WO2022085450A1 - 被覆工具及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

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WO2022085450A1
WO2022085450A1 PCT/JP2021/036959 JP2021036959W WO2022085450A1 WO 2022085450 A1 WO2022085450 A1 WO 2022085450A1 JP 2021036959 W JP2021036959 W JP 2021036959W WO 2022085450 A1 WO2022085450 A1 WO 2022085450A1
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WO
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layer
covering tool
phase enriched
bonded phase
tool
Prior art date
Application number
PCT/JP2021/036959
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English (en)
French (fr)
Inventor
涼馬 野見山
綾乃 田中
Original Assignee
京セラ株式会社
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Publication date
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Priority to JP2022557406A priority patent/JP7471440B2/ja
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22—Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30—Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/36—Carbonitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148—Composition of the cutting inserts
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/16—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with exchangeable cutting bits or cutting inserts, e.g. able to be clamped
    • B23B27/1644—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material with exchangeable cutting bits or cutting inserts, e.g. able to be clamped with plate-like cutting inserts of special shape clamped by a clamping member acting almost perpendicularly on the chip-forming plane and at the same time upon the wall of a hole in the cutting insert
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/06—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the coating material
    • C23C14/08—Oxides
    • C23C14/081—Oxides of aluminium, magnesium or beryllium
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23B2200/00—Details of cutting inserts
    • B23B2200/36—Other features of cutting inserts not covered by B23B2200/04 - B23B2200/32
    • B23B2200/3618—Fixation holes

Definitions

  • This disclosure relates to a covering tool used in cutting and a cutting tool equipped with the covering tool.
  • cermets containing titanium (Ti) as the main component are widely used as a substrate for members that require wear resistance, sliding property, and chipping resistance, such as cutting tools, wear-resistant members, and sliding members. There is.
  • Patent Document 1 describes a surface-coated titanium nitride-based cermet cutting insert having a through hole for attachment to a tool body.
  • Patent Document 1 describes that a metal stain layer is provided on the inner surface of the mounting through hole in order to provide an insert with less abnormal damage even in high-load cutting.
  • the coating tool of the present disclosure is a coating tool including a substrate which is a cermet containing hard particles and a bonded phase, and a coating layer located on the substrate.
  • the covering tool includes a first surface, a second surface, a cutting edge located at least a part of the ridgeline of the first surface and the second surface, and a third surface and a first surface located opposite to the first surface. It has a through hole extending from the third surface to the third surface.
  • the inner wall constituting the through hole has a bound phase enriched layer having a higher content of the bound phase than the inside of the substrate, at least in the central portion.
  • the thickness T1 of the bonded phase enriched layer in the central portion is thicker than the thickness T2 of the bonded phase enriched layer at the end portion of the inner wall.
  • the coating layer is located at least above the bound phase enriched layer.
  • the coating layer has a first layer containing cubic titanium nitride.
  • the first layer has an orientation coefficient Tc (220) of titanium carbonitride obtained by X-ray diffraction analysis of 3.0 or more.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 3 is an enlarged schematic view of a cross section of the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 4 is an enlarged schematic view of a cross section of another form of the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 5 is an enlarged schematic view of a cross section of another form of the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 6 is a schematic enlarged view of the covering layer included in the covering tool of the present disclosure.
  • FIG. 7 is a plan view showing an example of the cutting tool of the present disclosure.
  • FIG. 8 is an enlarged schematic view of a cross section of the covering tool in the cutting tool of the present disclosure.
  • the covering tool of the present disclosure will be described in detail with reference to the drawings.
  • each figure referred to below is shown in a simplified manner only for the main members necessary for explaining the embodiment for convenience of explanation. Accordingly, the coated tools of the present disclosure may include any component not shown in each referenced figure. Further, the dimensions of the members in each drawing do not faithfully represent the dimensions of the actual constituent members and the dimensional ratio of each member. These points are the same for the cutting tool described later.
  • the present disclosure provides a covering tool with less abnormal damage and a cutting tool equipped with the covering tool.
  • the coated tool of the present disclosure has a substrate which is a cermet containing hard particles and a bonded phase.
  • the hard particles are, for example, TiCN, TiC, TiN, (TiM) CN (M is one or more selected from W, Nb, Ta, Mo, and V).
  • the bonded phase is mainly composed of an iron group metal such as Ni or Co.
  • the main component occupies 50% by mass or more of the constituent components.
  • the shape of the covering tool 1 of the present disclosure may be, for example, a square plate shape.
  • the first surface 5 which is the upper surface in FIG. 1 is a so-called rake surface.
  • the covering tool 1 has a second surface 7 which is a side surface connected to the first surface 5.
  • the covering tool 1 has a third surface 9 which is a lower surface located opposite to the first surface 5.
  • the second surface 7 is connected to each of the first surface 5 and the third surface 9.
  • the covering tool 1 of the present disclosure has a cutting edge 11 located at least a part of the ridgeline where the first surface 5 and the second surface 7 intersect.
  • the covering tool 1 of the present disclosure has a cutting edge 11 located at least a part of the ridgeline where the rake face and the flank face intersect.
  • the cutting edge 11 has a fourth surface continuous with the first surface 5 and the second surface 7.
  • the fourth surface may be a C surface (Chamfer surface) in which the corner portions of the first surface 5 and the second surface 7 are cut diagonally and linearly. Further, the fourth surface may be an R surface (round surface) in which the corners of the first surface 5 and the second surface 7 are rounded.
  • the entire outer circumference of the first surface 5 may be the cutting edge 11, but the covering tool 1 is not limited to such a configuration, and for example, one side on a quadrangular rake surface. Only, in other words, one having a cutting edge 11 on one of the four fourth surfaces may be used.
  • the covering tool 1 of the present disclosure has a through hole 15 penetrating the substrate 3 from the first surface 5 to the third surface 9.
  • the inner wall 17 constituting the through hole 15 has a bonded phase enriched layer 19 at least in the central portion 17a.
  • the bonded phase enriched layer 19 is a region containing hard particles and a bonded phase and having a higher content of the bonded phase than the inside of the substrate 3.
