JP7124267B1 - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
前記被膜は、第1層を含み、
前記第1層の厚みは、0.2μm以上9μm以下であり、
前記第1層は、Ti(1-x-y)AlxMyNからなり、
前記Mは、ジルコニウム、ハフニウム、周期表5族元素、6族元素、珪素、および硼素からなる群より選択される1種の元素であり、
前記第1層において、前記第1層の厚み方向に沿って、前記x及び前記yは変化し、
前記xの最大値xmaxは、0.20以上0.70以下であり、
前記xの最小値xminは、0以上0.6以下であり、
前記xmaxと前記xminとは、0.01≦xmax-xmin≦0.7を満たし、
前記yの最大値ymaxは、0.01以上0.20以下であり、
前記yの最小値yminは、0以上0.19以下であり、
前記ymaxと前記yminとは、0.01≦ymax-ymin≦0.2を満たす。
近年、高能率加工のニーズが高まっている。これに伴い、高能率加工においても、長い工具寿命を有する切削工具が求められている。
本開示によれば、高能率加工においても長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能である。
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第1層を含み、
前記第1層の厚みは、0.2μm以上9μm以下であり、
前記第1層は、Ti(1-x-y)AlxMyNからなり、
前記Mは、ジルコニウム、ハフニウム、周期表5族元素、6族元素、珪素、および硼素からなる群より選択される1種の元素であり、
前記第1層において、前記第1層の厚み方向に沿って、前記x及び前記yは変化し、
前記xの最大値xmaxは、0.20以上0.70以下であり、
前記xの最小値xminは、0以上0.6以下であり、
前記xmaxと前記xminとは、0.01≦xmax-xmin≦0.7を満たし、
前記yの最大値ymaxは、0.01以上0.20以下であり、
前記yの最小値yminは、0以上0.19以下であり、
前記ymaxと前記yminとは、0.01≦ymax-ymin≦0.2を満たす。
前記下地層は、前記基材の直上で、且つ、前記第1層の直下に配置され、
前記下地層の厚みは、0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記下地層は、TiaAl1-aN又はAlpCr1-pNからなり、
前記aは、0.2以上1.0以下であり、
前記pは、0以上0.8以下であることが好ましい。これによって、切削工具において基材と被膜との密着力が向上する。
本開示の一実施形態(以下、「本実施形態」とも記す。)の切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚み、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
図2~図6に示される様に、本実施形態に係る切削工具10は、
基材11と、前記基材11上に配置された被膜40と、を備える切削工具であって、
前記被膜40は、第1層12を含み、
前記第1層12の厚みは、0.2μm以上9μm以下であり、
前記第1層12は、Ti(1-x-y)AlxMyNからなり、
前記Mは、ジルコニウム、ハフニウム、周期表5族元素、6族元素、珪素、および硼素からなる群より選択される1種の元素であり、
前記第1層12において、前記第1層12の厚み方向に沿って、前記x及び前記yは変化し、
前記xの最大値xmaxは、0.20以上0.70以下であり、
前記xの最小値xminは、0以上0.6以下であり、
前記xmaxと前記xminとは、0.01≦xmax-xmin≦0.7を満たし、
前記yの最大値ymaxは、0.01以上0.20以下であり、
前記yの最小値yminは、0以上0.19以下であり、
前記ymaxと前記yminとは、0.01≦ymax-ymin≦0.2を満たす。
本実施形態の基材は、この種の基材として従来公知のものを特に限定なく用いることができる。例えば、上記基材は、超硬合金(例えば、炭化タングステン(WC)基超硬合金、WCの他にCoを含む超硬合金、WCの他にTi、Ta、Nb等の炭窒化物等を添加した超硬合金等)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、工具鋼、セラミックス(炭化チタン(TiC)、炭化硅素(SiC)、窒化硅素(SiN)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化アルミニウム(Al2O3)、サイアロン、およびこれらの混合体等)、立方晶型窒化硼素焼結体(cBN焼結体)、ダイヤモンド焼結体、および結合相中に立方晶型窒化硼素粒子が分散した硬質材料等を挙げることができる。
