WO2019181792A1 - インサート及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

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WO2019181792A1
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綾乃 田中
涼馬 野見山
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京セラ株式会社
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    • C23C30/00—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process
    • C23C30/005—Coating with metallic material characterised only by the composition of the metallic material, i.e. not characterised by the coating process on hard metal substrates

Definitions

  • the present disclosure relates to an insert used in cutting and a cutting tool including the same.
  • cermets mainly composed of titanium (Ti) are widely used as the base material for members that require wear resistance, slidability, and chipping resistance, such as cutting tools, wear-resistant members, and sliding members. Yes.
  • Patent Document 1 an elution alloy phase containing a binder component composed mainly of cobalt (Co) and nickel (Ni) and having a metal binder phase component is formed on the surface, and diffusion prevention is further formed thereon.
  • a surface-coated titanium carbonitride-based cermet cutting tool that suppresses the occurrence of chipping and chipping by providing a TiN layer having an action is disclosed.
  • the insert of the present disclosure includes a base and a coating layer that covers the surface of the base.
  • the base has a hard phase containing a carbonitride containing Ti and a binder phase containing Co.
  • a CTiW compound containing C, Ti, and W and satisfying a relationship of C> Ti> W is located between the substrate and the coating layer.
  • the cutting tool of the present disclosure includes a holder that extends from a first end toward the second end and has a pocket on the first end side, and the above-described insert that is located in the pocket located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating an example of the insert of the present disclosure.
  • FIG. 2 is an enlarged schematic view of a cross section near the surface of the insert of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view illustrating an example of the cutting tool of the present disclosure.
  • the insert 1 of the present disclosure has a base 3 as shown in FIGS.
  • the insert 1 of the present disclosure includes a coating layer 5 that covers at least a part of the base 3.
  • the shape of the insert 1 of the present disclosure is, for example, a square plate shape, and the upper surface in FIG. 1 is a so-called rake surface. Moreover, it has a lower surface opposite to the upper surface, and has side surfaces connected to each between the upper surface and the lower surface. At least a part of the side surface is a so-called flank.
  • the insert 1 of the present disclosure has a cutting edge 7 positioned at at least a part of a ridge line where the upper surface and the side surface intersect. In other words, it has the cutting edge 7 located in at least one part of the ridgeline where a rake face and a flank face cross.
  • the entire outer periphery of the rake face may be the cutting edge 7, but the insert 1 is not limited to such a configuration, for example, only one side of the square rake face, or You may have the cutting edge 7 partially.
  • the size of the insert 1 is not particularly limited.
  • the length of one side of the rake face is set to about 3 to 20 mm.
  • the thickness of the insert 1 is set to about 1 to 20 mm, for example.
  • the base 3 of the insert 1 of the present disclosure is composed of a cermet containing a hard phase containing a carbonitride containing Ti and a binder phase containing Co.
  • the cermet is a so-called TiCN-based cermet.
  • the cermet includes one containing TiC or TiN in addition to TiCN.
  • the insert 1 of the present disclosure has a coating layer 5 on the substrate 3 as shown in FIG.
  • the wear resistance of the insert 1 is high.
  • the covering layer 5 may be formed by a CVD method or a PVD method.
  • the coating layer 5 includes, for example, a first layer 5a including a plurality of TiN particles, a second layer 5b including a plurality of TiCN particles, and a third layer 5c including a plurality of Al 2 O 3 particles from the side close to the base 3. You may arrange in order.
  • the insert 1 of the present disclosure contains C, Ti, and W between the base 3 and the coating layer 5, and the content at atm% is such that C> Ti> W.
  • the filling CTiW compound 25 is located.
  • the CTiW compound 25 may contain C, Ti and W in a total of 80 atm% or more, 58 to 80 atm% C, 7 to 25 atm% Ti, and 1 to 15 atm% W.
  • the insert 1 of the present disclosure having the CTiW compound 25 described above is excellent in wear resistance and chipping resistance.
  • the substrate may contain Co 0.93 W 0.07 . Thereby, it becomes the insert 1 excellent in abrasion resistance and fracture resistance.
  • Co 0.93 W 0.07 is a crystal represented by PDF: 01-071-7509 of the JCPDS card.
  • the ratio of Co 0.93 W 0.07 to the total crystal in the crystal phase analysis by X-ray diffraction may be 5 to 10. Also, it may be 8-10. With such high content of Co 0.93 W 0.07, the wear resistance of the base body 3, a high fracture resistance.
  • the ratio of the above Co 0.93 W 0.07 is the ratio of all detected crystals by the X-ray apparatus: X'Pert Pro 2 ⁇ : 10-100, manufactured by PANalytical, and the lead belt method using analysis software Rietan-FP. The ratio of 0.93 W 0.07 is calculated.
  • the Co content in the total amount of the binder phase may be 99.0% by mass or more. Moreover, it is good also as 99.5 mass% or more.
  • the binder phase in addition to Co, Fe, Ni and the like can be included.
