JP7389948B2 - A surface-coated cutting tool with a hard coating layer that exhibits excellent chipping resistance. - Google Patents
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Description
本発明は、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いても、硬質被覆層が優れた耐チッピング性を備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具ということがある）に関するものである。 The present invention is a surface-coated cutting tool (hereinafter referred to as a coated tool) that exhibits excellent cutting performance over a long period of use because the hard coating layer has excellent chipping resistance even when used for high-speed interrupted cutting of cast iron, etc. ).
従来、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金等の工具基体の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉ－Ａｌ系の複合炭窒化物層を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。
ただ、前記従来のＴｉ－Ａｌ系の複合炭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、高速断続切削条件等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, there are coated tools in which a Ti-Al-based composite carbonitride layer is formed as a hard coating layer on the surface of a tool base made of tungsten carbide (hereinafter referred to as WC)-based cemented carbide. It is known to exhibit excellent wear resistance.
However, although the conventional coated tool coated with a Ti-Al based composite carbonitride layer has relatively excellent wear resistance, it can cause abnormal wear such as chipping when used under high-speed interrupted cutting conditions. Because of its ease of use, various proposals have been made for improving the hard coating layer.
例えば、特許文献１には、工具基体に一層又は多層からなる被覆層を設け、該被覆層の少なくとも一層は少なくともチタンとアルミニウムと窒素を含む窒化チタンアルミニウム膜である窒化チタンアルミニウム膜被覆工具において、該窒化チタンアルミニウム膜の結晶構造が立方晶であり、引張り残留応力を有し、かつ含有塩素量が０．０１～２質量％であることを特徴とする窒化チタンアルミニウム膜被覆工具が記載されている。 For example, Patent Document 1 discloses a tool coated with a titanium aluminum nitride film, in which a tool base is provided with a coating layer consisting of one layer or multiple layers, and at least one layer of the coating layer is a titanium aluminum nitride film containing at least titanium, aluminum, and nitrogen. A tool coated with a titanium aluminum nitride film is described, wherein the titanium aluminum nitride film has a cubic crystal structure, has tensile residual stress, and has a chlorine content of 0.01 to 2% by mass. There is.
例えば、特許文献２には、複数層として、Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮからなる第１単位層と、Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮからなる第２単位層とが交互に積層された多層構造を含み、前記第１単位層はｆｃｃ型結晶構造を有して、０＜ｘ＜０．６５であり、第２単位層はｈｃｐ型結晶構造を有して、０．６５≦ｙ＜１である皮膜を有し、前記第１単位層および前記第２単位層の各厚さは３ｎｍ以上３０ｎｍ以下である被覆工具が記載されている。 For example, Patent Document 2 describes a multilayer structure in which a first unit layer made of Ti 1-x Al x N and a second unit layer made of Ti 1-y Al y N are alternately laminated as a plurality of layers. The first unit layer has an FCC type crystal structure, and 0<x<0.65, and the second unit layer has an HCP type crystal structure, and 0.65≦y<1. A coated tool is described that has a coating, and each of the first unit layer and the second unit layer has a thickness of 3 nm or more and 30 nm or less.
また、例えば、特許文献３には、複数の結晶粒と、前記結晶粒の間の非晶質相と、を含み、前記結晶粒は、それぞれ、ｆｃｃ構造を有するＴｉ１－ｘＡｌｘＮ層と、ｈｃｐ構造を有するＴｉ１－ｙＡｌｙＮ層とが交互に積層された構造を有しており、０≦ｘ＜１、０＜ｙ≦１、（ｙ－ｘ）≧０．１の関係を満たし、前記非晶質相は、ＴｉおよびＡｌの少なくとも一方の炭化物、窒化物または炭窒化物を含み、隣り合う前記Ｔｉ１－ｘＡｌｘＮ層の１層当たりの厚さと前記Ｔｉ１－ｙＡｌｙＮ層の１層当たりの厚さとの合計厚さは１ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、硬質皮膜を有する被覆工具が記載されている。 Further, for example, Patent Document 3 discloses that the crystal grains include a plurality of crystal grains and an amorphous phase between the crystal grains, and each of the crystal grains is a Ti 1-x Al x N layer having an fcc structure. It has a structure in which Ti 1-y Al y N layers having an hcp structure are alternately stacked, and 0≦x<1, 0<y≦1, (y-x)≧0.1. satisfying the relationship, the amorphous phase includes a carbide, nitride, or carbonitride of at least one of Ti and Al, and the thickness per layer of the adjacent Ti 1-x Al x N layers and the Ti 1 -y Al y A coated tool having a hard coating having a total thickness of 1 nm or more and 50 nm or less, including the thickness per layer, is described.
