JP5035527B2 - Surface-coated cutting tool - Google Patents

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和則 佐藤
強 大上
裕介 田中
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三菱マテリアル株式会社
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この発明は、軟鋼、ステンレス鋼などのように溶着性が高い被削材の切削加工を、高い発熱を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速高送り切削条件で行った場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具(以下、被覆工具という)に関するものである。 The present invention, mild steel, if the cutting of high weldability workpiece such as stainless steel, was performed at a high speed and high feed cutting conditions a large mechanical load is applied against the cutting edge with associated high fever also, the surface-coated cutting tool exhibits chipping resistance and wear resistance of the hard coating layer has excellent (hereinafter, referred coated tool) relates.

一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、前記被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに前記被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、また前記スローアウエイチップを着脱自在に取り付けて前記ソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。 Generally, the coated tool, the various indexable used in removably attached to the tip of the turning and planing byte of the workpiece such as steel or cast iron, the like drilling cutting of the workpiece drill or miniature drill used to further the scalping processing and groove processing of the workpiece, include solid type end mill used for like shoulder machining, also of the solid type detachably attached to the throw-away tip such as an end mill and slow-away end mill tool to perform cutting in the same manner are known.

また、被覆工具として、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工具基体の表面に、 Further, as the coating tool, tungsten carbide (hereinafter, WC in shown) based cemented carbide or titanium carbonitride (hereinafter, shown by TiCN) on the surface of the configured tool substrate in based cermet,
組成式:(Al 1−Z Cr )N(ただし、原子比で、Zは0.2〜0.4を示す)、 Composition formula: (Al 1-Z Cr Z ) N ( provided that an atomic ratio, Z is showing a 0.2 to 0.4),
を満足するAlとCrの複合窒化物[以下、(Al,Cr)Nで示す]層からなる硬質被覆層を2〜10μmの平均層厚で物理蒸着してなる被覆工具が知られており、かつ前記被覆工具の硬質被覆層である(Al,Cr)N層が、構成成分であるAlによって高温硬さと耐熱性、同Crによって高温強度、さらにCrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を具備することから、これを各種の一般鋼や普通鋳鉄などの連続切削や断続切削加工に用いた場合にすぐれた切削性能を発揮することも知られている。 Satisfaction composite nitride of Al and Cr to [hereinafter, (Al, Cr) indicated by N] a coated tool formed by physical vapor deposition are known a hard coating layer comprising a layer with an average layer thickness of 2 to 10 [mu] m, and a hard coating layer of the coated tool (Al, Cr) N layer, the high-temperature hardness and heat resistance by a constituent Al, high-temperature strength by the Cr, a further high-temperature oxidation resistance by co-containing Cr and Al from that it comprises, it is also known to exhibit excellent cutting performance when it was used in continuous cutting or interrupted cutting of various kinds of general steel and ordinary cast iron.

さらに、上記の被覆工具が、例えば図2に概略説明図で示される物理蒸着装置の1種であるアークイオンプレーティング装置に上記の工具基体を装入し、ヒータで装置内を、例えば500℃の温度に加熱した状態で、アノード電極と所定組成を有するAlとCrの合金(以下、Al−Cr合金で示す)がセットされたカソード電極(蒸発源)との間に、例えば電流:90Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば2Paの反応雰囲気とし、一方上記工具基体には、例えば−100Vのバイアス電圧を印加した条件で、前記工具基体の表面に、上記(Al,Cr)N層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。 Furthermore, the coating tool was charged with above tool substrate in an arc ion plating apparatus which is a kind of physical vapor deposition apparatus shown in schematic illustration in FIG. 2, for example, in the apparatus with a heater, for example, 500 ° C. while heating to a temperature of Al and Cr having an anode electrode and a predetermined alloy composition (hereinafter, Al-Cr shown in alloy) between a set cathodes electrodes (evaporation source), for example, current: 90A of to generate arc discharge conditions, by introduction of nitrogen gas as a reaction gas at the same time in the apparatus, for example, a reaction atmosphere of 2 Pa, whereas the above tool substrate, for example under the conditions of applying a bias voltage of -100 V, the tool on the surface of the substrate, the (Al, Cr) are also known to be produced by depositing a hard coating layer consisting of N layers.
特許第3027502号明細書 Pat. No. 3027502

近年の切削加工装置のFA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、これに伴って切削加工は一段と高速化する傾向にあるが、上記の従来被覆工具においては、これを低合金鋼、炭素鋼、鋳鉄などの通常の切削条件下での切削加工に用いた場合には問題はないが、特に、軟鋼、ステンレス鋼などのように溶着性が高い被削材の、高熱発生を伴うとともに、切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速高送り切削加工に用いた場合には、硬質被覆層の耐熱性、高温強度が不十分となり、その結果、チッピング(微少欠け)の発生、熱塑性変形、偏摩耗等による摩耗進行の促進により、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。 FA of recent cutting device is remarkable, whereas labor saving and energy saving for cutting, the stronger the further cost reduction requirements, cutting connection with this it will tend to further speed up the above conventional in coating tool, which low alloy steel, carbon steel, there is no problem in the case of using the cutting in normal cutting conditions, such as cast iron, in particular, mild steel, is weldability, such as stainless steel high workpiece, together with associated with high heat generation, when used in high speed and high feed cutting a large mechanical load is applied against the cutting edge portion, the heat resistance of the hard coating layer, high-temperature strength becomes insufficient, As a result, chipping (minute chipping), thermal plastic deformation, the promotion of the wear progress by uneven wear such as, at present, leading to a relatively short time service life.

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性が高い被削材の切削加工を、高い発熱を伴うとともに切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速高送り切削条件で行った場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を示す被覆工具を開発すべく、上記の従来被覆工具に着目し、研究を行った結果、以下の知見を得た。 The present inventors have, from the viewpoint as described above, particularly mild steel, high mechanical load cutting of weldability high work material such as stainless steel, with respect to the cutting edge with associated high fever even when made in accordance speed and high feed cutting conditions, results to develop a coated tool showing the chipping resistance and wear resistance of the hard coating layer has excellent focuses on conventional coated tool of the studies were conducted, the following findings were obtained.

(a)上記従来被覆工具の硬質被覆層である(Al,Cr)N層はほぼ均一組成の層として構成されていたが、これを、均一組成の層とするのではなく、該層の構成成分であるAlおよびCrの含有割合が、該層の層厚方向に沿って定まった周期で連続的にあるいは不連続的に変化する濃度分布構造を有する層として形成することにより、(Al,Cr)N層の耐熱性、高温強度を、より一層向上させ得ること。 (A) a hard coating layer of the conventional coated tools (Al, Cr) N layer were composed as a layer of substantially uniform composition, which, instead of a layer of uniform composition, structure of the layer by the content of a component Al and Cr, to form a layer having a continuously or discontinuously changing concentration distribution structure stated period along the layer in the layer thickness direction, (Al, Cr ) heat resistance of the N layer, the high temperature strength, can more is further improved.

(b)つまり、例えば、Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットを用い、各ターゲットで交互に放電させるアークイオンプレーティングを行うことにより、Cr含有割合が少ない(Al,Cr)Nの薄層(以下、薄層Aという)と、Cr含有割合が多い(Al,Cr)Nの薄層(以下、薄層Bという)とが交互に積層された交互積層構造の(Al,Cr)N層(以下、交互積層(Al,Cr)N層という)を形成することができ、この交互積層(Al,Cr)N層は、その層厚方向に沿って定まった周期で不連続的に変化する濃度分布構造を有するものであり、そして、Cr含有割合が少ない薄層部分は高温硬さ、耐熱性が一段とすぐれるようになり、一方、Cr含有割合が多い薄層部分では高温強度が一段とすぐれるように (B) that is, for example, using a plurality of Al-Cr alloy target Cr content are different, by performing arc ion plating to discharge alternately on each target, Cr content is small (Al, Cr) of N thin layer (hereinafter, referred to as thin layer a) and, Cr content is large (Al, Cr) thin layer of N (hereinafter, thin as layer B) and the alternating layered structure laminated alternately (Al, Cr) N layer (hereinafter, alternately laminated (Al, Cr) of N layer) can be formed, the alternate lamination (Al, Cr) N layer is discontinuously at a period definite along the layer thickness direction are those having varying density distribution structure, and, Cr content is less thin layer portion high-temperature hardness, now heat resistance is excellent further, while the high-temperature strength at Cr content is often a thin layer portion more excellent way ることから、交互積層(Al,Cr)N層を全体としてみると、均一組成の層に比して、一段と高温硬さ、耐熱性および高温強度が向上するようになること。 From Rukoto, alternate lamination (Al, Cr) when viewed as a whole N layer, as compared with a layer of uniform composition, more high-temperature hardness, it comes to improving heat resistance and high temperature strength.

