JP7057420B2 - インサート及びこれを備えた切削工具 - Google Patents
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Description
本開示は、切削加工において用いられるインサート及びこれを備えた切削工具に関する。
現在、切削工具や耐摩耗性部材、摺動部材等の耐摩耗性や摺動性、耐チッピング性を必要とする部材の基体として、チタン（Ｔｉ）を主成分とするサーメットが広く使われている。
例えば、特許文献１では、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を主体とする結合相成分を含有し、表面部に金属結合相構成成分からなる溶出合金相を形成し、さらにその上に拡散防止作用を有するＴｉＮ層を設けることで、欠けやチッピングの発生を抑制した表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具が開示されている。
本開示のインサートは、基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備する。前記基体は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相とを有する。前記基体と前記被覆層との間に、ＣｏとＣとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃｏ＞Ｃ＞Ｗの関係を満たす第１化合物が位置している。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置する上述のインサートと、を備える。
＜インサート＞
以下、本開示のインサートについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示のインサートは、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
以下、本開示のインサートについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示のインサートは、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
本開示のインサート１は、図１、２に示すように基体３を有する。本開示のインサート１は基体３の少なくとも一部を覆う被覆層５を具備している。
本開示のインサート１の形状は、例えば、四角板形状であって、図１における上面は、いわゆるすくい面である。また、上面の反対に下面を有し、上面と下面との間にそれぞれに繋がる側面を有する。側面において少なくても一部は、いわゆる逃げ面である。
本開示のインサート１は、上面と側面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。言い換えれば、すくい面と逃げ面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。
インサート１においては、すくい面の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、インサート１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形のすくい面における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
インサート１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、すくい面の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、インサート１の厚みは、例えば１～２０ｍｍ程度に設定される。
本開示のインサート１の基体３は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相と、を含有するサーメットからなる。サーメットは、いわゆるＴｉＣＮ基サーメットである。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮに加え、ＴｉＣ又はＴｉＮ等を含有するものが挙げられる。
また、本開示のインサート１は、図２に示すように基体３の上に被覆層５を有している。このようにインサート１が被覆層５を有するため、インサート１の耐摩耗性が高い。
被覆層５は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成されるものであってもよい。被覆層５は、基体３に近い側から、例えば、複数のＴｉＮ粒子を含む第１層５ａ、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層５ｂ、複数のＡｌ2Ｏ3粒子を含む第３層５ｃの順番で配置してもよい。
本開示のインサート１は、基体３と被覆層５との間に、ＣｏとＣとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃｏ＞Ｃ＞Ｗの関係を満たす第１化合物２１が位置している。
このような構成を有する本開示のインサート１は、優れた耐摩耗性及び耐チッピング性を有する。
第１化合物２１は、ＣｏとＣとＷとを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、Ｃｏを６９～８９ａｔｍ％、Ｃを８～２５ａｔｍ％、Ｗを３～１２ａｔｍ％含有してもよい。
