JP5783462B2 - Surface coated cutting tool - Google Patents

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Description

本発明は、表面被覆切削工具(以下、被覆工具という)に関し、さらに詳しくは、例えば、チタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼などの難削材を、高熱発生を伴うとともに切刃部への衝撃性および溶着性が著しい高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性と耐摩耗性を発揮する被覆工具に関するものである。   The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool). More specifically, for example, a difficult-to-cut material such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel is generated with high heat generation and applied to a cutting edge portion. The present invention relates to a coated tool that exhibits excellent heat resistance and wear resistance with a hard coating layer when it is machined under high-speed cutting conditions with remarkable impact and weldability.

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インサート、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、またインサートを着脱自在に取り付けて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。   In general, coated tools are used for turning and planing of work materials such as various types of steel and cast iron, inserts that can be used detachably attached to the tip of a cutting tool, drilling processing of work materials, etc. There are drills, miniature drills, solid type end mills used for chamfering, grooving, shoulder processing, etc. of the work material, etc. Also, inserts are detachably attached and cutting is performed in the same way as solid type end mills Throwaway end mill tools are known.

また、従来被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、Zrの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層とAlの炭化物、窒化物又は炭窒化物からなる層とを交互積層した硬質被覆層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるZrの炭化物、窒化物又は炭窒化物は母材との付着強度を高めるとともに、硬質被覆層の硬度を高める。また、Alの炭化物、窒化物又は炭窒化物は硬質被覆層の耐欠損性を改善し、同時にZrの炭化物、窒化物又は炭窒化物の層中に固溶することによって結晶粒を微細化させる。したがって、積層されたこれらの層の相乗的な作用によって、硬質被覆層全体としての耐摩耗性、耐溶着性、耐欠損性が改善されることも知られている(例えば、特許文献1参照)。   Further, as a conventional coated tool, for example, a hard coating layer in which a layer made of a carbide, nitride or carbonitride of Zr and a layer made of Al carbide, nitride or carbonitride are alternately laminated on the surface of the tool base. A coating tool provided with Zr is also known, and in particular, Zr carbide, nitride or carbonitride, which is a constituent component, increases the adhesion strength with the base material and increases the hardness of the hard coating layer. Further, Al carbide, nitride or carbonitride improves the fracture resistance of the hard coating layer, and at the same time makes the crystal grains finer by dissolving in the Zr carbide, nitride or carbonitride layer. . Therefore, it is also known that the wear resistance, welding resistance, and fracture resistance of the hard coating layer as a whole are improved by the synergistic action of these laminated layers (see, for example, Patent Document 1). .

さらに、別の従来被覆工具として、工具基体表面に(Al,Ti,M)N層からなる硬質被覆層を蒸着したことによって、耐摩耗性、耐欠損性を改善させたものもしられているが、このような硬質被覆層は、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(AIP装置)に工具基体を装入し、装置内を、例えば、500℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、Al−Ti−M合金と、アノード電極との間に、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、前記工具基体には、例えば、−100Vのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体表面に(Al,Ti,M)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(例えば、特許文献2参照)。   In addition, as another conventional coated tool, a hard coating layer composed of an (Al, Ti, M) N layer is vapor-deposited on the surface of the tool base, thereby improving the wear resistance and fracture resistance. Such a hard coating layer is obtained, for example, by inserting a tool base into an arc ion plating apparatus (AIP apparatus) which is one type of physical vapor deposition apparatus shown schematically in FIG. In a state heated to a temperature of 500 ° C., a cathode electrode in which an alloy corresponding to the composition of the hard coating layer is set, for example, an Al—Ti—M alloy, and an anode electrode, for example, current: 90 A Arc discharge is generated under the conditions, and simultaneously, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of, for example, 2 Pa. On the other hand, for example, a bias voltage of −100 V is applied to the tool base. In, it is also known to be produced by depositing the tool substrate surface (Al, Ti, M) a hard coating layer consisting of N layers (e.g., see Patent Document 2).

特開平4−17663号公報JP-A-4-17663 特許第2793773号明細書Japanese Patent No. 2793773

ところが、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、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、これを、チタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部への衝撃性および溶着性が著しい高速切削条件で切削した場合には、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになり、この結果、切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。   However, in recent years, the FA of cutting machines has been remarkable. On the other hand, there has been a strong demand for labor saving and energy saving and further cost reduction for cutting, and as a result, cutting tools have as much influence on the type of work material as possible. Versatility, that is, there is a tendency to require a cutting tool capable of cutting as many grades as possible, but in the conventional coated tool, this is a titanium alloy steel, a heat resistant alloy steel, a stainless steel, etc. There is no problem when these materials are used for cutting at normal cutting speeds. However, these materials have high heat generation, and have high impact resistance and weldability to the cutting edge. When cutting with, the work material and chips are heated to a high temperature due to the heat generated during cutting, and the viscosity increases, and as a result, the weldability to the surface of the hard coating layer further increases. Fruit, increased chipping (minute chipping) rapidly at the cutting edge, which is at present, leading to a relatively short time service life due.

そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速切削条件で切削した場合においてもすぐれた耐衝撃性、潤滑性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することである。   Therefore, the technical problem to be solved by the present invention, that is, the object of the present invention is to provide a coating that exhibits excellent impact resistance, lubricity and wear resistance even when cutting under high-speed cutting conditions with high heat generation. Is to provide a tool.

そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特にチタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼などの難削材の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐衝撃性、潤滑性および耐摩耗性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、工具基体の表面に、従来被覆工具の硬質被覆層である(Al,Ti)N層を下部層として0.5〜5μmの平均層厚で形成し、これの上に、ZrとVとの合量に占めるVの含有割合が1〜30原子%となるようにV成分を含有させたZrとVの複合窒化物層(以下、(Zr,V)N層と示す)を上部層として0.5〜5μmの平均層厚で形成すると、下部層である(Al,Ti)N層が、すぐれた耐摩耗性を示し、また、上部層の(Zr,V)N層中に含有されるZr成分が高硬度を示し、V成分が潤滑性を示すことにより、(Zr,V)N層は、すぐれた耐衝撃性、潤滑性を示し、その結果、高い発熱を伴い、かつ被削材の溶着チッピングが著しい高速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するようになる。したがって、難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても耐熱性にすぐれ、その結果、切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明を完成するに至ったものである。   In view of the above, the inventors of the present invention have a hard coating layer in particular when cutting difficult-to-cut materials such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel under high-speed cutting conditions. As a result of diligent research to develop a coated tool with excellent impact resistance, lubricity and wear resistance, the (Al, Ti) N layer, which is a hard coating layer of a conventional coated tool, is formed on the surface of the tool base. Is formed with an average layer thickness of 0.5 to 5 μm as a lower layer, and a V component is contained thereon so that the content ratio of V in the total amount of Zr and V is 1 to 30 atomic%. When a Zr and V composite nitride layer (hereinafter referred to as a (Zr, V) N layer) is formed as an upper layer with an average layer thickness of 0.5 to 5 μm, a lower (Al, Ti) N layer Shows excellent wear resistance and is contained in the (Zr, V) N layer of the upper layer. Since the r component exhibits high hardness and the V component exhibits lubricity, the (Zr, V) N layer exhibits excellent impact resistance and lubricity, resulting in high heat generation and a work material. Even when used for high-speed cutting with remarkable welding chipping, the progress of wear of the cutting edge is suppressed, and excellent wear resistance is exhibited over a long period of time. Therefore, in high-speed cutting of difficult-to-cut materials, even if the cutting edge becomes hot, it has excellent heat resistance. As a result, the occurrence of chipping (small chipping) in the cutting edge is suppressed, and it has been excellent over a long period of time. The inventors have obtained new knowledge that wear resistance is exhibited, and have completed the present invention based on such knowledge.

