスペクト比A
TiAlCN層のNaCl型の面心立方構造を有する結晶粒の平均粒子幅Wと平均アスペクト比Aは、ぞれぞれ、0.10~2.00μm、2.0~5.0であることがより好ましい。
(6) Average particle width W and average aspect ratio A
The average grain width W and the average aspect ratio A of the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure of the TiAlCN layer are 0.10 to 2.00 μm and 2.0 to 5.0, respectively. more preferred.

その理由は次のとおりである。
平均粒子幅Wは、0.10μmよりも小さい微粒結晶になると、粒界の増加によりチッピングの発生起点が多くなり、TiAlCN層の耐チッピング性が低下することがあり、一方、2.00μmよりも大きくなると、粗大に成長した粒子の存在により、靱性が低下することがあるためである。
The reason is as follows.
If the average grain width W is smaller than 0.10 μm, the number of starting points for chipping increases due to an increase in grain boundaries, and the chipping resistance of the TiAlCN layer may decrease. This is because when the size increases, the toughness may decrease due to the presence of coarsely grown particles.

また、平均アスペクト比Aは、2.0よりも小さい粒状結晶になると切削時に被覆層の表面に生じるせん断応力に対してその界面が破壊起点となりやすくなってしまいチッピングの原因となることがあり、一方、5.0を超えると、切削時に刃先に微小なチッピングが生じ、隣り合う柱状結晶組織に欠けが生じた場合に、被覆層表面に生じるせん断応力に対しての抗力が小さくなりやすく、柱状結晶組織が破断することで一気に損傷が進行し、大きなチッピングを生じることがあるためである。 In addition, if the average aspect ratio A is less than 2.0, the interface between the granular crystals becomes likely to become a fracture starting point against the shear stress generated on the surface of the coating layer during cutting, which may cause chipping. On the other hand, if it exceeds 5.0, fine chipping occurs on the cutting edge during cutting, and when adjacent columnar crystal structures are chipped, the resistance to the shear stress generated on the surface of the coating layer tends to decrease, resulting in a columnar crystal structure. This is because when the crystal structure breaks, the damage progresses at once, and large chipping may occur.

(7)その他の層
被覆層として、前記TiAlCN層を含む被覆層はNi基耐熱合金等の難削材の切削加工において、十分な耐チッピング性、耐摩耗性を有するが、前記被覆層とは別に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなり、0.1~20.0μmの合計平均層厚を有するTi化合物(化学量論的な化合物に限定されない)層を含む下部層を工具基体に隣接して設けた場合、および/または、少なくとも酸化アルミニウム(化学量論的な化合物に限定されない)層を含む層が1.0~25.0μmの合計平均層厚で上部層としてTiAlCN層の上に設けられた場合には、これらの層が奏する効果と相俟って、より一層優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することができる。
(7) Other layers As a coating layer, the coating layer containing the TiAlCN layer has sufficient chipping resistance and wear resistance in cutting difficult-to-cut materials such as Ni-based heat-resistant alloys. Separately, it consists of one or more layers of Ti carbide layer, nitride layer, carbonitride layer, carbonate layer and carbonitride layer, and has a total average layer thickness of 0.1 to 20.0 μm. and/or at least a layer of aluminum oxide (not limited to stoichiometric compounds) provided adjacent to the tool substrate, including a layer of Ti compounds (not limited to stoichiometric compounds) having In the case where the containing layer is provided on the TiAlCN layer as an upper layer with a total average layer thickness of 1.0 to 25.0 μm, together with the effects of these layers, even more excellent chipping resistance , can exhibit wear resistance.

ここで、下部層の合計平均層厚が0.1μm未満では、下部層の働きが十分になされず、一方、20.0μmを超えると下部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。また、酸化アルミニウム層を含む上部層の合計平均層厚が1.0μm未満では、上部層の働きが十分になされず、一方、25.0μmを超えると上部層の結晶粒が粗大化しやすくなり、チッピングを発生しやすくなる。 Here, if the total average layer thickness of the lower layer is less than 0.1 μm, the lower layer does not work sufficiently. easier. When the total average layer thickness of the upper layer including the aluminum oxide layer is less than 1.0 μm, the upper layer does not function sufficiently. Chipping is more likely to occur.

