CN108723400A - 被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种具有优异的耐磨性和耐缺损性，从而能够延长工具寿命的被覆切削工具。上述被覆切削工具具备基材、和形成于该基材的表面上的被覆层，并具有前刀面和后刀面，被覆层包含α型氧化铝层，α型氧化铝层在与基材相反的一侧具有作为前刀面或作为与前刀面大致平行的面的第1界面、作为后刀面或作为与后刀面大致平行的面的第2界面、以及这些界面的交叉棱线部，第1和第2界面附近中的残余应力值(单位：GPa)均随着从交叉棱线部至测定残余应力值的位置的距离为10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。

Description

被覆切削工具
技术领域
本发明涉及一种被覆切削工具。
背景技术
以往，利用化学气相沉积法在由硬质合金构成的基材的表面，以3～20μm的总膜厚气相沉积形成被覆层而制成的被覆切削工具被用于钢、铸铁等的切削加工。作为上述被覆层，例如已知由选自由Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物以及碳氮氧化物与氧化铝组成的群组中一种的单层或两种以上的多层而形成的被覆层。
专利文献1公开了一种表面被覆切削工具，其为具有基材、和形成于基材上的涂层的表面被覆切削工具，涂层含有由TiCN形成的第1涂层、和由α型Al2O3形成的第2涂层，第1涂层具有拉伸应力S1，第2涂层具有压缩应力S2，同时，拉伸应力S1和压缩应力S2满足400MPa≤|S2-S1|≤3500MPa的关系。
专利文献2公开了一种表面被覆切削工具，其具有基材、和形成于基材表面的涂层，涂层含有由TiCN形成的第1涂层、和由α型Al2O3形成的第2涂层，第1涂层含有拉伸应力或拉伸应力被释放而没有实质性的应力，第2涂层在前刀面中具有压缩应力S1，在后刀面中具有拉伸应力S2，同时压缩应力S1和拉伸应力S2满足441MPa≤|S1-S2|≤3500MPa的关系。
专利文献
专利文献1：日本专利4739235号公报
专利文献2：日本专利4739236号公报
发明内容
近年来的切削加工中，高速化、高进给化以及深进刀化更加显著，由于加工中对工具的载荷，由崩刃(Chipping)而引起的工具缺损变得十分常见。
基于此背景，上述专利文献1和专利文献2所公开的工具，在对被覆切削工具作用较大载荷的切削加工条件下，耐缺损性不足，因而寻求进一步延长工具寿命。
本发明是为了解决这个问题而完成的，其目的在于提供具有优异耐磨性和耐缺损性从而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
本发明人从上述观点出发，对被覆切削工具工具寿命的延长反复地进行了研究，得到如下见解：若合理化α型氧化铝层的残余应力且形成如下结构，通过不使耐磨性下降并抑制崩刃的发生，能够提高工具的耐缺损性，其结果为，能够延长工具寿命，从而完成了本发明。
即，本发明如下所述。
[1]一种被覆切削工具，其为具有基材、和形成于该基材的表面上的被覆层的被覆切削工具，上述被覆切削工具具有前刀面和后刀面，上述被覆层包含α型氧化铝层，上述α型氧化铝层在与上述基材相反的一侧具有第1界面、第2界面、和上述第1界面与上述第2界面的交叉棱线部，上述第1界面为上述前刀面或与上述前刀面大致平行的面，上述第2界面为上述后刀面或与上述后刀面大致平行的面，上述α型氧化铝层进一步满足下述(1)和(2)所示条件。
(1)在上述α型氧化铝层中所测定的残余应力值σr(单位：GPa)随着从上述交叉棱线部朝向上述第1界面使所测定的位置距离上述交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。
(2)在上述α型氧化铝层中所测定的残余应力值σf(单位：GPa)，随着从上述交叉棱线部朝向上述第2界面使所测定的位置距离上述交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。
[2]如[1]所述的被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层满足下述式(A)所示条件。
Sf＞Sr…(A)
(上述式中，Sf表示在上述α型氧化铝层中，在从上述交叉棱线部朝向上述第2界面而距离上述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。上述式中，Sr表示在上述α型氧化铝层中，在从上述交叉棱线部朝向上述第1界面而距离上述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。)
