JP7754004B2 - cutting tools - Google Patents
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- JP7754004B2 JP7754004B2 JP2022104976A JP2022104976A JP7754004B2 JP 7754004 B2 JP7754004 B2 JP 7754004B2 JP 2022104976 A JP2022104976 A JP 2022104976A JP 2022104976 A JP2022104976 A JP 2022104976A JP 7754004 B2 JP7754004 B2 JP 7754004B2
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Description
本開示は、切削工具に関する。 This disclosure relates to cutting tools.
従来、切削工具の性能向上のため、超硬合金、立方晶窒化硼素焼結体等からなる基材の表面を被覆する被膜の開発が進められている。例えば、特許文献1には、工具基体の表面に、組成式:(Ti1-x-yAlxMy)Nz(該組成式において、Mは、周期表の第6族元素、Y、Si、La、Ceの少なくとも一つ)で表される複合窒化物皮膜を含む切削工具が開示されている。 Conventionally, in order to improve the performance of cutting tools, development has been underway for coatings that coat the surface of substrates made of cemented carbide, cubic boron nitride sintered body, etc. For example, Patent Document 1 discloses a cutting tool including, on the surface of the tool substrate, a composite nitride coating represented by the composition formula: (Ti1 -x- yAlxMy ) Nz (in this composition formula, M is at least one of Group 6 elements of the periodic table, Y, Si, La, and Ce).
特許文献1において、例えば、Mとしてセリウム(Ce)を用いたTiAlCeN膜は、高い硬度を有するが、靱性が低下する傾向にある。該TiAlCeN膜を、切れ刃への負荷が大きい加工条件(例えば鋼の断続加工)に用いると、切れ刃の欠損が生じやすく、工具寿命が低下する傾向がある。 In Patent Document 1, for example, a TiAlCeN film using cerium (Ce) as M has high hardness but tends to have reduced toughness. When this TiAlCeN film is used under machining conditions that place a heavy load on the cutting edge (for example, intermittent machining of steel), chipping of the cutting edge tends to occur, resulting in a reduced tool life.
そこで、本開示は、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。 Therefore, the present disclosure aims to provide a cutting tool with a long tool life.
本開示の切削工具は、
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、
前記切削工具は、
すくい面、
前記すくい面に連なる逃げ面、および、
前記すくい面と前記逃げ面との境界部分からなる切れ刃を含み、
前記被膜は、TiAlCeN層を含み、
前記TiAlCeN層は、
前記すくい面または前記逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層と、
前記切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層と、を有し、
前記第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、
前記第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2Nであり、
ここで、
x1+y1+z1=1、
x2+y2+z2=1、
0.300<y1≦0.700、
0.300<y2≦0.700、
0.010<z1≦0.100、
0<z2≦0.090、および、
z1-z2≧0.010である、切削工具である。
The cutting tool of the present disclosure comprises:
1. A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
The cutting tool comprises:
Rake face,
a flank surface connected to the rake surface; and
a cutting edge formed by a boundary portion between the rake face and the flank face,
the coating comprises a TiAlCeN layer;
The TiAlCeN layer is
a first TiAlCeN layer located on the rake face or the flank face;
a second TiAlCeN layer located on the cutting edge;
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 N,
The composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 N,
where:
x1+y1+z1=1,
x2+y2+z2=1,
0.300<y1≦0.700,
0.300<y2≦0.700,
0.010<z1≦0.100,
0<z2≦0.090, and
The cutting tool has z1-z2≧0.010.
本開示によれば、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。 This disclosure makes it possible to provide cutting tools with long tool life.
[本開示の実施形態の説明]
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
(1)本開示の切削工具は、
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、
前記切削工具は、
すくい面、
前記すくい面に連なる逃げ面、および、
前記すくい面と前記逃げ面との境界部分からなる切れ刃を含み、
前記被膜は、TiAlCeN層を含み、
前記TiAlCeN層は、
前記すくい面または前記逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層と、
前記切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層と、を有し、
前記第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、
前記第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2Nであり、
ここで、
x1+y1+z1=1、
x2+y2+z2=1、
0.300<y1≦0.700、
0.300<y2≦0.700、
0.010<z1≦0.100、
0<z2≦0.090、および、
z1-z2≧0.010である、切削工具である。
Description of the embodiments of the present disclosure
First, embodiments of the present disclosure will be listed and described.
(1) The cutting tool of the present disclosure is
1. A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
The cutting tool comprises:
Rake face,
a flank surface connected to the rake surface; and
a cutting edge formed by a boundary portion between the rake face and the flank face,
the coating comprises a TiAlCeN layer;
The TiAlCeN layer is
a first TiAlCeN layer located on the rake face or the flank face;
a second TiAlCeN layer located on the cutting edge;
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 N,
The composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 N,
where:
x1+y1+z1=1,
x2+y2+z2=1,
0.300<y1≦0.700,
0.300<y2≦0.700,
0.010<z1≦0.100,
0<z2≦0.090, and
The cutting tool has z1-z2≧0.010.
本開示によれば、長い工具寿命を有する切削工具を提供することが可能となる。 This disclosure makes it possible to provide cutting tools with long tool life.
(2)上記(1)において、前記TiAlCeN層の厚さは、0.5μm以上15μm以下であることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。 (2) In (1) above, the thickness of the TiAlCeN layer is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less. This further improves tool life.
(3)上記(1)または(2)において、前記被膜は、さらに第1層を含み、
前記第1層は、
周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、アルミニウムおよび珪素からなる第1群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる、または、
前記第1群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる第2群より選ばれる少なくとも1種の元素と、からなる第1化合物からなることが好ましい。
(3) In the above (1) or (2), the coating further includes a first layer,
The first layer is
at least one element selected from the first group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, aluminum, and silicon of the periodic table; or
It is preferable that the first compound comprises at least one element selected from the first group and at least one element selected from the second group consisting of carbon, nitrogen, oxygen and boron.
これによると、工具寿命が更に向上する。 This will further improve tool life.
(4)上記(3)において、前記第1群は、チタン、クロム、アルミニウムおよび珪素からなることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。 (4) In (3) above, the first group preferably consists of titanium, chromium, aluminum, and silicon. This further improves tool life.
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記被膜の厚さは、0.5μm以上15μm以下であることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。 (5) In any of (1) to (4) above, the thickness of the coating is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less. This further improves tool life.
(6)上記(3)または(4)において、前記被膜は、前記TiAlCeN層と前記第1層とが交互に積層された多層構造を含むことが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。 (6) In the above (3) or (4), it is preferable that the coating include a multilayer structure in which the TiAlCeN layers and the first layers are alternately stacked. This further improves tool life.
[本開示の実施形態の詳細]
本開示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、厚さ、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。
[Details of the embodiment of the present disclosure]
Specific examples of cutting tools according to the present disclosure will be described below with reference to the drawings. In the drawings, the same reference numerals represent the same or corresponding parts. Furthermore, dimensional relationships such as length, width, thickness, and depth have been appropriately changed for clarity and simplification of the drawings, and do not necessarily represent actual dimensional relationships.
本明細書において「A~B」という形式の表記は、範囲の上限下限(すなわちA以上B以下)を意味し、Aにおいて単位の記載がなく、Bにおいてのみ単位が記載されている場合、Aの単位とBの単位とは同じである。 In this specification, the notation "A-B" means the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is specified for A and only a unit is specified for B, the units for A and B are the same.
本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「TiCN」と記載されている場合、TiCNを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれる。 When compounds and the like are represented by chemical formulas in this specification, unless the atomic ratio is specifically limited, this includes any conventionally known atomic ratio and is not necessarily limited to the stoichiometric range. For example, when "TiCN" is written, the ratio of the numbers of atoms that make up TiCN includes any conventionally known atomic ratio.
本開示において、数値範囲下限および上限として、それぞれ1つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の1つの数値と、上限に記載されている任意の1つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、a1以上、b1以上、c1以上が記載され、上限としてa2以下、b2以下、c2以下が記載されている場合は、a1以上a2以下、a1以上b2以下、a1以上c2以下、b1以上a2以下、b1以上b2以下、b1以上c2以下、c1以上a2以下、c1以上b2以下、c1以上c2以下が開示されているものとする。 In this disclosure, when one or more numerical values are recited as the lower limit and the upper limit of a numerical range, combinations of any one numerical value recited as the lower limit and any one numerical value recited as the upper limit are also considered to be disclosed. For example, if a1 or more, b1 or more, and c1 or more are recited as the lower limit and a2 or less, b2 or less, and c2 or less are recited as the upper limit, then a1 or more and a2 or less, a1 or more and b2 or less, a1 or more and c2 or less, b1 or more and a2 or less, b1 or more and b2 or less, b1 or more and c2 or less, c1 or more and a2 or less, c1 or more and b2 or less, and c1 or more and c2 or less are considered to be disclosed.
まず、本発明者らは、長い工具寿命を有する切削工具を得るために、切れ刃への負荷が大きい加工条件における従来の工具の損傷形態について検討した。このような加工条件では、切れ刃に衝撃が加わるため、切れ刃の微小チッピングが生じやすい。また、すくい面では熱的摩耗が生じやすく、逃げ面では切りくずの接触により機械的摩耗が生じやすい。 First, in order to obtain a cutting tool with a long tool life, the inventors investigated the damage patterns of conventional tools under machining conditions that place a heavy load on the cutting edge. Under these machining conditions, the cutting edge is subjected to impacts, which makes it prone to microchipping. Furthermore, thermal wear is likely to occur on the rake face, and mechanical wear is likely to occur on the flank face due to contact with chips.
上記の検討から、切削工具が長い工具寿命を有するためには、切れ刃においては優れた耐欠損性を有し、かつ、すくい面または逃げ面においては優れた耐摩耗性を有することが重要であると推察される。一方、耐欠損性と耐摩耗性とは相反する特性であるため、同一の被膜中で、耐欠損性および耐摩耗性を向上させることは困難であった。 From the above considerations, it can be inferred that for a cutting tool to have a long tool life, it is important for the cutting edge to have excellent fracture resistance and for the rake face or flank face to have excellent wear resistance. However, because fracture resistance and wear resistance are contradictory properties, it has been difficult to improve fracture resistance and wear resistance in the same coating.
本発明者らは、鋭意検討の結果、切削工具の切れ刃と、すくい面または逃げ面とにおいて、被膜の組成を変化させることにより、切れ刃における耐欠損性と、すくい面または逃げ面における耐摩耗性とをバランス良く向上させることにより、切れ刃への負荷が大きい加工条件においても、長い工具寿命を有する切削工具を得た。以下、本発明の一実施形態(以下「本実施形態」とも記す)について説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。 After extensive research, the inventors have discovered that by varying the coating composition on the cutting edge and the rake face or flank of the cutting tool, they have achieved a balanced improvement in fracture resistance on the cutting edge and wear resistance on the rake face or flank, resulting in a cutting tool with a long tool life even under machining conditions that place a heavy load on the cutting edge. One embodiment of the present invention (hereinafter also referred to as "this embodiment") is described below, but this embodiment is not limited to this.
[実施形態1:切削工具(1)]
本開示の一実施形態の切削工具は、
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、
該切削工具は、
すくい面、
該すくい面に連なる逃げ面、および、
該すくい面と該逃げ面との境界部分からなる切れ刃を含み、
該被膜は、TiAlCeN層を含み、
該TiAlCeN層は、
該すくい面または該逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層と、
該切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層と、を有し、
該第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、
該第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2Nであり、
ここで、
x1+y1+z1=1、
x2+y2+z2=1、
0.300<y1≦0.700、
0.300<y2≦0.700、
0.010<z1≦0.100、
0<z2≦0.090、および、
z1-z2≧0.010である、切削工具である。
[Embodiment 1: Cutting tool (1)]
According to one embodiment of the present disclosure, there is provided a cutting tool comprising:
1. A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
The cutting tool comprises:
Rake face,
a flank surface connected to the rake surface; and
a cutting edge formed by a boundary portion between the rake face and the flank face,
the coating comprises a TiAlCeN layer;
The TiAlCeN layer is
a first TiAlCeN layer located on the rake face or the flank face;
a second TiAlCeN layer located on the cutting edge;
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 N,
The composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 N,
where:
x1+y1+z1=1,
x2+y2+z2=1,
0.300<y1≦0.700,
0.300<y2≦0.700,
0.010<z1≦0.100,
0<z2≦0.090, and
The cutting tool has z1-z2≧0.010.
本開示の切削工具は、切れ刃への負荷が大きい加工条件においても、長い工具寿命を有することができる。その理由は以下(i)~(iii)の通りと推察される。 The cutting tool disclosed herein has a long tool life even under machining conditions that place a heavy load on the cutting edge. The reasons for this are believed to be as follows (i) to (iii).
(i)本実施形態の切削工具において、すくい面または逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、ここで、x1+y1+z1=1、0.300<y1≦0.700、及び、0.010<z1≦0.100である。すなわち、第1のTiAlCeN層は、チタン(Ti)とアルミニウム(Al)とセリウム(Ce)の原子数の合計に対してAlを30原子%超70原子%以下含み、かつ、Ceを1.0原子%超10.0原子%以下含む。これにより、第1のTiAlCeN層は、優れた耐熱性および耐摩耗性を有することができる。よって、第1のTiAlCeN層がすくい面に位置する場合は、第1のTiAlCeN層の優れた耐熱性により、基材の塑性変形および被膜の酸化が抑制され、すくい面の熱的摩耗が抑制される。また、第1のTiAlCeN層が逃げ面に位置する場合は、第1のTiAlCeN層の優れた耐摩耗性により逃げ面の機械的摩耗が抑制され、また、第1のTiAlCeN層の優れた耐熱性により熱亀裂の進展が抑制される。 (i) In the cutting tool of this embodiment, the composition of the first TiAlCeN layer located on the rake face or flank face is Ti x1 Al y1 Ce z1 N, where x1 + y1 + z1 = 1, 0.300 < y1 ≦ 0.700, and 0.010 < z1 ≦ 0.100. That is, the first TiAlCeN layer contains more than 30 atomic % and not more than 70 atomic % of Al and more than 1.0 atomic % and not more than 10.0 atomic % of Ce, relative to the total number of titanium (Ti), aluminum (Al), and cerium (Ce) atoms. This allows the first TiAlCeN layer to have excellent heat resistance and wear resistance. Therefore, when the first TiAlCeN layer is located on the rake face, the excellent heat resistance of the first TiAlCeN layer suppresses plastic deformation of the substrate and oxidation of the coating, thereby suppressing thermal wear of the rake face. Also, when the first TiAlCeN layer is located on the flank face, the excellent wear resistance of the first TiAlCeN layer suppresses mechanical wear of the flank face and also suppresses the growth of thermal cracks.