加えて、例えば、特許文献４には、膜厚２～１５μｍのｆｃｃ構造を主体とする窒化チタンアルミニウム皮膜からなる下層と、膜厚０．２～１０μｍのｈｃｐ構造の窒化アルミニウム皮膜からなる上層とを有する硬質皮膜であって、前記上層は柱状結晶組織を有し、前記柱状結晶の平均横断面径が０．０５～０．６μｍであり、前記上層における（１００）面のＸ線回折ピーク値Ｉａ（１００）と（００２）面のＸ線回折ピーク値Ｉａ（００２）との比が、Ｉａ（００２）／Ｉａ（１００）≧６の関係を満たす硬質皮膜からなり、前記上層が前記下層の上にエピタキシャル成長していることを特徴とする被覆工具が記載されている。 In addition, for example, Patent Document 4 discloses a lower layer consisting of a titanium aluminum nitride film mainly having an FCC structure with a thickness of 2 to 15 μm, and an upper layer consisting of an aluminum nitride film having an HCP structure with a thickness of 0.2 to 10 μm. The upper layer has a columnar crystal structure, the columnar crystals have an average cross-sectional diameter of 0.05 to 0.6 μm, and the upper layer has an X-ray diffraction peak value of the (100) plane. The upper layer is composed of a hard coating in which the ratio of the X-ray diffraction peak value Ia (002) of the (002) plane to the Ia (100) satisfies the relationship Ia (002)/Ia (100)≧6, and the upper layer is the lower layer. A coated tool is described which is characterized by epitaxial growth thereon.
しかし、特許文献１～４に記載された被覆工具は、鋳鉄等の高速断続切削加工に供した場合には被覆工具のすくい面の皮膜における熱亀裂等の異常損傷が発生し、それを起点としたチッピングが発生しやすく、満足する切削性能を発揮するとはいえないものである。 However, when the coated tools described in Patent Documents 1 to 4 are used for high-speed interrupted cutting of cast iron, etc., abnormal damage such as thermal cracks occurs in the coating on the rake face of the coated tool, and this is the starting point. Chipping is likely to occur, and it cannot be said that satisfactory cutting performance is exhibited.
そこで、本発明は、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いても、硬質被覆層が優れた耐チッピングを備えることにより、長期の使用にわたって優れた切削性能を発揮する被覆工具を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a coated tool that exhibits excellent cutting performance over a long period of use because the hard coating layer has excellent chipping resistance even when used for high-speed interrupted cutting of cast iron and the like. shall be.
本発明者は、硬質被覆層としてのＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）を含む複合窒化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合窒化物層または複合炭窒化物層をＡｌＭｅＣＮ層とも表記する）の熱亀裂等の異常損傷に起因するチッピング発生について鋭意検討を行ったところ、耐摩耗性が良好なＮａＣｌ型の面心立方構造（立方晶構造ということがある）のＡｌとＴｉを含む複合窒化物層または複合炭窒化物層（以下、この複合窒化物層または複合炭窒化物層をＡｌＴｉＣＮ層とも表記する）の所定厚さの層を工具基体に近い側（工具基体側の層）に、潤滑性が良好で耐熱亀裂性に優れるＡｌＭｅＣＮ層のウルツ鉱型六方晶構造（六方晶構造ということがある）の所定厚さの層を工具表面に近い側（工具表面側の層）に、積層した層を少なくとも１つ設ければ、鋳鉄等の高速断続切削加工において耐チッピング性が向上するという新規な知見を得た。 The present inventor has developed a composite nitride layer or a composite layer containing Al and Me (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) as a hard coating layer. We conducted a thorough study on the occurrence of chipping caused by abnormal damage such as thermal cracks in the carbonitride layer (hereinafter, this composite nitride layer or composite carbonitride layer is also referred to as the AlMeCN layer), and found that it has good wear resistance. A composite nitride layer or composite carbonitride layer containing Al and Ti with a NaCl-type face-centered cubic structure (sometimes referred to as cubic structure) (hereinafter, this composite nitride layer or composite carbonitride layer will be referred to as an AlTiCN layer). An AlMeCN layer with a predetermined thickness close to the tool base (the layer on the tool base side) has a wurtzite hexagonal crystal structure (hexagonal crystal structure) with good lubricity and excellent heat crack resistance. It is said that chipping resistance can be improved in high-speed interrupted cutting of cast iron etc. by providing at least one laminated layer of a predetermined thickness on the side closer to the tool surface (the layer on the tool surface side). I gained new knowledge.