  • the inside of the substrate 3 means a portion separated from the surface of the substrate 3 by 500 ⁇ m or more.
  • the bonded phase enriched layer 19 does not have to be present in all of the inner walls 17 of the through hole 15, and may be located at least in the central portion 17a.
  • the central portion 17a is in the middle when the through hole 15 is divided into nine equal parts in the depth direction. Further, the end portion 17b is an end when the through hole 15 is divided into nine equal parts in the depth direction.
  • the thickness T1 of the coupled phase enriched layer 19 in the central portion 17a of the inner wall 17 constituting the through hole 15 is the end portion of the inner wall 17 constituting the through hole 15. It is thicker than the thickness T2 of the bonded phase enriched layer 19 in 17b.
  • the thickness T1 of the bound phase enriched layer 19 in the central portion 17a and the thickness T2 of the coupled phase enriched layer 19 in the end portion 17b are average values, respectively.
  • the thickness T1 and the thickness T2 may be measured by observing the cross section of the covering tool 1 with a metallurgical microscope or an electron microscope. It is not necessary that the bonded phase enriched layer 19 is present at the end portion 17b.
  • the covering tool 1 of the present disclosure has such a configuration, it is possible to prevent the covering tool 1 from being abnormally damaged starting from the inner wall 17 to which a large force is applied when fixing to a holder (not shown).
  • FIG. 6 is a schematic enlarged view of the covering layer included in the covering tool 1 of the present disclosure. As shown in FIG. 6, the covering tool 1 has a covering layer 30.
  • the coating layer 30 is located at least on the bonded phase enriched layer 19.
  • the covering layer 30 may be located on the first surface 5 or may be located on a surface other than the first surface 5 of the substrate 3.
  • the covering layer 30 improves characteristics such as wear resistance and chipping resistance of the covering tool 1 in cutting.
  • the covering layer 30 has a first layer 31 and a second layer 32.
  • the first layer 31 is located on the first surface 5 and contains cubic titanium nitride. Further, the second layer 32 is located in contact with the first layer 31.
  • the second layer 32 may contain, for example, aluminum oxide (Al 2 O 3 ).
  • a titanium nitride layer 33 may be provided between the first layer 31 and the substrate 3. With such a configuration, the bondability between the substrate 3 and the first layer 31 is high.
  • the first layer 31 has a titanium nitride titanium layer 34.
  • the first layer 31 may contain, for example, carbides, nitrides, oxides, carbonic acid oxides, and carbonic acid nitrogen oxides of titanium. Further, the first layer 31 may have a single layer structure as long as it contains cubic titanium nitride, or may have a structure in which a plurality of layers are laminated.
  • the main components of the titanium nitride layer 33 and the titanium nitride layer 34 are titanium nitride and titanium carbonitride, respectively.
  • the "principal component” means that the component has the largest mass% value as compared with other components.
  • the titanium nitride layer 33 and the titanium nitride layer 34 may contain components other than titanium nitride and titanium carbonitride, respectively.
  • the covering layer 30 may be composed of only the first layer 31 and the second layer 32, or may have a layer other than these layers. For example, another layer may be present between the substrate 3 and the first layer 31, and another layer may be present on the second layer 32.
  • the first layer 31 is located at least above the bound phase enriched layer 19.
  • the first layer 31 has a portion having a higher hardness than the bonded phase enriched layer 19. Having such a configuration increases the wear resistance of the clamp portion.
  • the first layer 31 may be formed by a CVD method or a PVD method.
  • the first layer 31 has a maximum peak on the (220) plane of the crystal planes of cubic titanium nitride by X-ray diffraction (XRD: X-Ray Diffraction) analysis.
  • the orientation coefficient Tc (220) of titanium carbonitride by X-ray diffraction analysis is 3.0 or more.
  • (HKL) is all the crystal planes of (111), (200), (220), (311), (331), (420), and (422). Further, (hkl) is each crystal plane.
  • I (HKL) and I (hkl) are the peak intensities of the peaks attributed to each crystal plane detected in the X-ray diffraction analysis of the cubic titanium nitride of the first layer 31.
  • I 0 (HKL) and I 0 (hkl) are JCPDS card No. It is the standard diffraction intensity of each crystal plane described in 00-042-1489.
  • the orientation coefficient Tc (hkl) may be measured from the flat upper surface of the first layer 31, for example, the second surface 7.
  • Examples of the second layer 32 containing aluminum oxide include ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ), ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ) and ⁇ -alumina ( ⁇ -Al 2 O 3 ). ) Etc. can be mentioned. Of these, when the second layer 32 contains ⁇ -alumina, the heat resistance of the covering tool 1 can be enhanced.
  • the second layer 32 may be configured to contain only one of the above compounds, or may be configured to contain a plurality of the above compounds.
  • Which of the above compounds the aluminum oxide contained in the second layer 32 is can be evaluated by, for example, performing X-ray diffraction (XRD) analysis and observing the distribution of peak values.
  • XRD X-ray diffraction
  • the first layer 31 may contain a component other than titanium nitride.
  • the second layer 32 may contain a component other than aluminum oxide.
  • the first layer 31 may contain aluminum oxide.
  • the second layer 32 may contain a titanium compound such as titanium carbonitride. In such a case, the bondability of the first layer 31 and the second layer 32 is improved.
  • the bonded phase enriched layer 19 has a lower hardness than the substrate 3, and has a higher hardness than the metal shimidashi layer as described in Cited Document 1. Therefore, the bond phase enriched layer 19 is less deformed than the metal shimidashi layer.
  • the size of the covering tool 1 is not particularly limited, but for example, the length of one side of the rake face is set to about 3 to 20 mm. Further, the thickness of the covering tool 1 is set to, for example, about 1 to 20 mm. Further, in FIG. 1, the rectangular covering tool 1 is illustrated, but it may be triangular or disk-shaped, for example.
  • the covering tool 1 of the present disclosure may have a diameter-expanded portion 21 connected to the inner wall 17. There is a step at the boundary between the through hole 15 and the enlarged diameter portion 21.