  • the Co content is obtained by measuring the mass of Co, Fe, and Ni contained in the insert, and dividing the mass of Co by the total amount to 100. It is a doubled value.
  • the total amount of Fe and Ni in the binder phase included in the insert 1 of the present disclosure may be less than 1% by mass.
  • the metal functioning as the binder phase is almost only Co
  • Co 0.93 W 0.07 is moderately dispersed in the base 3 and the base 3 having high wear resistance and chipping resistance can be easily obtained.
  • the binder phase is only Co
  • the average particle size of the hard phase raw material powder may be 1 ⁇ m or less, and further 0.6 ⁇ m or less.
  • the Co content in the substrate 3 may be 16% by mass or more.
  • the first layer 5a may have a width in the direction parallel to the surface of the substrate 3 of TiN particles (hereinafter also referred to as the width of the TiN particles) of 25 nm in a cross section perpendicular to the surface of the substrate 3.
  • the width of the TiN particles the width of the TiN particles
  • the adhesion between the first layer 5a and the substrate 3 is excellent.
  • the adhesion between the first layer 5a and the CTiW compound 25 is excellent.
  • the coating film 5 is excellent in wear resistance.
  • the width of the TiN particles may be measured at a position of 0.05 ⁇ m from the surface of the substrate 3. Further, when the substrate 3 is covered with the first compound 21, the measurement may be performed at a position of 0.05 ⁇ m from the surface of the first compound 21. When the thickness of the first layer 5a is 0.05 ⁇ m or less, the width of the TiN particles may be measured at a position half the thickness of the first layer 5a. The width of the TiN particles is an average value of the widths of the 20 TiN particles measured at the above positions.
  • the ratio of the height of the TiN particles in the direction perpendicular to the surface of the substrate to the width of the TiN particles in the direction parallel to the surface of the substrate 3 in the cross section perpendicular to the surface of the substrate 3 (hereinafter also referred to as aspect ratio). However, it may be in the range of 1.0 to 1.7. With such a configuration, the adhesion between the first layer 5a and the substrate 3 is excellent.
  • the aspect ratio of TiN particles may be measured with TiN particles present at a position of 0.05 ⁇ m from the surface of the substrate 3.
  • the aspect ratio is an average value of 20 TiN particles.
  • the thickness of the first layer 5a may be 0.1 to 1.0 ⁇ m.
  • the thickness of the first layer 5a is 0.1 ⁇ m or more, the binder phase component contained in the substrate 3 is prevented from diffusing into the film, and the chipping resistance is excellent.
  • the thickness of the first layer 5a is 1.0 ⁇ m or less, the TiCN particles contained in the upper second layer 5b become fine and have excellent wear resistance.
  • the thickness of the first layer 5a may be 0.3 to 0.7 ⁇ m.
  • the insert 1 has a first layer 5 a on the base 3. Further, the second layer 5b is provided on the first layer 5a.
  • the TiCN layer 5b contains TiCN particles that are TiCN crystals.
  • the substrate 3 may have a coefficient of thermal expansion at 25 to 1000 ° C. of 9.0 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or more.
  • the thermal expansion coefficient of the TiCN crystal is about 8 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., and if the thermal expansion coefficient of the base 3 is 9.0 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or more, the thermal expansion coefficient of the second layer 5 b is the base 3. Is smaller than the coefficient of thermal expansion.
  • the second layer 5b is located between the base 3 and the first layer 5c, and prevents the first layer 5c from peeling off and suppresses abrasive wear.
  • the third layer 5c contains Al 2 O 3 particles that are Al 2 O 3 crystals.
  • the thermal expansion coefficient of the Al 2 O 3 crystal is about 7.2 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C., which is smaller than the thermal expansion coefficients of the substrate 3 and the second layer 5b.
  • the base body 3 and the second layer 5b may be in direct contact with each other, and the first layer 5a may be positioned between them, for example, as in the example of FIG.
  • the first layer 5a does not need to be composed of pure TiN particles alone, and may contain, for example, O or C.
  • the second layer 5b and the third layer 5c may be in direct contact with each other, and for example, a TiN layer (not shown) may be located between them.
  • an appropriate compressive stress can be applied to the second layer 5b and the third layer 5c by adjusting the thermal expansion coefficient of the base 3 and the thickness of the third layer 5c.
  • the thickness of the third layer 5c is 2 ⁇ m or more.
  • the compressive stress applied to the second layer 5b is 250 to 500 MPa
  • the compressive stress applied to the third layer 5c is set to 450 MPa or more
  • the value of the compressive stress applied to the third layer 5c is higher than the compressive stress applied to the second layer 5b. You may enlarge it. With such a configuration, the insert 1 is excellent in wear resistance and durability.
  • the residual stress when the residual stress is a negative value, the residual stress is a compressive stress.
  • the value of the compressive stress is indicated, it is expressed as an absolute value without adding a minus.
  • the third layer 5c When comparing the second layer 5b and the third layer 5c constituting the coating layer 5, the third layer 5c is located farther from the substrate 3. Therefore, when the workpiece is machined using the cutting tool 1 having such a configuration, the third layer 5c comes into contact with the workpiece before the second layer 5b.