さらに、工具基体の表面に、一層平均層厚0.01〜0.1μmの(Al,Ti)N薄層を蒸着形成し、この上に、ZrとVとの合量に占めるVの含有割合が1〜30原子%となるようにV成分を含有させたZrとVの複合窒化物層(以下、(Zr,V)N層と示す)からなる一層平均層厚0.01〜0.1μmの(Zr,V)N薄層を蒸着形成し、さらに、前記(Al,Ti)N薄層と、前記(Zr,V)N薄層を交互に形成し、1〜5μmの合計平均層厚で交互積層構造からなる硬質被覆層を構成すると、(Al,Ti)N薄層はすぐれた高温硬さ、高温強度、耐熱性、耐摩耗性を示し、また、これと交互に積層形成される(Zr,V)N薄層はすぐれた耐衝撃性および潤滑性を示し、特に、(Zr,V)N薄層中に含有されるV成分によって、(Zr,V)N薄層の潤滑性が向上することから、高熱発生を伴う切削加工においても、(Zr,V)N薄層のすぐれた耐溶着性は維持されることを見出した。   Furthermore, a (Al, Ti) N thin layer having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm is vapor-deposited on the surface of the tool base, and the content ratio of V in the total amount of Zr and V is further formed thereon. Average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm consisting of a composite nitride layer of Zr and V (hereinafter referred to as a (Zr, V) N layer) containing V component so that is 1 to 30 atomic%. The (Zr, V) N thin layer is vapor-deposited, and the (Al, Ti) N thin layer and the (Zr, V) N thin layer are alternately formed to have a total average layer thickness of 1 to 5 μm. (Al, Ti) N thin layers exhibit excellent high-temperature hardness, high-temperature strength, heat resistance, and wear resistance, and are alternately laminated. The (Zr, V) N thin layer exhibits excellent impact resistance and lubricity, and in particular due to the V component contained in the (Zr, V) N thin layer. In addition, since the lubricity of the (Zr, V) N thin layer is improved, it has been found that the excellent welding resistance of the (Zr, V) N thin layer is maintained even in the cutting process with high heat generation. .

したがって、チタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工において、切刃部が高温になったとしても、(Al,Ti)N薄層に不足する耐溶着性を、これと交互に積層される(Zr,V)N薄層が補完し、硬質被覆層全体としての被削材との耐摩耗性も改善され、その結果、切刃部におけるチッピング(微少欠け)の発生が防止され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性が発揮されるという新規な知見を得て、かかる知見に基づき、本発明に至ったものである。
本発明は、前記研究結果に基づいてなされたものであって、
「(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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−xTi)N(ここで、xはAlとTiの合量に占めるTiの含有割合を示し、原子比で、0.30≦x≦0.75である)を満足するAlとTiとの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Zr1−a)N(ここで、aはZrとVの合量に占めるVの含有割合を示し、原子比で、0.01≦a≦0.30である)を満足するZrとVとの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
(2) 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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−xTi)N(ここで、xはAlとTiの合量に占めるTiの含有割合を示し、原子比で、0.30≦x≦0.75である)を満足するAlとTiとの複合窒化物層からなる(Al,Ti)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Zr1−a)N(ここで、aはZrとVの合量に占めるVの含有割合を示し、原子比で、0.01≦a≦0.30である)を満足するZrとVとの複合窒化物層からなる(Zr,V)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有することを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
Therefore, in high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel, even if the cutting edge portion becomes high temperature, the (Al, Ti) N thin layer lacks the welding resistance, The (Zr, V) N thin layer laminated alternately is supplemented, and the wear resistance with the work material as the entire hard coating layer is improved, and as a result, chipping (small chipping) in the cutting edge portion is improved. The inventors have obtained new knowledge that generation is prevented and excellent wear resistance is exhibited over a long period of time, and the present invention has been achieved based on such knowledge.
The present invention has been made based on the research results,
“(1) In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is formed on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Al 1-x Ti x ) N (where x represents the content ratio of Ti in the total amount of Al and Ti, and the atomic ratio is 0.30 ≦ x ≦ 0.75) A lower layer composed of a satisfactory nitride layer of Al and Ti;
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Zr 1-a V a ) N (where a represents the content ratio of V in the total amount of Zr and V, and the atomic ratio is 0.01 ≦ a ≦ 0.30) A surface-coated cutting tool comprising a satisfactory upper layer made of a composite nitride layer of Zr and V.
(2) In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Al 1-x Ti x ) N (where x represents the content ratio of Ti in the total amount of Al and Ti, and the atomic ratio is 0.30 ≦ x ≦ 0.75) (Al, Ti) N thin layer consisting of a satisfactory nitride layer of Al and Ti,
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Zr 1-a V a ) N (where a represents the content ratio of V in the total amount of Zr and V, and the atomic ratio is 0.01 ≦ a ≦ 0.30) A (Zr, V) N thin layer consisting of a satisfactory composite layer of Zr and V,
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm. "
It is characterized by.

つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層の構成層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。   Next, the reason why the numerical values of the constituent layers of the hard coating layer of the coated tool of the present invention are limited as described above will be described.

(a)前記(1)に記載の発明における下部層ならびに前記(2)に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する(Al,Ti)N層の組成および平均層厚または一層平均膜厚:
下部層または交互積層の一方の層を構成する(Al,Ti)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を向上させ、同Ti成分には高温強度を向上させる作用があるが、Tiの含有割合を示すx値がAlとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.30未満になると、所定の高温強度を確保することができず、これが耐摩耗性低下の原因となり、一方、Tiの含有割合を示すx値が同0.75を越えると、相対的にAlの含有割合が減少し、高速切削加工で必要とされる高温硬さを確保することができず、チッピングの発生を防止することが困難になることからx値を0.30〜0.75と定めた。
(A) Composition and average layer thickness or single layer average film of (Al, Ti) N layers constituting one layer of the alternate layer in the invention described in (2) and the lower layer in the invention described in (1) Thickness:
The Al component, which is a constituent component of the (Al, Ti) N layer constituting one of the lower layer or the alternating layer, improves the high temperature hardness of the hard coating layer, and the Ti component improves the high temperature strength. However, when the x value indicating the Ti content is less than 0.30 in terms of the total amount with Al (atomic ratio, the same shall apply hereinafter), a predetermined high-temperature strength cannot be ensured, On the other hand, if the x value indicating the Ti content exceeds 0.75, the Al content decreases relatively, ensuring high-temperature hardness required for high-speed cutting. The x value is set to 0.30 to 0.75 because it is difficult to prevent chipping from occurring.

また、下部層を構成する(Al,Ti)N層の平均層厚が0.5μm未満では、自身の持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5μmを越えると、前記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。
また、交互積層の一方の層を構成する(Al,Ti)N層の一層平均層厚が0.01μm未満では、自身の持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、その一層平均層厚が0.1μmを越えると、前記高速切削では、耐溶着性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を0.01〜0.1μmと定めた。
Further, if the average layer thickness of the (Al, Ti) N layer constituting the lower layer is less than 0.5 μm, it is insufficient to exhibit the excellent wear resistance of itself for a long time, If the average layer thickness exceeds 5 μm, chipping is likely to occur at the cutting edge portion in the high-speed cutting, so the average layer thickness was set to 0.5 to 5 μm.
Further, if the average layer thickness of the (Al, Ti) N layers constituting one layer of the alternately laminated layer is less than 0.01 μm, it is not sufficient for exhibiting the excellent wear resistance of itself for a long period of time. On the other hand, if the average layer thickness exceeds 0.1 μm, the high-speed cutting reveals insufficient welding resistance, and chipping tends to occur at the cutting edge. It was determined to be 0.01 to 0.1 μm.

