KR20200100827A

KR20200100827A - 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20200100827A
Application number: KR1020207021926A
Authority: KR
Inventors: 사토시 오노; 신야 이마무라; 스스무 오쿠노; 아농색 파수트
Original assignee: 스미또모 덴꼬오 하드메탈 가부시끼가이샤
Priority date: 2018-03-16
Filing date: 2018-12-14
Publication date: 2020-08-26
Also published as: CN111655410B; EP3766613B1; CN111655410A; EP3766613A4; EP3766613A1; WO2019176201A1

Abstract

기재와 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서, 기재는 경사면과 여유면을 포함하고, 피막은 TiCN층을 포함하고, 경사면에서의 영역(d1)에 있어서 TiCN층이 (311) 배향이고, 여유면에서의 영역(d2)에 있어서 TiCN층이 (422) 배향이고, 경사면과 여유면이 인선면(刃先面)을 통해 이어져 있는 경우, 영역(d1)은 가상 능선으로부터 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과, 경사면과 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 영역(d2)은 가상 능선으로부터 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 여유면과 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이고, 경사면과 여유면이 능선을 통해 이어져 있는 경우, 영역(d1)은 능선으로부터 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과 능선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 영역(d2)은 능선으로부터 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과 능선에 의해 사이에 끼워진 영역인 표면 피복 절삭 공구가 제공된다.

Description

표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법

본 개시는 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 본 출원은 2018년 3월 16일에 출원한 일본 특허출원인 특원 2018-049284호에 기초한 우선권을 주장한다. 이 일본 특허출원에 기재된 모든 기재 내용은 참조에 의해서 본 명세서에 원용된다.

종래 절삭 공구의 장수명화를 목적으로 하여 다양한 검토가 이루어지고 있다. 예컨대 일본 특허공개 평06-158325호 공보(특허문헌 1) 및 일본 특허공개 평11-124672호 공보(특허문헌 2)에는, 기재와 기재의 표면에 형성되어 있는 피막을 구비하는 절삭 공구가 개시되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허공개 평06-158325호 공보 특허문헌 2: 일본 특허공개 평11-124672호 공보

본 개시에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

기재와 이 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,

상기 기재는 경사면과 여유면을 포함하고,

상기 피막은 TiCN층을 포함하고,

상기 경사면에서의 영역(d1)에 있어서 상기 TiCN층이 (311) 배향이고,

상기 여유면에서의 영역(d2)에 있어서 상기 TiCN층이 (422) 배향이고,

상기 경사면과 상기 여유면이 인선면(刃先面)을 통해 이어져 있는 경우는, 상기 영역(d1)은 상기 경사면을 연장한 면과 상기 여유면을 연장한 면이 교차하여 이루어지는 가상 능선으로부터 상기 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과, 상기 경사면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 상기 영역(d2)은 상기 가상 능선으로부터 상기 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 상기 여유면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이고,

상기 경사면과 상기 여유면이 능선을 통해 이어져 있는 경우는, 상기 영역(d1)은 상기 능선으로부터 상기 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과 상기 능선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 상기 영역(d2)은 상기 능선으로부터 상기 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과 상기 능선에 의해 사이에 끼워진 영역이다.

본 개시에 따른 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법은,

상기 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법으로서,

상기 기재를 준비하는 기재 준비 공정과,

상기 경사면의 적어도 일부와 상기 여유면의 적어도 일부를 상기 TiCN층으로 피복하는 TiCN층 피복 공정과,

상기 경사면에 있어서의 상기 TiCN층을 피닝 처리하는 피닝 처리 공정을 포함하고,

상기 TiCN층 피복 공정은, 화학 기상 증착법에 의해 실행되며, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급하는 것을 포함한다.

도 1은 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이다.
도 2는 도 1의 X-X선 화살표에서 본 단면도이다.
도 3은 도 2의 부분 확대도이다.
도 4는 인선부(刃先部)의 다른 형상을 예시하는 도면이다.
도 5는 인선부의 다른 형상을 또 예시하는 도면이다.
도 6은 인선부의 다른 형상을 또 예시하는 도면이다.
도 7은 X선 회절 측정에 있어서의 경사면 또는 여유면의 측정 위치를 설명하는 모식도이다.
도 8은 경사면의 영역(d1)에 있어서의 각 배향면의 배향성 지수를 도시하는 그래프이다.
도 9는 여유면의 영역(d2)에 있어서의 각 배향면의 배향성 지수를 도시하는 그래프이다.

[본 개시가 해결하고자 하는 과제]

특허문헌 1 및 특허문헌 2에서는, 기재의 표면에 경질의 피막을 형성함으로써 절삭 공구의 성능(예컨대 내결손성, 내마모성 등)을 향상시키고 있다. 그러나, 절삭 공구에 있어서의 경사면 및 여유면은 각각 다른 성능이 요구되고 있음에도 불구하고, 특허문헌 1 및 특허문헌 2에 기재된 절삭 공구에서는 경사면 및 여유면 모두 동질의 피막이 형성되어 있다. 그 때문에, 상기 피막을 마련함으로써, 예컨대 경사면의 성능은 향상되었다고 해도 여유면의 성능이 불충분한 등의 경우가 생기고 있다. 이러한 상황 하에서, 표면에 피막이 형성된 절삭 공구의 한층 더한 개량이 요구되고 있다.

본 개시는 상기 사정에 감안하여 이루어진 것으로, 우수한 내결손성을 가지며 또한 우수한 내마모성을 갖는 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

[본 개시의 효과]

상기한 바에 의하면, 우수한 내결손성을 가지며 또한 우수한 내마모성을 갖는 표면 피복 절삭 공구 및 그 제조 방법을 제공할 수 있게 된다.

[본 개시의 실시형태의 설명]

맨 처음 본 개시의 일 양태의 내용을 열기하여 설명한다.

[1] 본 개시의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

상기 기재는 경사면과 여유면을 포함하고,

상기 피막은 TiCN층을 포함하고,

상기 경사면과 상기 여유면이 인선면을 통해 이어져 있는 경우는, 상기 영역(d1)은 상기 경사면을 연장한 면과 상기 여유면을 연장한 면이 교차하여 이루어지는 가상 능선으로부터 상기 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과, 상기 경사면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 상기 영역(d2)은 상기 가상 능선으로부터 상기 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 상기 여유면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이고,

상기 표면 피복 절삭 공구는, 상술한 것과 같은 구성을 구비함으로써, 인성(靭性)이 우수한 경사면과 경도(硬度)가 우수한 여유면을 동시에 가질 수 있게 된다. 그 결과, 상기 표면 피복 절삭 공구는 우수한 내결손성을 가지며 또한 우수한 내마모성을 갖는다.

