JP4534790B2 - 高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具 - Google Patents
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Description
この発明は、特に鋼や鋳鉄などの高速断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具（以下、被覆サーメット工具という）に関するものである。
従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成されたＴｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成された酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられていることも知られている。
特開平６−３１５０３号公報
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成されたＴｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成された酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2Ｏ3で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆サーメット工具が知られており、この被覆サーメット工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられていることも知られている。
近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化の傾向にあるが、上記の従来被覆サーメット工具においては、これを鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削に用いた場合には問題はないが、特にこれを切削条件の最も厳しい高速断続切削、すなわち切刃部にきわめて短いピッチで繰り返し機械的衝撃の加わる高速断続切削に用いた場合、これを構成する硬質被覆層は下部層のＴｉ化合物層による高温強度、同上部層のＡｌ2Ｏ3層による高温硬さおよび耐熱性を具備するものの、前記Ｔｉ化合物層による高温強度が不十分であるために、機械的衝撃に対して満足に対応することができず、この結果硬質被覆層にはチッピング（微小欠け）が発生し易くなることから、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の被覆サーメット工具の硬質被覆層の耐チッピング性向上をはかるべく、これの下部層であるＴｉ化合物層のうちのＴｉＣＮ層に着目し、研究を行った結果、
（ａ）通常、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層（以下、「従来ＴｉＣＮ層」という）は、通常の化学蒸着装置で、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件で形成されるが、同じく被覆サーメット工具の硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、同じく通常の化学蒸着装置で、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：０．２〜１％、ＣＨ３ＣＮ：０．３〜１．４％、Ｃ２Ｈ４：１．４〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：７００〜７５０℃、
反応雰囲気圧力：２５〜４０ｋＰａ、
の条件で形成すると、この結果形成されたＴｉＣＮ層（以下、「改質ＴｉＣＮ層」という）は、すぐれた高温強度を有し、すぐれた耐機械的衝撃性を具備するようになることから、硬質被覆層の上部層が前記Ａｌ2Ｏ3層、下部層が上記Ｔｉ化合物層で構成され、かつ前記Ｔｉ化合物層のうちの１層が前記改質ＴｉＣＮ層からなる被覆サーメット工具は、特に激しい機械的衝撃を伴なう高速断続切削加工でも、前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すようになること。
（ａ）通常、上記の従来被覆サーメット工具の硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層（以下、「従来ＴｉＣＮ層」という）は、通常の化学蒸着装置で、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：２〜１０％、ＣＨ３ＣＮ：０．５〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：８００〜９００℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ｋＰａ、
の条件で形成されるが、同じく被覆サーメット工具の硬質被覆層の下部層であるＴｉ化合物層を構成するＴｉＣＮ層を、同じく通常の化学蒸着装置で、
反応ガス組成−体積％で、ＴｉＣｌ４：０．２〜１％、ＣＨ３ＣＮ：０．３〜１．４％、Ｃ２Ｈ４：１．４〜３％、Ｎ２：１０〜３０％、Ｈ２：残り、
反応雰囲気温度：７００〜７５０℃、
反応雰囲気圧力：２５〜４０ｋＰａ、
の条件で形成すると、この結果形成されたＴｉＣＮ層（以下、「改質ＴｉＣＮ層」という）は、すぐれた高温強度を有し、すぐれた耐機械的衝撃性を具備するようになることから、硬質被覆層の上部層が前記Ａｌ2Ｏ3層、下部層が上記Ｔｉ化合物層で構成され、かつ前記Ｔｉ化合物層のうちの１層が前記改質ＴｉＣＮ層からなる被覆サーメット工具は、特に激しい機械的衝撃を伴なう高速断続切削加工でも、前記硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を示すようになること。
（ｂ）上記の従来ＴｉＣＮ層と改質ＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、図１（ａ），（ｂ）に概略説明図で示される通り、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射して、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフを作成した場合、前記従来ＴｉＣＮ層は、図３に例示される通り、｛１１０｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的な傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、前記改質ＴｉＣＮ層は、図２に例示される通り、傾斜角区分の特定位置にシャープな最高ピークが現れ、このシャープな最高ピークは、反応ガス中に構成成分として添加したＣ２Ｈ４の含有割合によってグラフ横軸の傾斜角区分に現れる位置が変わること。
（ｃ）上記の改質ＴｉＣＮ層は、上記の通り、反応ガス中に新たにＣ２Ｈ４を１．４〜３％の割合で加え、一方同反応ガス中のＴｉＣｌ４の含有割合は０．２〜１％と相対的に低くし、さらに反応雰囲気温度は７００〜７５０℃と相対的に低く、かつ反応雰囲気圧力は２５〜４０ｋＰａと相対的に高くした条件で形成され、形成された前記改質ＴｉＣＮ層は、上記傾斜角度数分布グラフにおいて、シャープな最高ピークが傾斜角区分の０．７５〜９．７５度の範囲内に現れると共に、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示すようになるが、この場合、試験結果によれば、反応ガス中のＣ２Ｈ４の含有割合が１．４％未満でも、３％を越えて高くなっても、最高ピークの現れる傾斜角区分が０．７５〜９．７５度の範囲から外れてしまい、また反応雰囲気温度が７５０℃を越えたり、あるいは反応雰囲気圧力が２５ｋＰａ未満であったりすると、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計割合が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５％未満となってしまい、いずれの場合もＴｉＣＮ層にすぐれた高温強度を確保することができず、さらに反応雰囲気温度が７００℃未満であったり、あるいは反応雰囲気圧力が４０ｋＰａを越えたりすると、層の蒸着形成速度が著しく低下し、コストの点で望ましくなく、一方０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計割合を７５％を越えて高くすることはＴｉＣＮ層形成上困難であること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果を得たのである。