(c)前記(1)に記載の発明における上部層ならびに前記(2)に記載の発明における交互積層の一方の層を構成する(Zr,V)N層の組成および平均層厚または一層平均膜厚:
(Al,Ti)N層の上部層あるいは交互積層の一方の層を構成するZrとVの複合窒化物からなる(Zr,V)N層は、所定の高温硬さ、高温強度、耐熱性を有するとともに、その構成成分であるV成分によって、すぐれた潤滑性を備えるようになり、また、Zr成分によって、高硬度性を補完する。そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐熱性を発揮するようになるが、Vの含有割合を示すa値がZrとの合量に占める割合(原子比、以下同じ)で0.01未満になると、潤滑性を確保することができないために耐溶着性を期待することはできず、一方、Vの含有割合を示すa値が同0.30を越えると、相対的にZrの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる耐衝撃性を確保することができないばかりか、耐摩耗性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、a値を0.01〜0.30(原子比、以下同じ)と定めた。
(C) Composition and average layer thickness or single layer average film of the upper layer in the invention described in (1) and the (Zr, V) N layer constituting one of the alternately laminated layers in the invention described in (2) Thickness:
The (Zr, V) N layer composed of a composite nitride of Zr and V constituting the upper layer of the (Al, Ti) N layer or one of the alternately laminated layers has a predetermined high temperature hardness, high temperature strength, and heat resistance. In addition, the V component which is a constituent component provides excellent lubricity, and the Zr component supplements high hardness. Therefore, a low coefficient of friction is maintained even under high-temperature cutting conditions, and excellent heat resistance is exhibited, but the ratio of the a value indicating the V content to the total amount with Zr (atomic ratio, the same applies hereinafter) If it is less than 0.01, it is not possible to expect welding resistance since lubricity cannot be ensured. On the other hand, if the a value indicating the content ratio of V exceeds 0.30, relative In addition, the content ratio of Zr is reduced, and not only the impact resistance required for high-speed cutting of difficult-to-cut materials cannot be ensured, but also the wear resistance is lowered and it becomes difficult to prevent the occurrence of chipping. Therefore, the a value was determined to be 0.01 to 0.30 (atomic ratio, the same applies hereinafter).

また、上部層を構成する(Zr,V)N層の平均層厚が0.5μm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5μmを越えると、前記の高速切削では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を0.5〜5μmと定めた。
また、交互積層の一方の層を構成する(Zr,V)N層の一層平均層厚が0.01μm未満では、自身の持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、その一層平均層厚が0.1μmを越えると、前記高速切削では、耐摩耗性の不足が顕在化し、切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その一層平均層厚を0.01〜0.1μmと定めた。
Further, if the average layer thickness of the (Zr, V) N layer constituting the upper layer is less than 0.5 μm, it is insufficient to exhibit its excellent wear resistance over a long period of time. If the average layer thickness exceeds 5 μm, chipping is likely to occur at the cutting edge portion in the high-speed cutting, so the average layer thickness was set to 0.5 to 5 μm.
In addition, if the average layer thickness of the (Zr, V) N layers constituting one layer of the alternately laminated layer is less than 0.01 μm, it is not sufficient to exhibit the excellent wear resistance of itself for a long period of time. On the other hand, if the average layer thickness exceeds 0.1 μm, insufficient wear resistance becomes apparent in the high-speed cutting, and chipping tends to occur at the cutting edge. It was determined to be 0.01 to 0.1 μm.

そして、前記(Al,Ti)N層、(Zr,V)N層は、例えば、図1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基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、500℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のZr−V合金からなるカソード電極(蒸発源)を配置し、また、所定組成のAl−Ti合金からなるカソード電極(蒸発源)を配置し、アノード電極とカソード電極(蒸発源)との間に、例えば、電流:110A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、3Paの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−150Vのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、前記(Al,Ti)層からなる下部層と(Zr,V)N層からなる上部層の2層、あるいは、前記(Al,Ti)層と(Zr,V)N層との交互積層を蒸着することにより、本発明の硬質被覆層を蒸着形成することができる。   The (Al, Ti) N layer and (Zr, V) N layer are prepared by, for example, loading a substrate into an arc ion plating apparatus which is a kind of physical vapor deposition apparatus shown in FIG. A cathode electrode (evaporation source) made of a Zr—V alloy having a predetermined composition is placed in the apparatus while the inside of the apparatus is heated to a temperature of, for example, 500 ° C. with a heater, and an Al—Ti alloy having a predetermined composition The cathode electrode (evaporation source) is arranged, and an arc discharge is generated between the anode electrode and the cathode electrode (evaporation source), for example, under the condition of current: 110 A. Simultaneously, nitrogen gas is supplied as a reaction gas in the apparatus. For example, the reaction atmosphere is set to 3 Pa, while the substrate is vapor-deposited, for example, under the condition that a bias voltage of −150 V is applied, to form a lower layer made of the (Al, Ti) layer and (Zr , ) The hard coating layer of the present invention can be formed by vapor deposition by depositing two layers of the upper layer consisting of the N layer, or by alternately laminating the (Al, Ti) layer and the (Zr, V) N layer. it can.

本発明の被覆工具の一態様によれば、(Al,Ti)N層からなる下部層と(Zr,V)N層からなる上部層の2層構造の硬質被覆層は、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度、耐摩耗性、潤滑性、耐衝撃性を有することから、硬質被覆層は全体として、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度等に加え、すぐれた耐溶着性を備えたものとなり、その結果、特に、チタン鋼合金、耐熱合金鋼、ステンレス鋼等の難削材の大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた純潔性、耐衝撃性を示し、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。
また、本発明の被覆工具の別の態様によれば、硬質被覆層を交互積層構造から構成し、片方の層を(Al,Ti)N薄層から構成すると、すぐれた高温硬さ、高温強度を有し、あるいは、さらにすぐれた耐摩耗性を有し、また、他方の層を構成する(Zr,V)N薄層が、すぐれた耐衝撃性と潤滑性を兼ね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、高温強度等に加え、すぐれた耐摩耗性を備えたものとなり、その結果、特に、チタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、切刃への溶着性が著しい高速切削加工であっても、すぐれた耐チッピング性を示し、切刃の摩耗進行が抑制され、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
According to one aspect of the coated tool of the present invention, the hard coating layer having a two-layer structure of the lower layer made of the (Al, Ti) N layer and the upper layer made of the (Zr, V) N layer has excellent high-temperature hardness. Because it has heat resistance, high temperature strength, wear resistance, lubricity, and impact resistance, the hard coating layer as a whole has excellent welding resistance in addition to excellent high temperature hardness, heat resistance, high temperature strength, etc. As a result, especially with the high heat generation of difficult-to-cut materials such as titanium steel alloy, heat-resistant alloy steel, stainless steel, etc. It exhibits impact resistance and exhibits excellent chipping resistance and wear resistance over a long period of time.
Further, according to another aspect of the coated tool of the present invention, when the hard coating layer is composed of an alternately laminated structure and one layer is composed of an (Al, Ti) N thin layer, excellent high-temperature hardness and high-temperature strength. Or (Zr, V) N thin layer constituting the other layer has both excellent impact resistance and lubricity, so that it is hard. The coating layer as a whole has excellent high-temperature hardness, high-temperature strength, etc., as well as excellent wear resistance. As a result, especially for difficult-to-cut materials such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel. Even with high-speed cutting with significant heat generation and remarkable weldability to the cutting edge, it exhibits excellent chipping resistance, suppresses the progress of wear on the cutting edge, and has excellent wear resistance over a long period of time To demonstrate.

本発明被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いたアークイオンプレーティング装置を示し、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図である。The arc ion plating apparatus used for forming the hard coating layer which comprises this invention coated tool is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is a schematic front view. 比較被覆工具を構成する硬質被覆層を形成するのに用いた従来の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 explanatory drawing of the conventional arc ion plating apparatus used in forming the hard coating layer which comprises a comparative coating tool.

つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。   Next, the coated tool of the present invention will be specifically described with reference to examples.

原料粉末として、いずれも1〜3 μm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、ISO規格・CNMG120408のインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A−1〜A−10を形成した。 As raw material powders, WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder all having an average particle diameter of 1 to 3 μm are used. Prepared, these raw material powders were blended in the composition shown in Table 1, wet-mixed for 72 hours with a ball mill, dried, and then pressed into a green compact at a pressure of 100 MPa. Sintered in vacuum at a temperature of 1400 ° C. for 1 hour. After sintering, tool bases A-1 to A-10 made of WC-base cemented carbide with ISO standard / CNMG120408 insert shape are formed. did.

