JP2023148467A - Surface coated cutting tool - Google Patents

Surface coated cutting tool Download PDF

Info

Publication number
JP2023148467A
JP2023148467A JP2022056504A JP2022056504A JP2023148467A JP 2023148467 A JP2023148467 A JP 2023148467A JP 2022056504 A JP2022056504 A JP 2022056504A JP 2022056504 A JP2022056504 A JP 2022056504A JP 2023148467 A JP2023148467 A JP 2023148467A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
tialcn
ticn
less
mainly composed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022056504A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
光亮 柳澤
Mitsuaki Yanagisawa
尚志 本間
Hisashi Honma
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2022056504A priority Critical patent/JP2023148467A/en
Publication of JP2023148467A publication Critical patent/JP2023148467A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

To provide a coated tool with superior abrasion resistance in high-speed intermittent cutting.SOLUTION: A coated tool includes one or more laminate layers of a surface side TiAlCN main body layer and a substrate side TiCN layer, in which the TiAlCN main body layer contains hexagonal crystal TiAlCN grains by 70-99 area% and cubic crystal TiCN grains by at least 1 area% but less than 5 area%, and in which the TiAlCN grains are (Ti1-xAlx)(CyN1-y)(an average value of x is 0.60-0.95, an average value of y is 0.0050-0.3500). The TiCN layer contains cubic crystal grains. In the coated tool, at a minimal thickness L1min and a maximal thickness L1max of the TiAlCN main body layer, and at a minimal thickness L2min and a maximal thickness L2max of the TiCN layer, L1min is 0.5 μm or more, and L1max is 5.0 μm or less, L2min is 1.0 μm or more, and L2max is 19.0 μm or less. A total thickness L1* of the TiAlCN main body layer and a total thickness L2* of the TiCN layer satisfy L1*+L2*=1.5-20.0 μm, and 0.05×L2*≤L1*≤L2* in the coated tool.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。 The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter sometimes referred to as a coated tool).

従来、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(基体ともいう)の表面に、被覆層として、Ti-Al系の複合炭窒化物層を蒸着法により被覆形成した被覆工具があり、これは、優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
そして、前記Ti-Al系の複合炭窒化物層を被覆形成した被覆工具の被覆層の耐久性の改善についての種々の提案がなされている。
Conventionally, a Ti-Al based composite carbonitride layer was formed as a coating layer on the surface of a tool substrate (also referred to as a substrate) such as a tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) based cemented carbide by a vapor deposition method. There are tools that are known to exhibit excellent wear resistance.
Various proposals have been made for improving the durability of the coating layer of a coated tool coated with the Ti--Al based composite carbonitride layer.

例えば、特許文献1には、被覆層として、Ti1-xAlNからなる第1単位層と、Ti1-yAlNからなる第2単位層とが交互に積層された多層構造を含み、前記第1単位層はfcc型結晶構造を有して、0<x<0.65であり、第2単位層はhcp型結晶構造を有して、0.65≦y<1である皮膜を有し、前記第1単位層および前記第2単位層の各厚さは3~30nmである被覆工具が記載されている。 For example, Patent Document 1 describes a multilayer structure in which a first unit layer made of Ti 1-x Al x N and a second unit layer made of Ti 1-y Al y N are alternately laminated as a coating layer. The first unit layer has an FCC type crystal structure, and 0<x<0.65, and the second unit layer has an HCP type crystal structure, and 0.65≦y<1. A coated tool is described that has a coating, and each of the first unit layer and the second unit layer has a thickness of 3 to 30 nm.

また、例えば、特許文献2には、厚さ2~15μmのfcc構造を主体とする窒化チタンアルミニウム皮膜からなる下層と、厚さ0.2~10μmのhcp構造の窒化アルミニウム皮膜からなる上層とを有する被覆層であって、前記上層は柱状結晶組織を有し、前記柱状結晶の平均横断面径が0.05~0.6μmであり、前記上層における(100)面のX線回折ピーク値Ia(100)と(002)面のX線回折ピーク値Ia(002)との比が、Ia(002)/Ia(100)≧6の関係を満たし、前記上層が前記下層の上にエピタキシャル成長している被覆工具が記載されている。 Furthermore, for example, Patent Document 2 discloses a lower layer consisting of a titanium aluminum nitride film mainly having an FCC structure with a thickness of 2 to 15 μm, and an upper layer consisting of an aluminum nitride film having a HCP structure with a thickness of 0.2 to 10 μm. The upper layer has a columnar crystal structure, the columnar crystals have an average cross-sectional diameter of 0.05 to 0.6 μm, and the upper layer has an X-ray diffraction peak value Ia of the (100) plane. The ratio of the X-ray diffraction peak value Ia(002) of the (100) and (002) planes satisfies the relationship Ia(002)/Ia(100)≧6, and the upper layer is epitaxially grown on the lower layer. Covered tools are listed.

特開2015-124407号公報Japanese Patent Application Publication No. 2015-124407 国際公開第2018/008554号International Publication No. 2018/008554

近年の切削加工における省力化および省エネルギー化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高効率化の傾向にある。そのため、被覆工具には、より一層、耐チッピング性、耐欠損性等の耐異常損傷性とともに、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性が求められている。 In recent years, there has been a strong demand for labor-saving and energy-saving in cutting processes, and as a result, there has been a trend toward faster and more efficient cutting processes. Therefore, coated tools are required to have even greater resistance to abnormal damage such as chipping resistance and chipping resistance, as well as excellent wear resistance over long-term use.

しかし、前記特許文献1~2で提案されている被覆工具では、被覆層が塑性変形を起こすような高速断続切削加工に用いた場合には、被覆層を構成する結晶粒の脱落等が生じ、異常摩耗が進行しやすく、これに起因して比較的短時間で工具寿命に至ってしまう。 However, when the coated tools proposed in Patent Documents 1 and 2 are used for high-speed interrupted cutting in which the coating layer undergoes plastic deformation, crystal grains constituting the coating layer may fall off. Abnormal wear tends to progress, and due to this, the tool life ends in a relatively short period of time.

そこで、本発明は、合金鋼の高速断続切削加工に用いた場合であっても、被覆層に異常摩耗を進行させることなく、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides a coated tool that exhibits excellent wear resistance over a long period of use without causing abnormal wear on the coating layer even when used for high-speed interrupted cutting of alloy steel. The purpose is to

本発明者は、合金鋼の高速断続切削加工で使用した場合でも、異常損傷が発生しにくいTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物(以下、TiAlCNということがある)を含む被覆層の構造について鋭意研究を行った。その結果、被覆層として、TiCN層の上にTiAlCN層を設け、該TiAlCN層が六方晶の高Al含有TiAlCN結晶粒を有し、かつ、NaCl型面心立方構造のTiの炭窒化物(TiCNということがある)結晶粒が分散したものであるとき、被覆層の異常損傷が進行しがたく、耐摩耗性が向上することを知見した。 The present inventor has developed a coating layer containing Ti and Al composite nitride or composite carbonitride (hereinafter sometimes referred to as TiAlCN) that is less likely to cause abnormal damage even when used in high-speed interrupted cutting of alloy steel. We conducted extensive research on the structure. As a result, a TiAlCN layer was provided on the TiCN layer as a covering layer, and the TiAlCN layer had hexagonal high Al-containing TiAlCN crystal grains and was made of Ti carbonitride (TiCN) having a NaCl-type face-centered cubic structure. It has been found that when the crystal grains are dispersed, abnormal damage to the coating layer is difficult to progress and wear resistance is improved.