本発明は、この知見に基づくものであって、
「（１）工具基体の表面に、硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘα
Ｍｅ
1 -ｘα
）（Ｃ
yα
Ｎ
１－yα
）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘβ
Ｔｉ
1 -ｘβ
）（Ｃ
yβ
Ｎ
１－yβ
）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記ｘαと前記ｘβは、｜ｘβ－ｘα｜≦０．０４を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。
（２）前記α層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚα（但し、ｚαは原子比）は０．００１５≦ｚα≦０．０１００を満足す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β層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚβ（但し、ｚβは原子比）は０．０００１≦ｚβ≦０．００２０を満足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。
（４）前記表面被覆切削工具のすくい面に前記α層とβ層との積層構造を含む前記硬質被覆層を有し、逃げ面に前記β層を含む硬質被覆層を有することを特徴とする（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（５）工具基体の表面に、硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘα
Ｍｅ
1 -ｘα
）（Ｃ
yα
Ｎ
１－yα
）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘβ
Ｔｉ
1 -ｘβ
）（Ｃ
yβ
Ｎ
１－yβ
）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記α層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚα（但し、ｚαは原子比）は０．００１５≦ｚα≦０．０１００を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。
（６）工具基体の表面に、硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘα
Ｍｅ
1 -ｘα
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yα
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１－yα
）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘβ
Ｔｉ
1 -ｘβ
）（Ｃ
yβ
Ｎ
１－yβ
）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記β層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚβ（但し、ｚβは原子比）は０．０００１≦ｚβ≦０．００２０を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。
（７）工具基体の表面に、硬質被覆層を設けた表面被覆切削工具であって、
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘα
Ｍｅ
1 -ｘα
）（Ｃ
yα
Ｎ
１－yα
）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ
ｘβ
Ｔｉ
1 -ｘβ
）（Ｃ
yβ
Ｎ
１－yβ
）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記表面被覆切削工具のすくい面に前記α層とβ層との積層構造を含む前記硬質被覆層を有し、逃げ面に前記β層を含む硬質被覆層を有することを特徴とする表面被覆切削工具。
（８）前記β層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚβ（但し、ｚβは原子比）は０．０００１≦ｚβ≦０．００２０を満足することを特徴とする（５）に記載の表面被覆切削工具。
（９）前記表面被覆切削工具のすくい面に前記α層とβ層との積層構造を含む前記硬質被覆層を有し、逃げ面に前記β層を含む硬質被覆層を有することを特徴とする（５）、（６）、（８）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。
（１０）前記ｘαと前記ｘβが、｜ｘβ－ｘα｜＞０．０４である場合において、前記α層と前記β層の間に立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を少なくとも含むＡｌＴｉＣＮ層δが存在し、
（ａ）前記ＡｌＴｉＣＮδ層は、その層厚方向に二等分した領域の、
前記工具基体側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＬＴｉ（１－ｘδＬ））（ＣｙδＬＮ（１－ｙδＬ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＬと、ＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＬ（但し、ｘδＬ、ｙδＬはいずれも原子比）が、
また、その層厚方向に二等分した領域の前記工具表面側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＨＴｉ（１－ｘδＨ））（ＣｙδＨＮ（１－ｙδＨ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＨと、ＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＨ（但し、ｘδＨ、ｙδＨはいずれも原子比）が、
ｘα≦ｘδＨ＜ｘδＬ＜ｘβもしくはｘβ＜ｘδＬ＜ｘδＨ≦ｘα、および、
０．００００≦ｙδＨ≦０．０１５０、且つ、０．００００≦ｙδＬ≦０．０１５０、を満足し、
（ｂ）前記ＴｉＡｌＣＮ層δは、その平均層厚をＬδとした場合、０．１μｍ≦Ｌδ≦１．０μｍ、を満たす、
ことを特徴とする（５）乃至（９）のいずれかに記載の表面被覆切削工具
（１１）前記α層は、前記工具基体の表面と垂直な縦断面から分析した場合、六方晶構造を有する結晶粒を７０面積％以上、９５面積％以下含み、
前記β層は、前記工具基体の表面と垂直な縦断面から分析した場合、立方晶構造を有する結晶粒を９０面積％以上含む、
ことを特徴とする１乃至（１０）のいずれかに記載の表面被覆切削工具。」
である。
The present invention is based on this knowledge,
(1) A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of the tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
A surface-coated cutting tool characterized in that xα and xβ satisfy |xβ−xα|≦0.04.
(2) The α layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zα of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zα is the atomic ratio) satisfies 0.0015≦zα≦0.0100. The surface-coated cutting tool according to ( 1 ), characterized in that:
(3) The β layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zβ of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zβ is an atomic ratio) satisfies 0.0001≦zβ≦0.0020. The surface-coated cutting tool according to (1) or (2), characterized in that:
(4) The rake face of the surface-coated cutting tool has the hard coating layer including the laminated structure of the α layer and the β layer, and the flank face has the hard coating layer including the β layer. The surface-coated cutting tool according to any one of (1) to ( 3 ).