また、原料粉末として、いずれも0.5〜2 μmの平均粒径を有するTiCN(質量比で、TiC/TiN=50/50)粉末、MoC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2 kPa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、ISO規格・CNMG120408のインサート形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体B−1〜B−6を形成した。 Moreover, as raw material powders, TiCN (mass ratio, TiC / TiN = 50/50) powder, Mo 2 C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, all having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm, WC powder, Co powder, and Ni powder are prepared. These raw material powders are blended in the blending composition shown in Table 2, wet mixed by a ball mill for 24 hours, dried, and then pressed into a compact at a pressure of 100 MPa. This compact is sintered in a 2 kPa nitrogen atmosphere at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool made of TiCN-based cermet having an ISO standard / CNMG120408 insert shape Bases B-1 to B-6 were formed.

(a)ついで、前記工具基体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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極(蒸発源)を配置し、その一方には、カソード電極(蒸発源)として所定組成の上部層形成用のZr−V合金を配置し、その他方には、カソード電極(蒸発源)として所定組成の下部層形成用のAl−Ti合金を配置し、
(b)まず、装置内を排気して0.1 Pa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、
(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、かつカソード電極の前記Zr−V合金、Al−Ti合金のいずれか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、前記工具基体の表面に、表3に示される目標組成、目標層厚の下部層としての(Al,Ti)N層を0.5〜5μmの平均層厚で蒸着形成した後、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停止し、
(d)引き続いて装置内雰囲気を2Paの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極(蒸発源)であるZr−V合金電極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に示される目標組成、目標層厚の(Zr,V)N層からなる上部層を蒸着形成し、
前記(a)〜(d)により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆インサート(以下、本発明被覆インサートと云う)1〜16をそれぞれ製造した。
(A) Next, each of the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 is ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then the arc ion plating apparatus shown in FIG. It is mounted along the outer periphery at a position that is a predetermined distance in the radial direction from the central axis on the inner rotary table, and cathode electrodes (evaporation sources) are arranged on both sides facing each other across the rotary table. Has a Zr-V alloy having a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source) and an Al-Ti alloy having a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source). Place and
(B) First, the inside of the apparatus is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less, and the inside of the apparatus is heated to 500 ° C. with a heater, and then the tool base that rotates while rotating on the rotary table is −1000 V. And applying a current of 100 A between the cathode electrode and the anode electrode to generate an arc discharge, thereby bombarding the surface of the tool base,
(C) Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of 4 Pa, a DC bias voltage of −100 V is applied to the tool base that rotates while rotating on the rotary table, and Arc current is generated by flowing a current of 120 A between either the Zr-V alloy or Al-Ti alloy of the cathode electrode and the anode electrode, and the target composition and target shown in Table 3 are formed on the surface of the tool base. After the (Al, Ti) N layer as the lower layer of the layer thickness is vapor-deposited with an average layer thickness of 0.5 to 5 μm, the arc discharge between the cathode electrode (evaporation source) and the anode electrode is stopped,
(D) Subsequently, an arc discharge is generated by flowing a current of 120 A between the Zr-V alloy electrode, which is the cathode electrode (evaporation source), and the anode electrode while maintaining the atmosphere in the apparatus in a nitrogen atmosphere of 2 Pa. Then, the upper layer composed of the (Zr, V) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 3 is formed by vapor deposition.
A hard coating layer was formed by vapor deposition according to the above (a) to (d), and surface coated inserts (hereinafter referred to as the present coated inserts) 1 to 16 as the coated tools of the present invention were produced.

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)として所定組成のAl−Ti合金とZr−V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Al−Ti合金とアノード電極との間に150A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前記Al−Ti合金でボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して2Paの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−90Vに下げて、前記所定組成の各カソード電極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4に示される目標組成および目標層厚の(Al,Ti)N層で構成された従来硬質被覆層と、同じく表4に示される目標組成および目標層厚の下部層(Al,Ti)N層と目標組成および目標層厚の上部層(Zr,V)N層で構成された従来硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆インサート(以下、比較被覆インサートと云う)1〜8をそれぞれ製造した。   For comparison purposes, these tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, respectively, and the arc ion plating shown in FIG. The device is charged with Al-Ti alloy and Zr-V alloy having a predetermined composition as cathode electrodes (evaporation source). First, the device is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less with a heater. After heating the inside of the apparatus to 500 ° C., a DC bias voltage of −1000 V is applied to the tool base, and a current of 150 A is passed between the cathode electrode Al—Ti alloy and the anode electrode to generate arc discharge, Accordingly, the surface of the tool base is bombarded with the Al—Ti alloy, and then nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas to form a reaction atmosphere of 2 Pa, and a via applied to the tool base. The voltage is lowered to −90 V, and arc discharge is generated between each cathode electrode and anode electrode having the predetermined composition, whereby each of the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6. On the surface, a conventional hard coating layer composed of an (Al, Ti) N layer having a target composition and target layer thickness shown in Table 4, and a lower layer (Al, target layer thickness and target layer also shown in Table 4) Surface coating insert as a comparative coating tool (hereinafter referred to as comparative coating insert) by vapor-depositing a conventional hard coating layer composed of a Ti) N layer and an upper layer (Zr, V) N layer having a target composition and target layer thickness 1) to 8 were produced.

つぎに、前記各種の被覆インサートを、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、本発明被覆インサート1〜16および比較被覆インサート1〜8について、
被削材:JIS・SUS304(HB200)の丸棒、
切削速度: 145m/min.、
切り込み: 2.5mm、
送り: 0.2mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件A)でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、120m/min.、0.2 mm/rev.)、
被削材:Ti−6Al−4V合金(HB250)の丸棒、
切削速度: 60m/min.、
切り込み: 2 mm、
送り: 0.2mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件B)でのTi合金の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、40m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材:JIS・S45C(HB200)の丸棒、
切削速度: 190m/min.、
切り込み: 2mm、
送り: 0.4mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件C)での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、160m/min.、0.25 mm/rev.)、
を行い、いずれの高速切削加工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5、表6に示した。
Next, with the various coated inserts, all of the present invention coated inserts 1 to 16 and comparative coated inserts 1 to 8 in a state where all the tool inserts are screwed to the tip of the tool steel tool with a fixing jig.
Work material: JIS / SUS304 (HB200) round bar,
Cutting speed: 145 m / min. ,
Cutting depth: 2.5mm,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
(Continuous cutting speed and feed are 120 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively)
Work material: Ti-6Al-4V alloy (HB250) round bar,
Cutting speed: 60 m / min. ,
Incision: 2 mm,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition B) (normal cutting speed and feed are 40 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material: JIS S45C (HB200) round bar,
Cutting speed: 190 m / min. ,
Cutting depth: 2mm,
Feeding: 0.4 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of carbon steel under the following conditions (cutting condition C) (normal cutting speed and feed are 160 m / min. And 0.25 mm / rev., Respectively),
The flank wear width of the cutting edge was measured in any high-speed cutting test. The measurement results are shown in Tables 5 and 6.

実施例1と同様、いずれも1〜3 μm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粉末からなる原料粉末を、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、直径が13mmの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが10mm×22mmの寸法、並びにねじれ角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)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。 As in Example 1, all of WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co having an average particle diameter of 1 to 3 μm. A raw material powder composed of powder is blended in the blending composition shown in Table 1, wet mixed by a ball mill for 72 hours, dried, and then press-molded into a green compact at a pressure of 100 MPa. Medium temperature: Sintered at 1400 ° C. for 1 hour to form a round tool sintered body for forming a tool base having a diameter of 13 mm. Further, the round bar sintered body was cut by grinding. Manufacture of WC-base cemented carbide tool bases (end mills) A-1 to A-10 having a blade part diameter x length of 10 mm x 22 mm and a 4-blade square shape with a twist angle of 30 degrees did.

ついで、これらの工具基体(エンドミル)A−1〜A−10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、実施例1と同一の条件で、表7に示される目標組成および目標層厚の(Zr,V)N層、(Al,Ti)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、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)1〜15をそれぞれ製造した。   Then, the surfaces of these tool bases (end mills) A-1 to A-10 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. 1 by coating the hard coating layer comprising the (Zr, V) N layer and (Al, Ti) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 7 under the same conditions as in Table 1. The present invention surface-coated carbide end mills (hereinafter referred to as the present invention-coated end mills) 1 to 15 were produced.