(c)また、例えば、Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットを用い、各ターゲットで同時に放電させるアークイオンプレーティングを行うことにより、層厚方向に沿って、Al最高含有点(Cr最低含有点)とAl最低含有点(Cr最高含有点)とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Al最高含有点から前記Al最低含有点、前記Al最低含有点から前記Al最高含有点へAlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を形成することができ、この(Al,Cr)N層は、その層厚方向に沿って定まった周期で連続的に変化する濃度分布構造を有するものであり、そして、Al最高含有点領域では、高温硬さ、耐熱性が一段とすぐれるようになり、一方、Al最低含有点領域では (C) Further, for example, using a plurality of Al-Cr alloy target Cr content are different, by performing arc ion plating to discharge simultaneously on each target, along the thickness direction, Al up to contain point (Cr from content point) and Al lowest content point (Cr up containing points) and repeatedly exist alternately at predetermined intervals, and the Al lowest containing points from the Al highest content point, the Al up from the Al lowest content point can content of Al and Cr into the content point to form respective continuously changing component concentration distribution structure, the (Al, Cr) N layer is continuous at predetermined cycles along the thickness direction to are those having varying density distribution structure, and, in the Al highest content point area, high-temperature hardness, heat resistance becomes more excellent as, on the other hand, in Al lowest containing point region 高温強度が一段とすぐれるようになり、このようなAlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する(Al,Cr)N層(以下、組成変調(Al,Cr)N層という)を全体としてみると、上記(b)の交互積層(Al,Cr)N層の場合と同様に、均一組成の(Al,Cr)N層に比して、一段と高温硬さ、耐熱性および高温強度が向上するようになるばかりか、層中に成分・組成の不連続変化域がないため、上記(b)の交互積層(Al,Cr)N層に比しても、さらに一段と高温強度が向上するようになること。 High-temperature strength becomes more excellent as such the content of Al and Cr having a respective continuously changing component concentration distribution structure (Al, Cr) N layer (hereinafter, the composition modulation (Al, Cr) N when seen as a whole) of the layer, the (alternate lamination of b) (Al, as in the case of Cr) N layer, of uniform composition (Al, Cr) compared to the N layer, further high-temperature hardness, heat not only sex and high-temperature strength is so enhanced, since there is no discontinuous change region components and composition in the layer, even in comparison with alternate lamination (Al, Cr) N layer of the (b), even more the high-temperature strength is improved.

(d)上記交互積層(Al,Cr)N層あるいは組成変調(Al,Cr)N層を硬質被覆層の下部層とし、さらに、その表面に、0.3〜1μmの平均層厚でAl−Cr合金層からなる表面層を蒸着形成すると、このAl−Cr合金層は熱伝導性がよくすぐれた熱放散性を有し、軟鋼、ステンレス鋼等の溶着性の高い被削材の高速高送り切削加工で、硬質被覆層が高温に加熱されても熱が直ちに放散され、硬質被覆層が過熱されることがないため、熱塑性変形あるいは偏摩耗を生じることもなく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮すること。 (D) the alternate lamination (Al, Cr) N layer or a compositionally modulated (Al, Cr) N layer as a lower layer of the hard coating layer further on the surface thereof, with an average layer thickness of 0.3~1Myuemu Al- When depositing a surface layer composed of a Cr alloy layer, the Al-Cr alloy layer has a heat dissipation which thermal conductivity is excellent good, mild steel, the feed speed and high in high weldability to stainless steel workpiece in cutting, the hard coating layer is heated to a high temperature is dissipated also heat immediately because never hard layer is overheated, it without causing thermal plastic deformation or uneven wear, excellent for a long time resistant to exert the wear resistance.

(e)下部層としての(Al,Cr)N層および表面層としてのAl−Cr合金層からなる硬質被覆層を蒸着形成するための具体的な装置および方法としては、例えば、図1に概略平面図で示される構造のアークイオンプレーティング装置、すなわち装置中央部に工具基体装着用回転テーブルを設け、カソード電極(蒸発源)としてCr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットを配置したアークイオンプレーティング装置を用い、この装置の前記回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部に沿って複数の工具基体をリング状に装着し、この状態で装置内雰囲気を窒素雰囲気として前記回転テーブルを回転させると共に、蒸着形成される硬質被覆層の層厚均一化を図る目的で工具基体自体も自転させながら (E) as a lower layer (Al, Cr) as a specific apparatus and method for depositing form a hard layer made of Al-Cr alloy layer as N layer and a surface layer, for example, outlined in Figure 1 plan view an arc ion plating apparatus having a structure shown in, that the rotary table for tool substrate mounting provided on the apparatus center portion, the arc of Cr content as a cathode electrode (vapor source) placed the different Al-Cr alloy target using an ion plating device, said from the central axis of the rotary table along the outer periphery at a predetermined distance in the radial direction is mounted a plurality of tool substrate in a ring shape, apparatus atmosphere in this state of the apparatus with rotating the rotary table as a nitrogen atmosphere, while the tool base itself is rotating in order to achieve thickness uniformity of the hard coating layer is vapor deposited
まず、前記Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、交互にあるいは同時にアーク放電を発生させて、前記工具基体の表面に、AlおよびCrの含有割合が、層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造を有する下部層である(Al,Cr)N層(即ち、交互積層(Al,Cr)N層あるいは組成変調(Al,Cr)N層)を2〜10μmの平均層厚で蒸着形成した後、 First, between the cathode electrode (vapor source) and an anode electrode of the Cr content is different Al-Cr alloy, alternately or by simultaneously arcing, on the surface of the tool substrate, Al and Cr content of a lower layer having a density distribution structure that changes in predetermined cycles along the thickness direction (Al, Cr) N layer (i.e., layer-by-layer (Al, Cr) N layer or the composition-modulated (Al , was deposited forming a Cr) N layer) with an average layer thickness of 2 to 10 [mu] m,
前記Al−Cr合金のカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させたまま、装置内雰囲気を窒素雰囲気からAr雰囲気へと徐々に切り替え、最終的にAr雰囲気中で、カソード電極(蒸発源)である前記Al−Cr合金とアノード電極との間にアーク放電を発生させて、表面層としてのAl−Cr合金層を0.3〜1μmの平均層厚で蒸着形成することにより、 While keeping continued arcing between the cathode electrode (vapor source) and an anode electrode of the Al-Cr alloy, gradually switching, finally in an Ar atmosphere to Ar atmosphere device atmosphere of nitrogen atmosphere, a cathode (evaporation source) by generating arc discharge between the Al-Cr alloy and the anode electrode is deposited forming the Al-Cr alloy layer as a surface layer with an average layer thickness of 0.3~1μm by,
所定平均層厚の交互積層(Al,Cr)N層あるいは組成変調(Al,Cr)N層)からなる下部層と、所定平均層厚のAl−Cr合金層からなる表面層を蒸着で形成できること。 Predetermined average layer alternately laminated with a thickness (Al, Cr) N layer or a compositionally modulated (Al, Cr) and a lower layer consisting of N layers), can be formed by depositing a surface layer having a predetermined average layer thickness Al-Cr alloy layer .

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、 The present invention was made based on the above findings,
「(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、 To "(1) tungsten carbide based cemented carbide or surface of the constructed tool substrate with titanium carbonitride based cermet,
(a)蒸着形成された2〜10μmの平均層厚を有するAlとCrの複合窒化物層であって、該層の構成成分であるAlおよびCrの含有割合が、該層の層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造を有するAlとCrの複合窒化物層からなる下部層、 A composite nitride layer of Al and Cr with an average layer thickness of 2~10μm which is (a) vapor deposited, the content of Al and Cr is the layer of constituents, the said layer of layer thickness direction lower layer made of a composite nitride layer of Al and Cr having a concentration distribution structure that changes in accordance with predetermined cycles,
(b)上記AlとCrの複合窒化物層からなる下部層の表面に設けられ、0.3〜1μmの平均層厚を有する蒸着形成されたAlとCrの合金層からなる表面層、 (B) the Al and provided on the surface of the lower layer made of a composite nitride layer of Cr, a surface layer formed of an alloy layer of the deposition formed Al and Cr having an average layer thickness of 0.3~1Myuemu,
上記(a)、(b)で構成された硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具。 Above (a), the surface-coated cutting tool having a hard coating layer formed of (b).
(2) 前記(1)記載の表面被覆切削工具において、 (2) In the surface-coated cutting tool of the (1) described,
AlとCrの複合窒化物層からなる下部層は、Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層と、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層との、交互積層構造として構成されていることを特徴とする前記(1)記載の表面被覆切削工具。 Lower layer made of a composite nitride layer of Al and Cr is the composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr, a composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr, alternate stacked structure surface-coated cutting tool of the (1), wherein it is configured as.
(3) 前記(2)記載の表面被覆切削工具において、 (3) In the surface-coated cutting tool of the (2) described,
Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層を、 The composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr,
組成式:(Al 1−X Cr )N Composition formula: (Al 1-X Cr X ) N
で表した場合、Xの値は、原子比で、0.15≦X≦0.25を満足し、 When expressed, the value of X is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ X ≦ 0.25,
また、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層を、 Further, a composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr,
組成式:(Al 1−Y Cr )N Composition formula: (Al 1-Y Cr Y ) N
で表した場合、Yの値は、原子比で、0.35≦Y≦0.45を満足する、 When expressed, the value of Y is the atomic ratio satisfies 0.35 ≦ Y ≦ 0.45,
ことを特徴とする前記(2)記載の表面被覆切削工具。 Surface-coated cutting tool of the (2), wherein a.
(4) 前記(1)記載の表面被覆切削工具において、 (4) In the surface-coated cutting tool of the (1) described,
AlとCrの複合窒化物層からなる下部層は、層厚方向に沿って、Al最高含有点とAl最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Al最高含有点から前記Al最低含有点、前記Al最低含有点から前記Al最高含有点へAlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することを特徴とする前記(1)記載の表面被覆切削工具。 Lower layer of Al and a composite nitride layer of Cr along the thickness direction, repeatedly alternate presence Al and the highest content point and Al lowest content point at a predetermined distance, and from the Al highest content point the Al lowest content point, the Al lowest said that content from content point Al and Cr to the Al highest content point and having respective continuously changing component concentration distribution structure (1) surface coating according Cutting tools.
(5) 前記(4)記載の表面被覆切削工具において、 (5) In the surface-coated cutting tool of the (4), wherein,
Al最高含有点のAlとCrの複合窒化物層を、 The composite nitride layer of Al up containing points Al and Cr,
組成式:(Al 1−α Cr α )N Composition formula: (Al 1-α Cr α ) N
で表した場合、αの値は、原子比で、0.15≦α≦0.25を満足し、 When expressed, the value of alpha is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ α ≦ 0.25,
また、上記Al最低含有点のAlとCrの複合窒化物層を、 Further, a composite nitride layer of Al and Cr in the Al lowest containing points,
組成式:(Al 1−β Cr β )N Composition formula: (Al 1-β Cr β ) N
で表した場合、βの値は、原子比で、0.35≦β≦0.45を満足する、 When expressed, the value of beta is in atomic ratio, satisfies 0.35 ≦ β ≦ 0.45,
ことを特徴とする前記(4)記載の表面被覆切削工具。 Surface-coated cutting tool of the (4), wherein a. "
に特徴を有するものである。 Those having features to.