上記基材の上記被膜と接する面のスキューネスRsksubは、-2以上2以下であることが好ましい。ここで、「スキューネス」とは、JIS B 0601-2001に規定される粗さ曲線のスキューネスを意味し、面の山部と谷部との歪度を示すパラメータである。言い換えれば、「スキューネス」とは、図9および図10で示す様に、平均線L1を中心としたときの山部と谷部との対称性を表す指標である。上記面が平均線L1に対して上側に偏っている場合、「スキューネス」は正の値となる(図9)。また、上記面が平均線L1に対して下側に偏っている場合、「スキューネス」は負の値となる(図10)。また、図9および図10で示す確率密度の分布曲線が正規分布となる場合、スキューネスは「0」となる。
上記基材の被膜と接する面のスキューネスRsksubは、例えば、以下の方法によって求めることができる。先ず、切削工具を、その逃げ面の法線方向に沿い、かつ、刃先を含むように切断して断面を露出させる。切断は、集束イオンビーム装置、又は、クロスセクションポリッシャ装置等を用いることができる。走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)を用いて、該断面を2000倍で観察して、反射電子像を得る。次いで、画像画像処理ソフト(たとえば、商品名「Winroof」三谷商事株式会社製)を用いて、該反射電子像を2.5倍に拡大することにより、観察視野を得る。次いで、該観察視野において、「被膜の表面」と、「基材の被膜と接する面(基材と被膜との界面に相当)」とを含む50μm四方の矩形の任意の箇所を抜出し、「基材の被膜と接する面」を線としてトレースして抽出する。これによって抽出された線を、画像処理ソフト(たとえば、商品名「Winroof」三谷商事株式会社製)を用いて数値化することにより、該数値の平均値を算出する。ここで、「線を数値化する」とは、抽出された線をx-yの座標軸に置いた場合に、当該線のy軸の値をx軸方向に0.05μm間隔で出力することを意味する。次いで、該平均値に基づいて、基材の被膜と接する面と略平行な方向に平均線を描く。次いで、その該平均線をX軸とし、且つ、該X軸に対する垂直方向をY軸とする座標軸として、上記画像処理ソフトを用いることにより、該座標軸において、被膜の表面における面の粗さ曲線Z(x)を得る。次いで、該Z(x)を以下の式(1)に代入することによって、Rqを得る。ここで、「l」は「50μm」である。
次いで、該Z(x)と該Rqとを以下の式(2)に代入することによって、スキューネスRskを得る。
これを、上記断面における任意の5視野において実行することによって得られた上記スキューネスRskの平均値を算出することにより、上記スキューネスRsksubを求められる。
被膜40は、上記基材11上に配置される(図2~6)。図2~6は、本開示の切削工具の一態様を例示する模式断面図である。「被膜」は、上記基材11の少なくとも刃先部分を被覆することで、切削工具における耐剥離性、耐欠損性、耐摩耗性等の諸特性を向上させる作用を有するものである。ここで記載の刃先部分とは、刃先稜線から基材表面に沿って500μm以内の領域を意味する。上記被膜40は、上記基材11の全面を被覆することが好ましい。しかしながら、上記基材11の一部が上記被膜40で被覆されていなかったり、被膜40の構成が部分的に異なっていたりしていたとしても本実施形態の範囲を逸脱するものではない。
上記被膜の表面のスキューネスRsksurfは、-2以上2以下であることが好ましい。これによって、上記被膜の表面において、山部と谷部の分布の偏りが小さくなることに起因して、加工時の負荷による応力集中が軽減されるため、被膜の耐剥離性を向上することができる。また、上記Rsksurfの下限は、-1.8以上であることがより好ましく、-1.6以上であることが更に好ましく、-1.4以上であることが更により好ましい。また、上記Rsksurfの上限は、1.8以下であることがより好ましく、1.6以下であることが更に好ましく、1.4以下であることが更により好ましい。また、上記Rsksurfは、-1.8以上1.8以下であることがより好ましく、-1.6以上1.6以下であることが更に好ましく、-1.4以上1.4以下であることが更により好ましい。
