JP2012106297A - 表面被覆切削工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】ステンレス鋼、耐熱鋼等の難削材の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐熱性及び耐溶着性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、０．５〜５μｍの平均層厚を有するとともに、組成式：（Ｚｒ１−γＹγ）Ｎ（但し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５）を満足するＺｒとＹの複合窒化物層の単層から構成する。
【選択図】なし
【解決手段】工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、該硬質被覆層は、０．５〜５μｍの平均層厚を有するとともに、組成式：（Ｚｒ１−γＹγ）Ｎ（但し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５）を満足するＺｒとＹの複合窒化物層の単層から構成する。
【選択図】なし
Description
本発明は、表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関し、さらに詳しくは、例えば、ステンレス鋼、耐熱鋼などの、高熱発生が伴い、かつ切刃に対して断熱的、衝撃的負荷がかかる被削材を高速条件で切削加工した場合に、硬質被覆層が長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具に関するものである。
一般に、被覆工具には、各種の鋼や鋳鉄などの被削材の旋削加工や平削り加工にバイトの先端部に着脱自在に取り付けて用いられるスローアウエイチップ、被削材の穴あけ切削加工などに用いられるドリルやミニチュアドリル、さらに被削材の面削加工や溝加工、肩加工などに用いられるソリッドタイプのエンドミルなどがあり、またスローアウエイチップを着脱自在に取り付けてソリッドタイプのエンドミルと同様に切削加工を行うスローアウエイエンドミル工具などが知られている。
また、被覆工具としては、例えば、工具基体表面に、ＺｒＮ層を設けた被覆工具も知られており、特に、構成成分であるＺｒによって高温硬さと耐熱性を具備することから、ＺｒＮ層がすぐれた高温硬さ、耐熱性を示すことも知られている。
さらに、前記従来被覆工具が、例えば、図２に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に工具基体を装入し、装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、硬質被覆層の組成に対応した合金がセットされたカソード電極、例えば、金属Ｚｒと、アノード電極との間に、例えば、電流：９０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、２Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記工具基体には、例えば、−１００Ｖのバイアス電圧を印加した条件で、工具基体表面に、ＺｒＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより製造されることも知られている。
ところが、近年の切削加工装置のＦＡ化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削工具には被削材の材種にできるだけ影響を受けない汎用性、すなわち、できるだけ多くの材種の切削加工が可能な切削工具が求められる傾向にあるが、前記従来被覆工具においては、これを、ステンレス鋼、耐熱鋼などの被削材の通常切削速度での切削加工に用いた場合には問題ないが、これらの被削材を、高い発熱をともなうとともに、切刃部に対して断続的、衝撃的負荷がかかる高速条件で切削した場合には、切削時の発熱によって被削材および切粉は高温に加熱されて粘性が増大し、これに伴って硬質被覆層表面に対する溶着性が一段と増すようになり、この結果切刃部におけるチッピング（微少欠け）の発生が急激に増加し、これが原因で比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
そこで、本発明が解決しようとする技術的課題、すなわち、本発明の目的は、高熱発生を伴う高速条件で切削した場合においてもすぐれた耐熱性および耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することである。
そこで、本発明者らは、前述のような観点から、特に、ステンレス鋼、耐熱鋼などの難削材の切削加工を、高速切削条件で切削加工した場合に、硬質被覆層がすぐれた耐熱性とすぐれた耐摩耗性を併せ持つ被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、工具基体の表面に、Ｚｒとの合量に占めるＹの含有割合が１〜１５原子％となるようにＹ成分を含有させたＺｒとＹの複合窒化物層（以下、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層で示す）を硬質被覆層として０．５〜５μｍの平均層厚で形成した場合には、難削材の高速切削加工において、この被覆工具はすぐれた耐熱性とすぐれた耐摩耗性を発揮することを見出したのである。
本発明は、前記研究結果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で構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｚｒ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＺｒとＹの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
「（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で構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｚｒ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＺｒとＹの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。
つぎに、本発明の被覆工具の硬質被覆層に関し、前記の通りに数値限定した理由を説明する。
（ａ）硬質被覆層を構成する（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層の組成
硬質被覆層を構成するＺｒとＹの複合窒化物（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層は、所定の耐熱性、耐摩耗性を有するとともに、その構成成分であるＹ成分によって、すぐれた高温熱伝導性、高温硬さを備えるようになり、そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐溶着性を発揮するようになるが、Ｙの含有割合を示すγ値がＺｒとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満になると、高温硬さを確保することができないために耐溶着効果を期待することはできず、一方、Ｙの割合を示すγ値が同０．１５を越えると、相対的にＺｒの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる潤滑性を確保することができないばかりか、耐溶着性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、γ値を０．０１〜０．１５（原子比、以下同じ）と定めた。
硬質被覆層を構成するＺｒとＹの複合窒化物（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層は、所定の耐熱性、耐摩耗性を有するとともに、その構成成分であるＹ成分によって、すぐれた高温熱伝導性、高温硬さを備えるようになり、そのため、高温切削条件下でも低摩擦係数が維持され、すぐれた耐溶着性を発揮するようになるが、Ｙの含有割合を示すγ値がＺｒとの合量に占める割合（原子比、以下同じ）で０．０１未満になると、高温硬さを確保することができないために耐溶着効果を期待することはできず、一方、Ｙの割合を示すγ値が同０．１５を越えると、相対的にＺｒの含有割合が減少し、難削材の高速切削加工で必要とされる潤滑性を確保することができないばかりか、耐溶着性も低下し、チッピング発生を防止することが困難になることから、γ値を０．０１〜０．１５（原子比、以下同じ）と定めた。