(ii)本実施形態の切削工具において、第1のTiAlCeN層におけるTiとAlとCeの原子数の合計に対するCeの原子数の割合z1と、第2のTiAlCeN層におけるTiとAlとCeの原子数の合計に対するCeの原子数の割合z2とは、z1-z2≧0.010の関係を満たす。このため、第2のTiAlCeN層は、第1のTiAlCeN層よりも高い靱性を有する。よって、第2のTiAlCeN層は切れ刃における微小チッピングの発生を抑制することができる。更に、切れ刃を起点として発生する熱亀裂の進展を抑制することができる。 (ii) In the cutting tool of this embodiment, the ratio z1 of the number of Ce atoms to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the first TiAlCeN layer and the ratio z2 of the number of Ce atoms to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the second TiAlCeN layer satisfy the relationship z1-z2≧0.010. Therefore, the second TiAlCeN layer has higher toughness than the first TiAlCeN layer. Therefore, the second TiAlCeN layer can suppress the occurrence of microchipping at the cutting edge. Furthermore, it can suppress the growth of thermal cracks that originate from the cutting edge.
(iii)上記の通り、本実施形態の切削工具は、すくい面または逃げ面における耐摩耗性と、切れ刃における耐欠損性とがバランス良く向上している。よって、本開示の切削工具は、切れ刃への負荷が大きい加工条件においても、長い工具寿命を有することができる。 (iii) As described above, the cutting tool of this embodiment has a well-balanced improvement in wear resistance on the rake face or flank face and fracture resistance on the cutting edge. Therefore, the cutting tool of the present disclosure can have a long tool life even under machining conditions that place a heavy load on the cutting edge.
<切削工具の構造>
図1に示されるように、本実施形態の切削工具1は、上面、下面および四つの側面を含む表面を有しており、全体として、上下方向にやや薄い四角柱形状である。また、切削工具1には、上下面を貫通する貫通孔が形成されており、切削工具1の4つの側面の境界部分においては、隣り合う側面同士が円弧面で繋がれている。
<Cutting tool structure>
1, the cutting tool 1 of this embodiment has a surface including an upper surface, a lower surface, and four side surfaces, and has an overall rectangular prism shape that is slightly thin in the vertical direction. Furthermore, the cutting tool 1 has a through hole that penetrates the upper and lower surfaces, and at the boundary portions of the four side surfaces of the cutting tool 1, adjacent side surfaces are connected by arc surfaces.
本実施形態の切削工具1では、上面および下面がすくい面11を成し、4つの側面(およびこれらを繋ぐ円弧面)が逃げ面12を成す。また、すくい面11と逃げ面12の境界部分が切れ刃13として機能する。換言すれば、本実施形態の切削工具1の表面(上面、下面、四つの側面、これらの側面を繋ぐ円弧面、および貫通孔の内周面)は、すくい面11、該すくい面に連なる逃げ面12、および、すくい面11と逃げ面12との境界部分からなる切れ刃13を含む。 In the cutting tool 1 of this embodiment, the top and bottom surfaces form the rake face 11, and the four side surfaces (and the arc surfaces connecting them) form the flank face 12. The boundary between the rake face 11 and the flank face 12 functions as the cutting edge 13. In other words, the surfaces of the cutting tool 1 of this embodiment (the top and bottom surfaces, the four side surfaces, the arc surfaces connecting these side surfaces, and the inner peripheral surface of the through hole) include the rake face 11, the flank face 12 connected to the rake face, and the cutting edge 13 consisting of the boundary between the rake face 11 and the flank face 12.
すくい面11および逃げ面12の境界部分、すなわち切れ刃13、とは、「すくい面11と逃げ面12との境界を成す稜線Eと、すくい面11および逃げ面12のうち稜線E近傍となる部分と、を併せた部分」を意味する。「すくい面11および逃げ面12のうち稜線E近傍となる部分」とは、切削工具1の切れ刃13の形状によって決定される。以下に、切削工具1が、シャープエッジ形状の工具、ホーニング加工が施されたホーニング形状の工具、およびネガランド加工が施されたネガランド形状の工具の場合について説明する。 The boundary portion between the rake face 11 and the flank face 12, i.e., the cutting edge 13, refers to "the combined portion of the ridge line E that forms the boundary between the rake face 11 and the flank face 12 and the portions of the rake face 11 and the flank face 12 that are near the ridge line E." The "portions of the rake face 11 and the flank face 12 that are near the ridge line E" are determined by the shape of the cutting edge 13 of the cutting tool 1. Below, we will explain the cases where the cutting tool 1 is a tool with a sharp edge shape, a tool with a honed shape that has been honed, and a tool with a negative land shape that has been negative land.
図2および図3に、シャープエッジ形状の切削工具1を示す。このようなシャープエッジ形状の切削工具1において、「すくい面11および逃げ面12のうち稜線E近傍となる部分」は、稜線Eからの距離(直線距離)Dが、50μm以下の領域(図3において、点ハッチングが施される領域)と定義される。したがって、シャープエッジ形状の切削工具1における切れ刃13とは、図3において点ハッチングが施される領域に対応する部分となる。 Figures 2 and 3 show a cutting tool 1 with a sharp edge shape. In such a cutting tool 1 with a sharp edge shape, the "portion of the rake face 11 and flank face 12 near the ridge line E" is defined as the region where the distance (linear distance) D from the ridge line E is 50 μm or less (the region indicated by dotted hatching in Figure 3). Therefore, the cutting edge 13 of the cutting tool 1 with a sharp edge shape is the portion corresponding to the dotted hatched region in Figure 3.
図4および図5に、ホーニング加工が施されたホーニング形状の切削工具1を示す。図4および図5においては、切削工具1の各部の他、すくい面11を含む仮想平面R、逃げ面12を含む仮想平面F、仮想平面Rと仮想平面Fとが交差してなる仮想稜線EE、すくい面11と仮想平面Rとの乖離の境界となる仮想境界線ER、および逃げ面12と仮想平面Fとの乖離の境界となる仮想境界線EFが示されている。なお、ホーニング形状の切削工具1において、上記の「稜線E」は、「仮想稜線EE」と読み替える。 Figures 4 and 5 show a honed-shaped cutting tool 1 that has been honed. In addition to the various parts of the cutting tool 1, Figures 4 and 5 also show an imaginary plane R including the rake face 11, an imaginary plane F including the flank face 12, an imaginary ridge line EE formed by the intersection of imaginary planes R and F, an imaginary boundary line ER defining the boundary between the rake face 11 and imaginary plane R, and an imaginary boundary line EF defining the boundary between the flank face 12 and imaginary plane F. Note that in the case of the honed-shaped cutting tool 1, the above-mentioned "ridge line E" should be read as "imaginary ridge line EE."
このようなホーニング形状の切削工具1において、「すくい面11および逃げ面12のうち仮想稜線EE近傍となる部分」は、仮想境界線ERおよび仮想境界線EFとに挟まれる領域(図5において点ハッチングが施される領域)と定義される。したがって、ホーニング形状の切削工具1における切れ刃13とは、図5において点ハッチングが施される領域に対応する部分となる。 In such a honed-shaped cutting tool 1, the "portions of the rake face 11 and flank face 12 near the imaginary ridge line EE" are defined as the area between the imaginary boundary lines ER and EF (the area indicated by dotted hatching in Figure 5). Therefore, the cutting edge 13 of the honed-shaped cutting tool 1 corresponds to the area indicated by dotted hatching in Figure 5.
図6および図7に、ネガランド加工が施されたネガランド形状の切削工具1を示す。図6および図7においても、切削工具1の各部の他、すくい面11を含む仮想平面R、逃げ面12を含む仮想平面F、仮想平面Rと仮想平面Fとが交差してなる仮想稜線EE、すくい面11と仮想平面Rとの乖離の境界となる仮想境界線ER、および逃げ面12と仮想平面Fとの乖離の境界となる仮想境界線EFが示されている。なお、ネガランド形状の切削工具1においても、上記の「稜線E」は、「仮想稜線EE」と読み替える。 Figures 6 and 7 show a cutting tool 1 with a negative land shape that has been subjected to negative land machining. In addition to each part of the cutting tool 1, Figures 6 and 7 also show an imaginary plane R including the rake face 11, an imaginary plane F including the flank face 12, an imaginary ridge line EE formed by the intersection of imaginary planes R and F, an imaginary boundary line ER that marks the boundary between the rake face 11 and imaginary plane R, and an imaginary boundary line EF that marks the boundary between the flank face 12 and imaginary plane F. Note that even in the case of a cutting tool 1 with a negative land shape, the above-mentioned "ridge line E" should be read as "imaginary ridge line EE."
このようなネガランド形状の切削工具1において、「すくい面11および逃げ面12のうち仮想稜線EE近傍となる部分」は、仮想境界線ERおよび仮想境界線EFとに挟まれる領域(図7において点ハッチングが施される領域)と定義される。したがって、ネガランド形状の切削工具1における切れ刃13とは、図7において点ハッチングが施される領域に対応する部分となる。 In a cutting tool 1 with a negative land shape like this, the "portion of the rake face 11 and flank face 12 near the imaginary ridge line EE" is defined as the area between the imaginary boundary lines ER and EF (the area indicated by dotted hatching in Figure 7). Therefore, the cutting edge 13 in a cutting tool 1 with a negative land shape is the portion corresponding to the area indicated by dotted hatching in Figure 7.
図8および図9に、ホーニングとネガランドとが組み合された加工が施された形状の切削工具1を示す。図8および図9においても、切削工具1の各部の他、すくい面11を含む仮想平面R、逃げ面12を含む仮想平面F、仮想平面Rと仮想平面Fとが交差してなる仮想稜線EE、すくい面11と仮想平面Rとの乖離の境界となる仮想境界線ER、および逃げ面12と仮想平面Fとの乖離の境界となる仮想境界線EFが示されている。なお、ネガランド形状の切削工具1においても、上記の「稜線E」は、「仮想稜線EE」と読み替える。なお、仮想平面Rは、すくい面11のうち切れ刃13に近い平面を含む面とする。 Figures 8 and 9 show a cutting tool 1 with a shape that combines honing and a negative land. In addition to each part of the cutting tool 1, Figures 8 and 9 also show an imaginary plane R including the rake face 11, an imaginary plane F including the flank face 12, an imaginary ridge line EE formed by the intersection of imaginary planes R and F, an imaginary boundary line ER that marks the boundary between the rake face 11 and imaginary plane R, and an imaginary boundary line EF that marks the boundary between the flank face 12 and imaginary plane F. Note that even in a cutting tool 1 with a negative land shape, the above-mentioned "ridge line E" is read as "imaginary ridge line EE." Note that imaginary plane R refers to the plane of the rake face 11 that is closest to the cutting edge 13.
このような形状の切削工具1において、「すくい面11および逃げ面12のうち仮想稜線EE近傍となる部分」は、仮想境界線ERおよび仮想境界線EFとに挟まれる領域(図8において点ハッチングが施される領域)と定義される。したがって、当該切削工具1における切れ刃13とは、図8において点ハッチングが施される領域に対応する部分となる。 In a cutting tool 1 having this shape, the "portion of the rake face 11 and flank face 12 near the imaginary ridge line EE" is defined as the area between the imaginary boundary lines ER and EF (the area indicated by dotted hatching in Figure 8). Therefore, the cutting edge 13 of the cutting tool 1 corresponds to the area indicated by dotted hatching in Figure 8.
図1には、旋削加工用刃先交換型切削チップとしての切削工具1が示されるが、切削工具1はこれに限られず、ドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切工具、リーマ、タップなどを例示できる。 Figure 1 shows cutting tool 1 as an indexable cutting tip for turning, but cutting tool 1 is not limited to this and examples include drills, end mills, indexable cutting tips for drills, indexable cutting tips for end mills, indexable cutting tips for milling, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, etc.
また、切削工具1が刃先交換型切削チップ等である場合、切削工具1は、チップブレーカを有するものも、有さないものも含まれ、また、切れ刃13は、その形状がシャープエッジ(すくい面と逃げ面とが交差する稜)(図1~図3参照)、ホーニング(シャープエッジに対してアールを付与したもの)(図4および図5参照)加工されたもの、ネガランド(面取りをしたもの)(図6および図7参照)加工されたもの、ホーニング加工とネガランド加工とが組み合されたもの(図8および図9参照)のいずれをも含み得る。 Furthermore, when the cutting tool 1 is an indexable cutting insert or the like, the cutting tool 1 may have or may not have a chip breaker, and the cutting edge 13 may have any of the following shapes: a sharp edge (the ridge where the rake face and flank intersect) (see Figures 1 to 3), a honed edge (a sharp edge with a radius added) (see Figures 4 and 5), a negative land (chamfered) (see Figures 6 and 7), or a combination of honed and negative land (see Figures 8 and 9).
図2に示されるように、上記切削工具1は、基材2と、該基材2上に配置された被膜3とを備える。被膜3は、基材2の表面の一部に配置されていてもよいし、基材2の表面の全面に配置されていてもよい。被膜3が基材2の表面の一部に配置される場合は、該基材2の表面の一部は、稜線Eまたは仮想稜線EEからの距離(直線距離)Dが200μm以内の領域を全て含む。本開示の効果を奏する限り、被膜3の構成が部分的に異なっ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。 As shown in FIG. 2, the cutting tool 1 includes a substrate 2 and a coating 3 disposed on the substrate 2. The coating 3 may be disposed on a portion of the surface of the substrate 2, or may be disposed on the entire surface of the substrate 2. When the coating 3 is disposed on a portion of the surface of the substrate 2, the portion of the surface of the substrate 2 includes the entire area within a distance (straight-line distance) D of 200 μm from the ridge line E or the virtual ridge line EE. As long as the effects of the present disclosure are achieved, partial variations in the configuration of the coating 3 do not depart from the scope of this embodiment.
<基材>
図2および図3に示されるように、本実施形態の基材2は、すくい面2aと、逃げ面2bとを有する。また、すくい面2aと逃げ面2bとの境界部分が切れ刃2cを成す。「すくい面2aと逃げ面2bとの境界部分」とは、上述の「すくい面11と逃げ面12との境界部分」と同様に、「すくい面2aと逃げ面2bとの境界を成す稜線と、すくい面2aおよび逃げ面2bのうち稜線近傍となる部分と、を併せた部分」を意味する。また「すくい面2aと逃げ面2bのうち稜線近傍となる部分」とは、切削工具1の切れ刃13の形状がシャープエッジ形状であるか、ホーニング形状であるか、ネガランド形状であるかによって、上述のように定義されることとなる。
<Base material>
As shown in Figures 2 and 3, the substrate 2 of this embodiment has a rake face 2a and a flank 2b. The boundary between the rake face 2a and the flank 2b forms a cutting edge 2c. The "boundary between the rake face 2a and the flank 2b" refers to the "combination of the ridgeline forming the boundary between the rake face 2a and the flank 2b and the portions of the rake face 2a and the flank 2b that are near the ridgeline," similar to the above-mentioned "boundary between the rake face 11 and the flank 12." The "portion near the ridgeline of the rake face 2a and the flank 2b" is defined as described above depending on whether the shape of the cutting edge 13 of the cutting tool 1 is a sharp edge shape, a honed shape, or a negative land shape.