  • the bonded phase enriched layer 19 does not exist on the inner wall of the enlarged diameter portion 21, but the coupled phase enriched layer 19 may also be present on the enlarged diameter portion 21.
  • the enlarged diameter portion 21 is not included in the through hole 15.
  • the enlarged diameter portion 21 is a so-called counterbore surface.
  • the diameter of the enlarged diameter portion 21 is 300 ⁇ m or more larger than the diameter of the through hole 15.
  • the thickness T1 of the bonded phase enriched layer 19 in the central portion 17a may be 1 ⁇ m or more. Further, the thickness T1 may be 20 ⁇ m or less. According to such a configuration, abnormal damage of the covering tool 1 is suppressed.
  • the thickness T1 may be 3 ⁇ m or more. Further, the thickness T1 may be 10 ⁇ m or less.
  • the thickness T2 of the bonded phase enriched layer 19 at the end portion 17b may be 0.2 ⁇ m or more. Further, the thickness T2 may be 6 ⁇ m or less. According to such a configuration, abnormal damage of the covering tool 1 is suppressed.
  • the diameter R1 at the central portion 17a may be larger than the diameter R2 at the end portion 17b. With such a configuration, the contact area between the clamp and the inner wall 17 becomes large, and the clamping force increases.
  • the diameter R1 at the central portion 17a may be 5 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less larger than the diameter R2 at the end portion 17b. With such a configuration, abnormal damage to the covering tool 1 is suppressed.
  • the hardness of the bonded phase enriched layer 19 in the central portion 17a may be 10 GPa or more and 20 GPa or less. According to such a configuration, when the clamp pins come into contact with each other, the coupled phase enriched layer 19 is appropriately deformed and the clamping force is increased.
  • the hardness of the bonded phase enriched layer 19 in the central portion 17a may be measured by measuring the exposed bonded phase enriched layer 19 in the cross section of the covering tool 1 by using a nanoindentation method.
  • the bonded phase enriched layer 19 in the central portion 17a may have a metal layer (not shown) having a higher content of the bonded phase than the bonded phase enriched layer 19 on the through shaft side of the through hole 15.
  • This metal layer does not include a hard layer and is composed only of metal. With such a configuration, the metal layer functions as a cushioning material between the clamp described later and the bonded phase enriched layer 19, so that abnormal damage to the covering tool 1 is suppressed.
  • the thickness of the metal layer may be 0.3 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the raw material powder used in the production of the coated tool of the present disclosure is generally used in the production of cermet.
  • the substrate may contain, for example, 40% by mass or more and 80% by mass or less of TiCN which is a hard particle, and 6% by mass or more and 30% by mass or less of Co which is a bonding phase. Further, in order to further improve the characteristics, the substrate may contain WC, TaC, NbC, Mo 2C , VC, ZrC and the like.
  • the raw material having the above composition is molded into a shape having a space that becomes a through hole after firing. Then, for example, firing is performed at a temperature of 1400 ° C. or higher and 1600 ° C. or lower.
  • This firing atmosphere may be set to an N2 partial pressure atmosphere.
  • the N2 partial pressure is 1 kPa or more
  • the thickness of the bonded phase enriched layer after firing becomes thick.
  • the average particle diameter d50 of the hard particles used as a raw material is 0.7 ⁇ m or less
  • the bonded phase has a metal layer having a higher content of the bonded phase than the bonded phase enriched layer on the through axis (not shown) side of the through hole. An enriched layer is obtained.
  • the molding pressure is high during the above molding, deformation during firing can be suppressed.
  • the molding pressure is reduced during molding, the diameter R1 at the central portion of the inner wall tends to be larger than the diameter R2 at the end portion. Since the relationship between the forming pressure and the deformation changes depending on the composition and the firing temperature, various combinations may be adjusted.
  • a brush that rotates after firing is inserted into the through hole from both ends of the through hole to polish the inner wall of the through hole, and the thickness T1 of the bonded phase enriched layer at the central portion is the thickness of the bonded phase enriched layer at the end. Process it so that it is thicker than T2.
  • the brush may be inserted from both sides of the through hole, or may be inserted from one side in two steps.
  • a coating layer is formed on the surface of the substrate by a chemical vapor deposition (CVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • the titanium nitride layer in the first layer is formed on the surface of the substrate.
  • Hydrogen gas includes titanium tetrachloride gas of 0.5% by volume or more and 10% by volume or less, nitrogen gas of 1% by volume or more and 60% by volume or less, and acetonitrile gas of 0.1% by volume or more and 3.0% by volume or less. Is mixed to prepare a first mixed gas. While introducing this first mixed gas into the chamber, the acetonitrile gas is increased by 0.4% by volume per hour from the start of film formation.
  • the first mixed gas is introduced into the chamber at a gas partial pressure of 6 kPa or more and 12 kPa or less to form a titanium carbonitride layer containing MT-titanium nitride in a temperature range of 830 ° C. or higher and 870 ° C. or lower.
  • the second layer 32 is formed into a film.
  • the film formation temperature is 950 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower
  • the gas pressure is 5 kPa or higher and 20 kPa or lower
  • the composition of the reaction gas is hydrogen gas, aluminum trichloride (AlCl 3 ) gas of 5% by volume or more and 15% by volume or less, and 0. .5% by volume or more and 2.5% by volume or less of hydrogen chloride (HCl) gas, 0.5% by volume or more and 5.0% by volume or less of carbon dioxide gas, and 0% by volume or more and 1% by volume or less of hydrogen sulfide ( H 2 S)
  • HCl hydrogen chloride
  • H 2 S hydrogen sulfide
  • the bonded phase enriched layer may be present in a region other than the through hole, for example, the first surface, the second surface, or the third surface, but if necessary, the bonded phase enriched layer may be present. May be removed.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-shaped body extending from the first end (upper end in FIG. 7) to the second end (lower end in FIG. 7).
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (tip side) and the above-mentioned covering tool 1 located in the pocket 103.
  • the clamp 107 is inserted into the through hole 15 (see FIG. 1) of the covering tool 1.