（ｂ）硬質被覆層を構成する（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層の平均層厚
そして、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層の平均層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐熱性、耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が５μｍを越えると、難削材の高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
そして、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層の平均層厚が０．５μｍ未満では、自身のもつすぐれた耐熱性、耐摩耗性を長期に亘って発揮するには不十分であり、一方その平均層厚が５μｍを越えると、難削材の高速切削加工では切刃部にチッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を０．５〜５μｍと定めた。
そして、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層は、例えば、図１に概略説明図で示される物理蒸着装置の１種であるアークイオンプレーティング装置に基体を装入し、ヒーターで装置内を、例えば、５００℃の温度に加熱した状態で、装置内に所定組成のＺｒ−Ｙ合金からなるカソード電極（蒸発源）を配置し、アノード電極と前記カソード電極（蒸発源）との間に、例えば、電流：１１０Ａの条件でアーク放電を発生させ、同時に装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して、例えば、３Ｐａの反応雰囲気とし、一方、前記基体には、例えば、−１５０Ｖのバイアス電圧を印加した条件で蒸着することにより、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層からなる単層を蒸着することにより本発明の硬質被覆層を蒸着形成することができる。
本発明の被覆工具によれば、単層の（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層は優れた耐熱性と耐摩耗性を備えることから、特に、ステンレス鋼や耐熱鋼等の難削材の、大きな発熱を伴い、かつ、高負荷のかかる高速切削加工であっても、すぐれた耐熱性を示し、長期に亘ってすぐれた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮するものである。
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。
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、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ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、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、焼結後、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ−１〜Ａ−１０を形成した。
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、Ｍｏ２Ｃ粉末、ＺｒＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ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、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を２ｋＰａ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のチップ形状をもったＴｉＣＮ基サーメット製の工具基体Ｂ−１〜Ｂ−６を形成した。
（ａ）ついで、前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれを、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、図１に示されるアークイオンプレーティング装置内の回転テーブル上の中心軸から半径方向に所定距離離れた位置に外周部にそって装着し、前記回転テーブルを挟んで相対向する両側にカソード電極（蒸発源）を配置し、カソード電極（蒸発源）として所定組成の硬質被膜層形成用のＺｒ−Ｙ合金を配置し、
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ｚｒ−Ｙ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３、表４に示される目標組成、目標層厚の単層としての（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成した後、前記カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
前記（ａ）〜（ｃ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
（ｂ）まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極とアノード電極との間に１００Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面をボンバード洗浄し、
（ｃ）次に、装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して４Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記回転テーブル上で自転しながら回転する工具基体に−１００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の前記Ｚｒ−Ｙ合金とアノード電極との間に１２０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、前記工具基体の表面に、表３、表４に示される目標組成、目標層厚の単層としての（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層を０．５〜５μｍの平均層厚で蒸着形成した後、前記カソード電極（蒸発源）とアノード電極との間のアーク放電を停止し、
前記（ａ）〜（ｃ）により硬質被覆層を蒸着形成し、本発明被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、本発明被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、これら工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６を、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、それぞれ図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、カソード電極（蒸発源）として所定組成の金属Ｚｒを装着し、まず、装置内を排気して０．１Ｐａ以下の真空に保持しながら、ヒーターで装置内を５００℃に加熱した後、前記工具基体に−１０００Ｖの直流バイアス電圧を印加し、かつカソード電極の金属Ｚｒとアノード電極との間に１５０Ａの電流を流してアーク放電を発生させ、もって工具基体表面を前記金属Ｚｒでボンバード洗浄し、ついで装置内に反応ガスとして窒素ガスを導入して２Ｐａの反応雰囲気とすると共に、前記工具基体に印加するバイアス電圧を−９０Ｖに下げて、前記所定組成の各カソード電極とアノード電極との間にアーク放電を発生させ、もって前記工具基体Ａ−１〜Ａ−１０およびＢ−１〜Ｂ−６のそれぞれの表面に、表５、表６に示される目標組成および目標層厚のＺｒＮ層で構成された硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆スローアウエイチップ（以下、比較被覆チップと云う）１〜１６をそれぞれ製造した。