図２に示すように、第１化合物２１は、基体３の一部を覆っていてもよい。第１化合物２１は、被覆層５が存在する部分において、基体３の８０％以上を覆っていてもよい。また、図３に示すように第１化合物２１は、被覆層５が存在する部分において、基体３の全てを覆っていてもよい。
図４に示すように、基体３と被覆層５との間に、第１化合物２１に加えて、ＣとＣｏとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃ＞Ｃｏ＞Ｗの関係を満たす第２化合物２３が位置していてもよい。
第２化合物２３は、ＣとＣｏとＷとを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを６０～７５ａｔｍ％、Ｃｏを１８～３０ａｔｍ％、Ｗを２～１０ａｔｍ％含有していてもよい。
また、図５に示すように、断面視において、第１化合物２１は、第２化合物２３を取り囲んでいてもよい。
また、図６に示すように、基体３と被覆層５との間に、第１化合物２１に加えて、ＣとＴｉとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たす第３化合物２５が位置していてもよい。
図７に示すように、第３化合物２５は、断面視において、第１化合物２１と被覆層５との間に位置していてもよい。
図８に示すように、第１化合物２１と第２化合物２３と第３化合物２５とが、基体３と被覆層５の間に位置していてもよい。
第３化合物２５は、ＣとＴｉとＷとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを５８～８０ａｔｍ％、Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、Ｗを１～１５ａｔｍ％含有していてもよい。
以上説明した第１化合物２１を有する本開示のインサート１は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。
また、基体は、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有していてもよい。これにより、耐摩耗性、耐欠損性に優れたインサート１となる。なお、Ｃｏ0.93Ｗ0.07は、ＪＣＰＤＳカードのＰＤＦ：０１－０７１－７５０９で示される結晶である。
本開示のインサート１は、Ｘ線回折による結晶相解析において、総結晶に占める、前記Ｃｏ0.93Ｗ0.07の割合が、５～１０であってもよい。また、８～１０であってもよい。このようにＣｏ0.93Ｗ0.07の含有量が多いと、基体３の耐摩耗性、耐欠損性が高い。
上記のＣｏ0.93Ｗ0.07の割合は、Ｘ線装置：ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製 Ｘ’Ｐｅｒｔ Ｐｒｏ ２θ：１０～１００、解析ソフトＲＩＥＴＡＮ－ＦＰを用いたリードベルト法により、検出された全ての結晶の割合にしめるＣｏ0.93Ｗ0.07の割合を計算したものである。
また、本開示のインサート１は、結合相の総量に占めるＣｏの含有量を９９．０質量％以上としてもよい。また、さらに９９．５質量％以上としてもよい。結合相としては、Ｃｏ以外に、Ｆｅ、Ｎｉ等を含むことができる。結合相が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉを含むものである場合、このＣｏの含有量（質量％）は、インサートに含まれるＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの質量を測定し、その総量でＣｏの質量を割って１００倍した数値である。言い換えると、本開示のインサート１に含まれる結合相中のＦｅおよびＮｉの総量は１質量％未満としてもよい。このように結合相として機能する金属をほぼＣｏのみとすると、Ｃｏ0.93Ｗ0.07が基体３に適度に分散し、耐摩耗性、耐欠損性が高い基体３が得られやすい。結合相がＣｏのみである場合、例えば、硬質相の原料粉末として平均粒径は、１μｍ以下、さらには、０．６μｍ以下であってもよい。なお、基体３に占めるＣｏの含有量は、１６質量％以上であってもよい。
また、結合相として、ＦｅおよびＮｉを含むときには、硬質相と結合相との濡れ性が向上する。
また、第１層５ａは、基体３の表面に垂直な断面において、ＴｉＮ粒子の基体３の表面に平行な方向の幅（以下、ＴｉＮ粒子の幅ともいう）を２５ｎｍとしてもよい。このような構成を有すると、第１層５ａは、基体３との密着性に優れる。また、第１層５ａと第１化合物２１、第１層５ａと第２化合物２３、第１層５ａと第３化合物２５との密着性が優れる。また、被覆膜５は、耐摩耗性に優れる。
なお、ＴｉＮ粒子の幅の測定は、基体３の表面から、０．０５μｍの位置で測定するとよい。また、基体３が第１化合物２１で覆われている場合には、第１化合物２１の表面から０．０５μｍの位置で測定するとよい。第１層５ａの厚みが、０．０５μｍ以下の場合には、第１層５ａの厚みの半分の位置でＴｉＮ粒子の幅を測定するとよい。
ＴｉＮ粒子の幅は、上記の位置で測定した２０個のＴｉＮ粒子の幅の平均値である。
また、基体３の表面に垂直な断面における、基体３の表面に平行な方向のＴｉＮ粒子の幅に対する、基体の表面に垂直な方向のＴｉＮ粒子の高さの比（以下、アスペクト比ともいう）が、１．０～１．７の範囲であってもよい。このような構成を有すると、第１層５ａは、基体３との密着力に優れる。
