CN109834305A - 被覆切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材表面的被覆层，其中，被覆层包括具有1层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物所构成的Ti化合物层的下部层；具有由α型Al2O3构成的α型Al2O3层的中间层；以及具有由TiCN构成的TiCN层的上部层，各层从所述基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠，被覆层的平均厚度为5.0～30.0μm，在从中间层的表面开始的指定范围内、平行于基材表面的截面的法线与α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所形成的角度，以及在从上部层的表面开始的指定范围内、平行于基材表面的截面的法线与TiCN层的粒子的(111)面的法线所形成的角度满足指定条件。

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，已知有将通过化学气相沉积法在由硬质合金制成的基材表面以3～20μm的总膜厚蒸镀形成被覆层而制成的被覆切削工具用于钢、铸铁等的切削加工。作为上述被覆层，例如已知有选自由Ti的碳化物、氮化物、碳氮化物、碳氧化物和碳氮氧化物、以及氧化铝(Al2O3)所组成的群组中的一种的单层或两种以上的多层构成的被覆层。
在专利文献1中公开了一种表面被覆切削工具，其特征在于，在由碳化钨基硬质合金构成的工具基体的表面上，蒸镀形成由钛化合物层构成的下部层和由氧化铝层(Al2O3层)构成的上部层作为硬质被覆层，其中由氧化铝层(Al2O3层)构成的上部层的(006)面取向系数TC(006)为1.8以上，并且，(104)面的峰强度I(104)与(110)面的峰强度I(110)之比I(104)/I(110)为0.5～2.0，另外，氧化铝层(Al2O3层)内的残余应力值的绝对值为100MPa以下。
专利文献
专利文献1：特开2013-132717号公报。
发明内容
在近年来的切削加工中，高速化、高进给化和深进刀化更加显著，要求工具的耐磨性和耐缺损性与以往相比进一步提高。特别是近年来，如钢的高速切削等对被覆切削工具作用负荷的切削加工增加，在这种苛刻的切削条件下，在以往的工具中会发生由于被覆层的粒子的脱落而导致的月牙洼磨损和缺损。这引发了无法延长工具寿命的问题。
本发明是为了解决这些问题而完成的，其目的在于提供一种通过具有优异的耐磨耗性和耐缺损性，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，通过对被覆切削工具的工具寿命的延长进行了反复研究，结果得到如下见解，如果采用含有依次层叠α型Al2O3层和TiCN层，在α型Al2O3层和TiCN层的指定区域内，表示指定的晶体取向的粒子的比例分别为指定值以上，且被覆层的平均厚度在指定范围内的以下结构，则能够通过抑制粒子的剥离来提高耐磨性，同时也能够提高耐缺损性，其结果是可以延长工具寿命，从而完成了本发明。
即，本发明如下所述。
(1)
被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材上的被覆层，其中，
上述被覆层包含具有1层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层的下部层；具有由α型Al2O3构成的α型Al2O3层的中间层；以及具有由TiCN构成的TiCN层的上部层，
上述各层从上述基材侧向上述被覆层的表面侧依次层叠，
上述被覆层的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，
在从上述中间层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与上述基材的表面平行的截面中，取向差A满足下述式(1)表示的条件，
在从上述上部层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与上述基材的表面平行的截面中，取向差B满足下述式(2)表示的条件。
RSA≧40 (1)
(式中，RSA是取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A是由上述截面的法线与上述中间层中的α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
RSB≧40 (2)
(式中，RSB是取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B是由上述截面的法线与上述上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
(2)
(1)所述的被覆切削工具，其中上述RSA为50面积％以上。
(3)
(1)或(2)所述的被覆切削工具，其中上述RSB为50面积％以上。
(4)
(1)至(3)中任一项所述的被覆切削工具，其中上述上部层的平均厚度为1.0μm以上6.0μm以下。
(5)
(1)至(4)中任一项所述的被覆切削工具，其中上述中间层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。