[2] 상기 TiCN층이 (311) 배향이라는 것은, 이하의 식 (1)로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, 상기 TiCN층에 있어서의 (311)면의 배향성 지수 TC(311)이, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미하고,

상기 TiCN층이 (422) 배향이라는 것은, 이하의 식 (1)로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, 상기 TiCN층에 있어서의 (422)면의 배향성 지수 TC(422)가, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미한다.

식 (1) 중, I(hkl) 및 I(h_xk_yl_z)는, 각각 측정된 (hkl)면의 회절 강도, 측정된 (h_xk_yl_z)면의 회절 강도를 나타내고,

I_o(hkl) 및 I_o(h_xk_yl_z)는 각각 JCPDS 데이터베이스에 의한 (hkl)면의 TiC와 TiN의 분말 회절 강도의 평균치 및 JCPDS 데이터베이스에 의한 (h_xk_yl_z)면의 TiC와 TiN의 분말 회절 강도의 평균치를 나타내고,

(hkl) 및 (h_xk_yl_z)는 각각 (111)면, (200)면, (220)면, (311)면, (331)면, (420)면, (422)면 및 (511)면의 8면 중 어느 하나를 나타낸다.

[3] 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 (311) 배향성 지수의 비 TC_rake(311)/TC_rake(422)는 1보다 크다. 이와 같이 규정함으로써 내결손성이 더욱 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[4] 상기 여유면의 영역(d2)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수의 비 TC_rake(422)/TC_flank(422)는 1 이하이다. 이와 같이 규정함으로써 내마모성이 더욱 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[5] 상기 TiCN층은 그 두께가 6 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써 내마모성과 내결손성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[6] 상기 기재는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, cBN 소결체 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 포함한다. 이와 같이 규정함으로써 고온에 있어서의 경도와 강도가 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[7] 상기 기재가 초경합금인 경우, 상기 기재는 이 기재의 전체 질량에 대하여 7 질량% 이상 12 질량% 이하의 코발트를 포함한다. 이와 같이 규정함으로써 내마모성과 내결손성이 더욱 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[8] 상기 피막은 상기 TiCN층 상에 형성되어 있는 Al₂O₃층을 더 포함한다. 이와 같이 규정함으로써 내열성 및 화학적 안정성이 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[9] 상기 Al₂O₃층은 그 두께가 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하이다. 이와 같이 규정함으로써 내열성 및 화학적 안정성이 더욱 우수한 표면 피복 절삭 공구가 된다.

[10] 본 개시의 일 양태에 따른 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법은,

상기 [1]∼[7]의 어느 하나에 기재한 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법으로서,

상기 기재를 준비하는 기재 준비 공정과,

상기 제조 방법은, 상술한 것과 같은 구성을 구비함으로써, 우수한 내결손성을 가지며 또한 우수한 내마모성을 갖는 표면 피복 절삭 공구를 제조할 수 있다.

[11] 상기 피막은, 상기 TiCN층 상에 형성되어 있는 Al₂O₃층을 더 포함하고,

상기 제조 방법은, 상기 TiCN층 피복 공정 또는 상기 피닝 처리 공정 후에, 상기 TiCN층 상에 상기 Al₂O₃층을 적층하는 Al₂O₃층 적층 공정을 더 포함한다. 이와 같이 규정함으로써 내열성 및 화학적 안정성이 우수한 표면 피복 절삭 공구를 제조할 수 있다.

[본 개시의 실시형태의 상세]

이하, 본 개시의 일 실시형태(이하 「본 실시형태」라고 기재한다.)에 관해서 설명한다. 단, 본 실시형태는 이들에 한정되는 것이 아니다. 또한, 이하의 실시형태의 설명에 이용되는 도면에 있어서, 동일한 참조 부호는 동일한 부분 또는 상당하는 부분을 나타낸다. 본 명세서에서 「A∼B」라고 하는 형식의 표기는, 범위의 상한 하한(즉 A 이상 B 이하)을 의미하고, A에서 단위의 기재가 없고 B에서만 단위가 기재되어 있는 경우, A의 단위와 B의 단위는 같다. 더욱이, 본 명세서에서, 예컨대 「TiC」 등과 같이 구성 원소의 비가 한정되어 있지 않은 조성식(화학식)에 의해서 화합물이 표시된 경우에는, 그 조성식(화학식)은 종래 공지된 온갖 조성(원소비)을 포함하는 것으로 한다. 이때 조성식(화학식)은, 화학양론 조성뿐만 아니라, 비화학양론 조성도 포함하는 것으로 한다. 예컨대 「TiC」의 조성식(화학식)에는 화학양론 조성 「Ti₁C₁」뿐만 아니라, 예컨대 「Ti₁C_0.8」과 같은 비화학양론 조성도 포함된다. 이것은 「TiC」 이외의 화합물의 기재에 관해서도 마찬가지다.

≪표면 피복 절삭 공구≫

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구는,

상기 기재는 경사면과 여유면을 포함하고,

상기 피막은 TiCN층을 포함하고,

본 실시형태의 표면 피복 절삭 공구는 기재와 이 기재를 피복하는 피막을 구비한다(이하, 단순히 「절삭 공구」라고 하는 경우가 있다.). 상기 절삭 공구는, 예컨대 드릴, 엔드밀, 드릴용 인선 교환형 절삭 팁, 엔드밀용 인선 교환형 절삭 팁, 밀링 가공용 인선 교환형 절삭 팁, 선삭 가공용 인선 교환형 절삭 팁, 메탈 소우, 기어 컷팅 툴, 리머, 탭 등일 수 있다.

<기재>

본 실시형태의 기재는, 이런 종류의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예컨대 상기 기재는, 초경합금(예컨대 탄화텅스텐(WC)기 초경합금, WC 외에 Co를 포함하는 초경합금, WC 외에 Cr, Ti, Ta, Nb 등의 탄질화물을 첨가한 초경합금 등), 서멧(TiC, TiN, TiCN 등을 주성분으로 하는 것), 고속도강, 세라믹스(탄화티탄, 탄화규소, 질화규소, 질화알루미늄, 산화알루미늄 등), 입방정형 질화붕소 소결체(cBN 소결체) 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 포함하는 것이 바람직하고, 초경합금, 서멧 및 cBN 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 포함하는 것이 보다 바람직하다.

이들 각종 기재 중에서도, 특히 WC기 초경합금, 서멧(특히 TiCN기 서멧)을 선택하는 것이 바람직하다. 이것은, 이들 기재가 특히 고온에서의 경도와 강도의 밸런스가 우수하여, 상기 용도의 표면 피복 절삭 공구의 기재로서 우수한 특성을 갖기 때문이다.

