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JP6736032B2 - Coated cutting tools - Google Patents
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Description

本発明は、被覆切削工具に関するものである。 The present invention relates to a coated cutting tool.

従来、超硬合金からなる基材の表面に、例えばTiの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物および炭窒酸化物、並びに酸化アルミニウムの中の1種の単層または2種以上の複層からなる被覆層を、化学蒸着法により3〜20μmの総膜厚で蒸着形成してなる被覆切削工具が、鋼や鋳鉄などの切削加工に用いられていることは良く知られている。 Conventionally, on the surface of a base material made of cemented carbide, for example, a single layer or two or more layers of Ti carbide, nitride, carbonitride, carbon oxide and carbonitride oxide, and aluminum oxide. It is well known that a coated cutting tool obtained by vapor-depositing a coating layer made of a layer to have a total film thickness of 3 to 20 μm by a chemical vapor deposition method is used for cutting steel or cast iron.

通常、炭化タングステン基超硬合金の表面に被膜を形成すると、被膜に引張応力が残留するために、被覆切削工具の破壊強度が低下して欠損し易くなるとされている。これまで、被膜形成後ショットピーニング等を行い、クラックを発生させることにより、引張残留応力を開放することが提案され、かなりの効果が得られている(例えば、特許文献1参照)。 Usually, when a coating film is formed on the surface of a tungsten carbide based cemented carbide, tensile stress remains in the coating film, so that the fracture strength of the coated cutting tool is lowered and the coating cutting tool is likely to be broken. Up to now, it has been proposed to release tensile residual stress by performing shot peening or the like after film formation to generate cracks, and a considerable effect has been obtained (see, for example, Patent Document 1).

Ti化合物層において、クラックに囲まれた領域と、前記領域の内側に、クラックの一端または前記領域を構成するクラックと接しない断続クラックを有する切削工具が提案されている(例えば、特許文献2参照)。 In a Ti compound layer, a cutting tool having a region surrounded by cracks and an intermittent crack that is not in contact with one end of the crack or a crack forming the region has been proposed inside the region (for example, see Patent Document 2). ).

特開平5−116003号公報JP-A-5-116003 国際公開2015/025903号International publication 2015/025903

近年の切削加工では、高速化、高送り化および深切込み化が顕著となり、従来よりも工具寿命が低下する傾向にある。このような背景において、特許文献1に開示された工具であっても、単純に被膜のクラックを増加させると、耐欠損性は向上するが、クラックを起点とした被膜の耐剥離性、耐チッピング性および耐摩耗性は低下する。また、特許文献2で開示された被覆切削工具については、このような背景によりさらなる耐摩耗性の向上が求められる。本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであり、被覆切削工具のクラック発生形態を工夫することにより、優れた耐チッピング性、耐摩耗性および耐欠損性を有し、工具寿命の長い被覆切削工具を提供することを目的とする。 In recent cutting processes, high speed, high feed and deep cutting have become remarkable, and tool life tends to be shorter than in the past. Against this background, even with the tool disclosed in Patent Document 1, if the number of cracks in the coating is simply increased, the chipping resistance is improved, but the peeling resistance and chipping resistance of the coating starting from the cracks are improved. And wear resistance are reduced. Further, the coated cutting tool disclosed in Patent Document 2 is required to have further improved wear resistance due to such a background. The present invention has been made to solve these problems, and by devising a crack generation mode of the coated cutting tool, it has excellent chipping resistance, wear resistance and chipping resistance, and has a tool life. An object of the present invention is to provide a long-length coated cutting tool.

本発明者らは、上述の観点から、被覆切削工具の工具寿命の延長について研究を重ねたところ、逃げ面における断続クラックの数密度が高いと、加工時の被削材と被覆切削工具とのこすれによるこすれ摩耗が生じることを見出した。そして、そのこすれ摩耗に起因して、逃げ面のTi化合物層の粒子が脱落する結果、耐摩耗性が十分ではないことを見出した。本発明者らは、この知見を踏まえて、以下の構成にすると、耐チッピング性および耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性を向上させることができ、その結果、工具寿命を延長することができるという知見を得た。 The inventors of the present invention, from the above-mentioned viewpoint, have made repeated studies on the extension of the tool life of the coated cutting tool, and when the number density of the intermittent cracks in the flank is high, the work material and the coated cutting tool are rubbed during machining. It has been found that rubbing wear due to abrasion occurs. And, as a result of the particles of the Ti compound layer on the flank surface falling off due to the rubbing wear, it was found that the wear resistance is not sufficient. Based on this knowledge, the present inventors can improve wear resistance without impairing chipping resistance and chipping resistance and, as a result, prolong tool life by adopting the following configuration. I got the knowledge that I can.

すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
(1)
基材と、前記基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、すくい面と逃げ面との間に切刃稜線部とを有し、
前記被覆層が、少なくとも1層のTi化合物層を含み、
前記Ti化合物層が、TiまたはTiおよびAlと、C、N、OおよびBから成る群より選ばれる少なくとも1種の元素とを含む化合物層であり、
前記Ti化合物層における、前記基材の表面と略平行な研磨面を上面から見たとき、前記Ti化合物層はクラックによって囲まれた領域を有し、
前記領域の内側に、前記領域を囲む前記クラックと、一端または両端で接しない断続クラックを有し、
前記すくい面において、前記領域の平均数密度Arと前記断続クラックの平均数密度Brとが1.2<Br/Ar≦1.59を満たし、
前記逃げ面において、前記領域の平均数密度Afと前記断続クラック の平均数密度Bfとが0.1<Bf/Af≦0.93を満たし、
かつ、Br/Ar>Bf/Afである、被覆切削工具。
(2)
前記Ti化合物層が、前記基材の表面に形成され、平均厚さが2.0μm以上20.0
μm以下である、(1)の被覆切削工具。
(3)
前記Ti化合物層が、少なくとも1層のTiCN層を含み、
前記TiCN層の平均粒径は、0.3μm以上2.0μm以下である、(1)または(
2)の被覆切削工具。
(4)
前記TiCN層に含まれる炭素と窒素との合計に対する炭素の原子比[C/(C+N)
]が0.50以上0.75以下である、(3)の被覆切削工具。
(5)
前記被覆層が、前記Ti化合物層の表面に、平均厚さが1.0μm以上15.0μm以
下の酸化アルミニウム層を有する、(1)〜(4)のいずれかの被覆切削工具。
(6)
前記被覆層の全体の平均厚さが3.0μm以上30.0μm以下である、(1)〜(5
のいずれかの被覆切削工具。
(7)
前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいず
れかである、(1)〜(6)のいずれかの被覆切削工具。
That is, the gist of the present invention is as follows.
(1)
A coated cutting tool comprising a substrate and a coating layer formed on the surface of the substrate,
The coated cutting tool has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge portion between the rake face and the flank face,
The coating layer comprises at least one Ti compound layer,
The Ti compound layer is a compound layer containing Ti or Ti and Al and at least one element selected from the group consisting of C, N, O and B,
When the polishing surface of the Ti compound layer that is substantially parallel to the surface of the base material is viewed from above, the Ti compound layer has a region surrounded by cracks,
Inside the region, the crack surrounding the region, and has an intermittent crack that does not contact at one end or both ends,
Filled fraud and mitigating risk and mean number density A r of the region and the average number density B r of the intermittent cracks 1.2 <B r / A r ≦ 1.59 in the rake face,
Filled fraud and mitigating risk and mean number density A f of the region and the average number density B f of the intermittent cracks 0.1 <B f / A f ≦ 0.93 in the flank,
And a coated cutting tool in which B r /A r >B f /A f .
(2)
The Ti compound layer is formed on the surface of the base material and has an average thickness of 2.0 μm or more and 20.0
The coated cutting tool according to (1), which has a thickness of μm or less.
(3)
The Ti compound layer includes at least one TiCN layer,
The average particle size of the TiCN layer is 0.3 μm or more and 2.0 μm or less, (1) or (
2) Coated cutting tool.
(4)
Atomic ratio of carbon [C/(C+N) to the total of carbon and nitrogen contained in the TiCN layer]
] Is 0.50 or more and 0.75 or less, The coated cutting tool of (3).
(5)
The coated cutting tool according to any one of (1) to (4), wherein the coating layer has an aluminum oxide layer having an average thickness of 1.0 μm or more and 15.0 μm or less on the surface of the Ti compound layer.
(6)
The average thickness of the entire coating layer is 3.0 μm or more and 30.0 μm or less, (1) to (5)
Any of the coated cutting tools.
(7)
The coated cutting tool according to any one of (1) to (6), wherein the base material is any of a cemented carbide, a cermet, a ceramics and a cubic boron nitride sintered body.