本発明は、この知見に基づくものであって、次のとおりのものである。
「(1)基体と該基体上に設けられている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、TiAlCNを主体とする層を工具表面側に、TiCN層を前記基体側とする単位積層体層を1以上有し、
(b)前記TiAlCNを主体とする層は、ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒を70面積%以上99面積%以下、かつ、NaCl型面心立方構造を有するTiCN結晶粒を1面積%以上5面積%未満含み、
(c)前記TiAlCNを主体とする層に含まれるTiAlCN結晶粒は、(Ti1-xAl)(C1-y)(xの平均値が0.60以上、0.95以下、yの平均値が、0.0050以上、0.3500以下)であり、
(d)前記TiCN層は、NaCl型の面心立方構造の結晶粒を有し、
(e)前記単位積層体層のすべてにおいて、前記TiAlCNを主体とする層の最小厚さと最大厚さ、前記TiCN層の最小厚さと最大厚さを、それぞれ、L1min、L1max、L2min、L2max、とするとき、L1minが0.5μm以上、L1maxが5.0μm以下、L2minが1.0μm以上、L2maxが19.0μm以下を満足し、
(f)前記単位積層体層のすべてにおけるTiAlCNを主体とする層の合計厚さと、前記すべての単位積層体層におけるTiCN層の合計厚さを、それぞれ、L *、L *とするとき、L *+L *が1.5μm以上20.0μm以下、また、0.05×L *≦L *≦L *の関係を満足する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
(2)前記TiAlCNを主体とする層はClを含有し、その含有割合zは、0.005原子%以上、0.500原子%以下であることを満足することを特徴とする(1)に記載の表面被覆切削工具。
(3)前記TiAlCNを主体とする層において、アスペクト比が2.0以上である柱状組織を有する結晶粒が占める面積割合は、70面積%以上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)前記被覆層として、すくい面に、前記TiAlCNを主体とする層と前記TiCN層を有し、逃げ面に、前記TiCN層を有す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。」
The present invention is based on this knowledge and is as follows.
"(1) A surface-coated cutting tool having a base and a coating layer provided on the base,
(a) The coating layer has one or more unit laminate layers having a layer mainly composed of TiAlCN on the tool surface side and a TiCN layer on the base side,
(b) The layer mainly composed of TiAlCN contains 70% to 99% by area of TiAlCN crystal grains having a wurtzite hexagonal structure, and 1 area of TiCN crystal grains having a NaCl face-centered cubic structure. % or more, including less than 5 area%,
(c) The TiAlCN crystal grains contained in the layer mainly composed of TiAlCN are (Ti 1-x Al x )(C y N 1-y ) (the average value of x is 0.60 or more and 0.95 or less, the average value of y is 0.0050 or more and 0.3500 or less),
(d) the TiCN layer has crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure;
(e) In all of the unit laminate layers, the minimum and maximum thicknesses of the TiAlCN-based layer and the minimum and maximum thicknesses of the TiCN layer are L 1min , L 1max , L 2min , respectively. When L 2max , L 1min satisfies the following conditions: 0.5 μm or more, L 1max 5.0 μm or less, L 2min 1.0 μm or more, and L 2max 19.0 μm or less,
(f) When the total thickness of the layers mainly composed of TiAlCN in all the unit laminate layers and the total thickness of the TiCN layers in all the unit laminate layers are L 1 * and L 2 * , respectively. , L 1 * +L 2 * is 1.5 μm or more and 20.0 μm or less, and also satisfies the relationship 0.05×L 2 * ≦L 1 * ≦L 2 * ,
A surface-coated cutting tool characterized by:
(2) The layer mainly composed of TiAlCN contains Cl, and the content ratio z thereof satisfies 0.005 atomic % or more and 0.500 atomic % or less. Surface coated cutting tool as described.
(3) In the layer mainly composed of TiAlCN, the area ratio occupied by crystal grains having a columnar structure with an aspect ratio of 2.0 or more is 70 area% or more (1) or (2). ) The surface-coated cutting tool described in ).
(4) Any of (1) to (3), characterized in that the coating layer has the layer mainly composed of TiAlCN and the TiCN layer on the rake face, and the TiCN layer on the flank face. The surface-coated cutting tool described in Crab. ”

本発明の表面被覆切削工具は、合金鋼の高速断続切削加工に用いた場合であっても、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。 The surface-coated cutting tool of the present invention exhibits excellent wear resistance over a long period of use, even when used for high-speed interrupted cutting of alloy steel.

本発明の表面被覆切削の被覆層の構造の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure of the coating layer of surface coating cutting of this invention.

本発明の表面被覆切削工具について、以下に詳細に説明する。なお、本明細書において数値範囲を「A~B」(A、Bはともに数値である)と表現するとき、その範囲は上限(B)および下限(A)の数値を含んでおり、上限値(B)のみに単位が記載されているとき、上限(B)と下限(A)の単位は同じである。
また、組成を規定していない化合物の組成は、化学量論的な組成に限定されることはなく、従来公知のあらゆる原子比のものを含む。
The surface-coated cutting tool of the present invention will be explained in detail below. In this specification, 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 lower limit (A), and the upper limit value When a unit is listed only in (B), the units in the upper limit (B) and lower limit (A) are the same.
Further, the composition of a compound whose composition is not specified is not limited to a stoichiometric composition, and includes any conventionally known atomic ratio.

1.被覆層
図1に模式的に示すように、基体(1)状の被覆層(2)は、TiAlCNを主体とする層(3)を工具表面側に、TiCN層を基体側(4)とする単位積層体層(5)を1以上(図1では単位積層体層が2のときを示している)有する。
1. Covering Layer As schematically shown in Fig. 1, the coating layer (2) of the base (1) has a layer (3) mainly composed of TiAlCN on the tool surface side and a TiCN layer on the base side (4). It has one or more unit laminate layers (5) (FIG. 1 shows two unit laminate layers).

1-1.TiAlCNを主体とする層
(1)結晶構造とその面積割合
TiAlCNを主体とする層は、被覆層の縦断面においてウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒を70面積%以上99面積%以下、かつ、NaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒を1面積%以上5面積%未満含むことが好ましい。
ここで、縦断面とは基体の微小な凹凸を無視して平面として扱ったとき、この平面に垂直な断面をいう。
1-1. Layer mainly composed of TiAlCN (1) Crystal structure and its area ratio The layer mainly composed of TiAlCN contains TiAlCN crystal grains having a wurtzite hexagonal structure in the longitudinal section of the coating layer at 70 area % or more and 99 area % or less , and preferably contains crystal grains of Ti carbonitride having a NaCl type face-centered cubic structure at 1% by area or more and less than 5% by area.
Here, the longitudinal section refers to a section perpendicular to a plane when the substrate is treated as a plane, ignoring minute irregularities.

TiAlCNを主体とする層に、ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒が70面積%以上存在すれば、ウルツ鉱型の六方晶構造を有する結晶粒の量が多くなり、潤滑性が向上する。より好ましくは、85面積%以上である。一方、99面積%を超える場合ではTiCNの結晶粒の割合が少なくなり、このTiCNがもたらす耐摩耗性を付与し、TiCN層との密着性を向上させることが困難となる。なお、TiAlCNを主体とする層に非晶質相を含有していても前述の目的の達成には支障がない。 If TiAlCN crystal grains having a wurtzite hexagonal crystal structure exist in a layer mainly composed of TiAlCN in an area of 70% or more, the amount of crystal grains having a wurtzite hexagonal crystal structure increases, improving lubricity. do. More preferably, it is 85 area % or more. On the other hand, if it exceeds 99 area %, the proportion of TiCN crystal grains decreases, making it difficult to impart the wear resistance provided by TiCN and to improve adhesion with the TiCN layer. Note that even if the layer mainly composed of TiAlCN contains an amorphous phase, there is no problem in achieving the above-mentioned objective.