基材2としては、この種の基材として従来公知のものであればいずれのものも使用することができる。たとえば、超硬合金(WC基超硬合金、WC及びCoを含む超硬合金、更にTi、Ta、Nb等の炭窒化物を添加した超硬合金など)、サーメット(TiC、TiN、TiCN等を主成分とするもの)、高速度鋼、セラミックス(炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど)、立方晶型窒化硼素焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。これらの各種基材の中でも、特にWC基超硬合金、サーメット(特にTiCN基サーメット)を選択することが好ましい。これは、これらの基材が特に高温における硬度と強度とのバランスに優れ、切削工具の基材として優れた特性を有するためである。 Any conventionally known substrate of this type can be used as the substrate 2. Examples include cemented carbide (WC-based cemented carbide, cemented carbide containing WC and Co, and cemented carbide containing carbonitrides of Ti, Ta, Nb, etc.), cermets (based on TiC, TiN, TiCN, etc.), high-speed steel, ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cubic boron nitride sintered body, and diamond sintered body. Of these various substrates, WC-based cemented carbide and cermets (especially TiCN-based cermets) are particularly preferred. This is because these substrates offer an excellent balance of hardness and strength, especially at high temperatures, and have excellent properties as substrates for cutting tools.
<被膜>
実施形態1の被膜3は、TiAlCeN層を有する。本実施形態の被膜3は、TiAlCeN層を有する限り、他の層を含んでも良いし、含まなくても良い。他の層としては、たとえば、第1層が挙げられる。図10に示されるように、第1層31は、基材2とTiAlCeN層30との間に設けられることができる。この場合、第1層31は下地層32に該当する。第1層31は、被膜3の最表面に設けられることができる。この場合、第1層31は表面層33に該当する。被膜は、下地層32および表面層33の一方又は両方を含むことができる。該第1層の詳細については後述する。
<Coating>
The coating 3 of the first embodiment has a TiAlCeN layer. The coating 3 of the present embodiment may or may not include other layers, so long as it has a TiAlCeN layer. Examples of other layers include a first layer. As shown in FIG. 10 , the first layer 31 can be provided between the substrate 2 and the TiAlCeN layer 30. In this case, the first layer 31 corresponds to the underlayer 32. The first layer 31 can be provided on the outermost surface of the coating 3. In this case, the first layer 31 corresponds to the surface layer 33. The coating can include one or both of the underlayer 32 and the surface layer 33. Details of the first layer will be described later.
被膜3の積層構成は、被膜20全体に亘って一様である必要はなく、部分的に積層構成が異なっていてもよい。 The layer structure of the coating 3 does not need to be uniform across the entire coating 20; the layer structure may vary in parts.
被膜3の厚さは、0.5μm以上15μm以下が好ましい。被膜の厚さが0.5μm未満であると、工具寿命が不十分となる傾向がある。被膜の厚さが15μm超であると、加工時に被膜内に応力が発生し、剥離または破壊が生じやすくなる。被膜の厚さは、1.0μm以上12.0μm以下がより好ましく、3.0μm以上7.0μm以下が更に好ましい。被膜の厚さの測定方法については、後述する。 The thickness of the coating 3 is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less. If the coating thickness is less than 0.5 μm, the tool life tends to be insufficient. If the coating thickness is more than 15 μm, stress is generated within the coating during machining, making it more susceptible to peeling or breakage. The coating thickness is more preferably 1.0 μm or more and 12.0 μm or less, and even more preferably 3.0 μm or more and 7.0 μm or less. The method for measuring the coating thickness will be described later.
<TiAlCeN層>
本実施形態のTiAlCeN層は、すくい面11または逃げ面12に位置する第1のTiAlCeN層と、切れ刃13に位置する第2のTiAlCeN層と、を有する。すなわち、1層のTiAlCeN層中に、第1のTiAlCeN層からなる領域と、第2のTiAlCeN層からなる領域が存在する。
<TiAlCeN layer>
The TiAlCeN layer of this embodiment has a first TiAlCeN layer located on the rake face 11 or the flank 12, and a second TiAlCeN layer located on the cutting edge 13. That is, one TiAlCeN layer has a region made of the first TiAlCeN layer and a region made of the second TiAlCeN layer.
≪組成≫
第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2Nである。ここで、x1、y1、z1、x2、y2、およびz2は以下の(1)~(7)を満たす。
(1)x1+y1+z1=1
(2)x2+y2+z2=1
(3)0.300<y1≦0.700
(4)0.300<y2≦0.700
(5)0.010<z1≦0.100
(6)0<z2≦0.090
(7)z1-z2≧0.010
≪Composition≫
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 N, and the composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 N, where x1, y1, z1, x2, y2, and z2 satisfy the following (1) to (7).
(1) x1+y1+z1=1
(2) x2+y2+z2=1
(3) 0.300<y1≦0.700
(4) 0.300<y2≦0.700
(5) 0.010<z1≦0.100
(6) 0<z2≦0.090
(7) z1-z2≧0.010
上記y1の下限は、第1のTiAlCeN層の耐熱性向上の観点から、0.300超であり、0.310以上が好ましく、0.320以上が好ましく、0.350以上が好ましく、0.400以上がより好ましい。上記y1の上限は、第1のTiAlCeN層の硬度向上の観点から、0.700以下であり、0.650以下が好ましく、0.630以下が好ましく、0.600以下がより好ましい。上記y1は、0.300超0.700以下であり、0.350以上0.650以下が好ましく、0.400以上0.600以下が更に好ましい。 From the viewpoint of improving the heat resistance of the first TiAlCeN layer, the lower limit of y1 is greater than 0.300, preferably greater than or equal to 0.310, preferably greater than or equal to 0.320, preferably greater than or equal to 0.350, and more preferably greater than or equal to 0.400. From the viewpoint of improving the hardness of the first TiAlCeN layer, the upper limit of y1 is less than or equal to 0.700, preferably less than or equal to 0.650, preferably less than or equal to 0.630, and more preferably less than or equal to 0.600. From the viewpoint of improving the hardness of the first TiAlCeN layer, y1 is greater than 0.300 and less than or equal to 0.700, preferably greater than or equal to 0.350 and less than or equal to 0.650, and even more preferably greater than or equal to 0.400 and less than or equal to 0.600.
上記z1の下限は、第1のTiAlCeN層の耐摩耗性向上の観点から、0.010超であり、0.011以上が好ましく、0.015以上が好ましく、0.020以上がより好ましい。上記z1の上限は、第1のTiAlCeN層の耐欠損性向上の観点から、0.100以下であり、0.080以下が好ましく、0.065以下が好ましく、0.060以下が好ましく、0.050以下が好ましく、0.030以下がより好ましい。上記z1は、0.010超0.100以下であり、0.015以上0.050以下が好ましく、0.020以上0.030以下が更に好ましい。 From the viewpoint of improving the wear resistance of the first TiAlCeN layer, the lower limit of z1 is greater than 0.010, preferably greater than or equal to 0.011, preferably greater than or equal to 0.015, and more preferably greater than or equal to 0.020. From the viewpoint of improving the chipping resistance of the first TiAlCeN layer, the upper limit of z1 is less than or equal to 0.100, preferably less than or equal to 0.080, preferably less than or equal to 0.065, preferably less than or equal to 0.060, preferably less than or equal to 0.050, and more preferably less than or equal to 0.030. The above z1 is greater than 0.010 and less than or equal to 0.100, preferably greater than or equal to 0.015 and less than or equal to 0.050, and more preferably greater than or equal to 0.020 and less than or equal to 0.030.
上記y2の下限は、第2のTiAlCeN層の耐熱性向上の観点から、0.300超であり、0.350以上が好ましく、0.400以上がより好ましい。上記y2の上限は、第2のTiAlCeN層の硬度向上の観点から、0.700以下であり、0.650以下が好ましく、0.600以下がより好ましい。上記y2は、0.300超0.700以下であり、0.350以上0.650以下が好ましく、0.400以上0.600以下が更に好ましい。 From the viewpoint of improving the heat resistance of the second TiAlCeN layer, the lower limit of y2 is greater than 0.300, preferably greater than or equal to 0.350, and more preferably greater than or equal to 0.400. From the viewpoint of improving the hardness of the second TiAlCeN layer, the upper limit of y2 is less than or equal to 0.700, preferably less than or equal to 0.650, and more preferably less than or equal to 0.600. From the viewpoint of improving the hardness of the second TiAlCeN layer, y2 is greater than 0.300 and less than or equal to 0.700, preferably greater than or equal to 0.350 and less than or equal to 0.650, and even more preferably greater than or equal to 0.400 and less than or equal to 0.600.
上記z2の下限は、第2のTiAlCeN層の耐摩耗性向上の観点から、0超であり、0.001以上が好ましく、0.002以上が好ましく、0.005以上が好ましく、0.010以上がより好ましい。上記z2の上限は、第2のTiAlCeN層の耐欠損性向上の観点から、0.090以下であり、0.060以下が好ましく、0.040以下が好ましく、0.020以下がより好ましい。上記z2は、0超0.090以下であり、0.005以上0.040以下が好ましく、0.010以上0.020以下が更に好ましい。 From the viewpoint of improving the wear resistance of the second TiAlCeN layer, the lower limit of z2 is greater than 0 and is preferably greater than or equal to 0.001, preferably greater than or equal to 0.002, preferably greater than or equal to 0.005, and more preferably greater than or equal to 0.010. From the viewpoint of improving the chipping resistance of the second TiAlCeN layer, the upper limit of z2 is less than or equal to 0.090, preferably less than or equal to 0.060, preferably less than or equal to 0.040, and more preferably less than or equal to 0.020. z2 is greater than 0 and less than or equal to 0.090, preferably greater than or equal to 0.005 and less than or equal to 0.040, and even more preferably greater than or equal to 0.010 and less than or equal to 0.020.
z1-z2の下限は、TiAlCeN層の耐摩耗性と耐欠損性とをバランス良く向上させる観点から、0.010以上であり、0.013以上が好ましく、0.015以上が好ましく、0.020以上が好ましい。z1-z2の上限は、TiAlCeN層の耐剥離性向上の観点から、0.099以下が好ましく、0.090以下が好ましく、0.050以下が好ましく、0.030以下が好ましく、0.025以下が好ましい。z1-z2は、0.010以上0.090以下が好ましく、0.013以上0.050以下がより好ましく、0.015以上0.030以下が更に好ましい。 From the viewpoint of improving the wear resistance and chipping resistance of the TiAlCeN layer in a well-balanced manner, the lower limit of z1-z2 is 0.010 or more, preferably 0.013 or more, preferably 0.015 or more, and preferably 0.020 or more. From the viewpoint of improving the peeling resistance of the TiAlCeN layer, the upper limit of z1-z2 is preferably 0.099 or less, preferably 0.090 or less, preferably 0.050 or less, preferably 0.030 or less, and preferably 0.025 or less. z1-z2 is preferably 0.010 or more and 0.090 or less, more preferably 0.013 or more and 0.050 or less, and even more preferably 0.015 or more and 0.030 or less.
上記x1は、x1=1-y1-z1により算出することができる。上記x2は、x2=1-y2-z2により算出することができる。 The above x1 can be calculated as x1 = 1 - y1 - z1. The above x2 can be calculated as x2 = 1 - y2 - z2.
上記x1、y1、z1、x2、y2、およびz2は、エネルギー分散型X線分光器を備える走査型電子顕微鏡(SEM-EDS)を用いて、TiAlCeN層の各領域(切れ刃領域、すくい面領域、および逃げ面領域)における各組成を測定することにより求めることができる。具体的な測定方法について、以下に説明する。 The above x1, y1, z1, x2, y2, and z2 can be determined by measuring the composition of each region of the TiAlCeN layer (cutting edge region, rake face region, and flank face region) using a scanning electron microscope equipped with an energy dispersive X-ray spectrometer (SEM-EDS). Specific measurement methods are described below.
(A1)切削工具1を、被膜3の厚み方向に沿う断面が露出するように切断することにより、測定試料を得る。切断の位置は、切削工具の実際の使用状況を鑑みて、以下の通り決定する。 (A1) A measurement sample is obtained by cutting the cutting tool 1 so that a cross section along the thickness direction of the coating 3 is exposed. The cutting position is determined as follows, taking into account the actual usage conditions of the cutting tool.
図11および図12は、切削工具の切断位置を説明するための図である。切削工具1が、コーナー部分(円弧を描く頂角の部分)の切れ刃13によって被削材を切削すべく使用される場合には、図11に示されるように、コーナー部分を二等分する線L1を含み、かつ、被膜3の厚み方向に沿う断面が露出するように切断する。一方、切削工具1が、ストレート部分(直線を描く部分)の切れ刃13によって被削材を切削すべく使用される場合には、図12に示されるように、ストレート部分の切れ刃に垂直な線L2を含み、かつ、被膜3の厚み方向に沿う断面が露出するように切断する。必要に応じて、露出する切断面を研磨処理して、切断面を平滑にする。 Figures 11 and 12 are diagrams illustrating the cutting position of a cutting tool. When cutting tool 1 is used to cut a workpiece with cutting edge 13 in a corner portion (a portion with an apex angle that forms an arc), as shown in Figure 11, cutting is performed along a line that includes line L1 that bisects the corner portion and exposes a cross section that runs along the thickness direction of coating 3. On the other hand, when cutting tool 1 is used to cut a workpiece with cutting edge 13 in a straight portion (a portion that forms a straight line), cutting is performed along a line that includes line L2 that is perpendicular to the cutting edge of the straight portion and exposes a cross section that runs along the thickness direction of coating 3, as shown in Figure 12. If necessary, the exposed cut surface is polished to make it smooth.
(B1)上記の切断面をSEM-EDSを用いて5000倍で観察し、すくい面または逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層を含むように、被膜の厚み方向15μm以上×厚み方向に垂直な方向15μm以上の矩形の測定視野を3箇所設定する。測定視野の厚み方向は、第1のTiAlCeN層の厚みを全て含むように設定する。 (B1) Observe the above cut surface at 5000x magnification using SEM-EDS, and set three rectangular measurement fields of view, each measuring 15 μm or more in the thickness direction of the coating and 15 μm or more in the direction perpendicular to the thickness direction, so as to include the first TiAlCeN layer located on the rake face or flank face. The thickness direction of the measurement field is set so as to include the entire thickness of the first TiAlCeN layer.
なお、上記測定視野をすくい面に位置する第1のTiAlCeN層を含むように設定する場合は、該第1のTiAlCeN層が、稜線Eまたは仮想稜線EEからの距離が100μm以上200μm以下であるすくい面に位置する第1のTiAlCeN層となるように測定視野を設定する。上記測定視野を逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層を含むように設定する場合は、該第1のTiAlCeN層が、稜線Eまたは仮想稜線EEからの距離が100μm以上200μm以下である逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層となるように測定視野を設定する。 When the measurement field is set to include the first TiAlCeN layer located on the rake face, the measurement field is set so that the first TiAlCeN layer is located on the rake face at a distance of 100 μm or more and 200 μm or less from the ridge line E or the virtual ridge line EE. When the measurement field is set to include the first TiAlCeN layer located on the flank face, the measurement field is set so that the first TiAlCeN layer is located on the flank face at a distance of 100 μm or more and 200 μm or less from the ridge line E or the virtual ridge line EE.
