JPWO2017175803A1 - 被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
Description
[1]基材と、前記基材の表面に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、前記被覆層は、下記式(1):
(TixAl1−x)N (1)
(式中、xはTi元素とAl元素との合計に対するTi元素の原子比を示し、0.10≦x≦0.35を満足する。)
で表される組成を有する化合物を含有する第1複合窒化物層と、下記式(2):
(TiyAlzM1−y−z)N (2)
(式中、MはZr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、yはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するTi元素の原子比を示し、zはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.30≦y≦0.90、0.10≦z≦0.70、y+z≦1を満足する。)
で表される組成を有する化合物を含有する第2複合窒化物層とが交互に積層された交互積層構造を有し、前記第1複合窒化物層は、格子定数が0.400nm以上0.430nm以下である相と、格子定数が0.755nm以上0.810nm以下である相とを含む、被覆切削工具。
[2]前記第1複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.410nm以上0.420nm以下である相と、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.770nm以上0.795nm以下である相とを含む、[1]に記載の被覆切削工具。
[3]前記第2複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.400nm以上0.430nm以下である相からなる、[1]または[2]に記載の被覆切削工具。
[4]前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1は、4nm以上200nm以下である、[1]〜[3]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[5]前記第2複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT2は、4nm以上200nm以下である、[1]〜[4]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[6]前記第2複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT2に対する前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1の比[T1/T2]は、0.10以上1.30以下である、請求項1〜5のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[7]前記第2複合窒化物層の1層当たりの厚さ平均T2に対する前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1の比[T1/T2]は、0.10以上0.90以下である、[1]〜[6]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[8]前記交互積層構造の平均厚さは、1.5μm以上12.0μm以下である、[1]〜[7]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[9]前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、前記下部層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、OおよびBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記下部層の平均厚さは、0.1μm以上3.5μm以下である、[1]〜[8]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[10]前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、前記上部層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、OおよびBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、前記上部層の平均厚さは、0.1μm以上3.5μm以下である、[1]〜[9]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[11]前記被覆層全体の平均厚さは、1.5μm以上15.0μm以下である、[1]〜[10]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
[12]前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、[1]〜[11]のいずれか1つに記載の被覆切削工具。
(TixAl1−x)N (1)
で表される組成を有する化合物を含有するため、耐酸化性に優れる。本実施形態の第1複合窒化物層において上記式(1)で表される組成を有する化合物は、立方晶、または立方晶と六方晶とを含むと好ましい。なお、上記式(1)において、xはTi元素とAl元素との合計に対するTi元素の原子比を表し、0.10≦x≦0.35を満足する。Ti元素の原子比xは、0.10以上であると、Alの含有量が少なくなることにより、六方晶の存在比率をより低く抑えることができ、その結果、耐摩耗性の低下を抑制できる。一方、Ti元素の原子比xは、0.35以下であると、Alの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制できる。その中でも、xが0.15以上0.35以下であると、耐酸化性と耐摩耗性とのバランスにより優れるため好ましく、同様の観点から、xが0.20以上0.35以下であるとより好ましい。
(TiyAlzM1−y−z)N (2)
で表される組成を有する化合物を含有するため、耐摩耗性に優れる。本実施形態の第2複合窒化物層において上記式(2)で表される組成を有する化合物は、立方晶、または立方晶と六方晶とを含むと好ましい。なお、上記式(2)において、MはZr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、yはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するTi元素の原子比を示し、zはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.30≦y≦0.90、0.10≦z≦0.70、y+z≦1を満足する。Ti元素の原子比yは、0.30以上であると、Tiの含有量が多くなることにより、耐摩耗性の低下を抑制でき、0.90以下であると、Alの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制できる。Al元素の原子比zは、0.10以上であると、Alの含有量が多くなることにより、耐酸化性の低下を抑制でき、0.70以下であると、Tiの含有量が多くなることにより、耐摩耗性の低下を抑制できる。また、Mで表される元素を含有することにより、耐摩耗性および耐欠損性が向上する。その中でも、Ti元素の原子比yが0.30以上0.80以下である、及び/又はAl元素の原子比zが0.20以上0.70以下であると、耐摩耗性と耐酸化性とのバランスにより優れるため、好ましい。同様の観点から、Ti元素の原子比yが0.50以上0.70以下である、及び/又はAl元素の原子比zが0.30以上0.50以下であると、より好ましい。また、y+zが0.05以上0.30以下であると、耐摩耗性と耐酸化性とのバランスにより優れるため、好ましく、同様の観点から、y+zが0.10以上0.20以下であるとより好ましい。さらに、Mで表される元素は、本発明による作用効果をより有効かつ確実に奏する観点から、Zr、V、Nb、Cr、Mo、WおよびSiからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素であると好ましい。