本発明の被覆切削工具は、耐チッピング性および耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性を向上させることができるので、従来よりも工具寿命を延長できるという効果を奏する。 Since the coated cutting tool of the present invention can improve wear resistance without impairing chipping resistance and chipping resistance, it has an effect of prolonging tool life as compared with the conventional case.

本発明の被覆切削工具の一態様を示す模式断面図である。It is a schematic cross section which shows one aspect of the coated cutting tool of this invention. 本発明のクラックに囲まれた領域の一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows one aspect of the area|region surrounded by the crack of this invention. 本発明のクラックに囲まれた領域の別の一態様を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows another aspect of the area|region surrounded by the crack of this invention. 本発明のTi化合物層における、基材のすくい面の表面と略平行な研磨面を上面から見た写真の一例である。It is an example of the photograph which looked at the polishing surface substantially parallel to the surface of the rake face of the base material in the Ti compound layer of the present invention from the top. 本発明のTi化合物層における、基材の逃げ面の表面と略平行な研磨面を上面からみた写真の一例である。It is an example of the photograph which looked at the grinding|polishing surface substantially parallel to the surface of the flank of a base material in the Ti compound layer of this invention from the upper surface.

以下、本発明を実施するための形態(以下、単に「本実施形態」という。)について詳細に説明するが、本発明は下記本実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (hereinafter, simply referred to as “the present embodiment”) will be described in detail, but the present invention is not limited to the present embodiment described below. The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.

本実施形態の被覆切削工具は、基材とその基材の表面に形成された被覆層とを含む。被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、すくい面と逃げ面との間に切刃稜線部とを有する。被覆切削工具の種類として具体的には、フライス加工用または旋削加工用刃先交換型切削インサート、ドリル、及びエンドミルが挙げられる。 The coated cutting tool of the present embodiment includes a base material and a coating layer formed on the surface of the base material. The coated cutting tool has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge portion between the rake face and the flank face. Specific examples of the type of coated cutting tool include a cutting edge exchangeable cutting insert for milling or turning, a drill, and an end mill.

図1は、本実施形態の被覆切削工具の一態様を示す模式断面図である。被覆切削工具100は、基材1と、基材1の表面に形成された被覆層2とを含み、すくい面3と、逃げ面4と、すくい面3と逃げ面4との間に切刃稜線部5とを有する。被覆層2は、後述するTi化合物層11及び酸化アルミニウム層12がこの順序で基材1の表面に積層された二層である。 FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing one aspect of the coated cutting tool of the present embodiment. The coated cutting tool 100 includes a base material 1 and a coating layer 2 formed on the surface of the base material 1, and has a rake face 3, a flank face 4, and a cutting edge between the rake face 3 and the flank face 4. And a ridge portion 5. The coating layer 2 is a two-layer structure in which a Ti compound layer 11 and an aluminum oxide layer 12 described later are laminated on the surface of the base material 1 in this order.

本実施形態における基材は、被覆切削工具の基材として用いられ得るものであれば、特に限定されない。基材としては、超硬合金、サーメット、セラミックス、立方晶窒化硼素焼結体、ダイヤモンド焼結体、および高速度鋼からなる群より選択される少なくとも1種が挙げられる。これらの中でも、基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスおよび立方晶窒化硼素焼結体からなる群より選択される少なくとも1種であると、被覆切削工具の耐摩耗性および耐欠損性がより一層優れるので、さらに好ましい。 The base material in the present embodiment is not particularly limited as long as it can be used as the base material of the coated cutting tool. Examples of the substrate include at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, ceramics, cubic boron nitride sintered body, diamond sintered body, and high speed steel. Among these, when the base material is at least one selected from the group consisting of cemented carbide, cermet, ceramics and cubic boron nitride sintered body, the wear resistance and fracture resistance of the coated cutting tool are more improved. It is more preferable because it is more excellent.

これらの基材は、基材の表面が改質されたものであってもよい。例えば、基材が超硬合金である場合には、基材の表面に脱β層が形成されていてもよく、基材がサーメットである場合には、表面硬化層が形成されていてもよい。このように基材の表面が改質されていても、本発明の作用効果が発揮できる。 These base materials may have a modified surface. For example, when the base material is cemented carbide, a de-beta layer may be formed on the surface of the base material, and when the base material is cermet, a surface hardened layer may be formed. .. Even if the surface of the substrate is modified in this way, the effects of the present invention can be exhibited.

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層全体の平均厚さが3.0μm以上であると、耐摩耗性がより一層向上する傾向にある。一方、被覆層全体の平均厚さが30.0μm以下であると、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。このため、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよくより一層向上する観点から、被覆層の全体の平均厚さは、3.0μm以上30.0μm以下であることが好ましく、同様の観点から、3.2μm以上25.0μm以下であることがより好ましく、3.4μm以上22.0μm以下であることがさらに好ましく、3.5μm以上18.0μm以下であることが特に好ましい。 In the coated cutting tool of the present embodiment, when the average thickness of the entire coating layer is 3.0 μm or more, the wear resistance tends to be further improved. On the other hand, when the average thickness of the entire coating layer is 30.0 μm or less, the fracture resistance tends to be further improved. Therefore, the average thickness of the entire coating layer is preferably 3.0 μm or more and 30.0 μm or less from the viewpoint of further improving wear resistance and fracture resistance in a well-balanced manner, and from the same viewpoint, 3 The thickness is more preferably 0.2 μm or more and 25.0 μm or less, still more preferably 3.4 μm or more and 22.0 μm or less, and particularly preferably 3.5 μm or more and 18.0 μm or less.

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、少なくとも1層のTi化合物層を含む。Ti化合物層は、Ti元素またはTi元素とAl元素とを含み、さらに、C、N、OおよびBからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含む化合物層であり、Ti元素またはTi元素とAl元素とを含み、さらに、C、N、およびOからなる群より選択される少なくとも1種の元素を含むことが好ましい。Ti化合物層としては、例えば、TiC層、TiN層、TiCN層、TiCO層、TiCNO層、TiAlCO層及びTiAlCNO層が挙げられる。Ti化合物層は、1層で構成されてもよく、複層(例えば、2層又は3層)で構成されてもよい。Ti化合物層が2層で構成されている場合には、基材の表面に、TiC層またはTiN層を第1層として形成し、第1層の表面に、TiCN層を第2層として形成してもよい。Ti化合物層が3層で構成されている場合には、上記第1層および第2層に加えて、第2層の表面に、TiCO層、TiCNO層、TiAlCO層、またはTiAlCNO層を第3層として形成してもよい。 In the coated cutting tool of the present embodiment, the coating layer includes at least one Ti compound layer. The Ti compound layer is a compound layer containing a Ti element or a Ti element and an Al element, and further containing at least one element selected from the group consisting of C, N, O and B. The Ti element or the Ti element And Al element, and preferably at least one element selected from the group consisting of C, N, and O. Examples of the Ti compound layer include a TiC layer, a TiN layer, a TiCN layer, a TiCO layer, a TiCNO layer, a TiAlCO layer and a TiAlCNO layer. The Ti compound layer may be composed of one layer or multiple layers (for example, two layers or three layers). When the Ti compound layer is composed of two layers, the TiC layer or the TiN layer is formed as the first layer on the surface of the base material, and the TiCN layer is formed as the second layer on the surface of the first layer. May be. When the Ti compound layer is composed of three layers, in addition to the first layer and the second layer, a TiCO layer, a TiCNO layer, a TiAlCONO layer, or a TiAlCNO layer is formed on the surface of the second layer as the third layer. You may form as.

本実施形態の被覆切削工具において、Ti化合物層が基材の表面に形成されると、基材と被覆層との密着性がより一層向上するため好ましい。また、Ti化合物層の平均厚さが2.0μm以上であると、耐摩耗性がより一層向上する傾向にある。一方、Ti化合物層の平均厚さが20.0μm以下であると、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。このため、Ti化合物層の平均厚さは、2.0μm以上20.0μm以下であることが好ましく、同様の観点から、3.0μm以上15.0μm以下であることがより好ましく、4.0μm以上14.0μm以下であることがさらに好ましい。なお、ここでいう「Ti化合物層の平均厚さ」とは、Ti化合物層が1層で構成されている場合には、1層の平均厚さをいい、Ti化合物層が複層で構成されている場合には、Ti化合物層全体の平均厚さをいう。 In the coated cutting tool of the present embodiment, it is preferable that the Ti compound layer is formed on the surface of the base material because the adhesion between the base material and the coating layer is further improved. If the average thickness of the Ti compound layer is 2.0 μm or more, the abrasion resistance tends to be further improved. On the other hand, when the average thickness of the Ti compound layer is 20.0 μm or less, the fracture resistance tends to be further improved. Therefore, the average thickness of the Ti compound layer is preferably 2.0 μm or more and 20.0 μm or less, and from the same viewpoint, it is more preferably 3.0 μm or more and 15.0 μm or less, and 4.0 μm or more. It is more preferably 14.0 μm or less. The "average thickness of the Ti compound layer" as used herein means the average thickness of one layer when the Ti compound layer is composed of one layer, and the Ti compound layer is composed of multiple layers. In this case, it means the average thickness of the entire Ti compound layer.