(5) A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of the tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
The α layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zα of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zα is the atomic ratio) satisfies 0.0015≦zα≦0.0100. surface-coated cutting tools.
(6) A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of the tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
The β layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zβ of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zβ is an atomic ratio) satisfies 0.0001≦zβ≦0.0020. surface-coated cutting tools.
(7) A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of the tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
A surface-coated cutting tool characterized in that the rake face of the surface-coated cutting tool has the hard coating layer including the laminated structure of the α layer and the β layer, and the flank face has the hard coating layer including the β layer. tool.
(8) The β layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zβ of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zβ is the atomic ratio) satisfies 0.0001≦zβ≦0.0020. The surface-coated cutting tool according to ( 5 ), characterized in that:
(9) The surface-coated cutting tool has the hard coating layer including the laminated structure of the α layer and the β layer on the rake face, and the hard coating layer including the β layer on the flank face. The surface-coated cutting tool according to any one of (5), (6), and (8) .
(10) In the case where xα and xβ are |xβ−xα|>0.04, a composite nitride or composite of Al and Ti mainly containing a cubic structure between the α layer and the β layer There is an AlTiCN layer δ containing at least carbonitride crystal grains,
(a) The AlTiCNδ layer has a region divided into two equal parts in the layer thickness direction.
When the composition of the region on the tool base side is expressed by the composition formula: (Al xδL Ti (1-xδL) ) (C yδL N (1-yδL) ), the average content ratio of Al to the total amount of Ti and Al xδL and the average content ratio yδL of C in the total amount of C and N (however, xδL and yδL are both atomic ratios),
Further, when the composition of the region on the tool surface side of the region bisected in the layer thickness direction is expressed by the composition formula: (Al xδH Ti (1-xδH) ) (C yδH N (1-yδH) ), The average content ratio xδH of Al in the total amount of Ti and Al, and the average content ratio yδH of C in the total amount of C and N (however, xδH and yδH are both atomic ratios),
xα≦xδH<xδL<xβ or xβ<xδL<xδH≦xα, and
satisfies 0.0000≦yδH≦0.0150 and 0.0000≦yδL≦0.0150,
(b) The TiAlCN layer δ satisfies 0.1 μm≦Lδ≦1.0 μm, where Lδ is the average layer thickness.
(11) The surface-coated cutting tool according to any one of ( 5 ) to ( 9 ), characterized in that the α layer has a hexagonal crystal structure when analyzed from a longitudinal section perpendicular to the surface of the tool base. Contains crystal grains of 70 area% or more and 95 area% or less,
The β layer contains 90 area % or more of crystal grains having a cubic crystal structure when analyzed from a longitudinal section perpendicular to the surface of the tool base.
The surface-coated cutting tool according to any one of items 1 to 10 , characterized in that: ”
It is.
本発明に係る表面被覆切削工具は、硬さの低い六方晶構造を主として含有するＡｌＭｅＣＮ層（α層）を工具表面側に、硬さに優れる立方晶構造を主として含有するＡｌＴｉＣＮ層（β層）を工具基体側に積層した層を少なくとも１層設けることにより、逃げ面での耐摩耗性を維持しつつ、すくい面の潤滑性を向上させ、熱亀裂の発生を防ぐことにより、すくい面から逃げ面に至る損傷を防ぎ、鋳鉄等の高速断続切削であっても長寿命であるという優れた効果を発揮する。 The surface-coated cutting tool according to the present invention has an AlMeCN layer (α layer) mainly containing a hexagonal structure with low hardness on the tool surface side, and an AlTiCN layer (β layer) mainly containing a cubic structure with excellent hardness on the tool surface side. By providing at least one layer in which the It prevents damage to the surface and has a long service life even when cutting cast iron at high speed.
以下、本発明の被覆工具について、より詳細に説明する。なお、本明細書、特許請求の範囲の記載において、数値範囲を「～」を用いて表現する場合、その範囲は上限および下限の数値を含むものである。 Hereinafter, the coated tool of the present invention will be explained in more detail. In the present specification and claims, when a numerical range is expressed using "~", the range includes the upper and lower numerical limits.