ブラッグの式:2d=λ/sinθ
立方晶の場合:a2=d2×(h2+k2+l2)
六方晶の場合:a2=d2×{4/3×(h2+k2+l2)+l2×(c/a)2}
ここで、dは格子面間隔、λは測定に用いた管球の波長、θは入射角、aは格子定数であり、h、k、lは面指数を示す。
基材として、ISO規格SEEN1203AGTN形状のインサートに加工し、90.2WC−9.8Co(以上質量%)の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表1および表2に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
被削材:SCM440、
被削材形状:120mm×230mm×60mmの直方体、
切削速度:260m/min、
送り:0.15mm/tooth、
切り込み:2.0mm、
クーラント:無し、
切削幅:50mm、
評価項目:最大逃げ面摩耗幅が0.2mmに至ったときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。
被削材:SCM440、
被削材形状:120mm×230mm×60mmの直方体(但し、正面フライス加工を行う直方体の120mm×230mmの面に直径φ30mmの穴が4箇所明けられている。)、
切削速度:240m/min、
送り:0.40mm/tooth、
切り込み:2.2mm、
クーラント:無し、
切削幅:105mm、
評価項目:試料が欠損(試料の切れ刃部に欠けが生じる)したときを工具寿命とし、工具寿命に至るまでの加工長を測定した。
また、発明品の耐欠損性試験の評価はいずれも「A」または「B」の評価であり、比較品の評価は、すべて「C」であった。
基材として、ISO規格SEEN1203AGTN形状のインサートに加工し、90.2WC−9.8Co(以上質量%)の組成を有する超硬合金を用意した。アークイオンプレーティング装置の反応容器内に、表8および表9に示す各層の組成になるよう金属蒸発源を配置した。用意した基材を、反応容器内の回転テーブルの固定金具に固定した。
また、発明品の耐欠損性試験の評価はいずれも「A」または「B」の評価であり、比較品の評価は、すべて「C」であった。
Claims (12)
- 基材と、前記基材の表面に形成された被覆層と、を含む被覆切削工具であって、
前記被覆層は、下記式(1):
(TixAl1−x)N (1)
(式中、xはTi元素とAl元素との合計に対するTi元素の原子比を示し、0.10≦x≦0.35を満足する。)
で表される組成を有する化合物を含有する第1複合窒化物層と、下記式(2):
(TiyAlzM1−y−z)N (2)
(式中、MはZr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素を示し、yはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するTi元素の原子比を示し、zはTi元素とAl元素とMで表される元素との合計に対するAl元素の原子比を示し、0.30≦y≦0.90、0.10≦z≦0.70、y+z≦1を満足する。)
で表される組成を有する化合物を含有する第2複合窒化物層とが交互に積層された交互積層構造を有し、
前記第1複合窒化物層は、格子定数が0.400nm以上0.430nm以下である相と、格子定数が0.755nm以上0.810nm以下である相とを含む、被覆切削工具。 - 前記第1複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.410nm以上0.420nm以下である相と、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.770nm以上0.795nm以下である相とを含む、請求項1に記載の被覆切削工具。
- 前記第2複合窒化物層は、結晶系が立方晶であり、格子定数が0.400nm以上0.430nm以下である相からなる、請求項1または2に記載の被覆切削工具。
- 前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1は、4nm以上200nm以下である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記第2複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT2は、4nm以上200nm以下である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記第2複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT2に対する前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1の比[T1/T2]は、0.10以上1.30以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記第2複合窒化物層の1層当たりの厚さ平均T2に対する前記第1複合窒化物層の1層当たりの平均厚さT1の比[T1/T2]は、0.10以上0.90以下である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記交互積層構造の平均厚さは、1.5μm以上12.0μm以下である、請求項1〜7のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記被覆層は、前記基材と前記交互積層構造との間に、下部層を有し、
前記下部層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、OおよびBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
前記下部層の平均厚さは、0.1μm以上3.5μm以下である、請求項1〜8のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 - 前記被覆層は、前記交互積層構造の表面に、上部層を有し、
前記上部層は、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Al、SiおよびYからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、C、N、OおよびBからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素とからなる化合物の単層または積層であり、
前記上部層の平均厚さは、0.1μm以上3.5μm以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 - 前記被覆層全体の平均厚さは、1.5μm以上15.0μm以下である、請求項1〜10のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
- 前記基材は、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項1〜11のいずれか1項に記載の被覆切削工具。
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