2.工具基体
(1)材質
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、前述の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例を挙げるならば、超硬合金(WC基超硬合金、WCの他、Coを含み、さらに、Ti、Ta、Nb等の炭窒化物を添加したものも含むもの等)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの等)、セラミックス(炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、または、cBN焼結体のいずれかであることが好ましい。
2. Tool Substrate (1) Material Any of the conventionally known substrates for this type of tool substrate can be used as long as it does not interfere with the achievement of the above-mentioned object. For example, cemented carbide (WC-based cemented carbide, containing Co in addition to WC, and further containing carbonitrides such as Ti, Ta, Nb, etc.), cermet (TiC, TiN, TiCN, etc. as a main component), ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), or cBN sintered body.

(2)形状
工具基体の形状は、切削工具として用いられる形状であれば特段の制約はなく、インサートの形状、ドリルの形状が例示できる。
(2) Shape The shape of the tool base is not particularly limited as long as it is a shape used as a cutting tool, examples of which include the shape of an insert and the shape of a drill.

3.粒界の特定方法
次のようにして、TiAlCN層を構成する結晶粒の結晶粒界を求め、結晶粒を特定する。すなわち、透過型電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)に付属する結晶方位解析装置を用いて、工具基体表面に垂直な表面研磨された面(縦断面)において、前記表面研磨面の法線方向に対して0.5~1.0度に傾けた電子線をPrecession(歳差運動) 照射しながら、電子線を任意のビーム径および間隔でスキャンし、連続的に電子回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。工具基体の表面に平行な方向に幅50μm、縦は層厚(平均層厚)分の観察視野に対して結晶粒界を判定する。
3. Method of Identifying Grain Boundaries The grain boundaries of the crystal grains forming the TiAlCN layer are obtained and the crystal grains are identified in the following manner. That is, using a crystal orientation analyzer attached to a transmission electron microscope (TEM), a surface-polished surface (longitudinal section) perpendicular to the surface of the tool substrate is measured in the normal direction of the surface-polished surface. While irradiating an electron beam inclined at 0.5 to 1.0 degrees with respect to precession, the electron beam is scanned at an arbitrary beam diameter and interval, and the electron diffraction pattern is continuously captured, and each individual Analyze the crystal orientation of the measurement point. The crystal grain boundaries are determined with respect to an observation field of view of 50 μm in width in the direction parallel to the surface of the tool base and the thickness of the layer (average layer thickness) in the vertical direction.

なお、本測定に用いた電子回折パターンの取得条件は加速電圧200kV、カメラ長20cm、ビームサイズ2.4nmで、測定ステップは5.0nmである。このとき、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより、測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、これら測定点で代表させた領域(以下、ピクセルということがある)として、正方形状のものを例示できる。 The electron diffraction pattern acquisition conditions used in this measurement are an acceleration voltage of 200 kV, a camera length of 20 cm, a beam size of 2.4 nm, and a measurement step of 5.0 nm. At this time, the measured crystal orientations were obtained by discretely examining the surface to be measured, and by representing the measurement results for the area between adjacent measurement points to the middle, the orientation distribution of the entire measurement surface can be obtained. be. A square-shaped area can be exemplified as an area (hereinafter sometimes referred to as a pixel) represented by these measurement points.

