JP6940815B2 - Surface coating cutting tool with excellent wear resistance and peeling resistance for the hard coating layer - Google Patents
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Description
本発明は、難削材である合金工具鋼やTi合金などの高速切削加工に用いた場合においても、硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性および耐剥離性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を有する表面被覆切削工具(以下、「被覆工具」ともいう。)に関するものである。 According to the present invention, even when used for high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as alloy tool steel and Ti alloy, the hard coating layer has excellent wear resistance and peeling resistance, so that it can be used for a long period of time. It relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter, also referred to as “covered tool”) having excellent cutting performance.
従来、被覆工具において、摩耗特性の向上を図るとの観点から、例えば、特許文献1においては、炭化タングステン基の超硬合金基体表面に下部層として化学蒸着により形成された、特に、チタン等の元素の2ホウ化物(TiB2)層を有し、上部層として化学蒸着により形成されたα酸化アルミニウム層を有してなる硬質被覆層が形成された被覆工具を用いることが提案されているが、成膜時の高温、高真空の条件下において超硬合金基体中の接合層およびTiB2層中の硼素の拡散により、硼素含有脆化層が生じ、そのため、耐摩耗性成分素材の寿命を著しく低下させるという問題を生じていた。
これに対し、例えば、特許文献2では、合金工具鋼や軸受鋼の焼き入れ材など高硬度鋼の高速切削加工に用いた際においても、すぐれた耐摩耗性を発揮する被覆工具として、炭化タングステン基の超硬合金基体表面に、下部層として組成式:(Al1−XTiX)N(ただし、原子比で、Xは0.25〜0.60を示す)を満足するAlとTiの複合窒化物層からなる下部層を有し、前記下部層の上には、ZrBN(硼窒化ジルコニウム)層からなる密着接合層を有し、さらに、前記密着接合層の上には、ZrB2(硼化ジルコニウム)層からなる上部層を有する硬質被覆層を形成した被覆工具を用いることが提案されている。
また、特許文献3では、炭化タングステン基の超硬合金基体の最表面に、少なくともZr硼化物(ZrB2)層からなる被覆層を形成してなる被覆工具において、前記Zr硼化物(ZrB2)層を複数の平均粒径を有する結晶粒組織の複合組織として構成し、具体的には、5〜30nmの平均粒径を有する一次結晶粒の集合体からなる平均粒径50〜100nmの二次結晶粒と、該二次結晶粒の集合体からなる平均粒径200〜1000nmの三次結晶粒とからなり、高い膜強度(例えば、荷重200mgにて測定した場合のナノインデンテーション硬さが3600kgf/mm2以上(=35.3GPa以上))を有する複合組織とすることにより、特許文献2に記載された切削条件よりもさらに厳しい切削条件、すなわち、各種のTi系合金や高Si含有Al−Si系合金などの硬質難削材に対する切削加工を高速切削条件にて用いた場合においても、すぐれた耐摩耗性および耐剥離性を発揮する被覆工具が提案されている。
Conventionally, from the viewpoint of improving wear characteristics in coated tools, for example, in
On the other hand, in Patent Document 2, for example, tungsten carbide is used as a covering tool that exhibits excellent wear resistance even when used for high-speed cutting of high-hardness steel such as hardened material of alloy tool steel and bearing steel. Of Al and Ti satisfying the composition formula: (Al 1-X Ti X ) N (where X indicates 0.25 to 0.60 in atomic ratio) as a lower layer on the surface of the base cemented carbide substrate. It has a lower layer made of a composite nitride layer, a close-contact bonding layer made of a ZrBN (zirconium nitride) layer on the lower layer, and ZrB 2 (on the close-contact bonding layer). It has been proposed to use a coating tool in which a hard coating layer having an upper layer composed of a (zirconium nitride) layer is formed.
Further, in Patent Document 3, in a coating tool in which a coating layer composed of at least a Zr boride (ZrB 2 ) layer is formed on the outermost surface of a cemented carbide substrate having a tungsten carbide group , the Zr boride (ZrB 2 ) is used. The layer is composed of a composite structure of crystal grain structures having a plurality of average particle sizes, and specifically, a secondary having an average particle size of 50 to 100 nm composed of an aggregate of primary crystal grains having an average particle size of 5 to 30 nm. It is composed of crystal grains and tertiary crystal grains having an average particle size of 200 to 1000 nm composed of aggregates of the secondary crystal grains, and has high film strength (for example, nanoindentation hardness measured at a load of 200 mg is 3600 kgf /). By forming a composite structure having mm 2 or more (= 35.3 GPa or more)), the cutting conditions are more severe than the cutting conditions described in Patent Document 2, that is, various Ti-based alloys and high Si-containing Al-Si. A covering tool that exhibits excellent wear resistance and peeling resistance has been proposed even when cutting a hard difficult-to-cut material such as a cemented carbide is used under high-speed cutting conditions.
ところで、近年の切削加工における省力化および省エネ化への要求は強く、これに伴い、被覆工具は一段と過酷な条件下にて使用されるようになってきており、前記硬質難削材に対して、さらなる高速切削条件においても、すぐれた耐摩耗性および耐剥離性を有することが求められている。
しかしながら、前記特許文献2や特許文献3にて提案されている、Zr硼化物(ZrB2)層を有する被覆層からなる被覆工具を用いて、前記難削材に対し、さらなる高速切削条件にて切削加工を行った場合においては、これらの被覆層が塑性変形に耐えられず、被覆層から粒子が脱落するため、耐摩耗性に劣り、その結果、異常摩耗が発生し、膜剥離を起こすため、早期に寿命に至るという問題を有していた。
By the way, in recent years, there has been a strong demand for labor saving and energy saving in cutting, and along with this, covering tools have come to be used under more severe conditions. It is required to have excellent wear resistance and peeling resistance even under further high-speed cutting conditions.
However, using a coating tool composed of a coating layer having a Zr boride (ZrB 2 ) layer, which is proposed in Patent Document 2 and Patent Document 3, the difficult-to-cut material is subjected to further high-speed cutting conditions. When cutting is performed, these coating layers cannot withstand plastic deformation and particles fall off from the coating layer, resulting in poor wear resistance, resulting in abnormal wear and film peeling. , Had the problem of reaching the end of its life early.
