JP2018158396A - Surface-coated cutting tool - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a coating tool which has a hard coating layer having excellent crater abrasion resistance and flank abrasion resistance and exhibiting excellent abrasion resistance over a long-period use, when performing cutting work under a cutting condition accompanied by high heat generation.SOLUTION: A surface-coated cutting tool is obtained by forming a hard coating layer including a composite nitride layer on a surface of a tool base composed of a WC-based hard metal alloy or a TiCN-based cermet, where the hard coating layer has an average layer thickness of 1-10 μm and is formed of a composite nitride of Al and M (M is one or more metal of Ti, Cr, Si, Nb, Mo, Zr and Y containing at least Ti), and a region where (O/(O+N)) of an oxide and/or an acid nitride of a component constituting the hard coating layer is 0.55 or more extends with at least a width of 0.5 mm on a rake surface away from 0.05-0.2 mm from a cutting edge ridge line and exists at least in a range of 0.5 μm in a layer thickness direction.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、硬質被覆層が優れた耐クレータ摩耗性と耐フランク摩耗性を備え、長期の使用にわって優れた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。 In this invention, the hard coating layer has excellent crater wear resistance and flank wear resistance when cutting under cutting conditions with high heat generation, and exhibits excellent wear resistance over long-term use. The present invention relates to a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool).

切削工具の切削性能の改善を目的として、従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金、炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットあるいは立方晶窒化ホウ素（以下、ｃＢＮで示す）基超高圧焼結体で構成された基体（以下、これらを総称して基体という）の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉ−Ａｌ系の複合窒化物層を蒸着法により被覆形成した被覆工具があり、これらは優れた耐摩耗性を発揮することが知られている。
前記従来のＴｉ−Ａｌ系の複合窒化物層を被覆形成した被覆工具は、比較的耐摩耗性に優れるものの、高速切削条件で用いた場合にチッピング等の異常損耗を発生しやすいことから、硬質被覆層の改善についての種々の提案がなされている。 Conventionally, for the purpose of improving the cutting performance of cutting tools, tungsten carbide (hereinafter referred to as WC) based cemented carbide, titanium carbonitride (hereinafter referred to as TiCN) based cermet or cubic boron nitride (hereinafter referred to as cBN). ) A coated tool in which a Ti-Al based composite nitride layer is formed as a hard coating layer on the surface of a substrate (hereinafter collectively referred to as a substrate) composed of a super-high pressure sintered body by vapor deposition. These are known to exhibit excellent wear resistance.
Although the conventional coated tool formed by coating the conventional Ti-Al based composite nitride layer is relatively excellent in wear resistance, it is hard to cause abnormal wear such as chipping when used under high-speed cutting conditions. Various proposals for improving the coating layer have been made.

例えば、特許文献１には、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層の上に堆積される、内側アルミニウム酸化物の層、（Ａｌ、Ｔｉ）（Ｃ、Ｎ、Ｏ）層、外側アルミニウム酸化物の層からなるサンドイッチ構造の層を含み、前記内側アルミニウム酸化物層が、前記外側アルミニウム酸化物層の開口を通じて露出されており、前記開口が、切れ刃の少なくとも一部の幅を超え、かつ、直交する方向で切れ刃の少なくとも一部に沿って延在している被覆切削工具が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses an inner aluminum oxide layer, an (Al, Ti) (C, N, O) layer, and an outer aluminum oxide layer deposited on a Ti (C, N, O) layer. The inner aluminum oxide layer is exposed through an opening in the outer aluminum oxide layer, and the opening exceeds the width of at least a part of the cutting edge and is orthogonal A coated cutting tool is described that extends along at least a portion of the cutting edge in the direction of.

また、例えば、特許文献２には、（Ｔｉ、Ａｌ）（Ｃ、Ｎ）の硬質被覆層における少なくともすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部を、レーザー照射加熱表面層または電子ビーム照射加熱表面層とした硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を有する表面被覆超硬合金製切削工具が記載されている。   Further, for example, Patent Document 2 discloses that a cutting edge ridge line portion where at least a rake face and a flank face intersect in a hard coating layer of (Ti, Al) (C, N), a laser irradiation heating surface layer or an electron beam irradiation heating surface. A surface-coated cemented carbide cutting tool having excellent fracture resistance with a hard coating layer as a layer is described.