상기 기재가 초경합금인 경우, 상기 기재는, 이 기재의 전체 질량에 대하여 7 질량% 이상 12 질량% 이하의 코발트를 포함하는 것이 바람직하고, 8 질량% 이상 11 질량% 이하의 코발트를 포함하는 것이 보다 바람직하고, 9 질량% 이상 10.5 질량% 이하의 코발트를 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 상기 코발트의 함유 비율은 예컨대 적정법(滴定法)에 의해서 구할 수 있다.

또한, 기재는 경사면과 여유면을 갖는다. 「경사면」이란, 피삭재로부터 깎아낸 절삭 가루를 퍼내는 면을 의미한다. 「여유면」이란, 그 일부가 피삭재와 접하는 면을 의미한다. 기재는, 그 형상에 따라 「경사면과 여유면이 인선면을 통해 이어져 있는 경우」 또는 「경사면과 여유면이 능선을 통해 이어져 있는 경우」 둘로 분류된다. 이에 관해서는 도 1∼6을 이용하여 후술한다.

도 1은 절삭 공구의 일 양태를 예시하는 사시도이고, 도 2는 도 1의 X-X선 화살표에서 본 단면도이다. 이러한 형상의 절삭 공구는 선삭 가공용 인선 교환형 절삭 팁으로서 이용된다.

도 1 및 도 2에 도시되는 절삭 공구(10)는, 상면, 하면 및 4개의 측면을 포함하는 표면을 갖고 있고, 전체적으로 상하 방향으로 약간 얇은 사각기둥 형상이다. 또한, 절삭 공구(10)에는 상하면을 관통하는 관통 구멍이 형성되어 있고, 4개의 측면의 경계 부분에서는 인접하는 측면끼리 원호면으로 이어져 있다.

상기 절삭 공구(10)에서는 상면 및 하면이 경사면(1a)을 이루고, 4개의 측면(및 이들을 서로 잇는 원호면)이 여유면(1b)을 이루고, 경사면(1a)과 여유면(1b)을 잇는 원호면이 인선면(1c)을 이룬다.

도 3은 도 2의 부분 확대도이다. 도 3에서는, 가상 평면(A), 경계선(AA), 가상 평면(B), 경계선(BB) 및 가상 능선(AB’)이 도시되어 있다.

가상 평면(A)은 경사면(1a)을 연장한 면에 상당한다. 경계선(AA)은 경사면(1a)과 인선면(1c)의 경계선이다. 가상 평면(B)은 여유면(1b)을 연장한 면에 상당한다. 경계선(BB)은 여유면(1b)과 인선면(1c)의 경계선이다. 가상 능선(AB’)은 경사면(1a)을 연장한 면(가상 평면(A))과 여유면(1b)을 연장한 면(가상 평면(B))의 교차선이며, 가상 평면(A)과 가상 평면(B)이 교차하여 가상 능선(AB’)을 이룬다.

도 3에 도시하는 경우는, 인선면(1c)은 원호면(호닝)이며, 경사면(1a)과 여유면(1b)이 인선면(1c)을 통해 이어져 있고, 인선면(1c), 그리고 경사면(1a) 및 여유면(1b)에 있어서 인선면(1c)에 인접하는 부분이 절삭 공구(10)의 인선부를 이룬다.

또한, 도 3에서 가상 평면(A) 및 가상 평면(B)은 선형으로 도시되고, 경계선(AA), 경계선(BB) 및 가상 능선(AB’)은 점형으로 도시된다.

도 1∼도 3에서는 인선면(1c)이 원호면(호닝)인 경우에 관해서 도시했지만, 인선면(1c)의 형상은 이것에 한정되지 않는다. 예컨대 도 4에 도시하는 것과 같이, 평면 형상(네거티브 랜드)을 갖고 있는 경우도 있다. 또한, 도 5에 도시하는 것과 같이, 평면과 원호면이 혼재하는 형상(호닝과 네거티브 랜드를 조합한 형상)을 갖고 있는 경우도 있다.

도 3에 도시하는 경우와 마찬가지로, 도 4 및 도 5에 도시하는 경우에도 경사면(1a)과 여유면(1b)이 인선면(1c)을 통해 이어져 있으며, 가상 평면(A), 경계선(AA), 가상 평면(B), 경계선(BB) 및 가상 능선(AB’)이 설정된다.

즉, 도 3 내지 도 5에 도시하는 경우는, 모두 「경사면과 여유면이 인선면을 통해 이어져 있는 경우」에 포함된다.

상기한 것과 같이 기재(1)가 도 3∼도 5에 도시하는 것과 같은 형상을 갖는 경우, 인선면(1c)은 그 형상만으로 결정할 수 있다. 이 경우의 인선면(1c)은 가상 평면(A) 및 가상 평면(B)의 어디에도 포함되지 않고, 경사면(1a) 및 여유면(1b)을 눈으로 보아서 구별할 수 있기 때문이다.

인선면(1c)은 일반적으로 기재(1)의 표면이며, 교차하는 면의 능(稜)에 대하여 기계 가공 처리가 실시됨으로써 형성되는 면을 포함하여도 좋다. 바꿔 말하면, 기재(1)는 소결체 등으로 이루어지는 기재 전구체의 표면의 적어도 일부에 대하여 기계 가공 처리가 실시되어 이루어지는 것이며, 인선면(1c)은 기계 가공 처리에 의한 모따기를 거쳐 형성된 면을 포함하여도 좋다.

한편, 기재(1)가 도 6에 도시되는 것과 같은 샤프 엣지 형상을 갖는 경우는 「경사면과 여유면이 능선을 통해 이어져 있는 경우」에 포함된다.

도 6에 도시하는 경우, 도 3 내지 도 5에 도시하는 인선면(1c)은 존재하지 않고, 경사면(1a)과 여유면(1b)이 인접하여, 경사면(1a)과 여유면(1b)의 경계선이 능선(AB)을 이루고, 능선(AB), 그리고 경사면(1a) 및 여유면(1b)에 있어서 능선(AB)에 인접하는 부분이 절삭 공구(10)의 인선부를 이룬다.

이상 기재(1)의 형상 및 각 부의 명칭을 도 1∼6을 이용하여 설명했지만, 본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구에 있어서, 상기 기재에 대응하는 형상 및 각 부의 명칭에 관해서는 상기와 같은 용어를 이용하는 것으로 한다. 즉, 상기 표면 피복 절삭 공구는 경사면과 여유면을 갖는다.