そこで、本発明者らは、前述の観点から、前記難削材の高速切削加工に用いた場合であっても、長期の使用にわたり、すぐれた耐摩耗性と耐剥離性を兼ね備え、工具寿命の向上をもたらす、被覆工具について、鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。
すなわち、本発明者らは、限定された条件にて、Zr硼化物(ZrB2)層を成膜することにより、縦長柱状結晶組織を備えた高硬度のZr硼化物(ZrB2)層を得ることができ、かかるZr硼化物(ZrB2)層では、基体と並行な方向の粒界が少なくなるため、結晶粒の脱落が生じにくい特性を有することを見出し、さらに、Zr硼化物(ZrB2)層を構成する結晶粒の配向性に着目し、X線回折により、各結晶格子面からの回折ピーク強度を測定したところ、(100)面に最大ピーク強度を有し、また、配向性指数Tc(hkl)を求めたところ、Tc(100)が、2.0以上である場合には、耐摩耗性および耐剥離性にすぐれた硬質被覆層が得られることを見出したものである。
そして、かかるZr硼化物(ZrB2)層を硬質被覆層として有する被覆切削工具は、耐摩耗性と耐剥離性を兼ね備えているため、合金工具鋼やTi合金のような難削材の高速切削加工に用いた場合に、すぐれた切削特性を有し、さらなる工具寿命の向上をもたらすものであることを見出したものである。
Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors have excellent wear resistance and peeling resistance over a long period of time even when used for high-speed cutting of the difficult-to-cut material, and have a tool life. As a result of diligent research on covering tools that bring about improvement, the following findings were obtained.
That is, the present inventors obtain a high-hardness Zr-boride (ZrB 2 ) layer having a vertically elongated columnar crystal structure by forming a Zr-boride (ZrB 2) layer under limited conditions. it can, in such Zr boride (ZrB 2) layer, since the substrate and the parallel direction of the grain boundary is reduced, found to have crystal grain falling hardly occurs properties, further, Zr boride (ZrB 2 ) Focusing on the orientation of the crystal grains constituting the layer, the diffraction peak intensities from each crystal lattice plane were measured by X-ray diffraction. As a result, the (100) plane had the maximum peak intensity and the orientation index. When Tc (hkl) was determined, it was found that when Tc (100) was 2.0 or more, a hard coating layer having excellent wear resistance and peeling resistance could be obtained.
Since the coated cutting tool having the Zr boro compound (ZrB 2 ) layer as a hard coating layer has both wear resistance and peeling resistance, high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as alloy tool steel and Ti alloy It has been found that when used for machining, it has excellent cutting characteristics and further improves the tool life.
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「(1) 炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットからなる工具基体の表面に、硬質被覆層が形成されてなる表面被覆切削工具において、
(a)前記硬質被覆層は、前記工具基体の表面側から下部層および上部層を有してなり、
(b)前記下部層は、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなり、かつ、0.1〜3.0μmの合計平均層厚を有するTi化合物層を有し、
(c)前記上部層は、1.0〜15.0μmの平均層厚を有するZr硼化物層を有し、
(d)前記上部層の縦断面において、アスペクト比が3以上である縦長柱状結晶粒が、面積割合で80%以上である縦長柱状結晶組織を有し、
(e)前記上部層は、(100)面にX線回折による最大ピークが現れるZr硼化物層であり、以下の式(A)で表されるZr硼化物層の配向性指数Tc(hkl)がTc(100)≧2.0を満たすことを特徴とする表面被覆切削工具。
式(A)
式(A)において、I(hkl)は(hkl)面のX線回折強度を示し、I0(hkl)はICDDカード00−034−0423によるZrB2の(hkl)面のX線回折標準強度を示す。
また、(hkl)は(001)、(100)、(101)、(110)、(102)、(111)、(201)、(112)の8面であり、式(A)の中括弧内は各面におけるX線回折強度のX線回折標準強度に対する比の平均値を示す。
(2)前記上部層の前記Zr硼化物層におけるナノインデンテーション押し込み硬さが、押し込み荷重200mgfのとき、45.0GPa以上であることを特徴とする(1)に記載の表面被覆切削工具。
(3)(1)または(2)に記載の表面被覆切削工具において、前記上部層であるZr硼化物層の上層として、0.3〜2.0μmの平均層厚を有するα型もしくはκ型のAl2O3層を有することを特徴とする(1)または(2)に記載の表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
The present invention has been made based on the above findings.
"(1) In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is formed on the surface of a tool substrate made of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium nitride-based cermet.
(A) The hard coating layer has a lower layer and an upper layer from the surface side of the tool substrate.
(B) The lower layer is composed of one or more layers of a carbide layer, a nitride layer, a carbonitride layer, a carbonic acid oxide layer and a carbonic acid oxide layer of Ti, and 0.1 to 3 layers. Having a Ti compound layer with a total average layer thickness of .0 μm,
(C) The upper layer has a Zr boride layer having an average layer thickness of 1.0 to 15.0 μm.
(D) In the vertical cross section of the upper layer, the vertically elongated columnar crystal grains having an aspect ratio of 3 or more have a vertically elongated columnar crystal structure having an area ratio of 80% or more.
(E) The upper layer is a Zr-boride layer in which the maximum peak due to X-ray diffraction appears on the (100) plane, and the orientation index Tc (hkl) of the Zr-boride layer represented by the following formula (A). A surface-coated cutting tool, characterized in that Tc (100) ≥ 2.0.
Equation (A)
In formula (A), I (hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the (hkl) plane, and I 0 (hkl) is the X-ray diffraction standard intensity of the (hkl) plane of ZrB 2 according to the ICDD card 00-034-0423. Is shown.
Further, (hkl) is the eight faces of (001), (100), (101), (110), (102), (111), (201), and (112), and the curly braces of the formula (A). The inside shows the average value of the ratio of the X-ray diffraction intensity to the X-ray diffraction standard intensity on each surface.
(2) The surface coating cutting tool according to (1), wherein the nanoindentation indentation hardness of the upper layer in the Zr boride layer is 45.0 GPa or more when the indentation load is 200 mgf.
(3) In the surface coating cutting tool according to (1) or (2), α-type or κ-type having an average layer thickness of 0.3 to 2.0 μm as the upper layer of the Zr boride layer which is the upper layer. The surface coating cutting tool according to (1) or (2), which has the Al 2 O 3 layer of the above. "
It is characterized by.