[3]如[1]或[2]所述的被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层满足下述式(B)所述条件。
-0.800≤Sr≤0.300…(B)
(上述式中，Sr表示在上述α型氧化铝层中，在从上述交叉棱线部朝向上述第1界面而距离上述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。)
[4]如[1]～[3]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层满足下述式(C)所述条件。
-0.600≤Sf≤0.400…(C)
(上述式中，Sf表示在上述α型氧化铝层中，在从上述交叉棱线部朝向上述第2界面而距离上述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。)
[5]如[1]～[4]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。
[6]如[1]～[5]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述基材和上述α型氧化铝层之间具有由碳氮化钛形成的碳氮化钛层，上述碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上20.0μm以下。
[7]如[6]所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述碳氮化钛层和上述α型氧化铝层之间具有中间层，上述中间层由选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物和Ti的碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物构成。
[8]如[7]所述的被覆切削工具，其中，上述中间层的平均厚度为0.1μm以上1.5μm以下。
[9]如[1]～[8]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层的平均厚度为3.0μm以上30.0μm以下。
[10]如[1]～[9]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述被覆层在上述α型氧化铝层的表面上具有由氮化钛形成的氮化钛层作为最外层，上述最外层的平均厚度为0.1μm以上1.0μm以下。
[11]如[1]～[10]中任一项所述的被覆切削工具，其中，上述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任一种。
根据本发明，能够提供通过具有优异的耐磨性和耐缺损性从而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
附图说明
图1为局部地表示本发明的被覆切削工具的一个例子的剖面模式图。
图2为发明品2的α型氧化铝层中的残余应力值的测定结果的示意图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式(以下，简称为“本实施方式”。)进行详细说明，但本发明不限定于下述本实施方式。本发明可在不脱离其主旨的范围内进行各种变形。
本实施方式的被覆切削工具为具有基材、和形成于基材的表面上的被覆层的被覆切削工具，该被覆切削工具具有前刀面和后刀面，被覆层包含α型氧化铝层，α型氧化铝层在其与基材相反的一侧具有第1界面、第2界面、和第1界面与第2界面的交叉棱线部，第1界面为前刀面或与前刀面大致平行的面，第2界面为后刀面或与后刀面大致平行的面，α型氧化铝层进一步满足下述(1)和(2)所示条件。本说明书中的“大致平行”指：前刀面的面方向与第1界面的面方向的角度为0～1°，后刀面的面方向与第2界面的面方向的角度为0～1°。
(1)残余应力值σr(单位：GPa)随着从交叉棱线部朝向第1界面使所测定的位置距离交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。
(2)残余应力值σf(单位：GPa)随着从交叉棱线部朝向第2界面使所测定的位置距离交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。
应予说明，本说明书中的残余应力值采用2D法(多轴应力测定法/全德拜环拟合法(Full debye ring fitting method))测定。
本实施方式的被覆切削工具通过以上述方式使α型氧化铝层的残余应力合理化，从而具有优异的耐磨性和耐缺损性。认为其主要原因如下，但主要原因并不限定于此。