工具基体
工具基体は、この種の工具基体として従来公知の基材であれば、本発明の目的を達成することを阻害するものでない限り、いずれのものも使用可能である。一例を挙げるならば、超硬合金（ＷＣ基超硬合金、ＷＣの他、Ｃｏを含み、あるいはＴｉ、Ｔａ、Ｎｂ等の炭窒化物を添加したものも含むもの等）、サーメット（ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ等を主成分とするもの等）、セラミックス（炭化チタン、炭化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムなど）、ｃＢＮ焼結体、またはダイヤモンド焼結体のいずれかであることが好ましい。これらの各種の基材の中でも、とりわけ、ＷＣ基超硬合金、サーメット（ＴｉＣＮ基サーメット）、ｃＢＮ焼結体を選択することが好ましい。その理由は、これらが高温における硬度と強度とのバランスに優れ、表面被覆切削工具の工具基体として優れているためである。
Tool Base Any base material that is conventionally known as this type of tool base can be used as long as it does not interfere with achieving the object of the present invention. Examples include cemented carbide (WC-based cemented carbide, WC, and other materials containing Co, or containing carbonitrides such as Ti, Ta, and Nb), cermets (TiC, TiN , TiCN, etc.), ceramics (titanium carbide, silicon carbide, silicon nitride, aluminum nitride, aluminum oxide, etc.), cBN sintered body, or diamond sintered body. Among these various base materials, it is particularly preferable to select WC-based cemented carbide, cermet (TiCN-based cermet), and cBN sintered body. The reason for this is that these materials have an excellent balance between hardness and strength at high temperatures and are excellent as tool bases for surface-coated cutting tools.
硬質被覆層の構造（全体の構造）
本発明に係る被覆工具は、図１に示すように、六方晶構造を有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を少なくとも含むＡｌＭｅＣＮ層のα層（α層ともいう）を工具表面側に、立方晶構造を有するＡｌとＴｉの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を少なくとも含むＡｌＴｉＣＮ層のβ層（β層ともいう）を工具基体側に積層した層を少なくとも一つ含む硬質被覆層を有する。硬質被覆層をこのような構造とする理由は、潤滑性が良好で耐熱亀裂性に優れるα層を工具表面側に、耐摩耗性が良好であるβ層を工具基体側に、それぞれ、配置することにより、逃げ面における耐摩耗性を維持しつつ、すくい面における熱亀裂の発生を防止し、さらに、すくい面から逃げ面に至る損傷を防ぐことができ、鋳鉄等の高速断続切削加工においても長期にわたって優れた切削性能を発揮できるためである。
Structure of hard coating layer (overall structure)
As shown in FIG. 1, the coated tool according to the present invention has a hexagonal structure of Al and Me (where Me is one or more selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn). The α layer (also referred to as α layer) of an AlMeCN layer containing at least crystal grains of a composite nitride or composite carbonitride of (element) is placed on the tool surface side, and a composite nitride or composite carbonitride of Al and Ti having a cubic structure is placed on the tool surface side. The tool has a hard coating layer including at least one layer in which a β layer (also referred to as β layer) of an AlTiCN layer containing at least crystal grains of a substance is laminated on the tool base side. The reason why the hard coating layer has such a structure is that the α layer, which has good lubricity and excellent heat cracking resistance, is placed on the tool surface side, and the β layer, which has good wear resistance, is placed on the tool base side. By doing so, it is possible to maintain wear resistance on the flank face, prevent thermal cracks from occurring on the rake face, and furthermore prevent damage from the rake face to the flank face, making it suitable for high-speed interrupted cutting of cast iron, etc. This is because excellent cutting performance can be exhibited over a long period of time.
また、硬質被覆層は、前記α層とβ層とを積層した層を少なくとも一つ有していれば、これ以外の他の層を含んでいてもよい。他の層としては、例えば、α層とβ層のとの間に後述するＡｌＴｉＣＮのδ層の他、この積層した層と工具基体との間において密着性を向上させるような下地層が好ましく、さらに、この積層した層の上に設けられる上部層などで積層した層とともにチッピングをする等、損耗を促進するものでなければ含んでいても良い。
下地層としては、Ｔｉの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、炭窒酸化物層の内の少なくとも１層を、上部層としては、Ｔｉの炭窒酸化物層、酸化アルミニウムの内の少なくとも１層を、それぞれ例示できる。それらの層の組成は、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるものではなく、従来公知のあらゆる原子比を含むものである。
Further, the hard coating layer may contain other layers as long as it has at least one layer in which the α layer and the β layer are laminated. As other layers, for example, in addition to the δ layer of AlTiCN, which will be described later, between the α layer and the β layer, a base layer that improves the adhesion between this laminated layer and the tool base is preferable. Furthermore, an upper layer provided on the laminated layer may be included as long as it does not promote wear and tear, such as chipping together with the laminated layer.
The base layer includes at least one of a Ti carbide layer, nitride layer, carbonitride layer, carbonate layer, and carbonitoxide layer, and the upper layer includes a Ti carbonitoxide layer and a Ti carbonitoxide layer. Examples include at least one layer of aluminum. The compositions of these layers are not necessarily limited to only the stoichiometric range, but include all conventionally known atomic ratios.