また、TiAlCNを主体とする層には、耐摩耗性を付与し、TiCN層との密着性を向上させるために、NaCl型面心立方構造を有するTiCN結晶粒を含むことが好ましい。TiCN結晶粒の占める面積割合が、1面積%以上5面積%未満であれば、TiAlCNを主体とする層の耐摩耗性が向上するとともにTiAlCNを主体とする層とTiCN層との密着性が向上する。
また、TiAlCNを主体とする層のTiAlCN結晶粒とTiCN結晶粒の結晶粒径(複数の結晶粒の面積加重平均値として算出した結晶粒の平均面積において、結晶粒と等しい面積を与える円の直径を求めたもの)については、前者が100~5000nm、後者が50~700nmであることが、より好ましい。結晶粒はこの観察視野において偏在していてもよい。
Further, the layer mainly composed of TiAlCN preferably contains TiCN crystal grains having a NaCl type face-centered cubic structure in order to impart wear resistance and improve adhesion with the TiCN layer. If the area ratio occupied by TiCN crystal grains is 1 area % or more and less than 5 area %, the wear resistance of the layer mainly composed of TiAlCN is improved, and the adhesion between the layer mainly composed of TiAlCN and the TiCN layer is improved. do.
In addition, the crystal grain size of TiAlCN crystal grains and TiCN crystal grains in a layer mainly composed of TiAlCN (the diameter of a circle that gives an area equal to the crystal grain in the average area of the crystal grain calculated as the area weighted average value of multiple crystal grains) It is more preferable for the former to be 100 to 5000 nm and the latter to be 50 to 700 nm. Crystal grains may be unevenly distributed in this observation field.

前述の各結晶構造の結晶粒がそれぞれ占める面積割合は、以下のようにして求める。
まず、被覆層を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(CP:Cross section Polisher)等を用いて、研磨した縦断面を作製し、この縦断面において、エネルギー分散型X線分析法(EDS:Energy dispersive X-ray spectroscopy)を用いた元素マッピングを実施し、TiAlCNを主体とする層に含まれる、ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒の候補となる領域およびNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒の候補となる領域を画定する。
The area ratio occupied by the crystal grains of each crystal structure described above is determined as follows.
First, a longitudinal section is prepared by polishing the coating layer using a focused ion beam system (FIB), a cross section polisher (CP), etc., and in this longitudinal section, energy dispersive X Elemental mapping was performed using energy dispersive A region that is a candidate for a Ti carbonitride crystal grain having a NaCl-type face-centered cubic structure is defined.

前記ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒の候補となる領域およびNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒の候補となる領域について、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、前記表面研磨面の法線方向に対して、例えば、0.5度以上、1.0度以下に傾けた電子線をPrecession(歳差運動)照射しながら、各測定点に対し、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む。 The regions that are candidates for TiAlCN crystal grains having a wurtzite hexagonal structure and the regions that are candidates for Ti carbonitride crystal grains that have an NaCl face-centered cubic structure were examined using a transmission electron microscope (TEM). Using a crystal orientation analyzer attached to the Electron Microscope, an electron beam is tilted, for example, by 0.5 degrees or more and 1.0 degrees or less with respect to the normal direction of the polished surface. ) While irradiating, scan each measurement point with the electron beam at an arbitrary beam diameter and interval, and continuously capture the electron diffraction pattern.

そして、個々の測定点を解析することで、結晶質であるかの判定に加えて、NaCl型の面心立方構造であるか、ウルツ鉱型の六方晶構造であるかの判定と、その結晶方位を求めることができる。なお、ウルツ鉱型の六方晶構造については、各測定点の結晶方位を同定しやすい方位に合わせる(サンプルを傾斜させる)ことにより、より正確に判定できるが、NaCl型の面心立方構造ではないと判断された結晶質である領域はウルツ鉱型の六方晶構造の領域と見なしてもよい(以下の説明は、このウルツ鉱型の六方晶構造の領域と見なすやり方について説明する)。例えば、幅2000nm、高さは被覆層の厚みがすべて含まれるよう設定された観察視野に対して結晶粒界を判定する。 By analyzing each measurement point, in addition to determining whether the crystal is crystalline, it is also possible to determine whether the crystal has a NaCl-type face-centered cubic structure or a wurtzite-type hexagonal structure. You can find the direction. Note that the hexagonal structure of the wurtzite type can be determined more accurately by adjusting the crystal orientation of each measurement point to an orientation that is easy to identify (tilting the sample), but it is not the face-centered cubic structure of the NaCl type. The determined crystalline region may be regarded as a region with a wurtzite hexagonal crystal structure (the following explanation will explain how to consider it as a region with a wurtzite hexagonal crystal structure). For example, grain boundaries are determined for an observation field of view set to have a width of 2000 nm and a height that includes the entire thickness of the coating layer.

なお、測定に用いた電子回折パターンの取得条件は、例えば、加速電圧200kV、カメラ長20cm、ビームサイズ2.4nmで、測定ステップは二次元方向に10.0nm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、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が例示できる。 Note that the acquisition conditions for the electron diffraction pattern used in the measurement were, for example, an acceleration voltage of 200 kV, a camera length of 20 cm, a beam size of 2.4 nm, and a measurement step of 10.0 nm in the two-dimensional direction. At this time, the measured crystal orientation is obtained by examining the measurement surface discretely, and by representing the region up to the middle between adjacent measurement points with the measurement results, it is obtained as the orientation distribution of the entire measurement surface. be. Note that the area represented by the measurement point (hereinafter sometimes referred to as pixel) may be square-shaped.

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領域を1つの結晶粒と定義する。 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 contact area of these pixels The edges are grain boundaries. Then, a region surrounded by the sides defined as grain boundaries is defined as one crystal grain.

ただし、隣接するピクセルすべてと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。 However, a single pixel that has an orientation difference of 5 degrees or more from all adjacent pixels, or where there is no adjacent measurement point with an NaCl-type face-centered cubic structure, is not considered a crystal grain, and two or more pixels or more are treated as crystal grains. In this way, grain boundaries are determined and crystal grains are identified.

そして、前記ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒の候補となる領域およびNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒の候補となる領域において、前記ウルツ鉱型の六方晶構造を有する結晶粒とNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒の分布を確認し、ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒とNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒を特定する。 Then, in the region that is a candidate for the TiAlCN crystal grain having the wurtzite hexagonal structure and the region that is a candidate for the Ti carbonitride crystal grain that has the NaCl type face-centered cubic structure, the wurtzite hexagonal We confirmed the distribution of crystal grains of Ti carbonitride having a crystal structure and a NaCl-type face-centered cubic structure, and found that TiAlCN crystal grains have a wurtzite-type hexagonal structure and a NaCl-type face-centered cubic structure. Identify the crystal grains of Ti carbonitride.