本実施形態の被覆切削工具において、Ti化合物層は、基材の表面と略平行な研磨面を上面から見たとき、Ti化合物層にはクラックによって囲まれた領域を有し、領域の内側には、領域を囲むクラックと、一端または両端で接しない断続クラックを有する。ここで、「上面から見た」とは、Ti化合物層の研磨面を面の略法線方向から見たことを意味する。別の言い方をすれば、被覆層表面を研磨する前において被覆層の表面側から見た場合、つまり基材の反対側から見た場合を意味する。 In the coated cutting tool of the present embodiment, the Ti compound layer has a region surrounded by cracks in the Ti compound layer when the polishing surface substantially parallel to the surface of the base material is viewed from above, and the Ti compound layer is provided inside the region. Have cracks that surround the region and intermittent cracks that do not touch at one or both ends. Here, “viewed from above” means that the polished surface of the Ti compound layer is viewed from the direction of the normal to the surface. In other words, when viewed from the surface side of the coating layer before polishing the surface of the coating layer, that is, when viewed from the opposite side of the substrate.

本実施形態の被覆切削工具において、すくい面の少なくとも一部における、領域の平均数密度Aと断続クラックの平均数密度Bとが0.7<B/A<4.0を満たすことにより、切削中に被覆層に発生した亀裂の進展を断続クラックで止める効果が得られるので、耐チッピング性および耐欠損性が優れる。B/Aが0.7を超えると、断続クラックが十分に分布しているため、切削中に被覆層に発生した亀裂の進展を断続クラックで止める効果が得られる。これにより、耐チッピング性および耐欠損性が向上する。一方、B/Aが4.0未満であると、領域を囲むクラックと断続クラックとがつながりやすくなるのを防ぐことができる。これにより、被覆切削工具は、耐欠損性の低下を抑制することができる。同様の観点から、B/Aは、0.9<B/A<3.5であることがより好ましく、1.2<B/A<3.0であることがさらに好ましい。In coated cutting tool of the present embodiment, at least a portion of the rake face, and the average number density B r of average number density A r intermittent crack region satisfies 0.7 <B r / A r <4.0 As a result, the effect of stopping the progress of cracks generated in the coating layer during cutting by the intermittent cracks is obtained, and therefore chipping resistance and fracture resistance are excellent. When B r /A r exceeds 0.7, the intermittent cracks are sufficiently distributed, so that the effect of stopping the progress of cracks generated in the coating layer during cutting by the intermittent cracks can be obtained. This improves chipping resistance and chipping resistance. On the other hand, when B r /A r is less than 4.0, it is possible to prevent the cracks surrounding the region and the intermittent cracks from being easily connected. As a result, the coated cutting tool can suppress a decrease in fracture resistance. From the same viewpoint, B r /A r is more preferably 0.9<B r /A r <3.5, and further preferably 1.2<B r /A r <3.0. preferable.

本実施形態の被覆切削工具において、逃げ面の少なくとも一部における、領域の平均数密度Aと断続クラックの平均数密度Bとが0.1<B/A<1.5を満たすことにより、逃げ面のTi化合物層の粒子が脱落することを抑制できる。これにより、切削時の被削材と被覆切削工具とのこすれによるこすれ摩耗を抑制できるので、被覆切削工具は、耐摩耗性に優れる。B/Aが0.1を超えると、断続クラックが適度に分布することに起因して、切削中に被覆層に発生した亀裂の進展を断続クラックで止める効果が得られる。これにより、被覆切削工具の耐チッピング性および耐欠損性が向上する。一方、B/Aが1.5未満であると、逃げ面のこすれ摩耗を抑制することができるので、被覆切削工具は、耐摩耗性に優れる。同様の観点から、B/Aは、0.1<B/A<1.3であることがより好ましく、0.1<B/A<1.2であることがさらに好ましい。In coated cutting tool of the present embodiment, at least a portion of the flank face, and the average number density A f in the region and the average number density B f intermittent crack satisfies 0.1 <B f / A f < 1.5 This can prevent the particles of the Ti compound layer on the flank from falling off. As a result, rubbing wear due to rubbing between the work material and the coated cutting tool during cutting can be suppressed, and thus the coated cutting tool has excellent wear resistance. When B f /A f exceeds 0.1, the effect of stopping the progress of cracks generated in the coating layer during cutting by the intermittent cracks is obtained due to the appropriate distribution of the intermittent cracks. This improves the chipping resistance and fracture resistance of the coated cutting tool. On the other hand, when B f /A f is less than 1.5, the abrasion resistance of the flank can be suppressed, and thus the coated cutting tool has excellent wear resistance. From the same viewpoint, B f /A f is more preferably 0.1<B f /A f <1.3, and further preferably 0.1<B f /A f <1.2. preferable.

本実施形態の被覆切削工具は、B/Aと、B/Aとが、B/A>B/Aの関係にあると、切削中に被覆層に発生した亀裂を断続クラックで止める効果と、逃げ面のこすれ摩耗を抑制する効果とのバランスに優れる。これにより、被覆切削工具は、耐摩耗性、耐チッピング性および耐欠損性に優れる。In the coated cutting tool of the present embodiment, when B r /A r and B f /A f have a relation of B r /A r >B f /A f , cracks generated in the coating layer during cutting. It has an excellent balance between the effect of stopping with the intermittent crack and the effect of suppressing the rubbing wear of the flank. As a result, the coated cutting tool has excellent wear resistance, chipping resistance, and fracture resistance.

上記と同様の観点から、すくい面の少なくとも一部における、領域の平均数密度Aと断続クラックの平均数密度Bとが1.2<B/A<3.0を満たし、逃げ面の少なくとも一部における、領域の平均数密度Aと断続クラックの平均数密度Bとが0.1<B/A<1.2を満たすことが好ましい。From the same viewpoint as above, in at least a portion of the rake face, and the average number density B r of average number density A r intermittent crack region satisfies 1.2 <B r / A r <3.0, escape at least a portion of the surface, and the average number density a f in the region and the average number density B f intermittent cracks preferably satisfies 0.1 <B f / a f < 1.2.

Ti化合物層の研磨面とは、例えば、被覆切削工具において、すくい面または逃げ面の少なくとも一部における、基材の表面と略平行な方向にTi化合物層の表面又は内部が露出するまで研磨して得られたTi化合物層の面である。このとき、Ti化合物層の平均厚さの50%以上の厚さが残るような位置で研磨面を得るのが好ましい。なお、複数の組成のTi化合物層が形成されている被覆切削工具は、最も平均厚さが厚い組成の層の領域および断続クラックを測定するのが好ましい。 The polishing surface of the Ti compound layer is, for example, in a coated cutting tool, polishing is performed until the surface or the inside of the Ti compound layer is exposed in a direction substantially parallel to the surface of the base material in at least a part of the rake face or the flank face. It is the surface of the Ti compound layer thus obtained. At this time, it is preferable to obtain a polished surface at a position where a thickness of 50% or more of the average thickness of the Ti compound layer remains. In the case of a coated cutting tool in which Ti compound layers having a plurality of compositions are formed, it is preferable to measure the region of the layer having the largest average thickness and the intermittent crack.

