JP6573171B2 - 硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 - Google Patents

硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具 Download PDF

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Description

本発明は、合金鋼、鋳鉄等の高熱発生を伴うとともに、切刃に対して衝撃的な負荷が作用する高速断続切削加工で、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を備えるとともに、長期の使用に亘ってすぐれた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。
従来、一般に、炭化タングステン(以下、WCで示す)基超硬合金、炭窒化チタン(以下、TiCNで示す)基サーメットあるいは立方晶窒化ホウ素(以下、cBNで示す)基超高圧焼結体で構成された工具基体(以下、これらを総称して工具基体という)の表面に、硬質被覆層として、Ti−Al系の複合窒化物層を物理蒸着法により被覆形成した被覆工具が知られており、これらは、すぐれた耐摩耗性を発揮することが知られている。
ただ、前記従来のTi−Al系の複合窒化物層を被覆形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性にすぐれるものの、高速断続切削条件で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の改善についての種々の提案がなされている。
例えば、特許文献1には、工具基体表面に、組成式(AlTi1−x)N(ただし、原子比で、xは0.40〜0.65)を満足するAlとTiの複合窒化物層からなり該複合窒化物層についてEBSDによる結晶方位解析を行った場合、表面研磨面の法線方向から0〜15度の範囲内に結晶方位<100>を有する結晶粒の面積割合が50%以上であり、また、隣り合う結晶粒同士のなす角を測定した場合に、小角粒界(0<θ≦15゜)の割合が50%以上であるような結晶配列を示すAlとTiの複合窒化物層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、高速断続切削条件においても硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮することが開示されている。
ただ、この被覆工具は、物理蒸着法により硬質被覆層を蒸着形成するため、Alの含有割合xを0.65以上にすることは困難で、より一段と切削性能を向上させることが望まれている。
このような観点から、化学蒸着法で硬質被覆層を形成することで、Alの含有割合xを、0.9程度にまで高める技術も提案されている。
例えば、特許文献2には、TiCl、AlCl、NHの混合反応ガス中で、650〜900℃の温度範囲において化学蒸着を行うことにより、Alの含有割合xの値が0.65〜0.95である(Ti1−xAl)N層を蒸着形成できることが記載されているが、この文献では、この(Ti1−xAl)N層の上にさらにAl層を被覆し、これによって断熱効果を高めることを目的とするものであるから、Alの含有割合xの値を0.65〜0.95まで高めた(Ti1−xAl)N層の形成によって、切削性能にどのような影響を及ぼしているかについては明らかでない。
特許文献3には、TiCN層、Al層を内層として、その上に、化学蒸着法により、立方晶構造あるいは六方晶構造を含む立方晶構造の(Ti1−xAl)N層(ただし、原子比で、xは0.65〜0.90)を外層として被覆するとともに該外層に100〜1100MPaの圧縮応力を付与することにより、被覆工具の耐熱性と疲労強度を改善することが提案されている。
特許文献4には、基体表面に、化学蒸着法で立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層(但し、X、Yは何れも原子比で、0.55≦X≦0.95、0.0005≦Y≦0.005)からなる硬質被覆層を被覆し、該硬質被覆層の結晶粒の{110}面の法線方向と、基体表面の法線方向がなす傾斜角を測定した傾斜角度数分布において、0〜10度の範囲内の度数割合と25〜35度の範囲内の度数割合を度数全体の70%以上とすることにより、合金鋼等の高速断続切削加工における被覆工具の耐チッピング性を向上させることが提案されている。
さらに、特許文献5には、基体表面に、化学蒸着法で成膜された立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層(但し、X、Yは何れも原子比で、0.55≦X≦0.95、0.0005≦Y≦0.005)からなる硬質被覆層が被覆し、該硬質被覆層の結晶粒の{110}面の法線方向と、基体表面の法線方向がなす傾斜角を測定した傾斜角度数分布において、2〜12度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記2〜12度の範囲内の度数割合が度数全体の45%以上である領域A層と、前記25〜35度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、25〜35度の範囲内の度数割合が度数全体の60%以上である領域B層を備え、領域A層と領域B層は、交互に少なくともそれぞれ1層以上積層することによって、合金鋼等の高速断続切削加工における被覆工具の耐チッピング性を向上させることが提案されている。
特開2009−56540号公報 特表2011−516722号公報 特表2011−513594号公報 特開2013−240866号公報 特開2013−248675号公報
近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速化、高効率化の傾向にあり、被覆工具には、より一層、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性が求められるとともに、長期の使用に亘ってのすぐれた耐摩耗性が求められている。
しかし、前記特許文献1に記載されている被覆工具は、(Ti1−xAl)N層からなる硬質被覆層が物理蒸着法で蒸着形成され、硬質被覆層中のAlの含有割合xを高めることが困難であるため、例えば、合金鋼の高速断続切削に供した場合には、耐摩耗性、耐チッピング性が十分であるとは言えないという課題があった。
一方、前記特許文献2に記載されている化学蒸着法で蒸着形成した(Ti1−xAl)N層については、Alの含有割合xを高めることができ、また、立方晶構造を形成させることができることから、所定の硬さを有し耐摩耗性にすぐれた硬質被覆層が得られるものの、工具基体との密着強度は十分でなく、また、靭性に劣るという課題があった。
また、前記特許文献3に記載されている被覆工具は、所定の硬さを有し耐摩耗性にはすぐれるものの、靭性に劣ることから、合金鋼の高速断続切削加工等に供した場合には、チッピング、欠損、剥離等の異常損傷が発生しやすく、満足できる切削性能を発揮するとは言えないという課題があった。