また、比較の目的で、前記工具基体(エンドミル)A−1〜A−10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に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例1と同一の条件で、表8に示される目標組成および目標層厚の(Al,Ti)N層からなる従来硬質被覆層と、同じく表8に示される目標組成および目標層厚の下部層(Al,Ti)N層と目標組成および目標層厚の上部層(Zr,V)N層で構成された従来硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての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。   For comparison purposes, the surfaces of the tool bases (end mills) A-1 to A-10 are ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then loaded into the arc ion plating apparatus shown in FIG. Then, under the same conditions as in Example 1, the conventional hard coating layer composed of the (Al, Ti) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 8, and the target composition and target layer thickness also shown in Table 8 The conventional hard coating layer composed of a lower layer (Al, Ti) N layer and an upper layer (Zr, V) N layer having a target composition and target thickness is vapor-deposited to provide a surface-coated carbide as a comparative coating tool. End mills (hereinafter referred to as comparative coated end mills) 1 to 8 were produced.

つぎに、本発明被覆エンドミル1〜15および比較被覆エンドミル1〜8について、
被削材−平面寸法:100 mm×250 mm、厚さ:50 mmのJIS・SUS304(HB200)の板材、
切削速度: 110m/min.、
溝深さ(切り込み):15mm、
テーブル送り: 300mm/分、
の条件(切削条件D)でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、90m/min.、280mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250 mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB250)の板材、
切削速度: 60m/min.、
溝深さ(切り込み):15mm、
テーブル送り: 110mm/分、
の条件(切削条件E)でのTi合金の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、40m/min.、90mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB200)の板材、
切削速度: 220m/min.、
溝深さ(切り込み):15mm、
テーブル送り: 720mm/分、
の条件(切削条件F)での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、200m/min.、600mm/分)、
をそれぞれ行い、いずれの高速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。この測定結果を同じく表7、表8にそれぞれ示した。
Next, for the present invention coated end mills 1-15 and comparative coated end mills 1-8,
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB200) plate material,
Cutting speed: 110 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 300mm / min,
Wet high-speed grooving test of stainless steel under the following conditions (cutting condition D) (normal cutting speed and table feed are 90 m / min, 280 mm / min, respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB250) plate,
Cutting speed: 60 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 110mm / min,
Wet high-speed grooving test of Ti alloy under the conditions (cutting condition E) (normal cutting speed and table feed are 40 m / min. And 90 mm / min, respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB200) plate,
Cutting speed: 220 m / min. ,
Groove depth (cut): 15 mm,
Table feed: 720mm / min,
Wet high-speed grooving test of carbon steel under the following conditions (cutting condition F) (normal cutting speed and table feed are 200 m / min. And 600 mm / min, respectively),
In each high-speed groove cutting test, the cutting groove length was measured until the flank wear width of the outer peripheral edge of the cutting edge reached 0.1 mm, which is a guide for the service life. The measurement results are also shown in Tables 7 and 8, respectively.

実施例2で製造した直径が13mmの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ8mm×22mmの寸法、並びにねじれ角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)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。   The round bar sintered body with a diameter of 13 mm manufactured in Example 2 was used, and from this round bar sintered body, the dimensions of the groove forming part diameter × length were 8 mm × 22 mm and the twist angle by grinding. WC-base cemented carbide tool bases (drills) A-1 to A-10 having a 30-degree two-blade shape were produced, respectively.

ついで、これらの工具基体(ドリル)A−1〜A−10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、実施例1と同一の条件で、表9に示される目標組成および目標層厚の(Zr,V)N層、(Al,Ti)N層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、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)1〜15をそれぞれ製造した。   Next, the cutting edges of these tool bases (drills) A-1 to A-10 are subjected to honing, ultrasonically cleaned in acetone, and dried to the arc ion plating apparatus shown in FIG. The hard coating layer consisting of the (Zr, V) N layer and (Al, Ti) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 9 is deposited under the same conditions as in Example 1. Thus, the surface-coated carbide drills (hereinafter referred to as the present invention-coated drills) 1 to 15 as the present invention-coated tools were produced, respectively.

また、比較の目的で、前記工具基体(ドリル)A−1〜A−10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、前記実施例1と同一の条件で、表10に示される目標組成および目標層厚を有する(Al,Ti)N層からなる従来硬質被覆層と、同じく表10に示される目標組成および目標層厚の下部層(Al,Ti)N層と目標組成および目標層厚の上部層(Zr,V)N層で構成された従来硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての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。   For the purpose of comparison, honing is performed on the surfaces of the tool bases (drills) A-1 to A-10, ultrasonic cleaning is performed in acetone, and the arc ion plate shown in FIG. A conventional hard coating layer composed of an (Al, Ti) N layer having the target composition and target layer thickness shown in Table 10 under the same conditions as in Example 1 and the same as shown in Table 10 The conventional hard coating layer composed of the lower layer (Al, Ti) N layer having the target composition and target layer thickness and the upper layer (Zr, V) N layer having the target composition and target layer thickness is formed by vapor deposition. Surface coated carbide drills (hereinafter referred to as comparative coated drills) 1 to 8 as coated tools were produced, respectively.

つぎに、本発明被覆ドリル1〜15および比較被覆ドリル1〜8について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB200)の板材、
切削速度: 100m/min.、
送り: 0.3mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件G)でのステンレス鋼の湿式高速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、70m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB250)の板材、
切削速度: 55m/min.、
送り: 0.2mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件H)でのTi合金の湿式高速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、40m/min.、0.15mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB200)の板材、
切削速度: 155m/min.、
送り: 0.25mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件I)での炭素鋼の湿式高速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、110m/min.、0.2mm/rev.)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速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。この測定結果を同じく表9、表10にそれぞれ示した。
Next, for the present invention coated drills 1-15 and comparative coated drills 1-8,
Work material-planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB200) plate material,
Cutting speed: 100 m / min. ,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of stainless steel under the following conditions (cutting condition G) (normal cutting speed and feed are 70 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB250) plate material,
Cutting speed: 55 m / min. ,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition H) ((normal cutting speed and feed are 40 m / min. And 0.15 mm / rev., Respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB200) plate,
Cutting speed: 155 m / min. ,
Feed: 0.25 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of carbon steel under the following conditions (cutting condition I) (normal cutting speed and feed are 110 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
In each wet high-speed drilling test (using water-soluble cutting oil), the number of drilling processes until the flank wear width of the tip cutting edge surface reached 0.3 mm was measured. The measurement results are also shown in Table 9 and Table 10, respectively.

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆インサート1〜16、本発明被覆エンドミル1〜15、および本発明被覆ドリル1〜15の硬質被覆層を構成する下部層である(Al,Ti)N層と上部層である(Zr,V)N層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆インサート1〜8、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,Ti)N層からなる硬質被覆層の組成を、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。   As a result, the present invention coated tools 1 to 16 of the present invention, the coated end mills 1 to 15 of the present invention, and the lower layer constituting the hard coating layer of the coated drills 1 to 15 of the present invention (Al, Ti ) Composition of the N layer and the upper (Zr, V) N layer, and comparative coated inserts 1-8, comparative coated end mills 1-8 as comparative coated tools, and (Al, When the composition of the hard coating layer composed of the Ti) N layer was measured by energy dispersive X-ray analysis using a transmission electron microscope, it showed substantially the same composition as the target composition.

また、前記硬質被覆層を構成する各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。   Moreover, when the average layer thickness of each layer which comprises the said hard coating layer was cross-sectional measured using the scanning electron microscope, all showed the average value (average value of five places) substantially the same as target layer thickness.