硬質被覆層全体の平均層厚は、下地層と上部層を含み、後述するδ層の有無にかかわらず、１．５～２５．０μｍの範囲が好ましい。この範囲とする理由は、１．５μｍ未満であると、α層とβ層の特性によってもたらされる硬質被覆層の特性は十分に発揮できず、一方、２５．０μｍを超えると、耐チッピング性が低下してしまう。
なお、特許請求の範囲および本明細書において、平均層厚とは、すくい面で測定した平均厚さをいう。
以下、各層について詳述する。
The average layer thickness of the entire hard coating layer, including the base layer and the upper layer, is preferably in the range of 1.5 to 25.0 μm, regardless of the presence or absence of the δ layer described below. The reason for this range is that if the thickness is less than 1.5 μm, the properties of the hard coating layer brought about by the characteristics of the α layer and β layer cannot be fully exhibited, while if it exceeds 25.0 μm, the chipping resistance will deteriorate. It will drop.
In addition, in the claims and this specification, the average layer thickness refers to the average thickness measured at the rake face.
Each layer will be explained in detail below.
１．α層：
α層は、硬さは低いものの、潤滑性が良好であり、耐熱亀裂性に優れる、次のようなものである。
1. α layer:
Although the α layer has low hardness, it has good lubricity and excellent heat cracking resistance, as shown below.
（１）平均層厚
α層の平均層厚Ｌαは、０．５～５．０μｍが好ましい。この範囲とする理由は、平均層厚が０．５μｍ未満では、すくい面においても硬質被覆層が早期に摩滅してしまい、耐熱亀裂性の向上効果が発揮されず、一方、５．０μｍを超えるとα層内の結晶粒が大きくなりα層の耐チッピング性が低下するためである。
なお、α層とβ層の積層が複数あるとき、各α層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
(1) Average layer thickness The average layer thickness Lα of the α layer is preferably 0.5 to 5.0 μm. The reason for this range is that if the average layer thickness is less than 0.5 μm, the hard coating layer will wear out early even on the rake face, and the effect of improving heat cracking resistance will not be exhibited. This is because the crystal grains in the α layer become larger and the chipping resistance of the α layer decreases.
Note that when there is a plurality of laminated layers of α layers and β layers, the thickness of each α layer may be the same or different as long as it falls within the above range.
（２）結晶構造
α層は、六方晶構造を有するＡｌとＭｅとの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を含むものである。
ここで、α層が六方晶構造を有するとは、六方晶構造の結晶粒を縦断面（工具基体に垂直な断面）に６０面積％以上有することが好ましく、硬質被覆層に潤滑性を与える非晶質層を含んでいてもよい。この面積割合を満足すると、α層の耐熱亀裂性が良好であるという特性をより確実に発揮することができる。また、六方晶構造の結晶粒は７０面積％以上、９５面積％以下の範囲で含まれることがより好ましい。
(2) Crystal structure The α layer contains crystal grains of a composite nitride or carbonitride of Al and Me having a hexagonal crystal structure.
Here, when the α layer has a hexagonal crystal structure, it is preferable that the α layer has crystal grains with a hexagonal crystal structure in an area of 60% or more in the longitudinal section (cross section perpendicular to the tool base), and a non-woven material that provides lubricity to the hard coating layer. It may also contain a crystalline layer. When this area ratio is satisfied, the property that the α layer has good heat cracking resistance can be more reliably exhibited. Further, it is more preferable that crystal grains having a hexagonal crystal structure are contained in a range of 70 area % or more and 95 area % or less.
（３）ナノインデンテーション押し込み硬さ
α層のナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであることが好ましい。この範囲とする理由は、１５ＧＰａ未満では、すくい面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、耐熱亀裂性が向上されず、一方、２８ＧＰａを超えると潤滑性が低下、切屑との擦過抵抗が大きくなり耐熱亀裂性が低下するためである。
なお、特許請求の範囲および本明細書で記載するナノインデンテーション押し込み硬さは、ＩＳＯ １４５７７の規定に基づいて測定したものである。
(3) Nanoindentation indentation hardness It is preferable that the nanoindentation indentation hardness Hα of the α layer is 15 GPa≦Hα≦28 GPa. The reason for choosing this range is that if it is less than 15 GPa, the wear resistance of the rake face will be insufficient and it will wear out early, and the heat cracking resistance will not be improved. On the other hand, if it exceeds 28 GPa, the lubricity will decrease and This is because the abrasion resistance increases and the heat cracking resistance decreases.
Note that the nanoindentation indentation hardness described in the claims and this specification was measured based on the provisions of ISO 14577.
（４）組成
α層は、その組成を、組成式：（ＡｌｘαＭｅ1 -ｘα）（ＣyαＮ１－yα）で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足することが好ましい。
(4) Composition When the composition of the α layer is expressed by the composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα ), the average content ratio of Al to the total amount of Me and Al and the average content ratio yα of C in the total amount of C and N (however, xα and yα are both atomic ratios) is 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150, respectively. It is preferable to satisfy the following.