上記被膜の表面の粗さRasurfは、0μm以上0.1μm以下であることが好ましい。これによって、上記被膜の表面において、凹凸が軽減されることに起因して、加工時の負荷による応力集中が軽減されるため、被膜の耐剥離性を向上することができる。また、上記Rasurfの下限は、0.01μm以上であることが好ましく、0.02μm以上であることがより好ましく、0.03μm以上であることが更に好ましい。また、上記Rasurfの上限は、0.09μm以下であることが好ましく、0.08μm以下であることがより好ましく、0.07μm以下であることが更に好ましい。また、上記Rasurfは、0.01μm以上0.09μm以下であることが好ましく、0.02μm以上0.08μm以下であることがより好ましく、0.03μm以上0.08μm以下であることが更に好ましい。ここで、「表面粗さRa」とは、JIS B 0601-2001に規定される算術平均粗さを意味する。
上記第1層の厚みは、0.2μm以上9μm以下である。これによって、被膜の膜強度を向上することができる。また、上記第1層の厚みの下限は、0.4μm以上であることが好ましく、0.6μm以上であることがより好ましく、0.8μm以上であることが更に好ましい。また、上記第1層の厚みの上限は、8μm以下であることが好ましく、7μm以下であることがより好ましく、6μm以下であることが更に好ましい。また、上記第1層の厚みは、0.4μm以上8μm以下であることが好ましく、0.6μm以上7μm以下であることがより好ましく、0.8μm以上6μm以下であることが更に好ましい。
(分析条件)
一次電子のエネルギー:10keV
電流 :約3nA
入射角度:試料逃げ面の法線に対して0度
分析領域:約10μm×10μm
(イオンスパッタ(Ar+)の条件)
エネルギー :1keV
入射角度 :試料逃げ面の法線に対して約0度
スパッタ速度:約2nm/min
任意の5点について上記測定を実行する。該5点における上記原子濃度比率の測定値の平均から、xmax、ymax、xmin、yminを求められる。また、Mで示される元素の種類も特定することができる。
上記第1層において、結晶子サイズの平均は5nm以上90nm以下であることが好ましい。これによって、結晶子サイズの微細化に起因して、該第1層を含む被膜の膜強度を更に向上することができる。また、結晶子サイズが小さすぎることに起因する第1層の靱性低下を抑制できるため、第1層においてクラックの発生を抑制することができる。また、上記結晶子サイズの平均の下限は、8nm以上であることが好ましく、12nm以上であることがより好ましく、15nm以上であることが更に好ましい。また、上記結晶子サイズの平均の上限は、80nm以下であることが好ましく、70nm以下であることがより好ましく、60nm以下であることが更に好ましい。また、上記結晶子サイズの平均は、8nm以上80nm以下であることがより好ましく、12nm以上70nm以下であることが更に好ましく、15nm以上60nm以下であることが更により好ましい。
γ=Kλ/βcosθ (I)
ここで、Kは形状因子を意味する。また、本明細書においてKは「0.9」である。また、ここで、λはX線波長を意味する。また、ここで、βはピーク半値全幅(Full Width Half Maximum(FWHM))を意味し、ラジアン単位で表される。また、ここで、θは第1層の(200)ピークのブラッグ角を意味する。なお、該測定を任意に選択された5箇所で行う。次いで、5箇所の測定箇所における結晶子サイズの平均値を算出することにより、上記結晶子サイズの平均が求められる。また、上記被膜が表面層(他の層)を含む場合、第1層を露出させた後、上記XRD測定を実行する。
(X線回折測定の条件)
走査軸 :2θ-θ
X線源 :Cu-Kα線(1.541862Å)
検出器 :0次元検出器(シンチレーションカウンタ)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
入射光学系:ミラーの利用
受光光学系:アナライザ結晶(PW3098/27)の利用
ステップ :0.03°
積算時間 :2秒
スキャン範囲(2θ):10°~120°