<피막>

본 실시형태에 따른 「피막」이란, 상기 기재에 있어서의 상기 경사면의 적어도 일부와 상기 여유면의 적어도 일부를 피복하는 막을 의미한다. 또한, 상기 기재의 일부에 있어서 피막의 구성이 부분적으로 다르거나 하더라도 본 실시형태의 범위를 일탈하는 것이 아니다.

상기 피막은, 그 두께가 6.5 ㎛ 이상 14 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 8 ㎛ 이상 11 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 피막의 두께란, 후술하는 TiCN층, Al₂O₃층 및 다른 층 등의 피막을 구성하는 층 각각의 두께의 총화를 의미한다. 상기 피막의 두께는, 예컨대 상기 표면 피복 절삭 공구의 단면을 광학현미경을 이용하여 배율 1000배로 측정함으로써 측정할 수 있다. 구체적으로는, 상기 단면에 있어서의 임의의 3점을 측정하고, 측정된 3점의 두께의 평균치를 취함으로써 구할 수 있다. 후술하는 TiCN층, Al₂O₃층 및 다른 층 각각의 두께를 측정하는 경우도 마찬가지다.

상기 피막은 TiCN층을 포함한다. 「TiCN층」이란, TiCN으로 이루어지는 층을 의미한다. 상기 TiCN층은, 본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구가 발휘하는 효과를 해치지 않는 범위에서 불가피한 불순물이 포함되어 있어도 좋다. 이하, 후술하는 「다른 층」의 표기에 관해서도 마찬가지다.

상기 TiCN층은, 그 두께가 6 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 7 ㎛ 이상 9 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하다. TiCN층의 두께는, 예컨대 상기 표면 피복 절삭 공구의 단면을 광학현미경을 이용하여 배율 1000배로 측정함으로써 측정할 수 있다.

또한, 본 실시형태의 효과를 해치지 않는 범위에서, 상기 피막은 다른 층을 더 포함하고 있어도 좋다. 다른 층으로서는, 예컨대 TiN층, TiBNO층, TiCNO층, TiB₂층, TiAlN층, TiAlCN층, TiAlON층, TiAlONC층, Al₂O₃층 등을 들 수 있다. 또한, 그 적층 순서도 특별히 한정되지 않는다. 즉, 상기 TiCN층은 상기 피막에 있어서의 최외층이라도 좋다.

본 실시형태에 따른 피막은 상기 TiCN층 상에 Al₂O₃층이 마련되어 있어도 좋다. 「TiCN층 상에 Al₂O₃층이 마련되어 있다」란, 상기 TiCN층의 상측에 Al₂O₃층이 마련되어 있으면 되며, 상호 접촉하고 있을 필요는 없다. 바꿔 말하면, 상기 TiCN층과 Al₂O₃층의 사이에 다른 층이 형성되어 있어도 좋다. 또한, 상기 피막은 상기 TiCN층 상에 직접 Al₂O₃층이 형성되어 있어도 좋다. 상기 Al₂O₃층은, 그 두께가 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 0.5 ㎛ 이상 3 ㎛ 이하인 것이 보다 바람직하고, 1 ㎛ 이상 2 ㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. Al₂O₃층의 두께는, 예컨대 상기 표면 피복 절삭 공구의 단면을 광학현미경을 이용하여 배율 1000배로 측정함으로써 측정할 수 있다.

<경사면의 영역(d1)에 있어서의 TiCN층의 배향성>

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 상기 경사면(1a)에서의 영역(d1)에 있어서 상기 TiCN층이 (311) 배향이다.

여기서 도 3 내지 도 5에 도시하는 것과 같은 「경사면(1a)과 여유면(1b)이 인선면(1c)을 통해 이어져 있는 경우」에는, 영역(d1)은 「가상 능선(AB’)으로부터 경사면(1a) 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과, 경사면(1a)과 인선면(1c)의 경계선(AA)에 의해 사이에 끼워진 영역」이다.

한편, 도 6에 도시하는 것과 같은 「경사면(1a)과 여유면(1b)이 능선(AB)을 통해 이어져 있는 경우」에는, 영역(d1)은 「능선(AB)으로부터 경사면(1a) 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과 능선(AB)에 의해 사이에 끼워진 영역」이다.

여기서 본 실시형태는, 상기 영역(d1)에 더하여, 상기 경사면에 있어서의 영역이며 상기 영역(d1) 이외의 영역에 있어서 상기 TiCN층이 (311) 배향이라도 좋다. 예컨대 상기 경사면 전체에 있어서 상기 TiCN층이 (311) 배향이라도 좋다.

「TiCN층이 (311) 배향이다」란, 하기 식 (1)로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, TiCN층에 있어서의 (311)면의 배향성 지수 TC(311)가, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 상기 배향성 지수 TC(311)가 다른 결정 배향면의 배향성 지수의 어느 것보다도 크다는 것을 의미한다. 식 중, I(hkl) 및 I(h_xk_yl_z)은, 각각 측정된 (hkl)면의 회절 강도, 측정된 (h_xk_yl_z)면의 회절 강도를 나타낸다. Io(hkl)는, Joint Committee on Powder Diffraction Standard 데이터베이스(JCPDS 데이터베이스)에 의한 (hkl)면에 있어서의 TiC(카드 번호 32-1383)의 분말 회절 강도와, (hkl)면에 있어서의 TiN(카드 번호 38-1420)의 분말 회절 강도의 평균치를 나타낸다. Io(h_xk_yl_z)은, JCPDS 데이터베이스에 의한 (h_xk_yl_z)면에 있어서의 TiC(카드 번호 32-1383)의 분말 회절 강도와, (h_xk_yl_z)면에 있어서의 TiN(카드 번호 38-1420)의 분말 회절 강도의 평균치를 나타낸다. (hkl) 및 (h_xk_yl_z)은 각각 (111)면, (200)면, (220)면, (311)면, (331)면, (420)면, (422)면 및 (511)면의 8면 중 어느 하나를 나타낸다.

상기 배향성 지수 TC(hkl)는, 예컨대 이하의 조건으로 행하는 X선 회절 측정에 의해서 구할 수 있다. 구체적으로는, 기재(1)(즉, 절삭 공구(10))가 도 6에 도시하는 것과 같은 샤프 엣지 형상을 갖는 경우, 능선(AB)과 이 능선(AB)으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1) 사이에 끼워진 영역(d1)에 있어서의 임의의 3점에 관해서 X선 회절 측정을 행하고, 상기 식 (1)에 기초하여 이들 3점에서 구해진 (hkl)면의 배향성 지수의 평균치를 상기 경사면(1a)의 영역(d1)에 있어서의 배향성 지수 TC(hkl)로 한다(도 7). 임의의 3점에 관해서, 도 7에서는 가상선(D1) 상의 3점을 선택하고 있지만, 영역(d1) 내이면 어느 3점을 선택하여도 좋다. 또한, 기재(1)가 도 3∼5에 도시하는 것과 같은 형상을 갖는 경우, 경계선(AA)과 상기 가상선(D1) 사이에 끼워진 영역(d1)에 있어서의 임의의 3점에 관해서 X선 회절 측정을 행하여, 이들 3점에서 구한 (hkl)면의 배향성 지수의 평균치를 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 배향성 지수 TC(hkl)로 한다. 상기한 것 이후, 경사면의 영역(d1)에 있어서의 배향성 지수를 「TC_rake(hkl)」 등이라고 표기하는 경우가 있다.