このピクセルのうち隣接するもの同士の間で5度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみがNaCl型の面心立方構造を示す場合は、これらピクセルの接する前記領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた部分を1つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと5度以上の方位差がある、あるいは、隣接するNaCl型の面心立方構造を有する測定点がないような、単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、2ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。このようにして、粒界判定を行い、結晶粒を特定する。 If there is an angular difference in crystal orientation of 5 degrees or more between adjacent pixels, or if only one of the adjacent pixels exhibits a NaCl-type face-centered cubic structure, the region where these pixels are in contact is the grain boundary. Then, the portion surrounded by the sides that are regarded as grain boundaries is defined as one crystal grain. However, a single pixel that has an orientation difference of 5 degrees or more from all adjacent pixels, or that has no measurement point with an adjacent NaCl-type face-centered cubic structure, is not regarded as a crystal grain, and is two pixels or more. are connected as crystal grains. In this manner, grain boundary determination is performed to specify crystal grains.

(1)NaCl型面心立方構造である結晶粒の面積割合
このようにして特定したNaCl型面心立方構造の結晶粒が観察視野に占める面積割合を求め、NaCl型面心立方構造である結晶粒の面積割合とする。
(1) Area ratio of crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure The area ratio of the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure thus specified in the observation field is obtained, and the crystal having the NaCl-type face-centered cubic structure is obtained. It is assumed to be the area ratio of grains.

(2)NaCl型面心立方構造の全結晶粒に対し、領域αが占める面積割合の求め方
前述の手順により特定された少なくとも10個のNaCl型の面心立方構造を有する結晶粒を含む観察視野を定義し、TEMを用いたエネルギー分散型X線分光法(EDS:Energy Dispersive X-ray Spectrometry)(ビーム径1nm)を用いて、面分析を行う。そして、前記観察視野の5視野に対して、前記xが0.30以下である領域(領域α)と前記xが0.30を超える領域とで2種類に色分けをする。次に、画像処理を行い、NaCl型面心立方構造の全結晶粒に対し、領域αが占める面積割合を求める。
(2) How to find the area ratio occupied by region α with respect to all crystal grains of NaCl-type face-centered cubic structure Observation including at least 10 crystal grains having NaCl-type face-centered cubic structure specified by the above procedure A field of view is defined, and area analysis is performed using Energy Dispersive X-ray Spectrometry (EDS) using a TEM (beam diameter 1 nm). Then, the five fields of view of the observation field are classified into two types of colors, the region (region α) where x is 0.30 or less and the region where x exceeds 0.30. Next, image processing is performed to determine the area ratio of the region α to all crystal grains of the NaCl-type face-centered cubic structure.

(3)領域αのうち、領域γ内に存在するものの面積割合の求め方
NaCl型の面心立方構造を有する各結晶粒において、その結晶粒界から該結晶粒内に10nm離間した線と前記結晶粒界に囲まれた範囲を領域γとする。少なくとも10個のNaCl型の面心立方構造を有する結晶粒を含む観察視野を定義し、この観察視野の5視野に対し前述のとおりEDSマッピングにより色分けされた領域αに関して、画像処理により観察視野における面積を求める。次に、画像処理により領域γ内の領域αの面積を求め、領域α全体のうち、前記領域γ内に存在する領域αの面積割合を求める。
(3) Method of determining the area ratio of the region α existing in the region γ A region surrounded by grain boundaries is defined as a region γ. An observation field containing at least 10 NaCl-type crystal grains having a face-centered cubic structure is defined, and as described above for the 5 fields of this observation field of view, the area α color-coded by EDS mapping is subjected to image processing in the observation field of view. Find area. Next, the area of the region α within the region γ is determined by image processing, and the area ratio of the region α existing within the region γ to the entire region α is determined.

(4)個々の領域αの面積の求め方
少なくとも10個のNaCl型の面心立方構造を有する結晶粒を含む観察視野を定義し、この5視野に対し上述のとおりEDSマッピングにより色分けされた領域αに関して、画像処理により個々の面積をそれぞれ求める。
(4) How to find the area of each region α An observation field containing at least 10 crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure is defined, and the five fields are color-coded by EDS mapping as described above. Regarding α, each individual area is obtained by image processing.