表3〜10に示される結果から、本発明被覆工具は、2層構造の硬質被覆層を形成する場合、下部層である(Al,Ti)N層が工具基体表面に強固に密着接合した状態で、すぐれた高温硬さ、耐熱性、高温強度を有することによって、チタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でも、切粉との間のすぐれた耐溶着性が確保されていることによって、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層として、(Zr,V)N層を備えず、硬質被覆層が(Al,Ti)N層のみで構成されている比較被覆工具においては、いずれも前記難削材の高速切削加工では、被削材(難削材)および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。   From the results shown in Tables 3 to 10, when the coated tool of the present invention forms a hard coating layer having a two-layer structure, the (Al, Ti) N layer, which is the lower layer, is tightly bonded to the tool base surface. With excellent high-temperature hardness, heat resistance, and high-temperature strength, excellent welding resistance with chips even in high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel As a hard coating layer, the (Zr, V) N layer is not provided as a hard coating layer, while excellent wear resistance is exhibited over a long period of time without occurrence of chipping. In the comparative coated tool composed of only the (Al, Ti) N layer, in all high-speed cutting of the difficult-to-cut material, the work material (hard-to-cut material) and the adhesion between the chips and the hard coating layer. The cutting edge to prevent damage and reactivity. Ring is adapted to generate, it is clear that lead to a relatively short time service life.

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、V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、ISO規格・CNMG120408のインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A−1〜A−10を形成した。 WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, V 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder all having an average particle diameter of 1 to 3 μm are prepared as raw material powders. These raw material powders are blended into the composition shown in Table 1, wet mixed by a ball mill for 72 hours, dried, and then pressed into a green compact at a pressure of 100 MPa. Medium, sintered at 1400 ° C. for 1 hour, and after sintering, tool bases A-1 to A-10 made of WC-base cemented carbide having an ISO standard / CNMG120408 insert shape were formed. .

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、MoC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、ISO規格・CNMG120408のインサート形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体B−1〜B−6を形成した。 In addition, as raw material powders, TiCN (mass ratio, TiC / TiN = 50/50) powder, Mo 2 C powder, ZrC powder, NbC powder, TaC powder, WC, all having an average particle diameter of 0.5 to 2 μm. Prepare powder, Co powder, and Ni powder, mix these raw material powders into the composition shown in Table 2, wet mix for 24 hours with a ball mill, dry, and press-mold into green compact at 100 MPa pressure Then, this green compact was sintered in a nitrogen atmosphere of 2 kPa at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool substrate B made of TiCN base cermet having an ISO standard / CNMG120408 insert shape was used. -1 to B-6 were formed.

(a)ついで、前記工具基体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、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極(蒸発源)を配置し、その一方にはカソード電極(蒸発源)として所定組成のAl−Ti合金を配置し、また、その他方にはカソード電極(蒸発源)として所定組成のZr−V合金を配置し、
(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、かつカソード電極の前記Al−Ti合金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前記Al−Ti合金によってボンバード洗浄し、
(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、かつカソード電極の前記Al−Ti合金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、前記工具基体の表面に、表11に示される目標組成、一層目標層厚の(Al,Ti)N薄層を蒸着形成した後、前記Al−Ti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停止し、
(d)引き続いて装置内雰囲気を2Paの窒素雰囲気に保持したままで、カソード電極(蒸発源)であるZr−V合金電極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11に示される目標組成、一層目標層厚の(Zr,V)N薄層を蒸着形成し、
前記(c)、(d)の操作を、所定の合計平均層厚になるまで繰り返し行って硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての本発明表面被覆インサート(以下、本発明被覆インサートと云う)17〜32をそれぞれ製造した。
(A) Next, each of the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 is ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then the arc ion plating apparatus shown in FIG. It is mounted along the outer periphery at a position that is a predetermined distance in the radial direction from the central axis on the inner rotary table, and cathode electrodes (evaporation sources) are arranged on both sides facing each other across the rotary table. Has an Al—Ti alloy with a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source), and a Zr—V alloy with a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source) on the other side.
(B) First, the inside of the apparatus is heated to 500 ° C. with a heater while the inside of the apparatus is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less, and then the tool base that rotates while rotating on the rotary table is −1000 V. A DC bias voltage is applied and a current of 100 A is passed between the Al-Ti alloy and the anode electrode of the cathode electrode to generate an arc discharge, whereby the tool base surface is bombarded with the Al-Ti alloy,
(C) Next, nitrogen gas is introduced as a reaction gas into the apparatus to form a reaction atmosphere of 4 Pa, a DC bias voltage of −100 V is applied to the tool base that rotates while rotating on the rotary table, and An arc discharge is generated by flowing a current of 120 A between the Al—Ti alloy of the cathode electrode and the anode electrode, and the target composition shown in Table 11 and (Al, After the Ti) N thin layer is formed by vapor deposition, the arc discharge between the cathode electrode (evaporation source) and the anode electrode of the Al-Ti alloy is stopped,
(D) Subsequently, an arc discharge is generated by flowing a current of 120 A between the Zr-V alloy electrode, which is the cathode electrode (evaporation source), and the anode electrode while maintaining the atmosphere in the apparatus in a nitrogen atmosphere of 2 Pa. Then, the target composition shown in Table 11 and a (Zr, V) N thin layer having a target layer thickness are formed by vapor deposition.
The operations of (c) and (d) are repeated until a predetermined total average layer thickness is obtained, and a hard coating layer is formed by vapor deposition. The surface coating insert of the present invention (hereinafter referred to as the present coating insert) as the present coating tool. 17-32 were produced.

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)として所定組成のAl−Ti合金、Zr−V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、かつカソード電極のAl−Ti合金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前記Al−Ti合金でボンバード洗浄し、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るバイアス電圧を−100Vに下げて、前記所定組成の各カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、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12に示される目標組成および一層目標層厚の(Al,Ti)N層、目標組成および一層目標層厚の(Zr,V)N層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆インサート(以下、比較被覆インサートと云う)9〜16をそれぞれ製造した。   For comparison purposes, these tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, respectively, and the arc ion plating shown in FIG. The device is charged with an Al-Ti alloy or Zr-V alloy having a predetermined composition as a cathode electrode (evaporation source). First, the device is evacuated and kept at a vacuum of 0.1 Pa or less with a heater. After heating the inside of the apparatus to 500 ° C., a DC bias voltage of −1000 V is applied to the tool base, and an arc discharge is generated by flowing a current of 100 A between the Al—Ti alloy of the cathode electrode and the anode electrode. Thus, the surface of the tool base is bombarded with the Al—Ti alloy, and then nitrogen gas is introduced into the apparatus as a reaction gas to form a reaction atmosphere of 3 Pa. And the arc voltage is generated between each cathode electrode and anode electrode of the predetermined composition, and the tool bases A-1 to A-10 and B-1 to B-6 On the surface, a hard coating layer composed of an (Al, Ti) N layer having a target composition and a target layer thickness shown in Table 12 and a (Zr, V) N layer having a target composition and a target layer thickness is formed by vapor deposition. Thus, surface coated inserts (hereinafter referred to as comparative coated inserts) 9 to 16 as comparative coated tools were manufactured.

つぎに、前記各種の被覆インサートを、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、本発明被覆インサート17〜32および比較被覆インサート9〜16について、
被削材:JIS・SUS304(HB240)の丸棒、
切削速度: 140m/min.、
切り込み: 3mm、
送り: 0.25mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件a)でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、100m/min.、0.2mm/rev.)、
被削材:Ti−6Al−4V合金(HB280)の丸棒、
切削速度: 55m/min.、
切り込み: 2.5mm、
送り: 0.2mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件b)でのTi合金の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、35m/min.、0.15mm/rev.)、
被削材:JIS・S45C(HB240)の丸棒、
切削速度: 180m/min.、
切り込み: 2.5mm、
送り: 0.3 mm/rev.、
切削時間: 5分、
の条件(切削条件c)での炭素鋼の湿式連続高速切削加工試験(通常の切削速度および送りは、それぞれ、145m/min.、0.25mm/rev.)、
を行い、いずれの高速切削加工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13、表14に示した。
Next, with the various coated inserts, the present invention coated inserts 17 to 32 and comparative coated inserts 9 to 16 are all screwed to the tip of the tool steel tool with a fixing jig.
Work material: JIS / SUS304 (HB240) round bar,
Cutting speed: 140 m / min. ,
Cutting depth: 3mm,
Feed: 0.25 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of stainless steel under the following conditions (cutting condition a) (normal cutting speed and feed are 100 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material: Round bar of Ti-6Al-4V alloy (HB280),
Cutting speed: 55 m / min. ,
Cutting depth: 2.5mm,
Feed: 0.2 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition b) (normal cutting speed and feed are 35 m / min. And 0.15 mm / rev., Respectively),
Work material: JIS S45C (HB2 40) round bar,
Cutting speed: 180 m / min. ,
Cutting depth: 2.5mm,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Cutting time: 5 minutes
Wet continuous high-speed cutting test of carbon steel under the following conditions (cutting condition c) (normal cutting speed and feed are 145 m / min. And 0.25 mm / rev., Respectively),
The flank wear width of the cutting edge was measured in any high-speed cutting test. The measurement results are shown in Tables 13 and 14.