図13に示されるように、上記3箇所の測定視野は、各測定視野の厚み方向(図13において矢印Tで示される方向)の辺同士が接して、各測視野同士が連続するように設定される。各測定視野の一部は重なっていてもよい(図13において、重なっている部分は斜線にて示される。)。この場合は、各測定視野の厚み方向に垂直な方向(図13において矢印Hで示される方向)の辺の重なる部分の長さが2μm以下となるように設定される。 As shown in Figure 13, the three measurement fields are set so that the sides of each measurement field in the thickness direction (the direction indicated by arrow T in Figure 13) are in contact with each other, and so that the measurement fields are continuous. The measurement fields may partially overlap (the overlapping areas are indicated by diagonal lines in Figure 13). In this case, the measurement fields are set so that the length of the overlapping parts of the sides in the direction perpendicular to the thickness direction of each measurement field (the direction indicated by arrow H in Figure 13) is 2 μm or less.
(C1)上記3箇所の測定視野のそれぞれにおいて、第1のTiAlCeN層の領域を特定する。具体的には、それぞれの測定視野についてSEM-EDSによる元素マッピングを行い、Ti、AlおよびCeが含まれる層を特定する。該特定された層が第1のTiAlCeN層に該当する。 (C1) Identify the region of the first TiAlCeN layer in each of the three measurement fields. Specifically, perform elemental mapping using SEM-EDS for each measurement field to identify the layer containing Ti, Al, and Ce. The identified layer corresponds to the first TiAlCeN layer.
(D1)上記3箇所の測定視野のそれぞれについて、第1のTiAlCeN層におけるAlとTiとCeの組成比を分析し、Al、TiおよびCeの原子数の合計に対するTiの割合x1、Alの割合y1、および、Ceの割合z1を算出する。3箇所の測定視野のx1の平均値が、本実施形態の第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1Nにおけるx1に該当する。3箇所の測定視野のy1の平均値が、本実施形態の第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1Nにおけるy1に該当する。3箇所の測定視野のz1の平均値が、本実施形態の第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1Nにおけるz1に該当する。 (D1) For each of the three measurement fields, the composition ratios of Al, Ti, and Ce in the first TiAlCeN layer are analyzed, and the Ti ratio x1, Al ratio y1, and Ce ratio z1 relative to the total number of Al, Ti, and Ce atoms are calculated. The average value of x1 in the three measurement fields corresponds to x1 in the composition Ti x1 Al y1 Ce z1 N of the first TiAlCeN layer of this embodiment. The average value of y1 in the three measurement fields corresponds to y1 in the composition Ti x1 Al y1 Ce z1 N of the first TiAlCeN layer of this embodiment. The average value of z1 in the three measurement fields corresponds to z1 in the composition Ti x1 Al y1 Ce z1 N of the first TiAlCeN layer of this embodiment.
切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2Nにおけるx2、y2及びz2についても、測定視野の位置を切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層を含むように設定する以外は、上記のx1、y1及びz1と同様の方法で測定される。該測定視野は、該測定視野に含まれる第2のTiAlCeN層が、稜線Eまたは仮想稜線EEからの距離が50μm以下である切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層となるように設定される。 The x2, y2, and z2 in the composition Ti x2 Al y2 Ce z2 N of the second TiAlCeN layer located on the cutting edge are measured in the same manner as the x1, y1, and z1 described above, except that the position of the measurement field is set to include the second TiAlCeN layer located on the cutting edge. The measurement field is set so that the second TiAlCeN layer included in the measurement field is the second TiAlCeN layer located on the cutting edge at a distance of 50 μm or less from the ridge line E or the virtual ridge line EE.
上述のSEM-EDS解析は、たとえば走査型電子顕微鏡(S-3400N型、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて、以下の条件で測定することができる。
加速電圧 :15kV
プロセスタイム :5
スペクトルレンジ:0~20keV
チャンネル数 :1K
フレーム数 :150
X線取り出し角度:30°。
The above-mentioned SEM-EDS analysis can be performed using, for example, a scanning electron microscope (S-3400N type, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation) under the following conditions.
Acceleration voltage: 15 kV
Process time: 5
Spectral range: 0 to 20 keV
Number of channels: 1K
Number of frames: 150
X-ray take-off angle: 30°.
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 It has been confirmed that as long as measurements are taken using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
本実施形態の第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1Nにおいて、Ti、Al及びCeの原子数の合計AM1に対するNの原子数AN1の比AN1/AM1は、製造上必然的に0.8~1.2の範囲である。本実施形態の第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2Nにおいて、Ti、Al及びCeの原子数の合計AM2に対するNの原子数AN2の比AN2/AM2は、製造上必然的に0.8~1.2の範囲である。 In the composition of the first TiAlCeN layer of this embodiment, Ti x1 Al y1 Ce z1 N, the ratio A N1 /A M1 of the number of N atoms A N1 to the total A M1 of the number of Ti, Al, and Ce atoms is necessarily in the range of 0.8 to 1.2. In the composition of the second TiAlCeN layer of this embodiment, Ti x2 Al y2 Ce z2 N, the ratio A N2 /A M2 of the number of N atoms A N2 to the total A M2 of the number of Ti, Al, and Ce atoms is necessarily in the range of 0.8 to 1.2.
上記比AN1/AM1及び比AN2/AM2は、ラザフォード後方散乱(RBS)法により測定できる。上記比AN1/AM1及び比AN2/AM2が前記の範囲であれば、本開示の効果が損なわれないことが確認されている。 The ratios A N1 /A M1 and A N2 /A M2 can be measured by Rutherford backscattering (RBS) method. It has been confirmed that the effects of the present disclosure are not impaired as long as the ratios A N1 /A M1 and A N2 /A M2 are within the above-mentioned ranges.
≪厚さ≫
本実施形態において、TiAlCeN層の厚さは、0.5μm以上15μm以下が好ましい。TiAlCeN層の厚さが0.5μm未満であると、TiAlCeN層による耐摩耗性および耐欠損性の向上効果が得られにくく、工具寿命が不十分となる傾向がある。TiAlCeN層の厚さが15μm超であると、加工時にTiAlCeN層内に応力が発生し、剥離または破壊が生じやすくなる。TiAlCeN層の厚さは、1μm以上12μm以下がより好ましく、3μm以上7μm以下が更に好ましい。TiAlCeN層の厚さの測定方法は以下の通りである。
<Thickness>
In this embodiment, the thickness of the TiAlCeN layer is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less. If the thickness of the TiAlCeN layer is less than 0.5 μm, it is difficult to obtain the effect of improving the wear resistance and chipping resistance of the TiAlCeN layer, and the tool life tends to be insufficient. If the thickness of the TiAlCeN layer exceeds 15 μm, stress is generated in the TiAlCeN layer during processing, making it more likely to peel or break. The thickness of the TiAlCeN layer is more preferably 1 μm or more and 12 μm or less, and even more preferably 3 μm or more and 7 μm or less. The thickness of the TiAlCeN layer is measured as follows.
(A2)上記第1のTiAlCeN層の組成の測定方法の(A1)に記載の方法と同一の方法で、切削工具を被膜の厚み方向に沿う断面が露出するように切断し、測定試料を得る。 (A2) Using the same method as described in (A1) of the method for measuring the composition of the first TiAlCeN layer, cut the cutting tool so that a cross section along the thickness direction of the coating is exposed, and obtain a measurement sample.
(B2)上記の断面を走査型電子顕微鏡(S-3400N型、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて1500倍で観察し、TiAlCeN層の厚さを、基材の表面の法線方向に沿って、すくい面および逃げ面のそれぞれにおいて任意の3箇所ずつ測定する。これらの算術平均が「TiAlCeN層の厚さ」に該当する。上記SEMの測定条件は、上記第1のTiAlCeN層の組成の測定方法の(D1)に記載の測定条件と同一とする。 (B2) The cross section is observed at 1500x magnification using a scanning electron microscope (Model S-3400N, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation), and the thickness of the TiAlCeN layer is measured at three random locations on each of the rake face and flank face along the normal direction to the substrate surface. The arithmetic average of these measurements corresponds to the "TiAlCeN layer thickness." The SEM measurement conditions are the same as those described in (D1) of the first method for measuring the composition of the TiAlCeN layer.
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 It has been confirmed that as long as measurements are taken using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
本実施形態において、被膜の厚さ、および、第1層の厚さも上記と同一の手順で測定される。これらの厚さについても、同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 In this embodiment, the thickness of the coating and the thickness of the first layer are also measured using the same procedure as above. It has been confirmed that, as long as these thicknesses are measured using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
≪結晶構造≫
本実施形態において、TiAlCeN層は立方晶型結晶構造を有することが好ましい。これによると、TiAlCeN層は、高い硬度および優れた耐摩耗性を有することができる。ここで、「TiAlCeN層は立方晶型結晶構造を有する」とは、TiAlCeN層のX線回折スペクトルを測定した場合に、立方晶型結晶構造由来のピークが観察され、立方晶型結晶構造以外の結晶構造(たとえば、ウルツ型結晶構造)由来のピークが観察されない(すなわち、検出限界以下である)ことを意味する。このようなX線回折スペクトルは、以下のようにして測定される。
<Crystal structure>
In this embodiment, the TiAlCeN layer preferably has a cubic crystal structure. This allows the TiAlCeN layer to have high hardness and excellent wear resistance. Here, "the TiAlCeN layer has a cubic crystal structure" means that, when an X-ray diffraction spectrum of the TiAlCeN layer is measured, peaks derived from the cubic crystal structure are observed, and peaks derived from crystal structures other than the cubic crystal structure (e.g., a wurtzite crystal structure) are not observed (i.e., below the detection limit). Such an X-ray diffraction spectrum is measured as follows.
工具の逃げ面の平坦な任意の一部分を切り出して、これをホルダーに固定し、サンプルを準備し、必要に応じて研磨処理することにより、測定対象とする表面を平滑にする。なお、TiAlCeN層上に他の層が形成されている場合には、その層を研磨等により除去した上で、TiAlCeN層の表面を平滑にする。次に、X線回折装置(XRD)を用いてTiAlCeN層のX線回折を行い、X線回折スペクトルを得る。 A flat portion of the tool's flank is cut out and fixed in a holder to prepare a sample, which is then polished as necessary to smooth the surface to be measured. If another layer is formed on the TiAlCeN layer, that layer is removed by polishing or other means, and the surface of the TiAlCeN layer is then smoothed. Next, an X-ray diffractometer (XRD) is used to perform X-ray diffraction on the TiAlCeN layer, and an X-ray diffraction spectrum is obtained.
上述のX線回折は、たとえば、X線回折装置(SmartLab(登録商標)、リガク株式会社製)を用いて、以下の条件で測定することができる。
回折法 :θ-2θ法
X線源 :Cu-Kα線(1.541862Å)
検出器 :D/Tex Ultra250
管電圧 :45kV
管電流 :200mA
スキャンスピード:20°/分
スキャン範囲 :15~85°
スリット :2.0mm。
The above-mentioned X-ray diffraction can be measured, for example, using an X-ray diffractometer (SmartLab (registered trademark), manufactured by Rigaku Corporation) under the following conditions.
Diffraction method: θ-2θ method X-ray source: Cu-Kα ray (1.541862 Å)
Detector: D/Tex Ultra 250
Tube voltage: 45 kV
Tube current: 200mA
Scan speed: 20°/min Scan range: 15 to 85°
Slit: 2.0 mm.
≪第1層≫
本実施形態の被膜3は、さらに第1層を含み、該第1層は、周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、アルミニウムおよび珪素からなる第1群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる、または、該第1群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる第2群より選ばれる少なくとも1種の元素と、からなる第1化合物からなることが好ましい。周期表の第4族元素には、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)およびハフニウム(Hf)が含まれる。周期表の第5族元素には、バナジウム(V)、ニオブ(Nb)およびタンタル(Ta)が含まれる。周期表の第6族元素には、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)およびタングステン(W)が含まれる。
≪First layer≫
The coating 3 of this embodiment further includes a first layer, which preferably comprises at least one element selected from a first group consisting of Group 4, Group 5, and Group 6 elements, aluminum, and silicon in the periodic table, or a first compound comprising at least one element selected from Group 1 and at least one element selected from Group 2 consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. Elements in Group 4 of the periodic table include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). Elements in Group 5 of the periodic table include vanadium (V), niobium (Nb), and tantalum (Ta). Elements in Group 6 of the periodic table include chromium (Cr), molybdenum (Mo), and tungsten (W).
上記第1群は、チタン、クロム、アルミニウムおよび珪素からなることが好ましい。すなわち、第1層は、チタン、クロム、アルミニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる、または、チタン、クロム、アルミニウムおよび珪素からなる群より選ばれる少なくとも1種と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる第2群より選ばれる少なくとも1種の元素と、からなる第1化合物からなることが好ましい。これによると、工具寿命が更に向上する。 The first group preferably consists of titanium, chromium, aluminum, and silicon. That is, the first layer preferably consists of at least one element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon, or a first compound consisting of at least one element selected from the group consisting of titanium, chromium, aluminum, and silicon and at least one element selected from the second group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron. This further improves tool life.
上記第1化合物としては、例えば、TiAlN、TiAlSiCN、TiAlSiON、TiAlSiN、TiCrSiN、TiAlCrSiN、AlCrN、AlCrO、AlCrSiN、TiZrN、TiAlMoN、TiAlNbN、TiSiN、AlCrTaN、AlTiVN、TiB2、TiCrHfN、CrSiWN、TiAlCN、TiSiCN、AlZrON、AlCrCN、AlHfN、CrSiBON、CrAlBN、TiAlWN、AlCrMoCN、TiAlBN、TiAlCrSiBCNO、ZrN、ZrB2、ZrCN、CrSiBN、AlCrBNが挙げられる。 Examples of the first compound include TiAlN, TiAlSiCN, TiAlSiON, TiAlSiN, TiCrSiN, TiAlCrSiN, AlCrN, AlCrO, AlCrSiN, TiZrN, TiAlMoN, TiAlNbN, TiSiN, AlCrTaN, AlTiVN, TiB 2 , TiCrHfN, CrSiWN, TiAlCN, TiSiCN, AlZrON, AlCrCN, AlHfN, CrSiBON, CrAlBN, TiAlWN, AlCrMoCN, TiAlBN, TiAlCrSiBCNO, ZrN, ZrB 2 , ZrCN, CrSiBN, and AlCrBN.