(5)領域αが存在する区分の求め方
前記TiAlCN層の工具基体表面の縦断面に対して、測定範囲を、工具基体の表面に平行な方向に10μm、工具基体の表面と垂直な方向(層厚方向)に平均層厚分の長さの範囲の四角形を観察視野として定義し、該測定視野を1μm四方ずつの区分に分割する(表面の区分において、区分内全体にAlTiCN層が存在しないものは除外する)。前述のとおりマッピングにより前記xが0.30以下である領域(領域α)と前記xが0.30を超える領域とで2種類に色分けをする。画像処理により前記1μm四方ずつの区分のうち領域αが存在する区分を同定し、該区分のうち領域αが存在する区分の個数割合を求める。この個数割合の算出を5視野に対して実施する。
(5) How to determine the section where the region α exists With respect to the longitudinal section of the tool substrate surface of the TiAlCN layer, the measurement range is set to 10 μm in the direction parallel to the surface of the tool substrate and in the direction perpendicular to the surface of the tool substrate ( A square with a length equal to the average layer thickness in the layer thickness direction) is defined as the observation field of view, and the measurement field of view is divided into 1 μm square sections (in the surface section, the AlTiCN layer does not exist in the entire section excluding things). As described above, two types of color coding are performed by mapping, the region (region α) where x is 0.30 or less and the region where x exceeds 0.30. Among the 1 μm square sections, the sections in which the area α exists are identified by image processing, and the number ratio of the sections in which the area α exists is obtained. This calculation of the number ratio is performed for five fields of view.

(6)結晶粒の平均粒子幅Wと平均アスペクト比Aの求め方
結晶粒の平均粒子幅Wと平均アスペクト比Aの算出方法について説明する。まず、前述のとおりに、粒界の判定を行って結晶粒を特定する。次に、画像処理を行い、ある結晶粒iに対して工具基体の表面と垂直方向(層厚方向)の最大長さH、工具基体の表面と水平方向の最大長さである粒子幅W、および面積Sを求める。結晶粒iのアスペクト比AはA=H/Wとして算出する。このようにして、観察視野内の少なくとも20以上(i=1~20以上)の結晶粒の粒子幅W~W(n≧20)を基に[数1」により面積加重平均し、前記結晶粒の平均粒子幅Wとする。また、同様にして前記結晶粒のアスペクト比A~A(n≧20)を求め、[数2]により面積加重平均して、前記結晶粒の平均アスペクト比Aとする。
(6) How to Determine Average Grain Width W and Average Aspect Ratio A of Crystal Grains A method of calculating the average grain width W and average aspect ratio A of crystal grains will be described. First, as described above, grain boundaries are determined to identify crystal grains. Next, image processing is performed, and for a certain crystal grain i, the maximum length H i in the direction perpendicular to the surface of the tool base (layer thickness direction), the grain width W which is the maximum length in the direction horizontal to the surface of the tool base Find i , and area S i . The aspect ratio A i of the crystal grain i is calculated as A i =H i /W i . In this way, based on the grain widths W 1 to W n (n ≥ 20) of at least 20 or more (i = 1 to 20 or more) crystal grains in the observation field, the area-weighted average is calculated by [Equation 1]. The average grain width W of the crystal grains. Similarly, the aspect ratios A 1 to A n (n≧20) of the crystal grains are obtained, and the average aspect ratio A of the crystal grains is obtained by taking an area-weighted average according to [Equation 2].