つぎに、本発明の被覆工具について、詳細に説明する。 Next, the covering tool of the present invention will be described in detail.
硬質被覆層;
本発明に係る硬質被覆層は、工具基体側より、1層または2層以上のTi化合物層からなる下部層と、Zr硼化物層である上部層とを有し、さらに必要に応じて、上部層の上層として、α型もしくはκ型の酸化アルミニウム層(Al2O3層)を有するものである。
硬質被覆層の平均層厚は、1.1μm未満では、長期にわたり耐摩耗性を発揮することができず、一方、20.0μmを超えると全体被膜層として欠損やチッピングが発生し易くなるため、1.1〜20.0μmとすることが望ましい。
硬質被覆層の平均層厚は、例えば、工具基体に対し垂直方向断面において、SEM(走査型電子顕微鏡)またはTEM(透過型電子顕微鏡)を用いて測定することができる。
Hard coating layer;
The hard coating layer according to the present invention has a lower layer composed of one or more Ti compound layers and an upper layer which is a Zr boride layer from the tool substrate side, and further, if necessary, an upper layer. As the upper layer of the layer, it has an α-type or κ-type aluminum oxide layer (Al 2 O 3 layer).
If the average thickness of the hard coating layer is less than 1.1 μm, wear resistance cannot be exhibited for a long period of time, while if it exceeds 20.0 μm, defects and chipping are likely to occur as the entire coating layer. It is desirable to set it to 1.1 to 20.0 μm.
The average thickness of the hard coating layer can be measured using, for example, an SEM (scanning electron microscope) or a TEM (transmission electron microscope) in a cross section perpendicular to the tool substrate.
下部層;
工具基体上に形成する下部層は、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上のTi化合物層からなり、工具基体と上部層である、Zr硼化物層との密着性を高めることができるため、欠損、剥離等の異常損傷の発生を抑制することができる。
Ti化合物層からなる下部層の合計平均層厚は、0.1μm未満では、下部層の効果が十分発揮されず、一方、3.0μmを超えると結晶粒が粗大化し易くなり、チッピングを発生しやすくなるため、0.1μm〜3.0μmとすることが望ましい。
Lower layer;
The lower layer formed on the tool substrate is composed of one or more Ti compound layers of a carbide layer of Ti, a nitride layer, a carbonitride layer, a carbonic acid oxide layer and a carbonic acid oxide layer, and is a tool. Since the adhesion between the substrate and the Zr boronized layer, which is the upper layer, can be enhanced, the occurrence of abnormal damage such as chipping and peeling can be suppressed.
If the total average layer thickness of the lower layer composed of the Ti compound layer is less than 0.1 μm, the effect of the lower layer is not sufficiently exhibited, while if it exceeds 3.0 μm, the crystal grains tend to be coarsened and chipping occurs. It is desirable to set it to 0.1 μm to 3.0 μm because it becomes easy.
上部層(Zr硼化物層);
(1)平均層厚
下部層上に形成する上部層(Zr硼化物層)は、高硬度であり、すぐれた耐摩耗性を有し、特に、平均層厚が1.0〜15.0μmであるときに硬度および耐摩耗性の観点からすぐれた効果を発揮する。
上部層の平均層厚は、走査型電子顕微鏡(倍率5000倍)を用いて、工具基体に垂直な方向の断面の観察視野内の5点の層厚を測り、これらを平均して平均層厚を求めることができる。
(2)縦長柱状結晶組織
前記のとおり、本発明に係る上部層を構成するZr硼化物(ZrB2)層は、縦長柱状結晶組織を有することにより、被覆層からの粒子の脱落が抑制され、耐摩耗性および耐剥離性にすぐれた特性を発揮する。
なお、ここでいう縦長柱状結晶組織とは、Zr硼化物(ZrB2)層の縦断面を観察した際に、結晶粒の長軸が縦方向に配向し、結晶粒の長軸径に対する短軸径の比として定義されるアスペクト比が3以上であり、縦長結晶粒の組織中に占める面積率が80%以上である組織を指すものとする。
アスペクト比が3未満のものでは、形状が等軸結晶に近づくために脱落を招くおそれがあり、また、アスペクト比が3以上であっても、それら結晶粒が占める面積割合が80%未満では、十分な効果を発揮することができないため、縦長柱状結晶粒のアスペクト比を3以上と規定し、その縦長柱状結晶粒が占める面積割合を80%以上と規定することにより、耐摩耗性、および、耐剥離性にすぐれたものとした。
アスペクト比および縦長結晶粒の面積割合の測定は、例えば、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率5000にて断面観察により得られた縦断面画像について、電子線後方散乱回折法(EBSD)により、個々の結晶粒につき、長軸径、短軸径、および、縦断面の面積を測定し、長軸径および短軸径よりアスペクト比を求め、次いで、アスペクト比が3以上である結晶粒の縦断面における面積の総和に対する測定対象となった縦断面の面積の比率を面積割合として求めた。
Upper layer (Zr boride layer);
(1) Average layer thickness
The upper layer (Zr boride layer) formed on the lower layer has high hardness and excellent wear resistance, and particularly when the average layer thickness is 1.0 to 15.0 μm, the hardness and resistance are high. It exerts an excellent effect from the viewpoint of wear resistance.
For the average layer thickness of the upper layer, a scanning electron microscope (magnification 5000 times) is used to measure the layer thickness of 5 points in the observation field of the cross section in the direction perpendicular to the tool substrate, and the average layer thickness is averaged. Can be sought.
(2) Vertical columnar crystal structure As described above, the Zr-boride (ZrB 2 ) layer constituting the upper layer according to the present invention has a vertically long columnar crystal structure, so that particles are suppressed from falling off from the coating layer. Demonstrates excellent wear resistance and peel resistance.
The vertically long columnar crystal structure referred to here means that when the vertical cross section of the Zr boride (ZrB 2 ) layer is observed, the major axis of the crystal grains is oriented in the vertical direction, and the minor axis with respect to the major axis diameter of the crystal grains. It refers to a structure in which the aspect ratio defined as the ratio of diameters is 3 or more, and the area ratio of the vertically elongated crystal grains in the structure is 80% or more.