上記第1層は、基材とTiAlCeN層との間に設けられることができる。この場合、第1層は下地層に該当する。下地層は、基材と被膜との密着性を向上させることができ、被膜の耐摩耗性も向上する。第1層が下地層の場合、第1層はTiAlN、TiNまたはAlCrNからなることが好ましい。この場合、第1層の厚さは、0.2μm以上10μm以下が好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましい。 The first layer can be provided between the substrate and the TiAlCeN layer. In this case, the first layer corresponds to an underlayer. The underlayer can improve adhesion between the substrate and the coating, and also improve the abrasion resistance of the coating. When the first layer is an underlayer, it is preferably made of TiAlN, TiN, or AlCrN. In this case, the thickness of the first layer is preferably 0.2 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 5 μm or less.
上記第1層は、被膜の最表面に設けられることができる。この場合、第1層は表面層に該当する。表面層は、被膜の耐熱亀裂性及び耐摩耗性を向上させることができる。第1層が表面層の場合、第1層は、TiCN、TiAlBN、TiAlSiNまたはTiNからなることが好ましい。この場合、第1層の厚さは、0.2μm以上10μm以下が好ましく、1μm以上5μm以下がより好ましい。 The first layer can be provided on the outermost surface of the coating. In this case, the first layer corresponds to a surface layer. The surface layer can improve the thermal crack resistance and wear resistance of the coating. When the first layer is a surface layer, it is preferably made of TiCN, TiAlBN, TiAlSiN, or TiN. In this case, the thickness of the first layer is preferably 0.2 μm or more and 10 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 5 μm or less.
[実施形態2:切削工具(2)]
本開示の一実施形態(以下、「実施形態2」とも記す。)の切削工具は、TiAlCeN層と第1層とが交互に積層された多層構造を含むこと以外は、実施形態1と同一の構成とすることができる。従って、以下では、多層構造について説明する。
[Embodiment 2: Cutting tool (2)]
A cutting tool according to an embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "Embodiment 2") can have the same configuration as Embodiment 1, except that it includes a multilayer structure in which TiAlCeN layers and first layers are alternately stacked. Therefore, the multilayer structure will be described below.
≪多層構造≫
図14に示されるように、本実施形態の被膜3は、TiAlCeN層30と第1層31とが交互に積層された多層構造を含むことが好ましい。これによると、TiAlCeN層と第1層との界面付近で、切削工具の使用時に生じる被膜の表面からの亀裂の進展を抑制することができる。よって、切削工具の工具寿命が向上する。
≪Multilayer structure≫
14, the coating 3 of this embodiment preferably includes a multilayer structure in which TiAlCeN layers 30 and first layers 31 are alternately stacked. This structure can suppress the propagation of cracks from the surface of the coating that occur during use of a cutting tool near the interface between the TiAlCeN layer and the first layer, thereby improving the tool life of the cutting tool.
上記多層構造は、第1のTiAlCeN層と第1層とが交互に積層された第1の多層構造と、第2のTiAlCeN層と第1層とが交互に積層された第2の多層構造と、を含むことができる。第1の多層構造は逃げ面またはすくい面に位置し、第2の多層構造は切れ刃に位置する。 The multilayer structure may include a first multilayer structure in which first TiAlCeN layers and the first layer are alternately stacked, and a second multilayer structure in which second TiAlCeN layers and the first layer are alternately stacked. The first multilayer structure is located on the flank or rake face, and the second multilayer structure is located on the cutting edge.
TiAlCeN層と第1層との積層数は、TiAlCeN層と第1層とをそれぞれ一層以上含む限り、特に限定されない。積層数とは、多層構造に含まれるTiAlCeN層および第1層との合計数を示す。積層数は、10以上5000以下が好ましく、200以上5000以下が好ましく、400以上2000以下がより好ましく、500以上1000以下が更に好ましい。多層構造において、最も基材に近い層は、TiAlCeN層であってもよいし、第1層であってもよい。また多層構造において、最も基材から離れている層は、TiAlCeN層であってもよいし、第1層であってもよい。ここで、TiAlCeN層とは、第1のTiAlCeN層または第2のTiAlCeN層を意味する。 The number of TiAlCeN layers and first layers is not particularly limited, as long as the multilayer structure includes at least one TiAlCeN layer and at least one first layer. The number of layers refers to the total number of TiAlCeN layers and first layers included in the multilayer structure. The number of layers is preferably 10 to 5,000, more preferably 200 to 5,000, more preferably 400 to 2,000, and even more preferably 500 to 1,000. In the multilayer structure, the layer closest to the substrate may be either the TiAlCeN layer or the first layer. In addition, in the multilayer structure, the layer farthest from the substrate may be either the TiAlCeN layer or the first layer. Here, the TiAlCeN layer refers to the first TiAlCeN layer or the second TiAlCeN layer.
上記多層構造の厚さは、0.5μm以上15μm以下が好ましく、1μm以上12μm以下がより好ましい。多層構造の厚さは、実施形態1に記載のTiAlCeN層の厚さの測定方法において、測定対象を多層構造とすることにより測定される。 The thickness of the multilayer structure is preferably 0.5 μm or more and 15 μm or less, and more preferably 1 μm or more and 12 μm or less. The thickness of the multilayer structure is measured using the method for measuring the thickness of the TiAlCeN layer described in embodiment 1, but with the multilayer structure as the measurement target.
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 It has been confirmed that as long as measurements are taken using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
上記多層構造において、TiAlCeN層及び第1層は、それぞれ厚さが2nm以上50nm以下が好ましい。このような薄層が交互に繰り返されることにより、亀裂の進展を抑制でき、層間剥離も抑制される。TiAlCeN層及び第1層のそれぞれ厚さが2nm未満になると、亀裂進展の抑制効果が低減する可能性がある。またTiAlCeN層及び第1層のそれぞれ厚さが50nmを超えると、層間剥離の抑制効果が低減する可能性がある。 In the above multilayer structure, the TiAlCeN layer and the first layer each preferably have a thickness of 2 nm or more and 50 nm or less. By alternately repeating such thin layers, crack propagation can be suppressed, and delamination can also be suppressed. If the thickness of each of the TiAlCeN layer and the first layer is less than 2 nm, the effect of suppressing crack propagation may be reduced. Furthermore, if the thickness of each of the TiAlCeN layer and the first layer exceeds 50 nm, the effect of suppressing delamination may be reduced.
上記多層構造において、TiAlCeN層及び第1層は、それぞれの厚さが2nm以上50nm以下が好ましく、4nm以上40nm以下がより好ましく、5nm以上30nm以下が更に好ましい。 In the above multilayer structure, the thickness of each of the TiAlCeN layer and the first layer is preferably 2 nm or more and 50 nm or less, more preferably 4 nm or more and 40 nm or less, and even more preferably 5 nm or more and 30 nm or less.
上記多層構造におけるTiAlCeN層及び第1層のそれぞれの厚さの測定方法は以下の通りである。 The thickness of each of the TiAlCeN layers and the first layer in the above multilayer structure was measured as follows:
(A3)上記第1のTiAlCeN層の組成の測定方法の(A1)に記載の方法と同一の方法で、切削工具を被膜の厚み方向に沿う断面が露出するように切断し、測定試料を得る。 (A3) Using the same method as described in (A1) of the method for measuring the composition of the first TiAlCeN layer above, cut the cutting tool so that a cross section along the thickness direction of the coating is exposed, and obtain a measurement sample.
(B3)上記の断面を走査型電子顕微鏡(S-3400N型、日立ハイテクノロジーズ社製)を用いて約100万倍で観察する。1つのTiAlCeN層において、3箇所の厚さを測定する。該3箇所の厚さの算術平均値を算出し、該算術平均値を該TiAlCeN層の厚さとする。1つの第1層において、3箇所の厚さを測定する。該3箇所の厚さの算術平均値を算出し、該算術平均値を該第1層の厚さとする。 (B3) The above cross section is observed at approximately 1,000,000 magnification using a scanning electron microscope (S-3400N, manufactured by Hitachi High-Technologies Corporation). The thickness of one TiAlCeN layer is measured at three locations. The arithmetic mean value of the thicknesses at the three locations is calculated, and this arithmetic mean value is defined as the thickness of the TiAlCeN layer. The thickness of one first layer is measured at three locations. The arithmetic mean value of the thicknesses at the three locations is calculated, and this arithmetic mean value is defined as the thickness of the first layer.
3つの異なるTiAlCeN層のそれぞれについて、上記の手順でTiAlCeN層の厚さを測定する。3つのTiAlCeN層の厚さの算術平均値を求める。該算術平均値を、多層構造におけるTiAlCeN層の厚さとする。3つの異なる第1層のそれぞれについて、上記の手順で第1層の厚さを測定する。3つの第1層の厚さの算術平均値を求める。該算術平均値を、多層構造における第1層の厚さとする。 For each of the three different TiAlCeN layers, measure the thickness of the TiAlCeN layer using the procedure described above. Calculate the arithmetic mean value of the thicknesses of the three TiAlCeN layers. This arithmetic mean value is used as the thickness of the TiAlCeN layer in the multilayer structure. For each of the three different first layers, measure the thickness of the first layer using the procedure described above. Calculate the arithmetic mean value of the thicknesses of the three first layers. This arithmetic mean value is used as the thickness of the first layer in the multilayer structure.
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 It has been confirmed that as long as measurements are taken using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
多層構造におけるTiAlCeN層の組成は、以下の手順で測定される。実施形態1に記載のTiAlCeN層の組成(x1、y1、z1、x2、y2、z2)の測定方法の手順(A1)~(D1)と同一の方法で3箇所の測定視野を設定する。 The composition of the TiAlCeN layer in the multilayer structure is measured using the following procedure. Three measurement fields are set using the same method as steps (A1) to (D1) in the method for measuring the composition (x1, y1, z1, x2, y2, z2) of the TiAlCeN layer described in embodiment 1.
各測定視野において、第1のTiAlCeN層および第2のTiAlCeN層をそれぞれ5層ずつ任意に選択して測定し、第1のTiAlCeN層および第2のTiAlCeN層のそれぞれについて5層の平均組成を求める。 In each measurement field, five layers of the first TiAlCeN layer and five layers of the second TiAlCeN layer are randomly selected and measured, and the average composition of the five layers of each of the first TiAlCeN layer and the second TiAlCeN layer is determined.
5層の第1のTiAlCeN層の平均組成を、該測定視野における第1のTiAlCeN層の組成とする。3箇所の測定視野の第1のTiAlCeN層の平均組成を、本実施形態の多層構造における第1のTiAlCeN層の組成とする。 The average composition of the five first TiAlCeN layers is taken as the composition of the first TiAlCeN layer in the measurement field. The average composition of the first TiAlCeN layers in the three measurement fields is taken as the composition of the first TiAlCeN layer in the multilayer structure of this embodiment.
5層の第2のTiAlCeN層の平均組成を、該測定視野における第2のTiAlCeN層の組成とする。3箇所の測定視野の第2のTiAlCeN層の平均組成を、本実施形態の多層構造における第2のTiAlCeN層の組成とする。 The average composition of the five second TiAlCeN layers is taken as the composition of the second TiAlCeN layer in the measurement field. The average composition of the second TiAlCeN layers in the three measurement fields is taken as the composition of the second TiAlCeN layer in the multilayer structure of this embodiment.
同一の切削工具で測定する限り、測定箇所を任意に選択しても、測定結果にばらつきがないことが確認されている。 It has been confirmed that as long as measurements are taken using the same cutting tool, there is no variation in the measurement results even if the measurement location is selected arbitrarily.
[実施形態3:切削工具の製造方法]
実施形態3では、実施形態1または実施形態2の切削工具の製造方法について説明する。該製造方法は、基材を準備する工程と、該基材上に被膜を形成する工程とを含むことができる。各工程の詳細について、以下に説明する。
[Embodiment 3: Method for manufacturing a cutting tool]
In embodiment 3, a method for manufacturing the cutting tool of embodiment 1 or embodiment 2 is described. The manufacturing method can include a step of preparing a substrate and a step of forming a coating on the substrate. Details of each step are described below.
≪基材を準備する工程≫
基材を準備する工程では、基材2が準備される。基材2は、実施形態1に記載の基材を用いることができる。
<Process of preparing substrate>
In the step of preparing a substrate, a substrate 2 is prepared. The substrate 2 may be the substrate described in the first embodiment.
例えば、基材として超硬合金を用いる場合は、市販の基材を用いてもよく、一般的な粉末冶金法で製造してもよい。一般的な粉末冶金法で製造する場合、例えば、ボールミル等によってWC粉末とCo粉末等とを混合して混合粉末を得る。該混合粉末を乾燥した後、所定の形状に成形して成形体を得る。さらに該成形体を焼結することにより、WC-Co系超硬合金(焼結体)を得る。次いで該焼結体に対して、ホーニング処理等の所定の刃先加工を施すことにより、WC-Co系超硬合金からなる基材を製造することができる。上記以外の基材であっても、この種の基材として従来公知のものであればいずれも準備可能である。 For example, when using a cemented carbide as the substrate, a commercially available substrate may be used, or it may be manufactured using a general powder metallurgy method. When manufacturing using a general powder metallurgy method, for example, WC powder and Co powder are mixed using a ball mill or the like to obtain a mixed powder. The mixed powder is then dried and molded into a desired shape to obtain a green body. The green body is then sintered to obtain a WC-Co cemented carbide (sintered body). The sintered body is then subjected to a desired cutting edge processing such as honing to produce a substrate made of a WC-Co cemented carbide. Substrates other than those mentioned above can also be prepared as long as they are conventionally known as this type of substrate.
≪被膜を形成する工程≫
被膜を形成する工程では、基材2上に被膜3を形成する。本実施形態では、物理蒸着(Physical Vapor Deposition;PVD)法により、被膜3を形成することができる。PVD法の具体例としては、アークイオンプレーティング(Arc Ion Plating;AIP)法、バランスドマグネトロンスパッタリング(Balanced Magnetron Sputtering;BMS)法、およびアンバランスドマグネトロンスパッタリング(Unbalanced Magnetron Sputtering;UBMS)法等が挙げられる。本実施形態では、アークイオンプレーティングを用いることが好ましい。
<<Coating Forming Process>>
In the coating forming step, the coating 3 is formed on the substrate 2. In this embodiment, the coating 3 can be formed by a physical vapor deposition (PVD) method. Specific examples of the PVD method include an arc ion plating (AIP) method, a balanced magnetron sputtering (BMS) method, and an unbalanced magnetron sputtering (UBMS) method. In this embodiment, it is preferable to use arc ion plating.