(X선 회절 측정의 조건)

X선 출력 45 kV, 200 mA

X선원, 파장 CuKα, 1.541862Å

검출기 D/teX Ultra 250

스캔축 2θ/θ

세로 길이의 제한 슬릿 폭 2.0 mm

스캔 모드 CONTINUOUS

스캔 스피드 20°/min

여기서, X선의 회절 강도는 적분 강도 측정법에 기초하여 산출한다.

상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (311) 배향성 지수는 3 이상인 것이 바람직하고, 4 이상인 것이 보다 바람직하다.

<여유면의 영역(d2)에 있어서의 TiCN층의 배향성>

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구는, 상기 여유면(1b)에서의 영역(d2)에 있어서 상기 TiCN층이 (422) 배향이다.

여기서 도 3 내지 도 5에 도시하는 것과 같은 「경사면(1a)과 여유면(1b)이 인선면(1c)을 통해 이어져 있는 경우」에는, 영역(d2)은 「가상 능선(AB’)으로부터 여유면(1b) 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 여유면(1b)과 인선면(1c)의 경계선(BB)에 의해 사이에 끼워진 영역」이다.

한편, 도 6에 도시하는 것과 같은 「경사면(1a)과 여유면(1b)이 능선(AB)을 통해 이어져 있는 경우」에는, 영역(d2)은 「능선(AB)으로부터 여유면(1b) 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과 능선(AB)에 의해 사이에 끼워진 영역」이다.

여기서 본 실시형태는, 상기 영역(d2)에 더하여, 상기 여유면에 있어서의 영역이며 상기 영역(d2) 이외의 영역에 있어서, 상기 TiCN층이 (422) 배향이라도 좋다. 예컨대 상기 여유면 전체에 있어서, 상기 TiCN층이 (422) 배향이라도 좋다.

「TiCN층이 (422) 배향이다」란, 상기 식 (1)으로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, TiCN층에 있어서의 (422)면의 배향성 지수 TC(422)가, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미한다. 바꿔 말하면, 상기 배향성 지수 TC(422)가 다른 결정 배향면의 배향성 지수의 어느 것보다도 크다는 것을 의미한다. 상기 배향성 지수 TC(hkl)를 구하는 방법은, 상기 <경사면의 영역(d1)에 있어서의 TiCN층의 배향성>에서 설명한 것과 같은 방법에 의해서 구할 수 있다.

즉, 도 3 내지 도 5에 도시하는 것과 같은 「경사면(1a)과 여유면(1b)이 인선면(1c)을 통해 이어져 있는 경우」에는, 영역(d2)은 「가상 능선(AB’)으로부터 여유면(1b) 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 여유면(1b)과 인선면(1c)의 경계선(BB)에 의해 사이에 끼워진 영역」이다.

이후, 여유면의 영역(d2)에 있어서의 배향성 지수를 「TC_flank(hkl)」 등이라고 표기하는 경우가 있다.

상기 여유면의 영역(d2)에 있어서의 (422) 배향성 지수는 3 이상인 것이 바람직하고, 4 이상인 것이 보다 바람직하다.

본 실시형태에서, 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 (311) 배향성 지수의 비 TC_rake(311)/TC_rake(422)는 1보다 큰 것이 바람직하고, 1.2 이상인 것이 보다 바람직하고, 1.5 이상인 것이 더욱 보다 바람직하다. 여기서, 상기 TC_rake(422)가 0이며 또한 상기 TC_rake(311)가 0보다 큰 경우, 상기 TC_rake(311)/TC_rake(422)는 1보다 크다고 판단한다. 상기 TC_rake(311)/TC_rake(422)는 1보다 크면 본 실시형태에 따른 효과를 발휘한다.

본 실시형태에서, 상기 여유면의 영역(d2)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수의 비 TC_rake(422)/TC_flank(422)는 1 이하인 것이 바람직하고, 0.8 이하인 것이 보다 바람직하고, 0.7 이하인 것이 더욱 바람직하다. 상기 TC_rake(422)/TC_flank(422)는 1 이하이면 본 실시형태에 따른 효과를 발휘한다.

≪표면 피복 절삭 공구의 제조 방법≫

본 실시형태에 따른 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법은,

상기 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법으로서,

상기 기재를 준비하는 기재 준비 공정과,

상기 TiCN층 피복 공정은, 화학 기상 증착법에 의해 실행되며, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급하는 것을 포함한다. 이하, 각 공정에 관해서 설명한다.

<기재 준비 공정>

기재 준비 공정에서는 상기 기재를 준비한다. 상기 기재로서는, 상술한 것과 같이 이런 종류의 기재로서 종래 공지된 것이라면 어느 것이나 사용할 수 있다. 예컨대 상기 기재가 초경합금으로 이루어지는 경우, 우선 후술하는 표 1에 기재한 배합 조성(질량%)으로 이루어지는 원료 분말을 시판되는 어트리터를 이용하여 균일하게 혼합하고, 이어서 이 혼합 분말을 소정의 형상(예컨대 CNMG120408NUX)으로 가압 성형한다. 그 후, 원료 분말의 성형체를, 소정의 소결로에서 1300∼1500℃ 이하에서 1∼2시간 소결함으로써, 초경합금으로 이루어지는 상기 기재를 얻을 수 있다.

<TiCN층 피복 공정>

TiCN층 피복 공정에서는, 상기 경사면의 적어도 일부와 상기 여유면의 적어도 일부를 TiCN층으로 피복한다.

여기서 「경사면의 적어도 일부」는, 상기 경사면(1a)에 있어서의 영역이며, 상기 경사면(1a)과 상기 여유면(1b)이 교차하여 이루어지는 능선(AB)과 상기 능선(AB)으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)의 사이에 끼워진 영역(d1)을 포함한다(예컨대 도 6). 마찬가지로 「여유면의 적어도 일부」는, 상기 여유면(1b)에 있어서의 영역이며, 상기 경사면(1a)과 상기 여유면(1b)이 교차하여 이루어지는 능선(AB)과 상기 능선(AB)으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)의 사이에 끼워진 영역(d2)을 포함한다(예컨대 도 6).