なお、ＴｉＮ粒子のアスペクト比は、基体３の表面から、０．０５μｍまでの位置に存在するＴｉＮ粒子で測定するとよい。アスペクト比は、ＴｉＮ粒子の２０個の平均値である。
また、第１層５ａの厚みは、０．１～１．０μｍであってもよい。第１層５ａの厚みが、０．１μｍ以上であると、基体３に含まれる結合相成分が被膜へ拡散することを抑制し、耐チッピング性に優れる。第１層５ａの厚みが、１．０μｍ以下であると、上層の第２層５ｂが微細になり耐摩耗性に優れる。特に、第１層５ａの厚みは、０．３～０．７μｍとしてもよい。
第１層５ａの厚みが、０．１μｍ以上であると、基体３に含まれる結合相成分が被膜へ拡散することを抑制し、耐チッピング性に優れる。基体３に含まれる結合相成分が被膜へ拡散することを抑制し、耐チッピング性に優れる。第１層５ａの厚みが、１．０μｍ以下であると、上層の第２層５ｂに含まれるＴｉＣＮ粒子が微細になり耐摩耗性に優れる。
図２に示す例では、インサート１は、基体３の上に第１層５ａを有している。また、第１層５ａの上に第２層５ｂを有している。第２層５ｂにはＴｉＣＮ結晶であるＴｉＣＮ粒子が含まれている。ＴｉＣＮ結晶の熱膨張係数は、８×１０-6／℃程度であり、基体３の熱膨張係数を９．０×１０-6／℃以上とすると、第２層５ｂの熱膨張係数は基体３の熱膨張係数よりも小さい。第２層５ｂは、基体３と第１層５ｃとの間にあって、第１層５ｃが剥がれてしまうことを抑制するとともに、アブレシブ摩耗を抑制する。
第３層５ｃにはＡｌ2Ｏ3結晶であるＡｌ2Ｏ3粒子が含まれている。Ａｌ2Ｏ3結晶の熱膨張係数は、７．２×１０-6／℃程度であり、基体３及び第２層５ｂの熱膨張係数よりも小さい。基体３と第２層５ｂとは、直接接触していてもよく、両者の間に、例えば、図２の例のように第１層５ａが位置していてもよい。この第１層５ａは、純粋なＴｉＮ粒子のみから構成される必要はなく、例えば、ＯやＣを含有していてもよい。また、第２層５ｂと第３層５ｃとは直接接触していてもよく、両者の間に、例えば、ＴｉＮ層（図示しない）が位置していてもよい。
このような構成を有するインサート１では、基体３の熱膨張係数と、第３層５ｃの厚みを調整することで、第２層５ｂ及び第３層５ｃに適度な圧縮応力を掛けることができる。例えば、第３層５ｃの厚みは、２μｍ以上である。
そして、第２層５ｂに掛かる圧縮応力を２５０～５００ＭＰａとし、第３層５ｃに掛かる圧縮応力を４５０ＭＰａ以上とし、第２層５ｂに掛かる圧縮応力よりも第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値を大きくしてもよい。このような構成を有すると、インサート１は、耐摩耗性及び耐久性に優れる。
なお、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力は、例えば、２Ｄ法を用いた測定に基づき判断すればよい。具体的には、逃げ面における切刃７から１ｍｍ以上離れた部分を測定位置とし、Ｘ線回折ピークを測定する。測定結果から特定された結晶構造に関して、測定結果における２θの値が、ＪＣＰＤＳカードに記載された基準となる２θの値に対してどのようにずれているかを確認して求めることができる。
ここで、残留応力がマイナスの値である場合、残留応力は、圧縮応力である。圧縮応力の値を示す場合には、マイナスを付けず、絶対値で表現する。
基体３の熱膨張係数が大きくなると、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値は大きくなる傾向にある。
被覆層５を構成する第２層５ｂと第３層５ｃとを比較すると、第３層５ｃの方が基体３から離れた位置にある。したがって、このような構成を有する切削工具１を用いて被加工物を加工するとき、第２層５ｂよりも先に第３層５ｃが被加工物と接触することになる。第３層５ｃが、Ａｌ2Ｏ3粒子を含むものであり、２μｍ以上の厚みを有するときには、耐摩耗性、耐酸化性が高い。また、第３層５ｃの厚みは、２．５μｍ以上、８．０μｍ以下としてもよい。このような構成を有するインサート１は、さらに耐摩耗性及び耐酸化性に優れる。
第２層５ｂと第３層５ｃの機能を考慮すると、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和は、７μｍ以上、１８μｍ以下としてもよい。また、８μｍ以上、１６μｍ以下としてもよい。
第２層５ｂは、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下としてもよい。このような範囲とすると、インサート１は、耐摩耗性と耐チッピング性に優れる。
また、第３層５ｃの厚みは、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和に対して、０．２～０．４倍としてもよい。このような構成のインサート１は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。
また、第３層５ｃは、基体３の主面に垂直な方向に沿うように、Ａｌ2Ｏ3結晶のＣ軸が配向していてもよい。他の言い方をすると、α－Ａｌ2Ｏ3結晶を含有しており、そのα－Ａｌ2Ｏ3結晶が基体３の主面に対して、垂直方向に延びる柱状になっていてもよい。また、本開示のインサート１における基体３には、表面において、硬質相と結合相とを含有し、基体３の内部よりも結合相の割合が多い結合相富化層が存在していてもよい。この結合相富化層の厚みは、１μｍ以上、１０μｍ以下であってもよい。