AIP法では、ターゲット材を陰極(カソード)としてアーク放電を生起する。これにより、ターゲット材を蒸発、イオン化させる。そして負のバイアス電圧が印加された基材2の表面にイオンを堆積させる。AIP法は、ターゲット材のイオン化率において優れている。具体的な成膜方法は、以下の通りである。 In the AIP method, an arc discharge is generated using a target material as a cathode. This evaporates and ionizes the target material. The ions are then deposited on the surface of a substrate 2 to which a negative bias voltage is applied. The AIP method excels in the ionization rate of the target material. The specific film formation method is as follows:
成膜装置のチャンバ内に、ターゲット材および基材を設置する。基材は、回転可能な基材ホルダに保持される。形成しようとする被膜の組成に応じて、Ti、Al、Ce等の粒径をそれぞれ変化させた合金製ターゲットや、組成の異なる複数のターゲットを用いることができる。なお、反応ガス圧および/または基材ホルダの回転速度を調整することによっても、被膜の組成を変化させることができる。 A target material and substrate are placed in the chamber of the film-forming device. The substrate is held in a rotatable substrate holder. Depending on the composition of the coating to be formed, alloy targets with varying particle sizes of Ti, Al, Ce, etc., or multiple targets with different compositions can be used. The composition of the coating can also be changed by adjusting the reaction gas pressure and/or the rotation speed of the substrate holder.
続いて、Arイオンによるイオンボンバードメント処理により、基材2の表面を洗浄する。イオンボンバードメント処理の条件は、従来公知の条件を用いることができる。 Then, the surface of the substrate 2 is cleaned by ion bombardment treatment using Ar ions. Conventional known conditions can be used for the ion bombardment treatment.
被膜が下地層としての第1層を含む場合は、基材2の表面に第1層を形成する。例えば、基材2の表面に、TiAlN層、TiN層またはAlCrN層を形成する。該第1層の形成方法は、従来公知の方法を用いることができる。 If the coating includes a first layer as an underlayer, the first layer is formed on the surface of the substrate 2. For example, a TiAlN layer, TiN layer, or AlCrN layer is formed on the surface of the substrate 2. Conventional methods can be used to form the first layer.
次に、成膜装置のチャンバ内に遮蔽材50を設置した後に、チャンバ内に窒素ガスを導入し、基材2を保持する基材ホルダを回転させながら、基材2上にTiAlCeN層を形成する。この際、ターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係を調整する。該位置関係について図15および図16を用いて説明する。 Next, after placing the shielding material 50 in the chamber of the film formation device, nitrogen gas is introduced into the chamber, and a TiAlCeN layer is formed on the substrate 2 while the substrate holder holding the substrate 2 is rotated. At this time, the positional relationship between the target material, substrate, and shielding material is adjusted. This positional relationship is explained using Figures 15 and 16.
図15では、基材2は、その逃げ面12がターゲット材51に対向するように配置される。また、遮蔽材50は、基材2のすくい面11に対向するように配置される。 In Figure 15, the substrate 2 is positioned so that its flank 12 faces the target material 51. Furthermore, the shielding material 50 is positioned so that it faces the rake face 11 of the substrate 2.
ターゲット材51と、基材2と、遮蔽材50とを上記の位置関係で配置することにより、遮蔽材50の存在により、すくい面11および切れ刃13は、逃げ面12よりも成膜されにくくなる。更に、Ceイオンはイオン半径が大きいため、遮蔽材50にトラップされやすい。よって、すくい面11および切れ刃13に到達するCe量は、逃げ面12に到達するCe量よりも少ない。このため、すくい面11上および切れ刃13上に形成されるTiAlCeN層中のCe含有率(原子%)は、逃げ面12上に形成されるTiAlCeN層中のCe含有率(原子%)よりも小さくなる。 By positioning the target material 51, substrate 2, and shielding material 50 in the above-described positional relationship, the presence of the shielding material 50 makes it more difficult for a film to be formed on the rake face 11 and cutting edge 13 than on the flank face 12. Furthermore, because Ce ions have a large ionic radius, they are easily trapped by the shielding material 50. Therefore, the amount of Ce that reaches the rake face 11 and cutting edge 13 is less than the amount of Ce that reaches the flank face 12. As a result, the Ce content (atomic %) in the TiAlCeN layer formed on the rake face 11 and cutting edge 13 is lower than the Ce content (atomic %) in the TiAlCeN layer formed on the flank face 12.
図15に示されるターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係でTiAlCeN層を形成することにより、該TiAlCeN層は、逃げ面12と切れ刃13とで異なる組成を有することができる。更に、適切なターゲット及び形成条件を採用するとともに、遮蔽材を上記の位置関係で設けることにより、逃げ面12に位置するTiAlCeN層におけるTi、Al及びCeの原子数の合計に対するCeの割合z1を、切れ刃13に位置するTiAlCeN層におけるTi、Al及びCeの原子数の合計に対するCeの割合z2よりも0.010以上大きくすることができる。 By forming a TiAlCeN layer with the positional relationship of the target material, substrate, and shielding material shown in Figure 15, the TiAlCeN layer can have different compositions on the flank 12 and the cutting edge 13. Furthermore, by using appropriate targets and formation conditions and positioning the shielding material in the above-mentioned relationship, the ratio z1 of Ce to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the TiAlCeN layer located on the flank 12 can be made 0.010 or more greater than the ratio z2 of Ce to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the TiAlCeN layer located on the cutting edge 13.
図16では、基材2は、そのすくい面11がターゲット材51に対向するように配置される。また、遮蔽材50は、基材2の逃げ面12に対向するように配置される。 In Figure 16, the substrate 2 is positioned so that its rake face 11 faces the target material 51. Furthermore, the shielding material 50 is positioned so that it faces the flank face 12 of the substrate 2.
ターゲット材51と、基材2と、遮蔽材50とを上記の位置関係で配置することにより、遮蔽材50の存在により、逃げ面12および切れ刃13は、すくい面11よりも成膜されにくくなる。更に、Ceイオンはイオン半径が大きいため、遮蔽材50にトラップされやすい。よって、逃げ面12および切れ刃13に到達するCe量は、すくい面11に到達するCe量よりも少ない。このため、逃げ面12上および切れ刃13上に形成されるTiAlCeN層中のCe含有率(原子%)は、すくい面11上に形成されるTiAlCeN層中のCe含有率(原子%)よりも小さくなる。 By positioning the target material 51, substrate 2, and shielding material 50 in the above-described positional relationship, the presence of the shielding material 50 makes it more difficult for a film to be formed on the flank 12 and cutting edge 13 than on the rake face 11. Furthermore, because Ce ions have a large ionic radius, they are easily trapped by the shielding material 50. Therefore, the amount of Ce that reaches the flank 12 and cutting edge 13 is less than the amount of Ce that reaches the rake face 11. As a result, the Ce content (atomic %) in the TiAlCeN layer formed on the flank 12 and cutting edge 13 is lower than the Ce content (atomic %) in the TiAlCeN layer formed on the rake face 11.
図16に示されるターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係でTiAlCeN層を形成することにより、該TiAlCeN層は、すくい面11と切れ刃13とで異なる組成を有することができる。更に、適切なターゲット及び形成条件を採用するとともに、遮蔽材を上記の位置関係で設けることにより、すくい面11に位置するTiAlCeN層におけるTi、Al及びCeの原子数の合計に対するCeの割合z1を、切れ刃13に位置するTiAlCeN層におけるTi、Al及びCeの原子数の合計に対するCeの割合z2よりも0.010以上大きくすることができる。 By forming a TiAlCeN layer with the positional relationship of the target material, substrate, and shielding material shown in Figure 16, the TiAlCeN layer can have different compositions on the rake face 11 and the cutting edge 13. Furthermore, by adopting appropriate targets and formation conditions and positioning the shielding material in the above-described relationship, the ratio z1 of Ce to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the TiAlCeN layer located on the rake face 11 can be made 0.010 or more greater than the ratio z2 of Ce to the total number of Ti, Al, and Ce atoms in the TiAlCeN layer located on the cutting edge 13.
遮蔽材50としては、ステンレス製の板を用いることができる。基材2と遮蔽材50との距離は、例えば、1mm以上6mm以下とすることができる。 A stainless steel plate can be used as the shielding material 50. The distance between the substrate 2 and the shielding material 50 can be, for example, 1 mm or more and 6 mm or less.
TiAlCeN層の形成条件は以下とすることができる。
基材温度 :450~600℃
バイアス電圧:-30~-100V
アーク電流 :100~200A
反応ガス圧 :3~6Pa
The conditions for forming the TiAlCeN layer can be as follows.
Base material temperature: 450-600℃
Bias voltage: -30 to -100V
Arc current: 100 to 200 A
Reaction gas pressure: 3 to 6 Pa
TiAlCeN層と第1層とが交互に積層された多層構造は、TiAlCeN層成膜用のターゲットと、第1層成膜用のターゲットとをチャンバ内に設置し、回転ホルダの回転周期を、例えば2~5rpmとすることにより形成することができる。 A multilayer structure in which TiAlCeN layers and first layers are alternately stacked can be formed by placing a target for depositing the TiAlCeN layer and a target for depositing the first layer in a chamber and setting the rotation frequency of the rotating holder to, for example, 2 to 5 rpm.
次に、被膜が表面層としての第1層を含む場合は、TiAlCeN層の表面に第1層を形成する。例えば、TiAlCeN層の表面に、TiCN層、TiAlBN層、TiAlSiN層またはTiN層を形成する。該第1層の形成方法は、従来公知の方法を用いることができる。 Next, if the coating includes a first layer as a surface layer, the first layer is formed on the surface of the TiAlCeN layer. For example, a TiCN layer, TiAlBN layer, TiAlSiN layer, or TiN layer is formed on the surface of the TiAlCeN layer. Conventional methods can be used to form the first layer.
以上より、基材2と、該基材2上に設けられた被膜3とを備える切削工具1を製造することができる。 As a result of the above, a cutting tool 1 can be manufactured that includes a substrate 2 and a coating 3 provided on the substrate 2.
[付記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、
前記切削工具は、
すくい面、
前記すくい面に連なる逃げ面、および、
前記すくい面と前記逃げ面との境界部分からなる切れ刃を含み、
前記被膜は、TiAlCeN層を含み、
前記TiAlCeN層は、
前記すくい面または前記逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層と、
前記切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層と、を有し、
前記第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1であり、
前記第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2であり、
ここで、
x1+y1+z1=1、
x2+y2+z2=1、
0.300<y1≦0.700、
0.300<y2≦0.700、
0.010<z1≦0.100、
0<z2≦0.090、および、
z1-z2≧0.010である、切削工具。
[Appendix 1]
1. A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
The cutting tool comprises:
Rake face,
a flank surface connected to the rake surface; and
a cutting edge formed by a boundary portion between the rake face and the flank face,
the coating comprises a TiAlCeN layer;
The TiAlCeN layer is
a first TiAlCeN layer located on the rake face or the flank face;
a second TiAlCeN layer located on the cutting edge;
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 ,
The composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 ,
where:
x1+y1+z1=1,
x2+y2+z2=1,
0.300<y1≦0.700,
0.300<y2≦0.700,
0.010<z1≦0.100,
0<z2≦0.090, and
A cutting tool, wherein z1-z2≧0.010.
[付記2]
前記TiAlCeN層の厚さは、0.5μm以上15μm以下である、付記1に記載の切削工具。
[Appendix 2]
2. The cutting tool of claim 1, wherein the TiAlCeN layer has a thickness of 0.5 μm or more and 15 μm or less.
[付記3]
前記被膜は、さらに第1層を含み、
前記第1層は、
周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、アルミニウムおよび珪素からなる第1群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる、または、
前記第1群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる第2群より選ばれる少なくとも1種の元素と、からなる第1化合物からなる、付記1または付記2に記載の切削工具。
[Appendix 3]
the coating further comprises a first layer;
The first layer is
at least one element selected from the first group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, aluminum, and silicon of the periodic table; or
3. The cutting tool according to claim 1 or 2, comprising a first compound comprising at least one element selected from the first group and at least one element selected from a second group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.
[付記4]
前記第1群は、チタン、クロム、アルミニウムおよび珪素からなる、付記3に記載の切削工具。
[Appendix 4]
4. The cutting tool of claim 3, wherein the first group consists of titanium, chromium, aluminum, and silicon.
[付記5]
前記被膜の厚さは、0.5μm以上15μm以下である、付記1から付記4のいずれか1項に記載の切削工具。
[Appendix 5]
5. The cutting tool according to claim 1, wherein the coating has a thickness of 0.5 μm or more and 15 μm or less.
[付記6]
前記被膜は、前記TiAlCeN層と前記第1層とが交互に積層された多層構造を含む、付記3または付記4に記載の切削工具。
[Appendix 6]
5. The cutting tool of claim 3 or 4, wherein the coating includes a multilayer structure in which the TiAlCeN layers and the first layers are alternately stacked.
本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。 This embodiment will be explained in more detail using examples. However, these examples do not limit the present embodiment.
[実施例1]
<切削工具の作製>
以下のようにして、切削工具を作製し、工具寿命を評価した。
≪基材を準備する工程≫
基材として、JIS B 4053:2013に記載のP20超硬合金製の旋削用切削チップ(型番:CNMG120408N(住友電工ハードメタル社製))を準備した。基材をアークイオンプレーティング装置の基材ホルダに設置した。
[Example 1]
<Cutting tool manufacturing>
Cutting tools were produced and their tool lives were evaluated as follows.
<Process of preparing substrate>
As a substrate, a turning tip made of P20 cemented carbide (model number: CNMG120408N (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corp.)) described in JIS B 4053: 2013 was prepared. The substrate was placed on a substrate holder of an arc ion plating device.
≪被膜を形成する工程≫
ターゲット材として、表1の「ターゲット材組成」の「TiAlCeN層」および「第1層」欄に記載の組成を有する焼結合金を準備した。例えば、試料5では、TiAlCeN層形成用のターゲット材(以下、「TiAlCeN層用ターゲット」とも記す。)として、原子数の比が「Ti:Al:Ce=0.55:0.35:0.10」である焼結合金、および、第1層形成用のターゲット材(以下、「第1層用ターゲット」とも記す。)として、原子数の比が「Ti:Al:B=0.50:0.45:0.05」である焼結合金を準備した。
<<Coating Forming Process>>
As target materials, sintered alloys were prepared having the compositions shown in the "TiAlCeN layer" and "first layer" columns of "target material composition" in Table 1. For example, for sample 5, a sintered alloy having an atomic ratio of "Ti:Al:Ce=0.55:0.35:0.10" was prepared as the target material for forming the TiAlCeN layer (hereinafter also referred to as the "TiAlCeN layer target"), and a sintered alloy having an atomic ratio of "Ti:Al:B=0.50:0.45:0.05" was prepared as the target material for forming the first layer (hereinafter also referred to as the "first layer target").
上記ターゲット材をアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源に設置した。2種類のターゲット材を用いる場合は、それぞれ異なるアーク式蒸発源に設置した。次に、該装置のチャンバ内を0.5Pa以下の真空にして基材温度を450℃に加熱した後、Arガスをチャンバ内に導入して2.5PaのAr雰囲気とした。この状態で基材に-800Vのバイアス電圧を印加してArガスによるイオンボンバードメント処理を行い、基材の表面を洗浄した。 The above target material was placed in the arc evaporation source of an arc ion plating device. When two types of target materials were used, they were placed in different arc evaporation sources. Next, the chamber of the device was evacuated to a vacuum of 0.5 Pa or less and the substrate was heated to 450°C. Ar gas was then introduced into the chamber to create an Ar atmosphere of 2.5 Pa. In this state, a bias voltage of -800 V was applied to the substrate, and ion bombardment treatment using Ar gas was performed to clean the surface of the substrate.