つぎに、前記各種の被覆チップを、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆チップ１〜１６および比較被覆チップ１〜１６について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の丸棒、
切削速度： １４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２ｍｍ、
送り： ０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： 5分、
の条件（切削条件Ａ）でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１3０ｍ／ｍｉｎ．、０．2ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の丸棒、
切削速度： ６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２ｍｍ、
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｂ）でのＴｉ合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、５０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｎｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の丸棒、
切削速度： ４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３ｍｍ、
送り： ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｃ）でのＮｉ基耐熱合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７、表８に示した。
被削材：ＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の丸棒、
切削速度： １４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２ｍｍ、
送り： ０．３ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： 5分、
の条件（切削条件Ａ）でのステンレス鋼の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、１3０ｍ／ｍｉｎ．、０．2ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｔｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の丸棒、
切削速度： ６０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ２ｍｍ、
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｂ）でのＴｉ合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、５０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：Ｎｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の丸棒、
切削速度： ４０ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み： ３ｍｍ、
送り： ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間： ５分、
の条件（切削条件Ｃ）でのＮｉ基耐熱合金の湿式連続高速切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
を行い、いずれの高速切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７、表８に示した。
実施例１と同様、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＮ粉末、およびＣｏ粉末からなる原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度：１４００℃に１時間保持の条件で焼結し、直径が１３ｍｍの工具基体形成用丸棒焼結体を形成し、さらに前記の丸棒焼結体から、研削加工にて、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２２ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の４枚刃スクエア形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
ついで、これらの工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表９に示される目標組成および目標層厚の（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製エンドミル（以下、本発明被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、前記工具基体（エンドミル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面をアセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表１０に示される目標組成および目標層厚のＺｒＮ層からなる硬質被覆層を蒸着することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製エンドミル（以下、比較被覆エンドミルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
つぎに、本発明被覆エンドミル１〜１０および比較被覆エンドミル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１7０）の板材、
切削速度： １４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り： ２９０ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１１０ｍ／ｍｉｎ．、２８０ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り： １２０ mm／分、
の条件（切削条件Ｅ）でのＴｉ合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、３５ｍ／ｍｉｎ．、１００ｍｍ／分）、
被削材：平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＮｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の板材、
切削速度： ５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： １５ｍｍ、
テーブル送り： ８０ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）でのＮｉ基耐熱合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、７０ｍｍ／分）、
寿命の目安とされる０．１ ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表９、表１０にそれぞれ示した。
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１7０）の板材、