(6)
(1)至(5)中任一项所述的被覆切削工具，其中上述下部层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。
(7)
(1)至(6)中任一项所述的被覆切削工具，其中上述下部层包含选自由TiN构成的TiN层、TiC构成的TiC层、TiCN构成的TiCN层、TiCNO构成的TiCNO层、TiON构成的TiON层以及TiB2构成的TiB2层组成的群组中的至少一种的层。
(8)
(1)至(7)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、陶瓷或立方氮化硼烧结体中的任一种。
本发明是为了解决该问题而完成的，其能够提供一种通过具有优异的耐磨性和耐缺损性而能够延长工具寿命的被覆切削工具。
附图说明
图1为表示本发明的被覆切削工具的一例的示意性截面图。
具体实施方式
以下，根据需要参照附图，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，但本发明并不限于下述本实施方式。本发明可在不超出其主旨的范围内进行各种变形。另外，在附图中，除非另有说明，否则上下左右等位置关系为基于附图中所示的位置关系。并且，附图中的尺寸比例不受图示比例的限制。
本实施方式的被覆切削工具具备基材和形成于该基材表面的被覆层，其中，被覆层包括具有1层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物所构成的Ti化合物层的下部层；具有由α型Al2O3构成的α型Al2O3层的中间层；以及具有由TiCN构成的TiCN层的上部层，各层从基材侧朝向被覆层的表面侧依次层叠，被覆层的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，在从中间层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与基材的表面平行的截面中，取向差A满足下述式(1)表示的条件，在从上部层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与基材的表面平行的截面中，取向差B满足下述式(2)表示的条件。
RSA≧40 (1)
(式中，RSA是在与基材的表面平行的截面中，取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A是截面的法线与中间层中的α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
RSB≧40 (2)
(式中，RSB是在与基材的表面平行的截面中，取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B是截面的法线与上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
本实施方式的被覆切削工具具备以上结构，因此能够提高耐磨性和耐缺损性，其结果为，能够延长工具寿命。认为本实施方式的被覆切削工具的耐磨性和耐缺损性提高的主要因素如下。但是，本发明不受以下主要因素的任何限制。即，首先，本实施方式的被覆切削工具中，由于被覆层的平均厚度为5.0μm以上，因此提高了耐磨性；由于被覆层的平均厚度为30.0μm以下，因此提高了与被覆层的基材间的粘着性和耐缺损性。本实施方式中使用的被覆层的中间层具有α型Al2O3层，α型Al2O3层沿(001)面取向。如果本实施方式的被覆切削工具像这样具有沿(001)面取向的α型Al2O3层，则主要由于具有优异的耐热性而具有优异的耐月牙洼磨损性，因此耐磨性优异。但是，由于具有沿(001)面取向的α型Al2O3层的中间层的粘着性差，因此在对被覆切削工具作用负荷的切削条件下，会产生粒子脱落的问题。对此，本实施方式的被覆切削工具主要由于在具有α型Al2O3层的中间层的表面上包含具有沿(111)面取向的TiCN层的上部层，因而能够抑制α型Al2O3层的粒子的脱落，其结果是，将提高耐磨性和耐缺损性。此外，本实施方式的被覆切削工具主要由于RSA在指定值以上，α型Al2O3层的耐热性进一步提高，因而提高耐月牙洼磨损性，其结果是将提高耐磨性。此外，本实施方式的被覆切削工具主要由于RSB在指定值以上，TiCN层和α型Al2O3层的粘着性良好，因而能够抑制α型Al2O3层的粒子的脱落，其结果是将提高耐磨性和耐缺损性。并且，通过组合这些结构，本实施方式的被覆切削工具的耐磨性和耐缺损性提高，其结果是，认为可以延长工具寿命。
图1是表示本发明的被覆切削工具的一例的示意性截面图。被覆切削工具6具备基材1和形成于基材1的表面的被覆层5，在被覆层5沿向上方向依次层叠下部层2、中间层3和上部层4。
本实施方式中的被覆切削工具具备基材和形成于该基材表面的被覆层。作为被覆切削工具的种类，具体可列举用于铣削加工或用于车削加工的刀头更换型切削刀片、钻头、和立铣刀。
本实施方式中使用的基材只要是可作为被覆切削工具的基材使用的基材，则不受特别的限制。作为这种基材，例如可列举硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、立方晶氮化硼烧结体、金刚石烧结体和高速钢。在它们中，如果基材为硬质合金、金属陶瓷、陶瓷和立方晶氮化硼烧结体中的任意一种，则因其耐磨性和耐缺损性更加优异而优选，从同样的观点来看，若基材为硬质合金则更优选。