(試料1~試料3、試料7~試料10、試料12~試料15)
次に、チャンバ内に遮蔽材を設置した。ターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係は、図16に示される通りとした。すなわち、基材2は、そのすくい面11がターゲット材51に対向するように配置した。また、遮蔽材50は、基材2の逃げ面12に対向するように配置した。遮蔽材50と基材2との距離は3mmとした。
(Samples 1 to 3, Samples 7 to 10, Samples 12 to 15)
Next, a shielding material was placed in the chamber. The positional relationship between the target material, substrate, and shielding material was as shown in Fig. 16. That is, the substrate 2 was placed so that its rake face 11 faced the target material 51. The shielding material 50 was placed so that it faced the flank face 12 of the substrate 2. The distance between the shielding material 50 and the substrate 2 was 3 mm.
次に、窒素ガスをチャンバ内に導入して3.5Paの反応雰囲気とした。この状態で、アーク電流でTiAlCeN層用ターゲット表面で放電させ、基材側にバイアス電圧を印加し、基材を保持する基材ホルダを回転させながら、基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。TiAlCeN層の形成条件は以下の通りとした。
基材温度 :550℃
バイアス電圧:-50V
アーク電流 :160A
反応ガス圧 :3.5Pa
Next, nitrogen gas was introduced into the chamber to create a reaction atmosphere of 3.5 Pa. In this state, an arc current was discharged on the surface of the TiAlCeN layer target, a bias voltage was applied to the substrate, and a TiAlCeN layer was formed on the substrate while rotating the substrate holder, thereby obtaining a cutting tool. The conditions for forming the TiAlCeN layer were as follows:
Base material temperature: 550℃
Bias voltage: -50V
Arc current: 160A
Reaction gas pressure: 3.5 Pa
(試料1-1、試料1-6、試料1-7)
各試料のTiAlCeN層用ターゲットを用い、遮蔽材は設置しないこと以外は、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧)で基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。
(Sample 1-1, Sample 1-6, Sample 1-7)
Using the target for the TiAlCeN layer of each sample, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure) as those of Sample 1, except that no shielding material was installed, to obtain a cutting tool.
(試料4)
試料4のTiAlCeN層用ターゲットを用い、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材有り、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層を形成した。次に、第1層用ターゲットを用いて、ガス導入口から窒素ガスおよびメタンガスを導入し、基材ホルダを回転させながら、TiAlCeN層上に表面層としての第1層(TiCN層)を形成し、切削工具を得た。
(Sample 4)
Using the target for the TiAlCeN layer of Sample 4, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, presence of a shielding material, distance between the shielding material and the substrate) as those of Sample 1. Next, using the target for the first layer, nitrogen gas and methane gas were introduced from the gas inlet, and a first layer (TiCN layer) was formed as a surface layer on the TiAlCeN layer while rotating the substrate holder, thereby obtaining a cutting tool.
(試料5)
試料5のTiAlCeN層用ターゲットを用い、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材有り、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層を形成した。次に、第1層用ターゲットを用いて、ガス導入口から窒素ガスを導入し、基材ホルダを回転させながら、TiAlCeN層上に表面層としての第1層(TiAlBN層)を形成し、切削工具を得た。
(Sample 5)
Using the target for the TiAlCeN layer of Sample 5, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reactive gas composition, reactive gas pressure, presence of a shielding material, distance between the shielding material and the substrate) as those of Sample 1. Next, using the target for the first layer, nitrogen gas was introduced from the gas inlet, and a first layer (TiAlBN layer) was formed as a surface layer on the TiAlCeN layer while rotating the substrate holder, thereby obtaining a cutting tool.
(試料11)
窒素ガスをチャンバ内に導入して3.5Paの雰囲気とした。この状態で、アーク電流で第1層用ターゲット表面で放電させ、基材側にバイアス電圧を印加し、基材ホルダを回転させながら、基材の表面に下地層としての第1層(TiAlN層)を形成した。
(Sample 11)
Nitrogen gas was introduced into the chamber to create an atmosphere of 3.5 Pa. In this state, an arc current was discharged on the surface of the first layer target, a bias voltage was applied to the substrate side, and a first layer (TiAlN layer) was formed as an underlayer on the surface of the substrate while the substrate holder was rotated.
次に、試料11のTiAlCeN層用ターゲットを用い、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材有り、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。 Next, using the target for the TiAlCeN layer of sample 11, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions as sample 1 (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, presence of shielding material, distance between shielding material and substrate), to obtain a cutting tool.
(試料6)
試料6のTiAlCeN層用ターゲット及び第1層用ターゲットをチャンバ内で隣り合う位置に配置した。すなわち、基材ホルダが回転した際に、TiAlCeN層用ターゲットと基材2との位置関係と、第1層用ターゲットと基材2との位置関係が同等となるように、TiAlCeN層用ターゲット及び第1層用ターゲットを配置した。
(Sample 6)
The target for the TiAlCeN layer and the target for the first layer of sample 6 were arranged adjacent to each other in the chamber. That is, the target for the TiAlCeN layer and the target for the first layer were arranged so that, when the substrate holder rotated, the positional relationship between the target for the TiAlCeN layer and the substrate 2 was the same as the positional relationship between the target for the first layer and the substrate 2.
次に、チャンバ内に遮蔽材を設置した。ターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係は、図16に示される通りとした。 Next, a shielding material was placed inside the chamber. The positional relationship between the target material, substrate, and shielding material was as shown in Figure 16.
次に、基材ホルダを5rpmで回転させながら、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層とAlCrN層とを交互に形成し、多層構造からなる被膜を形成し、切削工具を得た。 Next, while the substrate holder was rotating at 5 rpm, TiAlCeN layers and AlCrN layers were alternately formed on the substrate under the same formation conditions as Sample 1 (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, distance between the shielding material and the substrate), forming a coating with a multilayer structure and obtaining a cutting tool.
(試料1-2、試料1-3)
各試料のTiAlCeN層用ターゲットを用いること、及び、遮蔽材と基材との距離を0.5mmとした以外は、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧)で基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。
(Sample 1-2, Sample 1-3)
A TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure) as those for Sample 1, except that a target for the TiAlCeN layer of each sample was used and the distance between the shielding material and the substrate was set to 0.5 mm, thereby obtaining a cutting tool.
(試料1-4)
試料1-4のTiAlCeN層用ターゲット及び第1層用ターゲットを用い、遮蔽材は設置しないこと以外は、試料6と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材と基材との距離)で基材上に多層構造からなる被膜を形成し、切削工具を得た。
(Samples 1-4)
Using the target for the TiAlCeN layer and the target for the first layer of Sample 1-4, a coating having a multilayer structure was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, distance between the shielding material and the substrate) as those of Sample 6, except that no shielding material was provided, and a cutting tool was obtained.
<評価>
≪被膜の構成≫
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層について、すくい面に位置する第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1N、および、切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2Nを測定した。具体的な測定方法は、実施形態1および実施形態2に示される通りである。結果を表2の「第1のTiAlCeN層(すくい面)」の「x1」、「y1」、「z1」欄、および、「第2のTiAlCeN層」の「x2」、「y2」および「z2」欄に示す。さらに、「z1-z2」の値も表2に示す。全ての試料において、x1+y1+z1=1、x2+y2+z2=1であることが確認された。また、全ての試料において、第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1NにおけるTi、Al及びCeの原子数の合計AM1に対するNの原子数AN1の比AN1/AM1、および、第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2NにおけるTi、Al及びCeの原子数の合計AM2に対するNの原子数AN2の比AN2/AM2は、0.8~1.2の範囲であることが確認された。
<Evaluation>
<Coating composition>
For the TiAlCeN layers of the cutting tools of each sample obtained, the composition of the first TiAlCeN layer located on the rake face, Ti x1 Al y1 Ce z1 N, and the composition of the second TiAlCeN layer located on the cutting edge, Ti x2 Al y2 Ce z2 N, were measured. Specific measurement methods are as shown in Embodiments 1 and 2. The results are shown in Table 2 in the "x1,""y1," and "z1" columns for "First TiAlCeN Layer (Rake Face)" and the "x2,""y2," and "z2" columns for "Second TiAlCeN Layer." Furthermore, the value of "z1 - z2" is also shown in Table 2. It was confirmed that x1 + y1 + z1 = 1 and x2 + y2 + z2 = 1 for all samples. Furthermore, in all the samples, it was confirmed that the ratio A N1 /A M1 of the number of N atoms A N1 to the total A M1 of the number of Ti, Al, and Ce atoms in the composition Ti x1 Al y1 Ce z1 N of the first TiAlCeN layer, and the ratio A N2 /A M2 of the number of N atoms A N2 to the total A M2 of the number of Ti, Al, and Ce atoms in the composition Ti x2 Al y2 Ce z2 N of the second TiAlCeN layer were in the range of 0.8 to 1.2.
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層、第1層、および、被膜合計の厚さを測定した。具体的な測定方法は、実施形態1および実施形態2に示される通りである。結果を表2の「厚さ(μm)」の「TiAlCeN層」、「第1層(下地層)」、「第1層(表面層)」および「被膜合計」欄に示す。試料6および試料1-4の「多層構造(6.0μm) TiAlCeN層(6nm)/AlCrN層(6nm)」との記載は、被膜が厚さ6nmのTiAlCeN層と厚さ6nmのAlCrN層とが交互に積層された多層構造を含み、該多層構造の全体の厚さが6.0μmであることを示す。 The thickness of the TiAlCeN layer, first layer, and total coating thickness of each cutting tool sample was measured. Specific measurement methods are as described in Embodiments 1 and 2. The results are shown in the "TiAlCeN layer," "First layer (base layer)," "First layer (surface layer)," and "Total coating thickness" columns under "Thickness (μm)" in Table 2. The description "Multilayer structure (6.0 μm) TiAlCeN layer (6 nm)/AlCrN layer (6 nm)" for Sample 6 and Samples 1-4 indicates that the coating includes a multilayer structure in which 6 nm-thick TiAlCeN layers and 6 nm-thick AlCrN layers are alternately stacked, and that the total thickness of the multilayer structure is 6.0 μm.
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層の結晶構造を測定した。全ての試料において、TiAlCeN層は立方晶型結晶構造を有することが確認された。 The crystalline structure of the TiAlCeN layer of each cutting tool sample was measured. It was confirmed that the TiAlCeN layer in all samples had a cubic crystalline structure.
≪切削試験≫
各試料の切削工具を用いて以下の条件で切削試験を行い、クレータ摩耗の幅が0.5mmとなる、または、刃先の欠損が生じるまでの切削時間(分)を測定した。該切削時間が長いほど、切削工具の工具寿命が長いと判断される。結果を表2の「切削試験」欄に示す。
<Cutting test>
A cutting test was performed using each sample cutting tool under the following conditions, and the cutting time (minutes) was measured until the crater wear width reached 0.5 mm or until chipping of the cutting edge occurred. The longer the cutting time, the longer the tool life of the cutting tool was determined to be. The results are shown in the "Cutting Test" column in Table 2.
(切削条件)
被削材:SCM435丸棒
切削速度Vc:250m/min
送り量fz:0.2mm/rev
切り込み量ap:1.5mm
湿式
上記の切削条件は、切れ刃への負荷が大きく、すくい面の熱的摩耗が生じやすい。
(Cutting conditions)
Work material: SCM435 round bar Cutting speed Vc: 250m/min
Feed rate fz: 0.2 mm/rev
Cutting depth ap: 1.5 mm
Wet cutting The above cutting conditions place a heavy load on the cutting edge, which makes it easy for thermal wear to occur on the rake face.
<考察>
試料1~試料15の切削工具は実施例に該当する。試料1-1~試料1-7の切削工具は比較例に該当する。試料1~試料15の切削工具(実施例)は、試料1-1~試料1-7(比較例)の切削工具より、長い工具寿命を有することが確認された。
<Consideration>
The cutting tools of Samples 1 to 15 correspond to Examples. The cutting tools of Samples 1-1 to 1-7 correspond to Comparative Examples. It was confirmed that the cutting tools of Samples 1 to 15 (Examples) had longer tool life than the cutting tools of Samples 1-1 to 1-7 (Comparative Examples).
試料1-2及び試料1-3は、TiAlCeN層の形成時に遮蔽材を用いたが、「z1-z2」が0.010未満(0.008)であり、比較例に該当する。この理由は、ターゲット組成に含まれるCe量が小さいために基材に到達する絶対量が少ないことに加え、遮蔽材と基材の距離を0.5mmにしたことで、遮蔽材の影響がすくい面にも及び、すくい面と逃げ面のCe量の差が出にくくなったためと推察される。 Samples 1-2 and 1-3 used a shielding material when forming the TiAlCeN layer, but "z1 - z2" was less than 0.010 (0.008), making them comparative examples. This is presumably because the amount of Ce contained in the target composition was small, resulting in a small absolute amount reaching the substrate. Additionally, the distance between the shielding material and the substrate was set to 0.5 mm, which meant that the influence of the shielding material extended to the rake face, making it difficult to detect a difference in the amount of Ce between the rake face and flank face.
[実施例2]
<切削工具の作製>
以下のようにして、切削工具を作製し、工具寿命を評価した。
≪基材を準備する工程≫
基材として、JIS B 4053:2013に記載のP20超硬合金製のミリング加工用切削チップ(型番:SEET13T3AGSN(住友電工ハードメタル社製))を準備した。基材をアークイオンプレーティング装置の基材ホルダに設置した。
[Example 2]
<Cutting tool manufacturing>
Cutting tools were produced and their tool lives were evaluated as follows.
<Process of preparing substrate>
As a substrate, a cutting tip for milling made of P20 cemented carbide (model number: SEET13T3AGSN (manufactured by Sumitomo Electric Hardmetal Corp.)) described in JIS B 4053: 2013 was prepared. The substrate was placed on a substrate holder of an arc ion plating device.
≪被膜を形成する工程≫ ≪Coating process≫
ターゲット材として、表3の「ターゲット材組成」の「TiAlCeN層」および「第1層」欄に記載の組成を有する焼結合金を準備した。 A sintered alloy having the composition shown in the "TiAlCeN layer" and "First layer" columns under "Target material composition" in Table 3 was prepared as the target material.
上記ターゲット材をアークイオンプレーティング装置のアーク式蒸発源に設置した。次に、該装置のチャンバ内を0.5Pa以下の真空にして基材温度を450℃に加熱した後、Arガスをチャンバ内に導入して2.5PaのAr雰囲気とした。この状態で基材に-800Vのバイアス電圧を印加してArガスによるイオンボンバードメント処理を行い、基材の表面を洗浄した。 The above target material was placed in the arc evaporation source of an arc ion plating device. Next, the chamber of the device was evacuated to a vacuum of 0.5 Pa or less, and the substrate temperature was heated to 450°C. Ar gas was then introduced into the chamber to create an Ar atmosphere of 2.5 Pa. In this state, a bias voltage of -800 V was applied to the substrate, and ion bombardment treatment using Ar gas was performed, cleaning the surface of the substrate.