Ａｌの平均含有割合をこの範囲とする理由は、０．７０未満であると、六方晶構造が安定的に形成されず、耐熱亀裂性が低下し、一方、０．９５を超えると、すくい面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、耐熱亀裂性の向上効果が発揮されないからである。
また、Ｃの平均含有割合をこの範囲とすれば、潤滑性が向上することによって耐熱亀裂性が向上するが、この範囲を逸脱すると、硬さが低下し、すくい面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、耐熱亀裂性の向上効果が発揮されないためである。
The reason why the average content ratio of Al is set in this range is that if it is less than 0.70, the hexagonal crystal structure will not be stably formed and the heat cracking resistance will decrease, while if it exceeds 0.95, the rake surface will deteriorate. This is because the abrasion resistance of the material is insufficient and it wears out early, so that the effect of improving heat cracking resistance is not exhibited.
Furthermore, if the average content ratio of C is within this range, heat cracking resistance will be improved by improving lubricity, but if it deviates from this range, the hardness will decrease and the wear resistance of the rake face will be insufficient. This is because it wears out early and the effect of improving heat cracking resistance cannot be exhibited.
２．β層：
β層は、硬さに優れた層であり、次のようなものである。
2. β layer:
The β layer is a layer with excellent hardness and is as follows.
（１）平均層厚
β層の平均層厚Ｌβは、１．０～２０．０μｍが好ましい。この範囲とする理由は、平均層厚が１．０μｍ未満では、層厚が薄いため長期の使用にわたって耐摩耗性を十分確保することができず、一方、その平均層厚が２０．０μｍを超えると、β層の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である。
なお、α層とβ層の積層が複数あるとき、各β層の層厚は、前記範囲にあれば、同じであっても異なっていてもよい。
(1) Average layer thickness The average layer thickness Lβ of the β layer is preferably 1.0 to 20.0 μm. The reason for this range is that if the average layer thickness is less than 1.0 μm, the layer thickness is too thin to ensure sufficient wear resistance over long-term use, while on the other hand, if the average layer thickness exceeds 20.0 μm This is because the crystal grains of the β layer tend to become coarser and chipping occurs more easily.
Note that when there is a plurality of laminated layers of α layers and β layers, the thickness of each β layer may be the same or different as long as it falls within the above range.
（２）結晶構造
β層は、ＮａＣｌ型の面心立方構造（立方晶構造）を有するＡｌとＴｉとの複合窒化物または複合炭窒化物の結晶粒を含むものである。
ここで、β層が立方晶構造を有するとは、立方晶構造の結晶粒を縦断面に７０面積％以上有することが好ましく、この面積割合を満足すると、β層の硬さが良好で耐摩耗性が優れるという特性をより確実に発揮することができる。また、立方晶構造の結晶粒は９０面積％以上含まれることがより好ましい。
(2) Crystal Structure The β layer contains crystal grains of a composite nitride or carbonitride of Al and Ti having a NaCl-type face-centered cubic structure (cubic crystal structure).
Here, when the β layer has a cubic structure, it is preferable that the vertical section has crystal grains with a cubic crystal structure in an area of 70% or more.If this area ratio is satisfied, the β layer has good hardness and wear resistance. The characteristics of excellent properties can be more reliably exhibited. Further, it is more preferable that crystal grains having a cubic crystal structure are contained in an area of 90% or more.
（３）ナノインデンテーション押し込み硬さ
β層のナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであることが好ましい。この範囲とする理由は、３０ＧＰａ未満では、逃げ面の耐摩耗性が不十分であり、早期に寿命に達し、一方、４５ＧＰａを超えると皮膜の靱性が低下し、チッピングを発生しやすくなるためである。
(3) Nanoindentation indentation hardness It is preferable that the nanoindentation indentation hardness Hβ of the β layer is 30GPa≦Hβ≦45GPa. The reason for this range is that if it is less than 30 GPa, the wear resistance of the flank surface will be insufficient and its life will reach the end of its life prematurely, whereas if it exceeds 45 GPa, the toughness of the film will decrease and chipping will easily occur. be.
（４）組成
β層は、その組成を、組成式：（ＡｌｘβＴｉ1 -ｘβ）（ＣyβＮ１－yβ）で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足することが好ましい。
(4) Composition When the composition of the β layer is expressed by the composition formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1 - yβ ), the average content ratio of Al to the total amount of Ti and Al xβ and the average content ratio yβ of C in the total amount of C and N (however, xβ and yβ are both atomic ratios) is 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150, respectively. It is preferable to satisfy the following.