Figure 2022139720000002
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Figure 2022139720000003
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4.製造方法
本発明のTiAlCN層の成膜方法は、例えば、以下のとおりである。後述するガス群Aとガス群Bを用いて第1回から第n回までの成膜を行う。第n回の成膜で目標とするTiAlCN層の層厚を得る。各回の成膜は、表面に新たに膜を堆積し層厚の増える過程1と、粒界近傍のTi濃度を高める過程2とからなる。各回の成膜は、過程1を一定時間行い、続いてこれの半分の時間で過程2を行う。なお、過程2では、過程1で成膜された層の表面に新たな層の堆積はほとんどなされず、層厚の変化は事実上無視できる。
4. Manufacturing Method A method for forming the TiAlCN layer of the present invention is, for example, as follows. First to n-th film formation is performed using gas group A and gas group B, which will be described later. The target thickness of the TiAlCN layer is obtained in the n-th film formation. Each film formation consists of a process 1 for increasing the layer thickness by depositing a new film on the surface and a process 2 for increasing the Ti concentration in the vicinity of the grain boundary. In each film formation, process 1 is performed for a certain period of time, and then process 2 is performed for half the time. In process 2, almost no new layer is deposited on the surface of the layer deposited in process 1, and the change in layer thickness can be practically ignored.

前記2種の反応ガス組成を例示すると、以下のとおりである。なお、ガス組成はガス群Aとガス群Bの組成和を100容量%としたものであり、以下、%で略記する。過程の記載がないガス組成は過程1および過程2で共通の組成範囲である。 Examples of the two kinds of reaction gas compositions are as follows. The gas composition is defined as the composition sum of gas group A and gas group B being 100% by volume, and hereinafter abbreviated as %. A gas composition without description of the process is a composition range common to process 1 and process 2.

反応ガス組成(容量%):
ガス群A: NH:2.0~5.0%(過程1)、0.1~0.3%(過程2)、
:65~75%
ガス群B: AlCl:0.64~1.12%(過程1)、
0.01~0.04%(過程2)、
TiCl:0.05~0.32%、
:0.0~10.0%、
:0.0~0.5%、
:残
反応雰囲気圧力:4.0~5.0kPa
反応雰囲気温度:700~850℃
ガス供給周期:2.00~15.00秒
1周期当たりのガス供給時間:0.15~0.25秒
ガス群Aとガス群Bの供給の位相差:0.10~0.20秒
Reaction gas composition (% by volume):
Gas group A: NH 3 : 2.0 to 5.0% (process 1), 0.1 to 0.3% (process 2),
H2: 65-75 %
Gas group B: AlCl 3 : 0.64-1.12% (process 1),
0.01 to 0.04% (process 2),
TiCl4 : 0.05-0.32%,
N2 : 0.0 to 10.0%,
C2H4 : 0.0-0.5 %,
H 2 : Residual reaction atmosphere pressure: 4.0 to 5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 700-850°C
Gas supply cycle: 2.00 to 15.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.20 seconds

次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明被覆工具の具体例として、工具基体としてWC基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体として、前記の他の材質のものを用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
Next, examples will be described.
Here, as a specific example of the coated tool of the present invention, an insert cutting tool using a WC-based cemented carbide as a tool substrate will be described. The same applies to drills and end mills.

原料粉末として、いずれも1~3μmの平均粒径を有するWC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr粉末およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、98MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を5Paの真空中、1370~1470℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ISO規格CNMG120412のインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A~Cを製造した。 As raw material powders, WC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, and Co powder, all having an average particle size of 1 to 3 μm, were prepared. Then, wax is added and mixed in a ball mill for 24 hours in acetone, dried under reduced pressure, and then press-molded into a green compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa. After sintering, tool substrates A to C made of WC-based cemented carbide and having an insert shape according to ISO standard CNMG120412 were produced.

次に、これら工具基体A~Cの表面に、CVD装置を用いて、表2、表4に示す成膜条件によりTiAlCN層をCVDにより形成し、表7に示される実施例1~16を得た。
A1~H1、A2~H2は、それぞれ、前述の過程1、過程2にそれぞれ相当する。
Next, on the surfaces of these tool substrates A to C, a TiAlCN layer was formed by CVD under the film forming conditions shown in Tables 2 and 4 using a CVD apparatus to obtain Examples 1 to 16 shown in Table 7. rice field.
A1 to H1 and A2 to H2 correspond to steps 1 and 2 described above, respectively.