さらに、例えば、特許文献３には、インサート本体側から順に下地層とＡｌ_２Ｏ_３を主成分として形成された中間層と最外層とが被覆され、前記インサート本体の表面のうち、少なくとも逃げ面の全面と交差稜線部のうち該逃げ面に連なる逃げ面側切刃部とでは、ウェットブラストによって前記最外層が除去されることにより前記中間層が主として露出させられている一方、少なくとも前記すくい面のうち前記交差稜線部との境界よりも内側の一部には、前記最外層が残されていて、前記逃げ面において主として露出させられた前記中間層の表面粗さが、前記インサート本体の厚さ方向において前記逃げ面の中央付近で、カットオフ値０．０８ｍｍにおける算術平均粗さＲａで０．３μｍ以下とされている表面被覆切削インサートが記載されている。 Further, for example, Patent Document 3 covers an intermediate layer and an outermost layer formed mainly of Al ₂ O ₃ in order from the insert body side, and at least the flank of the surface of the insert body. And the flank face cutting edge portion that is continuous with the flank face of the cross ridge line portion, while the intermediate layer is mainly exposed by removing the outermost layer by wet blasting, at least the rake face The outermost layer is left in a part inside the boundary with the intersecting ridge line portion, and the surface roughness of the intermediate layer mainly exposed at the flank is the thickness of the insert body. A surface-coated cutting insert having an arithmetic average roughness Ra of 0.3 μm or less at a cutoff value of 0.08 mm is described near the center of the flank in the longitudinal direction. To have.

特表２０１６−５０２９３６号公報JP-T-2006-502936 特開平１０−２５１８２９号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-251829 特許第４７９７６０８号公報Japanese Patent No. 4797608

近年の切削加工における省力化および省エネ化の要求は強く、これに伴い、切削加工は一段と高速高送り化、高効率化の傾向にあって加工時の負荷は高まっており、被覆工具には、より一層、耐クレータ摩耗性、耐フランク摩耗性等の耐異常損傷性が求められるとともに、長期の使用にわって優れた耐摩耗性が求められている。 In recent years, there has been a strong demand for energy saving and energy saving in cutting, and along with this, cutting has become a trend toward higher speed, higher feed and higher efficiency. Further, abnormal damage resistance such as crater wear resistance and flank wear resistance is required, and excellent wear resistance is required for long-term use.

しかし、前記特許文献１に記載された被覆工具では、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、皮膜開口部の端部にある段差部に過剰な負荷がかかり、刃先温度の上昇や膜の剥離を伴う損傷が生じやすく、十分な工具寿命を有するものとはいえない。 However, in the coated tool described in Patent Document 1, when cutting is performed under cutting conditions with high heat generation, an excessive load is applied to the stepped portion at the end of the coating opening, and the cutting edge temperature is increased. Damage associated with film peeling tends to occur, and it cannot be said that the tool has a sufficient tool life.

また、前記特許文献２に記載された被覆工具では、レーザー照射加熱表面層または電子ビーム照射加熱表面層が刃先稜線を含む逃げ面にも存在するため、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、耐摩耗性が不足する可能性がある。   Further, in the coated tool described in Patent Document 2, since the laser irradiation heating surface layer or the electron beam irradiation heating surface layer is also present on the flank surface including the edge of the cutting edge, cutting was performed under cutting conditions with high heat generation. In some cases, the wear resistance may be insufficient.

さらに、前記特許文献３に記載されたインサートは、ウェットブラストによって最外層を除去する際に部分的に逃げ面が薄くなる虞があり、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、この薄くなった部分の耐摩耗性が不足する可能性がある。   Furthermore, the insert described in Patent Document 3 has a possibility that the flank surface may partially become thin when the outermost layer is removed by wet blasting, and this is the case when cutting under cutting conditions with high heat generation. The wear resistance of the thinned portion may be insufficient.