以下に本開示のインサートの製造方法を説明する。
表１に、後述する実施例で用いたインサートの基体となる原料粉末の割合を示す。各原料の平均粒径は、全て１μｍ以下のものを用いた。これらの原料粉末は、一般的に、サーメットの製造で用いられるものである。
本開示のインサートは、基体の組成及び被覆層の生成条件を工夫することで得ることができる。第１化合物を基体と被覆層の間に生成させるには、基体に含まれる結合相において、Ｃｏの割合が９７．０質量％以上となる組成とし、基体に含まれるＣｏの量を１０質量％以上とするとよい。基体に含まれる結合相において、Ｃｏの割合は、９９．０質量％以上、さらに９９．９質量％以上としてもよい。このＣｏの割合は、インサートに含まれるＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの質量を測定し、その総量でＣｏの質量を割った値である。数式で表すと、Ｃｏ／（Ｃｏ＋Ｎｉ＋Ｆｅ）である。
また、基体に含まれる結合相量を１６質量％以下とすると、基体の一部を第１化合物が覆う。基体に含まれる結合相量が１６質量％を超えると、被覆層が覆う基体の全てを第１化合物が覆う。
このような組成範囲の原料粉末にバインダーを添加した後、例えば、プレス成型によって、所望の形状に整え、バインダー成分を除去する脱脂工程の後、例えば、窒素や真空雰囲気で、１５００～１５５０℃の温度域で焼成することで、緻密質の基体が得られる。
なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持する。このとき、４５０℃の工程で、原料として加えたＣが減少するのを抑制するため、ＣＯ2ガスを１～５ｋＰａの圧力となるように脱脂炉に導入する。このようにすることで、Ｃ量を精密に制御することができる。
基体は、２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6以上とするとよい。
次に、被覆層を設ける。被覆層を設ける場合には、例えば、基体の表面に複数のＴｉＮ粒子を含む第１層を形成する。さらに第１層の上に、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層を形成する。さらに、その上に複数のＡｌ2Ｏ3粒子を含む第３層を形成する。第１層、第２層及び第３層は、化学蒸着（ＣＶＤ）法によって形成するとよい。このＣＶＤ蒸着法によって、成膜する際の成膜温度が高いほど、成膜された膜に掛かる圧縮応力は大きくなる。そこで、必要に応じて成膜温度を調整するとよい。
また、基体の表面に平行な方向の幅が２５ｎｍ未満の微細なＴｉＮ粒子を有する第１層を得るには、基体に含まれる結合相成分のうち、Ｃｏの比率を９９．０質量％以上とするとよい。
第１層は、例えば、温度：８００～９００℃、圧力８～２０ｋＰａ、ＴｉＣｌ4濃度：０．２～２．５ｍｏｌ％、Ｎ2濃度：２５．０～４９．９ｍｏｌ％、Ｈ2濃度４０．０～７４．８ｍｏｌ％の条件で製膜してもよい。
また、第２化合物を基体と被覆層の間に生成させるには、基体の原料組成において、原料中のＣ量と硬質相量とを調整して、Ｃ／硬質相を８．０以上とするとよい。なお、原料中のＣの量とは、炭素として加えるＣのほかに、例えば、各原料粉末に含まれるＣも含まれる。また、硬質相とは、インサート中に硬質相として存在しうるものを指し、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏやＭｎ、Ｍｏの金属や酸化物、炭酸化物は含まれない。
第２化合物を第１化合物が覆うようにするには、基体に含まれる結合相量が１６質量％を超えるものとし、Ｃ／硬質相を８．０以上とするとよい。
また、第３化合物を基体と被覆層の間に生成させるには、基体の上に第１層を形成する成膜条件でＴｉＣｌ4濃度を１．０ｍｏｌ％以上とするとよい。さらにＴｉＣｌ4濃度を１．２ｍｏｌ％以上とすると、第１化合物と被覆層との間に第３化合物が位置するインサートを得ることができる。
また、あるいは、予め、作製しておいた第１化合物、第２化合物、第３化合物を所望に応じて基体の表面に付着させ、その後、被覆膜を形成することで本開示のインサートを得ることもできる。
＜切削工具＞
次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
本開示の切削工具１０１は、図９に示すように、例えば、第１端（図９における上端）から第２端（図９における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図９に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記のインサート１とを備えている。切削工具１０１は、インサート１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
ポケット１０３は、インサート１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
ポケット１０３にはインサート１が位置している。このとき、インサート１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、インサート１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