  • the third layer 5c contains Al 2 O 3 particles and has a thickness of 2 ⁇ m or more, the wear resistance and oxidation resistance are high.
  • the thickness of the third layer 5c may be 2.5 ⁇ m or more and 8.0 ⁇ m or less.
  • the insert 1 having such a configuration is further excellent in wear resistance and oxidation resistance.
  • the sum of the thickness of the second layer 5b and the thickness of the third layer 5c may be 7 ⁇ m or more and 18 ⁇ m or less. Moreover, it is good also as 8 micrometers or more and 16 micrometers or less.
  • the second layer 5b may have a thickness of 5 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less. In such a range, the insert 1 is excellent in wear resistance and chipping resistance.
  • the thickness of the third layer 5c may be 0.2 to 0.4 times the sum of the thickness of the second layer 5b and the thickness of the third layer 5c.
  • the insert 1 having such a configuration is excellent in wear resistance and chipping resistance.
  • the third layer 5 c may have the C axis of the Al 2 O 3 crystal oriented along a direction perpendicular to the main surface of the substrate 3.
  • ⁇ -Al 2 O 3 crystals may be contained, and the ⁇ -Al 2 O 3 crystals may be columnar extending in the direction perpendicular to the main surface of the substrate 3.
  • the base 3 in the insert 1 of the present disclosure may have a binder phase-enriched layer having a higher binder phase ratio than the inside of the base 3 on the surface.
  • the thickness of the binder phase enriched layer may be 1 ⁇ m or more and 10 ⁇ m or less.
  • Table 1 shows the ratio of the raw material powder that becomes the base of the insert used in the examples described later.
  • the average particle diameter of each raw material was 1 ⁇ m or less. These raw material powders are generally used in the production of cermets.
  • the insert of the present disclosure can be obtained by devising the composition of the substrate and the conditions for forming the coating layer.
  • the coating film is preferably formed by a CVD method.
  • a substrate containing Co 0.93 W 0.07 can be obtained by adjusting the amount of C contained during preparation of the raw material of the substrate.
  • C / (hard phase) is 9.1 or less, a substrate containing Co 0.93 W 0.07 can be obtained.
  • C / (hard phase) is 8.0 or more, an increase in the ⁇ phase can be suppressed, so that a relative decrease in Co 0.93 W 0.07 can be suppressed.
  • the amount of C in the raw material includes, for example, C contained in each raw material powder in addition to C added as carbon.
  • a hard phase refers to what can exist as a hard phase in an insert, for example, the metal, oxide, and carbonate of Fe, Ni, Co, Mn, Mo are not contained.
  • a dense substrate can be obtained by baking in the temperature range.
  • each is held at 200 ° C. and 300 ° C. for 1 hour in a vacuum, and then heated to 450 ° C. and held for 1 hour.
  • CO 2 gas is introduced into the degreasing furnace so as to have a pressure of 1 to 5 kPa in order to suppress a decrease in C added as a raw material in the process at 450 ° C. By doing in this way, C amount can be controlled precisely.
  • the substrate preferably has a thermal expansion coefficient of 9.0 ⁇ 10 ⁇ 6 or more at 25 to 1000 ° C.
  • a coating layer is provided.
  • the first layer is formed on the surface of the substrate.
  • a second layer is formed on the first layer.
  • a third layer is formed thereon.
  • the first layer, the second layer, and the third layer may be formed by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the Co ratio in the binder phase component contained in the substrate is 99.0% by mass or more. Good.
  • the TiCl 4 concentration is preferably 1.0 mol% under the film forming conditions for forming the first layer on the substrate.
  • the composition may be such that the proportion of Co is 97.0% by mass or more and the amount of Co contained in the substrate is 10% by mass or more.
  • the first layer has, for example, temperature: 800 to 900 ° C., pressure 8 to 20 kPa, TiCl 4 concentration: 1.0 to 2.5 mol%, N 2 concentration: 25.0 to 49.9 mol%, H 2 concentration 40.
  • the film may be formed under the condition of 0 to 74.8 mol%.
  • the insert of the present disclosure can be obtained by attaching a previously prepared CTiW compound to the surface of the substrate as desired, and then forming a coating film.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-shaped body that extends from a first end (upper end in FIG. 3) to a second end (lower end in FIG. 3), as shown in FIG.
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (front end side) and the insert 1 positioned in the pocket 103. Since the cutting tool 101 includes the insert 1, it can perform stable cutting over a long period of time.
  • the pocket 103 is a portion to which the insert 1 is mounted, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a restraining side surface inclined with respect to the seating surface. Further, the pocket 103 is opened on the first end side of the holder 105.
  • the insert 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the insert 1 may be in direct contact with the pocket 103, and a sheet (not shown) may be sandwiched between the insert 1 and the pocket 103.
  • the insert 1 is mounted on the holder 105 so that at least a part of the portion used as the cutting edge 7 on the ridge line where the rake face and the flank face intersect protrudes outward from the holder 105.