(試料101、試料102、試料105~試料108、試料110~試料112、試料2-2、試料2-3)
次に、チャンバ内に遮蔽材を設置した。ターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係は、図15に示される通りとした。すなわち、基材2は、その逃げ面12がターゲット材51に対向するように配置した。また、遮蔽材50は、基材2のすくい面11に対向するように配置した。遮蔽材50と基材2との距離は4mmとした。
(Sample 101, Sample 102, Samples 105 to 108, Samples 110 to 112, Sample 2-2, Sample 2-3)
Next, a shielding material was placed in the chamber. The positional relationship between the target material, substrate, and shielding material was as shown in Fig. 15. That is, the substrate 2 was placed so that its flank 12 faced the target material 51. The shielding material 50 was placed so that it faced the rake face 11 of the substrate 2. The distance between the shielding material 50 and the substrate 2 was 4 mm.
次に、窒素ガスをチャンバ内に導入して3.5Paの反応雰囲気とした。この状態で、アーク電流でTiAlCeN層用ターゲット表面で放電させ、基材側にバイアス電圧を印加し、基材を保持する基材ホルダを回転させながら、基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。TiAlCeN層の形成条件は以下の通りとした。
基材温度 :500℃
バイアス電圧:-100V
アーク電流 :190A
反応ガス圧 :3.5Pa
Next, nitrogen gas was introduced into the chamber to create a reaction atmosphere of 3.5 Pa. In this state, an arc current was discharged on the surface of the TiAlCeN layer target, a bias voltage was applied to the substrate, and a TiAlCeN layer was formed on the substrate while rotating the substrate holder, thereby obtaining a cutting tool. The conditions for forming the TiAlCeN layer were as follows:
Base material temperature: 500℃
Bias voltage: -100V
Arc current: 190A
Reaction gas pressure: 3.5 Pa
(試料2-4、試料2-5)
各試料のTiAlCeN層用ターゲットを用い、遮蔽材は設置しないこと以外は、試料101と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧)で基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。
(Sample 2-4, Sample 2-5)
Using the target for the TiAlCeN layer of each sample, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure) as those of Sample 101, except that no shielding material was installed, to obtain a cutting tool.
(試料103)
試料103のTiAlCeN層用ターゲットを用い、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層を形成した。次に、第1層用ターゲットを用いて、ガス導入口から窒素ガスを導入し、基材ホルダを回転させながら、TiAlCeN層上に表面層としての第1層(TiAlSiN層)を形成し、切削工具を得た。
(Sample 103)
Using the target for the TiAlCeN layer of sample 103, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, distance between the shielding material and the substrate) as those of sample 1. Next, using the target for the first layer, nitrogen gas was introduced from the gas inlet, and a first layer (TiAlSiN layer) was formed as a surface layer on the TiAlCeN layer while rotating the substrate holder, thereby obtaining a cutting tool.
(試料109)
窒素ガスをチャンバ内に導入して3.5Paの雰囲気とした。この状態で、アーク電流で第1層用ターゲット表面で放電させ、基材側にバイアス電圧を印加し、基材ホルダを回転させながら、基材の表面に下地層としての第1層(TiN層)を形成した。
(Sample 109)
Nitrogen gas was introduced into the chamber to create an atmosphere of 3.5 Pa. In this state, an arc current was discharged on the surface of the first layer target, a bias voltage was applied to the substrate side, and a first layer (TiN layer) was formed as an underlayer on the surface of the substrate while the substrate holder was rotated.
次に、試料109のTiAlCeN層用ターゲットを用い、試料101と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層を形成し、切削工具を得た。 Next, using the target for the TiAlCeN layer of sample 109, a TiAlCeN layer was formed on the substrate under the same formation conditions as sample 101 (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, distance between the shielding material and the substrate), to obtain a cutting tool.
(試料104)
試料104のTiAlCeN層用ターゲットと、第1層用ターゲットをチャンバ内で隣り合う位置に配置した。すなわち、基材ホルダが回転した際に、TiAlCeN層用ターゲットと基材2との位置関係と、第1層用ターゲットと基材2との位置関係が同等となるように、TiAlCeN層用ターゲット及び第1層用ターゲットを配置した。
(Sample 104)
The target for the TiAlCeN layer of sample 104 and the target for the first layer were arranged adjacent to each other in the chamber. That is, the target for the TiAlCeN layer and the target for the first layer were arranged so that, when the substrate holder was rotated, the positional relationship between the target for the TiAlCeN layer and the substrate 2 was the same as the positional relationship between the target for the first layer and the substrate 2.
次に、チャンバ内に遮蔽材を設置した。ターゲット材と、基材と、遮蔽材との位置関係は、図15に示される通りとした。 Next, a shielding material was placed inside the chamber. The positional relationship between the target material, substrate, and shielding material was as shown in Figure 15.
次に、基材ホルダを5rpmで回転させながら、試料1と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧、遮蔽材と基材との距離)で基材上にTiAlCeN層とAlCrN層とを交互に積層し、多層構造からなる被膜を形成し、切削工具を得た。 Next, while the substrate holder was rotating at 5 rpm, TiAlCeN layers and AlCrN layers were alternately laminated on the substrate under the same formation conditions as Sample 1 (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure, distance between the shielding material and the substrate), forming a coating with a multilayer structure and obtaining a cutting tool.
(試料2-1)
遮蔽材は設置しないこと以外は、試料104と同一の形成条件(基材温度、バイアス電圧、アーク電流、反応ガス組成、反応ガス圧)で基材上に多層構造からなる被膜を形成し、切削工具を得た。
(Sample 2-1)
A multilayer coating was formed on the substrate under the same formation conditions (substrate temperature, bias voltage, arc current, reaction gas composition, reaction gas pressure) as those for Sample 104, except that no shielding material was installed, to obtain a cutting tool.
<評価>
≪被膜の構成≫
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層について、逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1N、および、切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2Nを測定した。具体的な測定方法は、実施形態1および実施形態2に示される通りである。結果を表4の「第1のTiAlCeN層」の「x1」、「y1」、「z1」欄、および、「第2のTiAlCeN層」の「x2」、「y2」および「z2」欄に示す。さらに、「z1-z2」の値も表4に示す。全ての試料において、x1+y1+z1=1、x2+y2+z2=1であることが確認された。また、全ての試料において、第1のTiAlCeN層の組成Tix1Aly1Cez1NにおけるTi、Al及びCeの原子数の合計AM1に対するNの原子数AN1の比AN1/AM1、および、第2のTiAlCeN層の組成Tix2Aly2Cez2NにおけるTi、Al及びCeの原子数の合計AM2に対するNの原子数AN2の比AN2/AM2は、0.8~1.2の範囲であることが確認された。
<Evaluation>
<Coating composition>
For the TiAlCeN layers of the obtained cutting tools of each sample, the composition of the first TiAlCeN layer located on the flank face, Ti x1 Al y1 Ce z1 N, and the composition of the second TiAlCeN layer located on the cutting edge, Ti x2 Al y2 Ce z2 N, were measured. Specific measurement methods are as shown in Embodiments 1 and 2. The results are shown in Table 4 in the "x1,""y1," and "z1" columns for "First TiAlCeN Layer" and the "x2,""y2," and "z2" columns for "Second TiAlCeN Layer." Furthermore, the value of "z1 - z2" is also shown in Table 4. It was confirmed that x1 + y1 + z1 = 1 and x2 + y2 + z2 = 1 for all samples. Furthermore, in all the samples, it was confirmed that the ratio A N1 /A M1 of the number of N atoms A N1 to the total A M1 of the number of Ti, Al, and Ce atoms in the composition Ti x1 Al y1 Ce z1 N of the first TiAlCeN layer, and the ratio A N2 /A M2 of the number of N atoms A N2 to the total A M2 of the number of Ti, Al, and Ce atoms in the composition Ti x2 Al y2 Ce z2 N of the second TiAlCeN layer were in the range of 0.8 to 1.2.
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層、第1層、および、被膜合計の厚さを測定した。具体的な測定方法は、実施形態1および実施形態2に示される通りである。結果を表4の「厚さ(μm)」の「TiAlCeN層」、「第1層(下地層)」、「第2層(表面層)」および「被膜合計」欄に示す。試料104および試料2-1の「多層構造(5.0μm) TiAlCeN層(6nm)/AlCrN層(7nm)」との記載は、被膜が厚さ6nmのTiAlCeN層と厚さ7nmのAlCrN層とが交互に積層された多層構造を含み、該多層構造の全体の厚さが5.0μmであることを示す。 The thickness of the TiAlCeN layer, first layer, and total coating thickness of each cutting tool sample was measured. Specific measurement methods are as described in Embodiments 1 and 2. The results are shown in Table 4 under "Thickness (μm)" in the "TiAlCeN layer," "First layer (base layer)," "Second layer (surface layer)," and "Total coating thickness" columns. The description "Multilayer structure (5.0 μm) TiAlCeN layer (6 nm)/AlCrN layer (7 nm)" for Sample 104 and Sample 2-1 indicates that the coating includes a multilayer structure in which 6 nm-thick TiAlCeN layers and 7 nm-thick AlCrN layers are alternately stacked, and that the total thickness of the multilayer structure is 5.0 μm.
得られた各試料の切削工具のTiAlCeN層の結晶構造を測定した。全ての試料において、TiAlCeN層は立方晶型結晶構造を有することが確認された。 The crystalline structure of the TiAlCeN layer of each cutting tool sample was measured. It was confirmed that the TiAlCeN layer in all samples had a cubic crystalline structure.
≪切削試験≫
各試料の切削工具を用いて以下の条件で切削試験を行い、逃げ面側の摩耗の幅が200μmとなる、又は、熱亀裂が200μmとなるまでの切削距離(m)を測定した。該切削距離が長いほど、切削工具の工具寿命が長いと判断される。結果を表4の「切削試験」欄に示す。
<Cutting test>
A cutting test was performed using each sample cutting tool under the following conditions, and the cutting distance (m) was measured until the wear width on the flank side reached 200 μm or the thermal crack reached 200 μm. The longer the cutting distance, the longer the tool life of the cutting tool was determined to be. The results are shown in the "Cutting Test" column in Table 4.
(切削条件)
被削材:SCM435Hブロック材
切削速度Vc:350m/min
送り量fz:0.2mm/rev
切り込み量ap:2.0mm
乾式
上記の切削条件は、切れ刃への負荷が大きく、逃げ面の機械的摩耗や熱亀裂が生じやすい。
(Cutting conditions)
Workpiece: SCM435H block material Cutting speed Vc: 350 m/min
Feed rate fz: 0.2 mm/rev
Cutting depth ap: 2.0 mm
Dry cutting The above cutting conditions place a heavy load on the cutting edge, which makes it easy for mechanical wear and thermal cracks to occur on the flank.
<考察>
試料101~試料112の切削工具は実施例に該当する。試料2-1~試料2-5の切削工具は比較例に該当する。試料101~試料112の切削工具(実施例)は、試料2-1~試料2-5(比較例)の切削工具より、長い工具寿命を有することが確認された。
<Consideration>
The cutting tools of Samples 101 to 112 correspond to Examples. The cutting tools of Samples 2-1 to 2-5 correspond to Comparative Examples. It was confirmed that the cutting tools of Samples 101 to 112 (Examples) had longer tool life than the cutting tools of Samples 2-1 to 2-5 (Comparative Examples).
以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
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特許請求の範囲によって示され、特許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。
Although the embodiments and examples of the present disclosure have been described above, it is originally intended that the configurations of the above-described embodiments and examples may be appropriately combined or modified in various ways.
The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all respects and should not be considered limiting. The scope of the present invention is defined by the claims rather than the above-described embodiments and examples, and it is intended to include any modifications within the scope of the claims that are equivalent to the claims.
1 切削工具
2 基材
2a すくい面
2b 逃げ面
2c 切れ刃
3 被膜
11 すくい面
12 逃げ面
13 切れ刃
30 TiAlCeN層
31 第1層
32 下地層
33 表面層
50 遮蔽材
51 ターゲット材
52 チャンバ
REFERENCE SIGNS LIST 1 Cutting tool 2 Base material 2a Rake face 2b Flank face 2c Cutting edge 3 Coating 11 Rake face 12 Flank face 13 Cutting edge 30 TiAlCeN layer 31 First layer 32 Underlayer 33 Surface layer 50 Shielding material 51 Target material 52 Chamber
Claims (6)
前記切削工具は、
すくい面、
前記すくい面に連なる逃げ面、および、
前記すくい面と前記逃げ面との境界部分からなる切れ刃を含み、
前記被膜は、TiAlCeN層を含み、
前記TiAlCeN層は、
前記すくい面または前記逃げ面に位置する第1のTiAlCeN層と、
前記切れ刃に位置する第2のTiAlCeN層と、を有し、
前記第1のTiAlCeN層の組成は、Tix1Aly1Cez1Nであり、
前記第2のTiAlCeN層の組成は、Tix2Aly2Cez2Nであり、
ここで、
x1+y1+z1=1、
x2+y2+z2=1、
0.300<y1≦0.700、
0.300<y2≦0.700、
0.010<z1≦0.100、
0<z2≦0.090、および、
z1-z2≧0.010である、切削工具。 1. A cutting tool comprising a substrate and a coating disposed on the substrate,
The cutting tool comprises:
Rake face,
a flank surface connected to the rake surface; and
a cutting edge formed by a boundary portion between the rake face and the flank face,
the coating comprises a TiAlCeN layer;
The TiAlCeN layer is
a first TiAlCeN layer located on the rake face or the flank face;
a second TiAlCeN layer located on the cutting edge;
The composition of the first TiAlCeN layer is Ti x1 Al y1 Ce z1 N,
The composition of the second TiAlCeN layer is Ti x2 Al y2 Ce z2 N,
where:
x1+y1+z1=1,
x2+y2+z2=1,
0.300<y1≦0.700,
0.300<y2≦0.700,
0.010<z1≦0.100,
0<z2≦0.090, and
A cutting tool, wherein z1-z2≧0.010.
前記第1層は、
周期表の第4族元素、第5族元素、第6族元素、アルミニウムおよび珪素からなる第1群より選ばれる少なくとも1種の元素からなる、または、
前記第1群より選ばれる少なくとも1種の元素と、炭素、窒素、酸素および硼素からなる第2群より選ばれる少なくとも1種の元素と、からなる第1化合物からなる、請求項1または請求項2に記載の切削工具。 the coating further comprises a first layer;
The first layer is
at least one element selected from the first group consisting of Group 4 elements, Group 5 elements, Group 6 elements, aluminum, and silicon of the periodic table; or
3. The cutting tool according to claim 1, comprising a first compound comprising at least one element selected from the first group and at least one element selected from a second group consisting of carbon, nitrogen, oxygen, and boron.
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