インサート１は、すくい面及び逃げ面が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、インサート１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサート１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート１がホルダ１０５に装着されている。
ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具１０１を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工、溝入れ加工及び端面加工などが挙げられる。なお、切削工具１０１としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具１０１に上記の実施形態のインサート１を用いてもよい。
以下に、本開示のインサートについて、説明する。
基体は、以下のように作製した。表１に示す割合の原料粉末を用いて工具形状の成形体を作製し、バインダー成分を除去した後、焼成して、基体を作製した。これらの試料のうち、試料Ｎｏ．１～１４の基体は、いわゆるサーメットである。試料Ｎｏ．１５の基体は、いわゆる超硬合金である。なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持した。このとき、４５０℃の工程で、ＣＯ2ガスを３ｋＰａの圧力で脱脂炉に導入した。
焼成工程を経て得られた、これらの基体の表面について、観察したところ、いずれの基体についても第１化合物、第２化合物、第３化合物は確認されなかった。
これらの基体の表面に、ＣＶＤ蒸着法にて、表２に示す成膜条件で第１層を形成した。さらに第１層の上に第２層を形成した。さらに、第２層の上に第３層を形成した。
得られたインサートの断面をＪＯＥＬ社製透過型分析電子顕微鏡ＪＥＭ－２０１０Ｆ（ＵＨＲ）を用いて、８０，０００倍～２００，０００倍に拡大して観察することで基体と被覆層の間の第１化合物、第２化合物、第３化合物の有無を確認した。また、第１層のＴｉＮ粒子の形状を測定した。また、Ｘ線回折により、基体がＣｏ0.93Ｗ0.07を含有するか否かを確認した。なお、各化合物の組成は、同装置を用いた薄膜定量法で確認した。表２に各試料における第１化合物、第２化合物、第３化合物の有無を示す。基体は、結合相富化層を有していた。
基体として、超硬合金を用いた試料Ｎｏ．１５では、第１化合物、第２化合物、第３化合物はいずれも確認されなかった。
結合相（Ｎｉ＋Ｃｏ）に占めるＣｏの割合が９７．０質量％以上であり、基体に占めるＣｏの割合が１０質量％以上の試料Ｎｏ．２、３、５、７～１４は、基体と被覆膜の間に第１化合物を有していた。
これらの試料のうち、試料Ｎｏ．５は、第１化合物が基体の一部を覆っており、試料Ｎｏ．２、３、７～１４は、被覆膜が存在する位置において、第１化合物が基体の全てを覆っていた。
試料Ｎｏ．２、３、５、７～１４の第１化合物は、いずれもＣｏとＣとＷを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、Ｃｏを６９～８９ａｔｍ％、Ｃを８～２５ａｔｍ％、Ｗを３～１２ａｔｍ％含有していた。
第１化合物を有する試料のうち、Ｃ／硬質相が８．０以上の試料Ｎｏ．２、５、７～１４は、基体と被覆膜の間に第２化合物を有していた。
これらの試料のうち、試料Ｎｏ．２、７～１４は、第１化合物が第２化合物を取り囲んでいた。
第２化合物は、いずれもＣとＣｏとＷとを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを６０～７５ａｔｍ％、Ｃｏを１８～３０ａｔｍ％、Ｗを２～１０ａｔｍ％含有していた。
第１化合物を有する試料のうち、ＴｉＮ膜の成膜条件において、ＴｉＣｌ4濃度が、１．０ｍｏｌ％以上である試料Ｎｏ．３、５、８は、基体と被覆膜の間に第３化合物を有していた。
これらの試料のうち、試料Ｎｏ．３、８は、第３化合物が、断面視において第１化合物と被覆層の間に位置していた。
第３化合物は、ＣとＴｉとＷとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを５８～８０ａｔｍ％、Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、Ｗを１～１５ａｔｍ％含有していた。
得られたインサートは、以下の条件で、切削試験を行った。
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：切削長５．０ｋｍ切削した時点での逃げ面摩耗幅（μｍ）
（耐チッピング性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０ １２本溝(１０ｍｍ幅)付き
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数（回）
第１化合物を有する試料は、第１化合物を有さない試料よりも、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：切削長５．０ｋｍ切削した時点での逃げ面摩耗幅（μｍ）
（耐チッピング性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０ １２本溝(１０ｍｍ幅)付き