前記の過程1では、表2、表4に示される形成条件を示す形成記号A~H、A1~H1、すなわち、ガス群AとしてNH:2.0~5.0%、H:65~75%、ガス群BとしてAlCl:0.64~1.12%、TiCl:0.05~0.32%、N:0.0~10.0%、C:0.0~0.5%、H:残(%は、ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)、反応雰囲気圧力:4.0~5.0kPa、反応雰囲気温度:700~850℃、ガス供給周期:2.00~15.00秒、1周期当たりのガス供給時間:0.15~0.25秒、ガス群Aとガス群Bの供給の位相差:0.10~0.20秒とし、所定時間、CVD法により、成膜を行った。 In the process 1, formation symbols A to H and A1 to H1 indicating the formation conditions shown in Tables 2 and 4, that is, NH 3 : 2.0 to 5.0% and H 2 : 65 as the gas group A ~75%, gas group B: AlCl 3 : 0.64 to 1.12%, TiCl 4 : 0.05 to 0.32%, N 2 : 0.0 to 10.0%, C 2 H 4 : 0 0-0.5%, H 2 : balance (% is % by volume of the total gas group A and gas group B combined), reaction atmosphere pressure: 4.0-5.0 kPa, reaction atmosphere temperature: 700- 850° C., gas supply cycle: 2.00 to 15.00 seconds, gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds, supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to A film was formed by the CVD method for a predetermined time at 0.20 seconds.

前記の過程2では、表2、表4に示される形成条件を示す形成記号A~H、A2~H2、すなわち、ガス群AとしてNH:0.1~0.3%、H:65~75%、ガス群BとしてAlCl:0.01~0.04%、TiCl:0.05~0.32%、N:0.0~10.0%、C:0.0~0.5%、H:残(%は、ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)、反応雰囲気圧力:4.0~5.0kPa、反応雰囲気温度:700~850℃、ガス供給周期:2.00~15.00秒、1周期当たりのガス供給時間:0.15~0.25秒、ガス群Aとガス群Bの供給の位相差:0.10~0.20秒とし、所定時間、CVD法により、粒界近傍のTi濃度を高めた。
In the process 2, formation symbols A to H and A2 to H2 indicating the formation conditions shown in Tables 2 and 4, that is, NH 3 : 0.1 to 0.3% and H 2 : 65 as the gas group A ~75%, gas group B: AlCl 3 : 0.01 to 0.04%, TiCl 4 : 0.05 to 0.32%, N 2 : 0.0 to 10.0%, C 2 H 4 : 0 0-0.5%, H 2 : balance (% is % by volume of the total gas group A and gas group B combined), reaction atmosphere pressure: 4.0-5.0 kPa, reaction atmosphere temperature: 700- 850° C., gas supply cycle: 2.00 to 15.00 seconds, gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds, supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to The Ti concentration in the vicinity of the grain boundary was increased by the CVD method for a predetermined time at 0.20 seconds.

前記の条件でTiAlCN層を形成することにより、表7に示す実施例1~16を製造した。ここで、実施例2、5、7、8、12、14~16は、表6に示すように下部層および/または上部層を表5に示す成膜条件により成膜した。 Examples 1 to 16 shown in Table 7 were manufactured by forming the TiAlCN layer under the above conditions. Here, in Examples 2, 5, 7, 8, 12, 14 to 16, the lower layer and/or the upper layer as shown in Table 6 were formed under the film formation conditions shown in Table 5.

また、比較のために、これら工具基体A~Cの表面に、CVD装置を用いて、表3、表4に示す成膜条件を示す形成記号a~hでTiAlCN層をCVDにより形成し、表7に示される比較例1~16を得た。なお、b1~h1、b2~h2は、それぞれ、前述の過程1、過程2に相当する。
ここで、比較例2、5、7、8、12、14~16は、表6に示すように下部層および/または上部層を表5に示す成膜条件により成膜した。
For comparison, TiAlCN layers were formed on the surfaces of these tool substrates A to C by CVD using a CVD apparatus with the formation symbols a to h indicating the film formation conditions shown in Tables 3 and 4. Comparative Examples 1-16 shown in 7 were obtained. Note that b1 to h1 and b2 to h2 correspond to the above-described process 1 and process 2, respectively.
Here, in Comparative Examples 2, 5, 7, 8, 12, 14 to 16, the lower layer and/or the upper layer as shown in Table 6 were formed under the film formation conditions shown in Table 5.