つぎに、この発明の被覆工具の下部層、表面層に関し、上記の通りに数値限定した理由を説明する。 Next, the lower layer of the coated tool of the present invention relates to a surface layer, illustrating the reasons for numerical limitation as described above.

(a)下部層 AlとCrの複合窒化物層((Al,Cr)N層)の構成成分であるAl成分には硬質被覆層における高温硬さと耐熱性を向上させ、また、同Cr成分には高温強度を向上させ、さらに、CrとAlの共存含有によって高温耐酸化性を向上させる作用があるが、この発明では、下部層として、ほぼ均一組成の((Al,Cr)N層)を設けるのではなく、敢て、層の構成成分であるAlおよびCrの含有割合が、層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造を形成させることにより、下部層の備える特性(特に、高温硬さ、耐熱性、高温強度)のより一層の向上を図った。 (A) a composite nitride layer of the lower layer Al and Cr ((Al, Cr) N layer) The Al component is a component of improving the high-temperature hardness and heat resistance of the hard coating layer, the same Cr component improves the high temperature strength, furthermore, there is a function of improving the high-temperature oxidation resistance by co-containing Cr and Al, in the present invention, as the lower layer, of substantially uniform composition of ((Al, Cr) N layer) instead of providing, daringly Te, the content of Al and Cr is a component of the layer, by forming a concentration distribution structure that changes in predetermined cycles along the thickness direction, characteristics provided in the lower layer (especially , aimed high-temperature hardness, heat resistance, to further improve the high temperature strength). ただ、下部層の平均層厚が2μm未満では、自身のもつすぐれた耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が10μmを越えると、高速高送り切削加工で切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚は2〜10μmと定めた。 However, it is less than the average layer thickness of the lower layer is 2 [mu] m, is insufficient to exert over the wear resistance excellent with its own long-term, whereas when the average layer thickness exceeds 10 [mu] m, high speed and high feed cutting machining since chipping is likely to occur in the cutting edges at an average layer thickness is defined as 2 to 10 [mu] m.

(a)−1. (A) -1. 交互積層(Al,Cr)N層 下部層におけるAlおよびCrの含有割合が、層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造は、例えば、カソード電極として、Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットを配置したアークイオンプレーティング装置を用い、各カソードで交互にアーク放電を行わせ、Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層(薄層A)と、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層(薄層B)との、交互積層構造からなる下部層を蒸着により形成することにより得られるが、この層構造においては、 Alternately laminated (Al, Cr) content of Al and Cr in the N layer lower layer, the concentration distribution structure that changes in predetermined cycles along the thickness direction is, for example, as a cathode electrode, a plurality of Cr content are different using an arc ion plating apparatus placing the Al-Cr alloy target, alternately to perform the arc discharge in each cathode composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr (the thin layer a), Cr-containing ratio of composite nitride thin-layer of more Al and Cr (thin layer B), is obtained by forming by vapor deposition a lower layer consisting of alternating laminated structure, in the layer structure,
Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層(薄層A)を、 Composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr (the thin layer A),
組成式:(Al 1−X Cr )N Composition formula: (Al 1-X Cr X ) N
で表した場合、Xの値は、原子比で、0.15≦X≦0.25を満足し、 When expressed, the value of X is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ X ≦ 0.25,
また、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層(薄層B)を、 The composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr (the thin layer B),
組成式:(Al 1−Y Cr )N Composition formula: (Al 1-Y Cr Y ) N
で表した場合、Yの値は、原子比で、0.35≦Y≦0.45を満足する、 When expressed, the value of Y is the atomic ratio satisfies 0.35 ≦ Y ≦ 0.45,
ことが必要である。 It is necessary.
つまり、Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層(薄層A)において、Alとの合量に占めるCrの含有割合を示すXの値(原子比)が、0.15未満であると、溶着性の高い被削材の高速高送り切削加工において最小限必要とされる高温強度を確保することができず該薄層Aでチッピングを発生しやすくなり、一方、Xの値(原子比)が0.25を超えると、相対的なAl含有割合の減少により、高温硬さの低下、耐熱性の低下が生じ、偏摩耗の発生、熱塑性変形の発生等により耐摩耗性の向上が期待できなくなるので、Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層(薄層A)におけるAlとの合量に占めるCrの含有割合(X)の値(原子比)を、0.15≦X≦0.25と定めた。 In other words, composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr in the (thin layer A), the value of X that indicates the content of Cr to total the total amount of the Al (atomic ratio), less than 0.15 there When, likely to generate chipping can be not thin layer a to ensure the high temperature strength which is minimally required in high-speed and high feed cutting of high weldability workpiece, whereas, the X value ( the atomic ratio) is greater than 0.25, a decrease in the relative Al content, reduction in high-temperature hardness, resulting a decrease in the heat resistance, the occurrence of uneven wear, improvement of the wear resistance by generation of heat plastic deformation since but can not be expected, complex nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr value of the content of Cr to total total amount of Al in the (thin layer a) (X) (atomic ratio), 0. It was defined as 15 ≦ X ≦ 0.25.
また、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層(薄層B)において、Alとの合量に占めるCrの含有割合を示すYの値(原子比)が、0.35未満であると、高温強度の向上が十分でないためチッピングの発生を抑えることができず、一方、Yの値(原子比)が0.45を超えると、相対的なAl含有割合の減少により、最小限必要とする高温硬さ、耐熱性を確保することができなくなり、耐摩耗性の低下がみられるようになるので、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層(薄層B)におけるAlとの合量に占めるCrの含有割合(Y)の値(原子比)を、0.35≦Y≦0.45と定めた。 The composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr in the (thin layer B), the value of Y indicating the content of Cr to total the total amount of the Al (atomic ratio), less than 0.35 If there can not suppress the occurrence of chipping for improving the high temperature strength is not sufficient, while when the value of Y (atomic ratio) is greater than 0.45, a decrease in the relative Al content, minimal temperature hardness in need, it becomes impossible to ensure the heat resistance and so decrease in wear resistance is observed, Cr composite nitride thin-layer of the content is large Al and Cr in the (thin layer B) the value of the proportion (Y) of Cr to total total amount of Al (atomic ratio) was defined as 0.35 ≦ Y ≦ 0.45.
言い換えるならば、高温硬さ、耐熱性にすぐれるが高温強度が十分でない薄層Aと、すぐれた高温強度を有し、しかも、高温硬さおよび耐熱性について悪影響を与えることない薄層Bとを交互積層として構成することにより、高温強度が不足する薄層Aの特性を、すぐれた高温強度を有する薄層Bの特性で補完し、もって、下部層全体としてすぐれた高温硬さ、耐熱性および高温強度を具備せしめることにより、溶着性の高い被削材の高速高送り切削加工における耐チッピング性と耐摩耗性の向上を図ることができる。 In other words, high-temperature hardness, and heat resistance superior thin layer high temperature strength is not sufficient, but A, has excellent high temperature strength, moreover, the thin layer B not adversely affected for high temperature hardness and heat resistance by configuring as alternate lamination, the properties of the thin layer a insufficient high-temperature strength, supplemented by the characteristics of the thin layer B having excellent high-temperature strength, have been, high-temperature hardness with excellent overall lower layer, heat-resistant and by allowed to include a high-temperature strength, it is possible to improve the chipping resistance and wear resistance in high speed and high feed cutting of high weldability workpiece.