そこで、本発明は、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、硬質被覆層が優れた耐クレータ摩耗性と耐フランク摩耗性を備え、長期の使用にわたって優れた耐摩耗性を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。   Therefore, according to the present invention, the hard coating layer has excellent crater wear resistance and flank wear resistance when cutting under cutting conditions with high heat generation, and exhibits excellent wear resistance over a long period of use. The object is to provide a coated tool.

本発明者らは、少なくともＴｉとＡｌの複合窒化物（以下、（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎで示すことがある）を含む硬質被覆層を形成してなる被覆工具の耐クレータ摩耗性と耐フランク摩耗性の改善をはかるべく、刃先稜線近傍における硬質皮膜層をレーザー照射によって変質させたときの耐クレータ摩耗性、耐フランク摩耗性の改善について、鋭意研究を重ねた結果、次のような知見を得た。 The inventors of the present invention have provided crater wear resistance of a coated tool formed by forming a hard coating layer containing at least a composite nitride of Ti and Al (hereinafter sometimes referred to as (Al _x Ti _1-x ) N). In order to improve the flank wear resistance, as a result of earnest research on the improvement of crater wear resistance and flank wear resistance when the hard coating layer in the vicinity of the edge of the cutting edge is altered by laser irradiation, the following results were obtained. Obtained knowledge.

すなわち、硬質皮膜層をレーザー照射によって変質させると、硬質被覆層の層厚方向に形成される照射部では該層を構成する物質の少なくとも一部が酸化物および／または酸窒化物に変質するが、刃先稜線を含んで変質させたときは、耐クレータ摩耗性、耐フランク摩耗性不十分であるものの、刃先稜線から所定距離離れたすくい面の所定領域のみを変質させると耐クレータ摩耗性が顕著に向上するという驚くべき事実を見出したのである。   That is, when the hard coating layer is altered by laser irradiation, at least part of the material constituting the layer is altered to oxide and / or oxynitride in the irradiated portion formed in the layer thickness direction of the hard coating layer. When it is altered including the edge of the cutting edge, crater wear resistance and flank wear resistance are insufficient, but if only a predetermined area of the rake face that is a predetermined distance away from the edge of the cutting edge is altered, the crater wear resistance is remarkable. They found the surprising fact that they improved.

すなわち、本発明は、この知見に基づいてなされたものであって、
「（１）ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に複合窒化物層を含む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、１〜１０μｍの平均層厚を有し、かつＡｌとＭ（Ｍは、少なくともＴｉを含む、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種以上の金属）の複合窒化物からなり、
前記硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が０．５５以上である領域が、切刃稜線から０．０５〜０．２ｍｍ離れたすくい面上に少なくとも幅０．５ｍｍ延在して層厚方向に少なくとも０．５μｍの範囲で存在する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が、０．７０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）前記複合窒化物層の平均組成が、（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎ（但し、ｘは原子比で、ｘ≧０．４５）であ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。
（４）前記複合窒化物層の平均組成が、（Ａｌ_ｘＴｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｍｅ_ｙ）Ｎ（但し、ｘ、ｙは原子比で、０．４０≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１０。Ｍｅは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種または２種以上）であ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。」
である。 That is, the present invention has been made based on this finding,
“(1) In a surface-coated cutting tool in which a hard coating layer including a composite nitride layer is formed on the surface of a tool base composed of a WC-based cemented carbide or TiCN-based cermet,
The hard coating layer has an average layer thickness of 1 to 10 μm, and Al and M (M is at least one of Ti, Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y, including at least Ti) )
The rake face where the region where (O / (O + N)) of the oxide and / or oxynitride of the component constituting the hard coating layer is 0.55 or more is separated from the cutting edge ridge line by 0.05 to 0.2 mm Extending at least 0.5 mm wide and present in the range of at least 0.5 μm in the layer thickness direction,
A surface-coated cutting tool characterized by that.
(2) The surface-coated cutting tool according to (1), wherein (O / (O + N)) is 0.70 or more.
(3) An average composition of the composite nitride layer is (Al _x Ti _1-x ) N (where x is an atomic ratio and x ≧ 0.45) (1) or (2 ) Surface-coated cutting tool.
(4) The composite nitride layer has an average composition of (Al _x Ti _1-xy Me _y ) N (where x and y are atomic ratios, 0.40 ≦ x ≦ 0.75, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, Me is one or more of Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y), or surface-coated cutting according to (1) or (2) tool. "
It is.