  • the clamp 107 is in direct or indirect contact with the coupled phase enrichment layer 19 (see FIG. 2) located at the central portion 17a.
  • Indirect contact between the clamp 107 and the bonded phase enriched layer 19 means a state in which a metal layer or a coating layer exists between the coupled phase enriched layer 19 and the clamp 107. Since the bonded phase enriched layer 19 with which the clamp 107 comes into contact is more easily deformed than the substrate 3, it is difficult to apply a strong force locally to the covering tool 1.
  • the coupling phase enriched layer 19 when the coupled phase enriched layer 19 is provided, the contact area between the clamp 107 and the coupled phase enriched layer 19 is large, so that the covering tool 1 is difficult to move in the pocket during cutting. Combined with such effects, the covering tool 1 of the present disclosure is unlikely to be abnormally damaged. Since the cutting tool 101 includes the covering tool 1, stable cutting can be performed for a long period of time.
  • the pocket 103 is a portion on which the covering tool 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 open on the first end side of the holder 105.
  • the covering tool 1 is located in the pocket 103. At this time, the lower surface of the covering tool 1 may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet (not shown) may be sandwiched between the covering tool 1 and the pocket 103.
  • the covering tool 1 is attached to the holder 105 so that at least a part of the portion used as the cutting edge 11 at the ridge line where the rake surface and the flank surface intersect protrudes outward from the holder 105.
  • the covering tool 1 is attached to the holder 105 by the clamp 107. That is, by inserting the clamp 107 into the through hole 15 of the covering tool 1, inserting the tip of the clamp 107 into the screw hole (not shown) formed in the pocket 103, and screwing the screw portions together, the covering tool 1 is attached to the holder 105.
  • Steel, cast iron, etc. can be used as the material of the holder 105.
  • steel having high toughness may be used.
  • the cutting tool 101 used for so-called turning is exemplified.
  • the turning process include inner diameter processing, outer diameter processing, grooving processing, end face processing and the like.
  • the cutting tool 101 is not limited to the one used for turning.
  • the covering tool 1 of the above embodiment may be used for the cutting tool 101 used for milling.
  • the covering tool of the present disclosure will be described below.
  • the substrate was prepared as follows. TiCN is 40% by mass, TiN is 12% by mass, WC is 20% by mass, NbC is 8% by mass, Co is 20% by mass, and other raw material powders containing unavoidable carbides.
  • a tool-shaped molded body having a through hole was produced by adjusting the shape to a desired shape. These raw material powders are generally used in the production of cermets.
  • the composition of the substrate of the present disclosure is also not special. Then, after removing the binder component, it was fired in a nitrogen atmosphere of 3 kPa at a temperature of 1530 ° C. for 1 hour to obtain a substrate having a bonded phase enriched layer having a metal layer on the inner wall of the through hole. .. Then, a coating film was formed on the substrate based on the above-mentioned film forming step of the coating layer.
  • the inner wall of the through hole was polished with a brush to prepare a covering tool having the configuration shown in Table 1.
  • the polishing time by the brush is lengthened.
  • the first surface, the second surface, and the third surface were blasted to remove the bonded phase enriched layer.
  • Polishing with a brush was performed by applying a polishing liquid of 0.1 to 3 ⁇ m diamond powder and lubricating oil to a pig bristle brush, and inserting the pig bristle brush into a through hole while rotating it.
  • the thickness at the center and the end of the bonded phase enriched layer, the diameter R1 at the center and R2 at the end were measured by the cross section obtained by cutting the substrate in the thickness direction at the plane including the through shaft.
  • the hardness of the bonded phase enriched layer was lower than the hardness inside the substrate.
  • the obtained covering tool was put in the pocket of the holder, a clamp was inserted into the through hole of the covering tool, and the covering tool was fixed with this clamp. Then, a cutting test was conducted under the following conditions.
  • the first layer of all the samples in Table 1 had an orientation coefficient Tc (220) of titanium carbonitride of 3.5 by X-ray diffraction analysis.
  • the sample No. which does not have the configuration of the covering tool of the present disclosure. Abnormal damage occurred in 1, 2 and 9. Abnormal damage was suppressed in the covering tool of the present disclosure. In addition, the covering tool was well held by the holder, and the surface roughness of the machined work material was also good.
  • the covering tool and the cutting tool provided with the covering tool described above are examples, and may have different configurations as long as they do not deviate from the gist of the present application.