If the aspect ratio is less than 3, the shape approaches equiaxed crystals, which may cause dropping, and even if the aspect ratio is 3 or more, if the area ratio occupied by these crystal grains is less than 80%, Since it is not possible to exert a sufficient effect, the aspect ratio of the vertically elongated columnar crystal grains is defined as 3 or more, and the area ratio occupied by the vertically elongated columnar crystal grains is defined as 80% or more. It has excellent peel resistance.
The aspect ratio and the area ratio of the vertically elongated crystal grains are measured by, for example, electron backscatter diffraction (EBSD) on a longitudinal cross-sectional image obtained by cross-sectional observation at a magnification of 5000 using a scanning electron microscope (SEM). , Measure the major axis diameter, minor axis diameter, and vertical cross-sectional area of each crystal grain, determine the aspect ratio from the major axis diameter and minor axis diameter, and then determine the aspect ratio of the crystal grains having an aspect ratio of 3 or more. The ratio of the area of the vertical section to be measured to the total area of the vertical section was calculated as the area ratio.
(3)最大ピーク強度、配向性指数
前記したとおり、本発明は、上部層(Zr硼化物層)において、X線回折を行った際に(100)面において最大ピークを有するものであり、その(100)面における配向性指数であるTc(100)が、2.0以上であるときに、すぐれた耐摩耗性および耐チッピング性を発揮することを見出したものである。
図1に、本発明被覆工具のZr硼化物層について、X線回折により測定した各結晶格子面からの回折ピーク強度のチャートの一例を示す。
図1からも明らかなように、本発明被覆工具のZr硼化物層は、(100)面についての回折ピーク強度が、他の結晶格子面のピーク強度に比して最大であることがわかる。
なお、X線回折は、X線回折装置としてスペクトリス社PANalytical Empyreanを用いて、CuKα線による2θ‐θ法で測定し、測定条件として、測定範囲(2θ):15〜130度、X線出力:45kV、40mA、発散スリット:0.5度、スキャンステップ:0.013度、1ステップ辺り測定時間:0.48sec/stepという条件で測定した。
さらに、Zr硼化物層について、配向性指数Tc(hkl)を求めたところ、Tc(100)の値が、2.0以上であり、(100)面に高配向を有するものであった。
なお、配向性指数Tc(hkl)は、以下の式にて定義されるものである。
式(A)
上記式(A)において、I(hkl)は測定された(hkl)面のX線回折強度を示し、I0(hkl)はICDDカード00−034−0423によるZrB2の(hkl)面のX線回折標準強度を示す。
また、(hkl)は(001)、(100)、(101)、(110)、(102)、(111)、(201)、(112)の8面であり、式(A)の中括弧内は各面におけるX線回折強度のX線回折標準強度に対する比の平均値を示す。
本発明被覆工具においては、少なくとも前記Zr硼化物層は、(100)面にX線回折による最大ピーク強度を有し、かつ、配向性指数Tc(100)≧2.0という高い配向性を有することにより、切削加工時にZr硼化物層に大きなせん断力が働いた場合においても、耐塑性変形性を有するため、Zr硼化物層からの結晶粒の脱落の発生や、これに伴うチッピング、欠損、剥離の発生、さらには、偏摩耗等の異常損傷の発生を抑制することができるため、耐摩耗性の向上が図られる。
(3) Maximum Peak Intensity, Orientation Index As described above, the present invention has a maximum peak on the (100) plane when X-ray diffraction is performed on the upper layer (Zr boride layer). It has been found that when Tc (100), which is an orientation index on the (100) plane, is 2.0 or more, excellent wear resistance and chipping resistance are exhibited.
FIG. 1 shows an example of a chart of diffraction peak intensities from each crystal lattice plane measured by X-ray diffraction for the Zr boride layer of the coating tool of the present invention.
As is clear from FIG. 1, it can be seen that the Zr-boride layer of the coating tool of the present invention has the maximum diffraction peak intensity for the (100) plane as compared with the peak strength of the other crystal lattice planes.
The X-ray diffraction was measured by the 2θ-θ method using CuKα rays using PANalytical Empyrene of Spectris as an X-ray diffractometer, and the measurement conditions were a measurement range (2θ): 15 to 130 degrees, X-ray output: The measurement was performed under the conditions of 45 kV, 40 mA, divergence slit: 0.5 degrees, scan step: 0.013 degrees, and measurement time per step: 0.48 sec / step.
Further, when the orientation index Tc (hkl) was determined for the Zr boride layer, the value of Tc (100) was 2.0 or more, and the (100) plane had a high orientation.
The orientation index Tc (hkl) is defined by the following formula.
Equation (A)
In the above formula (A), I (hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the measured (hkl) plane, and I 0 (hkl) is the X of the (hkl) plane of ZrB 2 by the ICDD card 00-034-0423. Indicates the standard intensity of line diffraction.
Further, (hkl) is the eight faces of (001), (100), (101), (110), (102), (111), (201), and (112), and the curly braces of the formula (A). The inside shows the average value of the ratio of the X-ray diffraction intensity to the X-ray diffraction standard intensity on each surface.
In the coating tool of the present invention, at least the Zr boride layer has a maximum peak intensity due to X-ray diffraction on the (100) plane and has a high orientation index Tc (100) ≥ 2.0. As a result, even when a large shearing force acts on the Zr boride layer during cutting, it has plastic deformation resistance, so that crystal grains fall off from the Zr boride layer, and chipping and chipping due to this, Since it is possible to suppress the occurrence of peeling and the occurrence of abnormal damage such as uneven wear, wear resistance can be improved.
(4)硬度
上記のとおり、上部層(Zr硼化物層)は、高硬度であり、しかも、すぐれた耐摩耗性を有するものであるが、さらに、ナノインデンテーション押し込み硬さ(押し込み荷重200mgf)が45.0GPa以上の場合には、よりすぐれた効果を発揮することができる。
ナノインデンテーション硬さについては、ナノインデンテーション試験法(ISO 14577)に基づき、前記Zr硼化物層の表面を研磨し、ダイヤモンド製のBerkovich圧子を用いて、押し込み荷重200mgfで測定を行なった。
(4) Hardness As described above, the upper layer (Zr boride layer) has high hardness and excellent wear resistance, but further, nanoindentation indentation hardness (indentation load 200 mgf). When is 45.0 GPa or more, a better effect can be exhibited.