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成されたＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成されたＡｌ２Ｏ３層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる表面被覆サーメット製切削工具において、上記（ａ）の２層以上のＴｉ化合物層のうちの１層を、２．５〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用い、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０．７５〜９．７５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層、
で構成してなる、高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成されたＴｉＣ層、ＴｉＮ層、ＴｉＣＮ層、ＴｉＣＯ層、およびＴｉＣＮＯ層のうちの２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成されたＡｌ２Ｏ３層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる表面被覆サーメット製切削工具において、上記（ａ）の２層以上のＴｉ化合物層のうちの１層を、２．５〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用い、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０．７５〜９．７５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層、
で構成してなる、高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆サーメット工具に特徴を有するものである。
つぎに、この発明の被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層について、上記の通りに数値限定した理由を以下に説明する。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉ化合物層は、自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と上部層であるＡｌ2Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速断続切削で熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉ化合物層は、自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と上部層であるＡｌ2Ｏ3層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、特に高熱発生を伴なう高速断続切削で熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。
（ｂ）改質ＴｉＣＮ層
上記の通り、反応ガスの構成成分であるＣ２Ｈ４の含有割合を１．４〜３％とすることにより、０．７５〜９．７５度の傾斜角区分範囲内に測定傾斜角の最高ピークが現れ、かつ反応雰囲気温度を７００〜７５０℃、反応雰囲気圧力を２５〜４０ｋＰａとすることにより、０〜１０度の傾斜角区分内に存在する度数の合計割合が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％となる傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層が形成されるようになり、この結果として改質ＴｉＣＮ層はすぐれた高温強度を具備するようになるが、その平均層厚が２．５μｍ未満では所望のすぐれた高温強度を硬質被覆層に具備せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚を２．５〜１５μｍと定めた。
上記の通り、反応ガスの構成成分であるＣ２Ｈ４の含有割合を１．４〜３％とすることにより、０．７５〜９．７５度の傾斜角区分範囲内に測定傾斜角の最高ピークが現れ、かつ反応雰囲気温度を７００〜７５０℃、反応雰囲気圧力を２５〜４０ｋＰａとすることにより、０〜１０度の傾斜角区分内に存在する度数の合計割合が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％となる傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層が形成されるようになり、この結果として改質ＴｉＣＮ層はすぐれた高温強度を具備するようになるが、その平均層厚が２．５μｍ未満では所望のすぐれた高温強度を硬質被覆層に具備せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えると、偏摩耗の原因となる熱塑性変形が発生し易くなり、摩耗が加速するようになることから、その平均層厚を２．５〜１５μｍと定めた。
（ｃ）Ａｌ2Ｏ3層（上部層）
Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与するが、その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に十分な耐摩耗性を発揮せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
Ａｌ2Ｏ3層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与するが、その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に十分な耐摩耗性を発揮せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。
なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。
この発明被覆サーメット工具は、機械的熱的衝撃がきわめて高い鋼や鋳鉄などの高速断続切削でも、硬質被覆層の下部層のうちの１層である改質ＴｉＣＮ層がすぐれた高温強度を有し、すぐれた耐チッピング性を発揮することから、硬質被覆層にチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示すものである。
つぎに、この発明の被覆サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
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、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ3Ｃ2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、切刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ・ＣＮＭＧ１２０４１２に規定するスローアウエイチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｄ，Ｆをそれぞれ製造した。
また、原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有するＴｉＣＮ（質量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝５０／５０）粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、およびＮｉ粉末を用意し、これら原料粉末を、表２に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を１．３ｋＰａの窒素雰囲気中、温度：１５４０℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４１２のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体ａ〜ｄ，ｆを形成した。
つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｄ，Ｆおよび工具基体ａ〜ｄ，ｆの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、表３および表４に示される条件にて、硬質被覆層の下部層として改質ＴｉＣＮ層を含むＴｉ化合物層を、表６に示される組み合わせで、かつ目標層厚で蒸着形成し、ついで同じく表３に示される条件にて、上部層としてＡｌ2Ｏ3層を同じく表６に示される組み合わせで、かつ目標層厚で蒸着形成することにより本発明被覆サーメット工具１〜１１をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、表７に示される通り、硬質被覆層の下部層および上部層として同じく表３，５に示される条件で、同じく表７に示される目標層厚の従来ＴｉＣＮ層を含むＴｉ化合物層およびＡｌ2Ｏ3層を蒸着形成することにより従来被覆サーメット工具１〜１１をそれぞれ製造した。