본 실시형태의 일 측면에서 「경사면의 적어도 일부」는 상기 경사면(1a)에 있어서의 영역이며, 상기 경사면(1a)과 상기 인선면(1c)의 경계선(AA)과, 상기 경사면(1a)을 포함하는 가상 평면(A)과 상기 여유면(1b)을 포함하는 가상 평면(B)이 교차하여 이루어지는 가상 능선(AB’)으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)의 사이에 끼워진 영역(d1)을 포함한다(예컨대 도 3∼도 5). 마찬가지로 「여유면의 적어도 일부」는, 상기 여유면(1b)에 있어서의 영역이며, 상기 여유면(1b)과 상기 인선면(1c)의 경계선(BB)과 상기 가상 능선(AB’)으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)의 사이에 끼워진 영역(d2)을 포함한다(예컨대 도 3∼도 5).

상기 경사면의 적어도 일부와 상기 여유면의 적어도 일부를 TiCN층으로 피복하는 방법은 화학 기상 증착법(CVD법)에 의해 실행되며, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급함으로써 TiCN층을 형성하는 것이 포함된다. 즉, 상기 TiCN층 피복 공정은 화학 기상 증착법에 의해 실행되며, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급하는 것을 포함한다.

구체적으로는 우선 원료 가스로서 TiCl₄, CH₃CN, N₂ 및 H₂를 이용한다. 배합량은, 예컨대 TiCl₄을 2∼10 체적%, CH₃CN을 0.4∼2.5 체적%, N₂을 15 체적%로 하고, 잔부는 H₂로 하는 것을 들 수 있다.

CVD법에 있어서의 반응 중인 반응 용기 내의 온도는 800℃∼850℃인 것이 바람직하다.

CVD법에 있어서의 반응 중인 반응 용기 내의 압력은 6 kPa∼7 kPa인 것이 바람직하고, 6 kPa∼6.7 kPa인 것이 보다 바람직하다.

CVD법에 있어서의 반응 중인 총 가스 유량은 80 L/min∼120 L/min인 것이 바람직하고, 80 L/min∼100 L/min인 것이 보다 바람직하다.

원료 가스를 불연속으로 공급하는 방법으로서는, 예컨대 원료 가스와 H₂ 가스(100 체적%)를 소정의 시간마다 교대로 공급하는 것을 들 수 있다. 보다 구체적으로는, 원료 가스를 15분간 공급할 때마다 원료 가스의 공급을 멈추고, 원료 가스와 같은 체적의 H₂ 가스를 1분간 공급하는 것을 들 수 있다. 이와 같이 함으로써, TiCN이 미립화하고, 그 결과 피닝 처리에 의해서 (311) 배향으로 변화되기 쉬운 TiCN층을 형성할 수 있게 된다.

TiCN층을 형성시킨 후에 Al₂O₃층 등의 다른 층을 적층하여도 좋다.

<피닝 처리 공정>

피닝 처리 공정에서는 상기 경사면에 있어서의 상기 TiCN층을 피닝 처리한다. 「피닝 처리」란, 무수한 강철 또는 비철금속 등의 작은 구체(球體)(미디어)를 고속으로 경사면 등의 표면에 충돌시킴(투사시킴)으로써 상기 표면의 배향성, 압축 응력 등의 제반 성질을 변화시키는 처리를 의미한다. 본 실시형태에서는 경사면에 피닝 처리를 행함으로써, 경사면의 TiCN층에 있어서의 (422)면의 비율이 감소하고, (311)면의 비율이 증가한다. 그 결과, 상기 TiCN층의 인성이 향상되고, 내결손성이 우수하게 된다. 상기 미디어의 투사는, TiCN층의 배향성이 변한다면 특별히 제한은 없으며, TiCN층에 대하여 직접 행하하여도 좋고, TiCN층 상에 형성된 다른 층(예컨대 Al₂O₃층)에 대하여 행하여도 좋다. 상기 미디어의 투사는, 적어도 상기 경사면의 영역(d1)에 대하여 이루어지고 있으면 특별히 제한은 없으며, 예컨대 상기 경사면 전체에 걸쳐 상기 미디어의 투사가 이루어지고 있어도 좋다.

상기 미디어를 투사하는 투사부와 상기 경사면 등의 표면과의 거리(이하, 「투사 거리」라고 하는 경우가 있다.)는, 80 mm∼120 mm인 것이 바람직하고, 80 mm∼100 mm인 것이 보다 바람직하다.

투사할 때에 상기 미디어에 가해지는 압력(이하, 「투사압」이라고 하는 경우가 있다.)은 0.1 MPa∼0.5 MPa인 것이 바람직하고, 0.1 MPa∼0.3 MPa인 것이 보다 바람직하다.

피닝 처리 시간은 10초∼60초인 것이 바람직하고, 10초∼30초인 것이 보다 바람직하다.

상술한 피닝 처리의 각 조건은 상기 피막의 구성에 맞춰 적절하게 조정할 수 있다.

<그 밖의 공정>

본 실시형태에 따른 제조 방법에서는, 상술한 공정 외에도, 피닝 처리의 효과를 해치지 않는 범위에서 추가 공정을 적절하게 행하여도 좋다.

본 실시형태에서는, 상기 TiCN층 피복 공정 또는 상기 피닝 처리 공정 후에, 상기 TiCN층 상에 상기 Al₂O₃층을 적층하는 Al₂O₃층 적층 공정을 더 포함하는 것이 바람직하다. CVD법에 의해서 Al₂O₃층을 적층하는 경우, 예컨대 다음과 같이 행할 수 있다. 우선 원료 가스로서 AlCl₃, HCl, CO₂, H₂S 및 H₂를 이용한다. 배합량은, 예컨대 AlCl₃을 1.6 체적%, HCl을 3.5 체적%, CO₂를 4.5 체적%, H₂S를 0.2 체적%로 하고, 잔부는 H₂로 하여도 좋다.

또한, 이때의 CVD법의 제반 조건은, 온도가 1000℃이고, 압력이 6.7 kPa이고, 가스 유량(전체 가스량)이 56.3 L/min라도 좋다.

상술한 다른 층을 형성하는 경우, 종래의 방법에 의해서 다른 층을 형성하여도 좋다.

<부기>

이상의 설명은 이하에 부기하는 실시양태를 포함한다.