本実施形態の被覆切削工具において、すくい面または逃げ面における、Ti化合物層の研磨面に観察される領域とは、被覆層を形成した後の冷却時に被覆層中に発生するクラックおよび乾式ブラストやショットピーニングなどの加工によって被覆層中に生じるクラックによって囲まれた範囲である。「領域の個数」は、例えば、「クラックで囲まれた領域」であって、この領域の中に、クラックで囲まれた領域がさらに形成されていない小単位を1つの領域とする。但し、「クラックで囲まれた領域」の中に、クラックを共有しない小さい領域がn個存在する場合には、(n+1)個の領域とする。具体的には、図2に示す領域20の場合には、領域20の中に、クラックで囲まれた小単位21〜23が3つ存在しているので、この例における「領域の個数」は3つである。なお、この例では、小単位21と22(もしくは22と23、又は21、22、及び23)とで1つの領域を形成しているともいえるが、これらの領域は小単位ではないため、本実施形態にいう「領域の個数」に含まれない。一方、図3に示す領域30の場合には、領域30を囲むクラックを共有しない2個の小さい領域31,32が存在しているため、この例における「領域の個数」は3つである。 In the coated cutting tool of the present embodiment, the region observed on the polished surface of the Ti compound layer in the rake face or the flank refers to cracks and dry blasting that occur in the coating layer during cooling after forming the coating layer, The area is surrounded by cracks generated in the coating layer by processing such as shot peening. The "number of areas" is, for example, "area surrounded by cracks", and a small unit in which the area surrounded by cracks is not formed is defined as one area. However, if there are n small areas that do not share cracks in the “area surrounded by cracks”, the area is defined as (n+1) areas. Specifically, in the case of the region 20 shown in FIG. 2, since there are three small units 21 to 23 surrounded by cracks in the region 20, the “number of regions” in this example is There are three. In this example, it can be said that the small units 21 and 22 (or 22 and 23, or 21, 22, and 23) form one region, but since these regions are not small units, It is not included in the “number of areas” in the embodiment. On the other hand, in the case of the region 30 shown in FIG. 3, since there are two small regions 31 and 32 that do not share the crack surrounding the region 30, the “number of regions” in this example is three.

本実施形態の被覆切削工具において、すくい面または逃げ面における、領域の平均数密度は、以下の方法で求めることができる。すなわち、Ti化合物層の研磨面に観察される領域の個数を測定し、測定した領域の個数を、測定したTi化合物層の面積で割ると、領域の数密度を求めることができる。そして、測定した視野の各領域の数密度を合計し、各領域の数密度の合計を、測定した視野の数で割ると、平均数密度が求められる。すくい面における、Ti化合物層の研磨面に観察される領域の平均数密度をAとし、逃げ面における、Ti化合物層の研磨面に観察される領域の平均数密度をAとし、以下、AおよびAをまとめてAとする。In the coated cutting tool of the present embodiment, the average number density of regions on the rake face or the flank face can be obtained by the following method. That is, the number density of regions can be obtained by measuring the number of regions observed on the polished surface of the Ti compound layer and dividing the measured number of regions by the measured area of the Ti compound layer. Then, the average number density is obtained by summing the number densities of the measured fields of view and dividing the sum of the number densities of the regions by the number of fields of view measured. Let Ar be the average number density of the regions observed on the polished surface of the Ti compound layer on the rake face, and A f be the average number density of the regions observed on the polished surface of the Ti compound layer on the flank face. A r and A f are collectively referred to as A.

本明細書にいう「断続クラック」とは、領域を囲むクラックと、一端または両端で接しないクラックをいう。断続クラックの態様は、例えば、領域の中にいずれのクラックとも接していない態様、領域を囲むクラックから領域の内側に向かってクラックが進展しているが、領域を横断せずに途中で進展が停止している態様が挙げられる。 As used herein, the term "intermittent crack" refers to a crack that surrounds a region and a crack that does not contact at one end or both ends. The mode of the intermittent crack is, for example, a mode not in contact with any of the cracks in the region, the crack is progressing from the crack surrounding the region toward the inside of the region, but the progress does not proceed across the region but progresses in the middle. A mode in which it is stopped is included.

本実施形態の被覆切削工具において、すくい面または逃げ面における、断続クラックの平均数密度は、以下の方法で求めることができる。すなわち、Ti化合物層の研磨面に観察される断続クラックの個数を測定し、測定した断続クラックの個数を、測定したTi化合物層の面積で割ると、断続クラックの数密度が求められる。測定した視野の各数密度を合計し、各数密度の合計を、測定した視野の数で割ると、平均数密度が求められる。すくい面における、Ti化合物層の研磨面に観察される断続クラックの平均数密度をBとし、逃げ面における、Ti化合物層の研磨面に観察される断続クラックの平均数密度をBとし、BおよびBをまとめてBとする。In the coated cutting tool of the present embodiment, the average number density of intermittent cracks on the rake face or the flank face can be obtained by the following method. That is, the number density of the intermittent cracks is obtained by measuring the number of the intermittent cracks observed on the polished surface of the Ti compound layer and dividing the measured number of the intermittent cracks by the measured area of the Ti compound layer. The average number density is determined by summing each number density of the measured visual fields and dividing the sum of each number density by the number of measured visual fields. The rake face, the average number density of intermittent cracks observed on the polished surface of the Ti compound layer and B r, in the flank, the mean number density of the intermittent cracks observed on the polished surface of the Ti compound layer and B f, Br and Bf are collectively referred to as B.

本実施形態の被覆切削工具において、Ti化合物層は、少なくとも1層のTiCN層を含むと、耐摩耗性がより一層向上するため、好ましい。TiCN層の平均粒径が0.3μm以上であると、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。一方、TiCN層の平均粒径が2.0μm以下であると、逃げ面における耐摩耗性がより一層向上する傾向がみられる。このため、TiCN層の平均粒径は、耐欠損性および耐摩耗性をバランスよくより一層向上する観点から、0.3μm以上2.0μm以下であることが好ましい。同様の観点から、TiCN層の平均粒径は0.3μm以上1.5μm以下であることがより好ましい。 In the coated cutting tool of the present embodiment, it is preferable that the Ti compound layer includes at least one TiCN layer because the wear resistance is further improved. If the average particle size of the TiCN layer is 0.3 μm or more, the fracture resistance tends to be further improved. On the other hand, when the average particle size of the TiCN layer is 2.0 μm or less, the wear resistance on the flank tends to be further improved. Therefore, the average particle size of the TiCN layer is preferably 0.3 μm or more and 2.0 μm or less from the viewpoint of further improving the balance between fracture resistance and wear resistance. From the same viewpoint, the average particle size of the TiCN layer is more preferably 0.3 μm or more and 1.5 μm or less.

本実施形態の被覆切削工具において、TiCN層の平均粒径は、以下の方法により、求めることができる。すなわち、被覆切削工具を真空中にて1200℃で10分間保持して加熱処理し、TiCN層の結晶粒界に超硬合金基材の結合相の成分を拡散させる。その後、被覆切削工具の直交方向の断面の鏡面研磨面を走査型電子顕微鏡(SEM)で観察し、写真を撮影する。このとき、5000倍〜20000倍の反射電子像を観察するとよい。撮影したTiCN層の写真の中央部分で超硬合金の基材と被覆層との界面に対して、平行な方向に直線を引き、この直線を横切るTiCN層の粒界の数を測定して、TiCN層の平均粒径を算出する。直線は、TiCN層の平均厚さの40%以上60%の位置に引くとよい。 In the coated cutting tool of the present embodiment, the average particle size of the TiCN layer can be obtained by the following method. That is, the coated cutting tool is held in vacuum at 1200° C. for 10 minutes to be heat-treated to diffuse the binder phase component of the cemented carbide base material into the crystal grain boundaries of the TiCN layer. Then, the mirror-polished surface of the cross section of the coated cutting tool in the orthogonal direction is observed with a scanning electron microscope (SEM), and a photograph is taken. At this time, it is advisable to observe a backscattered electron image of 5000 times to 20000 times. A straight line was drawn in a direction parallel to the interface between the cemented carbide base material and the coating layer in the central portion of the photograph of the TiCN layer taken, and the number of grain boundaries of the TiCN layer crossing this straight line was measured, The average grain size of the TiCN layer is calculated. The straight line may be drawn at a position of 40% or more and 60% of the average thickness of the TiCN layer.

本実施形態の被覆切削工具において、TiCN層に含まれる炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比[C/(C+N)]が、0.50以上であると、耐摩耗性がより一層向上する傾向にある。一方、原子比[C/(C+N)]が0.75以下であると、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。このため、耐摩耗性および耐欠損性をバランスよくより一層向上する観点から、原子比[C/(C+N)]は、0.50以上0.75以下であることが好ましい。同様の観点から、原子比[C/(C+N)]は0.50以上0.70以下であることがより好ましい。 In the coated cutting tool of the present embodiment, when the atomic ratio [C/(C+N)] of carbon to the total of carbon and nitrogen contained in the TiCN layer is 0.50 or more, wear resistance tends to be further improved. It is in. On the other hand, when the atomic ratio [C/(C+N)] is 0.75 or less, the fracture resistance tends to be further improved. Therefore, the atomic ratio [C/(C+N)] is preferably 0.50 or more and 0.75 or less from the viewpoint of further improving the wear resistance and the fracture resistance in a well-balanced manner. From the same viewpoint, the atomic ratio [C/(C+N)] is more preferably 0.50 or more and 0.70 or less.