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数（回）
第１化合物を有する試料は、第１化合物を有さない試料よりも、優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。
また、さらに第２化合物、第３化合物を有する試料は、第２化合物、第３化合物を有さない試料よりも優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。
また、ＴｉＮ粒子の幅が、２５ｎｍ以下の試料も優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。
以上説明した、本開示のインサート及びこれを備えた切削工具は、一例であり、本願の要旨を逸脱しない限り、異なる構成を有していてもよい。
１・・・インサート
３・・・基体
５・・・被覆膜
５ａ・・第１層
５ｂ・・第２層
５ｃ・・第３層
７・・・切刃
１７・・貫通孔
２１・・第１化合物
２３・・第２化合物
２５・・第３化合物
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
３・・・基体
５・・・被覆膜
５ａ・・第１層
５ｂ・・第２層
５ｃ・・第３層
７・・・切刃
１７・・貫通孔
２１・・第１化合物
２３・・第２化合物
２５・・第３化合物
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ
Claims (13)
- 基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備するインサートであって、
前記基体は、
Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、
Ｃｏを含有する結合相と、
を有し、
前記基体と前記被覆層との間に、ＣｏとＣとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃｏ＞Ｃ＞Ｗの関係を満たす第１化合物が位置しており、
前記第１化合物は、前記Ｃｏと前記Ｃと前記Ｗとを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、前記Ｃｏを６９～８９ａｔｍ％、前記Ｃを８～２５ａｔｍ％、前記Ｗを３～１２ａｔｍ％含有する、インサート。 - 前記第１化合物は、被覆層が存在する部分において、前記基体の８０％以上を覆っている、請求項１に記載のインサート。
- 前記基体と前記被覆層との間に、ＣとＣｏとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃ＞Ｃｏ＞Ｗの関係を満たす、第２化合物が位置している、請求項１または２に記載のインサート。
- 前記第２化合物は、前記Ｃと前記Ｃｏと前記Ｗとを総和で９０ａｔｍ％以上含有し、
前記Ｃを６０～７５ａｔｍ％、前記Ｃｏを１８～３０ａｔｍ％、前記Ｗを２～１０ａｔｍ％含有する請求項３に記載のインサート。 - 前記基体の表面に直交する断面において、前記第１化合物は、前記第２化合物を取り囲んでいる、請求項３または４に記載のインサート。
- 前記基体と前記被覆層との間に、ＣとＴｉとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たす、第３化合物が位置している、請求項１～５のいずれかに記載のインサート。
- 前記基体の表面に直交する断面において、前記第３化合物は、前記第１化合物と前記被覆層との間に位置する、請求項６に記載のインサート。
- 前記第３化合物は、前記Ｃと前記Ｔｉと前記Ｗとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、前記Ｃを５８～８０ａｔｍ％、前記Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、前記Ｗを１～１５ａｔｍ％含有する請求項６または７に記載のインサート。
- 前記基体は、
２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6／℃以上であり、
前記被覆層は、
ＴｉＮを含有する第１層と、
該第１層の上に位置し、ＴｉＣＮを含有する第２層と、
該第２層の上に位置し、Ａｌ2Ｏ3を含有する第３層と、を有し、
前記第２層は、
圧縮応力が２５０～５００ＭＰａであり、
前記第３層は、
２μｍ以上の厚みを有し、圧縮応力が４５０ＭＰａ以上であり、前記第２層よりも圧縮応力の値が大きい、請求項１～８のいずれかに記載のインサート。 - 前記第３層は、厚みが２．５μｍ以上、８．０μｍ以下である、請求項９に記載のインサート。
- 前記第２層は、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項９または１０に記載のインサート。
- 前記第３層の厚みは、前記第２層の厚みと前記第３層の厚みの和の０．２～０．４倍の範囲である、請求項９～１１のいずれかに記載のインサート。
- 第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
前記ポケットに位置する請求項１～１２のいずれかに記載のインサートと、を備えた切削工具。
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