そして、各結晶構造の結晶粒がそれぞれ占める面積割合は、前記観察視野の全面積に対して特定されたウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒の合計の面積が占める割合、もしくは前記観察視野の全面積に対して特定されたNaCl型面心立方構造を有するTiの炭窒化物の結晶粒の合計の面積が占める割合として算出する。少なくとも3以上の観察視野で同様の測定を行い算出した平均値を各結晶構造の結晶粒がそれぞれ占める面積割合とする。 The area ratio occupied by the crystal grains of each crystal structure is the ratio occupied by the total area of TiAlCN crystal grains having the specified wurtzite hexagonal crystal structure to the total area of the observation field, or It is calculated as the ratio of the total area of Ti carbonitride crystal grains having the specified NaCl type face-centered cubic structure to the total area of the field of view. The average value calculated by performing similar measurements in at least three or more observation fields is defined as the area ratio occupied by the crystal grains of each crystal structure.

(2)組成
TiAlCNを主体とする層のTiAlCNの組成は、組成式:(Ti1-xAl)(C1-y)で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合xが0.60以上、0.95以下、CのCとNの合量に占める平均含有割合yが、0.0050以上、0.3500以下、を満足することが好ましい。
(2) Composition The composition of TiAlCN in a layer mainly composed of TiAlCN is expressed by the composition formula: (Ti 1- x Al It is preferable that the average content ratio x satisfies a range of 0.60 or more and 0.95 or less, and the average content ratio y of C in the total amount of C and N satisfies a range of 0.0050 or more and 0.3500 or less.

その理由は、xが0.60未満になるとウルツ鉱型の六方晶構造が安定的に形成されず、潤滑性が低下するためであり、また、xが0.95を超えると耐摩耗性が低下するとともに、TiCN層との密着性が低下し、剥離の発生、あるいは偏摩耗の進行等の異常損傷発生の原因となるためである。さらに、yを前述の範囲とする理由は、この範囲にあるとき潤滑性が向上して切削時の衝撃を緩和し耐チッピング性が向上し、一方、この範囲を逸脱するとTiCN層との密着性が低下し、剥離の発生、あるいは偏摩耗の進行等の異常損傷発生の原因となるためである。 The reason for this is that when x is less than 0.60, the wurtzite hexagonal structure is not stably formed and lubricity deteriorates, and when x exceeds 0.95, wear resistance deteriorates. This is because as the adhesion with the TiCN layer decreases, the adhesion with the TiCN layer decreases, causing abnormal damage such as occurrence of peeling or progression of uneven wear. Furthermore, the reason why y is set in the above range is that when it is within this range, lubricity improves, reducing the impact during cutting and improving chipping resistance, while when it deviates from this range, the adhesion with the TiCN layer increases. This is because this decreases and causes abnormal damage such as peeling or progression of uneven wear.

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、より確実に本発明の目的が達成できるためである。 Note that the ratio between (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 The ratio of 1-y ) is preferably 0.8 to 1.2. The reason is that the object of the present invention can be achieved more reliably if the ratio of (C y N 1-y ) to (Ti 1-x Al x ) is within the above range.

TiAlCNを主体とする層にClを含有する場合は、その含有割合は、0.005原子%以上、0.500原子%以下であることを満足することがより好ましい。その理由は、0.005原子%未満では潤滑性が不十分となって耐摩耗性が低下してしまうことがあり、一方、0.500原子%を超えると硬さが低下し、すくい面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまうことがあるためである。 When Cl is contained in a layer mainly composed of TiAlCN, it is more preferable that the content is 0.005 atomic % or more and 0.500 atomic % or less. The reason for this is that if it is less than 0.005 atom%, the lubricity may be insufficient and the wear resistance may decrease, while if it exceeds 0.500 atom%, the hardness will decrease and the rake face This is because the wear resistance is insufficient and it may wear out prematurely.

なお、TiAlCNを主体とする層内に含まれるNaCl型面心立方構造を有するTiCN結晶粒の組成は、化学量論的な組成に限定されることはなく、従来公知のあらゆる原子比のものを含む。 Note that the composition of the TiCN crystal grains having an NaCl-type face-centered cubic structure contained in a layer mainly composed of TiAlCN is not limited to a stoichiometric composition, and may include any conventionally known atomic ratio. include.

(3)層の厚さ
単位積層体が1のとき、TiAlCNを主体とする層の厚さは0.5μm以上、5.0μmがより好ましい。
単位積層体が2以上あるとき、各単位積層体におけるTiAlCNを主体とする層の厚さは、以下の範囲にあれば、すべて同じでなくてもよい。
前記すべての単位積層体層におけるTiAlCNを主体とする層の最小厚さと最大厚さ、前記すべての単位積層体層におけるTiCN層の最小厚さと最大厚さを、それぞれ、L1min、L1maxとするとき、L1minが0.5μm以上、L1maxが5.0μm以下を満足することが好ましい。
(3) Layer Thickness When the unit laminate is 1, the thickness of the layer mainly composed of TiAlCN is 0.5 μm or more, more preferably 5.0 μm.
When there are two or more unit laminates, the thickness of the layer mainly composed of TiAlCN in each unit laminate does not need to be the same as long as it is within the following range.
The minimum thickness and maximum thickness of the layer mainly composed of TiAlCN in all the unit laminate layers, and the minimum thickness and maximum thickness of the TiCN layer in all the unit laminate layers are L 1min and L 1max , respectively. In this case, it is preferable that L 1min satisfies 0.5 μm or more and L 1max satisfies 5.0 μm or less.

をこの範囲とする理由は、厚さが0.5μm未満では、すくい面においても被覆層が早期に摩滅してしまい、耐摩耗性の向上効果が発揮されず、一方、5.0μmを超えるとTiAlCN層内の結晶粒が大きくなりTiAlCN層の耐チッピング性が低下するためである。 The reason why L1 is set in this range is that if the thickness is less than 0.5 μm, the coating layer will wear out early even on the rake face, and the effect of improving wear resistance will not be exhibited. This is because if it exceeds this, the crystal grains in the TiAlCN layer will become larger and the chipping resistance of the TiAlCN layer will decrease.

(4)結晶粒のアスペクト比と面積割合
TiAlCNを主体とする層において、平均アスペクト比が2.0以上の柱状結晶粒(TiAlCN結晶粒とTiCN結晶粒の両者)の占める面積割合が70面積%以上であることがより好ましい。平均アスペクト比が2.0以上の柱状結晶粒の占める面積割合が70面積%以上であれば、チッピング発生をより確実に抑えることができる。なお、アスペクト比の上限は、10.0が好ましい。その理由は、柱状結晶組織が破断しやすくなり、大きなチッピングを生じることがあるためである。
(4) Aspect ratio and area ratio of crystal grains In a layer mainly composed of TiAlCN, the area ratio occupied by columnar crystal grains (both TiAlCN crystal grains and TiCN crystal grains) with an average aspect ratio of 2.0 or more is 70 area %. It is more preferable that it is above. If the area ratio occupied by columnar crystal grains with an average aspect ratio of 2.0 or more is 70 area % or more, the occurrence of chipping can be suppressed more reliably. Note that the upper limit of the aspect ratio is preferably 10.0. The reason for this is that the columnar crystal structure tends to break easily, resulting in large chipping.

1-2.TiCN層
(1)組成
TiCN層の組成は、化学量論的組成に限定されることはなく、従来公知のあらゆる原子比のものを含む。
1-2. TiCN Layer (1) Composition The composition of the TiCN layer is not limited to a stoichiometric composition, and includes any conventionally known atomic ratio.

(2)結晶構造
TiCN層は、NaCl型面心立方構造の結晶粒を含むことが好ましく、その面積割合は縦断面において、面積割合で、95%以上がより好ましく、その上限は制約がなく100%であってもよい。
(2) Crystal structure The TiCN layer preferably contains crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure, and the area ratio thereof is more preferably 95% or more in the longitudinal section, and there is no restriction on the upper limit of 100%. It may be %.