本実施形態の被覆切削工具において、TiCN層に含まれる炭素と窒素の合計に対する炭素の原子比[C/(C+N)]は、例えば、電子プローブ微小分析器(EPMA)によりTiCN層中のC量とN量を定量することにより得られる。 In the coated cutting tool of the present embodiment, the atomic ratio [C/(C+N)] of carbon to the total of carbon and nitrogen contained in the TiCN layer is determined by, for example, the amount of C in the TiCN layer by an electron probe microanalyzer (EPMA). And N are quantified.

本実施形態の被覆切削工具において、被覆層は、Ti化合物層の表面に酸化アルミニウム層(以下、「Al層」という。)を含むと、被削材との反応による摩耗の進行を抑制することができるため好ましい。Al層の結晶型は特に限定されず、α型、β型、δ型、γ型、κ型、χ型、擬τ型、η型、およびρ型が挙げられる。これらの中でも、Al層の結晶型は、高温でもより一層安定である観点からα型であることが好ましく、Ti化合物層とAl層との密着性がより一層優れる観点からκ型であることが好ましい。特に、高速切削など切削に関与する領域が高温になる場合において、Al層がα型Al層であると、欠損やチッピングを起こしにくくなるため好ましい。Al層の平均厚さが1.0μm以上であると、すくい面における耐クレータ摩耗性がより一層向上する傾向にある。一方、Al層の平均厚さが15.0μm以下であると、耐欠損性がより一層向上する傾向にある。このため、耐クレータ摩耗性および耐欠損性をバランスよくより一層向上する観点から、Al層の平均厚さは、1.0μm以上15.0μm以下であることが好ましく、同様の観点から、3.0μm以上12.0μm以下であることがより好ましく、5.0μm以上12.0μm以下であることがさらに好ましい。In the coated cutting tool of the present embodiment, when the coating layer includes an aluminum oxide layer (hereinafter referred to as “Al 2 O 3 layer”) on the surface of the Ti compound layer, the progress of wear due to the reaction with the work material is promoted. It is preferable because it can be suppressed. The crystal type of the Al 2 O 3 layer is not particularly limited, and examples thereof include α type, β type, δ type, γ type, κ type, χ type, pseudo τ type, η type, and ρ type. Among these, the crystal type of the Al 2 O 3 layer is preferably α type from the viewpoint of being more stable even at high temperature, and from the viewpoint of further excellent adhesiveness between the Ti compound layer and the Al 2 O 3 layer. It is preferably kappa type. In particular, when the region involved in cutting, such as high-speed cutting, has a high temperature, it is preferable that the Al 2 O 3 layer is an α-type Al 2 O 3 layer because chipping and chipping are less likely to occur. When the average thickness of the Al 2 O 3 layer is 1.0 μm or more, the crater wear resistance on the rake face tends to be further improved. On the other hand, when the average thickness of the Al 2 O 3 layer is 15.0 μm or less, the fracture resistance tends to be further improved. Therefore, from the viewpoint of further improving the crater wear resistance and fracture resistance in a well-balanced manner, the average thickness of the Al 2 O 3 layer is preferably 1.0 μm or more and 15.0 μm or less, and from the same viewpoint. , 3.0 μm or more and 12.0 μm or less, more preferably 5.0 μm or more and 12.0 μm or less.

本実施形態のTi化合物層における、基材のすくい面の表面と略平行な研磨面を上面から見た写真の一例を図4に示し、本実施形態のTi化合物層における、基材の逃げ面表面と略平行な研磨面を上面から見た写真の一例を図5に示す。 An example of a photograph of the polishing surface of the Ti compound layer of the present embodiment that is substantially parallel to the rake face of the base material is shown in FIG. 4, and the flank surface of the base material of the Ti compound layer of the present embodiment is shown. FIG. 5 shows an example of a photograph of a polished surface that is substantially parallel to the surface as seen from above.

本実施形態の被覆切削工具における被覆層を構成する各層の形成方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。 As a method of forming each layer constituting the coating layer in the coated cutting tool of the present embodiment, for example, the following method can be mentioned.

Ti化合物層にTiN層が含まれる場合、TiN層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:3.0〜10.0mol%、N:20〜60mol%、H:残部とし、温度:850〜920℃、圧力:100〜350hPaとする化学蒸着法で形成することができる。If the TiN layer is included in the Ti compound layer, TiN layer, for example, the feed gas composition, TiCl 4: 3.0~10.0mol%, N 2: 20~60mol%, H 2: the balance, Temperature: It can be formed by a chemical vapor deposition method at 850 to 920° C. and a pressure of 100 to 350 hPa.

Ti化合物層にTiCN層が含まれる場合、TiCN層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:10〜15mol%、CHCN:1〜3mol%、N:0〜20mol%、H:残部とし、温度:850〜920℃、圧力:60〜80hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the TiCN layer is included in the Ti compound layer, the TiCN layer has, for example, a raw material gas composition of TiCl 4 :10 to 15 mol%, CH 3 CN :1 to 3 mol%, N 2 :0 to 20 mol%, and H 2 : The balance can be formed by a chemical vapor deposition method in which the temperature is 850 to 920° C. and the pressure is 60 to 80 hPa.

なお、上記の方法では、TiCN層中のC/(C+N)を0.65未満までしか調整することができない。TiCN層のC/(C+N)を0.65〜0.75にするために、例えば、原料ガス組成をTiCl:1.0〜8.0mol%、CHCN:1.0〜2.0mol%、C:1.0〜2.0mol%、N:10〜50mol%、H:残部とし、温度:700〜900℃、圧力:50〜100hPaとする化学蒸着法で形成することができる。In the above method, C/(C+N) in the TiCN layer can be adjusted only to less than 0.65. C / the TiCN layer (C + N) in order to 0.65 to 0.75, for example, the raw material gas composition TiCl 4: 1.0~8.0mol%, CH 3 CN: 1.0~2.0mol %, C 3 H 6: 1.0~2.0mol %, N 2: 10~50mol%, H 2: the balance, temperature: 700 to 900 ° C., a pressure: formed by chemical vapor deposition to 50~100hPa be able to.

このとき、TiClに対するCHCNの原料ガス組成比[CHCN/TiCl]を小さくすると、TiCN層の平均粒径を小さくすることができる。また、温度を低くすると、TiCN層の平均粒径を小さくすることができる。In this case, reducing the feed gas composition ratio of CH 3 CN for TiCl 4 [CH 3 CN / TiCl 4], it is possible to reduce the average particle size of the TiCN layer. Further, if the temperature is lowered, the average grain size of the TiCN layer can be reduced.

Ti化合物層にTiC層が含まれる場合、TiC層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:1.0〜3.0mol%、CH:4.0〜6.0mol%、H:残部とし、温度:990〜1030℃、圧力:50〜100hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the TiC layer is included in the Ti compound layer, the TiC layer may have, for example, a raw material gas composition of TiCl 4 : 1.0 to 3.0 mol%, CH 4 : 4.0 to 6.0 mol%, and H 2 : balance. And the temperature is 990 to 1030° C. and the pressure is 50 to 100 hPa.

Al層がα型Al層である場合、α型Al層は、例えば、原料ガス組成を、AlCl:2.1〜5.0mol%、CO:2.5〜4.0mol%、HCl:2.0〜3.0mol%、HS:0.28〜0.45mol%、H:残部とし、温度:900〜1000℃、圧力:60〜80hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the Al 2 O 3 layer is an α-type Al 2 O 3 layer, the α-type Al 2 O 3 layer has, for example, a source gas composition of AlCl 3 : 2.1 to 5.0 mol% and CO 2 : 2. 5 to 4.0 mol%, HCl: 2.0 to 3.0 mol%, H 2 S: 0.28 to 0.45 mol%, H 2 : balance, temperature: 900 to 1000° C., pressure: 60 to 80 hPa. Can be formed by a chemical vapor deposition method.

Al層がκ型Al層である場合、κ型Al層は、例えば、原料ガス組成を、AlCl:2.1〜5.0mol%、CO:2.0〜6.0mol%、CO:3.0〜5.5mol%、HCl:3.0〜5.0mol%、HS:0.3〜0.5mol%、H:残部とし、温度:900〜1000℃、圧力:60〜80hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the Al 2 O 3 layer is a κ-type Al 2 O 3 layer, the κ-type Al 2 O 3 layer has, for example, a source gas composition of AlCl 3 : 2.1 to 5.0 mol% and CO 2 : 2. 0~6.0mol%, CO: 3.0~5.5mol%, HCl: 3.0~5.0mol%, H 2 S: 0.3~0.5mol%, H 2: the balance, temperature: It can be formed by a chemical vapor deposition method at 900 to 1000° C. and a pressure of 60 to 80 hPa.