Figure 2022139720000004
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Figure 2022139720000005
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Figure 2022139720000006
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Figure 2022139720000007
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Figure 2022139720000008
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Figure 2022139720000009
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Figure 2022139720000010
Figure 2022139720000010

表7において、
(1)「個々の領域αが100~50000nmにあるか」の欄で「〇」は個々の領域αが100~50000nmを満たすことを、「×」は個々の領域αが100~50000nm2を満たさないことを、「-」はNaCl型面心立方構造を有する結晶粒において領域αが存在しないことを表す。
(2)☆領域αが存在する区分の個数割合とは、工具基体の表面に平行な方向に20μm、工具基体の表面と垂直な方向に平均層厚分の長さの四角形領域を一辺が1μmの正方形に区分したとき、領域αが存在する区分の割合をいう。
In Table 7,
(1) In the column "Is the individual region α between 100 and 50,000 nm2 ?", "○" indicates that the individual region α satisfies 100 to 50,000 nm2 , and "×" indicates that the individual region α is between 100 and 50,000 nm2. is not satisfied, and "-" indicates that there is no region α in the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure.
(2) ☆The ratio of the number of segments in which the region α exists is a square region with a length of 20 μm in the direction parallel to the surface of the tool base and a length of the average layer thickness in the direction perpendicular to the surface of the tool base, with one side of 1 μm. When divided into squares, the ratio of the divisions in which the area α exists.

続いて、実施例1~16および比較例1~16について、前記各種の工具基体A~C(ISO規格CNMG120412形状)をいずれも工具鋼製バイト先端部に固定治具にてクランプした状態で、以下に示す、切削加工試験1および2を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。表8、9に、切削加工試験1、切削加工試験2の結果をそれぞれ示す。なお、比較例については、チッピング発生が原因で切削時間終了前に寿命に至ったため、寿命に至るまでの時間を示す。 Subsequently, for Examples 1 to 16 and Comparative Examples 1 to 16, each of the various tool substrates A to C (ISO standard CNMG120412 shape) was clamped to the tip of the tool steel cutting tool with a fixture. Cutting tests 1 and 2 shown below were performed to measure the flank wear width of the cutting edge. Tables 8 and 9 show the results of cutting test 1 and cutting test 2, respectively. As for the comparative example, the life was reached before the end of the cutting time due to the occurrence of chipping, so the time until the life is reached is shown.

切削加工試験1(湿式高速連続切削試験)
被削材: Ni-19Cr-19Fe-3Mo-0.9Ti-0.5Al-5.1 (Nb+Ta)合金(数字は質量%を示す)
切削速度: 150 m/min
切り込み: 0.75 mm
一刃送り量:0.30 mm/rev
切削時間: 4分
Cutting test 1 (wet high-speed continuous cutting test)
Work material: Ni-19Cr-19Fe-3Mo-0.9Ti-0.5Al-5.1 (Nb+Ta) alloy (numbers indicate mass%)
Cutting speed: 150m/min
Notch: 0.75mm
Feed per blade: 0.30 mm/rev
Cutting time: 4 minutes

切削加工試験2(湿式断続切削試験)
被削材: Ni-19Cr-19Fe-3Mo-0.9Ti-0.5Al-5.1 (Nb+Ta)合金(数字は質量%を示す)の長さ方向等間隔8本縦溝入り丸棒
切削速度: 40 m/min
切り込み: 0.25 mm
一刃送り量:0.10 mm/rev
切削時間: 5分
Cutting test 2 (wet interrupted cutting test)
Work material: Ni-19Cr-19Fe-3Mo-0.9Ti-0.5Al-5.1 (Nb+Ta) alloy (numbers indicate mass %) round bar with 8 flutes equally spaced in the length direction Cutting speed : 40m/min
Notch: 0.25mm
Feed per blade: 0.10 mm/rev
Cutting time: 5 minutes