(a)−2. (A) -2. 組成変調(Al,Cr)N層 また、下部層におけるAlおよびCrの含有割合が、層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造は、例えば、カソード電極として、Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットを配置したアークイオンプレーティング装置を用い、各カソードで同時にアーク放電を行わせ、層厚方向に沿って、Al最高含有点(Cr最低含有点)とAl最低含有点(Cr最高含有点)とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Al最高含有点(Cr最低含有点)から前記Al最低含有点(Cr最高含有点)、前記Al最低含有点(Cr最高含有点)から前記Al最高含有点(Cr最低含有点)へAlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有する下部層を蒸着形 Composition variation (Al, Cr) N layer also has the content of Al and Cr in the lower layer, the concentration distribution structure that changes in predetermined cycles along the thickness direction is, for example, as a cathode electrode, Cr content is different using an arc ion plating apparatus in which a plurality of Al-Cr alloy target, at the same time to perform the arc discharge in each cathode, along the thickness direction, Al up to contain point (Cr lowest containing points) and Al lowest containing point (Cr maximum content point) and it is repeatedly present alternately at predetermined intervals, and the Al lowest containing points from the Al highest content point (Cr lowest containing points) (Cr up containing points), the Al lowest content point ( evaporation type lower layer of Cr up containing points) having the Al highest content point (Cr lowest content point) to Al and Cr component concentration distribution structure content varies each successive of 成することにより得られるが、この層構造においては、 Obtained by forming, but in this layer structure,
Al最高含有点(Cr最低含有点)のAlとCrの複合窒化物層を、 Al up to contain point composite nitride layer of Al and Cr in the (Cr lowest containing points),
組成式:(Al 1−α Cr α )N Composition formula: (Al 1-α Cr α ) N
で表した場合、αの値は、原子比で、0.15≦α≦0.25を満足し、 When expressed, the value of alpha is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ α ≦ 0.25,
また、上記Al最低含有点(Cr最高含有点)のAlとCrの複合窒化物層を、 Further, a composite nitride layer of Al and Cr in the Al lowest content point (Cr up containing points),
組成式:(Al 1−β Cr β )N Composition formula: (Al 1-β Cr β ) N
で表した場合、βの値は、原子比で、0.35≦β≦0.45を満足する、 When expressed, the value of beta is in atomic ratio, satisfies 0.35 ≦ β ≦ 0.45,
ことが必要である。 It is necessary.
つまり、交互積層(Al,Cr)N層の場合とほぼ同様に、Al最高含有点(Cr最低含有点)のAlとCrの複合窒化物領域において、Alとの合量に占めるCrの含有割合を示すαの値(原子比)が、0.15未満であると、溶着性の高い被削材の高速高送り切削加工において最小限必要とされる高温強度を確保することができずこの領域でチッピングを発生しやすくなり、一方、αの値(原子比)が0.25を超えると、相対的なAl含有割合の減少により、高温硬さの低下、耐熱性の低下が生じ、偏摩耗の発生、熱塑性変形の発生等により耐摩耗性の向上が期待できなくなるので、Al最高含有点(Cr最低含有点)のAlとCrの複合窒化物領域におけるAlとの合量に占めるCrの含有割合(α)の値(原子比)を、0.15≦α That is, substantially the same as in the case of alternate lamination (Al, Cr) N layer, the composite nitride regions of Al and Cr in Al highest content point (Cr lowest containing points), the content of Cr to total total amount of Al the value of α indicating the (atomic ratio) is less than 0.15, this area can not be secured high temperature strength which is minimally required in high-speed and high feed cutting of high weldability workpiece in chipping it becomes the more likely to occur, whereas, when the value of alpha (atomic ratio) is greater than 0.25, a decrease in the relative Al content, reduction in high-temperature hardness, a decrease in heat resistance occurs, uneven wear because of generation, improvement of the wear resistance by generation of heat plastic deformation can not be expected, containing Cr occupying the total amount of Al in the Al composite nitride region of Cr Al highest content point (Cr lowest containing points) the value of the proportion (alpha) (atomic ratio), 0.15 ≦ α 0.25と定めた。 It was defined as 0.25.
また、Al最低含有点(Cr最高含有点)のAlとCrの複合窒化物領域において、Alとの合量に占めるCrの含有割合を示すβの値(原子比)が、0.35未満であると、高温強度の向上が十分でないためチッピングの発生を抑えることができず、一方、βの値(原子比)が0.45を超えると、相対的なAl含有割合の減少により、最小限必要とする高温硬さ、耐熱性を確保することができなくなり、耐摩耗性の低下がみられるようになるので、Al最低含有点(Cr最高含有点)のAlとCrの複合窒化物領域におけるAlとの合量に占めるCrの含有割合(β)の値(原子比)を、0.35≦β≦0.45と定めた。 Further, in the composite nitride regions of Al and Cr in Al lowest containing point (Cr up containing points), the value of β indicating the content of Cr to total the total amount of the Al (atomic ratio), less than 0.35 If there can not suppress the occurrence of chipping for improving the high temperature strength is not sufficient, while when the value of beta (atomic ratio) is greater than 0.45, a decrease in the relative Al content, minimal temperature hardness in need, it becomes impossible to ensure the heat resistance and so decrease in wear resistance is observed, in the composite nitride regions of Al and Cr in Al lowest containing point (Cr up containing points) the value of the content of Cr to total the total amount of the al (beta) (atomic ratio) was defined as 0.35 ≦ β ≦ 0.45.
即ち、交互積層(Al,Cr)N層の場合とほぼ同様に、高温硬さ、耐熱性にすぐれるが高温強度が十分でないAl最高含有点(Cr最低含有点)領域と、すぐれた高温強度を有し、しかも、高温硬さおよび耐熱性について悪影響を与えることないAl最低含有点(Cr最高含有点)領域とを、AlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布となるように構成することにより、高温強度が不足するAl最高含有点(Cr最低含有点)領域の特性を、すぐれた高温強度を有するAl最低含有点(Cr最高含有点)領域の存在で補完し、下部層全体としての高温硬さ、耐熱性、高温強度を向上させることができ、しかも、下部層を構成する成分および組成に不連続箇所がないために、層自体の強度をより一層向上せしめるこ That is, substantially the same as in the case of alternate lamination (Al, Cr) N layer, and high-temperature hardness, although excellent in heat resistance Al highest content point temperature strength is not sufficient (Cr lowest containing points) region, excellent high-temperature strength has, moreover, a component concentration distribution temperature hardness and heat resistance Al lowest content point not adversely affected for a (Cr maximum content point) area, the content of Al and Cr is changed respectively continuously by configuring as, Al highest content points to insufficient high temperature strength (Cr lowest containing points) the characteristics of the region, supplemented by the presence of Al lowest containing points having excellent high-temperature strength (Cr maximum content point) area, high-temperature hardness of the whole lower layer, the heat resistance, it is possible to improve the high temperature strength, moreover, since there is no discontinuity in the component and composition constituting the lower layer, allowed to further improve the strength of the layer itself this ができるので、軟鋼やステンレス鋼等の溶着性の高い被削材の高速高送り切削加工においても、すぐれた耐チッピング性と耐摩耗性を充分に発揮せしめることができる。 Since it is, even in high-speed and high feed cutting of high weldability such as mild steel or stainless steel workpiece, it can be allowed to sufficiently exhibit excellent chipping resistance and wear resistance.

(b)表面層 表面層を構成するAl−Cr合金層は、すぐれた熱伝導性・熱放散性とともに所定の高温強度を有する必要があり、Al−Cr合金層中のCr含有量が15原子%未満となると熱伝導性・熱放散性が極端に低下し、また、Cr含有量が45原子%を超えると高温強度が低下してしまうので、Al−Cr合金層中のCr含有量は15〜45原子%とする必要がある。 (B) Al-Cr alloy layer constituting the surface layer surface layer, excellent the thermal conductivity and heat dissipation property must have a predetermined high-temperature strength, Cr content of Al-Cr alloy layer is 15 atom % less than when it comes to thermal conductivity and thermal dissipation is extremely low, and since the high-temperature strength when the Cr content exceeds 45 atomic% is decreased, the Cr content of Al-Cr alloy layer is 15 it is required to be 45 atomic%.
そして、この発明では、Al−Cr合金層を蒸着形成するにあたって、下部層である前記(Al,Cr)N層を蒸着形成するのに使用したCr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金ターゲットの内の少なくとも一つのAl−Cr合金からなるカソード電極(蒸発源)にアーク放電を発生させ、装置内雰囲気を窒素ガスからArガスへと切り替えることによってAl−Cr合金層を蒸着形成する。 And, in this invention, when deposited form a Al-Cr alloy layer, a lower layer and the (Al, Cr) Cr content used to deposit forming the N layer of different Al-Cr alloy target At least one cathode electrode (vapor source) made of Al-Cr alloy to generate arc discharge inside the Al-Cr alloy layer is deposited formed by switching to Ar gas apparatus internal atmosphere of nitrogen gas. したがって、一つのAl−Cr合金からなるカソード電極を用いてAl−Cr合金層(表面層)を蒸着形成した場合には、カソード電極におけるCr含有割合とほぼ同じような割合のCr含有量のAl−Cr合金層が形成され、また、Cr含有割合が異なる複数のAl−Cr合金からなるカソード電極を用いてAl−Cr合金層(表面層)を蒸着形成した場合には、複数カソード電極のCr含有割合がほぼ平均化されたCr含有割合のAl−Cr合金層(表面層)が蒸着形成されることになる。 Therefore, if the Al-Cr alloy layer with a cathode electrode made of a Al-Cr alloy (surface layer) was vapor deposited is approximately the Cr content of similar proportions and Cr content in the cathode electrode Al -Cr alloy layer is formed, also when vapor deposited Al-Cr alloy layer (surface layer) with a cathode electrode Cr content consists of a plurality of different Al-Cr alloy, a plurality cathode Cr so that the Al-Cr alloy layer of Cr content which content is substantially averaged (surface layer) is vapor deposited.
ただ、Al−Cr合金層の平均層厚が0.3μm未満であると、すぐれた熱伝導性・熱放散性という特性を十分発揮することができず、また、その平均層厚が1μmを超えると、被削材との間で溶着を生じやすくなり、切削特性を劣化させることになるので、Al−Cr合金層の平均層厚は0.3〜1μmと定めた。 However, when the average layer thickness of the Al-Cr alloy layer is less than 0.3 [mu] m, can not be sufficiently exhibited a characteristic that good thermal conductivity and heat dissipation property, also, the average layer thickness exceeds 1μm its If, tends to occur welding between the workpiece, it means that degrade the cutting property, the average layer thickness of the Al-Cr alloy layer is defined as 0.3~1Myuemu.