また、前記特許文献4に記載されている被覆工具は、硬質被覆層の{110}面の配向性を特定することにより、硬質被覆層の靱性が確保され、一定の耐チッピング性向上効果があるものの、長期の使用にわたっての耐摩耗性は十分でないという課題があった。
さらに、前記特許文献5に記載されている領域A層と領域B層の積層構造からなる硬質被覆層を備えた被覆工具は、領域A層によって靭性を担保する一方、領域B層によって耐摩耗性を確保するものであるが、高負荷が作用する高速断続切削加工においては、耐チッピング性向上効果、耐摩耗性向上効果が十分に発揮されないという課題があった。
そこで、本発明は、合金鋼、鋳鉄等の高速断続切削等に供した場合であっても、すぐれた耐チッピング性を備えるとともに、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。
本発明者らは、前述の観点から、少なくともTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物(以下、「(Ti,Al)(C,N)」」で示すことがある)を含む硬質被覆層が設けられた被覆工具の耐チッピング性、耐摩耗性の改善をはかるべく、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。
即ち、本発明者らは、硬質被覆層を構成するNaCl型の面心立方構造(以下、単に、「立方晶構造」ともいう)を有する(Ti,Al)(C,N)結晶粒の{001}面配向性および{110}面配向性に着目し鋭意研究を進めたところ、硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)結晶粒の{001}面配向性および{110}面配向性を、工具面に応じて(具体的には、逃げ面とすくい面)変更することによって、高速断続切削加工において、被覆工具に断続的、衝撃的な高負荷が作用する場合であっても、すぐれた耐チッピング性を示すと同時に、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮することを見出した。
具体的には、逃げ面における(Ti,Al)(C,N)結晶粒の{001}面配向性を高めることによって、逃げ面におけるこすれ摩耗に対する耐性を高め、耐逃げ面摩耗性を向上させ得ること、一方、すくい面における(Ti,Al)(C,N)結晶粒の{110}面配向性を高めることによって、耐摩耗性を損なうことなく耐チッピング性を向上させ、切削時に発生する高熱によってもたらされる拡散摩耗に対する耐性を高め、耐すくい面摩耗性を向上させ得ることを見出したのである。
前記の(Ti,Al)(C,N)層は、例えば、工具基体表面に硬質被覆層を被覆形成するに際し、工具面に応じた配向性を有する(Ti,Al)(C,N)層を形成することができる。
例えば、工具基体の逃げ面をマスクした状態で{110}面配向性を有するTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層をすくい面のみに被覆形成した後に、すくい面にマスクをした状態で、{001}面配向性を有するTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を逃げ面のみに被覆形成することが挙げられる。また、マスクは、例えば、成膜温度より高い融点を有する金属板を加工し、すくい面または逃げ面を覆うことができるものが挙げられる。また、(Ti,Al)(C,N)層の被覆形成前に逃げ面またはすくい面のいずれか一方に表面処理を行うことでも工具面に応じた配向性を有する(Ti,Al)(C,N)層を形成することができる。
そして、工具基体表面に、例えば、以下に述べる反応ガス組成を周期的に変化させる化学蒸着法によって、工具面に応じた前記結晶配向性を有する(Ti,Al)(C,N)層を成膜することができる。
用いる化学蒸着反応装置へは、NHとHからなるガス群Aと、AlCl、TiCl、N、Hからなるガス群Bがおのおの別々のガス供給管から反応装置内へ供給され、ガス群Aとガス群Bの反応装置内への供給は、例えば、一定の周期の時間間隔で、その周期よりも短い時間だけガスが流れるように供給し、ガス群Aとガス群Bのガス供給にはガス供給時間よりも短い時間の位相差が生じるようにして、工具基体表面における反応ガス組成を、(イ)ガス群A、(ロ)ガス群Aとガス群Bの混合ガス、(ハ)ガス群Bと時間的に変化させることができる。ちなみに、本発明においては、厳密なガス置換を意図した長時間の排気工程を導入する必要は無い。従って、ガス供給方法としては、例えば、ガス供給口を回転させたり、工具基体を回転させたり、工具基体を往復運動させたりして、工具基体表面における反応ガス組成を、(イ)ガス群Aを主とする混合ガス、(ロ)ガス群Aとガス群Bの混合ガス、(ハ)ガス群Bを主とする混合ガス、と時間的に変化させることで実現する事が可能である。
工具基体表面に、{001}面配向性を形成する場合、反応ガス組成(ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)を、例えば、ガス群AとしてNH:2.0〜3.0%、H:65〜75%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、N:0.0〜12.0%、C:0.0〜0.5%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス群Aの供給とガス群Bの供給の位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行うことにより、所定の目標層厚の(Ti,Al)(C,N)層を成膜することができる。また、{110}面配向性を形成する場合、ガス群AとしてNH:3.5〜4.0%、N:0〜5%、H:55〜60%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、Al(CH:0〜0.5%、N:0.0〜12.0%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス供給Aとガス供給Bの位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行うことにより、所定の目標層厚の(Ti1−xAl)(C1−y)層を成膜する。
本発明は、前記知見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、炭窒化チタン基サーメットまたは立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体のいずれかで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
(a)前記硬質被覆層は、平均層厚1〜20μmのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を少なくとも含み、