如果残余应力值σr和σf连续性地或阶段性地增加，则首先，由于离切削刃最近侧的应力变为最小，因而能够抑制龟裂(裂纹)的扩展。与此同时，能够减小切屑接触前刀面与后刀面交叉的棱线部时造成的崩刃。其结果为，耐缺损性提高。此外，由于离切削刃最远侧的应力变为最大，因而因喷砂等而产生的龟裂减少，由此能够抑制在加工中龟裂相连，并抑制由于被覆层的粒子脱落而引起的磨损的进行。其结果为，耐磨性提高。
图1为局部地表示本发明的被覆切削工具的一个例子的剖面模式图。被覆切削工具8具有基材1、和形成于基材1的表面上的被覆层7。在被覆层7中，最下层2、碳氮化钛层3、中间层4、α型氧化铝层5和最外层6以此顺序从基材侧层叠。
本实施方式的被覆切削工具具有基材和形成于该基材的表面上的被覆层。被覆切削工具具有前刀面和后刀面。作为被覆切削工具的种类，具体而言，可列举用于铣削加工或旋削加工的刀尖更换型切削刀片、钻头以及立铣刀。
本实施方式中的基材只要为可用作被覆切削工具的基材，就没有特别地限定。作为此类基材，例如，可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体以及高速钢。其中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷以及立方晶氮化硼烧结体中的任一种，则耐磨性和耐缺损性更加优异，故优选。从同样的观点出发，基材更优选为硬质合金。
应予说明，基材可为其表面听过改性的基材。例如，在基材由硬质合金制成的情况下，可在其表面形成脱β层。此外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，可在其表面形成硬化层。即使像它们这样在基材的表面进行了改性，也可发挥本发明的作用效果。
本实施方式中的被覆层的平均厚度优选为3.0μm以上30.0μm以下。平均厚度若为3.0μm以上，则耐磨性趋于进一步提高，若为30.0μm以下，则被覆层的与基材的粘着性和耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点出发，被覆层的平均厚度更优选为5.0μm以上27.0μm以下，进一步优选为9.0μm以上25.0μm以下。
本实施方式中的被覆层至少含有一层α型氧化铝层。在该α氧化铝层中，若被覆切削工具的残余应力值σr和σf连续性地或阶段性地增加，则首先，由于离切削刃最近侧的应力变为最小，因而能够抑制龟裂(裂纹)的扩展。与此同时，能够减小切屑接触前刀面与后刀面交叉的棱线部时造成的崩刃。其结果为，耐缺损性提高。此外，由于离切削刃最远侧的应力变为最大，因而因喷砂等而产生的龟裂减少，由此能够抑制在加工中龟裂相连，并抑制因被覆层的粒子脱落而引起的磨损的进行。其结果为，耐磨性提高。本说明书中的“连续性地增加”指：残余应力值σr和σf随着从交叉棱线部至测定这些残余应力值的位置的距离为10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而总是增加。本说明书中的“阶段性地增加”指：当将距离交叉棱线部10μm的测定位置的残余应力值σr和σf设为S1(10)和S2(10)，将距离交叉棱线部50μm的测定位置的残余应力值σr和σf设为S1(50)和S2(50)，将距离交叉棱线部100μm的测定位置的残余应力值σr和σf设为S1(100)和S2(100)，将距离交叉棱线部150μm的测定位置的残余应力值σr和σf设为S1(150)和S2(150)，将距离交叉棱线部200μm的测定位置的残余应力值σr和σf设为S1(200)和S2(200)时，S1(50)-S1(10)(或S2(50)-S2(10))、S1(100)-S1(50)(或S2(100)-S2(50))、S1(150)-S1(100)(或S2(150)-S2(100))、以及S1(200)-S1(150)(或S2(200)-S2(150))中任意的1个～3个的值为-0.020GPa以上0.020GPa以下，剩下的1个以上的值超过0.020GPa。
本实施方式中的α型氧化铝层满足下述式(A)所表示的条件。
Sf＞Sr…(A)
此时，上述式(A)中，Sf表示α型氧化铝层中，在从交叉棱线部朝向第2界面而距离交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。Sf例如为第2界面附近中与交叉棱线部平行的方向的残余应力值。上述式(A)中，Sr表示α型氧化铝层中，在从交叉棱线部朝向第1界面而距离交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)。Sr例如为第1界面附近中与交叉棱线部平行方向的残余应力值。