本発明の表面切削工具では、すくい面側では、酸化物および／または酸窒化物に変質した物質によって、すくい面側の硬質被覆層の耐酸化性や耐クレータ摩耗性が向上し、一方、切れ刃稜線部と逃げ面においてはそのままの硬質の複合窒化物層が覆っているために高フランク摩耗性を得ることができるという、顕著な効果を奏する。
また、すくい面側では、酸化物および／または酸窒化物が存在する領域と存在しない領域との間に段差がないため、段差に起因する損傷も起こらないから、より耐クレータ摩耗性が向上する。 In the surface cutting tool of the present invention, on the rake face side, the oxidation and / or crater wear resistance of the hard coating layer on the rake face side is improved by the substance transformed into oxide and / or oxynitride, while Since the edge of the edge line and the flank face are covered with the hard composite nitride layer as it is, there is a remarkable effect that high flank wear can be obtained.
Further, since there is no step between the region where the oxide and / or oxynitride is present and the region where the oxide and / or oxynitride is not present on the rake face side, damage due to the step does not occur, and thus crater wear resistance is further improved. .

本発明の表面被覆切削工具の刃先稜線近傍を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing the edge edge line neighborhood of the surface covering cutting tool of the present invention.

以下、数値範囲の限定理由を含め、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail including reasons for limiting the numerical range.

（１）複合窒化物層の組成
本発明の複合窒化物層は、ＡｌとＭ（Ｍは、少なくともＴｉを含む、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種以上の金属）の複合窒化物で耐フランク摩耗性を満足するものであればよい。しかし、平均組成が、（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎ（但し、ｘは原子比で、ｘ≧０．４５）または（Ａｌ_ｘＴｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｍｅ_ｙ）Ｎ（但し、ｘ、ｙは原子比で、０．４０≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１０。Ｍｅは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種または２種以上）であることが、より望ましい。
ここで、（Ｔｉ_１−ｘＡｌ_ｘ）Ｎにおいて、ｘ≧０．４５とした理由は、０．４５以上ではレーザー照射によって緻密なＡｌ酸窒化物が形成され、より一層耐酸化性の向上がなされるためである。また、同様に、（Ａｌ_ｘＴｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｍｅ_ｙ）Ｎにおいて、０．４０≦ｘ≦０．７５および０．０１≦ｙ≦０．１０を満足すると、レーザー照射によって緻密な酸窒化物が確実に形成されて、耐酸化性がより一層の向上するためである。 (1) Composition of composite nitride layer The composite nitride layer of the present invention is composed of Al and M (M is at least one metal selected from Ti, Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y, including at least Ti. ) Composite nitrides that satisfy the flank wear resistance. However, the average composition is (Al _x Ti _1-x ) N (where x is an atomic ratio, x ≧ 0.45) or (Al _x Ti _1-xy Me _y ) N (where x, y Is an atomic ratio of 0.40 ≦ x ≦ 0.75, 0.01 ≦ y ≦ 0.10, and Me is one or more of Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y). It is more desirable.
Here, in (Ti _1-x Al _x ) N, the reason for x ≧ 0.45 is that when 0.45 or more, a dense Al oxynitride is formed by laser irradiation, and the oxidation resistance is further improved. Because it is made. Similarly, in (Al _x Ti _1-xy Me _y ) N, when 0.40 ≦ x ≦ 0.75 and 0.01 ≦ y ≦ 0.10 are satisfied, dense oxynitridation is performed by laser irradiation. This is because the product is surely formed and the oxidation resistance is further improved.

（２）複合窒化物層の平均層厚
複合窒化物層の平均層厚は、１〜１０μｍとする。この範囲とした理由は、１μｍ未満では、層が薄いために十分な耐摩耗性（特に、逃げ面の耐フランク摩耗性）を得ることができず、１０μｍを超えると、層が厚くなりチッピングが生じやすくなるためである。 (2) Average layer thickness of composite nitride layer The average layer thickness of a composite nitride layer shall be 1-10 micrometers. The reason for this range is that if the thickness is less than 1 μm, sufficient wear resistance (particularly, flank wear resistance of the flank) cannot be obtained because the layer is thin, and if it exceeds 10 μm, the layer becomes thick and chipping occurs. This is because it tends to occur.