Ti化合物層にTiAlCNO層が含まれる場合、TiAlCNO層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:3.0〜5.0mol%、AlCl:1.0〜2.0mol%、CO:0.4〜1.0mol%、N:30〜40mol%、H:残部とし、温度:975〜1025℃、圧力:90〜120hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the TiAlCNO layer is included in the Ti compound layer, the TiAlCNO layer has, for example, a source gas composition of TiCl 4 : 3.0 to 5.0 mol%, AlCl 3 : 1.0 to 2.0 mol%, and CO: 0. 4 to 1.0 mol %, N 2 :30 to 40 mol %, H 2 : balance, and temperature: 975 to 1025° C., pressure: 90 to 120 hPa can be formed by a chemical vapor deposition method.

Ti化合物層にTiAlCO層が含まれる場合、TiAlCO層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:0.5〜1.5mol%、AlCl:3.0〜5.0mol%、CO:2.0〜4.0mol%、H:残部とし、温度:975〜1025℃、圧力:60〜100hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the TiAlCO layer is included in the Ti compound layer, the TiAlCO layer has, for example, a raw material gas composition of TiCl 4 : 0.5 to 1.5 mol%, AlCl 3 : 3.0 to 5.0 mol%, and CO: 2. It can be formed by a chemical vapor deposition method in which 0 to 4.0 mol%, H 2 : balance, and temperature: 975 to 1025° C. and pressure: 60 to 100 hPa.

Ti化合物層にTiCNO層が含まれる場合、TiCNO層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:3.0〜5.0mol%、CO:0.4〜1.0mol%、N:30〜40mol%、H:残部とし、温度:975〜1025℃、圧力:90〜110hPaとする化学蒸着法で形成することができる。If it contains TiCNO layer of Ti compound layer, TiCNO layer, for example, the feed gas composition, TiCl 4: 3.0~5.0mol%, CO : 0.4~1.0mol%, N 2: 30~ 40 mol%, H 2 : balance, temperature: 975 to 1025° C., pressure: 90 to 110 hPa can be formed by a chemical vapor deposition method.

Ti化合物層にTiCO層が含まれる場合、TiCO層は、例えば、原料ガス組成を、TiCl:0.5〜1.5mol%、CO:2.0〜4.0mol%、H:残部とし、温度:975〜1025℃、圧力:60〜100hPaとする化学蒸着法で形成することができる。When the TiCO layer is included in the Ti compound layer, the TiCO layer has, for example, a raw material gas composition of TiCl 4 : 0.5 to 1.5 mol%, CO: 2.0 to 4.0 mol%, and H 2 : balance. , Temperature: 975 to 1025° C., pressure: 60 to 100 hPa.

すくい面と逃げ面の各Ti化合物層における、領域の平均数密度および断続クラックの平均数密度の関係を満たす被覆切削工具は、例えば、以下の方法によって得られる。 A coated cutting tool that satisfies the relationship between the average number density of regions and the average number density of intermittent cracks in each Ti compound layer on the rake face and the flank face can be obtained, for example, by the following method.

被覆層を形成した後、従来よりもアスペクト比が大きい形状を有する投射材を用いて乾式ショットブラストを施すと、Ti化合物層中の断続クラックの平均数密度Bを容易に制御できる。投射材のアスペクト比が、1.5以上3.0以下であることが好ましく、投射材の形状が鋭利な凸部を有していることがさらに好ましい。すくい面のTi化合物層における、クラックの形態を制御する場合、乾式ショットブラストの条件は、すくい面の被覆層の表面に対して投射角度を80°〜90°とし、投射材を80m/sec〜100m/secの投射速度、0.5分〜1.0分の投射時間で投射するとよい。この場合の乾式ショットブラストの投射材は、平均粒径160μm〜200μmのAlやZrOなどの材質であると好ましい。逃げ面のTi化合物層における、クラック形態を制御する場合、乾式ショットブラストの条件は、逃げ面の被覆層の表面に対して投射角度を80°〜90°とし、投射材を40〜60m/secの投射速度、0.5〜1.0分の投射時間で投射するとよい。この場合の乾式ショットブラストの投射材は、平均粒径100〜140μmのAlやZrOなどの材質であると好ましい。このとき、乾式ショットブラストを施さない面には、マスキングを施すことにより、クラックの形態を容易に制御することができる。After forming the coating layer, if dry shot blasting is performed using a shot material having a shape with a larger aspect ratio than in the past, the average number density B of the intermittent cracks in the Ti compound layer can be easily controlled. The aspect ratio of the shot material is preferably 1.5 or more and 3.0 or less, and more preferably the shape of the shot material has a sharp convex portion. When controlling the morphology of cracks in the Ti compound layer on the rake face, the dry shot blasting conditions are such that the projection angle is 80° to 90° with respect to the surface of the coating layer on the rake face, and the projection material is 80 m/sec It is recommended to project at a projection speed of 100 m/sec and a projection time of 0.5 minutes to 1.0 minutes. In this case, the shot material for dry shot blasting is preferably a material such as Al 2 O 3 or ZrO 2 having an average particle diameter of 160 μm to 200 μm. When controlling the crack morphology in the Ti compound layer on the flank, the dry shot blasting conditions are such that the projection angle is 80° to 90° with respect to the surface of the coating layer on the flank, and the projection material is 40 to 60 m/sec. It is recommended that the projection is performed at a projection speed of 0.5 to 1.0 minute. In this case, the shot material for dry shot blasting is preferably a material such as Al 2 O 3 or ZrO 2 having an average particle size of 100 to 140 μm. At this time, the form of cracks can be easily controlled by masking the surface that is not dry shot blasted.

ここで投射材のアスペクト比とは、投射材において最大の直径の値を、最小の直径の値で除した値である。また、投射材の平均粒径とは、投射材において最大の直径の値と最小の直径の値との平均値である。投射角度とは、被覆層の表面と投射材を投射する角度とのなす角度である。よって、すくい面に乾式ショットブラストを施す場合には、すくい面の被覆層の表面と投射材を投射する角度とのなす角度を指し、逃げ面に乾式ショットブラストを施す場合には、逃げ面の被覆層の表面と投射材を投射する角度とのなす角度を指す。 Here, the aspect ratio of the shot material is a value obtained by dividing the value of the maximum diameter in the shot material by the value of the minimum diameter. The average particle size of the shot material is the average value of the maximum diameter value and the minimum diameter value of the shot material. The projection angle is an angle formed by the surface of the coating layer and the projection angle of the projection material. Therefore, when performing dry shot blasting on the rake face, it refers to the angle between the surface of the coating layer on the rake face and the angle at which the projection material is projected, and when performing dry shot blasting on the flank face, It refers to the angle formed by the surface of the coating layer and the angle at which the projection material is projected.

各層の厚さは、被覆切削工具の断面組織から光学顕微鏡、SEM、電界放射型走査電子顕微鏡(FE−SEM)などを用いて測定することができる。なお、被覆切削工具の厚さは、刃先から被覆切削工具のすくい面に向かって50μmの近傍の位置において、各層の厚さを3箇所以上測定し、その平均値を求めるとよい。各層の組成は、本実施形態の被覆切削工具の断面組織からエネルギー分散型X線分光器(EDS)や波長分散型X線分光器(WDS)などを用いて測定することができる。 The thickness of each layer can be measured from the sectional structure of the coated cutting tool using an optical microscope, SEM, field emission scanning electron microscope (FE-SEM), or the like. As for the thickness of the coated cutting tool, it is preferable to measure the thickness of each layer at three or more locations at a position in the vicinity of 50 μm from the cutting edge toward the rake face of the coated cutting tool, and obtain the average value thereof. The composition of each layer can be measured from the sectional structure of the coated cutting tool of the present embodiment using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDS), a wavelength dispersive X-ray spectrometer (WDS), or the like.