(b)前記複合窒化物または複合炭窒化物層は、NaCl型の面心立方構造を有する複合窒化物または複合炭窒化物の相を少なくとも含み、
(c)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、
組成式:(Ti1−xAl)(C1−y)で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yavgは、それぞれ、0.60≦Xavg≦0.95、0≦Yavg≦0.005(但し、Xavg、Yavgはいずれも原子比)を満足し、
(d)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、電子線後方散乱回折装置を用いて、個々の結晶粒の結晶方位を、前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層の縦断面方向から解析した場合、工具基体表面の法線方向に対する前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し傾斜角度数分布を求めたとき、
逃げ面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合を占め、
すくい面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合を占め、
(e)工具基体表面の法線方向に対する前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し傾斜角度数分布を求めたとき、
逃げ面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合を占め、
すくい面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、前記0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
(2) 前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、該層の逃げ面およびすくい面の縦断面方向から観察した場合に、複合窒化物または複合炭窒化物層内のNaCl型の面心立方構造を有する個々の結晶粒の粒界部に、六方晶構造を有する微粒結晶粒が存在し、該六方晶構造を有する微粒結晶粒の存在する面積割合が5面積%以下であり、該微粒結晶粒の平均粒径Rが0.01〜0.3μmであることを特徴とする(1)に記載の表面被覆切削工具。
(3) 前記工具基体と前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層の間に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層が存在することを特徴とする(1)または(2)に記載の表面被覆切削工具。
(4) 前記複合窒化物または複合炭窒化物層の上部に、少なくとも酸化アルミニウム層を含む上部層が1〜25μmの合計平均層厚で形成されていることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
に特徴を有するものである。
本発明について、以下に詳細に説明する。
硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層の平均層厚:
図1に、本発明の硬質被覆層を構成するTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層((Ti,Al)(C,N)層)の断面模式図を示す。
本発明の硬質被覆層は、(Ti,Al)(C,N)で表されるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を少なくとも含む。この複合窒化物または複合炭窒化物層は、硬さが高く、すぐれた耐摩耗性を有するが、特に平均層厚が1〜20μmのとき、その効果が際立って発揮される。その理由は、平均層厚が1μm未満では、層厚が薄いため長期の使用に亘っての耐摩耗性を十分確保することができず、一方、その平均層厚が20μmを越えると、TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層の結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなる。したがって、その平均層厚を1〜20μmと定めた。
硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層の組成:
本発明の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層は、硬質被覆層が所定の硬さと所定の靭性を備えるという観点から、以下の組成を有するように制御する。
即ち、(Ti,Al)(C,N)層を、
組成式:(Ti1−xAl)(C1−y)で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yavg(但し、Xavg、Yavgはいずれも原子比)は、それぞれ、0.60≦Xavg≦0.95、0≦Yavg≦0.005とする。
その理由は、Alの平均含有割合Xavgが0.60未満であると、TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は耐酸化性に劣るため、合金鋼等の高速断続切削に供した場合には、耐摩耗性が十分でない。一方、Alの平均含有割合Xavgが0.95を超えると、硬さに劣る六方晶の析出量が増大し硬さが低下するため、立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層を維持できなくなるばかりか、耐摩耗性が低下する。したがって、Alの平均含有割合Xavgは、0.60≦Xavg≦0.95と定めた。
また、C成分の平均含有割合Yavgは、0≦Yavg≦0.005の範囲の微量であるとき、(Ti,Al)(C,N)層と工具基体もしくは下部層との密着性が向上し、かつ、潤滑性が向上することによって切削時の衝撃を緩和し、結果として(Ti,Al)(C,N)層の耐欠損性および耐チッピング性が向上する。一方、C成分の平均含有割合Yavgが0≦Yavg≦0.005の範囲を外れると、(Ti,Al)(C,N)層の靭性が低下するため耐欠損性および耐チッピング性が逆に低下するため好ましくない。したがって、Cの平均含有割合Yavgは、0≦Yavg≦0.005と定めた。
図2に、本発明被覆工具の逃げ面、すくい面の概略説明図を示す。
本発明では、以下に述べるように、逃げ面の硬質被覆層とすくい面の硬質被覆層は、それぞれ異なった結晶配向性を有するが、本発明でいう逃げ面とは、図2に示すように、切削時に切りくずを生成し、仕上げ面との接触を避けるための面であり、また、すくい面とは、切削時に生成した切りくずが擦過する面である。
立方晶構造を有する(Ti,Al)(C,N)層の個々の結晶粒の結晶面である{001}面の傾斜角度数分布:
本発明の(Ti,Al)(C,N)層について、電子線後方散乱回折装置を用いて個々の結晶粒の結晶方位を、その縦断面方向から解析した場合、工具基体表面の法線(断面研磨面における工具基体表面と垂直な方向)に対する前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、その傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し、傾斜角度数分布を求めたとき、逃げ面について得られた傾斜角度数分布と、すくい面について得られた傾斜角度数分布は、それぞれ異なるものとなる。
図3(a)に、本発明被覆工具の逃げ面について測定した傾斜角度数分布の一例を、また、図3(b)に、本発明被覆工具のすくい面について測定した傾斜角度数分布の一例を示す。
即ち、図3(a)からも分かるように、逃げ面における傾斜角度数分布は、0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合となる。
これに対して、すくい面における傾斜角度数分布は、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合となる(図3(b)参照)。
つまり、本発明の被覆工具は、逃げ面において{001}配向性を相対的に高くし、傾斜角度数分布において0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在し、かつ、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計を、傾斜角度数分布における度数全体の40%以上としていることによって、切削加工時における逃げ面のこすれ摩耗に対する耐性が向上するため、耐逃げ面摩耗性にすぐれた被覆工具が得られる。なお、{001}の傾斜角度数分布において、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が傾斜角度数分布における度数全体の40%未満となった場合には、耐摩耗性向上効果が低減するので、本発明では、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計は、傾斜角度数分布における度数全体の40%以上とした。また、すくい面において傾斜角度数分布における度数全体の割合が30%以上となると{110}面の傾斜角度数分布における0〜10°の割合が低下し、耐チッピング性および耐摩耗性が損なわれることによって耐剥離性が低下するため、30%未満とした。
立方晶構造を有する(Ti,Al)(C,N)層の個々の結晶粒の結晶面である{110}面の傾斜角度数分布:
本発明の(Ti,Al)(C,N)層について、電子線後方散乱回折装置を用いて個々の結晶粒の結晶方位を、その縦断面方向から解析した場合、工具基体表面の法線(断面研磨面における工具基体表面と垂直な方向)に対する前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、その傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し、傾斜角度数分布を求めたとき、前記{001}についての傾斜角度数分布と同様に、逃げ面について得られた傾斜角度数分布とすくい面について得られた傾斜角度数分布はそれぞれ異なるものとなる。
図4(a)に、本発明被覆工具の逃げ面について測定した傾斜角度数分布の一例を、また、図4(b)に、本発明被覆工具のすくい面について測定した傾斜角度数分布の一例を示す。
即ち、図4(a)からも分かるように、逃げ面における傾斜角度数分布は、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合となる(図4(a)参照)。
一方、すくい面における傾斜角度数分布は、図4(b)からも分かるように、0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合となる。
つまり、本発明の被覆工具は、すくい面において{110}配向性を相対的に高くしている(傾斜角度数分布における度数全体の40%以上)ため、耐摩耗性にもすぐれ、耐チッピング性が向上し、さらに、切削加工時に発生する高熱による化学的反応によってもたらされる拡散摩耗に強いため、耐すくい面摩耗性が向上する。なお、{110}の傾斜角度数分布において、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が度数全体の40%未満となった場合には、耐チッピング性向上効果、耐摩耗性向上効果が低減するので、本発明では、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計は、傾斜角度数分布における度数全体の40%以上とした。
また、逃げ面において傾斜角度数分布における度数全体の割合が30%以上となると{001}面の傾斜角度数分布における0〜10°の割合が低下し、硬さが損なわれることによって耐摩耗性が低下するため、30%未満とした。
本発明では、逃げ面とすくい面に、それぞれ異なった方向に優先的な結晶方位を有する(Ti,Al)(C,N)結晶粒を成長させることによって、耐チッピング性ばかりでなく、すぐれた耐摩耗性を有する硬質被覆層を形成することができる。
(Ti,Al)(C,N)層内の立方晶構造の結晶粒の粒界に存在する六方晶構造の微粒結晶粒:
本発明の(Ti,Al)(C,N)層では、立方晶構造の結晶粒の粒界中に六方晶構造の微粒結晶粒を含有することが許容されるが、立方晶粒界に靱性に優れた微粒六方晶が存在することで粒界すべりが抑制され、靱性が向上する。ただし、六方晶構造の微粒結晶粒の面積割合が5面積%を超えると相対的に硬さが低下し好ましくなく、また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒径Rが0.01μm未満であると靱性向上の効果が見られず、0.3μmを超えると、硬さが低下し、耐摩耗性が損なわれるため、平均粒径Rは0.01〜0.3μmとすることが好ましい。
なお、本発明でいう粒界中に存在する六方晶構造の微粒結晶粒は、透過型電子顕微鏡を用いて電子線回折図形を解析することにより同定することができ、また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒子径は、粒界を含んだ1μm×1μmの測定範囲内に存在する粒子について、該結晶粒の外接円を作成し、その外接円の直径を結晶粒の粒径とし、それらの平均値を算出することによって求めることができる。
下部層および上部層:
本発明の(Ti,Al)(C,N)層は、それだけでも十分な効果を奏するが、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層を設けた場合、および/または、1〜25μmの平均層厚を有する酸化アルミニウム層を含む上部層を設けた場合には、これらの層が奏する効果と相俟って、一層すぐれた特性が発揮される。ただし、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなる下部層を設ける場合、下部層の合計平均層厚が0.1μm未満では、下部層の効果が十分に奏されず、一方、20μmを超えると結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなる。また、酸化アルミニウム層を含む上部層の合計平均層厚が1μm未満では、上部層の効果が十分に奏されず、一方、25μmを超えると結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなる。