（３）硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の領域
まず、本発明における切刃稜線を次のように定義する。
切刃稜線とは、すくい面と逃げ面とをそれぞれ直線で近似したときに、当該直線が屈曲する点を結んだ領域（すなわち、硬質被覆層表面におけるすくい面の屈曲点から逃げ面の屈曲点までの領域）の中で、前記近似直線の交点から最も近い硬質被覆層表面の点であり、刃先稜線からすくい面側への距離を論じるときは逃げ面の前記近似曲線を起点としてすくい面の前記近似曲線に平行に測った距離をいうことにする。
本発明の表面被覆切削工具において、硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物は、通常の切削加工においてすくい面摩耗が発生し易く、かつフランク摩耗が発生し難い領域に存在する必要がある。すなわち、切刃稜線から０．０５〜０．２ｍｍ離れた（図１のＤ）すくい面上に少なくとも幅０．５ｍｍ延在して（図１のＷ）層厚方向に少なくとも０．５μｍの範囲で存在する（図１のＴ）こととした。切刃稜線部から０．０５ｍｍ以内に酸化物および／または酸窒化物が存在すると耐フランク摩耗性が低下し、また、酸化物および／または酸窒化物の幅が０．５ｍｍ未満および層厚方向に０．５μｍ未満では耐クレータ性の向上が不十分となる。
なお、硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の存在する領域は、オージェ発光分光分析装置を用いて測定したＯとＮの比率（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が、０．５５以上を満たす領域とする。 (3) Oxide and / or oxynitride region of component constituting hard coating layer First, the cutting edge ridge line in the present invention is defined as follows.
Cutting edge ridge line is a region connecting points where the rake face and flank face are approximated by straight lines (that is, the rake face bending point from the rake face bending point on the hard coating layer surface). The area of the surface of the hard coating layer closest to the intersection of the approximate lines, and when discussing the distance from the edge of the cutting edge to the rake face side, Let us say the distance measured parallel to the approximate curve.
In the surface-coated cutting tool of the present invention, the oxide and / or oxynitride as a component constituting the hard coating layer is present in a region where rake face wear easily occurs and flank wear hardly occurs in normal cutting. There is a need to. That is, the width extends at least 0.5 mm on the rake face separated from the cutting edge ridge line by 0.05 to 0.2 mm (D in FIG. 1) (W in FIG. 1) in the range of at least 0.5 μm in the layer thickness direction (T in FIG. 1). The presence of oxide and / or oxynitride within 0.05 mm from the edge of the cutting edge reduces the flank wear resistance, and the width of the oxide and / or oxynitride is less than 0.5 mm and in the layer thickness direction. If the thickness is less than 0.5 μm, the improvement in crater resistance is insufficient.
In the region where the oxides and / or oxynitrides of the components constituting the hard coating layer are present, the ratio of O and N (O / (O + N)) measured using an Auger emission spectroscopic analyzer is 0.00. The region satisfies 55 or more.

（４）硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物におけるＯとＮの比率（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））
硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物におけるＯとＮの比率（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））は、原子比で０．５５以上とする。この理由は、０．５５未満では耐クレータ性の向上が不十分となるためであり、耐クレータ摩耗性の向上をより確実にするために、この比率は０．７０以上がより好ましい。 (4) Ratio of O and N in oxide and / or oxynitride as component constituting hard coating layer (O / (O + N))
The ratio of O and N (O / (O + N)) in the oxide and / or oxynitride of the component constituting the hard coating layer is 0.55 or more in atomic ratio. The reason for this is that if it is less than 0.55, the improvement in crater resistance will be insufficient, and in order to further improve the crater wear resistance, this ratio is more preferably 0.70 or more.