The nanoindentation hardness was measured by polishing the surface of the Zrboride layer based on the nanoindentation test method (ISO 14577) and using a diamond Berkovich indenter with a pushing load of 200 mgf.
上部層(Zr硼化物(ZrB2)層)の成膜方法:
本発明に係る、縦長柱状結晶組織、(100)面における最大ピーク、および、(100)面に対する高い配向性指数を有するZr硼化物層は、例えば、工具基体に前記下部層を成膜後、以下の化学蒸着法を用い、以下の各工程に示す条件にて順次処理を行うことにより、形成することができる。
すなわち、Zr硼化物(ZrB2)層の成膜方法は、第1工程であるZrB2初期核形成工程においては、第2工程であるZrB2結晶成長工程に対し、反応雰囲気温度を比較的低温とし、また、原料ガス濃度比を低くすることにより、初期核として、(100)配向性が高く、縦長柱状組織が形成されやすい反応雰囲気とし、第2工程である、ZrB2結晶成長工程においては、反応雰囲気温度を上げ、あわせて、原料ガス濃度比を高め、縦長柱状組織が成長しやすい反応雰囲気とすることにより、(100)配向性が高く、所望の高アスペクト比を有する、縦長柱状組織を得ることができる。
[成膜条件]
1)第1工程(ZrB2初期核形成工程)
処理方法:CVD法を用いた成膜
反応ガス組成(容量%):
ガス群A:BCl3:0.25〜1.00%、ZrCl4:0.10〜1.00%、
H2:残部
反応雰囲気温度:900℃〜950℃
反応雰囲気圧力:3kPa〜10kPa
反応時間 :20〜90分
2)第2工程(ZrB2結晶成長工程)
処理方法:CVD法を用いた成膜
反応ガス組成(容量%):
ガス群B:BCl3:0.25〜3.00%、ZrCl4:0.20〜2.00%、
H2:残部
反応雰囲気温度:900℃〜1050℃
反応雰囲気圧力:3kPa〜10kPa
反応時間 :目的膜厚に到達するまで
Method of forming the upper layer (Zr boride (ZrB 2) layer):
The Zr-boride layer having a vertically long columnar crystal structure, a maximum peak on the (100) plane, and a high orientation index with respect to the (100) plane according to the present invention is, for example, after forming the lower layer on a tool substrate. It can be formed by sequentially performing the treatment under the conditions shown in each of the following steps using the following chemical vapor deposition method.
That is, in the method for forming the Zr boride (ZrB 2 ) layer, in the ZrB 2 initial nucleation step which is the first step, the reaction atmosphere temperature is relatively low as compared with the ZrB 2 crystal growth step which is the second step. In addition, by lowering the raw material gas concentration ratio, a reaction atmosphere having high (100) orientation and easy formation of a vertically long columnar structure as an initial nucleus is created, and in the ZrB2 crystal growth step, which is the second step, By raising the reaction atmosphere temperature and increasing the raw material gas concentration ratio to create a reaction atmosphere in which the vertically elongated columnar structure is easy to grow, (100) the vertically elongated columnar structure having high orientation and a desired high aspect ratio. Can be obtained.
[Film formation conditions]
1) First step (ZrB 2 initial nucleation step)
Treatment method: Film formation using CVD method Reaction gas composition (volume%):
Gas group A: BCl 3 : 0.25 to 1.00%, ZrCl 4 : 0.10 to 1.00%,
H 2 : The rest
Reaction atmosphere temperature: 900 ° C to 950 ° C
Reaction atmospheric pressure: 3 kPa to 10 kPa
Reaction time: 20-90 minutes
2) Second step (ZrB 2 crystal growth step)
Treatment method: Film formation using CVD method Reaction gas composition (volume%):
Gas group B: BCl 3 : 0.25 to 3.00%, ZrCl 4 : 0.25 to 2.00%,
H 2 : The rest
Reaction atmosphere temperature: 900 ° C to 1050 ° C
Reaction atmospheric pressure: 3 kPa to 10 kPa
Reaction time: Until the target film thickness is reached
酸化アルミニウム層(上層);
本発明被覆工具は、上部層であるZr硼化物層の上層として酸化アルミニウム層を成膜することができる。
酸化アルミニウム層は、通常の化学蒸着法によって、0.3〜2.0μmの平均層厚を有するα型Al2O3層もしくはκ型Al2O3層を形成することとした。
上部層に対し、上層として、α型Al2O3層もしくはκ型Al2O3層を形成することにより、さらに、硬質被覆層の高温硬さおよび耐熱性の向上を図ることができる。
かかる酸化アルミニウム層の平均層厚について、0.3μm未満では、耐摩耗性向上による寿命延長効果が少なく、また、その平均層厚が、2.0μmを超えると、酸化アルミニウムの結晶粒が粗大化し易くなり、高温硬さ、高温強度の低下や、溶着チッピングや剥離等が発生するおそれがあるため、上記のとおり、その平均層厚は、0.3〜2.0μmとすることが望ましい。
Aluminum oxide layer (upper layer);
The coating tool of the present invention can form an aluminum oxide layer as an upper layer of a Zr boride layer which is an upper layer.
The aluminum oxide layer was determined to form an α-type Al 2 O 3 layer or a κ-type Al 2 O 3 layer having an average layer thickness of 0.3 to 2.0 μm by a usual chemical vapor deposition method.
By forming an α-type Al 2 O 3 layer or a κ type Al 2 O 3 layer as an upper layer with respect to the upper layer, it is possible to further improve the high-temperature hardness and heat resistance of the hard coating layer.
When the average layer thickness of the aluminum oxide layer is less than 0.3 μm, the effect of extending the life due to the improvement of wear resistance is small, and when the average layer thickness exceeds 2.0 μm, the crystal grains of aluminum oxide become coarse. As described above, it is desirable that the average layer thickness is 0.3 to 2.0 μm, because it becomes easy to reduce high temperature hardness and high temperature strength, and welding chipping, peeling, etc. may occur.