本発明は、工具基体の表面に、硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、硬質被覆層が立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層を少なくとも含み、該層の結晶粒について、{001}面の法線および{110}面の法線の、工具基体表面の法線に対する傾斜角度数分布を測定したとき、逃げ面は{001}面配向性が相対的に高いことから耐逃げ面摩耗性にすぐれた、一方、すくい面は{110}面配向性が相対的に高いことから工具基体との密着強度、靭性、耐すくい面摩耗性にすぐれるため、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する合金鋼、鋳鉄等の高速断続切削加工に供した場合でも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示すとともに、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのである。
本発明被覆工具の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層の断面を模式的に表した膜構成模式図である。 本発明被覆工具の逃げ面、切刃部、すくい面の概略説明図を示す。 本発明被覆工具の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層について測定した、工具基体表面の法線(断面研磨面における工具基体表面と垂直な方向)に対して各結晶粒の{001}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を示し、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフを示す。 本発明被覆工具の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層について測定した、工具基体表面の法線(断面研磨面における工具基体表面と垂直な方向)に対して各結晶粒の{110}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を示し、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフを示す。 比較被覆工具の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層について測定した、工具基体表面の法線(断面研磨面における工具基体表面と垂直な方向)に対して各結晶粒の{110}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を示し、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフを示す。
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。
なお、実施例としては、WC基超硬合金あるいはTiCN基サーメットを工具基体とする被覆工具について述べるが、工具基体として立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体を用いた場合も同様である。
原料粉末として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr32粉末およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、98MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を5Paの真空中、1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ISO規格SEEN1203AFSNのインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A〜Cをそれぞれ製造した。
また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比でTiC/TiN=50/50)粉末、Mo2C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、98MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を1.3kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、ISO規格SEEN1203AFSN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Dを作製した。
つぎに、本発明工具5〜12については、表3に示される形成条件で、表6に示される下部層を逃げ面とすくい面の双方に形成した後に、工具基体A〜Dのすくい面に成膜されないようマスク処理を施し、化学蒸着装置を用い、表4に示される形成条件A〜H、すなわち、NHとHからなるガス群Aと、TiCl、AlCl、N、Hからなるガス群B、およびおのおのガスの供給方法として、反応ガス組成(ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)を、ガス群AとしてNH:2.0〜3.0%、H:65〜75%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、N:0.0〜12.0%、C:0.0〜0.5%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス群Aの供給とガス群Bの供給の位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行い、表7に示される(Ti,Al)(C,N)層を逃げ面に成膜した。なお、すくい面を覆うことができるように加工したSUS316L製の部品を用いてマスクを行った。