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Abstract

本開示の被覆工具（１）は、第１面（５）と、第２面（７）と、第１面（５）および第２面（７）の稜線の少なくとも一部に位置する切刃（１１）と、第１面（５）の反対に位置する第３面（９）と、第１面（５）から第３面（９）にわたる貫通孔（１５）と、を有する。貫通孔（１５）を構成する内壁（１７）は、少なくとも中央部に、基体（３）の内部よりも結合相の含有率が高い結合相富化層（１９）を有する。中央部における結合相富化層（１９）の厚みＴ１は、内壁の端部における結合相富化層（１９）の厚みＴ２よりも厚い。被覆層（３０）は、少なくとも結合相富化層（１９）の上に位置する。被覆層（３０）は、立方晶の炭窒化チタンを含有する第１層（３１）を有する。第１層（３１）は、Ｘ線回折分析による炭窒化チタンの配向係数Ｔｃ（２２０）が３．０以上である。

Description

被覆工具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被覆工具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、工具本体への取り付け用貫通孔を有する表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートが記載されている。特許文献１においては、負荷の高い切削においても異常損傷が少ないインサートを提供するために、取り付け用貫通孔の内面に金属シミダシ層を設けることが記載されている。
特開２０１２－２４５５８１号公報
　本開示の被覆工具は、硬質粒子と結合相とを含有するサーメットである基体と、基体の上に位置する被覆層とを具備する被覆工具である。被覆工具は、第１面と、第２面と、第１面および第２面の稜線の少なくとも一部に位置する切刃と、第１面の反対に位置する第３面と、第１面から第３面にわたる貫通孔と、を有する。貫通孔を構成する内壁は、少なくとも中央部に、基体の内部よりも結合相の含有率が高い結合相富化層を有する。中央部における結合相富化層の厚みＴ１は、内壁の端部における結合相富化層の厚みＴ２よりも厚い。被覆層は、少なくとも結合相富化層の上に位置する。被覆層は、立方晶の炭窒化チタンを含有する第１層を有する。第１層は、Ｘ線回折分析による炭窒化チタンの配向係数Ｔｃ（２２０）が３．０以上である。
図１は、本開示の被覆工具の一例を示す斜視図である。 図２は、本開示の被覆工具の一例を示す、断面における概要図である。 図３は、本開示の被覆工具の断面の拡大概要図である。 図４は、本開示の被覆工具の他の形態の断面の拡大概要図である。 図５は、本開示の被覆工具の他の形態の断面の拡大概要図である。 図６は、本開示の被覆工具が有する被覆層の模式的な拡大図である。 図７は、本開示の切削工具の一例を示す平面図である。 図８は、本開示の切削工具における被覆工具の断面の拡大概要図である。
　＜被覆工具＞
　以下、本開示の被覆工具について、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、本開示の被覆工具は、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。
　切削加工において用いられる被覆工具においては、異常損傷が少ないことが望まれる。本開示は、異常損傷が少ない被覆工具及びこれを備えた切削工具を提供する。
　本開示の被覆工具は、硬質粒子と結合相とを含有するサーメットである基体を有する。硬質粒子は、例えば、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、（ＴｉＭ）ＣＮ（Ｍは、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖから選ばれる一種以上）である。結合相は、ＮｉやＣｏなどの鉄族金属を主成分とする。なお、主成分とは、構成成分のうち５０質量％以上を占めるものである。
　図１、２に示すように、本開示の被覆工具１の形状は、例えば、四角板形状であってもよい。図１における上面である第１面５は、いわゆるすくい面である。また、被覆工具１は、第１面５に繋がる側面である第２面７を有している。
　被覆工具１は、第１面５の反対に位置する下面である第３面９を有している。第２面７は、第１面５及び第３面９のそれぞれにつながっている。
　本開示の被覆工具１は、第１面５と第２面７とが交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃１１を有している。言い換えれば、本開示の被覆工具１は、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１１を有している。切刃１１は、第１面５と第２面７とに連続する第４面を有する。第４面は、第１面５と第２面７との角部を斜め且つ直線的に削ったＣ面（チャンファー面）であってもよい。また、第４面は、第１面５と第２面７との角部を丸めたＲ面（ラウンド面）であってもよい。
　被覆工具１においては、第１面５の外周の全体が切刃１１となっていてもよいが、被覆工具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、言い換えれば、４つの第４面のうちの一つに切刃１１を有するものであってもよい。
　本開示の被覆工具１は、第１面５から第３面９にわたり、基体３を貫通する貫通孔１５を有している。図３に示すように、貫通孔１５を構成する内壁１７には、少なくとも中央部１７ａにおいて、結合相富化層１９が存在している。結合相富化層１９は、硬質粒子および結合相を含有し、基体３の内部よりも結合相の含有率の高い領域である。基体３の内部とは、基体３の表面から５００μｍ以上離れた部分を意味する。結合相富化層１９は、貫通孔１５の内壁１７の全てに存在する必要はなく、少なくとも中央部１７ａに位置していればよい。
　中央部１７ａは、貫通孔１５を深さ方向に９等分したときの真ん中である。また、端部１７ｂは、貫通孔１５を深さ方向に９等分したときの端である。
　図３に示すように、本開示の被覆工具１において、貫通孔１５を構成する内壁１７の中央部１７ａにおける結合相富化層１９の厚みＴ１は、貫通孔１５を構成する内壁１７の端部１７ｂにおける結合相富化層１９の厚みＴ２よりも厚い。中央部１７ａにおける結合相富化層１９の厚みＴ１および端部１７ｂにおける結合相富化層１９の厚みＴ２とは、それぞれ平均値である。厚みＴ１および厚みＴ２は、被覆工具１の断面を金属顕微鏡や電子顕微鏡を用いて観察して測定するとよい。なお、端部１７ｂにおいては、結合相富化層１９が存在していなくともよい。
　本開示の被覆工具１は、このような構成を有することで、ホルダ（図示しない）への固定の際に大きな力が加わる内壁１７を起点として被覆工具１が異常損傷することが抑制される。
　図６は、本開示の被覆工具１が有する被覆層の模式的な拡大図である。図６に示すように、被覆工具１は、被覆層３０を有する。
　被覆層３０は、少なくとも結合相富化層１９の上に位置している。被覆層３０は、第１面５の上に位置していてもよく、また、基体３における第１面５以外の他の面の上に位置していてもよい。被覆層３０は、切削加工における被覆工具１の耐摩耗性及び耐チッピング性などの特性を向上させる。