（５）硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の製造方法
硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物は、レーザー照射によって製造でき、レーザー照射としては、例えば、パルスレーザー照射をあげることができる。
このパルスレーザー照射条件の一例として、以下のようなものがある。
・種別 Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）
・出力 ５Ｗ
・ビーム集光直径 １００μｍ
・繰り返し周波数 ２５０ｋＨｚ
・走査速度 ５００ｍｍ／ｓ
・走査線間隔 ２μｍ (5) Method for producing oxide and / or oxynitride of component constituting hard coating layer The oxide and / or oxynitride of the component constituting hard coating layer can be produced by laser irradiation. For example, pulse laser irradiation can be mentioned.
Examples of the pulse laser irradiation conditions include the following.
・ Type Nd: YAG laser (wavelength 1064nm)
・ Output 5W
・ Beam condensing diameter 100μm
・ Repetition frequency: 250 kHz
・ Scanning speed 500mm / s
・ Scanning line spacing 2μm

次に、本発明の被覆工具を実施例によって説明する。
なお、以下の実施例では、工具基体として、ＷＣ基超硬合金を用いた場合について説明するが、ＴｉＣＮ基サーメットを工具基体として用いた場合も同様である。 Next, the coated tool of this invention is demonstrated by an Example.
In the following examples, the case where a WC-based cemented carbide is used as the tool base will be described, but the same applies to the case where a TiCN-based cermet is used as the tool base.

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、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２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基超硬合金製の基体Ａ〜Ｃをそれぞれ製造した。 As raw material powders, WC powder, TiC powder, TaC powder, NbC powder, Cr ₃ C ₂ powder, and Co powder all having an average particle diameter of 1 to 3 μm are prepared, and these raw material powders are shown in Table 1. After blending into the blending composition, adding wax, ball mill mixing in acetone for 24 hours, drying under reduced pressure, press-molding into a compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa, and this compact in a vacuum of 5 Pa. Vacuum sintering is performed at a predetermined temperature within a range of 1370 to 1470 ° C. for 1 hour, and after sintering, bases A to C made of WC-base cemented carbide having an ISO standard CNMG120408 insert shape are manufactured. did.

次に、これら工具基体Ａ〜Ｃの表面に、通常のＰＶＤ装置を用いて、表２に示されるターゲットと成膜条件の組合せにより複合窒化物層を成膜した。
続いて、この成膜した窒化物層に対して、
・種別 Ｎｄ：ＹＡＧレーザー（波長１０６４ｎｍ）
・出力 ５Ｗ
・ビーム集光直径 １００μｍ
・繰り返し周波数 ２５０ｋＨｚ
・走査速度 ５００ｍｍ／ｓ
・走査線間隔 ２μｍ
のレーザーを、表３に示す硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の存在する領域を得るように照射し本発明工具１〜１０を作製した。 Next, a composite nitride layer was formed on the surfaces of these tool bases A to C by a combination of targets and film formation conditions shown in Table 2 using an ordinary PVD apparatus.
Subsequently, for this deposited nitride layer,
・ Type Nd: YAG laser (wavelength 1064nm)
・ Output 5W
・ Beam condensing diameter 100μm
・ Repetition frequency: 250 kHz
・ Scanning speed 500mm / s
・ Scanning line spacing 2μm
The tools 1 to 10 of the present invention were produced by irradiating the laser of 1 so as to obtain regions where oxides and / or oxynitrides of components constituting the hard coating layer shown in Table 3 were present.

[比較例]
比較の目的で、前記実施例と同じ工具基体と表２に示されるターゲットと成膜条件の組合せにより複合窒化物層を成膜し、実施例と同じレーザーを、表３に示す硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の存在する領域を得るように照射し比較工具１〜１０を作製した。 [Comparative example]
For the purpose of comparison, a composite nitride layer was formed by a combination of the same tool base as in the above example, the target shown in Table 2 and the film formation conditions, and the same laser as in the example was applied to the hard coating layer shown in Table 3. Irradiation was performed so as to obtain a region in which constituent oxides and / or oxynitrides were present, and comparative tools 1 to 10 were produced.