  • the insert 1 is attached to the holder 105 with a fixing screw 107. That is, by inserting the fixing screw 107 into the through hole 17 of the insert 1 and inserting the tip of the fixing screw 107 into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103 and screwing the screw portions together, 1 is attached to the holder 105.
  • steel cast iron or the like
  • steel having high toughness may be used.
  • a cutting tool 101 used for so-called turning is illustrated.
  • the turning process include an inner diameter process, an outer diameter process, a grooving process, and an end face process.
  • the cutting tool 101 is not limited to that used for turning. For example, you may use the insert 1 of said embodiment for the cutting tool 101 used for a rolling process.
  • the substrate was produced as follows. A tool-shaped compact was prepared using the raw material powder in the ratio shown in Table 1, the binder component was removed, and then fired to prepare a substrate. Of these samples, Sample No. The substrates 1 to 14 are so-called cermets. Sample No. The substrate 15 is a so-called cemented carbide. In the degreasing step, each was held at 200 ° C. and 300 ° C. for 1 hour in a vacuum, then heated to 450 ° C. and held for 1 hour. At this time, CO 2 gas was introduced into the degreasing furnace at a pressure of 3 kPa at a process of 450 ° C.
  • the substrate had a binder phase enriched layer.
  • a first layer was formed on the surface of these substrates by CVD deposition under the film formation conditions shown in Table 2. Further, a second layer was formed on the first layer. Furthermore, a third layer was formed on the second layer.
  • CTiW between the substrate and the coating layer was observed by magnifying the cross section of the obtained insert to 80,000 times to 200,000 times using a transmission analytical electron microscope JEM-2010F (UHR) manufactured by JOEL. The presence or absence of the compound was confirmed. Further, the shape of the TiN particles in the first layer was measured. Further, it was confirmed by X-ray diffraction whether or not the substrate contained Co 0.93 W 0.07 . The composition of each compound was confirmed by thin film quantification using the same apparatus. Table 2 shows the presence or absence of the CTiW compound in each sample.
  • the sample No. 1 whose TiCl 4 concentration is 1.0 mol% or more. Nos. 4 to 5 and 8 had a CTiW compound between the substrate and the coating film.
  • the CTiW compound contained C, Ti, and W in a total of 80 atm% or more, C contained 58 to 80 atm%, Ti contained 7 to 25 atm%, and W contained 1 to 15 atm%.

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Abstract

本開示のインサートは、基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備する。前記基体は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相と、を有する。前記基体と前記被覆層との間に、ＣとＴｉとＷとを含有し、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たすＣＴｉＷ化合物が位置している。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置するポケットに位置する上述のインサートとを備える。