　被覆層３０は、第１層３１及び第２層３２を有する。第１層３１は、第１面５の上に位置しており、立方晶の炭窒化チタンを含有する。また、第２層３２は、第１層３１の上に接して位置している。第２層３２は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）を含有していてもよい。
　第１層３１と基体３の間には、窒化チタン層３３を有していてもよい。このような構成を有すると、基体３と第１層３１との接合性が高い。
　第１層３１は、炭窒化チタン層３４を有している。第１層３１には、炭窒化チタンのほかにも、例えば、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭酸化物及び炭窒酸化物を含有していてもよい。また、第１層３１は、立方晶の炭窒化チタンを含有しているものであれば、単層の構成であってもよく、また、複数の層が積層された構成であってもよい。
　窒化チタン層３３および炭窒化チタン層３４の主成分は、それぞれ窒化チタンおよび炭窒化チタンである。「主成分」とは、他の成分と比較して質量％の値が最も大きい成分であることを意味している。窒化チタン層３３および炭窒化チタン層３４は、それぞれ窒化チタンおよび炭窒化チタン以外の成分を含有していてもよい。
　被覆層３０は、第１層３１及び第２層３２のみによって構成されていてもよく、また、これらの層以外の層を有していてもよい。例えば、基体３及び第１層３１の間に別の層が存在していてもよく、また、第２層３２の上に別の層が存在していてもよい。
　第１層３１は、少なくとも結合相富化層１９の上に位置している。第１層３１は、結合相富化層１９よりも硬度が高い部分を有する。このような構成を有すると、クランプ部における耐摩耗性が増す。第１層３１は、ＣＶＤ法やＰＶＤ法によって形成されるものであってもよい。
　第１層３１は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：X-Ray　Diffraction）分析によって、立方晶の炭窒化チタンの結晶面のうち、（２２０）面に最大ピークを有する。Ｘ線回折分析による炭窒化チタンの配向係数Ｔｃ（２２０）は、３．０以上である。このような構成を有すると、結合相富化層１９と第１層３１との密着する力が強くなり、結合相富化層１９と第１層３１との界面からの剥離が起きにくくなることで、剥離に起因する被覆工具１の異常損傷が抑制される。また、第１層３１と結合相富化層１９との間に他の層が位置する場合には、他の層と第１層３１との密着する力が強くなり、他の層と第１層３１との界面からの剥離が起きにくくなることで、剥離に起因する被覆工具１の異常損傷が抑制される。
　配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）は、下記の式によって算出される。
Ｔｃ（ｈｋｌ）＝｛Ｉ(ｈｋｌ)／Ｉ０(ｈｋｌ)｝／〔（１／７）×Σ｛Ｉ（ＨＫＬ）／Ｉ０（ＨＫＬ）｝〕
　ここで、(ＨＫＬ)は、（１１１）、（２００）、（２２０）、（３１１）、（３３１）、（４２０）、（４２２）の全ての結晶面である。また、（ｈｋｌ）は、各結晶面である。
　Ｉ（ＨＫＬ）およびＩ（ｈｋｌ）は、第１層３１の立方晶の炭窒化チタンのＸ線回折分析において検出される各結晶面に帰属されるピークのピーク強度である。
　Ｉ０（ＨＫＬ）およびＩ０（ｈｋｌ）は、ＪＣＰＤＳカードＮｏ．００－０４２－１４８９に記載された各結晶面の標準回折強度である。
　上記の配向係数Ｔｃ（ｈｋｌ）は、第１層３１の平らな上面から測定すればよく、例えば、第２面７で測定するとよい。
　また、酸化アルミニウムを含有する第２層３２の例としては、α－アルミナ（α－Ａｌ２Ｏ３）、γ－アルミナ（γ－Ａｌ２Ｏ３）及びκ－アルミナ（κ－Ａｌ２Ｏ３）等が挙げられる。これらのうち、第２層３２がα－アルミナを含有している場合には、被覆工具１の耐熱性を高めることができる。第２層３２は、上記の化合物のいずれか１つのみを含有する構成であってもよく、また、上記の化合物のうち複数を含有する構成であってもよい。
　第２層３２に含有される酸化アルミニウムが上記の化合物のいずれであるかは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ）分析を行い、ピーク値の分布を観察することにより評価することができる。
　第１層３１は、炭窒化チタン以外の成分を含有していてもよい。また、第２層３２は、酸化アルミニウム以外の成分を含有していてもよい。例えば、第１層３１は、酸化アルミニウムを含有していてもよい。また、第２層３２は、炭窒化チタンなどのチタン化合物を含有していてもよい。このような場合、第１層３１及び第２層３２の接合性が向上する。
　結合相富化層１９は、基体３に比べて硬度が低く、引用文献１に記載されているような金属シミダシ層よりも硬度が高い。そのため、結合相富化層１９は、金属シミダシ層よりも変形が抑制されている。
　上述の構成を有するため、被覆工具１をクランプによってホルダに固定する際に、内壁１７における中央部１７ａとクランプとの接触において、中央部１７ａにおける結合相富化層１９の抑制された変形により、基体３にかかる局所的な力が小さいため、被覆工具１が割れにくく、異常損傷しにくい。
　被覆工具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、被覆工具１の厚みは、例えば１～２０ｍｍ程度に設定される。また、図１においては、四角形状の被覆工具１を例示したが、例えば、三角形状や円盤状であってもよい。
　また、図４に示すように、本開示の被覆工具１は、内壁１７に繋がる拡径部２１を有していてもよい。貫通孔１５と拡径部２１との境には段差がある。なお、図４に示す例では、拡径部２１の内壁には、結合相富化層１９が存在しないが、拡径部２１にも結合相富化層１９があってもよい。本開示の被覆工具１において、拡径部２１は、貫通孔１５に含まれない。拡径部２１は、いわゆる、ざぐり面である。拡径部２１の直径は、貫通孔１５の直径よりも、３００μｍ以上大きい。
　中央部１７ａにおける結合相富化層１９の厚みＴ１は、１μｍ以上であってもよい。また、厚みＴ１は、２０μｍ以下であってもよい。このような構成によれば、被覆工具１の異常損傷が抑制される。厚みＴ１は、３μｍ以上であってもよい。また、厚みＴ１は１０μｍ以下であってもよい。
　端部１７ｂにおける結合相富化層１９の厚みＴ２は、０．２μｍ以上であってもよい。また、厚みＴ２は６μｍ以下であってもよい。このような構成によれば、被覆工具１の異常損傷が抑制される。
　図５に示すように、中央部１７ａにおける直径Ｒ１は、端部１７ｂにおける直径Ｒ２よりも大きくてもよい。このような構成を有すると、クランプと、内壁１７との接触面積が大きくなり、クランプ力が増す。
　中央部１７ａにおける直径Ｒ１は、端部１７ｂにおける直径Ｒ２よりも５μｍ以上、３０μｍ以下大きくてもよい。このような構成を有すると被覆工具１の異常損傷が抑制される。