另外，基材也可为其表面经过改性的基材。例如，在基材由硬质合金制成的情况下，也可在其表面形成脱β层。另外，在基材由金属陶瓷制成的情况下，也可在其表面形成硬化层。像它们这样即使基材的表面进行了改性，也能够发挥本发明的作用效果。
在本实施方式中使用的被覆层的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下。本实施方式的被覆切削工具中，如果被覆层的平均厚度为5.0μm以上，则将提高耐磨性，如果被覆层的平均厚度为30.0μm以下，则将提高被覆层与基材间的粘着性和耐缺损性。从同样的观点来看，被覆层的平均厚度更优选为8.0μm以上27.0μm以下，进一步优选为10.0μm以上25.0μm以下。另外，本实施方式的被覆切削工具中各层和被覆层整体的平均厚度可通过从各层或被覆层整体中3处以上的截面来测量各层的厚度或被覆层整体的厚度，并计算其算数平均值而获得。
[下部层]
在本实施方式中使用的下部层具有1层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层。如果被覆切削工具在基材与包含α型氧化铝(α型Al2O3)的中间层之间具备下部层，则将提高耐磨性和粘着性。
作为Ti化合物层，例如可列举由TiC构成的TiC层、由TiN构成的TiN层、由TiCN构成的TiCN层、由TiCO构成的TiCO层、由TiCNO构成的TiCNO层、由TiON构成的TiON层以及由TiB2构成的TiB2层。
下部层既可以由1层构成，也可以由多层(例如，2层或3层)构成，但优选为由多层构成，更优选为由2层或3层构成，进一步优选为由3层构成。从进一步提高耐磨性和粘着性的观点出发，下部层优选包含选自TiN层、TiC层、TiCN层、TiCNO层、TiON层以及TiB2层所组成的群组中的至少一种层，如果下部层的至少一层为TiCN层，则因为耐磨性进一步提高而优选。在下部层由3层构成的情况下，可以在基材的表面上形成TiC层或TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层或TiCO层作为第3层。在它们当中，下部层也可以在基材的表面上形成TiN层作为第1层，在第1层的表面上形成TiCN层作为第2层，在第2层的表面上形成TiCNO层作为第3层。
在本实施方式中使用的下部层的平均厚度优选为3.0μm以上15.0μm以下。本实施方式的被覆切削工具中，由于下部层的平均厚度为3.0μm以上，将提高耐磨性。另一方面，本实施方式的被覆切削工具中，由于下部层的平均厚度为15.0μm以下，则主要因为被覆层的剥离受到抑制而将提高耐缺损性。从同样的观点来看，下部层的平均厚度更优选为3.5μm以上13.0μm以下，进一步优选为4.0μm以上12.0μm以下，特别优选为4.5μm以上11.0μm以下。
从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点看来，TiC层或者TiN层的平均厚度优选为0.05μm以上1.0μm以下。从同样的观点来看，TiC层或者TiN层的平均厚度更优选为0.10μm以上0.5μm以下，进一步优选为0.15μm以上0.3μm以下。
从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点看来，TiCN层的平均厚度优选为2.0μm以上20.0μm以下。从同样的观点来看，TiCN层的平均厚度更优选为2.5μm以上15.0μm以下，进一步优选为3.0μm以上12.0μm以下。
从进一步提高耐磨性和耐缺损性的观点看来，TiCNO层或者TiCO层的平均厚度优选为0.1μm以上1.0μm以下。从同样的观点来看，TiCNO层或者TiCO层的平均厚度更优选为0.2μm以上0.5μm以下。
Ti化合物层是由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的层，但是只要能够起到下部层的作用效果，也可以含有微量的上述元素以外的成分。
[中间层]
本实施方式中使用的中间层具有由α型Al2O3构成的α型Al2O3层。在本实施方式中使用的中间层中，在从中间层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与基材的表面平行的截面中，取向差A满足下述式(1)表示的条件。
RSA≧40 (1)
(式中，RSA是取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A是上述截面的法线与上述中间层中的α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
由于本实施方式的被覆切削工具的RSA为40面积％以上，具有优异的耐月牙洼磨损性，因此能够提高耐磨性。从同样的观点来看，RSA优选为50面积％以上(例如，50面积％以上80面积％以下)，更优选为60面积％以上。