上記第1層の残留応力は、-3.0GPa以上-0.1GPa以下であることが好ましい。これによって、切削工具の膜強度を更に向上することができる。また、上記第1層の残留応力の下限は、-2.8GPa以上であることが好ましく、-2.5GPa以上であることがより好ましく、-2.2GPa以上であることが更に好ましい。また、上記第1層の残留応力の上限は、-0.2GPa以下であることが好ましく、-0.3GPa以下であることがより好ましく、-0.4GPa以下であることが更に好ましい。また、上記第1層の残留応力は、-2.8GPa以上-0.2GPa以下であることが好ましく、-2.5GPa以上-0.3GPa以下であることがより好ましく、-2.5GPa以上-0.4GPa以下であることが更に好ましい。なお、ここで、残留応力が負の値を示す場合、該残留応力は「圧縮残留応力」を意味する。
上記残留応力は、X線を用いた2θ-sin2ψ法(側傾法)によって求めることが可能である。具体的には、測定条件は下記のとおりである。例えば、第1層の逃げ面上における任意の3点について、X線を用いた2θ-sin2ψ法(側傾法)によって第1層の解析を行い、これら3点で求められた残留応力の平均値を当該第1層における残留応力とする。また、上記被膜が表面層(他の層)を含む場合、第1層を露出させた後、上記XRD測定を実行する。
(測定条件)
管電圧 :45kV
管電流 :200mA
X線源 :Cu-Kα線(1.541862Å)
入射光学系:φ0.3コリメーター
使用したピーク:TiN(2,0,0)
上記第1層の(200)面のX線回折強度I(200)と、上記第1層の(111)面のX線回折強度I(111)と、上記第1層の(220)面のX線回折強度I(220)との合計に対する、上記I(200)の比率I(200)/(I(200)+I(111)+I(220))は、0.50以上であることが好ましい。これによって、被膜の靭性を高めることができ亀裂の伝搬を抑制することができる為、被膜の耐剥離性を更に向上することができる。なお、ここで「(200)面のX線回折強度I(200)」とは、(200)面に由来するX線回折ピークのうち、最も高いピークにおける回折強度(ピークの高さ)(以下、「最大回折強度」とも記す。)を意味する。また、被膜に含まれる2種類以上の化合物のそれぞれについて(200)面に由来するX線回折ピークが存在する場合、すなわち、(200)面に由来するX線回折ピークが異なる位置に複数存在する場合は、「(200)面のX線回折強度I(200)」とは、それらの最大回折強度(ピークの高さ)の合計を意味する。「(111)面のX線回折強度I(111)」及び「(220)面のX線回折強度I(220)」についても同様である。
(X線回折測定の条件)
走査軸 :2θ-θ
X線源 :Cu-Kα線(1.541862Å)
検出器 :0次元検出器(シンチレーションカウンタ)
管電圧 :45kV
管電流 :40mA
入射光学系:ミラーの利用
受光光学系:アナライザ結晶(PW3098/27)の利用
ステップ :0.03°
積算時間 :2秒
スキャン範囲(2θ):10°~120°
上記被膜は、下地層を更に含み、該下地層は、TiaAl1-aN又はAlpCr1-pNからなることが好ましい。この場合、上記下地層は、上記基材の直上で、且つ、上記第1層の直下に配置されることが好ましい。これによって、基材と被膜との密着力を向上することができる。
本実施形態の効果を損なわない限り、上記被膜は、上記他の層を更に含んでいてもよい。図4~図6に示されるように、上記他の層としては、例えば、中間層14、および表面層15等が挙げられる。
本実施形態の被膜は、例えば、隣接する第1層12同士の間(図4)、または隣接する第1層12と表面層15との間(図5)において、中間層14を含むことができる。中間層14は、第1層12と、他の第1層12または第1層12以外の層(表面層15など)との間に配置される層である。また、中間層の組成は、例えば、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)、窒化チタンアルミ(TiAlN)、窒化チタンアルミケイ素(TiAlSiN)、窒化チタンアルミホウ素(TiAlBN)、窒化チタンアルミジルコニウム(TiAlZrN)、窒化チタンアルミハフニウム(TiAlHfN)、窒化チタンアルミバナジウム(TiAlVN)、窒化チタンアルミニオブ(TiAlNbN)、窒化チタンアルミタンタル(TiAlTaN)、窒化チタンアルミクロム(TiAlCrN)、窒化チタンアルミモリブデン(TiAlMoN)、窒化チタンアルミタングステンn(TiAlWN)とすることができる。また、中間層の厚みは、例えば、0.2μm以上1μm以下とすることができる。
本実施形態の被膜は、表面層を含むことができる(図6)。表面層15は、被膜40において最も表面側に配置される層である。ただし、刃先稜線部においては形成されない場合もある。