(3)層の厚さ
単位積層体が1のとき、TiCN層の厚さは1.0μm以上、19.0μm以下であることがより好ましい。
単位積層体が2以上あるとき、各単位積層体におけるTiCN層の厚さは、以下の範囲にあれば、すべて同じであってもよいが、同じでなくてもよい。前記すべての単位積層体層におけるTiCN層の最小厚さと最大厚さを、それぞれ、L2min、L2maxとするとき、L2minが1.0μm以上、L2maxが19.0μm以下を満足することが好ましい。Lをこの範囲とする理由は、層厚が1.0μm未満では、逃げ面において耐摩耗性が不十分となり、一方、19.0μmを超えるとTiCN層内の結晶粒が大きくなりTiCN層の耐チッピング性が低下するためである。
(3) Layer Thickness When the unit laminate is 1, the thickness of the TiCN layer is more preferably 1.0 μm or more and 19.0 μm or less.
When there are two or more unit laminates, the thickness of the TiCN layer in each unit laminate may be the same as long as it is within the following range, but it does not need to be the same. When the minimum thickness and maximum thickness of the TiCN layer in all the unit laminate layers are L2min and L2max , respectively, L2min satisfies 1.0 μm or more and L2max satisfies 19.0 μm or less. preferable. The reason why L 2 is set in this range is that if the layer thickness is less than 1.0 μm, the wear resistance on the flank surface will be insufficient, while if it exceeds 19.0 μm, the crystal grains in the TiCN layer will become large and the TiCN layer will deteriorate. This is because chipping resistance decreases.

前記被覆層に含まれる前記TiAlCNを主体とする層の合計厚さと、前記TiCN層の合計厚さを、それぞれ、L *、L *とするとき、L *+L *が1.5μm以上20.0μm以下、また、0.05×L *≦L *≦L *の関係を満たすことが好ましい。なお、L *+L *は全単位積層体の合計厚さを表している。 When the total thickness of the TiAlCN-based layer included in the coating layer and the total thickness of the TiCN layer are L 1 * and L 2 * , respectively, L 1 * + L 2 * is 1. It is preferable that the thickness is 5 μm or more and 20.0 μm or less, and that the relationship of 0.05×L 2 * ≦L 1 * ≦L 2 * is satisfied. Note that L 1 * +L 2 * represents the total thickness of all unit laminates.

*+L *をこの範囲とする理由は、層厚が1.5μm未満の場合には、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮することができず、一方、平均層厚が19.0μmを越えると、耐チッピング性が低下するためである。また、L *が0.05×L *≦L *≦L *の範囲を逸脱する場合には、前記TiAlCNを主体とする層の潤滑性を十分に発揮することができないためである。 The reason why L 1 * +L 2 * is set in this range is that if the layer thickness is less than 1.5 μm, excellent wear resistance cannot be exhibited over a long period of time. This is because if the thickness exceeds 0 μm, chipping resistance decreases. Furthermore, if L 1 * deviates from the range of 0.05×L 2 * ≦L 1 * ≦L 2 * , the lubricity of the layer mainly composed of TiAlCN cannot be sufficiently exhibited. be.

TiAlCNを主体とする層、TiCN層の層厚は、被覆層を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(CP:Cross section Polisher)等を用いて、研磨した縦断面を作製し、この縦断面において、複数箇所(5箇所)の層厚を求めた平均値をいう。 The layer thickness of the TiCN layer, which is a layer mainly composed of TiAlCN, is determined by polishing the longitudinal section of the coating layer using a focused ion beam system (FIB), a cross section polisher (CP), etc. This refers to the average value obtained by determining the layer thickness at multiple locations (5 locations) in this vertical section.

1-3.すくい面と逃げ面の層構造
被覆層として、すくい面に、TiAlCNを主体とする層とTiCN層を有し、逃げ面に、TiCN層を有することがより好ましい。すなわち、逃げ面はTiAlCNを主体とする層を有しなくてもよい。その理由は、逃げ面にTiAlCNを主体とする層が設けられていてもよいが、被削材ともっとも擦れ合う逃げ面の表面にはTiAlCN層が存在しない方が、TiAlCN層と一緒にその下部のTiCN層が脱落することを防止でき、工具寿命がより一層向上するためである。
1-3. Layer structure of rake face and flank face As the coating layer, it is more preferable that the rake face has a layer mainly composed of TiAlCN and a TiCN layer, and the flank face has a TiCN layer. That is, the flank surface does not need to have a layer mainly composed of TiAlCN. The reason for this is that although a layer mainly composed of TiAlCN may be provided on the flank surface, it is better not to have a TiAlCN layer on the surface of the flank surface that rubs against the workpiece the most, as it is better to This is because the TiCN layer can be prevented from falling off, and the tool life can be further improved.

2.その他の層
被覆層として、本発明のTiAlCNを主体とする層を工具表面側に、TiCN層を基体側とする単位積層体層を1以上有していれば、前述の目的を達成することができるが、これ以外の他の層を含んでいてもよい。他の層としては、単位積層体層と工具基体との間において密着性を向上させるような下地層や、単位積層体層の上で耐摩耗性を向上させるような上部層などを含んでいてもよい。
2. Other Layers If the coating layer includes one or more unit laminate layers in which the TiAlCN-based layer of the present invention is on the tool surface side and the TiCN layer is on the base side, the above object can be achieved. However, other layers may be included. Other layers include a base layer that improves adhesion between the unit laminate layer and the tool base, and an upper layer that improves wear resistance on the unit laminate layer. Good too.

下地層としては、単位積層体層と工具基体との間において密着性を向上させるようなTiの窒化物層を、上部層としてTiの炭窒酸化物層、酸化アルミニウムの内の少なくとも1層を、それぞれ例示できる。それらの層の組成は、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではなく、従来公知のあらゆる原子比を含むものである。 The base layer is a Ti nitride layer that improves adhesion between the unit laminate layer and the tool base, and the upper layer is a Ti carbonitride layer or at least one layer of aluminum oxide. , each can be exemplified. The compositions of these layers are not necessarily limited to only the stoichiometric range, but include all conventionally known atomic ratios.

下地層と上部層の平均厚さは、それぞれ、1.0~10.0μmの範囲が好ましい。また、特に酸化アルミニウム層を含む層が1.0~10.0μmの合計平均層厚の最外層として最表面の単位積層体層の上部に設けられた場合には、より一層優れた耐摩耗性を発揮することができる。この範囲とする理由は、1.0μm未満であると、下部層や上部層の特性は十分に発揮できないことがあり、一方、10.0μmを超えると、被覆層の耐チッピング性が低下してしまうことがある。 The average thickness of the base layer and the upper layer is preferably in the range of 1.0 to 10.0 μm. In addition, especially when a layer containing an aluminum oxide layer is provided as the outermost layer with a total average layer thickness of 1.0 to 10.0 μm on top of the outermost unit laminate layer, even more excellent wear resistance can be achieved. can demonstrate. The reason for this range is that if the thickness is less than 1.0 μm, the properties of the lower and upper layers may not be fully exhibited, while if it exceeds 10.0 μm, the chipping resistance of the coating layer will decrease. Sometimes I put it away.

3.基体
(1)材質
基体は、この種の基体として従来公知の基材であれば、本発明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。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焼結体であり、これらのいずれかであることが好ましい。
3. Substrate (1) Material Any conventionally known substrate of this type can be used as the substrate, as long as it does not interfere with achieving the object of the present invention. Examples include cemented carbide (WC-based cemented carbide, containing WC and Co, and also containing carbonitrides such as Ti, Ta, and Nb), cermets (TiC, TiN, TiCN, etc.), ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), or cBN sintered body, and any one of these is preferred.