RSA可以通过以下方法求得。将在从中间层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、平行于基材的表面的截面中，截面的法线与中间层中的α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所成的角度的取向差A在0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和(RSATotal)作为100面积％，求出取向差A为0度以上且不足10度的粒子截面的面积的总和相对于RSATotal占多少面积％，将其作为RSA即可。在求取RSA(面积％)时，例如，可以使用附属于扫描电子显微镜(SEM)、电场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等的电子背散射分析图像装置(EBSD)来测量各粒子的截面面积。使用EBSD识别粒子的各晶体的晶体取向，将识别的各晶体取向的粒子截面的面积分配给例如每5度的间隔的分区，并且求出每个分区的粒子截面的面积。然后，例如，求出0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区的各分区的粒子截面的面积总和。另外，在这种情况下，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。然后，求出这些各分区中的粒子截面的面积的总和相对于RSATotal(100面积％)的比例，将其作为RSA即可。应予说明，关于由上述式(1)表示的条件，不一定需要在朝向基材侧至1μm位置的整个范围内满足，只要在上述范围内的任意截面上满足即可。
更具体地，可以通过以下方法求得。首先，将样品设置在FE-SEM上。使电子束在70度的入射角、15kV的加速电压以及1.0nA的照射电流的条件下照射样品。优选对30μm×50μm的测量范围，以0.1μm步长的EBSD的设置来测量该范围内存在的粒子截面的取向差。
在本实施方式中使用的α型Al2O3层的平均厚度优选为3.0μm以上15.0μm以下。如果α型Al2O3层的平均厚度为3.0μm以上，则被覆切削工具的前刀面的耐月牙洼磨损性具有进一步提高的倾向，如果为15.0μm以下，则将进一步抑制被覆层的剥离，被覆切削工具的耐缺损性具有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，α型Al2O3层的平均厚度更优选为1.5μm以上12.0μm以下，并优选为3.5μm以上12.0μm以下，进一步优选为4.0μm以上10.0μm以下。
中间层只要具有由α型氧化铝(α型Al2O3)构成的层即可，并且只要能够发挥本发明的作用效果，也可以含有或者不含α型氧化铝(α型Al2O3)以外的成分。
[上部层]
在本实施方式中使用的上部层具有由TiCN构成的TiCN层。在本实施方式中使用的上部层中，在从上部层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与基材的表面平行的截面中，截面的法线与上部层的TiCN层的粒子的(111)面的法线所成的角度的取向差B满足下述式(2)表示的条件。
RSB≧40 (2)
(式中，RSB是取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B是上述截面的法线与上述上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度)。)
由于本实施方式的被覆切削工具的RSB为40面积％以上，能够抑制α型Al2O3层的粒子的脱落，因此将提高耐磨性和耐缺损性。从同样的观点来看，RSB优选为50面积％以上(例如，50面积％以上70面积％以下)，更优选为60面积％以上。
RSB可以通过以下方法求得。将在从上部层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、平行于基材的表面的截面中，截面的法线与上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所成的角度的取向差B为0度以上45度以下的粒子截面的面积的总和(RSBTotal)作为100面积％，求出取向差B为0度以上且不足10度的粒子截面的面积总和相对于RSBTotal占多少面积％，将其作为RSB即可。在求取RSB(面积％)时，例如，可以使用附属于扫描电子显微镜(SEM)、电场发射型扫描电子显微镜(FE-SEM)等的电子背散射分析图像装置(EBSD)来测量各粒子的截面面积。使用EBSD识别粒子的各晶体的晶体取向，将识别的各晶体取向的粒子截面的面积分配给例如每5度的间隔的分区，并且求出每个分区的粒子截面的面积。然后，例如，求出0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区的各分区的粒子截面的面积总和。另外，在这种情况下，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。然后，求出这些各分区中的粒子截面的面积的总和相对于RSBTotal(100面积％)的比例，将其作为RSB即可。应予说明，关于上述式(2)表示的条件，不一定需要在朝向基材侧1μm为止的整个范围内满足，只要在上述范围内的任意截面上满足即可。
在本实施方式中使用的上部层的平均厚度优选为1.0μm以上6.0μm以下。由于平均厚度为1.0μm以上，所以抑制α型Al2O3层的粒子脱落的效果具有进一步提高的倾向，而由于平均厚度为6.0μm以下，所以耐缺损性具有进一步提高的倾向。从同样的观点来看，更优选为1.5μm以上5.0μm以下。
上部层只要具有TiCN构成的层即可，并且只要能够发挥本发明的作用效果，则也可以含有或者不含TiCN以外的成分。