この発明の被覆工具は、硬質被覆層の下部層を構成する(Al,Cr)N層のAlおよびCrの含有割合が、層厚方向に沿って定まった周期で連続的にあるいは不連続的に変化する濃度分布構造を有し、下部層がすぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を具備し、また、表面層を構成するAl−Cr合金層が、特にすぐれた熱伝導性・熱放散性を備えていることから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度および熱放散性を備え、その結果、軟鋼、ステンレス鋼のような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴いかつ切刃に対して大きな機械的負荷がかかる高速高送り条件で切削加工した場合にも、硬質被覆層にチッピング、偏摩耗、熱塑性変形が生じることなく、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発 Coated tool of the present invention, constituting the lower layer of the hard coating layer (Al, Cr) content of Al and Cr in the N layer, continuously or discontinuously at predetermined cycles along the thickness direction has a varying density distribution structure, the lower layer is excellent high-temperature hardness, heat resistance, comprising a high-temperature strength, also, Al-Cr alloy layer constituting the surface layer, particularly good thermal conductivity and heat dissipation since it is provided with a sex, as a whole hard coating layer, excellent high-temperature hardness, heat resistance, comprising a high-temperature strength and heat dissipation, as a result, mild steel, high weldability, such as stainless steel workpiece and even when cutting at high exotherm with high speed and high feed conditions a large mechanical load is applied against the cutting edge, chipping in the hard coating layer, uneven wear without thermal plastic deformation occurs over a long period excellent chipping resistance, wear resistance originating するものである。 It is intended to.

つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。 Next, specifically described by the coated tool embodiment of the present invention.

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、Cr 粉末、TiN粉末、TaN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、ボールミルで72時間湿式混合し、乾燥した後、100MPa の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を6Paの真空中、温度:1400℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.03のホーニング加工を施してISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A−1〜A−10を形成した。 As raw material powders, WC powder, TiC powder both having an average particle size of 1 to 3 [mu] m, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, prepared TaN powder and Co powder, and, these raw material powders were blended in blending composition shown in Table 1, 72 hour wet mixing in a ball mill, dried, and pressed into a green compact under a pressure of 100 MPa, vacuum 6Pa this green compact in a temperature 1400 sintered under the conditions of 1 hour hold time at ° C., after sintering, R the cutting edge portion: WC groups carbide having a tip shape of ISO standard · CNMG120408 subjected to honing 0.03 to form a tool substrate a-1~A-10 made of alloy.

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、Mo C粉末、ZrC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、100MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を2kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.03のホーニング加工を施してISO規格・CNMG120408のチップ形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体B−1〜B−6を形成した。 Further, as the raw material powder, both (in mass ratio, TiC / TiN = 50/50 ) TiCN having an average particle diameter of 0.5~2μm powder, Mo 2 C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, WC powder, prepared Co powder and Ni powder, and these raw material powders were blended in the formulation composition shown in Table 2, 24 hours wet mixed in a ball mill, dried, pressed into a green compact at a pressure of 100MPa and, in a nitrogen atmosphere at 2kPa the green compact, temperature: 1500 to sintering under the conditions of 1 hour hold time at ° C., after sintering, R the cutting edge portion: ISO standards and subjected to honing 0.03 the tool substrate B-1 to B-6 made of TiCN-base cermet having a tip shape of CNMG120408 were formed.

(a)ついで、上記の工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図1に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、また、カソード電極(蒸発源)として、Cr含有割合が異なるAl−Cr合金からなる二つのカソード電極(蒸発源)を、上記回転テーブルを挟んで相対向させて配置し、さらに、ボンバード洗浄用のTi合金からなるカソード電極を配置し、 (A) Then, the each of the above tool substrate A-1 to A-10 and B-1 to B-6, was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, arc ion plating shown in Figure 1 from the central axis of the rotary table in the device along the outer peripheral portion at a predetermined distance in the radial direction is attached, also as a cathode electrode (vapor source), two of Cr content is composed of different Al-Cr alloy cathode electrode (vapor source), and arranged to be opposed by sandwiching the rotary table, further, to place the cathode electrode made of Ti alloy for bombardment cleaning,
(b)まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつTi合金からなるボンバード洗浄用カソード電極とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、 (B) First, while holding by evacuating the apparatus to a vacuum below 0.1 Pa, after heating the inside of the apparatus to 500 ° C. by the heater, the -1000V the tool substrate that rotates while rotating on the turntable DC bias voltage is applied to, and by flowing a 100A current to generate arc discharge between the bombardment cleaning cathode electrode and an anode electrode made of Ti alloy, bombarded cleaned tool substrate surface with,
(c)次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、上記二つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に交互に120Aの電流を流してアーク放電を交互に発生させ、前記工具基体の表面に、表3、表4に示される目標組成、目標平均層厚の交互積層(Al,Cr)N層を蒸着形成した後、 (C) Next, while the reaction atmosphere of 4Pa by introducing nitrogen gas as a reaction gas into the apparatus, by applying a DC bias voltage of -100V to the tool substrate that rotates while rotating on the turntable, and the two cathode (evaporation source) and alternately flowing a 120A current to generate arc discharge alternately between the anode electrode, the surface of the tool substrate, Table 3, the target composition shown in Table 4 , alternate lamination of target average layer thickness (Al, Cr) after the N layer was vapor deposited,
(d)前記二つのカソード電極(蒸発源)の内の一つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させつつ、同時に、装置内雰囲気を窒素ガス雰囲気からアルゴンガス雰囲気へと徐々に切り替え、最終的には0.5Paのアルゴンガス雰囲気中で、上記一つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表3、表4に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 (D) while continuing the arc discharge between one of the cathode electrode (vapor source) and the anode electrode of said two cathode (evaporation source), at the same time, an argon gas atmosphere apparatus internal atmosphere from a nitrogen gas atmosphere gradually switched to, eventually in an argon gas atmosphere of 0.5 Pa, and by passing a 120A current to generate arc discharge between the cathode (evaporation source) and the anode electrode of said one table 3, the target composition shown in Table 4, by depositing form Al-Cr alloy layer of target average layer thickness as the surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。 The present invention The present invention surface coating indexable as coated tool (hereinafter, the present invention coated chip say) 1 to 16 were prepared, respectively.

上記実施例1の(a)、(b)により工具基体表面のボンバード洗浄を終了したものについて、 Of the Example 1 (a), for those completing the bombardment cleaning of the tool substrate surface by (b),
(e)装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して4Paの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−100Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、上記二つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に同時に120Aの電流を流してアーク放電を同時に発生させ、前記工具基体の表面に、表5、表6に示される目標組成、目標平均層厚の組成変調(Al,Cr)N層を蒸着形成した後、 (E) introducing a nitrogen gas as a reaction gas into the apparatus together with a reactive atmosphere of 4 Pa, and applying a DC bias voltage of -100V to the tool substrate that rotates while rotating on the rotary table, and the two- One of the cathode electrode (vapor source) at the same time to generate arc discharge at the same time passing a 120A current between the anode electrode, the surface of the tool substrate, Table 5, target composition, target average layer thickness shown in Table 6 modulation of the composition (Al, Cr) after the N layer was vapor deposited,
(f)前記二つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させつつ、同時に、装置内雰囲気を窒素ガス雰囲気からアルゴンガス雰囲気へと徐々に切り替え、最終的には0.5Paのアルゴンガス雰囲気中で、上記二つのカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表5、表6に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 While continuing the arc discharge between the (f) the two cathode electrodes (the evaporation source) and an anode electrode, at the same time, gradually switched equipment internal atmosphere from a nitrogen gas atmosphere to an argon gas atmosphere, and finally 0 in an argon gas atmosphere .5Pa, the two cathode (evaporation source) and by passing a 120A current to generate arc discharge between the anode electrode, the target composition shown in Table 5, Table 6, the target by vapor deposited Al-Cr alloy layer having an average layer thickness as the surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆スローアウエイチップ(以下、本発明被覆チップと云う)21〜36をそれぞれ製造した。 The present invention The present invention surface coating indexable as coated tool (hereinafter, the present invention coated chip say) 21 to 36 were prepared, respectively.