如果满足上述式(A)所示关系，则将抑制来自前刀面的缺损，因而能够减小前刀面和后刀面中的边界损伤。因此，耐缺损性趋于进一步提高，耐磨性和耐缺损性的平衡更加优异。其结果为，被覆切削工具的工具寿命趋于更长。
本实施方式的α型氧化铝层优选满足下述式(B)所示条件。
-0.800≤Sr≤0.300…(B)
在此，上述式(B)中，Sr与上述式(A)中的Sr同义。
如果Sr为-0.800GPa以上，由于能够抑制因粒子的脱落而导致的凹陷磨损的进行，因此耐磨性趋于进一步提高。另一方面，如果Sr为0.300GPa以下，由于能够抑制切削加工中所产生的龟裂扩展至基材，因此被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点出发，Sr更优选为-0.700GPa以上0.100GPa以下，进一步优选为-0.700GPa以上-0.100GPa以下。
本实施方式的α型氧化铝层优选满足下述式(C)所示条件。
-0.600≤Sf≤0.400…(C)
在此，上述式(C)中，Sf与上述式(A)中的Sf同义。
如果Sf为-0.600GPa以上，由于能够抑制因粒子的脱落而导致的磨损的进行，因此耐磨性趋于进一步提高。另一方面，如果Sf为0.400GPa以下，由于能够减小边界损伤，因而被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点出发，Sf更优选为-0.500GPa以上0.200GPa以下，进一步优选为-0.500GPa以上0GPa以下。
本实施方式的α型氧化铝层中的各残余应力值(上述残余应力值σr、σf、Sr和Sf)，如上所述，采用2D法(多轴应力测定法/全德拜环拟合法)进行测定。在α型氧化铝层的残余应力值的测定中使用X射线衍射中(116)面的峰强度。作为X射线衍射测定的条件，使用0.05mmΦ的CuKα射线作为X射线的射线源，以输出＝50kV、1.0mA的条件进行照射，从而测定各残余应力值。各残余应力值通过测定从交叉棱线部朝向第1界面及第2界面而距离交叉棱线部200μm的范围的α型氧化铝层而求得。此时，采用2D法分别测定从交叉棱线部到测定位置的距离为10μm、50μm、100μm、150μm和200μm的α型氧化铝层的5个测定位置中的各残余应力值。各测定位置的残余应力值通过计算3个点的残余应力的算术平均值而求得。
本实施方式的α型氧化铝层的平均厚度优选为1.0μm以上15.0μm以下。如果α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上，则被覆切削工具的前刀面的耐凹陷磨损性趋于进一步提高，如果为15.0μm以下，则能进一步抑制被覆层的剥落，被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点出发，α型氧化铝层的平均厚度更优选为1.5μm以上12.0μm以下，进一步优选为3.0μm以上10.0μm以下。
在本实施方式的被覆层中，在基材和α型氧化铝层之间具有由碳氮化钛形成的碳氮化钛层，从而耐磨性进一步提高，故优选。本实施方式的碳氮化钛层的平均厚度优选为1.0μm以上20.0μm以下。如果碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上，则被覆切削工具的耐磨性趋于进一步提高，如果为20.0μm以下，则进一步抑制被覆层的剥落，被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。从同样的观点出发，碳氮化钛层的平均厚度更优选为5.0μm以上15.0μm以下。
在本实施方式的被覆层中，如果在碳氮化钛层和α型氧化铝层之间具有由选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物以及Ti的碳氮氧化物组成的群组中至少一种化合物形成的中间层，则粘着性进一步提高，故优选。中间层的平均厚度优选为0.1μm以上1.5μm以下。如果中间层的平均厚度为0.1μm以上，则粘着性趋于进一步提高，如果为1.5μm以下，则被覆切削工具的耐缺损性趋于进一步提高。
在本实施方式的被覆层中，如果在α型氧化铝层的表面上具有由氮化钛形成的氮化钛层作为最外层，则能够对被覆切削工具的使用的有无等使用状态进行确认，可视性优异，故优选。氮化钛层的平均厚度优选为0.2μm以上1.0μm以下。如果氮化钛层的平均厚度为0.2μm以上，则具有进一步抑制α型氧化铝层的粒子脱落的效果，如果为1.0μm以下，则被覆切削工具的耐缺损性提高，故优选。