Figure 2022139720000011
Figure 2022139720000011

Figure 2022139720000012
Figure 2022139720000012

表8、9に示す結果から明らかなように、実施例は、いずれも難削材の切削加工に供しても、被覆層のチッピングがなく、優れた耐久性を有することがわかる。
これに対して、比較例は、いずれも高速切削加工時の負荷によりチッピングが発生し、短時間の工具寿命であった。
As is clear from the results shown in Tables 8 and 9, all of the examples exhibit excellent durability without chipping of the coating layer even when subjected to cutting of difficult-to-cut materials.
On the other hand, in the comparative examples, chipping occurred due to the load during high-speed cutting, and the tool life was short.

1 結晶粒界
2 領域α
3 領域γ
1 grain boundary 2 region α
3 region γ

Claims (3)

工具基体と該工具基体の表面の被覆層を有する表面被覆切削工具であって、
(a)前記被覆層はTiとAlとの複合炭窒化物層を含み、
(b)前記複合炭窒化物層はNaCl型面心立方構造の結晶粒を80~100面積%含有し、
(c)前記TiAlCN層の組成を組成式:(Ti1-xAl)(C1-y)で表したとき、その平均組成であるxavgは0.75~0.95、yavgは0.000~0.010であり、
(d)前記NaCl型面心立方構造を有する全ての結晶粒において、前記xが0.00~0.30である領域αが10~30面積%存在し、
(e)前記NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒のそれぞれにおいて、その結晶粒界から該結晶粒内に10nm離間した曲線と前記結晶粒界に囲まれた範囲を領域γとするとき、領域αは、その全体の60~100面積%が、前記領域γ内に存在する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
A surface-coated cutting tool having a tool substrate and a coating layer on the surface of the tool substrate,
(a) the coating layer includes a composite carbonitride layer of Ti and Al;
(b) the composite carbonitride layer contains 80 to 100 area % of NaCl-type face-centered cubic crystal grains,
(c) When the composition of the TiAlCN layer is represented by the composition formula: (Ti 1-x Al x ) (C y N 1-y ), the average composition x avg is 0.75 to 0.95, y avg is between 0.000 and 0.010;
(d) in all the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure, 10 to 30 area % of the region α where x is 0.00 to 0.30 is present;
(e) In each of the crystal grains having the NaCl-type face-centered cubic structure, when the range surrounded by the curve spaced 10 nm from the crystal grain boundary into the crystal grain and the crystal grain boundary is defined as the region γ, 60 to 100 area% of the entire region α is present in the region γ,
A surface-coated cutting tool characterized by:
前記領域αに関して、個々の該領域の面積が100~50000nmであり、
前記工具基体の表面に平行な方向に20μm、工具基体表面と垂直な方向に平均層厚分の長さとする四角形領域を一辺が1μmの正方形に区分に分割したとき、前記領域αが存在する区分が全ての区分のうち15~100個数%を占めることを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
With respect to the region α, the area of each region is 100 to 50000 nm 2 ,
When a quadrangular region having a length of 20 μm in the direction parallel to the surface of the tool substrate and a length of the average layer thickness in the direction perpendicular to the surface of the tool substrate is divided into squares with a side of 1 μm, the segment where the region α exists The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein occupies 15 to 100% by number of all divisions.
前記NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒は、平均粒子幅Wが0.10~2.00μm、平均アスペクト比Aが2.0~5.0であることを特徴とする請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。 1 or 2, wherein the NaCl-type crystal grains having a face-centered cubic structure have an average grain width W of 0.10 to 2.00 μm and an average aspect ratio A of 2.0 to 5.0 3. The surface-coated cutting tool according to 2.
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