実施形態1の切削工具の製造方法について以下に説明する。なお、以下の製造方法は一例であり、実施形態1の切削工具は、他の方法で作製されたものでもよい。
上記基材を準備する第1工程(以下、単に「第1工程」という場合がある)と、
上記基材上に上記被膜を形成する第3工程(以下、単に「第3工程」という場合がある)と、を含む。また、該製造方法は、更に、上記第1工程により得られた基材の表面をイオンボンバードメント処理する第2工程(以下、単に「第2工程」という場合がある)、及び/又は、上記第3工程により得られた被膜の表面を乾式ブラスト処理する第4工程(以下、単に「第4工程」という場合がある。)を更に含むことができる。以下、各工程について説明する。
第1工程では、上記基材を準備する。上記基材としては、上述したようにこの種の基材として従来公知のものであればいずれの基材も使用することができる。例えば、形状がISO規格のDNGA150408であり、超硬合金材料(K10相当)からなる基体を準備する。該基体の刃先(コーナー)部分のそれぞれに立方晶窒化硼素焼結体からなるの基材(形状:頂角が55°であり当該頂角を挟む両辺がそれぞれ2mmである二等辺三角形を底面とし、厚みが2mmの三角柱状のもの)を接合することにより接合体を得る。なお接合には、Ti-Zr-Cuからなるロウ材を用いる。次いで、当該接合体の外周面、上面および下面を研削し、刃先にネガランド形状(ネガランド幅が150μmであり、ネガランド角が25°)を形成する。このようにして、刃先(切れ刃)部分がそれぞれ立方晶窒化硼素焼結体からなる基体を得ることができる。
第2工程では、基材の表面をイオンボンバードメント処理する。例えば、先ず、基体を成膜装置の真空チャンバー内にセットする。次いで、チャンバー内の真空引きを行なう。次いで、回転テーブルを3rpmで回転させながら、基体を500℃に加熱する。次いで、真空チャンバー内にArガスを導入し、タングステンフィラメントを放電させてArイオンを発生させ、基体にバイアス電圧を印加し、Arイオンにより、以下の条件で基体のイオンボンバード処理を行なう。
(イオンボンバードメント処理の条件)
Arガスの圧力 :1Pa
基板バイアス電圧:-600V~-1000V
処理時間:10分~45分
これによって、上記Rsksubを-2以上2以下とすることができる。
第3工程では、基材上に被膜を形成する。また、上記第3工程は、上記イオンボンバード処理された基材の表面の少なくとも一部を第1層で被覆する「第1層被覆工程」を含む。
第4工程では、上記第3工程により得られた被膜の表面を乾式ブラスト処理する。例えば、第4工程は、第3工程により得られた被膜のすくい面、逃げ面及びネガランド面に対し、ダイヤモンド砥粒を用いた弾性研磨メディアを、100mmの投射距離で、約15度から70度の投射角度に調整し、60秒~120秒の間ブラストを投射するという条件で、乾式ブラストにより研磨することにより実行される。これによって、被膜の表面の粗さRasurfを0μm以上0.1μm以下とし、且つ、被膜の表面のスキューネスRsksurfを-2以上2以下とすることができる。なお、ブラスト処理を行う面に対する投射角度が70度超の場合、被膜の表面の凹凸と面の粗さとが減少するより、被膜の除去が進行し易いため、被膜の効果を得にくい傾向がある。また、投射角度が15度未満の場合、弾性研磨メディアの研磨効果を得にくいため、被膜の表面の粗さが減少しにくい傾向がある。
本実施形態に係る製造方法では、上述した工程の他にも、例えば、上記第4工程以外の方法により、被膜の表面を処理する工程等を適宜行ってもよい。
[試料No.1~試料No.48、および試料No.1-101~試料No.104]
下記の製造方法を用いて、試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具を作製した。
先ず、形状がISO規格のDNGA150408であり、超硬合金材料(K10相当)からなる基体を準備した。次いで、該基体の刃先部分(コーナー部分)に、cBN含有率が70%であり、且つ、結合材の組成がTiN、TiB2、Al2O3、およびAlNからなる組成を有する立方晶型窒化硼素焼結体基材(形状:頂角が55°であり、当該頂角を挟む両辺がそれぞれ2mmである二等辺三角形を底面とし、厚みが2mmの三角柱状のもの)を接合することにより、接合体を得た。なお接合には、Ti-Zr-Cuからなるロウ材を用いた。次いで、該接合体の外周面、上面および下面を研削し、刃先にネガランド形状(ネガランド幅が150μmであり、ネガランド角が25°)を形成した。研削は、表1及び表2の「第1工程」の「研磨砥石」欄に示される番手を有する砥石を用いて、行った。このようにして、刃先(切れ刃)部分がそれぞれに立方晶窒化硼素焼結体からなる基体を得た。