(부기 1)

상기 기재는 경사면과 여유면과 상기 경사면 및 상기 여유면을 잇는 인선부를 포함하고,

상기 피막은 TiCN층을 포함하고,

상기 경사면에 있어서의 영역이며, 상기 경사면과 상기 여유면이 교차하여 이루어지는 능선과 상기 능선으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)의 사이에 끼워진 영역(d1)에 있어서, 상기 TiCN층이 (311) 배향이고,

상기 여유면에 있어서의 영역이며, 상기 능선과 상기 능선으로부터 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)의 사이에 끼워진 영역(d2)에 있어서, 상기 TiCN층이 (422) 배향인 표면 피복 절삭 공구.

실시예

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것이 아니다.

본 실시예에서 피막의 총 두께, TiCN층의 두께 및 Al₂O₃층의 두께는, 광학현미경을 이용하여 배율 1000배로 기재의 표면의 법선 방향에 평행한 피막 단면을 관찰함으로써 측정했다. 구체적으로는, 상기 단면에 있어서의 임의의 3점을 측정하여, 측정된 3점의 두께의 평균치를 취함으로써 구했다.

≪표면 피복 절삭 공구의 제작≫

<기재의 준비>

우선, 기재 준비 공정으로서, 피막으로 피복하는 기재 K, 기재 L 및 기재 M을 준비했다. 구체적으로는, 표 1에 기재한 배합 조성(질량%)으로 이루어지는 원료 분말을 시판되는 어트리터를 이용하여 균일하게 혼합하여 혼합 분말을 얻었다.

이어서, 이 혼합 분말을 소정 형상(CNMG120408NUX)으로 가압 성형한 후에, 얻어진 성형체를 소결로에 넣어 1300∼1500℃에서 1∼2시간 소결함으로써 초경합금으로 이루어지는 기재 K, 기재 L 및 기재 M을 얻었다. 「CNMG120408NUX」는 선삭용의 인선 교환형 절삭 팁의 형상이다. 여기서, 표 1 중의 「나머지」란, WC이 배합 조성(질량%)의 잔부를 차지함을 나타낸다.

<피막의 형성>

TiCN층 피복 공정으로서, 기재 K, 기재 L 및 기재 M의 표면 상(경사면 및 여유면을 포함한다.)에 표 2에 나타내는 조성의 가스를 이용하여 CVD법에 의해서 TiCN층을, 표 4에 나타내는 것과 같은 두께로 피복했다. 표 2 중 「가스 조성(체적%)」란에서, H₂ 가스가 「나머지」란, H₂ 가스가 반응 가스 조성(체적%)의 잔부를 차지함을 나타낸다.

여기서, 형성 조건 a, b 및 c에 관해서는, 15분마다 원료 가스를 멈추고 H₂(100 체적%)을 1분간 흘리게 하여 반응을 진행시켰다. 즉, 형성 조건 a, b 및 c에 관해서는, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급하여 반응을 진행시켰다.

또한, TiCN층 피복 공정 후에 CVD법에 의해서 TiCN층 상에 Al₂O₃층을 표 4에 나타내는 것과 같은 두께로 적층했다(Al₂O₃층 적층 공정). 이때의 원료 가스는 AlCl₃, HCl, CO₂, H₂S 및 H₂를 이용했다. 또한, 반응 조건은 이하의 조건을 이용했다.

반응 용기 내 온도: 1000℃

반응 용기 내 압력: 6.7 kPa

총 가스 유량: 56.3 L/min

<피닝 처리>

또한, 피닝 처리 공정으로서 절삭 공구의 경사면에 있어서 피복된 상기 피막에 대하여, 표 3에 나타내는 피닝 조건에 의해서 표면 측으로부터 피닝 처리를 행하여, 상기 경사면에 있어서의 TiCN층의 배향성을 변화시켰다. 피닝 처리는, 투사할 때에 상기 미디어에 가해지는 압력(이하, 「투사압」이라고 하는 경우가 있다.) 0.3 MPa, 미디어를 투사하는 투사부와 경사면 등의 표면과의 거리(이하, 「투사 거리」라고 하는 경우가 있다.) 100 mm, 처리 시간 10∼30초의 조건으로, TiCN층 상에 형성된 Al₂O₃층에 대하여 미디어를 투사함으로써 처리했다.

상술한 수순으로 제작한 시료 No.1∼19의 절삭 공구의 구성 및 제조 조건을 표 4에 나타낸다. 시료 No. 1∼15의 절삭 공구가 실시예이고, 시료 No. 16∼19의 절삭 공구가 비교예이다.

≪절삭 공구의 특성 평가≫

상기한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1∼19의 절삭 공구를 이용하여, 각 절삭 공구의 경사면 및 여유면 각각에 있어서의 각 배향면의 배향성 지수를 측정했다. 측정은 이하의 조건으로 행했다. 측정은, 영역(d1)(또는 d2)을 3점 측정함으로써 행하고(예컨대 도 7), 이들의 평균치를 경사면의 영역(d1) 및 여유면의 영역(d2) 각각의 배향성 지수로서 산출했다(도 8, 경사면; 도 9, 여유면). 또한, (422) 배향성 지수 및 (311) 배향성 지수에 주목한 결과를 표 5에 나타낸다.

(X선 회절 측정의 조건)

X선 출력 45 kV, 200 mA

X선원, 파장 CuKα, 1.541862Å

검출기 D/teX Ultra 250

스캔축 2θ/θ

세로 길이 제한 슬릿 폭 2.0 mm

스캔 모드 CONTINUOUS

스캔 스피드 20°/min

표 5의 결과로부터, 상기 피닝 처리를 행함으로써 상기 경사면에 있어서의 TiCN층의 배향성이 (422) 배향에서 (311) 배향으로 변화되고 있음을 확인했다. 한편, 피닝 처리를 행하지 않은 여유면에 있어서의 TiCN층의 배향성은 (422) 배향 그대로였다.

≪절삭 시험≫

상기한 것과 같이 하여 제작한 시료 No. 1∼19의 절삭 공구를 이용하여, 이하의 2종의 절삭 시험을 행했다.

<시험 1: 내결손성 시험>

시료 No. 1∼19의 절삭 공구에 관해서, 이하의 절삭 조건에 의해 절삭 공구가 결손될 때까지의 절삭 시간을 측정하여, 그 절삭 공구의 내결손성을 평가했다. 그 결과를 표 6에 나타낸다. 절삭 시간이 길수록 내결손성이 우수한 절삭 공구로서 평가할 수 있다.

(내결손성 시험의 절삭 조건)

피삭재: SCM435 홈재

주속: 200 m/min

이송 속도: 0.2 mm/rev

절삭량: 1.0 mm

절삭액: 있음

<시험 2: 환봉 외주 절삭 시험>

시료 No. 1∼19의 절삭 공구에 관해서, 이하의 절삭 조건에 의해 여유면 마모량(Vb)이 0.2 mm가 될 때까지의 절삭 시간을 측정함과 더불어 인선의 최종 손상 형태를 관찰하여 공구 수명을 평가했다. 그 결과를 표 7에 나타낸다. 절삭 시간이 길수록 내마모성이 우수한 절삭 공구로서, 장수명화를 실현할 수 있을 가능성이 높다고 평가할 수 있다.