Description

インサート及びこれを備えた切削工具
　本開示は、切削加工において用いられるインサート及びこれを備えた切削工具に関する。
　現在、切削工具や耐摩耗性部材、摺動部材等の耐摩耗性や摺動性、耐チッピング性を必要とする部材の基体として、チタン（Ｔｉ）を主成分とするサーメットが広く使われている。
　例えば、特許文献１では、コバルト（Ｃｏ）およびニッケル（Ｎｉ）を主体とする結合相成分を含有し、表面部に金属結合相構成成分からなる溶出合金相を形成し、さらにその上に拡散防止作用を有するＴｉＮ層を設けることで、欠けやチッピングの発生を抑制した表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削工具が開示されている。
特許第５９８９９３０号
　本開示のインサートは、基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備する。前記基体は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相と、を有する。前記基体と前記被覆層との間に、ＣとＴｉとＷとを含有し、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たすＣＴｉＷ化合物が位置している。また、本開示の切削工具は、第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、前記ポケットに位置するポケットに位置する上述のインサートとを備える。
図１は、本開示のインサートの一例を示す斜視図である。 図２は、本開示のインサートの表面付近の断面の拡大概要図である。 図３は、本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
　＜インサート＞
　以下、本開示のインサートについて、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、本開示のインサートは、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
　本開示のインサート１は、図１、２に示すように基体３を有する。本開示のインサート１は基体３の少なくとも一部を覆う被覆層５を具備している。
　本開示のインサート１の形状は、例えば、四角板形状であって、図１における上面は、いわゆるすくい面である。また、上面の反対に下面を有し、上面と下面との間にそれぞれに繋がる側面を有する。側面において少なくても一部は、いわゆる逃げ面である。
　本開示のインサート１は、上面と側面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。言い換えれば、すくい面と逃げ面とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃７を有している。
　インサート１においては、すくい面の外周の全体が切刃７となっていてもよいが、インサート１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形のすくい面における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃７を有するものであってもよい。
　インサート１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、すくい面の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、インサート１の厚みは、例えば１～２０ｍｍ程度に設定される。
　本開示のインサート１の基体３は、Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、Ｃｏを含有する結合相と、を含有するサーメットからなる。サーメットは、いわゆるＴｉＣＮ基サーメットである。具体的には、サーメットとして、ＴｉＣＮに加え、ＴｉＣ又はＴｉＮ等を含有するものが挙げられる。
　また、本開示のインサート１は、図２に示すように基体３の上に被覆層５を有している。このようにインサート１が被覆層５を有するため、インサート１の耐摩耗性が高い。
　被覆層５は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成されるものであってもよい。被覆層５は、基体３に近い側から、例えば、複数のＴｉＮ粒子を含む第１層５ａ、複数のＴｉＣＮ粒子を含む第２層５ｂ、複数のＡｌ2Ｏ3粒子を含む第３層５ｃの順番で配置してもよい。
　本開示のインサート１は、図２に示すように、基体３と被覆層５との間に、ＣとＴｉとＷとを含有し、ａｔｍ％における含有量が、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たすＣＴｉＷ化合物２５が位置している。
　ＣＴｉＷ化合物２５は、ＣとＴｉとＷとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを５８～８０ａｔｍ％、Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、Ｗを１～１５ａｔｍ％含有していてもよい。
　以上説明したＣＴｉＷ化合物２５を有する本開示のインサート１は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。
　また、基体は、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有していてもよい。これにより、耐摩耗性、耐欠損性に優れたインサート１となる。なお、Ｃｏ0.93Ｗ0.07は、ＪＣＰＤＳカードのＰＤＦ：０１－０７１－７５０９で示される結晶である。
　本開示のインサート１は、Ｘ線回折による結晶相解析において、総結晶に占める、前記Ｃｏ0.93Ｗ0.07の割合が、５～１０であってもよい。また、８～１０であってもよい。このようにＣｏ0.93Ｗ0.07の含有量が多いと、基体３の耐摩耗性、耐欠損性が高い。