上記基体を成膜装置の真空チャンバー内にセットした。次いで、チャンバー内の真空引きを行なった。次いで、回転テーブルを3rpmで回転させながら、基体を500℃に加熱した。次いで、真空チャンバー内にArガス(圧力:1Pa)を導入し、タングステンフィラメントを放電させてArイオンを発生させ、基体にバイアス電圧を印加し、該Arイオンにより、基体のイオンボンバード処理を行なった。なお、イオンボンバードメント処理のバイアス電圧と、イオンボンバードメント処理の時間とは、表1及び表2の「第2工程」の「バイアス電圧」及び「時間」欄に示す通りである。
<工程(iii):下地層を形成する工程>
次に、試料No.40~試料No.45において、上記基材の表面に下地層を形成するため、アークイオンプレーティング法を用いて、表2の「下地層を形成する工程」の「ターゲット」欄に記載したターゲットと、表2の「下地層を形成する工程」の「バイアス電圧」欄に記載したバイアス電圧との条件で工程(iii)を実行した。
次に、アークイオンプレーティング法を用いて、上記基材または上記下地層の表面に第1層を形成した。試料No.1~試料No.10では、上記工程(i)を行い、試料No.11~No.48、および試料No.101~試料No.104では、上記工程(ii)を行った。
次に、試料No.1~試料No.38、試料No.40~試料No.48、試料No.101~試料No.104を作製するため、第3工程により得られた被膜の表面における被加工面(すくい面、逃げ面、ネガランド面)に対し、表1および表2に記載した条件で、ブラスト処理を実行した。ブラスト処理は、被膜のすくい面、逃げ面及びネガランド面に対し、ダイヤモンド砥粒を用いた弾性研磨メディアを、100mmの投射距離で、約15度から70度の投射角度に調整し、60秒間ブラストを投射するという条件で実行された。
上述のようにして作製した試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具を用いて、以下のように、切削工具の各特性を評価した。なお、試料No.1~試料No.48の切削工具は実施例に対応し、試料No.101~試料No.104の切削工具は比較例に対応する。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、第1層におけるTi(1-x-y)AlxMyNの「M」の種類、「xmax」、「xmin」、「ymax」、および「ymin」と、下地層におけるTiaAl1-aN又はAlpCr1-pNの「a」および「p」とを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果のうち、「M」、「xmax」、「xmin」、「ymax」、「ymin」を、それぞれ表3および表4の「M」、「xmax」の項、「xmin」の項、「ymax」の項、「ymin」の項に記す。また、得られた結果のうち、「a」、「p」を、それぞれ表3および表4の「a」の項、「p」の項のそれぞれに記す。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、第1層の厚みを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「第1層の厚み[μm]」の項に記す。また、試料No.40~試料No.45の切削工具について、下地層の厚みを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「下地層の厚み[μm]」の項に記す。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、第1層の結晶子サイズの平均を、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「結晶子サイズ[nm]」の項に記す。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、第1層の残留応力を、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「残留応力[GPa]」の項に記す。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、Rsksubを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「Rsksub」の項に記す。