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，例如可以列举以下方法。但是，各层的形成方法并不限定于此。
例如，由Ti的氮化物层(以下，也称为“TiN层”。)构成的Ti化合物层可以通过使原料组成为TiCl4：5.0～10.0mol％、N2：20～60mol％、H2：剩余部分，温度为850～950℃，压力为300～400hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳化物层(以下，也称为“TiC层”。)构成Ti化合物层可以通过使原料组成为TiCl4：1.5～3.5mol％、CH4：3.5～5.5mol％、H2：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为70～80hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳氮化物层(以下，也称为“TiCN层”。)构成的Ti化合物层可以通过使原料组成为TiCl4：5.0～7.0mol％、CH3CN：0.5～1.5mol％、H2：剩余部分，温度为800～900℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳氮氧化物层(以下，也称为“TiCNO层”。)构成的Ti化合物层可以通过使原料组成为TiCl4：3.0～4.0mol％、CO：0.5～1.0mol％、N2：30～40mol％、H2：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～150hPa的化学气相沉积法来形成。
由Ti的碳氧化物层(以下，也称为“TiCO层”。)构成的Ti化合物层可以通过使原料组成为TiCl4：1.0～2.0mol％、CO：2.0～3.0mol％、H2：剩余部分，温度为950～1050℃、压力为50～150hPa的化学气相沉积法来形成。
由α型Al2O3层(以下，也简称为“Al2O3层”)构成的中间层例如通过以下方法形成。
首先，在基材的表面上形成1层以上的由Ti化合物层构成的下部层。接着，对在那些层之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上形成α型Al2O3层的核，并在形成该核的状态下，形成α型Al2O3层。
更具体而言，离上述基材最远的层的表面的氧化在气体组成为CO：0.1～0.3mol％、CO2：0.3～1.0mol％、H2：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为50～60hPa的条件下进行(氧化工序)。此时的氧化处理时间优选为1～3分钟。
之后，α型Al2O3层的核通过使原料气体组成为AlCl3：1.0～4.0mol％、CO：0.05～2.0mol％、CO2：1.0～3.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2：剩余部分，温度为880～930℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(成核工序)。
然后，α型Al2O3层通过使原料气体组成为AlCl3：2.0～5.0mol％、CO2：2.5～4.0mol％、HCl：2.0～3.0mol％、H2S：0.15～0.25mol％、H2：剩余部分，温度为950～1000℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(成膜工序)。
为了将RSA(面积％)设定为指定值以上，可以控制氧化工序中的氧化处理时间、控制氧化工序和/或成核工序中气体组成中的CO的比例、或者控制成膜工序中的成膜温度。更具体而言，通过增大氧化工序中的氧化处理时间、增大氧化工序和/或成核工序中气体组成中的CO的比例、或将成膜工序中的成膜温度提高至大于成核工序中的成核温度，增大角度的取向差A在特定范围内的粒子的比例(面积％)，从而可以提高RSA。
进一步地，在α型Al2O3层的表面上形成由Ti的碳氮化物层(以下，也称为“TiCN层”)构成的上部层。
TiCN层可以通过使原料组成为TiCl4：4.0～8.0mol％、CH3CN：0.5～2.0mol％、N2：0.0～15.0mol％、H2：剩余部分，温度为950～1050℃，压力为60～80hPa的化学气相沉积法来形成(上部层形成工序)。
为了将RSB(面积％)设定为指定值以上，可以在上部层形成工序中控制温度，或者控制原料组成中的CH3CN的比例。更具体地，通过提高在上部层形成工序中的温度，或者增大原料组成中的CH3CN的比例，可以提高RSB(面积％)。
本实施方式的被覆切削工具中的被覆层中各层的厚度可以通过利用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)或者FE-SEM等观察被覆切削工具的截面组织来测量。应予说明，本实施方式的被覆切削工具中各层的平均厚度可通过在从刀尖棱线部朝向被覆切削工具的前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近，测量3处以上的各层的厚度，并计算其算数平均值而求得。此外，各层的组成可通过使用能量色散型X射线光谱仪(EDS)、波长色散型X射线光谱仪(WDS)等，从本实施方式的被覆切削工具的截面组织中进行测量。