実施例4と同様、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、V粉末、TiN粉末、TaN粉末、およびCo粉末からなる原料粉末を、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、直径が13mmの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが10mm×22mmの寸法、並びにねじれ角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)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。 As in Example 4, WC powder, TiC powder, ZrC powder, VC powder, TaC powder, NbC powder, V 3 C 2 powder, TiN powder, TaN powder, and Co powder all have an average particle diameter of 1 to 3 μm. The raw material powder consisting of the above is blended in the composition shown in Table 1, wet mixed for 72 hours with a ball mill, dried, and then pressed into a green compact at a pressure of 100 MPa. , Temperature: Sintered at 1400 ° C. for 1 hour to form a round tool sintered body for forming a tool base having a diameter of 13 mm. WC-base cemented carbide tool bases (end mills) A-1 to A-10 having a size of 10 mm × 22 mm in diameter × length and a four-blade square shape with a twist angle of 30 degrees were manufactured.

ついで、これらの工具基体(エンドミル)A−1〜A−10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、前記実施例1と同一の条件で、表15に示される目標組成および一層目標層厚の(Al,Ti)N薄層、および同じく表15に示される目標組成および一層目標層厚の(Zr,V)N薄層の交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、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)16〜30をそれぞれ製造した。   Then, the surfaces of these tool bases (end mills) A-1 to A-10 were ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then charged into the arc ion plating apparatus shown in FIG. Under the same conditions as in Example 1, the target composition and the target layer thickness (Al, Ti) N thin layer shown in Table 15 and the target composition and the target layer thickness (Zr, V) shown in Table 15 are also shown. By forming a hard coating layer composed of an alternately laminated structure of N thin layers by vapor deposition, surface-coated carbide end mills (hereinafter referred to as the present invention-coated end mills) 16 to 30 of the present invention as the coated tools of the present invention were produced. .

また、比較の目的で、前記工具基体(エンドミル)A−1〜A−10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に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例1と同一の条件で、表16に示される目標組成および一層目標層厚の(Al,Ti)N層と、目標組成および一層目標層厚の(Zr,V)N層で構成された硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての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)9〜16をそれぞれ製造した。   For comparison purposes, the surfaces of the tool bases (end mills) A-1 to A-10 are ultrasonically cleaned in acetone and dried, and then loaded into the arc ion plating apparatus shown in FIG. Then, under the same conditions as in Example 1, the (Al, Ti) N layer having the target composition and the target layer thickness shown in Table 16 and the (Zr, V) N layer having the target composition and the target layer thickness are shown in Table 16. By vapor-depositing the constituted hard coating layer, surface coated carbide end mills (hereinafter referred to as comparative coated end mills) 9 to 16 as comparative coated tools were produced, respectively.

つぎに、前記本発明被覆エンドミル16〜30および比較被覆エンドミル9〜16について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB240)の板材、
切削速度: 100m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 320mm/分、
の条件(切削条件d)でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、80m/min.、280mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V(HB290)の板材、
切削速度: 65m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 100mm/分、
の条件(切削条件e)でのTi合金の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、30m/min.、80mm/分)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB240)の板材、
切削速度: 230m/min.、
溝深さ(切り込み): 15mm、
テーブル送り: 600mm/分、
の条件(切削条件f)での炭素鋼の湿式高速溝切削加工試験(通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、190m/min.、500mm/分)、
をそれぞれ行い、いずれの高速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。この測定結果を同じく表15、表16にそれぞれ示した。
Next, for the coated end mills 16 to 30 and the comparative coated end mills 9 to 16 of the present invention,
Work material-planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB240) plate material,
Cutting speed: 100 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 320mm / min,
Wet high-speed grooving test of stainless steel under the following conditions (cutting condition d) (normal cutting speed and table feed are 80 m / min, 280 mm / min, respectively),
Work material—planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V (HB290) plate,
Cutting speed: 65 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 100mm / min,
Wet high-speed grooving test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition e) (normal cutting speed and table feed are 30 m / min. And 80 mm / min, respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB240) plate material,
Cutting speed: 230 m / min. ,
Groove depth (cut): 15mm,
Table feed: 600mm / min,
Wet high-speed grooving test of carbon steel under the following conditions (cutting condition f) (normal cutting speed and table feed are 190 m / min. And 500 mm / min, respectively)
In each high-speed groove cutting test, the cutting groove length was measured until the flank wear width of the outer peripheral edge of the cutting edge reached 0.1 mm, which is a guide for the service life. The measurement results are also shown in Table 15 and Table 16, respectively.

前記実施例5で製造した直径が13mmの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ8mm×22mmの寸法、並びにねじれ角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)A−1〜A−10をそれぞれ製造した。   Using the round bar sintered body with a diameter of 13 mm manufactured in Example 5, from this round bar sintered body, the diameter x length of the groove forming portion is 8 mm x 22 mm and twisted by grinding. WC base cemented carbide tool bases (drills) A-1 to A-10 having a two-blade shape with a 30-degree angle were manufactured.

ついで、これらの工具基体(ドリル)A−1〜A−10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、前記実施例4と同一の条件で、表17に示される目標組成および一層目標層厚の(Al,Ti)N薄層、および同じく表17に示される目標組成および一層目標層厚の(Zr,V)N薄層の交互積層構造からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、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)16〜30をそれぞれ製造した。   Next, the cutting edges of these tool bases (drills) A-1 to A-10 are subjected to honing, ultrasonically cleaned in acetone, and dried to the arc ion plating apparatus shown in FIG. Under the same conditions as in Example 4, the target composition shown in Table 17 and the (Al, Ti) N thin layer having a further target layer thickness and the target composition and target layer thickness shown in Table 17 are also shown. The surface-coated carbide drill of the present invention (hereinafter referred to as the present invention-coated drill) 16 as a coated tool of the present invention is formed by vapor-depositing a hard coating layer composed of an alternately laminated structure of (Zr, V) N thin layers of ˜30 were produced respectively.

また、比較の目的で、前記工具基体(ドリル)A−1〜A−10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、前記実施例4と同一の条件で、表18に示される目標組成および一層目標層厚を有する(Al,Ti)N層と、目標組成および一層目標層厚の(Zr,V)N層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル(以下、比較被覆ドリルと云う)9〜16をそれぞれ製造した。   For the purpose of comparison, honing is performed on the surfaces of the tool bases (drills) A-1 to A-10, ultrasonic cleaning is performed in acetone, and the arc ion plate shown in FIG. The (Al, Ti) N layer having the target composition and the further target layer thickness shown in Table 18, and the target composition and the target layer thickness (Zr) under the same conditions as in Example 4 were charged. , V) Surface-coated carbide drills (hereinafter referred to as comparative coated drills) 9 to 16 as comparative coated tools were manufactured by vapor-depositing a hard coating layer composed of an N layer, respectively.