本発明に係る表面被覆切削工具は、工具基体の表面に形成されている硬質被覆層として、縦長柱状結晶組織を備えた高硬度のZr硼化物(ZrB2)層を有することにより、結晶粒の脱落が生じにくい特性を有し、さらに、かかるZr硼化物(ZrB2)層を構成する結晶粒は、(100)面に最大ピーク強度を有し、また、(100)面における配向性指数Tc(100)が2.0以上であることにより、耐摩耗性および耐剥離性にすぐれた硬質被覆層を形成することから、合金工具鋼やTi合金のような難削材の高速切削加工に用いた場合に、すぐれた切削特性を有し、さらなる工具寿命の向上をもたらすものである。 The surface-coated cutting tool according to the present invention has a high-hardness Zr boro compound (ZrB 2 ) layer having a vertically long columnar crystal structure as a hard coating layer formed on the surface of a tool substrate. The crystal grains forming the Zr-borrated (ZrB 2 ) layer have the property of being less likely to fall off, and have the maximum peak intensity on the (100) plane, and the orientation index Tc on the (100) plane. When (100) is 2.0 or more, a hard coating layer having excellent wear resistance and peel resistance is formed, so that it is used for high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as alloy tool steel and Ti alloy. If so, it has excellent cutting characteristics and further improves the tool life.
つぎに、本発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。 Next, the covering tool of the present invention will be specifically described with reference to Examples.
原料粉末として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、TiN粉末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、98MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を5Paの真空中、1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ISO規格CNMG120408のインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体A〜Cをそれぞれ製造した。 As raw material powders, both WC powder having an average particle size of 1 to 3 [mu] m, TiC powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, and Co powder was prepared, these raw powders , Add wax to the compounding composition shown in Table 1, ball-mill mix in acetone for 24 hours, dry under reduced pressure, press-mold into a green compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa, and press-mold this green compact. Is vacuum sintered in a vacuum of 5 Pa at a predetermined temperature in the range of 1370 to 1470 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool made of WC-based superhard alloy having an insert shape of ISO standard CNMG120408. The substrates A to C were produced, respectively.
また、原料粉末として、いずれも1〜3μmの平均粒径を有するWC粉末、TiC粉末、NbC粉末、Cr3C2粉末、およびCo粉末を用意し、これら原料粉末を、表1に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で24時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、98MPaの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を5Paの真空中、1370〜1470℃の範囲内の所定の温度に1時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、ISO規格SEMT13T3AGSNインサート形状をもったWC基超硬合金製の工具基体Dを作製した。 Further, as raw material powders, WC powder, TiC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, and Co powder having an average particle size of 1 to 3 μm are prepared, and these raw material powders are blended as shown in Table 1. It was blended into the composition, further added with wax, mixed in a ball mill in acetone for 24 hours, dried under reduced pressure, press-molded into a green compact having a predetermined shape at a pressure of 98 MPa, and the green powder was press-molded into a green compact of a predetermined shape in a vacuum of 5 Pa, 1370. Vacuum-sintered at a predetermined temperature within the range of ~ 1470 ° C. under the condition of holding for 1 hour, and after sintering, a tool base D made of WC-based superhard alloy having an ISO standard SEMT13T3AGSN insert shape was produced.
また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比でTiC/TiN=50/50)粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Mo2C粉末、WC粉末、Co粉末およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、98MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を1.3kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、ISO規格CNMG120408インサート形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体Eを作製した。 Further, as the raw material powder, both the average (TiC / TiN = 50/50 in mass ratio) TiCN having a particle size of 0.5~2μm powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, Mo 2 C powder, WC powder , Co powder and Ni powder are prepared, these raw material powders are blended into the compounding composition shown in Table 2, wet-mixed with a ball mill for 24 hours, dried, and then press-molded into a green compact at a pressure of 98 MPa. This green compact was sintered in a nitrogen atmosphere of 1.3 kPa at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool base E made of TiCN-based cermet having an ISO standard CNMG120408 insert shape was prepared. bottom.
また、原料粉末として、いずれも0.5〜2μmの平均粒径を有するTiCN(質量比でTiC/TiN=50/50)粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末およびNi粉末を用意し、これら原料粉末を、表2に示される配合組成に配合し、ボールミルで24時間湿式混合し、乾燥した後、98MPaの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を1.3kPaの窒素雰囲気中、温度:1500℃に1時間保持の条件で焼結し、焼結後、ISO規格SEMT13T3AGSNインサート形状をもったTiCN基サーメット製の工具基体Fを作製した。 Further, as raw material powders, TiCN (TiC / TiN = 50/50 by mass ratio) powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, WC powder, Co powder and Ni, each having an average particle size of 0.5 to 2 μm. Powders are prepared, these raw material powders are blended into the compounding composition shown in Table 2, wet-mixed with a ball mill for 24 hours, dried, and then press-molded into a green compact at a pressure of 98 MPa to obtain the green compact. It was sintered in a nitrogen atmosphere of 1.3 kPa at a temperature of 1500 ° C. for 1 hour, and after sintering, a tool substrate F made of TiCN-based cermet having an ISO standard SEMT13T3AGSN insert shape was prepared.
ついで、これらの工具基体A〜Fのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、以下の手順にて本発明被覆工具1〜14を製造した。
(a)まず、表6の工具基体記号にて示される表1もしくは表2の工具基体に対し、下部層として、表6にて示される目標層厚のTi化合物層を表3にて示される形成条件にて、蒸着形成を行った。
(b)次いで、表6の形成記号に基づき、表4にて示される形成条件により、目標層厚の上部層(Zr硼化物層)を蒸着形成し、酸化アルミニウム層を有するものについては、さらに、表5にて示される形成条件にて、目標層厚の酸化アルミニウム層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具1〜14をそれぞれ製造した。
Then, each of these tool bases A to F was charged into a normal chemical vapor deposition apparatus, and the
(A) First, with respect to the tool substrate of Table 1 or Table 2 indicated by the tool substrate symbol of Table 6, the Ti compound layer having the target layer thickness shown in Table 6 is shown in Table 3 as a lower layer. Deposition formation was performed under the formation conditions.