(2)形状
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 There are no particular restrictions on the shape of the base as long as it can be used as a cutting tool, and examples include the shape of an insert and the shape of a drill.

4.製造方法
本発明の被覆層は、例えば、以下に示す化学蒸着(CVD)法による製造法(製造条件)により、基体上に成膜することができる。前記単位積層体は、TiCN層の形成条件による成膜の後に、TiAlCN層の形成条件による成膜を行うことで形成することができ、これを単位積層体の数(積層数)に応じて繰り返すことにより製造できる。
4. Manufacturing method The coating layer of the present invention can be formed on a substrate by, for example, the manufacturing method (manufacturing conditions) using the chemical vapor deposition (CVD) method shown below. The unit laminate can be formed by forming a film under the conditions for forming a TiCN layer, and then forming a film under the conditions for forming a TiAlCN layer, and repeating this according to the number of unit laminates (number of layers). It can be manufactured by

<TiAlCN層の形成条件>
反応ガス組成(%は容量%を表し、ガス群Aとガス群Bの和を100容量%とする)
ガス群A NH:0.50~1.50%、N:0.0~5.0%、
CH:0.5~5.0%、C:1.0~10.0%、H:20.0~40.0%、
ガス群B AlCl:0.11~0.70%、Al(CH:0.00~0.25%、
TiCl:0.10~0.20%、N:2.0~10.0%、
CHCN:0.10~0.50%、CH:0.0~1.0%、
:0.0~1.5%、H:残
反応雰囲気圧力:4.5~5.0kPa
反応雰囲気温度:800~850℃
供給周期:1.00~5.00秒
1周期当たりのガス供給時間:0.26~0.40秒
ガス供給Aとガス供給Bの位相差:0.10~0.20秒
<Formation conditions of TiAlCN layer>
Reaction gas composition (% represents volume %, the sum of gas group A and gas group B is 100 volume %)
Gas group A NH 3 : 0.50 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 5.0%,
CH 4 : 0.5-5.0%, C 2 H 4 : 1.0-10.0%, H 2 : 20.0-40.0%,
Gas group B AlCl 3 : 0.11 to 0.70%, Al(CH 3 ) 3 : 0.00 to 0.25%,
TiCl 4 : 0.10-0.20%, N 2 : 2.0-10.0%,
CH 3 CN: 0.10 to 0.50%, CH 4 : 0.0 to 1.0%,
C 2 H 4 : 0.0-1.5%, H 2 : Remaining reaction atmosphere pressure: 4.5-5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 800-850℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.26 to 0.40 seconds Phase difference between gas supply A and gas supply B: 0.10 to 0.20 seconds

<TiCN層の形成条件>
反応ガス組成(%は容量%を表し、ガス群Aとガス群Bの和を100容量%とする)
ガス群A N:0.0~5.0%、H:20.0~40.0%、
ガス群B TiCl:1.0~5.0%、CHCN:0.5~1.5%、
:25.0~40.0%、H:残
反応雰囲気圧力:5.0~10.0kPa
反応雰囲気温度:850~900℃
供給周期:1.00~5.00秒
1周期当たりのガス供給時間:0.26~0.40秒
ガス供給Aとガス供給Bの位相差:0.10~0.20秒
成膜ガス組成、反応雰囲気圧力、反応雰囲気温度、供給周期、1周期当たりのガス供給時間、および、ガス群Aの供給とガス群Bの供給の位相差は、設定値である。
<TiCN layer formation conditions>
Reaction gas composition (% represents volume %, the sum of gas group A and gas group B is 100 volume %)
Gas group A N 2 : 0.0 to 5.0%, H 2 : 20.0 to 40.0%,
Gas group B TiCl 4 : 1.0 to 5.0%, CH 3 CN: 0.5 to 1.5%,
N 2 : 25.0 to 40.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 5.0 to 10.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 850-900℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.26 to 0.40 seconds Phase difference between gas supply A and gas supply B: 0.10 to 0.20 seconds Film-forming gas composition , reaction atmosphere pressure, reaction atmosphere temperature, supply cycle, gas supply time per cycle, and phase difference between supply of gas group A and supply of gas group B are set values.

次に、実施例について説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。すなわち、本発明被覆工具の実施例として、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、基体として、TiCN基サーメット、cBN基超高圧焼結体を用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに等に適用した場合も同様である。 Next, examples will be described, but the present invention is not limited to these examples. That is, as an example of the coated tool of the present invention, an application to an insert cutting tool using WC-based cemented carbide as the base will be described. The same applies when applied to drills, end mills, etc.

原料粉末として、WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr粉末、TiN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、このプレス成形体を5Paの真空中、1420℃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、三菱マテリアル株式会社製のSEMT13T3AGSNのインサート形状をもったWC基超硬合金製の基体A~C、およびISO規格CNMG120408のインサート形状をもったWC基超硬合金製の基体D~Fをそれぞれ製造した。 As raw material powders, WC powder , TiC powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, Cr3C2 powder, TiN powder, and Co powder were prepared, and these raw material powders were blended into the composition shown in Table 1, Furthermore, wax was added and mixed in a ball mill for 24 hours in acetone, dried under reduced pressure, and then press-molded into a powder compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa. Vacuum sintering is performed under conditions of holding at a predetermined temperature for 1 hour, and after sintering, WC-based cemented carbide bases A to C with the insert shape of SEMT13T3AGSN manufactured by Mitsubishi Materials Corporation, and inserts of ISO standard CNMG120408. Each of substrates D to F made of WC-based cemented carbide having a shape was manufactured.

次に、これら基体A~Fの表面に、CVD装置を用いて、各層をCVDにより形成し、表6に示される本発明被覆工具1~12を得た。
成膜条件は、表2、3に記載したとおりであるが、概ね、次のとおりである。
Next, each layer was formed on the surfaces of these substrates A to F by CVD using a CVD apparatus to obtain coated tools 1 to 12 of the present invention shown in Table 6.
The film forming conditions are as described in Tables 2 and 3, and are generally as follows.

<TiAlCN層の形成>
反応ガス組成(%は容量%を表し、ガス群Aとガス群Bの和を100容量%とする)
ガス群A NH:0.50~1.50%、N:0.0~5.0%、
CH:0.5~5.0%、C:1.0~10.0%、H:20.0~40.0%、
ガス群B AlCl:0.11~0.70%、Al(CH:0.00~0.25%、
TiCl:0.10~0.20%、N:2.0~10.0%、
CHCN:0.10~0.50%、CH:0.0~1.0%、
:0.0~1.5%、H:残
反応雰囲気圧力:4.5~5.0kPa
反応雰囲気温度:800~850℃
供給周期:1.00~5.00秒
1周期当たりのガス供給時間:0.26~0.40秒
ガス供給Aとガス供給Bの位相差:0.10~0.20秒
<Formation of TiAlCN layer>
Reaction gas composition (% represents volume %, the sum of gas group A and gas group B is 100 volume %)
Gas group A NH 3 : 0.50 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 5.0%,
CH 4 : 0.5-5.0%, C 2 H 4 : 1.0-10.0%, H 2 : 20.0-40.0%,
Gas group B AlCl 3 : 0.11 to 0.70%, Al(CH 3 ) 3 : 0.00 to 0.25%,
TiCl 4 : 0.10-0.20%, N 2 : 2.0-10.0%,
CH 3 CN: 0.10 to 0.50%, CH 4 : 0.0 to 1.0%,
C 2 H 4 : 0.0-1.5%, H 2 : Remaining reaction atmosphere pressure: 4.5-5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 800-850℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.26 to 0.40 seconds Phase difference between gas supply A and gas supply B: 0.10 to 0.20 seconds