つぎに、前記本発明被覆ドリル16〜30および比較被覆ドリル9〜16について、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・SUS304(HB240)の板材、
切削速度: 90m/min.、
送り: 0.25mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件g)でのステンレス鋼の湿式高速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.、0.2mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのTi−6Al−4V合金(HB290)の板材、
切削速度: 55m/min.、
送り: 0.25mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件h)でのTi合金の湿式高速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、30m/min.、0.1mm/rev.)、
被削材−平面寸法:100mm×250mm、厚さ:50mmのJIS・S45C(HB240)の板材、
切削速度: 150m/min.、
送り: 0.3mm/rev.、
穴深さ: 5mm、
の条件(切削条件i)での炭素鋼の湿式高速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.、0.2mm/rev.)、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速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。この測定結果を同じく表17、表18にそれぞれ示した。
Next, for the inventive coated drills 16-30 and comparative coated drills 9-16,
Work material-planar dimensions: 100 mm × 250 mm, thickness: 50 mm JIS / SUS304 (HB240) plate material,
Cutting speed: 90 m / min. ,
Feed: 0.25 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of stainless steel under the following conditions (cutting condition g) (normal cutting speed and feed are 60 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
Work material-planar dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm Ti-6Al-4V alloy (HB290) plate material,
Cutting speed: 55 m / min. ,
Feed: 0.25 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of Ti alloy under the following conditions (cutting condition h) (normal cutting speed and feed are 30 m / min. And 0.1 mm / rev., Respectively),
Work material-Plane dimensions: 100 mm x 250 mm, thickness: 50 mm JIS S45C (HB240) plate material,
Cutting speed: 150 m / min. ,
Feed: 0.3 mm / rev. ,
Hole depth: 5mm,
Wet high-speed drilling test of carbon steel under the following conditions (cutting condition i) (normal cutting speed and feed are 100 m / min. And 0.2 mm / rev., Respectively),
In each wet high-speed drilling test (using water-soluble cutting oil), the number of drilling processes until the flank wear width of the tip cutting edge surface reached 0.3 mm was measured. The measurement results are also shown in Table 17 and Table 18, respectively.

この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆インサート17〜32、本発明被覆エンドミル16〜30、および本発明被覆ドリル16〜30の硬質被覆層を構成する(Al,Ti)N薄層および(Zr,V)N薄層の組成、並びに、比較被覆工具としての比較被覆インサート9〜16、比較被覆エンドミル9〜16、および比較被覆ドリル9〜16の(Al,Ti)N層からなる硬質被覆層の組成を、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。   (Al, Ti) N thin layer constituting the hard coating layer of the present coated insert 17-32, the present coated end mill 16-30, and the present coated drill 16-30 as the present coated tool obtained as a result. And the composition of the (Zr, V) N thin layer, and the (Al, Ti) N layer of the comparative coating inserts 9 to 16, the comparative coating end mills 9 to 16, and the comparative coating drills 9 to 16 as comparative coating tools When the composition of the hard coating layer was measured by energy dispersive X-ray analysis using a transmission electron microscope, it showed substantially the same composition as the target composition.

また、前記硬質被覆層を構成する各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。   Moreover, when the average layer thickness of each layer which comprises the said hard coating layer was cross-sectional measured using the scanning electron microscope, all showed the average value (average value of five places) substantially the same as target layer thickness.

表11〜18に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも特にチタン合金鋼、耐熱合金鋼、ステンレス鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工でも、硬質被覆層の交互積層構造を構成する(Al,Ti)N薄層が、すぐれた高温硬さ、高温強度、あるいは、これに加えてさらにすぐれた耐摩耗性、高温耐酸化性を有し、同じく交互積層構造を構成する(Zr,V)N薄層がすぐれた耐衝撃性と潤滑性にすぐれ、高温条件下でも被削材および切粉との間のすぐれた耐溶着性を保持し、その結果、(Al,Ti)N薄層に不足する耐溶着性が、これに交互に積層される(Zr,V)N薄層により補完されることによって、硬質被覆層全体として、チッピングの発生なく、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、硬質被覆層が(Al,Ti)N層のみで構成され、(Zr,V)N薄層を備えない比較被覆工具においては、いずれも前記被削材の高速切削加工では被削材(難削材)および切粉と前記硬質被覆層との粘着性および反応性が一段と高くなるために、切刃部にチッピングが発生するようになり、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。   From the results shown in Tables 11 to 18, the coated tool of the present invention is a high-speed cutting process that is accompanied by a large heat generation and a high load, especially for difficult-to-cut materials such as titanium alloy steel, heat-resistant alloy steel, and stainless steel. However, the (Al, Ti) N thin layers that make up the alternating laminated structure of hard coating layers have excellent high-temperature hardness, high-temperature strength, and in addition to this, excellent wear resistance and high-temperature oxidation resistance. In addition, the (Zr, V) N thin layer, which also constitutes an alternately laminated structure, has excellent impact resistance and lubricity, and maintains excellent welding resistance between the work material and chips even under high temperature conditions. As a result, the welding resistance, which is insufficient for the (Al, Ti) N thin layer, is complemented by the (Zr, V) N thin layers alternately stacked on the thin layer, so that the entire hard coating layer is chipped. No wear and excellent wear resistance over a long period of time On the other hand, in the comparative coated tool in which the hard coating layer is composed only of the (Al, Ti) N layer and does not include the (Zr, V) N thin layer, both are high-speed cutting of the work material. Since the adhesiveness and reactivity between the work material (difficult-to-cut material) and chips and the hard coating layer are further increased, chipping occurs at the cutting edge, and the service life is shortened in a relatively short time. It is clear that

前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特に、ステンレス鋼、耐熱鋼等の難削材の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐溶着性を発揮し、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 described above, the coated tool of the present invention has excellent wear resistance and resistance not only to cutting general work materials but also to high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as stainless steel and heat-resistant steel. Since it exhibits weldability and exhibits excellent cutting performance over a long period of time, it can be used satisfactorily to meet FA requirements for cutting equipment, labor saving and energy saving, and cost reduction. is there.

Claims (2)

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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−xTi)N(ここで、xはAlとTiの合量に占めるTiの含有割合を示し、原子比で、0.30≦x≦0.75である)を満足するAlとTiとの複合窒化物層からなる下部層と、
(b)0.5〜5μmの平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Zr1−a)N(ここで、aはZrとVの合量に占めるVの含有割合を示し、原子比で、0.01≦a≦0.30である)を満足するZrとVとの複合窒化物層からなる上部層とから構成されていることを特徴とする表面被覆切削工具。
In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Al 1-x Ti x ) N (where x represents the content ratio of Ti in the total amount of Al and Ti, and the atomic ratio is 0.30 ≦ x ≦ 0.75) A lower layer composed of a satisfactory nitride layer of Al and Ti;
(B) having an average layer thickness of 0.5-5 μm, and
Composition formula: (Zr 1-a V a ) N (where a represents the content ratio of V in the total amount of Zr and V, and the atomic ratio is 0.01 ≦ a ≦ 0.30) A surface-coated cutting tool comprising a satisfactory upper layer made of a composite nitride layer of Zr and V.
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硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、
(a)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Al1−xTi)N(ここで、xはAlとTiの合量に占めるTiの含有割合を示し、原子比で、0.30≦x≦0.75である)を満足するAlとTiとの複合窒化物層からなる(Al,Ti)N薄層、
(b)0.01〜0.1μmの一層平均層厚を有し、かつ、
組成式:(Zr1−a)N(ここで、aはZrとVの合量に占めるVの含有割合を示し、原子比で、0.01≦a≦0.30である)を満足するZrとVとの複合窒化物層からなる(Zr,V)N薄層、
前記(a)、(b)の交互積層からなり、1〜5μmの合計平均層厚を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer on the surface of a tool base composed of tungsten carbide-based cemented carbide or titanium carbonitride-based cermet,
The hard coating layer is
(A) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Al 1-x Ti x ) N (where x represents the content ratio of Ti in the total amount of Al and Ti, and the atomic ratio is 0.30 ≦ x ≦ 0.75) (Al, Ti) N thin layer consisting of a satisfactory nitride layer of Al and Ti,
(B) having an average layer thickness of 0.01 to 0.1 μm, and
Composition formula: (Zr 1-a V a ) N (where a represents the content ratio of V in the total amount of Zr and V, and the atomic ratio is 0.01 ≦ a ≦ 0.30) A (Zr, V) N thin layer consisting of a satisfactory composite layer of Zr and V,
A surface-coated cutting tool comprising the alternating lamination of (a) and (b) and having a total average layer thickness of 1 to 5 μm.
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