在本实施方式的被覆层中，如果在基材和碳氮化钛层之间具有由氮化钛形成的氮化钛层或由碳化钛形成的碳化钛层作为被覆层中的最下层，则粘着性提高，故优选。该最下层的平均厚度优选为0.1μm以上0.5μm以下。如果最下层的平均厚度为0.1μm以上，则最下层会形成为更加均匀的组织，粘着性趋于进一步提高。另一方面，如果最下层的平均厚度为0.5μm以下，则将抑制最下层成为剥落的起点，因此耐缺损性趋于进一步提高。
作为构成本实施方式的被覆切削工具中的被覆层的各层的形成方法，例如，可列举以下方法。但是，各层的形成方法不限定于此。
例如，作为最下层的由氮化钛形成的层即氮化钛层(以下，也表示为“TiN层”。)能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，将温度设为850～920℃，将压力设为100～400hPa。
作为最下层的由碳化钛形成的层即碳化钛层(以下，也表示为“TiC层”。)能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：2.0～3.0mol％、CH4：4.0～6.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为980～1020℃，将压力设为60～80hPa。
由碳氮化钛形成的层即碳氮化钛层(以下，也表示为“TiCN层”。)能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：8.0～18.0mol％、CH3CN：1.0～3.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为840～890℃，将压力设为60～80hPa。
由Ti的碳氮氧化物形成的TiCNO层能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：3.0～5.0mol％、CO：0.4～1.0mol％、N2：30～40mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为90～110hPa。
由Ti的碳氧化物形成的TiCO层能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：0.5～1.5mol％、CO：2.0～4.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为975～1025℃，将压力设为60～100hPa。
在本实施方式中，α型氧化铝层可通过以下方式形成。首先，在基材的表面依次形成最下层、碳氮化钛层、以及中间层。应予说明，在本实施方式中，各层并非为必须的层。接着，在形成有上述的层的情况下，对这些层中离基材最远的层的表面进行氧化。然后，在离基材最远的层的表面形成α型氧化铝层的核，在已形成该核的状态下，形成α型氧化铝层。进而，也可根据需要于α型氧化铝层的表面形成TiN层。
更具体而言，对离上述基材最远的层的表面的氧化在以下条件下进行：将原料组成设为CO2：0.1～1.0mol％、H2：剩余部分，将温度设为950～1000℃，将压力设为50～70hPa。此时的氧化处理时间优选为5～10分钟。
α型氧化铝层能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为AlCl3：2.1～5.0mol％、CO2：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0.28～0.45mol％、H2：剩余部分，将温度设为900～1000℃，将压力设为60～80hPa。
作为最外层的由氮化钛形成的TiN层能够通过在以下条件下进行的化学气相沉积法来形成：将原料组成设为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，将温度设为980～1020℃，将压力设为100～400hPa。
在本实施方式中，控制了被覆层的残余应力值的被覆切削工具例如可通过以下方法获得。
在形成被覆层后，可对使外热式化学气相沉积装置内的温度达到300℃的冷却时间(以下，也表示为“冷却时间”。)进行调整。如果缩短冷却时间，则会将裂纹引入交叉棱线部，交叉棱线部中的残余应力值变小。其结果为，残余应力值有从交叉棱线部沿着第1界面或第2界面连续性地或阶段性地增加的倾向。冷却时间例如可通过调整装入外热式化学气相沉积装置内的基材的数量，或在形成被覆层后，在冷却时向外热式化学气相沉积装置内导入氢(H2)气体来控制。具体而言，如果减少装入外热式化学气相沉积装置内的基材的数量，或在形成被覆层后，增大冷却时向外热式化学气相沉积装置内导入的H2气体的比例，则冷却时间会有增大的倾向。