ついで、逃げ面に所定の(Ti,Al)(C,N)層を形成した工具基体を、一旦化学蒸着装置から取り出した後に、すくい面のマスクを除去し、一方、逃げ面に成膜されないようマスク処理を施し、化学蒸着装置を用い、表4に示される形成条件A〜H、すなわち、NHとHからなるガス群Aと、TiCl、AlCl、N、Hからなるガス群B、およびおのおのガスの供給方法として、反応ガス組成(ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)を、ガス群AとしてNH:3.5〜4.0%、N:0〜5%、H:55〜60%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、C:0〜0.5%、N:0.0〜12.0%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス供給Aとガス供給Bの位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行い、表7に示される(Ti,Al)(C,N)層をすくい面に成膜することにより本発明被覆工具1〜12を製造した。逃げ面についても、すくい面と同様に、逃げ面を覆うことができるように加工したSUS316L製の部品を用いてマスクを行った。
なお、本発明被覆工具9〜12については、上記成膜後に逃げ面のマスクを取り除き、表3に示される形成条件で、逃げ面とすくい面の双方に表6に示される上部層を形成した。
また、比較の目的で、工具基体A〜Dの表面に逃げ面とすくい面が同じ条件で成膜されるように、表5に示される比較成膜工程の条件で、表8に示される目標層厚(μm)で本発明被覆工具1〜12と同様に、少なくとも(Ti,Al)(C,N)層を含む硬質被覆層を蒸着形成し比較被覆工具1〜12を製造した。この時には、(Ti,Al)(C,N)層の成膜工程中に、工具基体表面における反応ガス組成が時間的に変化しない様に硬質被覆層を形成することにより比較被覆工具1〜12を製造した。
また、本発明被覆工具5〜12と同様に、比較被覆工具5〜12については、表3に示される形成条件で、表6に示される下部層、上部層を形成した。
本発明被覆工具1〜12、比較被覆工具1〜12の各構成層の工具基体に垂直な方向の断面を、走査型電子顕微鏡(倍率5000倍)を用いて測定し、観察視野内の5点の層厚を測って平均して平均層厚を求めたところ、いずれも表6〜表8に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
また、(Ti,Al)(C,N)層の平均Al含有割合Xavgについては、電子線マイクロアナライザ(EPMA,Electron−Probe−Micro−Analyser)を用い、逃げ面およびすくい面の表面を研磨した試料において、電子線を試料表面側から照射し、得られた特性X線の解析結果の10点平均からAlの平均Al含有割合Xavgを求めた。平均C含有割合Yavgについては、二次イオン質量分析(SIMS,Secondary−Ion−Mass−Spectroscopy)により求めた。イオンビームを試料の逃げ面およびすくい面の表面側から70μm×70μmの範囲に照射し、スパッタリング作用によって放出された成分について深さ方向の濃度測定を行った。
その結果を、表7および表8に示す。
また、硬質被覆層の傾斜角度数分布については、立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層からなる硬質被覆層の工具基体表面に垂直な方向の断面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に70度の入射角度で15kVの加速電圧の電子線を1nAの照射電流で、前記断面研磨面の測定範囲内に存在する立方晶結晶格子を有する結晶粒個々に照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、工具基体表面と水平方向に長さ100μm、工具基体表面と垂直な方向の断面に沿って膜厚以下の距離の測定範囲内の該硬質被覆層について0.01μm/stepの間隔で、基体表面の法線(断面研磨面における基体表面と垂直な方向)に対して、逃げ面の前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、さらに、すくい面の前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、これらの測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより、0〜10度の範囲内に存在する度数のピークの存在を確認し、かつ0〜10度の範囲内に存在する度数の割合を求めた。
その結果を、表7および表8に示す。
なお、本発明被覆工具の工具基体表面の法線に対する各結晶粒の{001}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を図3(a)、(b)に示すが、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフである。
また、上記と同様にして、基体表面の法線(断面研磨面における基体表面と垂直な方向)に対して、逃げ面の前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、さらに、すくい面の前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、これらの測定結果に基づいて、前記測定傾斜角のうち、0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分すると共に、各区分内に存在する度数を集計することにより、0〜10度の範囲内に存在する度数のピークの存在を確認し、かつ0〜10度の範囲内に存在する度数の割合を求めた。
その結果を、同じく、表7および表8に示す。
なお、本発明被覆工具の工具基体表面の法線に対する各結晶粒の{110}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を図4(a)、(b)に示すが、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフである。
また、比較被覆工具の工具基体表面の法線に対する各結晶粒の{110}面の法線がなす傾斜角度数分布の一例を図5(a)、(b)に示すが、(a)は逃げ面について測定したグラフ、(b)は、すくい面について測定したグラフである。
前記本発明被覆工具1〜12、比較被覆工具1〜12の硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層の逃げ面およびすくい面について、透過型電子顕微鏡を用いて加速電圧200kVの条件にて1μm×1μmの領域で電子線回折図形を解析することにより、六方晶と立方晶を同定し、その解析結果より六方晶面積割合を算出した。また、六方晶構造の微粒結晶粒の平均粒子径は、粒界を含んだ1μm×1μmの測定範囲内に存在する各々の六方晶の粒子について外接円を作成し、その外接円の直径を該六方晶結晶粒の粒径とし、それらの値から算出した平均値を平均粒径Rとした。
表7および表8に、その結果を示す。





つぎに、前記各種の被覆工具をいずれもカッタ径125mmの工具鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、本発明被覆工具1〜12、比較被覆工具1〜12について、以下に示す、合金鋼の高速断続切削の一種である乾式高速正面フライス、センターカット切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