<TiCN層の形成>
反応ガス組成(%は容量%を表し、ガス群Aとガス群Bの和を100容量%とする)
ガス群A N:0.0~5.0%、H:20.0~40.0%、
ガス群B TiCl:1.0~5.0%、CHCN:0.5~1.5%、
:25.0~40.0%、H:残
反応雰囲気圧力:5.0~10.0kPa
反応雰囲気温度:800~900℃
供給周期:1.00~5.00秒
1周期当たりのガス供給時間:0.26~0.40秒
ガス供給Aとガス供給Bの位相差:0.10~0.20秒
<Formation of TiCN layer>
Reaction gas composition (% represents volume %, the sum of gas group A and gas group B is 100 volume %)
Gas group A N 2 : 0.0 to 5.0%, H 2 : 20.0 to 40.0%,
Gas group B TiCl 4 : 1.0 to 5.0%, CH 3 CN: 0.5 to 1.5%,
N 2 : 25.0 to 40.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 5.0 to 10.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 800-900℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.26 to 0.40 seconds Phase difference between gas supply A and gas supply B: 0.10 to 0.20 seconds

また、本発明被覆工具1~12は、表4に示された成膜条件により表5に示された下部層、上部層を形成した。 Further, for coated tools 1 to 12 of the present invention, the lower layer and upper layer shown in Table 5 were formed under the film forming conditions shown in Table 4.

比較の目的で、基体A~F表面に、表2、3に示される条件によりCVD装置による成膜を行うことにより、表7に示される比較被覆工具1~6を製造した。また、比較被覆工具1~6は、表4に示された成膜条件により表5に示された上部層を形成した。 For comparison purposes, comparative coated tools 1 to 6 shown in Table 7 were manufactured by forming films on the surfaces of substrates A to F using a CVD apparatus under the conditions shown in Tables 2 and 3. Further, for comparative coated tools 1 to 6, the upper layer shown in Table 5 was formed under the film forming conditions shown in Table 4.

本発明被覆工具1~12および比較被覆工具1~6について、前述した方法により、各層の組成、層厚、立方晶構造および六方晶構造の結晶粒の面積率、柱状晶の結晶粒の面積率を求め、結果を表6に示す。なお、本発明被覆工具1~12について、TiAlCN結晶粒とTiCN結晶粒の結晶粒径は、前述の好ましい範囲にあった。 The coated tools 1 to 12 of the present invention and the comparative coated tools 1 to 6 were tested by the method described above to determine the composition of each layer, layer thickness, area ratio of cubic crystal structure and hexagonal crystal grain, and area ratio of columnar crystal grain. The results are shown in Table 6. Note that for coated tools 1 to 12 of the present invention, the crystal grain sizes of the TiAlCN crystal grains and the TiCN crystal grains were within the above-mentioned preferred range.

Figure 2023148467000002
Figure 2023148467000002

Figure 2023148467000003
Figure 2023148467000003

比較工程C’*については、TiAlCN層を設けなかった。 For comparison process C'*, no TiAlCN layer was provided.

Figure 2023148467000004
Figure 2023148467000004

Figure 2023148467000005
Figure 2023148467000005

Figure 2023148467000006
Figure 2023148467000006

表5において、「-」は該当する層がないことを示す。 In Table 5, "-" indicates that there is no corresponding layer.

Figure 2023148467000007
Figure 2023148467000007

表6において、
「-」は該当するものがないこと、「○」は該当すること、「×」は該当しないことを、
六方晶(面積%)とは、ウルツ鉱型の六方晶結晶構造を有する結晶粒の面積割合(%)、
立方晶(面積%)とは、NaCl型の面心立方構造を有する結晶粒の面積割合(%)
を表す。
また、積層数が1(積層単位が1)のときは、L1min=L1max=L 、L2min=L2max=L である。
In Table 6,
"-" indicates that there is no applicable item, "○" indicates that it applies, and "×" indicates that it does not apply.
Hexagonal (area %) is the area ratio (%) of crystal grains that have a wurtzite hexagonal crystal structure.
Cubic crystal (area %) is the area ratio (%) of crystal grains having a NaCl-type face-centered cubic structure.
represents.
Further, when the number of stacked layers is 1 (the stacked unit is 1), L 1min = L 1max = L 1 * , L 2min = L 2max = L 2 * .

次に、前記本発明被覆工具1~12および比較被覆工具1~8について、次の切削試験1(本発明被覆工具1~6、比較被覆工具1~4)および切削試験2(本発明被覆工具7~12、比較被覆工具5~8)を行い、その結果を表7、8にそれぞれ示す。 Next, the following cutting test 1 (coated tools 1 to 6 of the present invention, comparative coated tools 1 to 4) and cutting test 2 (coated tools 1 to 4 of the present invention) were conducted for the coated tools 1 to 12 of the present invention and comparative coated tools 1 to 8. 7 to 12 and comparative coated tools 5 to 8), and the results are shown in Tables 7 and 8, respectively.

切削試験1: 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: 80mm、単刃切削
被削材: JIS SCM440 幅60mm、長さ200mmブロック材
回転速度: 1592/min
切削速度: 400m/min
切り込み: 1.5mm
一刃送り量: 0.3mm/刃
切削時間: 6分
(通常切削速度は、200m/min)
Cutting test 1: Dry high speed face milling, center cut cutting Cutter diameter: 80 mm, single blade cutting Work material: JIS SCM440 width 60 mm, length 200 mm block material Rotation speed: 1592/min
Cutting speed: 400m/min
Cut: 1.5mm
Single blade feed rate: 0.3mm/blade Cutting time: 6 minutes (normal cutting speed is 200m/min)

切削試験2: 乾式高速断続切削加工
被削材: JIS SCM440 長さ方向等間隔8本の縦溝入り丸棒
切削速度: 400m/min
切り込み: 1.0mm
送り: 0.2mm/rev
切削時間: 6分
(通常切削速度は、150から200m/min)
Cutting test 2: Dry high-speed interrupted cutting Work material: JIS SCM440 8 round bars with longitudinal grooves equally spaced in the length direction Cutting speed: 400 m/min
Depth: 1.0mm
Feed: 0.2mm/rev
Cutting time: 6 minutes (normal cutting speed is 150 to 200 m/min)

Figure 2023148467000008
Figure 2023148467000008

Figure 2023148467000009
Figure 2023148467000009

表7、8において、比較被覆工具の「※:寿命に至る切削時間(分)」とはチッピング発生が原因で寿命に至るまでの切削時間(分)を示している。 In Tables 7 and 8, "*: Cutting time (minutes) until the end of life" of the comparative coated tool indicates the cutting time (minutes) until the end of the life due to chipping.

表7、表8に示される結果から、本発明被覆工具1~12は、いずれも被覆層が優れた耐摩耗性を有しているため、高速断続切削加工に用いた場合であっても長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。これに対して、本発明の被覆工具に規定される事項を一つでも満足していない比較被覆工具1~8は、高速断続切削加工に用いた場合チッピングが発生し、短時間で使用寿命に至っている。 From the results shown in Tables 7 and 8, coated tools 1 to 12 of the present invention all have coating layers with excellent wear resistance, so even when used for high-speed interrupted cutting, they last for a long time. Demonstrates excellent wear resistance over a long period of time. On the other hand, comparative coated tools 1 to 8, which do not satisfy at least one of the requirements specified for the coated tools of the present invention, will chip when used in high-speed interrupted cutting, and their service life will be shortened in a short period of time. It has been reached.