在形成被覆层后，实施干式喷丸(Shot blasting)，能够控制被覆层的残余应力值。干式喷丸的条件可为：以使喷射角度相对于被覆切削工具的前刀面为30°～55°左右的方式，以0.8bar～1.5bar的喷射压力、1.0～5.0秒的喷射时间来喷射喷射材料。干式喷丸的喷射材料优选为平均粒径为100～300μm的Al2O3或ZrO2粒子，进一步优选为添加了MgO、Y2O3等稳定剂而得到的ZrO2。喷射角度相对被覆切削工具的前刀面越为高角度侧，第1界面的残余应力值越趋于减小。因此，如果喷射角度为50°～55°左右，则能够满足残余应力值的关系“Sf＞Sr”，故优选。此外，通过使干式喷丸的条件以及上述冷却时间处于上述范围内，能够使Sr和Sf处于所期望的数值范围内。
本实施方式的被覆切削工具的被覆层中各层的厚度以及被覆层整体的平均厚度可通过采用光学显微镜、扫描型电子显微镜(SEM)、或FE-SEM等对被覆切削工具的剖面组织进行观察来测定。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中各层的平均厚度以及被覆层整体的平均厚度可通过以下方式求得：在从交叉棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部而距离交叉棱线部50μm的位置附近，对三处以上的各层的厚度或被覆层整体的厚度进行测定，计算其算术平均值而求得。此外，各层的组成可通过采用能量色散型X射线光谱仪(EDS、)或波长色散型X射线光谱仪(WDS)等，对本实施方式的被覆切削工具的剖面组织进行测定。
[实施例]
以下，列举实施例对本发明进行更详细的说明，但本发明不限定于这些实施例。
作为基材，准备具有JIS标准VNMG160408形状，并具有91.5WC-8.0Co-0.5Cr3C2(以上为质量％)的组成的硬质合金制切削刀片。在通过SiC刷对该基材的刀尖棱线部形成交叉棱线部后，洗净基材的表面。
在洗净基材的表面后，通过化学气相沉积法形成被覆层。对于发明品1～10，首先，将基材装入外热式化学气相沉积装置。此时，调整装入外热式化学气相沉积装置的基材的数量，以达到表4所示冷却时间。然后，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在基材的表面形成如表1所示组成的最下层，以使其达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在最下层的表面形成如表1所示组成的碳氮化钛层(以下，也表示为“TiCN层”。)，以达到表1所示的平均厚度。接着，在如表2所示原料组成、温度以及压力条件下，在TiCN层的表面形成如表1所示组成的中间层，以达到表1所示的平均厚度。然后，使用具有表3所示组成的气体，在如表3所示的温度以及压力的条件下，对中间层的表面施加氧化处理。此时，将氧化处理时间设为5分钟。接着，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在施加了氧化处理的中间层的表面形成如表1所示组成的α型氧化铝层，以达到表1所示的平均厚度。最后，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在α型氧化铝层的表面形成如表1所示组成的最外层，以达到表1所示的平均厚度。在形成被覆层后，调整被导入外热式化学气相沉积装置内的H2气体的流量，以达到表4所示的冷却时间，并将该装置内冷却至300℃。由此，得到发明品1～10的被覆切削工具。
另一方面，对于比较品1～7，首先，将基材装入外热式化学气相沉积装置。此时，调整被装入外热式化学气相沉积装置的基材的数量，以达到表4所示的冷却时间。然后，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在基材的表面形成如表1所示组成的最下层，以达到表1所示的平均厚度。接着，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在最下层的表面形成如表1所示组成的TiCN层，以达到如表1所示的平均厚度。接着，在表2所示原料组成、温度以及压力条件下，在TiCN层的表面形成如表1所示组成的中间层，以达到表1所示的平均厚度。然后，使用具有表3所示组成的气体，在如表3所示的温度以及压力条件下，对中间层的表面施加氧化处理。此时，将氧化处理时间设为5分钟。接着，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在施加了氧化处理的中间层的表面形成表1所示组成的α型氧化铝层，以达到表1所示的平均厚度。最后，在表2所示的原料组成、温度以及压力条件下，在α型氧化铝层的表面形成表1所示组成的最外层，以达到表1所示的平均厚度。在形成被覆层后，调整被导入外热式化学气相沉积装置内的H2气体的流量，以达到表4所示冷却时间，并将该装置内冷却至300℃。由此，得到比较品1～7的被覆切削工具。