前記で作製した本発明１〜１０および比較例１〜１０について、収束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）を用いて工具基体表面に垂直な縦断面を切り出し、複合窒化物層の組成を、その層厚方向に沿って、工具基体表面に平行な方向の幅が１０μｍであり、硬質被覆層の厚み領域が全て含まれるよう設定された視野について、オージェ発光分光分析装置により測定し、複合窒化物層全体の平均組成を求めた。
また、その縦断面における層厚を、走査型電子顕微鏡を用いて測定し、５ヶ所の測定値の平均値から、平均層厚を算出した。結果を表３に示す。
なお、前記複合窒化層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の領域は、当該酸化物および／または酸窒化物における（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が０．５５以上である領域とした。 About this invention 1-10 produced above and Comparative Examples 1-10, the vertical cross section perpendicular | vertical to the tool base | substrate surface was cut out using the focused ion beam (Focused Ion Beam: FIB), and the composition of a composite nitride layer was changed. The composite nitride is measured with an Auger emission spectrophotometer for the visual field set so that the width in the direction parallel to the tool substrate surface is 10 μm along the layer thickness direction and the entire thickness region of the hard coating layer is included. The average composition of the entire layer was determined.
Moreover, the layer thickness in the longitudinal cross section was measured using the scanning electron microscope, and average layer thickness was computed from the average value of five measured values. The results are shown in Table 3.
The oxide and / or oxynitride region of the component constituting the composite nitride layer is a region where (O / (O + N)) in the oxide and / or oxynitride is 0.55 or more. .

次に、本発明工具１〜１０および比較工具１〜１０について、以下の切削加工試験を実施した。
＜切削試験１＞
被切削材 ：ＪＩＳ ＳＣＭ４４０（ＨＢ３３０）の丸棒
切削速度 ：２２０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：０．２ｍｍ
切削時間 ：５分
乾式での高速切削加工
＜切削試験２＞
被切削材 ：ＪＩＳ Ｓ１０Ｃ（ＨＢ２００）の丸棒
切削速度 ：３２０ｍ／ｍｉｎ
送り ：０．４５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み ：２．５ｍｍ
切削時間 ：１５分
乾式での高速高送り旋削加工
表４に前記加工試験の結果を示す。表４において、
逃げ面摩耗量は、逃げ面に対して垂直方向からの光学顕微鏡像より、切れ刃稜線部から逃げ面摩耗終端までの距離を測定し、すくい面摩耗量は、すくい面に対して垂直方向からの光学顕微鏡像より、すくい面の硬質被覆層が損耗した領域の面積を測定した。
Next, the following cutting test was implemented about this invention tool 1-10 and the comparative tools 1-10.
<Cutting test 1>
Workpiece: Round bar cutting speed of JIS SCM440 (HB330): 220 m / min
Feeding: 0.28mm / rev
Cutting depth: 0.2mm
Cutting time: 5 minutes high-speed cutting with dry method <Cutting test 2>
Workpiece: JIS S10C (HB200) round bar cutting speed: 320 m / min
Feeding: 0.45mm / rev
Cutting depth: 2.5mm
Cutting time: 15 minutes dry type high speed high feed turning Table 4 shows the results of the machining test. In Table 4,
The amount of flank wear is measured from the optical microscope image perpendicular to the flank by measuring the distance from the edge of the cutting edge to the end of the flank wear. From the optical microscope image, the area of the region where the hard coating layer on the rake face was worn was measured.