　上記のＣｏ0.93Ｗ0.07の割合は、Ｘ線装置：ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製　Ｘ’Ｐｅｒｔ　Ｐｒｏ　２θ：１０～１００、解析ソフトＲＩＥＴＡＮ－ＦＰを用いたリードベルト法により、検出された全ての結晶の割合にしめるＣｏ0.93Ｗ0.07の割合を計算したものである。
　また、本開示のインサート１は、結合相の総量に占めるＣｏの含有量を９９．０質量％以上としてもよい。また、さらに９９．５質量％以上としてもよい。結合相としては、Ｃｏ以外に、Ｆｅ、Ｎｉ等を含むことができる。結合相が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉを含むものである場合、このＣｏの含有量（質量％）は、インサートに含まれるＣｏ、Ｆｅ、Ｎｉの質量を測定し、その総量でＣｏの質量を割って１００倍した値である。言い換えると、本開示のインサート１に含まれる結合相中のＦｅおよびＮｉの総量は１質量％未満としてもよい。このように結合相として機能する金属をほぼＣｏのみとすると、Ｃｏ0.93Ｗ0.07が基体３に適度に分散し、耐摩耗性、耐欠損性が高い基体３が得られやすい。結合相がＣｏのみである場合、例えば、硬質相の原料粉末として平均粒径は、１μｍ以下、さらには、０．６μｍ以下であってもよい。なお、基体３に占めるＣｏの含有量は、１６質量％以上であってもよい。
　また、結合相として、ＦｅおよびＮｉを含むときには、硬質相と結合相の濡れ性が向上する。　また、第１層５ａは、基体３の表面に垂直な断面において、ＴｉＮ粒子の基体３の表面に平行な方向の幅（以下、ＴｉＮ粒子の幅ともいう）を２５ｎｍとしてもよい。このような構成を有すると第１層５ａと基体３との密着性が優れる。また、第１層５ａとＣＴｉＷ化合物２５との密着性が優れる。また、被覆膜５は、耐摩耗性に優れる。
　なお、ＴｉＮ粒子の幅の測定は、基体３の表面から、０．０５μｍの位置で測定するとよい。また、基体３が第１化合物２１で覆われている場合には、第１化合物２１の表面から０．０５μｍの位置で測定するとよい。第１層５ａの厚みが、０．０５μｍ以下の場合には、第１層５ａの厚みの半分の位置でＴｉＮ粒子の幅を測定するとよい。また、ＴｉＮ粒子の幅は、上記の位置で測定した２０個のＴｉＮ粒子の幅の平均値である。
　また、基体３の表面に垂直な断面における、基体３の表面に平行な方向のＴｉＮ粒子の幅に対する、基体の表面に垂直な方向のＴｉＮ粒子の高さの比（以下、アスペクト比ともいう）が、１．０～１．７の範囲であってもよい。このような構成を有すると、第１層５ａと基体３との密着力が優れる。
　なお、ＴｉＮ粒子のアスペクト比は、基体３の表面から、０．０５μｍまでの位置に存在するＴｉＮ粒子で測定するとよい。アスペクト比は、ＴｉＮ粒子の２０個の平均値である。
　また、第１層５ａの厚みは、０．１～１．０μｍであってもよい。第１層５ａの厚みが、０．１μｍ以上であると、基体３に含まれる結合相成分が被膜へ拡散することを抑制し、耐チッピング性に優れる。第１層５ａの厚みが、１．０μｍ以下であると、上層の第２層５ｂに含まれるＴｉＣＮ粒子が微細になり耐摩耗性に優れる。特に、第１層５ａの厚みは、０．３～０．７μｍとしてもよい。
　図２に示す例では、インサート１は、基体３の上に第１層５ａを有している。また、第１層５ａの上に第２層５ｂを有している。ＴｉＣＮ層５ｂにはＴｉＣＮ結晶であるＴｉＣＮ粒子が含まれている。基体３は、２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6／℃以上であってもよい。ＴｉＣＮ結晶の熱膨張係数は、８×１０-6／℃程度であり、基体３の熱膨張係数を９．０×１０-6／℃以上とすると、第２層５ｂの熱膨張係数は基体３の熱膨張係数よりも小さい。第２層５ｂは、基体３と第１層５ｃとの間にあって、第１層５ｃが剥がれてしまうことを抑制するとともに、アブレシブ摩耗を抑制する。
　第３層５ｃにはＡｌ2Ｏ3結晶であるＡｌ2Ｏ3粒子が含まれている。Ａｌ2Ｏ3結晶の熱膨張係数は、７．２×１０-6／℃程度であり、基体３及び第２層５ｂの熱膨張係数よりも小さい。基体３と第２層５ｂとは、直接接触していてもよく、両者の間に、例えば、図２の例のように第１層５ａが位置していてもよい。この第１層５ａは、純粋なＴｉＮ粒子のみから構成される必要はなく、例えば、ＯやＣを含有していてもよい。また、第２層５ｂと第３層５ｃとは直接接触していてもよく、両者の間に、例えば、ＴｉＮ層（図示しない）が位置していてもよい。
　このような構成を有するインサート１では、基体３の熱膨張係数と、第３層５ｃの厚みを調整することで、第２層５ｂ及び第３層５ｃに適度な圧縮応力を掛けることができる。例えば、第３層５ｃの厚みは、２μｍ以上である。
　そして、第２層５ｂに掛かる圧縮応力を２５０～５００ＭＰａとし、第３層５ｃに掛かる圧縮応力を４５０ＭＰａ以上とし、第２層５ｂに掛かる圧縮応力よりも第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値を大きくしてもよい。このような構成を有すると、インサート１は、耐摩耗性及び耐久性に優れる。
　なお、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力は、例えば、２Ｄ法を用いた測定に基づき判断すればよい。具体的には、逃げ面における切刃７から１ｍｍ以上離れた部分を測定位置とし、Ｘ線回折ピークを測定する。測定結果から特定された結晶構造に関して、測定結果における２θの値が、ＪＣＰＤＳカードに記載された基準となる２θの値に対してどのようにずれているかを確認して求めることができる。
　ここで、残留応力がマイナスの値である場合、残留応力は、圧縮応力である。圧縮応力の値を示す場合には、マイナスを付けず、絶対値で表現する。
　基体３の熱膨張係数が大きくなると、第２層５ｂ及び第３層５ｃに掛かる圧縮応力の値は大きくなる傾向にある。
　被覆層５を構成する第２層５ｂと第３層５ｃとを比較すると、第３層５ｃの方が基体３から離れた位置にある。したがって、このような構成を有する切削工具１を用いて被加工物を加工するとき、第２層５ｂよりも先に第３層５ｃが被加工物と接触することになる。第３層５ｃが、Ａｌ2Ｏ3粒子を含むものであり、２μｍ以上の厚みを有するときに、耐摩耗性、耐酸化性が高い。また、第３層５ｃの厚みは、２．５μｍ以上、８．０μｍ以下としてもよい。このような構成を有するインサート１は、さらに耐摩耗性及び耐酸化性に優れる。
　第２層５ｂと第３層５ｃの機能を考慮すると、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和は、７μｍ以上、１８μｍ以下としてもよい。また、８μｍ以上、１６μｍ以下としてもよい。