(환봉 외주 절삭 시험의 절삭 조건)

피삭재: S50C 환봉

주속: 250 m/min

이송 속도: 0.15 mm/rev

절삭량: 1.0 mm

절삭액: 있음

시험 1 및 시험 2의 결과로부터, 경사면이 (311) 배향이며 여유면이 (422) 배향인 절삭 공구(시료 No. 1∼15)는, 내결손성이 우수하면서 또한 내마모성이 우수하다는 것을 알 수 있었다.

이상과 같이 본 발명의 실시형태 및 실시예에 관해서 설명했지만, 상술한 각 실시형태 및 각 실시예의 구성을 적절하게 조합하는 것도 당초부터 예정하고 있다.

이번에 개시된 실시형태 및 실시예는 모든 점에서 예시이며, 제한적인 것이 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는 상기한 실시형태 및 실시예가 아니라 청구범위에 의해서 나타내어지며, 청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것을 의도한다.

1: 기재 1a: 경사면
1b: 여유면 1c: 인선면
10: 절삭 공구 AA: 경계선
AB: 능선 AB’: 가상 능선
BB: 경계선 D1, D2: 가상선
d1: 경계선(AA)과 가상선(D1)의 사이에 끼워진 영역(또는 능선(AB)과 가상선(D1)의 사이에 끼워진 영역)
d2: 경계선(BB)과 가상선(D2)의 사이에 끼워진 영역(또는 능선(AB)과 가상선(D2) 사이에 끼워진 영역)

Claims

기재와 이 기재를 피복하는 피막을 구비하는 표면 피복 절삭 공구로서,
상기 기재는 경사면과 여유면을 포함하고,
상기 피막은 TiCN층을 포함하고,
상기 경사면에서의 영역(d1)에 있어서 상기 TiCN층이 (311) 배향이고,
상기 여유면에서의 영역(d2)에 있어서 상기 TiCN층이 (422) 배향이고,
상기 경사면과 상기 여유면이 인선면(刃先面)을 통해 이어져 있는 경우는, 상기 영역(d1)은 상기 경사면을 연장한 면과 상기 여유면을 연장한 면이 교차하여 이루어지는 가상 능선으로부터 상기 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과, 상기 경사면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 상기 영역(d2)은 상기 가상 능선으로부터 상기 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과, 상기 여유면과 상기 인선면의 경계선에 의해 사이에 끼워진 영역이고,
상기 경사면과 상기 여유면이 능선을 통해 이어져 있는 경우는, 상기 영역(d1)은 상기 능선으로부터 상기 경사면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D1)과 상기 능선에 의해 사이에 끼워진 영역이며, 또한 상기 영역(d2)은 상기 능선으로부터 상기 여유면 상에서 500 ㎛ 떨어진 가상선(D2)과 상기 능선에 의해 사이에 끼워진 영역인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항에 있어서, 상기 TiCN층이 (311) 배향이라는 것은, 이하의 식 (1)로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, 상기 TiCN층에 있어서의 (311)면의 배향성 지수 TC(311)이, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미하고,
상기 TiCN층이 (422) 배향이라는 것은, 이하의 식 (1)로 정의되는 배향성 지수 TC(hkl) 중, 상기 TiCN층에 있어서의 (422)면의 배향성 지수 TC(422)가, 다른 결정 배향면의 배향성 지수와 비교하여 가장 크다는 것을 의미하는 것인 표면 피복 절삭 공구.
[수학식 1]

(식 (1) 중, I(hkl) 및 I(h_xk_yl_z)는 각각 측정된 (hkl)면의 회절 강도, 측정된 (h_xk_yl_z)면의 회절 강도를 나타내고,
I_o(hkl) 및 I_o(h_xk_yl_z)는 각각 JCPDS 데이터베이스에 의한 (hkl)면의 TiC와 TiN의 분말 회절 강도의 평균치 및 JCPDS 데이터베이스에 의한 (h_xk_yl_z)면의 TiC와 TiN의 분말 회절 강도의 평균치를 나타내고,
(hkl) 및 (h_xk_yl_z)는 각각 (111)면, (200)면, (220)면, (311)면, (331)면, (420)면, (422)면 및 (511)면의 8면 중 어느 하나를 나타낸다.)
제2항에 있어서, 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 (311) 배향성 지수의 비 TC_rake(311)/TC_rake(422)는 1보다 큰 것인 표면 피복 절삭 공구.
제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 여유면의 영역(d2)에 있어서의 (422) 배향성 지수에 대한 상기 경사면의 영역(d1)에 있어서의 (422) 배향성 지수의 비 TC_rake(422)/TC_flank(422)는 1 이하인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 TiCN층은 그 두께가 6 ㎛ 이상 10 ㎛ 이하인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기재는 초경합금, 서멧, 고속도강, 세라믹스, cBN 소결체 및 다이아몬드 소결체로 이루어지는 군에서 선택되는 1종을 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구.
제6항에 있어서, 상기 기재가 초경합금인 경우, 상기 기재는 이 기재의 전체 질량에 대하여 7 질량% 이상 12 질량% 이하의 코발트를 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 피막은 상기 TiCN층 상에 형성되어 있는 Al₂O₃층을 더 포함하는 것인 표면 피복 절삭 공구.
제8항에 있어서, 상기 Al₂O₃층은 그 두께가 0.5 ㎛ 이상 4 ㎛ 이하인 것인 표면 피복 절삭 공구.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재한 표면 피복 절삭 공구의 제조 방법으로서,
상기 기재를 준비하는 기재 준비 공정과,
상기 경사면의 적어도 일부와 상기 여유면의 적어도 일부를 상기 TiCN층으로 피복하는 TiCN층 피복 공정과,
상기 경사면에 있어서의 상기 TiCN층을 피닝 처리하는 피닝 처리 공정을 포함하고,
상기 TiCN층 피복 공정은, 화학 기상 증착법에 의해 실행되며, 상기 TiCN층의 원료 가스를 불연속으로 공급하는 것을 포함하는 것인 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 피막은 상기 TiCN층 상에 형성되어 있는 Al₂O₃층을 더 포함하고,
상기 제조 방법은, 상기 TiCN층 피복 공정 또는 상기 피닝 처리 공정 후에, 상기 TiCN층 상에 상기 Al₂O₃층을 적층하는 Al₂O₃층 적층 공정을 더 포함하는 것인 제조 방법.