Ti化合物層の領域および断続クラックにおける平均数密度を測定する方法として、例えば、以下の方法を挙げることができる。被覆切削工具を基材の表面と略平行な方向にTi化合物層の表面又は内部が露出するまで研磨し、Ti化合物層の研磨面を得る。その研磨面をフッ硝酸にてエッチングすると、クラックを容易に観察することができる。その研磨面を、光学顕微鏡を用いて300倍〜750倍で観察し、研磨面の写真を撮影する。この研磨面の写真を用いて、Ti化合物層の領域の個数および断続クラックの個数を測定する。測定した領域の個数および断続クラックの個数を、測定した面積でそれぞれ割ると、領域および断続クラックの数密度を求めることができる。測定した各視野の領域および断続クラックの数密度をそれぞれ合計し、測定した視野の数でそれぞれ割ると、領域の平均数密度Aおよび断続クラックの平均数密度Bを求めることができる。研磨面の写真を用いて、0.2mm以上の範囲を測定することが好ましく、0.25mm以上の範囲を測定することがより好ましく、0.3mm以上の範囲を測定することがさらに好ましい。なお、研磨面の写真を用いて領域の個数を測定する場合、クラックが写真の端で途切れていることにより、領域が形成されているか確認できない範囲については、0.5個の領域とする。上述の測定方法により、すくい面および逃げ面における、領域の平均数密度Aおよび断続クラックの平均数密度Bを求めることができる。Examples of the method for measuring the average number density in the region of the Ti compound layer and the intermittent cracks include the following methods. The coated cutting tool is polished in a direction substantially parallel to the surface of the base material until the surface or the inside of the Ti compound layer is exposed to obtain a polished surface of the Ti compound layer. If the polished surface is etched with hydrofluoric nitric acid, cracks can be easily observed. The polished surface is observed with an optical microscope at 300 times to 750 times, and a photograph of the polished surface is taken. Using the photograph of the polished surface, the number of regions of the Ti compound layer and the number of intermittent cracks are measured. By dividing the measured number of regions and the number of interrupted cracks by the measured area, the number density of regions and interrupted cracks can be obtained. The average number density A of the regions and the average number density B of the interrupted cracks can be obtained by summing the measured region densities of the respective visual fields and the number densities of the interrupted cracks and dividing each by the number of the measured visual fields. It is preferable to measure a range of 0.2 mm 2 or more using a photograph of the polished surface, more preferably to measure a range of 0.25 mm 2 or more, and further to measure a range of 0.3 mm 2 or more. preferable. When the number of regions is measured using a photograph of the polished surface, the range in which it is not possible to confirm whether a region is formed due to cracks at the edges of the photograph is 0.5. By the above-described measuring method, the average number density A of regions and the average number density B of intermittent cracks on the rake face and the flank face can be obtained.

以下、実施例によって本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

基材として、JIS規格CNMG120412形状の86.0WC−1.0TiCN−1.0TaC−0.5NbC−0.5ZrC−11.0Co(以上質量%)組成の超硬合金製切削インサートを用意した。この基材の切刃稜線部に、SiCブラシにより丸ホーニングを施した後、基材の表面を洗浄した。次に、基材を外熱式化学蒸着装置に装入し、表1に示す成膜条件で、表3に示す被覆層の構成と平均厚さになるように基材の表面に被覆層を形成した。このとき、各試料のTiCN層は、表2に示す成膜条件で形成した。なお、表2に示すTiCN層の成膜条件は、表1に示す被覆層の種類に対応している。試料は各10個作製した。表3に示す酸化アルミニウム層(Al層)の結晶型におけるαはα型Al層を表し、κはκ型Al層を表す。As a base material, a cemented carbide cutting insert having a JIS standard CNMG1201212 shape of 86.0WC-1.0TiCN-1.0TaC-0.5NbC-0.5ZrC-11.0Co (above mass%) was prepared. After round honing was performed on the ridge line of the cutting edge of this substrate with a SiC brush, the surface of the substrate was washed. Next, the base material was placed in an external heating type chemical vapor deposition apparatus, and a coating layer was formed on the surface of the base material under the film forming conditions shown in Table 1 so that the composition and the average thickness of the coating layer shown in Table 3 would be obtained. Formed. At this time, the TiCN layer of each sample was formed under the film forming conditions shown in Table 2. The conditions for forming the TiCN layer shown in Table 2 correspond to the types of coating layers shown in Table 1. Ten samples were prepared for each. In the crystal type of the aluminum oxide layer (Al 2 O 3 layer) shown in Table 3, α represents an α-type Al 2 O 3 layer, and κ represents a κ-type Al 2 O 3 layer.

得られた試料については、被覆層を形成した後、表4に示す条件で乾式ショットブラストまたは湿式ショットブラストを施した。このとき、発明品1〜10、比較品4、5、7〜9については、投射材として、アスペクト比が1.5であるAlまたはZrOの粒子を使用した。比較品3、6については、投射材として、アスペクト比が1.0である鋼またはAlの粒子を使用した。After the coating layer was formed, the obtained sample was subjected to dry shot blasting or wet shot blasting under the conditions shown in Table 4. At this time, in the invention products 1 to 10 and the comparative products 4, 5, and 7 to 9 , particles of Al 2 O 3 or ZrO 2 having an aspect ratio of 1.5 were used as the projection material. For Comparative Products 3 and 6, steel or Al 2 O 3 particles having an aspect ratio of 1.0 was used as the shot material.

得られた試料の各層の厚さは、被覆切削工具の刃先からすくい面の中心部に向かって50μmの位置の近傍の断面をSEMで3箇所測定し、その平均値(相加平均値)を求めた。 For the thickness of each layer of the obtained sample, the cross section near the position of 50 μm from the cutting edge of the coated cutting tool toward the center of the rake face was measured at three locations by SEM, and the average value (arithmetic mean value) was calculated. I asked.

Ti化合物層の領域および断続クラックを測定するため、得られた試料を基材の表面と略平行な方向にTi化合物層が露出するまで研磨した。このとき、すくい面および逃げ面の研磨面をそれぞれ作製した。Ti化合物層の研磨面は、Ti化合物層の平均厚さの70%の厚さが残るような位置となるように調整し、Ti化合物層の研磨面をフッ硝酸にてエッチングした。そのTi化合物層の研磨面を、光学顕微鏡を用いて300倍で観察し、0.33mmの範囲の研磨面の写真を撮影した。各試料について、3個のインサートを用意し、それぞれ研磨面の写真を用いて、Ti化合物層の領域の個数および断続クラックの個数を求め、それらの値からTi化合物層の領域の平均数密度Aおよび断続クラックの平均数密度Bを求めた。すくい面における、平均数密度をAとし、断続クラックの平均数密度をBとした。逃げ面における、平均数密度をAとし、断続クラックの平均数密度をBとした。それらの結果を表5に示す。In order to measure the area of the Ti compound layer and the intermittent cracks, the obtained sample was polished in a direction substantially parallel to the surface of the base material until the Ti compound layer was exposed. At this time, polishing surfaces of the rake face and the flank face were prepared. The polished surface of the Ti compound layer was adjusted so that 70% of the average thickness of the Ti compound layer remained, and the polished surface of the Ti compound layer was etched with hydrofluoric acid. The polished surface of the Ti compound layer was observed with an optical microscope at 300 times, and a photograph of the polished surface in the range of 0.33 mm 2 was taken. For each sample, three inserts were prepared, the number of Ti compound layer regions and the number of intermittent cracks were determined using photographs of the polished surface, and the average number density A of the Ti compound layer regions was calculated from these values. And the average number density B of the intermittent crack was calculated. The average number density on the rake face was A r, and the average number density of intermittent cracks was B r . The average number density on the flank was A f, and the average number density of the intermittent cracks was B f . The results are shown in Table 5.

得られた試料のTiCN層に含まれるCとNの合計に対するCの原子比[C/(C+N)]については、被覆切削工具の刃先からすくい面の中心部に向かって50μmの位置の近傍の断面からEPMAを用いて測定した。得られた結果を表6に示す。 Regarding the atomic ratio [C/(C+N)] of C with respect to the total of C and N contained in the TiCN layer of the obtained sample, the value in the vicinity of the position of 50 μm from the cutting edge of the coated cutting tool toward the center of the rake face was measured. It was measured from the cross section using EPMA. The obtained results are shown in Table 6.

得られた試料を用いて、以下の切削試験を行い、評価した。その結果を表8に示す。 The following cutting test was performed and evaluated using the obtained sample. The results are shown in Table 8.

[切削試験1:耐摩耗性試験]
被削材:S45Cの丸棒、
切削速度:260m/min、
送り:0.30mm/rev、
切り込み:2.0mm、
クーラント:有り、
評価項目:試料が欠損(表中、「欠損」と記載。)または欠損およびチッピングが生じることなく最大逃げ面摩耗幅が0.2mmに至ったとき(表中、「正常摩耗」と記載。)を工具寿命とし、工具寿命までの加工時間を測定した。
[Cutting test 1: Wear resistance test]
Work Material: S45C Round Bar,
Cutting speed: 260m/min,
Feed: 0.30 mm/rev,
Notch: 2.0 mm,
Coolant: Yes,
Evaluation item: When the maximum flank wear width reached 0.2 mm without causing defects (defects in the table) or chipping and chipping (indicated as "normal wear" in the table). Was defined as the tool life, and the processing time until the tool life was measured.