采用以下方式求出试样的各层厚度。即，采用FE-SEM，对从被覆切削工具的交叉棱线部朝向前刀面的中心部而距离交叉棱线部50μm的位置附近的剖面中三处的厚度进行测定，求出其算术平均值作为平均厚度。所得试样的各层的组成通过采用EDS对从被覆切削工具的交叉棱线部朝向前刀面的中心部而距离交叉棱线部50μm的位置附近的剖面进行测定。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
对于发明品1～10和比较品1～7，在基材的表面形成被覆层后，采用表5所示的喷射材料，在表5所示的喷射条件下，对被覆层表面实施干式喷丸。应予说明，表中的“相对前刀面的喷射角度”栏中，“0，90”表示干式喷丸以0°和90°的喷射角度，各实施1次。
[表5]
本实施方式的α型氧化铝层的各位置中的残余应力值采用2D法(，多轴应力测定法/全德拜环拟合法)进行测定。在α型氧化铝层的残余应力值的测定中使用X射线衍射中(116)面的峰强度。作为X射线衍射测定的条件，使用0.05mmΦ的CuKα射线作为X射线的射线源，在输出＝50kV、1.0mA的条件下进行照射，从而测定各残余应力值。各残余应力值通过对从交叉棱线部朝向第1界面和第2界面而距离交叉棱线部200μm的范围的α型氧化铝层进行测定而求得。此时，采用2D法，分别对从交叉棱线部到测定位置的距离为10μm、50μm、100μm、150μm和200μm的测定位置中的各残余应力值进行测定。各残余应力值由3点的残余应力的算术平均值而算出。此时，将与交叉棱线部平行的方向的残余应力值作为α型氧化铝层的残余应力值。将这些测定结果表示于表6。此外，根据所得的测定结果，求得残余应力值的关系和残余应力值的形态。将这些测定结果表示于表7。此时，表中的“残余应力值的形态σr和σf’栏中，“σr和σf：连续性地增加”表示α型氧化铝层的残余应力值σr随着远离交叉棱线部而连续性地增加，α型氧化铝层的残余应力值σf随着远离交叉棱线部而连续性地增加。同样地，“σr：一定”、“σf：一定”表示α型氧化铝层的残余应力值σr或σf不变，“σr：阶段性地增加”、“σf：阶段性地增加”表示α型氧化铝层的残余应力值σr或σf呈阶段性地增加。此外，发明品2的α型氧化铝层的残余应力值的测定结果表示于图2。
[表6]
[表7]
使用所得发明品1～10和比较品1～7，在下列条件下进行切削试验1和切削试验2。切削试验1为评价耐磨性的磨损试验，切削试验2为评价耐缺损性的缺损试验。将各切削试验的结果表示于表8。
[切削试验1]
被切削材料：S45C的圆条，
切削速度：290m/min，
进给量：0.25mm/rev，
进刀量：1.8mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损时或者最大后刀面磨损宽度达到0.2mm时设为工具寿命，测定直至工具寿命的加工时间。应予说明，将发生缺损前最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的情况评价为“正常磨损”，将发生缺损的情况评价为“缺损”。
[切削试验2]
被切削材料：在SCM415的长度方向上以等间隔设有两条沟的圆条，
切削速度：170m/min，
进给量：0.30mm/rev，
进刀量：1.7mm，
冷却液：有，
评价项目：将试样发生缺损时设为工具寿命，测定直至工具寿命的冲击次数。冲击次数是指试样与被切削材料接触的次数，在试样发生缺损的时刻结束试验。应予说明，对于各试样，准备5个刀片，分别测定冲击次数，并从它们的冲击次数值求出算术平均值作为工具寿命。
对于直至切削试验1(磨损试验)的工具寿命的加工时间，以20分钟以上为“A”、15分钟以上不足20分钟为“B”、不足15分钟为“C”进行评价。此外，对于直至切削试验2(缺损试验)的工具寿命的冲击次数，以10000次以上为“A”、5000次以上不足10000次为“B”、不足5000次为“C”进行评价。在该评价中，“A”表示最优异、“B”表示次优异、“C”表示最差，具有的A或B越多意味着切削性能越优异。将所得的评价结果表示于表8。
[表8]
由表8所示结果可知，发明品的磨损试验的评价为“B”以上的评价，发明品的缺损试验的评价均为“A”评价。另一方面，比较品的评价中，磨损试验的评价为“B”以下，缺损试验的评价为“B”以下。由此可知，发明品的耐磨性与比较品相比为同等以上，耐缺损性与比较品相比更为优异。