　第２層５ｂは、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下としてもよい。このような範囲とすると、インサート１は、耐摩耗性と耐チッピング性に優れる。
　また、第３層５ｃの厚みは、第２層５ｂの厚みと第３層５ｃの厚みの和に対して、０．２～０．４倍としてもよい。このような構成のインサート１は、耐摩耗性及び耐チッピング性に優れる。
　また、第３層５ｃは、基体３の主面に垂直な方向に沿うように、Ａｌ2Ｏ3結晶のＣ軸が配向していてもよい。他の言い方をすると、α－Ａｌ2Ｏ3結晶を含有しており、そのα－Ａｌ2Ｏ3結晶が基体３の主面に対して、垂直方向に延びる柱状になっていてもよい。また、本開示のインサート１における基体３には、表面において、基体３の内部よりも結合相の割合が多い結合相富化層が存在していてもよい。この結合相富化層の厚みは、１μｍ以上、１０μｍ以下であってもよい。
　以下に本開示のインサートの製造方法を説明する。
　表１に、後述する実施例で用いたインサートの基体となる原料粉末の割合を示す。各原料の平均粒径は、全て１μｍ以下のものを用いた。これらの原料粉末は、一般的に、サーメットの製造で用いられるものである。
　本開示のインサートは、基体の組成及び被覆層の生成条件を工夫することで得ることができる。また、被覆膜はＣＶＤ法によって形成するとよい。
　基体の原料の調合の際に、含有するＣの量を調整することで、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有する基体を得ることができる。原料中のＣの量は、調合組成比でＣ／（硬質相）＝８．０～９．１とするとよい。Ｃ／（硬質相）を９．１以下とすると、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有する基体を得ることができる。Ｃ／（硬質相）を８．０以上とすると、η相が増加することを抑制できるため、相対的にＣｏ0.93Ｗ0.07が減少することを抑制できる。
　なお、原料中のＣの量とは、炭素として加えるＣのほかに、例えば、各原料粉末に含まれるＣも含まれる。また、硬質相とは、インサート中に硬質相として存在しうるものを指し、例えば、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣｏやＭｎ、Ｍｏの金属や酸化物、炭酸化物は含まれない。
　このような組成範囲の原料粉末にバインダーを添加した後、例えば、プレス成型によって、所望の形状に整え、バインダー成分を除去する脱脂工程の後、例えば、窒素や真空雰囲気で、１５００～１５５０℃の温度域で焼成することで、緻密質の基体が得られる。
　なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持する。このとき、４５０℃の工程で、原料として加えたＣが減少するのを抑制するため、ＣＯ2ガスを１～５ｋＰａの圧力となるように脱脂炉に導入する。このようにすることで、Ｃ量を精密に制御することができる。
　基体は、２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6以上とするとよい。
　次に、被覆層を設ける。被覆層を設ける場合には、例えば、基体の表面に第１層を形成する。さらに第１層の上に、第２層を形成する。さらに、その上に第３層を形成する。第１層、第２層及び第３層は、化学蒸着（ＣＶＤ）法によって形成するとよい。このＣＶＤ蒸着法によって、成膜する際の成膜温度が高いほど、成膜された膜に掛かる圧縮応力は大きくなる。そこで、必要に応じて成膜温度を調整するとよい。
　また、基体の表面に平行な方向の幅が２５ｎｍ未満の微細なＴｉＮ粒子を有する第１層を得るには、基体に含まれる結合相成分のうち、Ｃｏの比率を９９．０質量％以上とするとよい。
　ＣＴｉＷ化合物を基体と被覆層の間に生成させるには、基体の上に第１層を形成する成膜条件でＴｉＣｌ4濃度を１．０ｍｏｌ％とするとよい。また、基体に含まれる結合相において、Ｃｏの割合が９７．０質量％以上となる組成とし、基体に含まれるＣｏの量を１０質量％以上とするとよい。
　第１層は、例えば、温度：８００～９００℃、圧力８～２０ｋＰａ、ＴｉＣｌ4濃度：１．０～２．５ｍｏｌ％、Ｎ2濃度：２５．０～４９．９ｍｏｌ％、Ｈ2濃度４０．０～７４．８ｍｏｌ％の条件で製膜するとよい。
　また、あるいは、予め、作製しておいたＣＴｉＷ化合物を所望に応じて基体の表面に付着させ、その後、被覆膜を形成することで本開示のインサートを得ることもできる。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図３に示すように、例えば、第１端（図３における上端）から第２端（図３における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図３に示すように、第１端側（先端側）にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記のインサート１とを備えている。切削工具１０１は、インサート１を備えているため、長期に渡り安定した切削加工を行うことができる。
　ポケット１０３は、インサート１が装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３にはインサート１が位置している。このとき、インサート１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、インサート１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
　インサート１は、すくい面及び逃げ面が交わる稜線における切刃７として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、インサート１は、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサート１の貫通孔１７に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサート１がホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