前述のように、本発明の被覆工具は、高速断続切削加工のための被覆工具として用いることができ、しかも、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削装置の高性能化ならびに切削加工の省力化および省エネ化、さらには低コスト化に十分に満足できる対応が可能である。 As mentioned above, the coated tool of the present invention can be used as a coated tool for high-speed interrupted cutting, and also exhibits excellent wear resistance over a long period of time, so it can improve the performance of cutting equipment. In addition, it is possible to achieve satisfactory measures for labor saving and energy saving in cutting processing, as well as cost reduction.

1 基体
2 被覆層
3 TiAlCNを主体とする層
4 TiCN層
5 積層単位層
1 Base 2 Covering layer 3 Layer mainly composed of TiAlCN 4 TiCN layer 5 Laminated unit layer

Claims (4)

基体と該基体上に設けられている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、TiAlCNを主体とする層を工具表面側に、TiCN層を前記基体側とする単位積層体層を1以上有し、
(b)前記TiAlCNを主体とする層は、ウルツ鉱型の六方晶構造を有するTiAlCN結晶粒を70面積%以上99面積%以下、かつ、NaCl型面心立方構造を有するTiCN結晶粒を1面積%以上5面積%未満含み、
(c)前記TiAlCNを主体とする層に含まれるTiAlCN結晶粒は、(Ti1-xAl)(C1-y)(xの平均値が0.60以上、0.95以下、yの平均値が、0.0050以上、0.3500以下)であり、
(d)前記TiCN層は、NaCl型の面心立方構造の結晶粒を有し、
(e)前記単位積層体層のすべてにおいて、前記TiAlCNを主体とする層の最小厚さと最大厚さ、前記TiCN層の最小厚さと最大厚さを、それぞれ、L1min、L1max、L2min、L2max、とするとき、L1minが0.5μm以上、L1maxが5.0μm以下、L2minが1.0μm以上、L2maxが19.0μm以下を満足し、
(f)前記単位積層体層のすべてにおけるTiAlCNを主体とする層の合計厚さと、前記すべての単位積層体層におけるTiCN層の合計厚さを、それぞれ、L *、L *とするとき、L *+L *が1.5μm以上20.0μm以下、また、0.05×L *≦L *≦L *の関係を満足する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
A surface-coated cutting tool having a base body and a coating layer provided on the base body,
(a) The coating layer has one or more unit laminate layers having a layer mainly composed of TiAlCN on the tool surface side and a TiCN layer on the base side,
(b) The layer mainly composed of TiAlCN contains 70% to 99% by area of TiAlCN crystal grains having a wurtzite hexagonal structure, and 1 area of TiCN crystal grains having a NaCl face-centered cubic structure. % or more, including less than 5 area%,
(c) The TiAlCN crystal grains contained in the layer mainly composed of TiAlCN are (Ti 1-x Al x )(C y N 1-y ) (the average value of x is 0.60 or more and 0.95 or less, the average value of y is 0.0050 or more and 0.3500 or less),
(d) the TiCN layer has crystal grains with a NaCl-type face-centered cubic structure;
(e) In all of the unit laminate layers, the minimum and maximum thicknesses of the TiAlCN-based layer and the minimum and maximum thicknesses of the TiCN layer are L 1min , L 1max , L 2min , respectively. When L 2max , L 1min satisfies the following conditions: 0.5 μm or more, L 1max 5.0 μm or less, L 2min 1.0 μm or more, and L 2max 19.0 μm or less,
(f) When the total thickness of the layers mainly composed of TiAlCN in all the unit laminate layers and the total thickness of the TiCN layers in all the unit laminate layers are L 1 * and L 2 * , respectively. , L 1 * +L 2 * is 1.5 μm or more and 20.0 μm or less, and also satisfies the relationship 0.05×L 2 * ≦L 1 * ≦L 2 * ,
A surface-coated cutting tool characterized by:
前記TiAlCNを主体とする層はClを含有し、その含有割合zは、0.005原子%以上、0.500原子%以下であることを満足す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。 The surface according to claim 1, wherein the layer mainly composed of TiAlCN contains Cl, and the content ratio z thereof satisfies 0.005 atomic % or more and 0.500 atomic % or less. Coated cutting tools. 前記TiAlCNを主体とする層において、アスペクト比が2.0以上である柱状組織を有する結晶粒が占める面積割合は、70面積%以上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。 The surface according to claim 1 or 2, wherein in the layer mainly composed of TiAlCN, an area ratio occupied by crystal grains having a columnar structure with an aspect ratio of 2.0 or more is 70 area% or more. Coated cutting tools. 前記被覆層として、すくい面に、前記TiAlCNを主体とする層と前記TiCN層を有し、逃げ面に、前記TiCN層を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 The surface according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the coating layer includes the layer mainly composed of TiAlCN and the TiCN layer on the rake face, and the TiCN layer on the flank face. Coated cutting tools.
JP2022056504A 2022-03-30 2022-03-30 Surface coated cutting tool Pending JP2023148467A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022056504A JP2023148467A (en) 2022-03-30 2022-03-30 Surface coated cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022056504A JP2023148467A (en) 2022-03-30 2022-03-30 Surface coated cutting tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023148467A true JP2023148467A (en) 2023-10-13

Family

ID=88288302

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022056504A Pending JP2023148467A (en) 2022-03-30 2022-03-30 Surface coated cutting tool

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023148467A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5866650B2 (en) Surface coated cutting tool
US7763346B2 (en) Surface coated cutting tool made of cermet having property-modified α type Al2O3 layer of hard coating layer
JP5872746B1 (en) Surface-coated cutting tool and manufacturing method thereof
JP5884004B1 (en) Surface coated cutting tool
EP3008225A1 (en) Coated cutting tool
JP6699056B2 (en) Surface coated cutting tool
JP6519057B2 (en) Method of manufacturing surface coated cutting tool
JP7121234B2 (en) A surface cutting tool with a hard coating that exhibits excellent chipping resistance
JP5023654B2 (en) Surface-coated cermet cutting tool with excellent crystal grain interface strength, modified α-type Al2O3 layer of hard coating layer
JP7021607B2 (en) Surface-coated cutting tools with excellent chipping resistance and chipping resistance due to the hard coating layer
JP7231885B2 (en) A surface-coated cutting tool with a hard coating layer that exhibits excellent chipping resistance
JP2019005867A (en) Surface-coated cutting tool with hard coating layer exhibiting excellent anti-chipping properties
JP5835306B2 (en) Cemented carbide and surface-coated cutting tool using the same
JP7453616B2 (en) surface coated cutting tools
WO2020166683A1 (en) Surface-coated cutting tool
JP7190111B2 (en) surface coated cutting tools
JP7453613B2 (en) surface coated cutting tools
JP2023148467A (en) Surface coated cutting tool
JP7137149B2 (en) A surface-coated cutting tool with a hard coating layer that exhibits excellent chipping resistance
JP7401850B2 (en) surface coated cutting tools
JP2020055041A (en) Surface cutting tool with hard coating layer exhibiting excellent chipping resistance
JP7492678B2 (en) Surface-coated cutting tools
JP7355293B2 (en) Cutting tools
WO2023190000A1 (en) Surface-coated cutting tool
JP7373110B2 (en) Surface-coated cutting tools with hard coating layer that exhibits excellent wear resistance