[切削試験2:耐欠損性試験]
被削材:S45Cの長さ方向に等間隔で2本の溝入り丸棒、
切削速度:220m/min、
送り:0.35mm/rev、
切り込み:1.5mm、
クーラント:有り、
評価項目:試料が欠損に至ったときを工具寿命とし、工具寿命までの衝撃回数を測定した。衝撃回数は、試料と被削材とが接触した回数とし、接触回数が最大で20000回に到達した時点で試験を終了した。なお、各試料について、5個のインサートを用意し、それぞれ衝撃回数を測定し、それらの衝撃回数の値から平均値(相加平均値)を求め、工具寿命とした。
[Cutting test 2: fracture resistance test]
Work Material: Two round bars with grooves at equal intervals in the length direction of S45C,
Cutting speed: 220m/min,
Feed: 0.35 mm/rev,
Notch: 1.5 mm,
Coolant: Yes,
Evaluation item: The tool life was defined as the time when the sample was damaged, and the number of impacts until the tool life was measured. The number of impacts was the number of times the sample and the work material contacted each other, and the test was terminated when the maximum number of contacts reached 20,000. Five inserts were prepared for each sample, the number of impacts was measured for each, and the average value (arithmetic mean value) was calculated from the values of the number of impacts, which was taken as the tool life.

なお、耐摩耗性試験の工具寿命に至るまでの加工時間について、35分以上をA、25分以上35分未満をB、25分未満をCとして評価した。また、耐欠損性試験の工具寿命に至るまでの衝撃回数について、20000回をA、10000回以上20000回未満をB、10000回未満をCとして評価した。この評価では、(優)A>B>C(劣)という順位になり、AまたはBを有するほど切削性能が優れる。 The machining time until the tool life in the wear resistance test was evaluated as A for 35 minutes or more, B for 25 minutes or more and less than 35 minutes, and C for less than 25 minutes. In addition, the number of impacts up to the tool life in the fracture resistance test was evaluated as 20,000 times as A, 10,000 times or more and less than 20,000 times as B, and less than 10,000 times as C. In this evaluation, the rank is (excellent) A>B>C (inferior), and the higher A or B, the better the cutting performance.

表8の結果より、発明品の耐摩耗性試験および耐欠損性試験の評価は、どちらもB以上の評価であった。一方、比較品は、耐摩耗性試験および耐欠損性試験のいずれかの試験において、評価が、Cであった。また、比較品5および比較品9の耐欠損性試験の評価は、Aであったが、耐摩耗性試験の評価がCであった。よって、発明品は、耐チッピング性および耐欠損性を低下させずに耐摩耗性を向上させたことが分かる。 From the results in Table 8, both the abrasion resistance test and the fracture resistance test of the invention products were evaluated as B or higher. On the other hand, the comparative product was evaluated as C in either of the abrasion resistance test and the fracture resistance test. Further, the evaluation of the fracture resistance test of Comparative Product 5 and Comparative Product 9 was A, but the evaluation of the abrasion resistance test was C. Therefore, it can be seen that the invention product has improved wear resistance without lowering chipping resistance and chipping resistance.

以上の結果より、耐チッピング性および耐欠損性を低下させずに耐摩耗性を向上させたことにより、発明品の工具寿命が長くなっていることが分かる。 From the above results, it is understood that the tool life of the invention product is extended by improving the wear resistance without lowering the chipping resistance and the chipping resistance.

本出願は、2016年5月24日出願の日本特許出願(特願2016−103027)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。 This application is based on the Japanese patent application filed on May 24, 2016 (Japanese Patent Application No. 2016-103027), the contents of which are incorporated herein by reference.

本発明の被覆切削工具は、耐チッピング性および耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性を向上させることができ、従来よりも工具寿命を延長できるので、そのような要求がある分野において、産業上の利用可能性が高い。 The coated cutting tool of the present invention can improve wear resistance without impairing chipping resistance and chipping resistance, and can prolong the tool life as compared with conventional ones, and therefore, in the field where such a demand exists, Highly available on.

1…基材、2…被覆層、3…すくい面、4…逃げ面、5…切刃稜線部、11…Ti化合物層、12…酸化アルミニウム層、20,30…領域、21〜23…小単位、31,32…小さい領域、100…被覆切削工具。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Base material, 2... Coating layer, 3... Rake surface, 4... Relief surface, 5... Cutting edge ridge portion, 11... Ti compound layer, 12... Aluminum oxide layer, 20, 30... Region, 21-23... Small Unit, 31, 32... Small area, 100... Coated cutting tool.

Claims (7)

基材と、前記基材の表面に形成された被覆層とを備える被覆切削工具であって、
前記被覆切削工具は、すくい面と、逃げ面と、すくい面と逃げ面との間に切刃稜線部とを有し、
前記被覆層が、少なくとも1層のTi化合物層を含み、
前記Ti化合物層が、TiまたはTiおよびAlと、C、N、OおよびBから成る群より選ばれる少なくとも1種の元素とを含む化合物層であり、
前記Ti化合物層における、前記基材の表面と略平行な研磨面を上面から見たとき、前記Ti化合物層はクラックによって囲まれた領域を有し、
前記領域の内側に、前記領域を囲む前記クラックと、一端または両端で接しない断続クラックを有し、
前記すくい面において、前記領域の平均数密度Arと前記断続クラックの平均数密度Brとが1.2<Br/Ar≦1.59を満たし、
前記逃げ面において、前記領域の平均数密度Afと前記断続クラックの平均数密度Bfとが0.1<Bf/Af≦0.93を満たし、
かつ、Br/Ar>Bf/Afである、被覆切削工具。
A coated cutting tool comprising a substrate and a coating layer formed on the surface of the substrate,
The coated cutting tool has a rake face, a flank face, and a cutting edge ridge portion between the rake face and the flank face,
The coating layer comprises at least one Ti compound layer,
The Ti compound layer is a compound layer containing Ti or Ti and Al and at least one element selected from the group consisting of C, N, O and B,
When the polishing surface of the Ti compound layer that is substantially parallel to the surface of the base material is viewed from above, the Ti compound layer has a region surrounded by cracks,
Inside the region, the crack surrounding the region, and has an intermittent crack that does not contact at one end or both ends,
Filled fraud and mitigating risk and mean number density A r of the region and the average number density B r of the intermittent cracks 1.2 <B r / A r ≦ 1.59 in the rake face,
Filled fraud and mitigating risk and mean number density A f of the region and the average number density B f of the intermittent cracks 0.1 <B f / A f ≦ 0.93 in the flank,
And a coated cutting tool in which B r /A r >B f /A f .
前記Ti化合物層が、前記基材の表面に形成され、平均厚さが2.0μm以上20.0μm以下である、請求項1記載の被覆切削工具。 The coated cutting tool according to claim 1, wherein the Ti compound layer is formed on the surface of the base material and has an average thickness of 2.0 μm or more and 20.0 μm or less. 前記Ti化合物層が、少なくとも1層のTiCN層を含み、
前記TiCN層の平均粒径は、0.3μm以上2.0μm以下である、請求項1または2に記載の被覆切削工具。
The Ti compound layer includes at least one TiCN layer,
The coated cutting tool according to claim 1, wherein the TiCN layer has an average particle size of 0.3 μm or more and 2.0 μm or less.
前記TiCN層に含まれる炭素と窒素との合計に対する炭素の原子比[C/(C+N)]が0.50以上0.75以下である、請求項3に記載の被覆切削工具。 The coated cutting tool according to claim 3, wherein the atomic ratio [C/(C+N)] of carbon to the total of carbon and nitrogen contained in the TiCN layer is 0.50 or more and 0.75 or less. 前記被覆層が、前記Ti化合物層の表面に、平均厚さが1.0μm以上15.0μm以下の酸化アルミニウム層を有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 The coated cutting tool according to claim 1, wherein the coating layer has an aluminum oxide layer having an average thickness of 1.0 μm or more and 15.0 μm or less on the surface of the Ti compound layer. 前記被覆層の全体の平均厚さが3.0μm以上30.0μm以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 The coated cutting tool according to claim 1, wherein the entire average thickness of the coating layer is 3.0 μm or more and 30.0 μm or less. 前記基材が、超硬合金、サーメット、セラミックスまたは立方晶窒化硼素焼結体のいずれかである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の被覆切削工具。 The coated cutting tool according to any one of claims 1 to 6, wherein the base material is one of a cemented carbide, cermet, ceramics and a cubic boron nitride sintered body.
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