(B) Next, based on the formation symbols in Table 6, an upper layer (Zr boride layer) having a target layer thickness is vapor-deposited under the formation conditions shown in Table 4, and for those having an aluminum oxide layer, further , The
また、比較の目的で、本発明被覆工具1〜14と同様の手順にて、工具基体A〜Fのそれぞれを、通常の化学蒸着装置に装入し、以下の手順にて比較例被覆工具1〜14を製造した。すなわち、
(a)表7の工具基体記号にて示される表1もしくは表2の工具基体に対し、下部層として、表7にて示される目標層厚のTi化合物層を表3にて示される形成条件にて、蒸着形成を行った。
(b)次いで、表7の形成記号に基づき、表4にて示される形成条件により、目標層厚の上部層(Zr硼化物層)を蒸着形成し、酸化アルミニウム層を有するものについては、さらに、表5にて示される形成条件にて、目標層厚の酸化アルミニウム層を蒸着形成することにより、比較例被覆工具1〜14をそれぞれ製造した。
Further, for the purpose of comparison, each of the tool substrates A to F is charged into a normal chemical vapor deposition apparatus by the same procedure as that of the
(A) For the tool substrate of Table 1 or 2 indicated by the tool substrate symbol of Table 7, a Ti compound layer having a target layer thickness shown in Table 7 is formed as a lower layer as shown in Table 3. The vapor deposition was formed at.
(B) Next, based on the formation symbols in Table 7, an upper layer (Zr boride layer) having a target layer thickness is vapor-deposited under the formation conditions shown in Table 4, and for those having an aluminum oxide layer, further , Comparative
本発明被覆工具1〜14および比較例被覆工具1〜14の上部層(Zr硼化物層)について、X線回折により、各格子面からの回折ピーク強度を測定した。
図1に、本発明被覆工具1について求めたチャートを示す。
なお、X線回折は、装置としてスペクトリス社PANalytical Empyreanを用い、CuKα線による2θ‐θ法で測定した。
測定条件は、測定範囲(2θ):15〜130度、X線出力:45kV、40mA、発散スリット:0.5度、スキャンステップ:0.013度、1ステップ辺り測定時間:0.48sec/stepである。
上記で求めたチャートから、最大の回折ピーク強度を有する格子面を示すことにより、(100)面からの回折ピーク強度が最大であるか否かを判定した。(表6、表7を参照)
The diffraction peak intensities from each lattice surface were measured by X-ray diffraction for the upper layers (Zr boride layer) of the
FIG. 1 shows a chart obtained for the
The X-ray diffraction was measured by the 2θ-θ method using CuKα rays using PANalytical Empyrean manufactured by Spectris as an apparatus.
The measurement conditions are measurement range (2θ): 15 to 130 degrees, X-ray output: 45 kV, 40 mA, divergence slit: 0.5 degrees, scan step: 0.013 degrees, measurement time per step: 0.48 sec / step. Is.
From the chart obtained above, it was determined whether or not the diffraction peak intensity from the (100) plane was the maximum by showing the lattice plane having the maximum diffraction peak intensity. (See Tables 6 and 7)
また、上記回折ピーク強度の測定結果に基づき、配向性指数Tc(100)を求めた。
配向性指数Tc(100)は、以下の式(A)によって算出し、表6、表7に示す。
式(A)
上記式(A)において、I(hkl)は測定された(hkl)面のX線回折強度を示し、I0(hkl)はICDDカード00−034−0423によるZrB2の(hkl)面のX線回折標準強度を示す。
また、(hkl)は(001)、(100)、(101)、(110)、(102)、(111)、(201)、(112)の8面であり、式(A)の中括弧内は8面の各面におけるX線回折強度のX線回折標準強度に対する比の平均値を示す。
Further, the orientation index Tc (100) was determined based on the measurement result of the diffraction peak intensity.
The orientation index Tc (100) is calculated by the following formula (A) and is shown in Tables 6 and 7.
Equation (A)
In the above formula (A), I (hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the measured (hkl) plane, and I 0 (hkl) is the X of the (hkl) plane of ZrB 2 by the ICDD card 00-034-0423. Indicates the standard intensity of line diffraction.
Further, (hkl) is the eight faces of (001), (100), (101), (110), (102), (111), (201), and (112), and the curly braces of the formula (A). The inside shows the average value of the ratio of the X-ray diffraction intensity to the X-ray diffraction standard intensity on each of the eight surfaces.
また、本発明被覆工具1〜14および比較例被覆工具1〜14の上部層(Zr硼化物層)の縦断面について、走査型電子顕微鏡(SEM)を用い、倍率5000にて断面観察により得られた縦断面画像について、電子線後方散乱回折法(EBSD)により、個々の結晶粒につき、長軸径、短軸径、および、縦断面の面積を測定し、長軸径および短軸径よりアスペクト比を求め、次いで、アスペクト比が3以上である結晶粒の縦断面における面積の総和に対する測定対象となった縦断面の面積の比率を面積割合として求め、表6、表7に示した。
Further, the vertical cross sections of the upper layers (Zr boronized layer) of the
また、本発明被覆工具1〜14および比較例被覆工具1〜14の硬質被覆層の各構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて縦断面測定を行い5点測定の平均値より求めたところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚を示した。
Further, the thickness of each constituent layer of the hard coating layer of the
また、本発明被覆工具1〜14および比較例被覆工具1〜14の上部層(Zr硼化物層)について、ナノインデンテーション試験法(ISO 14577)に基づき、Zr硼化物層の表面を研磨し、ダイヤモンド製のBerkovich圧子を用いて、押し込み荷重200mgfにて、測定を行った。測定点数はそれぞれの試料で20点ずつとし、その平均値を表6、表7に示した。
Further, with respect to the upper layers (Zr boride layer) of the
つぎに、前記各種の被覆工具を工具鋼製バイト先端部に固定治具にてクランプした状態で、本発明被覆工具1〜10、比較例被覆工具1〜10について、以下に示す、インコネル718の乾式連続切削試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定するとともに、溶着の発生等の有無について観察を行い、結果を表8に示した。
Next, with the various covering tools clamped to the tip of the tool steel cutting tool with a fixing jig, the
≪切削条件A≫
切削試験:インコネル718の乾式連続切削試験
被削材: インコネル718丸棒
切削速度:60m/min、
切り込み:1.0mm、
送り量:0.2mm/rev.
切削時間:5分、
≪Cutting condition A≫
Cutting test: Inconel 718 dry continuous cutting test Work material: Inconel 718 round bar
Cutting speed: 60m / min,
Notch: 1.0 mm,
Feed amount: 0.2 mm / rev.