また、試料No.1~試料No.39、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、Rasurfを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「Rasurf[μm]」の項に記す。また、試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、Rsksurfを、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「Rsksurf」の項に記す。
試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具について、第1層のI(200)/(I(200)+I(111)+I(220))を、実施形態1に記載の方法により求めた。得られた結果を、それぞれ表3および表4の「R(200)」の項に記す。
上記のようにして作製した試料No.1~試料No.48、および試料No.101~試料No.104の切削工具を用いて、以下の切削試験を行った。
(切削条件)
被削材 :高硬度鋼SCM415(HRC62)(直径100mm×長さ300mm)
切削速度:V=150m/min.
送り :f=0.2mm/rev.
切込み :ap=0.5mm
湿式/乾式:湿式
当該切削条件は、高能率加工に該当する。
試料No.1~試料No.48は、実施例に該当する。試料No.101~試料No.104は、比較例に該当する。表3および表4の結果から、実施例に該当する試料No.1~試料No.48の切削工具は、比較例に該当する試料No.101~試料No.104の切削工具よりも、高能率加工においても長い工具寿命を有することが分かった。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
Claims (5)
- 基材と、前記基材上に配置された被膜と、を備える切削工具であって、
前記被膜は、第1層を含み、
前記第1層の厚みは、0.2μm以上9μm以下であり、
前記第1層は、Ti(1-x-y)AlxMyNからなり、
前記Mは、ジルコニウム、ハフニウム、周期表5族元素、6族元素、珪素、および硼素からなる群より選択される1種の元素であり、
前記第1層において、前記第1層の厚み方向に沿って、前記x及び前記yは変化し、
前記xの最大値xmaxは、0.20以上0.70以下であり、
前記xの最小値xminは、0以上0.60以下であり、
前記xmaxと前記xminとは、0.01≦xmax-xmin≦0.70を満たし、
前記yの最大値ymaxは、0.01以上0.20以下であり、
前記yの最小値yminは、0以上0.19以下であり、
前記ymaxと前記yminとは、0.01≦ymax-ymin≦0.20を満たし、
前記被膜の表面の粗さRa surf は、0μm以上0.1μm以下であり、
前記被膜の表面のスキューネスRsk surf は、-2以上2以下であり、
前記基材の前記被膜と接する面のスキューネスRsk sub は、-2以上2以下である、切削工具。 - 前記第1層において、結晶子サイズの平均は5nm以上90nm以下である、請求項1に記載の切削工具。
- 前記被膜は、下地層を更に含み、
前記下地層は、前記基材の直上で、且つ、前記第1層の直下に配置され、
前記下地層の厚みは、0.05μm以上1.0μm以下であり、
前記下地層は、TiaAl1-aN又はAlpCr1-pNからなり、
前記aは、0.2以上1.0以下であり、
前記pは、0以上0.8以下である、請求項1又は請求項2に記載の切削工具。 - 前記第1層の残留応力は、-3.0GPa以上-0.1GPa以下である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の切削工具。
- 前記第1層の(200)面のX線回折強度I(200)と、前記第1層の(111)面のX線回折強度I(111)と、前記第1層の(220)面のX線回折強度I(220)との合計に対する、前記I(200)の比率I(200)/(I(200)+I(111)+I(220))は、0.50以上である、請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の切削工具。
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