　本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具１０１を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工、溝入れ加工及び端面加工などが挙げられる。なお、切削工具１０１としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具１０１に上記の実施形態のインサート１を用いてもよい。
　以下に、本開示のインサートについて、説明する。
　基体は、以下のように作製した。表１に示す割合の原料粉末を用いて工具形状の成形体を作製し、バインダー成分を除去した後、焼成して、基体を作製した。これらの試料のうち、試料Ｎｏ．１～１４の基体は、いわゆるサーメットである。試料Ｎｏ．１５の基体は、いわゆる超硬合金である。なお、脱脂工程では、真空中で２００℃、３００℃でそれぞれ１時間保持し、その後、４５０℃まで昇温し、１時間保持した。このとき、４５０℃の工程で、ＣＯ2ガスを３ｋＰａの圧力で脱脂炉に導入した。
　焼成工程を経て得られた、これらの基体の表面について、観察したところ、いずれの基体についてもＣＴｉＷ化合物は確認されなかった。基体は、結合相富化層を有していた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　これらの基体の表面に、ＣＶＤ蒸着法にて、表２に示す成膜条件で第１層を形成した。さらに第１層の上に第２層を形成した。さらに、第２層の上に第３層を形成した。
　得られたインサートの断面をＪＯＥＬ社製透過型分析電子顕微鏡ＪＥＭ－２０１０Ｆ（ＵＨＲ）を用いて、８０，０００倍～２００，０００倍に拡大して観察することで基体と被覆層の間のＣＴｉＷ化合物の有無を確認した。また、第１層のＴｉＮ粒子の形状を測定した。また、Ｘ線回折により、基体がＣｏ0.93Ｗ0.07を含有するか否かを確認した。なお、各化合物の組成は、同装置を用いた薄膜定量法で確認した。表２に各試料におけるＣＴｉＷ化合物の有無を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　第１層の成膜条件において、ＴｉＣｌ4濃度が、１．０ｍｏｌ％以上である試料Ｎｏ．４～５、８は、基体と被覆膜の間にＣＴｉＷ化合物を有していた。
　ＣＴｉＷ化合物は、ＣとＴｉとＷとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、Ｃを５８～８０ａｔｍ％、Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、Ｗを１～１５ａｔｍ％含有していた。
　なお、基体として、超硬合金を用いた試料Ｎｏ．１５では、ＣＴｉＷ化合物は確認されなかった。
　得られたインサートは、以下の条件で、切削試験を行った。
（耐摩耗性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：切削長５．０ｋｍ切削した時点での逃げ面摩耗幅（μｍ）
（耐チッピング性試験）
被削材：ＳＡＰＨ４４０　１２本溝(１０ｍｍ幅)付き
切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．２５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数（回）
　ＣＴｉＷ化合物を有する試料は優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。また、ＴｉＮ粒子の幅が、２５ｎｍ以下の試料も優れた耐摩耗性、耐チッピング性を示した。
　以上説明した、本開示のインサート及びこれを備えた切削工具は、一例であり、本願の要旨を逸脱しない限り、異なる構成を有していてもよい。
　　１・・・インサート
　　３・・・基体
　　５・・・被覆膜
　　５ａ・・第１層
　　５ｂ・・第２層
　　５ｃ・・第３層
　　７・・・切刃
　　１７・・貫通孔
　　２５・・ＣＴｉＷ化合物
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (10)

  1. 　基体と、該基体の表面を被覆する被覆層とを具備するインサートであって、
    　前記基体は、
    　　Ｔｉを含む炭窒化物を含有する硬質相と、
    　　Ｃｏを含有する結合相と、
    　　を有し、
    　前記基体と前記被覆層との間に、ＣとＴｉとＷとを含有し、Ｃ＞Ｔｉ＞Ｗの関係を満たすＣＴｉＷ化合物が位置している、インサート。
  2. 　前記ＣＴｉＷ化合物は、前記Ｃと前記Ｔｉと前記Ｗとを総和で８０ａｔｍ％以上含有し、前記Ｃを５８～８０ａｔｍ％、前記Ｔｉを７～２５ａｔｍ％、前記Ｗを１～１５ａｔｍ％含有する請求項３に記載のインサート。
  3. 　前記基体は、Ｃｏ0.93Ｗ0.07を含有する、請求項１または２に記載のインサート。
  4. 　前記被覆層は、基体側にＴｉＮ粒子を有する第１層層を有し、該ＴｉＮ粒子は、前記基体の表面に垂直な断面における前記基体の表面に平行な方向の幅が２５ｎｍ以下である請求項１～３のいずれかに記載のインサート。
  5. 　前記ＴｉＮ粒子は、前記基体の表面に垂直な断面における、前記基体の表面に平行な方向の前記ＴｉＮ粒子の幅に対する、前記基体の表面に垂直な方向のＴｉＮ粒子の高さの比が、１．０～１．７である、請求項１～４のいずれかに記載のインサート。
  6. 　前記基体は、
    　　２５～１０００℃における熱膨張係数が９．０×１０-6／℃以上であり、
    　前記被覆層は、
    　　前記第１層と、
    　　該第１層の上に位置し、ＴｉＣＮを含有する第２層と、
    　　該第２層の上に位置し、Ａｌ2Ｏ3を含有する第３層と、を有し、
    　前記２層は、
    　　圧縮応力が２５０～５００ＭＰａであり、
    　前記３層は、
    　　２μｍ以上の厚みを有し、圧縮応力が４５０ＭＰａ以上であり、前記第２層よりも圧縮応力の値が大きい、請求項４または５に記載のインサート。
  7. 　前記第３層は、厚みが２．５μｍ以上、８．０μｍ以下である、請求項６に記載のインサート。
  8. 　前記第２層は、厚みが５μｍ以上、１０μｍ以下である、請求項６または７に記載のインサート。
  9. 　前記第３層の厚みは、前記第２層の厚みと前記第３層の厚みの和の０．２～０．４倍の範囲である、請求項６～８のいずれかに記載のインサート。
  10. 　第１端から第２端に向かって延び、前記第１端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～９のいずれかに記載のインサートと、を備えた切削工具。
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