その結果を表9に示す。
工具基体:炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメット、
切削試験: 乾式高速正面フライス、センターカット切削加工、
被削材: JIS・SCM440幅100mm、長さ400mmのブロック材、
回転速度: 994 min−1
切削速度: 390 m/min、
切り込み: 1.0 mm、
一刃送り量: 0.12 mm/刃、
切削時間: 8分、
(通常の切削速度は、220m/min)、

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、TaC粉末、NbC粉末、Cr32粉末、TiN粉末およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、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、98MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を5Paの真空中、1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切刃部にR:0.07mmのホーニング加工を施すことによりISO規格CNMG120412のインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体α〜γをそれぞれ製造した。
また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比でTiC/TiN=50/50)粉末、NbC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11に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、98MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を1.3kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、切刃部分にR:0.09mmのホーニング加工を施すことによりISO規格・CNMG120412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δを形成した。
つぎに、本発明工具16〜20、22〜24については、表3に示される形成条件で、表12に示される下部層を逃げ面とすくい面の双方に形成した後に、実施例1と同様に、工具基体α〜δのすくい面に成膜されないようマスク処理を施し、化学蒸着装置を用い、表4に示される形成条件A〜H、すなわち、NHとHからなるガス群Aと、TiCl、AlCl、N、Hからなるガス群B、およびおのおのガスの供給方法として、反応ガス組成(ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)を、ガス群AとしてNH:2.0〜3.0%、H:65〜75%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、N:0.0〜12.0%、C:0.0〜0.5%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス群Aの供給とガス群Bの供給の位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行い、表13に示される(Ti,Al)(C,N)層を逃げ面に成膜した。
さらに、逃げ面に所定の(Ti,Al)(C,N)層を形成した後、実施例1と同様に、一旦化学蒸着装置から取り出し、すくい面のマスクを除去し、逃げ面に成膜されないようマスク処理を施し、化学蒸着装置を用い、表4に示される形成条件A〜H、すなわち、NHとHからなるガス群Aと、TiCl、AlCl、N、Hからなるガス群B、およびおのおのガスの供給方法として、反応ガス組成(ガス群Aおよびガス群Bを合わせた全体に対する容量%)を、ガス群AとしてNH:3.5〜4.0%、N:0〜5%、H:55〜60%、ガス群BとしてAlCl:0.6〜0.9%、TiCl:0.2〜0.3%、C:0〜0.5%、N:0.0〜12.0%、H:残、反応雰囲気圧力:4.5〜5.0kPa、反応雰囲気温度:700〜900℃、供給周期1〜5秒、1周期当たりのガス供給時間0.15〜0.25秒、ガス供給Aとガス供給Bの位相差0.10〜0.20秒として、所定時間、熱CVD法を行い、表13に示される(Ti,Al)(C,N)層をすくい面に成膜することにより本発明被覆工具13〜24を製造した。
なお、本発明被覆工具16、19〜24については、上記成膜後に逃げ面のマスクを取り除き、表3に示される形成条件で、逃げ面とすくい面の双方に表12に示される上部層を形成した。
また、比較の目的で、工具基体α〜γおよび工具基体δの表面に、逃げ面とすくい面が同じ条件で成膜されるように、通常の化学蒸着装置を用い、表5に示される条件かつ表14に示される目標層厚で本発明被覆工具と同様に硬質被覆層を蒸着形成することにより、表14に示される比較被覆工具13〜24を製造した。 また、本発明被覆工具16〜24と同様に、比較被覆工具16〜24については、表3に示される形成条件で、表12に示される下部層、上部層を形成した。
また、本発明被覆工具13〜24、比較被覆工具13〜24の各構成層の断面を、走査電子顕微鏡(倍率5000倍)を用いて測定し、観察視野内の5点の層厚を測って平均して平均層厚を求めたところ、いずれも表12〜表14に示される目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
また、前記本発明被覆工具13〜24、比較被覆工具13〜24の硬質被覆層について、実施例1に示される方法と同様の方法を用いて、逃げ面およびすくい面の平均Al含有割合Xavg、平均C含有割合Yavgを測定した。
さらに、実施例1と同様にして、基体表面の法線に対して、逃げ面の結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、さらに、すくい面の前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、0〜10度の範囲内に存在する度数のピークの存在を確認するとともに、0〜10度の範囲内に存在する度数の割合を求めた。
同様に、基体表面の法線に対して、逃げ面の結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、さらに、すくい面の前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、0〜10度の範囲内に存在する度数のピークの存在を確認するとともに、0〜10度の範囲内に存在する度数の割合を求めた。
その結果を、表13および表14に示す。
また、(Ti,Al)(C,N)層について、電子線後方散乱回折装置を用いて縦断面方向から解析し、粒界部に存在する微粒結晶粒の結晶構造、平均粒径Rおよび面積割合を測定した。