由以上结果可知，发明品的耐磨性和耐缺损性优异，因此工具寿命较长。
[产业上的可利用性]
本发明的被覆切削工具具有优异的耐缺损性而不会使耐磨性下降，由此与以往相比能够延长工具寿命，因此从这种观点出发，具有产业上的可利用性。
符号说明
1…基材，2…最下层，3…碳氮化钛层，4…中间层，5…α型氧化铝层，6…最外层，7…被覆层，8…被覆切削工具。

Claims (11)

1.一种被覆切削工具，其为具有基材、和形成于该基材的表面上的被覆层的被覆切削工具，
所述被覆切削工具具有前刀面和后刀面，
所述被覆层包含α型氧化铝层，
所述α型氧化铝层在与所述基材相反的一侧具有第1界面、第2界面、和所述第1界面与所述第2界面的交叉棱线部，所述第1界面为所述前刀面或与所述前刀面大致平行的面，所述第2界面为所述后刀面或与所述后刀面大致平行的面，
所述α型氧化铝层进一步满足下述(1)和(2)所示条件：
(1)在所述α型氧化铝层中所测定的残余应力值σr(单位：GPa)随着从所述交叉棱线部朝向所述第1界面使所测定的位置距离所述交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加，
(2)在所述α型氧化铝层中所测定的残余应力值σf(单位：GPa)随着从所述交叉棱线部朝向所述第2界面使所测定的位置距离所述交叉棱线部10μm、50μm、100μm、150μm、200μm，而连续性地或阶段性地增加。
2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，所述α型氧化铝层满足下述式(A)所示条件：
Sf＞Sr…(A)
(上述式中，Sf表示在所述α型氧化铝层中，在从所述交叉棱线部朝向所述第2界面而距离所述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa)，上述式中，Sr表示在所述α型氧化铝层中，在从所述交叉棱线部朝向所述第1界面而距离所述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa))。
3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，所述α型氧化铝层满足下述式(B)所示条件：
-0.800≤Sr≤0.300…(B)
(上述式中，Sr表示在所述α型氧化铝层中，在从所述交叉棱线部朝向所述第1界面而距离所述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa))。
4.如权利要求1～3中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述α型氧化铝层满足下述式(C)所示条件：
-0.600≤Sf≤0.400…(C)
(上述式中，Sf表示在所述α型氧化铝层中，在从所述交叉棱线部朝向所述第2界面而距离所述交叉棱线部100μm的位置测定的残余应力值(单位：GPa))。
5.如权利要求1～4中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述α型氧化铝层的平均厚度为1.0μm以上15.0μm以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述基材和所述α型氧化铝层之间含有由碳氮化钛形成的碳氮化钛层，
所述碳氮化钛层的平均厚度为1.0μm以上20.0μm以下。
7.如权利要求6所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述碳氮化钛层和所述α型氧化铝层之间具有中间层，所述中间层由选自由Ti的碳氧化物、Ti的氮氧化物和Ti的碳氮氧化物组成的群组中的至少一种化合物构成。
8.如权利要求7所述的被覆切削工具，其中，
所述中间层的平均厚度为0.1μm以上1.5μm以下。
9.如权利要求1～8中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层的平均厚度为3.0μm以上30.0μm以下。
10.如权利要求1～9中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述被覆层在所述α型氧化铝层的表面上具有由氮化钛形成的氮化钛层作为最外层，所述最外层的平均厚度为0.1μm以上1.0μm以下。
11.如权利要求1～10中任一项所述的被覆切削工具，其中，
所述基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任一种。
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