Cutting time: 5 minutes,
また、前記各種の被覆工具を工具鋼製カッタ先端部に固定治具にてクランプした状態で、本発明被覆工具11〜14、比較例被覆工具11〜14について、以下に示す、高速断続重切削の一種である乾式高速正面フライス、センターカット切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅測定を行い、結果を表9に示した。
≪切削条件B≫
切削試験:金型鋼SKD61の乾式高速正面フライス切削試験
被削材: JIS・SKD61 幅60mm、長さ400mmのブロック材
回転速度:1200min−1、
切削速度:300m/min、
切り込み:1.5mm、
一刃送り量:0.2mm/刃、
切削時間:5分、
Further, with the various covering tools clamped to the tip of the tool steel cutter with a fixing jig, the covering tools 11 to 14 of the present invention and the covering tools 11 to 14 of the comparative example are subjected to high-speed intermittent heavy cutting as shown below. A dry high-speed face milling cutter and a center-cut cutting process test were carried out, and the flank wear width of the cutting edge was measured. The results are shown in Table 9.
≪Cutting condition B≫
Cutting test: Dry high-speed face milling test for structural steel SKD61 Work material: JIS / SKD61 Block material with width 60 mm and length 400 mm Rotation speed: 1200 min -1 ,
Cutting speed: 300m / min,
Notch: 1.5 mm,
Single blade feed amount: 0.2 mm / blade,
Cutting time: 5 minutes,
表8および表9に示される結果から、本発明の表面被覆切削工具は、高配向性を示す縦長柱状結晶組織を有するZr硼化物層を硬質被覆層として含むことにより、難削材である合金工具鋼やTi合金の高速切削加工において、すぐれた耐チッピング性および耐摩耗性を発揮するものである。
これに対し、比較例被覆工具は、いずれも、柱状結晶組織を有していないなど、所望の構造を有していないため、摩耗の進展、溶着の発生、チッピングの発生等により、短時間で寿命に至るものであった。
From the results shown in Tables 8 and 9, the surface-coated cutting tool of the present invention is an alloy that is a difficult-to-cut material by containing a Zr boride layer having a vertically elongated columnar crystal structure showing high orientation as a hard coating layer. It exhibits excellent chipping resistance and abrasion resistance in high-speed cutting of tool steel and Ti alloys.
On the other hand, none of the comparative example covering tools has a desired structure such as having no columnar crystal structure, and therefore, due to the progress of wear, the occurrence of welding, the occurrence of chipping, etc., in a short time. It reached the end of its life.
前述のとおり、本発明の表面被覆切削工具は、合金工具鋼やTi合金のような難削材の高速切削加工においてもすぐれた、耐溶着性、耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらには、低コスト化に十分満足するものである。 As described above, the surface-coated cutting tool of the present invention exhibits excellent welding resistance, chipping resistance, and abrasion resistance even in high-speed cutting of difficult-to-cut materials such as alloy tool steel and Ti alloy. Therefore, it is fully satisfied with the high performance of the cutting device, the labor saving and energy saving of the cutting process, and the cost reduction.
Claims (3)
(a)前記硬質被覆層は、前記工具基体の表面側から下部層および上部層を有してなり、
(b)前記下部層は、Tiの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層および炭窒酸化物層のうちの1層または2層以上からなり、かつ、0.1〜3.0μmの合計平均層厚を有するTi化合物層を有し、
(c)前記上部層は、1.0〜15.0μmの平均層厚を有するZr硼化物層を有し、
(d)前記上部層の縦断面において、アスペクト比が3以上である縦長柱状結晶粒が、面積割合で80%以上である縦長柱状結晶組織を有し、
(e)前記上部層は、(100)面にX線回折による最大ピークが現れるZr硼化物層であり、以下の式(A)で表されるZr硼化物層の配向性指数Tc(hkl)がTc(100)≧2.0を満たすことを特徴とする表面被覆切削工具。
式(A)
式(A)において、I(hkl)は(hkl)面のX線回折強度を示し、I0(hkl)はICDDカード00−034−0423によるZrB2の(hkl)面のX線回折標準強度を示す。
また、(hkl)は(001)、(100)、(101)、(110)、(102)、(111)、(201)、(112)の8面であり、式(1)の中括弧内は各面におけるX線回折強度のX線回折標準強度に対する比の平均値を示す。 In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is formed on the surface of a tool substrate made of a tungsten carbide-based cemented carbide or a titanium nitride-based cermet.
(A) The hard coating layer has a lower layer and an upper layer from the surface side of the tool substrate.
(B) The lower layer is composed of one or more layers of a carbide layer, a nitride layer, a carbonitride layer, a carbonic acid oxide layer and a carbonic acid oxide layer of Ti, and 0.1 to 3 layers. Having a Ti compound layer with a total average layer thickness of .0 μm,
(C) The upper layer has a Zr boride layer having an average layer thickness of 1.0 to 15.0 μm.
(D) In the vertical cross section of the upper layer, the vertically elongated columnar crystal grains having an aspect ratio of 3 or more have a vertically elongated columnar crystal structure having an area ratio of 80% or more.
(E) The upper layer is a Zr-boride layer in which the maximum peak due to X-ray diffraction appears on the (100) plane, and the orientation index Tc (hkl) of the Zr-boride layer represented by the following formula (A). A surface-coated cutting tool, characterized in that Tc (100) ≥ 2.0.
Equation (A)
In formula (A), I (hkl) indicates the X-ray diffraction intensity of the (hkl) plane, and I 0 (hkl) is the X-ray diffraction standard intensity of the (hkl) plane of ZrB 2 according to the ICDD card 00-034-0423. Is shown.
Further, (hkl) is the eight faces of (001), (100), (101), (110), (102), (111), (201), and (112), and the curly braces of the formula (1). The inside shows the average value of the ratio of the X-ray diffraction intensity to the X-ray diffraction standard intensity on each surface.
In the surface coating cutting tool according to claim 1 or 2, the α-type or κ-type Al 2 having an average layer thickness of 0.3 to 2.0 μm as the upper layer of the Zr boride layer which is the upper layer. the surface-coated cutting tool according to claim 1 or claim 2 characterized by having a O 3 layer.
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