[实施例]
以下通过列举实施例进一步详细地说明本发明，但本发明并不限于这些实施例。
作为基材，准备具有JIS标准CNMA120412形状、88.7WC-8.0Co-1.5TiN-1.5NbC-0.3Cr3C2(以上为质量％)的组成的硬质合金制的切削刀片。在通过SiC刷对该基材的刀尖棱线部实施磨圆后，洗涤基材的表面。
[发明产品1～13和对比产品1～8]
在洗涤基材的表面后，通过化学气相沉积法形成被覆层。首先，将基材装入外热式化学蒸镀装置，并在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在基材的表面形成表6所示组成的第1层，使其达到表6所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第1层的表面形成表6所示组成的第2层，使其达到表6所示的平均厚度。接着，在表1所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第2层的表面形成表6所示组成的第3层，使其达到表6所示的平均厚度。由此形成了由3层构成的下部层。之后，在表2所示组成、温度和压力的条件下，按照表2所示的时间，对第3层的表面实施氧化处理。接着，在表3所示的原料组成、温度和压力的条件下，在实施了氧化处理的第3层的表面形成α型氧化铝(α型Al2O3)的核。进而，在表4的所示的原料组成、温度和压力的条件下，在第3层和α型氧化铝(α型Al2O3)的核的表面形成表6所示组成的中间层(α型Al2O3层)，使其达到表6所示的平均厚度。最后，在表5所示的原料组成、温度和压力的条件下，在α型Al2O3层的表面形成表6所示组成的上部层，使其达到表6所示的平均厚度。由此，得到发明产品1～13和对比产品1～8的被覆切削工具。
以如下方法获得样品的各层的厚度。即，使用FE-SEM，测量在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部而距刀尖棱线部50μm的位置附近的截面中的3处的厚度，求出其算数平均值作为平均厚度。在被覆切削工具的从刀尖棱线部朝向前刀面的中心部直至50μm的位置附近的截面中，使用EDS测量得到的样品的各层的组成。
表1
表2
表3
表4
表5
表6
使用FE-SEM观察得到的样品的中间层中的、从中间层的表面朝向基材侧0.5μm处且平行于基材表面的截面，并且利用附属于FE-SEM的EBSD测量在取向差A为0度以上45度以下的范围内的各层的粒子截面的面积总和(RSATotal)。然后，以每5度的间隔划分处于取向差A为0度以上45度以下的范围内的粒子的截面积，并求出每个分区的粒子截面的面积。然后，求出取向差A在0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区的各自分区的粒子截面的面积总和。另外，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。将RSA作为表示这些各分区内处于取向差A为0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面积的总和相对于RSATotal的比例。将上述测量结果表示在下述表7。另外，通过EBSD进行的测量按照如下方式进行。将样品设置在FE-SEM上。使电子束在70度的入射角、15kV的加速电压、1.0nA的照射电流条件下照射样品。以0.1μm步长的EBSD的设置在30μm×50μm的测量范围内进行对各粒子的取向差和截面积的测量。在测量范围内的中间层的粒子截面的面积作为对应该面积的像素的总和。即，各层的粒子的、基于取向差A的每10度或者15度的间隔的各分区内的粒子截面的面积总和，是通过汇总对应各分区的粒子截面所占据的像素，并换算成面积来获得的。
使用FE-SEM观察得到的样品的上部层中的、从上部层的表面朝向基材侧0.5μm处的平行于基材表面的截面，并且利用附属于FE-SEM的EBSD测量处于取向差B为0度以上45度以下的范围内的各层的粒子截面的面积总和(RSBTotal)。然后，以每5度的间隔划分处于取向差B为0度以上45度以下的范围内的粒子的截面积，并求出每个分区的粒子截面的面积。接着，求出取向差B在0度以上且不足10度的分区、10度以上且不足20度的分区、20度以上且不足30度的分区、以及30度以上45度以下的分区的各自分区的粒子截面的面积总和。另外，0度以上45度以下的粒子截面的面积总和为100面积％。将RSB作为表示在这些每个分区内处于取向差B为0度以上且不足10度的范围内的粒子的截面积的总和相对于RSBTotal的比例。将上述测量结果表示在下述表7。另外，通过EBSD进行的测量按照如下方式进行。将样品设置在FE-SEM上。使电子束在70度的入射角、15kV的加速电压、1.0nA的照射电流条件下照射样品。以0.1μm步长的EBSD的设置在30μm×50μm的测量范围内对各粒子的取向差和截面积进行测量。将测量范围内的上部层的粒子截面的面积作为对应该面积的像素的总和。即，各层的粒子的、基于取向差B的每10度或者15度的间隔的各分区内的粒子截面的面积总和，是通过汇总对应各分区的粒子截面所占据的像素，并换算成面积来获得的。
表7