表４に示される結果から、本発明工具１〜１０は、硬質被覆層が１〜１０μｍの平均膜厚を有し、かつＡｌとＭ（Ｍは、少なくともＴｉを含む、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種以上の金属）の複合窒化物からなり、前記硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物が、切刃稜線から０．０５〜０．２ｍｍ離れたすくい面上に少なくとも０．５ｍｍ延在して層厚方向に少なくとも０．５μｍの範囲で存在するため、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、硬質被覆層が優れた耐クレータ摩耗性と耐フランク摩耗性を備え、長期の使用にわって優れた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較工具１〜１０は、いずれも、硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物が、切刃稜線部から０．０５〜０．２ｍｍ離れたすくい面上に少なくとも０．５ｍｍ延在して層厚方向に少なくとも０．５μｍの範囲に存在せず、および／または、逃げ面にも存在するため、逃げ面もしくはすくい面摩耗の早期の進行により、比較的短時間で使用寿命に至ってしまう。 From the results shown in Table 4, the inventive tools 1 to 10 have a hard coating layer having an average film thickness of 1 to 10 μm, and Al and M (M includes at least Ti, Ti, Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y), and the oxide and / or oxynitride of the component constituting the hard coating layer is 0.05 to 0 from the cutting edge ridgeline. Because it extends at least 0.5mm on the rake face 2mm apart and exists in the layer thickness direction in the range of at least 0.5μm, the hard coating layer is excellent when cutting under cutting conditions with high heat generation It has excellent crater wear resistance and flank wear resistance, and exhibits excellent wear resistance over long-term use.
On the other hand, all of the comparative tools 1 to 10 are on the rake face where the oxide and / or oxynitride of the component constituting the hard coating layer is 0.05 to 0.2 mm away from the cutting edge ridge line portion. At least 0.5 mm and does not exist in the range of at least 0.5 μm in the layer thickness direction, and / or exists on the flank face. The service life will be reached in a short time.

本発明の表面被覆工具は、高熱発生を伴う切削条件下で切削加工した場合に、硬質被覆層が優れた耐クレータ摩耗性と耐フランク摩耗性を備え、長期の使用にわって優れた耐摩耗性を発揮するから、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、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。 The surface-coated tool of the present invention has excellent crater wear resistance and flank wear resistance when it is machined under cutting conditions with high heat generation, and has excellent wear resistance over long-term use. Therefore, it is possible to satisfactorily cope with high performance of the cutting device, labor saving and energy saving of the cutting work, and further cost reduction.

Claims (4)

ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットで構成された工具基体の表面に複合窒化物層を含む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、１〜１０μｍの平均層厚を有し、かつＡｌとＭ（Ｍは、少なくともＴｉを含む、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種以上の金属）の複合窒化物からなり、
前記硬質被覆層を構成する成分の酸化物および／または酸窒化物の（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が０．５５以上である領域が、切刃稜線から０．０５〜０．２ｍｍ離れたすくい面上に少なくとも幅０．５ｍｍ延在して層厚方向に少なくとも０．５μｍの範囲で存在する、
ことを特徴とする表面被覆切削工具。 In a surface-coated cutting tool formed by forming a hard coating layer containing a composite nitride layer on the surface of a tool base composed of a WC-based cemented carbide or TiCN-based cermet,
The hard coating layer has an average layer thickness of 1 to 10 μm, and Al and M (M is at least one of Ti, Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y, including at least Ti) )
The rake face where the region where (O / (O + N)) of the oxide and / or oxynitride of the component constituting the hard coating layer is 0.55 or more is separated from the cutting edge ridge line by 0.05 to 0.2 mm Extending at least 0.5 mm wide and present in the range of at least 0.5 μm in the layer thickness direction,
A surface-coated cutting tool characterized by that. 前記（Ｏ／（Ｏ＋Ｎ））が、０．７０以上であることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆切削工具。 The surface-coated cutting tool according to claim 1, wherein the (O / (O + N)) is 0.70 or more. 前記複合窒化物層の平均組成が、（Ａｌ_ｘＴｉ_１−ｘ）Ｎ（但し、ｘは原子比で、ｘ≧０．４５）であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。 3. The surface according to claim 1, wherein an average composition of the composite nitride layer is (Al _x Ti _1-x ) N (where x is an atomic ratio and x ≧ 0.45). Coated cutting tool. 前記複合窒化物層の平均組成が、（Ａｌ_ｘＴｉ_{１−ｘ−ｙ}Ｍｅ_ｙ）Ｎ（但し、ｘ、ｙは原子比で、０．４０≦ｘ≦０．７５、０．０１≦ｙ≦０．１０。Ｍｅは、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｚｒ、Ｙのうち１種または２種以上）であることを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆切削工具。 The composite nitride layer has an average composition of (Al _x Ti _1-xy Me _y ) N (where x and y are atomic ratios, 0.40 ≦ x ≦ 0.75, 0.01 ≦ y ≦ The surface-coated cutting tool according to claim 1 or 2, wherein Me is one or more of Cr, Si, Nb, Mo, Zr, and Y).