これらの結果を、表13および表14に示す。





つぎに、前記各種の被覆工具をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆工具13〜24、比較被覆工具13〜24について、以下に示す、合金鋼の乾式高速断続切削試験、鋳鉄の湿式高速断続切削試験を実施し、いずれも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
切削条件1:
被削材:JIS・S45Cの長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:390 m/min、
切り込み:1.5 mm、
送り:0.15 mm/rev、
切削時間:5 分、
(通常の切削速度は、220m/min)、
切削条件2:
被削材:JIS・FCD700の長さ方向等間隔4本縦溝入り丸棒、
切削速度:325 m/min、
切り込み:1.0 mm、
送り:0.25 mm/rev、
切削時間:5 分、
(通常の切削速度は、180m/min)、
表15に、前記切削試験の結果を示す。

表9、表15に示される結果から、本発明の被覆工具は、立方晶構造の(Ti,Al)(C,N)層を少なくとも含む硬質被覆層の結晶粒について、{001}面の法線および{110}面の法線の、工具基体表面の法線に対する傾斜角度数分布を測定したとき、逃げ面は{001}面配向性が相対的に高く、一方、すくい面は{110}面配向性が相対的に高いことから工具基体との密着強度、耐チッピング性、耐すくい面摩耗性にすぐれるため、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する合金鋼、鋳鉄等の高速断続切削加工に供した場合でも、硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を示すとともに、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮することが明らかである。
これに対して、比較被覆工具では、硬質被覆層を構成する(Ti,Al)(C,N)層を構成する立方晶結晶粒の逃げ面の結晶配向性、あるいは、すくい面の結晶配向性が、本発明で規定する条件を備えていないため、高熱発生を伴い、しかも、切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する高速断続切削加工に用いた場合、チッピング、欠損等の発生により短時間で寿命にいたることが明らかである。
前述のように、本発明の被覆工具は、合金鋼、鋳鉄等の高速断続切削加工ばかりでなく、各種の被削材の被覆工具として用いることができ、しかも、長期の使用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から、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

Claims (4)

  1. 炭化タングステン基超硬合金、炭窒化チタン基サーメットまたは立方晶窒化ホウ素基超高圧焼結体のいずれかで構成された工具基体の表面に、硬質被覆層が形成されている表面被覆切削工具において、
    (a)前記硬質被覆層は、平均層厚1〜20μmのTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層を少なくとも含み、
    (b)前記複合窒化物または複合炭窒化物層は、NaCl型の面心立方構造を有する複合窒化物または複合炭窒化物の相を少なくとも含み、
    (c)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、
    組成式:(Ti1−xAl)(C1−y)で表した場合、AlのTiとAlの合量に占める平均含有割合XavgおよびCのCとNの合量に占める平均含有割合Yavgは、それぞれ、0.60≦Xavg≦0.95、0≦Yavg≦0.005(但し、Xavg、Yavgはいずれも原子比)を満足し、
    (d)前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、電子線後方散乱回折装置を用いて、個々の結晶粒の結晶方位を、前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層の縦断面方向から解析した場合、
    工具基体表面の法線方向に対する前記結晶粒の結晶面である{001}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し傾斜角度数分布を求めたとき、
    逃げ面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合を占め、
    すくい面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合を占め、
    (e)工具基体表面の法線方向に対する前記結晶粒の結晶面である{110}面の法線がなす傾斜角を測定し、前記測定傾斜角のうち、法線方向に対して0〜45度の範囲内にある測定傾斜角を0.25度のピッチ毎に区分して各区分内に存在する度数を集計し傾斜角度数分布を求めたとき、
    逃げ面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の30%未満の割合を占め、
    すくい面におけるTiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層は、前記0〜10度の範囲内の傾斜角区分に最高ピークが存在すると共に、前記0〜10度の範囲内に存在する度数の合計が、前記傾斜角度数分布における度数全体の40%以上の割合を占めることを特徴とする表面被覆切削工具。
  2. 前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層について、該層の縦断面方向から観察した場合に、複合窒化物または複合炭窒化物層内のNaCl型の面心立方構造を有する個々の結晶粒の粒界部に、六方晶構造を有する微粒結晶粒が存在し、該六方晶構造を有する微粒結晶粒の存在する面積割合が5面積%以下であり、該微粒結晶粒の平均粒径Rが0.01〜0.3μmであることを特徴とする請求項1に記載の表面被覆切削工具。
  3. 前記工具基体と前記TiとAlの複合窒化物または複合炭窒化物層の間に、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、0.1〜20μmの合計平均層厚を有する下部層が存在することを特徴とする請求項1または2に記載の表面被覆切削工具。
  4. 前記複合窒化物または複合炭窒化物層の上部に、少なくとも酸化アルミニウム層を含む上部層が1〜25μmの合計平均層厚で形成されていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の表面被覆切削工具。
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