利用得到的发明产品1～13和对比产品1～8，按照下列条件执行切削试验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。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：230m/min，
进给量：0.30mm/rev，
进刀量：1.5mm，
冷却剂：有，
评价项目：将样品发生缺损或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的时间设为工具寿命，并测量直至工具寿命的加工时间。另外，通过SEM确认从加工时间开始到经过15分钟时的损伤状态。
[切削试验2]
被切削材料：S45C的设有2条沟的圆条，
切削速度：150m/min，
进给量：0.20mm/rev，
进刀量：1.5mm，
冷却剂：有，
评价项目：将样品发生缺损或最大后刀面磨损宽度达到0.2mm的时间设为工具寿命，并测量直至工具寿命的冲击次数。另外，通过SEM确认冲击次数为5000次时的损伤状态。冲击次数设定为15000次为止。
对于直至切削试验1(磨损试验)的工具寿命为止的加工时间，以40分钟以上为“A”、30分钟以上不足40分钟为“B”、不足30分钟为“C”来进行评价。此外，对于直至切削试验2(缺损试验)的工具寿命为止的冲击次数，以13000次以上为“A”、11000次以上12999次以下为“B”、10999次以下为“C”来进行评价。在该评价中，“A”表示最优异、“B”表示次优异、“C”表示最差，所具有的A或B越多意味着切削性能越优异。将得到的评价结果表示于表8。
表8
根据表8所示结果，发明产品的磨损试验和缺损试验的评价均为“A”或“B”的评价。另一方面，对比产品的评价在磨损试验和缺损试验两者中或任一者中为“C”。特别是在磨损试验中，发明产品的评价都在“B”以上，而对比产品的评价都是“C”。由此可知发明产品的耐磨性总的来说优于对比产品的耐磨性。
从以上的结果可知，发明产品具有优越的耐磨性和耐缺损性，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通过不降低耐缺损性，并且具有优越的耐磨性，与以往相比能够延长工具寿命，因此从该观点看来，具有产业上的可利用性。
符号说明
1…基材、2…下部层、3…中间层、4…上部层、5…被覆层、6…被覆切削工具。

Claims (8)

1.一种被覆切削工具，其具备基材和形成于该基材的表面的被覆层，其中，
所述被覆层包含：
下部层，其具有1层以上的由Ti与选自C、N、O和B所组成的群组中的至少一种元素的Ti化合物构成的Ti化合物层；
中间层，其具有由α型Al2O3构成的α型Al2O3层；以及
上部层，其具有由TiCN构成的TiCN层，
所述各层从所述基材侧向所述被覆层的表面侧依次层叠，
所述被覆层的平均厚度为5.0μm以上30.0μm以下，
在从所述中间层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与所述基材的表面平行的截面中，取向差A满足下述式(1)表示的条件，
在从所述上部层的表面朝向基材侧至1μm为止的范围内、与所述基材的表面平行的截面中，取向差B满足下述式(2)表示的条件，
RSA≧40 (1)
(式中，RSA是取向差A为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差A为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差A是所述截面的法线与所述中间层中的α型Al2O3层的粒子的(001)面的法线所形成的角度(单位：度))
RSB≧40 (2)
(式中，RSB是取向差B为0度以上且不足10度的粒子的截面积相对于取向差B为0度以上45度以下的粒子的截面积的比例(单位：面积％)，取向差B是所述截面的法线与所述上部层中的TiCN层的粒子的(111)面的法线所形成的角度(单位：度))。
2.如权利要求1所述的被覆切削工具，其中，所述RSA为50面积％以上。
3.如权利要求1或2所述的被覆切削工具，其中，所述RSB为50面积％以上。
4.如权利要求1至3中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述上部层的平均厚度为1.0μm以上6.0μm以下。
5.如权利要求1至4中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述中间层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。
6.如权利要求1至5中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述下部层的平均厚度为3.0μm以上15.0μm以下。
7.如权利要求1至6中任一项所述的被覆切削工具，其中，所述下部层包含选自由TiN构成的TiN层、TiC构成的TiC层、TiCN构成的TiCN层、TiCNO构成的TiCNO层、TiON构成的TiON层以及TiB2构成的TiB2层组成的群组中的至少一种的层。
8.如权利要求1至7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、陶瓷或立方氮化硼烧结体中的任一种。
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