比較例1 Comparative Example 1

また、比較の目的で、これら工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図2に示される一つのカソード電極(蒸発源)を備えたアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極(蒸発源)として種々の組成をもったAl−Cr合金を装着し、まず、装置内を排気して0.1Pa以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を500℃に加熱した後、前記工具基体に−1000Vの直流バイアス電圧を印加し、かつ、カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に100Aの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して3Paの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加す For the purpose of comparison, these tool substrate A-1 to A-10 and B-1 to B-6, it was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, a cathode electrode, respectively shown in Figure 2 was charged into the arc ion plating apparatus having a (evaporation source), the Al-Cr alloy having various compositions as a cathode electrode (vapor source) mounted, firstly, 0.1 Pa or less to exhaust the inside of the apparatus while retaining the vacuum, after heating the inside of the apparatus to 500 ° C. by the heater, applying a DC bias voltage of -1000V to said tool substrate, and the cathode electrode (vapor source) and 100A between the anode electrode by applying a current to generate an arc discharge, with has a tool substrate surface was washed bombardment, the then introducing nitrogen gas as a reaction gas into the apparatus and reaction atmosphere of 3 Pa, be applied to the tool substrate バイアス電圧を−100Vに下げて、前記カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体A−1〜A−10およびB−1〜B−6のそれぞれの表面に、表7、表8に示される目標均一組成および目標平均層厚の(Al,Cr)N層を下部層として蒸着形成し、さらに、前記カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間のアーク放電を継続させつつ、同時に、装置内雰囲気を窒素ガス雰囲気からアルゴンガス雰囲気へと徐々に切り替え、最終的には0.5Paのアルゴンガス雰囲気中で、上記カソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に120Aの電流を流してアーク放電を発生させて、表7、表8に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成すること Lowering the bias voltage to -100 V, the cathode electrode (vapor source) and to generate arc discharge between the anode electrode, with the tool substrate A-1 to A-10 and B-1 to B-6, respectively of on the surface of the table 7, the target homogeneous composition and target average layer thickness shown in Table 8 (Al, Cr) N-layer was vapor deposited as the lower layer, further, the cathode electrode (vapor source) and the anode electrode while continuing the arc discharge between, at the same time, the apparatus internal atmosphere is gradually switched to the argon gas atmosphere of nitrogen gas atmosphere, eventually in an argon gas atmosphere 0.5 Pa, the cathode (evaporation source) and and by passing a 120A current to generate arc discharge between the anode electrode, Table 7, depositing forming target composition shown in Table 8, Al-Cr alloy layer of target average layer thickness as the surface layer より、 More,
比較被覆工具としての比較表面被覆スローアウエイチップ(以下、比較被覆チップと云う)1〜16をそれぞれ製造した。 Comparative surface-coated throw-away tip as a comparative coated tool (hereinafter, comparative coated chip referred to as) was prepared respectively from 1 to 16.

つぎに、上記の各種の被覆チップを、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、本発明被覆チップ1〜16、21〜36および比較被覆チップ1〜16について、 Next, the various coating chips, in a state where both the set screw in fixture to the tip of the tool steel bytes, the present invention coated chip 1~16,21~36 and comparative coated chips 1-16 about,
被削材:JIS・S55Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、 Workpiece: JIS · S55C length direction at equal intervals of four longitudinal grooves containing round bar,
切削速度: 340 m/min. Cutting speed: 340 m / min. ,
切り込み: 1.2 mm、 Cut: 1.2 mm,
送り: 0.40 mm/rev. Feed: 0.40 mm / rev. ,
切削時間: 5 分、 Cutting time: 5 minutes,
の条件(切削条件A)での炭素鋼の乾式高速高送り断続切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、200m/min.、0.25mm/rev.)、 Dry high-speed high feed interrupted cuts test carbon steel in the conditions (cutting conditions A) (normal cutting speed and feed, respectively, 200m / min., 0.25mm / rev.),
被削材:JIS・SCM440の丸棒、 Workpiece: JIS · SCM440 round bar,
切削速度: 360 m/min. Cutting speed: 360 m / min. ,
切り込み: 1.5 mm、 Cut: 1.5 mm,
送り: 0.35 mm/rev. Feed: 0.35 mm / rev. ,
切削時間: 10 分、 Cutting Time: 10 minutes,
の条件(切削条件B)での合金鋼の乾式高速高送り連続切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、250m/min.、0.25mm/rev.)、 Dry high-speed high feed continuous cutting test under the conditions (cutting conditions B) alloy steel (normal cutting speed and feed, respectively, 250m / min., 0.25mm / rev.),
被削材:JIS・FC250の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、 Workpiece: JIS · FC250 length direction at equal intervals of four longitudinal grooves containing round bar,
切削速度: 350 m/min. Cutting speed: 350 m / min. ,
切り込み: 1.5 mm、 Cut: 1.5 mm,
送り: 0.35 mm/rev. Feed: 0.35 mm / rev. ,
切削時間: 5 分、 Cutting time: 5 minutes,
の条件(切削条件C)での鋳鉄の乾式高速高送り断続切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、220m/min.、0.25 mm/rev.)、 Dry high-speed high feed interrupted cuts tests cast iron under the conditions (cutting conditions C) (normal cutting speed and feed, respectively, 220m / min., 0.25 mm / rev.),
を行い、いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。 It was carried out to measure the flank wear width of the cutting edge in any of the cutting test. この測定結果を表9に示した。 The measurement results are shown in Table 9.

原料粉末として、平均粒径:5.5μmを有する中粗粒WC粉末、同0.8μmの微粒WC粉末、同1.3μmのTaC粉末、同1.2μmのNbC粉末、同1.2μmのZrC粉末、同2.3μmのCr 粉末、同1.5μmのVC粉末、同1.0μmの(Ti,W)C[質量比で、TiC/WC=50/50]粉末、および同1.8μmのCo粉末を用意し、これら原料粉末をそれぞれ表10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、100MPaの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、6Paの真空雰囲気中、7℃/分の昇温速度で1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に昇温し、この温度に1時間保持後、炉冷の条件で焼 As the raw material powder having an average particle diameter coarse WC powder in with 5.5 [mu] m, the 0.8μm of fine WC powder, TaC powder of the 1.3 .mu.m, the 1.2 [mu] m of NbC powder, the same 1.2 [mu] m ZrC powder, Cr 3 C 2 powder in the same 2.3 .mu.m, VC powder of the same 1.5 [mu] m, [in mass ratio, TiC / WC = 50/50 ] (Ti, W) C in the 1.0μm powder, and the 1 prepared Co powder .8Myuemu, formulated into formulation compositions shown these raw material powders in tables 10, in addition to wax and mixed for 24 hours ball milling in acetone, dried under reduced pressure, a predetermined shape at a pressure of 100MPa the press-molded into various green compact, these green compacts in a vacuum atmosphere of of 6 Pa, the temperature was raised to a predetermined temperature in the range of 1,370-1,470 ° C. at a heating rate of 7 ° C. / min, the after a 1 hour hold time at temperature, baked under the conditions of the furnace cold して、直径が8mm、13mm、および26mmの3種の工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、表10に示される組合せで、切刃部の直径×長さがそれぞれ6mm×13mm、10mm×22mm、および20mm×45mmの寸法、並びにいずれもねじれ角30度の4枚刃スクエア形状をもったWC基超硬合金製の工具基体(エンドミル)C−1〜C−8をそれぞれ製造した。 To, 8 mm in diameter, 13 mm, and 26mm to form a three tool substrate forming round rod sintered body, the further three round bar sintered body of said at grinding, shown in Table 10 in combinations, the cutting edge diameter × length 6 mm × 13 mm, respectively, 10 mm × 22 mm, and the dimensions of 20 mm × 45 mm, as well as WC-based cemented carbide both with a 4 flute square shape of the twist angle of 30 degrees Made in the tool base body (end mill) C-1 through C-8 were prepared, respectively.

ついで、これらの工具基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表11に示される目標組成および目標平均層厚の交互積層(Al,Cr)N層を下部層として、また、同じく表11に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 Then, these tool substrate (end mill) surface of the C-1 through C-8 was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, also charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1, the above-described example 1 under the same conditions as the target composition shown in tables 11 and target average layer thickness of the alternate lamination (Al, Cr) N-layer as a lower layer, target composition, target average layer thickness also shown in Table 11 by the Al-Cr alloy layer vapor deposited as a surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 The present invention surface coating cemented carbide end mills of the present invention coated tool (hereinafter, the present invention refers to the coating end mill) 1-8 were prepared, respectively.

また、上記の工具基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例2と同一の条件で、表12に示される目標組成および目標平均層厚の組成変調(Al,Cr)N層を下部層として蒸着形成し、また、同じく表12に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 Further, the surface of the tool base body (end mill) C-1 through C-8 was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, also charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1, the above-described example 2 under the same conditions as the target composition and target average layer thickness of the compositionally modulated shown in Table 12 (Al, Cr) N-layer was vapor deposited as the lower layer, likewise the target composition shown in Table 12, the target by vapor deposited Al-Cr alloy layer having an average layer thickness as the surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル(以下、本発明被覆エンドミルと云う)11〜18をそれぞれ製造した。 The present invention surface coating cemented carbide end mills of the present invention coated tool (hereinafter, the present invention refers to the coating end mill) 11 to 18 were prepared, respectively.

比較例2 Comparative Example 2

比較の目的で、上記の工具基体(エンドミル)C−1〜C−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示される一つのカソード電極(蒸発源)を備えたアークイオンプレーティング装置に装入し、上記比較例1と同一の条件で、表13に示される目標均一組成および目標平均層厚の(Al,Cr)N層を下部層として蒸着形成し、さらに、表13に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着することにより、 For comparison purposes, the surface of the tool base body (end mill) C-1 through C-8 was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, one of the cathode electrode (vapor source) similarly shown in FIG. 2 It was charged into the arc ion plating apparatus having, under the same conditions as the Comparative example 1, was deposited forming target uniform composition and a target average layer thickness shown in Table 13 (Al, Cr) N-layer as a lower layer further, the target composition shown in Table 13, by depositing Al-Cr alloy layer of target average layer thickness as the surface layer,
比較被覆工具としての比較表面被覆超硬製エンドミル(以下、比較被覆エンドミルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 Comparative surface-coated cemented carbide end mills of the comparison coated tool (hereinafter, comparative coated end mill referred to) were prepared respectively 1-8.