ついで、上記の本発明被覆サーメット工具と従来被覆サーメット工具の硬質被覆層を構成する改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、傾斜角度数分布グラフをそれぞれ作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。
すなわち、上記傾斜角度数分布グラフは、上記の改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層の表面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、この測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより作成した。
この結果得られた各種の改質ＴｉＣＮ層および従来ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフにおいて、｛１１０｝面が最高ピークを示す傾斜角区分、並びに０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の傾斜角度数分布グラフ全体の傾斜角度数に占める割合をそれぞれ表６，７にそれぞれ示した。
上記の各種の傾斜角度数分布グラフにおいて、表６，７にそれぞれ示される通り、本発明被覆サーメット工具の改質ＴｉＣＮ層は、いずれも｛１１０｝面の測定傾斜角の分布が０．７５〜９．７５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが現れ、かつ０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合が５５〜７５％である傾斜角度数分布グラフを示すのに対して、従来被覆サーメット工具の従来ＴｉＣＮ層は、いずれも｛１１０｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在せず、０〜１０度の範囲内の傾斜角区分内に存在する傾斜角度数の割合も３０％以下である傾斜角度数分布グラフを示すものであった。
なお、図２は、本発明被覆サーメット工具７の改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆サーメット工具７の従来ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
なお、図２は、本発明被覆サーメット工具７の改質ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフ、図３は、従来被覆サーメット工具７の従来ＴｉＣＮ層の傾斜角度数分布グラフをそれぞれ示すものである。
さらに、上記の本発明被覆サーメット工具１〜１１および従来被覆サーメット工具１〜１１について、これの硬質被覆層の構成層を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）およびオージェ分光分析装置を用いて観察（層の縦断面を観察）したところ、前者および後者とも目標組成と実質的に同じ組成を有するＴｉ化合物層とＡｌ2Ｏ3層からなることが確認された。また、これらの被覆サーメット工具の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（同じく縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。
つぎに、上記の各種の被覆サーメット工具をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆サーメット工具１〜１１および従来被覆サーメット工具１〜１１について、
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４４０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．２ｍｍ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３７０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｃ）でのダクタイル鋳鉄の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表８に示した。
被削材：ＪＩＳ・Ｓ３０Ｃの長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４４０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は３００ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：４００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．２ｍｍ、
送り：０．２０ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｂ）での合金鋼の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）、
被削材：ＪＩＳ・ＦＣＤ４５０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３７０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．５ｍｍ、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：８分、
の条件（切削条件Ｃ）でのダクタイル鋳鉄の湿式高速断続切削試験（通常の切削速度は２５０ｍ／ｍｉｎ）を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表８に示した。
表６〜８に示される結果から、本発明被覆サーメット工具１〜１１は、いずれも硬質被覆層の下部層のうちの１層が、｛１１０｝面の傾斜角が０．７５〜９．７５度の範囲内の傾斜角区分で最高ピークを示すと共に、０〜１０度の傾斜角区分範囲内に存在する度数の合計割合が５５〜７５％を占める傾斜角度数分布グラフを示す改質ＴｉＣＮ層で構成され、機械的衝撃がきわめて高い鋼や鋳鉄の高速断続切削でも、前記改質ＴｉＣＮ層がすぐれた高温強度を有し、すぐれた耐チッピング性を発揮することから、切刃部のチッピング発生が著しく抑制され、すぐれた耐摩耗性を示すのに対して、硬質被覆層の下部層のうちの１層が、｛１１０｝面の測定傾斜角の分布が０〜４５度の範囲内で不偏的で、最高ピークが存在しない傾斜角度数分布グラフを示す従来ＴｉＣＮ層で構成された従来被覆サーメット工具１〜１１においては、いずれも高速断続切削では硬質被覆層の耐機械的衝撃性が不十分であるために、切刃部にチッピングが発生し、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の被覆サーメット工具は、各種鋼や鋳鉄などの通常の条件での連続切削や断続切削は勿論のこと、特に高温強度が要求される高速断続切削でもすぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
Claims (1)
- 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された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２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、１〜１５μｍの平均層厚を有する化学蒸着形成された酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる表面被覆サーメット製切削工具において、
上記（ａ）の２層以上のＴｉ化合物層のうちの１層を、２．５〜１５μｍの平均層厚を有し、かつ、
電界放出型走査電子顕微鏡を用い、表面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用い、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である｛１１０｝面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、０〜４５度の範囲内にある測定傾斜角を０．２５度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計してなる傾斜角度数分布グラフにおいて、０．７５〜９．７５度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、０〜１０度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布グラフにおける度数全体の５５〜７５％の割合を占める傾斜角度数分布グラフを示す炭窒化チタン層、
で構成したことを特徴とする高速断続切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆サーメット製切削工具。
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