　中央部１７ａにおける結合相富化層１９の硬度は、１０ＧＰａ以上、２０ＧＰａ以下であってもよい。このような構成によれば、クランプピンが接触した際に、結合相富化層１９が適度に変形し、クランプ力が増す。中央部１７ａにおける結合相富化層１９の硬度は、被覆工具１の断面において、露出した結合相富化層１９を、ナノインデンテーション法を用いて測定するとよい。
　中央部１７ａにおける結合相富化層１９は、貫通孔１５の貫通軸側に結合相富化層１９よりも結合相の含有量が多い金属層（図示しない）を有していてもよい。この金属層は、硬質層を含まず、金属のみから構成されている。このような構成を有すると、金属層が、後述するクランプと、結合相富化層１９の間で緩衝材として機能するため、被覆工具１の異常損傷が抑制される。金属層の厚みは、０．３μｍ以上、２μｍ以下であってもよい。
　＜被覆工具の製造方法＞
　以下に本開示の被覆工具の製造方法を説明する。
　本開示の被覆工具の製造に用いられる原料粉末は、一般的にサーメットの製造で用いられるものである。
　基体は、例えば、硬質粒子であるＴｉＣＮを４０質量％以上、８０質量％以下含有し、結合相であるＣｏを６質量％以上、３０質量％以下、含有するものであってもよい。また、さらに特性向上のために、基体は、ＷＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＶＣ、ＺｒＣなどを含有してもよい。
　上述の組成を有する原材料を用いて、焼成後に貫通孔となる空間を有する形状に成形する。その後、例えば、１４００℃以上、１６００℃以下の温度で焼成する。この焼成雰囲気をＮ２分圧雰囲気下としてもよい。
　Ｎ２分圧を１ｋＰａ以上にすると、焼成後の結合相富化層の厚みは厚くなる。また、原料として用いる硬質粒子の平均粒子径ｄ５０を０．７μｍ以下とすると貫通孔の貫通軸（図示しない）側に結合相富化層よりも結合相の含有量が多い金属層を有する結合相富化層が得られる。
　なお、上記の成形時に、成形圧が大きいと焼成時の変形を抑制することができる。一方、成形時に成形圧を小さくすると、内壁の中央部における直径Ｒ１が、端部における直径Ｒ２よりも大きくなりやすい。成形圧と変形の関係は、組成や焼成温度によって変化するため、種々組み合わせて調整するとよい。
　例えば、焼成後に回転するブラシを貫通孔の両端部から貫通孔に挿入して貫通孔の内壁を研磨し、中央部における結合相富化層の厚みＴ１が端部における結合相富化層の厚みＴ２よりも厚くなるように加工する。なお、ブラシは貫通孔の両側から挿入してもよく、片方から２度に分けて挿入してもよい。
　次に、基体の表面に、化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって被覆層を成膜する。まず、基体の表面に、第１層における炭窒化チタン層を成膜する。水素ガスに、０．５体積％以上１０体積％以下の四塩化チタンガスと、１体積％以上６０体積％以下の窒素ガスと、０．１体積％以上３．０体積％以下のアセトニトリルガスとを混合し、第１混合ガスを作製する。この第１混合ガスをチャンバ内に導入しながら成膜開始時から、アセトニトリルガスを毎時０．４体積％増加させる。このとき第１混合ガスを、６ｋＰａ以上１２ｋＰａ以下のガス分圧でチャンバ内に導入し、８３０℃以上８７０℃以下の温度域でＭＴ－炭窒化チタンを含有する炭窒化チタン層を成膜する。
　次に、第２層３２を成膜する。成膜温度を９５０℃以上１１００℃以下、ガス圧を５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下とし、反応ガスの組成が、水素ガスに、５体積％以上１５体積％以下の三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスと、０．５体積％以上２．５体積％以下の塩化水素（ＨＣｌ）ガスと、０．５体積％以上５．０体積％以下の二酸化炭素ガスと、０体積％以上１体積％以下の硫化水素（Ｈ２Ｓ）ガスとを混合して、第２混合ガスを作製する。第２混合ガスをチャンバ内に導入し、第２層３２を成膜する。これにより、本開示の被覆工具１を得ることができる。
　なお、焼成後の時点で、貫通孔以外の領域、例えば、第１面、第２面や第３面において結合相富化層が存在する場合があるが、必要に応じて結合相富化層を除去してもよい。
　＜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７に示すように、例えば、第１端（図７における上端）から第２端（図７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７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に位置する上記の被覆工具１とを備えている。
　また、図８に示すように、被覆工具１の貫通孔１５（図１参照）には、クランプ１０７が挿入されている。図８に示す例では、クランプ１０７は、中央部１７ａに位置する結合相富化層１９（図２参照）と直接または間接的に接触している。なお、間接的にクランプ１０７と結合相富化層１９が接触するとは、結合相富化層１９とクランプ１０７との間に金属層や被覆層が存在する状態を意味する。クランプ１０７が接触する結合相富化層１９は、基体３よりも変形しやすいため、被覆工具１に局所的に強い力がかかりにくい。また、結合相富化層１９を有すると、クランプ１０７と結合相富化層１９との接触面積が大きいため、被覆工具１が切削時にポケット内で動きにくい。このような効果が相まって、本開示の被覆工具１は、異常損傷しにくい。切削工具１０１は、被覆工具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、被覆工具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には被覆工具１が位置している。このとき、被覆工具１の下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、被覆工具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。
　被覆工具１は、すくい面及び逃げ面が交わる稜線における切刃１１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、被覆工具１は、クランプ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、被覆工具１の貫通孔１５にクランプ１０７を挿入し、このクランプ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、被覆工具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被覆工具１を用いてもよい。
　以下に、本開示の被覆工具について、説明する。
　基体は、以下のように作製した。ＴｉＣＮを４０質量％、ＴｉＮを１２質量％、ＷＣを２０質量％、ＮｂＣを８質量％、Ｃｏを２０質量％、その他不可避炭化物を含む原料粉末原料粉末にバインダーを添加した後、プレス成型によって、所望の形状に整え、貫通孔を有する工具形状の成形体を作製した。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。本開示の基体の組成も特別なものではない。その後、バインダー成分を除去した後、３ｋＰａの窒素雰囲気で、１５３０℃の温度で１時間保持する条件で焼成し、貫通孔の内壁に金属層を有する結合相富化層を具備する基体を得た。その後、基体に対して前述の被覆層の成膜工程に基づいて被覆層を成膜した。