つぎに、上記本発明被覆エンドミル1〜8、11〜18および比較被覆エンドミル1〜8のうち、 Then, among the present invention coated end mills 1~8,11~18 and comparative coated end mills 1-8,
本発明被覆エンドミル1〜3、11〜13および比較被覆エンドミル1〜3については、 The present invention coated end mills 1~3,11~13 and comparative coating end mill 1-3,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · S55C,
切削速度: 120 m/min. Cutting speed: 120 m / min. ,
溝深さ(切り込み): 5 mm、 Groove depth (cut): 5 mm,
テーブル送り: 550 mm/分、 Table feed: 550 mm / min,
の条件での炭素鋼の乾式高速高送り溝切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、80m/min.、400mm/分)、 Dry high-speed high feed groove cutting test of carbon steel in the conditions (normal cutting speed and feed, respectively, 80m / min., 400mm / min),
本発明被覆エンドミル4〜6、14〜16および比較被覆エンドミル4〜6については、 The present invention coated end mills 4~6,14~16 and comparative coating end mill 4 to 6,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · SCM440,
切削速度: 140 m/min. Cutting speed: 140 m / min. ,
溝深さ(切り込み): 8 mm、 Groove depth (cut): 8 mm,
テーブル送り: 600 mm/分、 Table feed: 600 mm / min,
の条件での合金鋼の乾式高速高送り溝切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、90m/min.、450mm/分)、 Dry high-speed high feed groove cutting test of an alloy steel was performed under the following conditions (normal cutting speed and feed, respectively, 90m / min., 450mm / min),
本発明被覆エンドミル7、8、17、18および比較被覆エンドミル7、8については、 The present invention coated end mills 7,8,17,18 and Comparative coating end mill 7 and 8,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・FC250の板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · FC250,
切削速度: 140 m/min. Cutting speed: 140 m / min. ,
溝深さ(切り込み): 16 mm、 Groove depth (cut): 16 mm,
テーブル送り: 450 mm/分、 Table feed: 450 mm / min,
の条件での鋳鉄の乾式高速高送り溝切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、80m/min.、300mm/分)、 Dry high-speed high feed groove cutting tests cast iron under the conditions of (normal cutting speed and feed, respectively, 80m / min., 300mm / min),
をそれぞれ行い、いずれの高速高送り溝切削加工試験でも切刃部の外周刃の逃げ面摩耗幅が使用寿命の目安とされる0.1mmに至るまでの切削溝長を測定した。 Performed respectively, were measured cutting groove length up to 0.1mm to flank wear width of the peripheral cutting edge of the cutting edge is a measure of the service life in any high-speed, high feed groove cutting test. この測定結果を表11〜13にそれぞれ示した。 The measurement results are shown in Tables 11-13.

上記の実施例3で製造した直径が8mm(工具基体C−1〜C−3形成用)、13mm(工具基体C−4〜C−6形成用)、および26mm(工具基体C−7、C−8形成用)の3種の丸棒焼結体を用い、この3種の丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ4mm×13mm(工具基体D−1〜D−3)、8mm×22mm(工具基体D−4〜D−6)、および16mm×45mm(工具基体D−7、D−8)の寸法、並びにいずれもねじれ角30度の2枚刃形状をもったWC基超硬合金製の工具基体(ドリル)D−1〜D−8をそれぞれ製造した。 Prepared in Example 3 above diameter 8 mm (for tool substrate C-1 through C-3 form), 13 mm (for tool substrate C-4~C-6 form), and 26 mm (tool substrate C-7, C with three round bar sintered body -8 for formation), from the three round bar sintered at grinding, diameter × length of the groove forming portions respectively 4 mm × 13 mm (tool substrate D -1~D-3), 8mm × 22mm (tool substrate D-4~D-6), and 16 mm × 45 mm (tool substrate D-7, the dimensions of D-8), as well as any twist angle of 30 degrees 2 single blade shape with a WC-based cemented carbide tool substrate (drill) D-1~D-8 were prepared, respectively.

ついで、これらの工具基体(ドリル)D−1〜D−8の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例1と同一の条件で、表14に示される目標組成および目標平均層厚の交互積層(Al,Cr)N層を下部層として蒸着形成し、また、同じく表14に示される目標組成、目標層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 Then, the cutting edge of these tool substrate (drill) D-1~D-8, subjected to honing, ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, also in the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1 was charged, under the same conditions as described above in example 1, a target composition shown in Table 14 and the target average layer thickness of the alternate lamination (Al, Cr) N-layer was vapor deposited as the lower layer, again in Table 14 target composition represented, by depositing form Al-Cr alloy layer at the target layer thickness as a surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 The present invention surface coating cemented carbide drills of the present invention coated tool (hereinafter, the present invention refers to the coating drills) 1-8 were prepared, respectively.

また、上記の工具基体(ドリル)D−1〜D−8の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図1に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記実施例2と同一の条件で、表15に示される目標組成および目標平均層厚の組成変調(Al,Cr)N層を下部層として蒸着形成し、また、同じく表15に示される目標組成、目標平均層厚のAl−Cr合金層を表面層として蒸着形成することにより、 Further, the surface of the tool base body (drills) D-1~D-8 was subjected to ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, also charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1, the above-described example 2 under the same conditions as the target composition shown in tables 15 and target average layer thickness of the compositionally modulated (Al, Cr) N-layer was vapor deposited as the lower layer, likewise the target composition shown in Table 15, the target by vapor deposited Al-Cr alloy layer having an average layer thickness as the surface layer,
本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル(以下、本発明被覆ドリルと云う)11〜18をそれぞれ製造した。 The present invention surface coating cemented carbide drills of the present invention coated tool (hereinafter, the present invention refers to the coating drill) 11 to 18 were prepared, respectively.

比較例3 Comparative Example 3

比較の目的で、上記の工具基体(ドリル)D−1〜D−8の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図2に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、上記比較例1と同一の条件で、表16に示される目標均一組成および目標平均層厚を有する(Al,Cr)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、 For purposes of comparison, the surface of the tool base body (drills) D-1~D-8, subjected to honing, ultrasonic cleaning in acetone, in a dry state, arc ion plating similarly shown in FIG. 2 It was charged to the apparatus, under the same conditions as the Comparative example 1, by depositing form a hard coating layer consisting of having the target uniform composition and target average layer thickness shown in Table 16 (Al, Cr) N layer,
比較被覆工具としての比較表面被覆超硬製ドリル(以下、比較被覆ドリルと云う)1〜8をそれぞれ製造した。 Comparative surface-coated cemented carbide drills of the comparative coated tool (hereinafter, compared referred to as coated drill) to produce respectively 1-8.

つぎに、上記本発明被覆ドリル1〜8、11〜18および比較被覆ドリル1〜8のうち、本発明被覆ドリル1〜3、11〜13および比較被覆ドリル1〜3については、 Then, among the present invention coated drill 1~8,11~18 and comparative coated drill 1-8, the present invention coated drill 1~3,11~13 and comparative coating Drill 1-3,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S55Cの板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · S55C,
切削速度: 150 m/min. Cutting speed: 150 m / min. ,
送り: 0.25 mm/rev、 Feed: 0.25 mm / rev,
穴深さ: 8 mm、 Hole depth: 8 mm,
の条件での炭素鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、100m/min.、0.15mm/rev)、 Wet high-speed high feed drilling cutting test of carbon steel in the conditions (normal cutting speed and feed, respectively, 100m / min., 0.15mm / rev),
本発明被覆ドリル4〜6、14〜16および比較被覆ドリル4〜6については、 The present invention coated drill 4~6,14~16 and comparative coating Drill 4-6,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SCM440の板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · SCM440,
切削速度: 120 m/min. Cutting speed: 120 m / min. ,
送り: 0.40 mm/rev、 Feed: 0.40 mm / rev,
穴深さ: 15 mm、 Hole depth: 15 mm,
の条件での合金鋼の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、80m/min.、0.25mm/rev)、 Wet high-speed high feed drilling cutting test under the conditions of alloy steel (normal cutting speed and feed, respectively, 80m / min., 0.25mm / rev),
本発明被覆ドリル7、8、17、18および比較被覆ドリル7、8については、 The present invention coated drill 7,8,17,18 and Comparative coating drills 7 and 8,
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・FC250の板材、 Workpiece - planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50mm plate material JIS · FC250,
切削速度: 120 m/min. Cutting speed: 120 m / min. ,
送り: 0.35 mm/rev、 Feed: 0.35 mm / rev,
穴深さ: 28 mm、 Hole depth: 28 mm,
の条件での鋳鉄の湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、60m/min.、0.25mm/rev)、 Wet high-speed high feed drilling cutting test of cast iron in the condition (normal cutting speed and feed, respectively, 60m / min., 0.25mm / rev),
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速高送り穴あけ切削加工試験(水溶性切削油使用)でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が0.3mmに至るまでの穴あけ加工数を測定した。 It was carried out, respectively, flank wear width of the end cutting surfaces either wet high-speed high feed drilling cutting test (water-soluble cutting oil used) was measured drilling number of up to 0.3 mm. この測定結果を表14〜16にそれぞれ示した。 The measurement results are shown in Tables 14-16.