切削速度： １４０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り： ２９０ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｄ）でのステンレス鋼の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、１１０ｍ／ｍｉｎ．、２８０ｍｍ／分）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）：１５ｍｍ、
テーブル送り： １２０ mm／分、
の条件（切削条件Ｅ）でのＴｉ合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、３５ｍ／ｍｉｎ．、１００ｍｍ／分）、
被削材：平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＮｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の板材、
切削速度： ５０ｍ／ｍｉｎ．、
溝深さ（切り込み）： １５ｍｍ、
テーブル送り： ８０ｍｍ／分、
の条件（切削条件Ｆ）でのＮｉ基耐熱合金の湿式高速溝切削加工試験（通常の切削速度およびテーブル送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、７０ｍｍ／分）、
寿命の目安とされる０．１ ｍｍに至るまでの切削溝長を測定した。この測定結果を表９、表１０にそれぞれ示した。
実施例２で製造した直径が１３ ｍｍの丸棒焼結体を用い、この丸棒焼結体から、研削加工にて、溝形成部の直径×長さがそれぞれ８ ｍｍ×２２ ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０をそれぞれ製造した。
ついで、これらの工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の切刃に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図１に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、実施例１と同一の条件で、表１１に示される目標組成および目標層厚の（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明被覆工具としての本発明表面被覆超硬製ドリル（以下、本発明被覆ドリルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
また、比較の目的で、前記工具基体（ドリル）Ａ−１〜Ａ−１０の表面に、ホーニングを施し、アセトン中で超音波洗浄し、乾燥した状態で、同じく図２に示されるアークイオンプレーティング装置に装入し、前記実施例１と同一の条件で、表１２に示される目標組成および目標層厚を有するＺｒＮ層からなる硬質被覆層を蒸着形成することにより、比較被覆工具としての表面被覆超硬製ドリル（以下、比較被覆ドリルと云う）１〜１０をそれぞれ製造した。
つぎに、本発明被覆ドリル１〜１０および比較被覆ドリル１〜１０について、
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の板材、
切削速度： ８５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、８０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ４５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）でのＴｉ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＮｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の板材、
切削速度： ４５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での焼入れ合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、表１２にそれぞれ示した。
被削材−平面寸法：１００ ｍｍ×２５０ ｍｍ、厚さ：５０ ｍｍのＪＩＳ・ＳＵＳ３０４（ＨＢ１８０）の板材、
切削速度： ８５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．３５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｇ）でのステンレス鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、８０ｍ／ｍｉｎ．、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＴｉ−６Ａｌ−４Ｖ合金（ＨＢ２５０）の板材、
切削速度： ４５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｈ）でのＴｉ合金の湿式高速穴あけ切削加工試験（（通常の切削速度および送りは、それぞれ、４０ｍ／ｍｉｎ．、０．１５ｍｍ／ｒｅｖ．）、
被削材：平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＮｉ−１８Ｃｒ−３Ｍｏ−１８．５Ｆｅ−０．９Ｔｉ−１．０（Ｎｂ＋Ｔａ）−０．５Ａｌ（ＨＢ４3０）の板材、
切削速度： ４５ｍ／ｍｉｎ．、
送り： ０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
穴深さ： ５ｍｍ、
の条件（切削条件Ｉ）での焼入れ合金鋼の湿式高速穴あけ切削加工試験（通常の切削速度および送りは、それぞれ、３０ｍ／ｍｉｎ．、０．１ｍｍ／ｒｅｖ．）、
をそれぞれ行い、いずれの湿式高速穴あけ切削加工試験（水溶性切削油使用）でも先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。この測定結果を表１１、表１２にそれぞれ示した。
この結果得られた本発明被覆工具としての本発明被覆チップ１〜１６、本発明被覆エンドミル１〜１０、および本発明被覆ドリル１〜１０の硬質被覆層を構成する単層の（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層、並びに、比較被覆工具としての比較被覆チップ１〜１６、比較被覆エンドミル１〜１０、および比較被覆ドリル１〜１０のＺｒＮ層からなる硬質被覆層の組成を、透過型電子顕微鏡を用いてのエネルギー分散Ｘ線分析法により測定したところ、それぞれ目標組成と実質的に同じ組成を示した。
また、前記硬質被覆層を構成する各層の平均層厚を走査型電子顕微鏡を用いて断面測定したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均値（５ヶ所の平均値）を示した。
表７〜１２に示される結果から、本発明被覆工具は、（Ｚｒ，Ｙ）Ｎ層のもつ優れた高温熱伝導性、高温硬さによって、高い発熱を伴う鋼の高速切削に用いても切刃の摩耗進行が抑制され、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮するようになる。
前述のように、本発明の被覆工具は、一般的な被削材の切削加工は勿論のこと、特にＴｉ合金、ステンレス鋼等の難削材の高速切削加工でもすぐれた耐摩耗性と耐溶着性を発揮し、長期に亘ってすぐれた切削性能を示すものであるから、切削加工装置のＦＡ化、並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。
Claims (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で構成された工具基体の表面に硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
前記硬質被覆層が、０．５〜５μｍの平均層厚を有し、かつ、
組成式：（Ｚｒ１−γＹγ）Ｎ（但し、γはＹの含有割合を示し、原子比で、０．０１≦γ≦０．１５である）を満足するＺｒとＹの複合窒化物層からなることを特徴とする表面被覆切削工具。
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