　その後、貫通孔の内壁をブラシで研磨して、表１に示す構成の被覆工具を作製した。なお、結合相富化層が存在しない、あるいは結合相富化層の厚みが薄い部分は、ブラシによる研磨時間を長くしたものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
　なお、いずれの被覆工具も第１面、第２面、第３面をブラスト処理して、結合相富化層を除去した。
　ブラシによる研磨は、豚毛ブラシに０．１～３μｍのダイヤモンド粉末と潤滑油を混ぜた研磨液を塗布し、この豚毛ブラシを回転させながら、貫通孔に挿入して行った。
　結合相富化層の中央部および端部における厚み、中央部における直径Ｒ１および端部におけるＲ２は、基体を厚さ方向に貫通軸を含む面で切断して得られた断面で測定した。
　また、被覆工具の断面を用いて基体の内部における硬度、結合相富化層の硬度を測定したところ、結合相富化層の硬度は基体の内部における硬度よりも低かった。
　得られた被覆工具をホルダのポケットに入れ、被覆工具の貫通孔にクランプを挿入して、このクランプで被覆工具を固定した。そして、以下の条件で、切削試験を行った。
＜耐欠損試験＞
被削材：ＳＣＭ４３５　４本溝(５ｍｍ幅)付き
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：１００００回の衝撃を加えた後のチッピングや欠損の状態の有無について判断した。
　なお、表１における全ての試料の第１層は、Ｘ線回折分析による炭窒化チタンの配向係数Ｔｃ（２２０）が３．５であった。本開示の被覆工具の構成を有さない、試料Ｎｏ．１、２、９は、異常損傷が発生した。本開示の被覆工具は、異常損傷が抑制された。また、被覆工具がホルダによく保持されており、加工した被削材の面粗度も良好であった。
　以上説明した、本開示の被覆工具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・・・被覆工具
　　３・・・基体
　　５・・・第１面
　　７・・・第２面
　　９・・・第３面
　１１・・・切刃
　１５・・・貫通孔
　１７・・・内壁
　１７ａ・・中央部
　１７ｂ・・端部
　１９・・・結合相富化層
　２１・・・拡径部
　Ｔ１・・・中央部における結合相富化層の厚み
　Ｔ２・・・端部における結合相富化層の厚み
　Ｒ１・・・中央部における直径
　Ｒ２・・・端部における直径
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・クランプ

Claims (9)

  1. 　硬質粒子と結合相とを含有するサーメットである基体と、前記基体の上に位置する被覆層とを具備する被覆工具であって、
    　該被覆工具は、
    　　第１面と、
    　　第２面と、
    　　前記第１面および前記第２面の稜線の少なくとも一部に位置する切刃と、
    　　前記第１面の反対に位置する第３面と、前記第１面から前記第３面にわたる貫通孔と、を有し、
    　前記貫通孔を構成する内壁は、少なくとも中央部に、前記基体の内部よりも前記結合相の含有率が高い結合相富化層を有し、
    　前記中央部における前記結合相富化層の厚みＴ１は、前記内壁の端部における前記結合相富化層の厚みＴ２よりも厚く、
    　前記被覆層は、少なくとも前記結合相富化層の上に位置し、
    　前記被覆層は、立方晶の炭窒化チタンを含有する第１層を有し、
    　該第１層は、Ｘ線回折分析による前記炭窒化チタンの配向係数Ｔｃ（２２０）が３．０以上である、被覆工具。
  2. 　前記厚みＴ１は、１μｍ以上、２０μｍ以下である請求項１に記載の被覆工具。
  3. 　前記厚みＴ２は、０．２μｍ以上、６μｍ以下である請求項１または２に記載の被覆工具。
  4. 　前記中央部における直径Ｒ１は、前記端部における直径Ｒ２よりも大きい、請求項１～３のいずれか一つに記載の被覆工具。
  5. 　前記直径Ｒ１は、前記直径Ｒ２よりも５μｍ以上、３０μｍ以下大きい、請求項４に記載の被覆工具。
  6. 　前記中央部における前記結合相富化層の硬度は、１０ＧＰａ以上、２０ＧＰａ以下である、請求項１～５のいずれか一つに記載の被覆工具。
  7. 　前記中央部における前記結合相富化層は、前記貫通孔の貫通軸側に前記結合相富化層よりも前記結合相の含有量が多い金属層を有する、請求項１～６のいずれか一つに記載の被覆工具。
  8. 　前記被覆層は、前記結合相富化層よりも硬度が高い部分を有する、請求項１～７のいずれか一つに記載の被覆工具。
  9. 　第１端から第２端に亘る長さを有し、前記第１端側に位置する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１～８のいずれか一つに記載の被覆工具と、
    　該被覆工具の前記貫通孔に挿入されたクランプと、を有する切削工具。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199841A (ja) * 1982-05-18 1983-11-21 Nippon Oil & Fats Co Ltd 切削工具用の硬度焼結体スローアウェイチップの製造方法
JP2008501539A (ja) * 2004-06-02 2008-01-24 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ 割り出し可能な切削インサート及びその製造方法
JP2012245581A (ja) * 2011-05-26 2012-12-13 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートおよびその製造方法
WO2016121690A1 (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 京セラ株式会社 被覆工具

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58199841A (ja) * 1982-05-18 1983-11-21 Nippon Oil & Fats Co Ltd 切削工具用の硬度焼結体スローアウェイチップの製造方法
JP2008501539A (ja) * 2004-06-02 2008-01-24 サンドビック インテレクチュアル プロパティー アクティエボラーグ 割り出し可能な切削インサート及びその製造方法
JP2012245581A (ja) * 2011-05-26 2012-12-13 Mitsubishi Materials Corp 表面被覆炭窒化チタン基サーメット製切削インサートおよびその製造方法
WO2016121690A1 (ja) * 2015-01-28 2016-08-04 京セラ株式会社 被覆工具

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