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ1〜16、21〜36、本発明被覆エンドミル1〜8、11〜18および本発明被覆ドリル1〜8、11〜18の硬質被覆層の下部層を構成する(Al,Cr)N層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ1〜16、比較被覆エンドミル1〜8、および比較被覆ドリル1〜8の(Al,Cr)N層の組成、さらに、上記本発明被覆工具および上記比較被覆工具の表面層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散X線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。 The resulting invention coated tool as the present invention coated chip 1~16,21~36, the present invention hard layer of the coated end mill 1~8,11~18 and invention coated drill 1~8,11~18 constituting the lower layer of the (Al, Cr) N composition layer, as well, compared coated chip 1 to 16 as comparative coated tools, compare coated end mills 1-8, and the comparative coating drill 1-8 (Al, Cr) the composition of the N layer, further, the composition of the present invention coated tool and the surface layer of the comparative coated tool, transmission electron where microscope was measured by energy dispersive X-ray analysis of using, in each target composition substantially It showed the same composition.

また、上記本発明被覆工具および上記比較被覆工具の(Al,Cr)N層およびAl−Cr合金層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて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値(5ヶ所の平均値)を示した。 Further, the present invention coated tool and of the comparison coated tools (Al, Cr) N layer and Al-Cr average layer thickness of the alloy layer with a scanning electron microscope was sectional measured, both the target layer thickness and substantially manner showed the same average value (average value of five points).

表9、表11〜16に示される結果から、本発明被覆工具は、軟鋼やステンレス鋼のような溶着性の高い被削材を、高い発熱を伴うとともに、切刃部に対して大きな機械的負荷がかかる高速高送り切削条件での切削加工に用いた場合でも、層の層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造を有する(Al,Cr)N層からなる下部層(具体的には、例えば、交互積層(Al,Cr)N層からなる下部層あるいは組成変調(Al,Cr)N層からなる下部層)が、すぐれた高温硬さ、耐熱性および高温強度を有し、かつ、Al−Cr合金層からなる表面層が、すぐれた熱伝導性・熱放散性を備えることによって、硬質被覆層が過熱されることを防止し、偏摩耗、熱塑性変形の発生を抑えることによって、チッピングの発生もなく、長 Table 9, the results shown in Table 11 to 16, the present invention coated tool is a high weldability, such as mild steel or stainless steel workpiece, with with a high fever, large mechanical against the cutting edge even if a load is used in the cutting in such a high speed and high feed cutting conditions, it has a concentration distribution structure that changes in a cycle definite along the thickness direction of the layer (Al, Cr) underlayer consisting of N layers (specifically thereof include, for example, it has alternately laminated (Al, Cr) underlayer or compositionally modulated consisting N layer (Al, Cr) underlayer consisting of N layers), excellent high-temperature hardness, heat resistance and high temperature strength and a surface layer made of Al-Cr alloy layer, by providing a good thermal conductivity and heat dissipation property prevents the hard coating layer is overheated, uneven wear, possible to suppress the generation of heat plastic deformation by, without chipping, long に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、下部層が均一組成の(Al,Cr)N層で構成された比較被覆工具においては、いずれも高速高送り切削時に発生する高熱によって、偏摩耗あるいは熱塑性変形を生じ、また、切刃部に加わる大きな機械的負荷により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。 Whereas exhibits excellent wear resistance over by high fever lower layer in the comparative coated tool made of a (Al, Cr) N layer of uniform composition, both generated during high-speed high feed cutting results in uneven wear or thermal plastic deformation, also chipping occurs due to a large mechanical load on the cutting edge, it is clear that lead to a relatively short time service life.

上述のように、この発明の被覆工具は、一般鋼や普通鋳鉄など通常条件での切削加工は勿論のこと、高い熱発生を伴い、かつ大きな機械的負荷がかかる高速高送り切削加工においても、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のFA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。 As mentioned above, coated tool of the present invention, cutting under normal conditions and general steel and ordinary cast iron, of course, accompanied by high heat generation, and also in high-speed and high feed cutting a large mechanical load is applied, since it shows a superior cutting performance over a long period of time, FA of the cutting device, as well as labor saving of cutting and energy saving, but can respond to satisfactory further cost reduction.

この発明の硬質被覆層を形成するのに用いた、異なるCr含有割合のAl−Cr合金からなる二つのカソード電極を備えたアークイオンプレーティング装置の概略平面図である。 Used for forming the hard coating layer of the present invention, it is a schematic plan view of an arc ion plating apparatus provided with two cathode electrode made of Al-Cr alloy with different Cr content. 一つのカソード電極を備えたアークイオンプレーティング装置の概略説明図である。 It is a schematic illustration of an arc ion plating apparatus having a single cathode electrode.

Claims (5)

  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、 The configured tool substrate surface tungsten carbide based cemented carbide or titanium carbonitride based cermet,
    (a)蒸着形成された2〜10μmの平均層厚を有するAlとCrの複合窒化物層であって、該層の構成成分であるAlおよびCrの含有割合が、該層の層厚方向に沿って定まった周期で変化する濃度分布構造を有するAlとCrの複合窒化物層からなる下部層、 A composite nitride layer of Al and Cr with an average layer thickness of 2~10μm which is (a) vapor deposited, the content of Al and Cr is the layer of constituents, the said layer of layer thickness direction lower layer made of a composite nitride layer of Al and Cr having a concentration distribution structure that changes in accordance with predetermined cycles,
    (b)上記AlとCrの複合窒化物層からなる下部層の表面に設けられ、0.3〜1μmの平均層厚を有する蒸着形成されたAlとCrの合金層からなる表面層、 (B) the Al and provided on the surface of the lower layer made of a composite nitride layer of Cr, a surface layer formed of an alloy layer of the deposition formed Al and Cr having an average layer thickness of 0.3~1Myuemu,
    上記(a)、(b)で構成された硬質被覆層を備えた表面被覆切削工具。 Above (a), the surface-coated cutting tool having a hard coating layer formed of (b).
  2. 請求項1記載の表面被覆切削工具において、 In the surface-coated cutting tool according to claim 1,
    AlとCrの複合窒化物層からなる下部層は、Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層と、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層との、交互積層構造として構成されていることを特徴とする請求項1記載の表面被覆切削工具。 Lower layer made of a composite nitride layer of Al and Cr is the composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr, a composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr, alternate stacked structure surface-coated cutting tool according to claim 1, characterized in that it is constructed as a.
  3. 請求項2記載の表面被覆切削工具において、 In the surface-coated cutting tool according to claim 2,
    Cr含有割合が少ないAlとCrの複合窒化物薄層を、 The composite nitride thin-layer of Cr content is less Al and Cr,
    組成式:(Al 1−X Cr )N Composition formula: (Al 1-X Cr X ) N
    で表した場合、Xの値は、原子比で、0.15≦X≦0.25を満足し、 When expressed, the value of X is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ X ≦ 0.25,
    また、Cr含有割合が多いAlとCrの複合窒化物薄層を、 Further, a composite nitride thin-layer of Cr content is larger Al and Cr,
    組成式:(Al 1−Y Cr )N Composition formula: (Al 1-Y Cr Y ) N
    で表した場合、Yの値は、原子比で、0.35≦Y≦0.45を満足する、 When expressed, the value of Y is the atomic ratio satisfies 0.35 ≦ Y ≦ 0.45,
    ことを特徴とする請求項2記載の表面被覆切削工具。 Surface-coated cutting tool according to claim 2, wherein a.
  4. 請求項1記載の表面被覆切削工具において、 In the surface-coated cutting tool according to claim 1,
    AlとCrの複合窒化物層からなる下部層は、層厚方向に沿って、Al最高含有点とAl最低含有点とが所定間隔をおいて交互に繰り返し存在し、かつ前記Al最高含有点から前記Al最低含有点、前記Al最低含有点から前記Al最高含有点へAlおよびCrの含有割合がそれぞれ連続的に変化する成分濃度分布構造を有することを特徴とする請求項1記載の表面被覆切削工具。 Lower layer of Al and a composite nitride layer of Cr along the thickness direction, repeatedly alternate presence Al and the highest content point and Al lowest content point at a predetermined distance, and from the Al highest content point the Al lowest content point, the surface-coated cutting according to claim 1, characterized by having the Al minimum from said containing point Al highest to contain points Al and Cr component concentration distribution structure content varies each successive of tool.
  5. 請求項4記載の表面被覆切削工具において、 In the surface-coated cutting tool according to claim 4,
    Al最高含有点のAlとCrの複合窒化物層を、 The composite nitride layer of Al up containing points Al and Cr,
    組成式:(Al 1−α Cr α )N Composition formula: (Al 1-α Cr α ) N
    で表した場合、αの値は、原子比で、0.15≦α≦0.25を満足し、 When expressed, the value of alpha is the atomic ratio, satisfy 0.15 ≦ α ≦ 0.25,
    また、上記Al最低含有点のAlとCrの複合窒化物層を、 Further, a composite nitride layer of Al and Cr in the Al lowest containing points,
    組成式:(Al 1−β Cr β )N Composition formula: (Al 1-β Cr β ) N
    で表した場合、βの値は、原子比で、0.35≦β≦0.45を満足する、 When expressed, the value of beta is in atomic ratio, satisfies 0.35 ≦ β ≦ 0.45,
    ことを特徴とする請求項4記載の表面被覆切削工具。 Surface-coated cutting tool according to claim 4, wherein a.
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