Ａｌの平均含有割合をこの範囲とする理由は、０．６５未満であると、ＡｌＴｉＣＮ層は硬さに劣るため、耐摩耗性が十分でなく、一方、０．９５を超えると、Ｔｉの含有割合が低下し、六方晶構造の結晶粒を含有しやすくなり、耐摩耗性の低下を招くからである。
また、Ｃの平均含有割合をこの範囲とする理由は、潤滑性が向上することによって耐熱亀裂性が向上するが、この範囲を逸脱すると、硬さが低下し、逃げ面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、早期に工具寿命に至ってしまうためである。
The reason why the average content ratio of Al is set in this range is that if it is less than 0.65, the AlTiCN layer will be inferior in hardness and will not have sufficient wear resistance, whereas if it exceeds 0.95, the Ti content will be insufficient. This is because the ratio decreases and crystal grains with a hexagonal crystal structure are more likely to be contained, leading to a decrease in wear resistance.
The reason why the average C content is set within this range is that heat cracking resistance is improved by improving lubricity, but if it deviates from this range, hardness decreases and the wear resistance of the flank surface is impaired. This is because the tool wears out quickly even if it is insufficient, and the tool life ends quickly.
３．α層とβ層とのＡｌの平均含有割合の差：
α層におけるＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαとβ層におけるＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβは、｜ｘβ－ｘα｜≦０．０４を満足することが好ましい。
その理由は、α層とβ層との密着性を確保するためにはｘβとｘαの差は小さい方が望ましく、その差の絶対値がこの範囲以下であれば、より確実に密着性を確保することができるためである。
3. Difference in average Al content ratio between α layer and β layer:
The average content ratio xα of Al in the total amount of Me and Al in the α layer and the average content ratio xβ of Al in the total amount of Ti and Al in the β layer should satisfy |xβ−xα|≦0.04. is preferred.
The reason is that in order to ensure adhesion between the α layer and the β layer, it is desirable that the difference between xβ and xα be small, and if the absolute value of the difference is within this range, adhesion can be more reliably ensured. This is because it can be done.
３．δ層：
｜ｘβ－ｘα｜＞０．０４である場合において、α層とβ層のより密着性の向上のために、両層の間にＮａＣｌ型の面心立方構造（立方晶構造）を有するＡｌＴｉＣＮのδ層を有していることがさらに好ましい。
3. δ layer:
In the case of |xβ−xα|>0.04, in order to improve the adhesion between the α layer and the β layer, AlTiCN having a NaCl type face-centered cubic structure (cubic crystal structure) is used between both layers. It is more preferable that it has a δ layer.
（１）組成
δ層をその層厚方向に二等分したとき、
工具基体側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＬＴｉ（１－ｘδＬ））（ＣｙδＬＮ（１－ｙδＬ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＬおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＬ（但し、ｘδＬ、ｙδＬはいずれも原子比）が、
工具表面側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＨＴｉ（１－ｘδＨ））（ＣｙδＨＮ（１－ｙδＨ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＨおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＨ（但し、ｘδＨ、ｙδＨはいずれも原子比）が、
それぞれ、ｘα≦ｘδＨ＜ｘδＬ＜ｘβもしくはｘβ＜ｘδＬ＜ｘδＨ≦ｘα、および、０．００００≦ｙδＨ≦０．０１５０、且つ、０．００００≦ｙδＬ≦０．０１５０、を満足していることが好ましい。
(1) Composition When the δ layer is divided into two equal parts in the layer thickness direction,
When the composition of the region on the tool base side is expressed by the composition formula : (Al And the average content ratio yδL of C in the total amount of C and N (however, xδL and yδL are both atomic ratios) is
When the composition of the region on the tool surface side is expressed by the composition formula: (Al And the average content ratio yδH of C in the total amount of C and N (however, xδH and yδH are both atomic ratios) is
It is preferable that xα≦xδH<xδL<xβ or xβ<xδL<xδH≦xα, and 0.0000≦yδH≦0.0150 and 0.0000≦yδL≦0.0150, respectively. .
δ層の組成をこのように規定する理由は、β層におけるｘβとδ層のｘδＬを近づけることで、β層とδ層の密着性をさらに向上させることができ、加えて、α層におけるｘαとδ層のｘδＨを近づけることで、α層との密着性も向上させることができ、δ層を介してα層とβ層の密着性を向上させて、耐チッピング性を高めることができるからである。 The reason why the composition of the δ layer is defined in this way is that by bringing xβ in the β layer closer to xδL in the δ layer, the adhesion between the β layer and the δ layer can be further improved. By bringing the xδH of the δ layer closer to the α layer, the adhesion with the α layer can also be improved, and the adhesion between the α layer and β layer can be improved through the δ layer, thereby increasing chipping resistance. It is.
（２）δ層の平均層厚
δ層の平均層厚は、０．１～１．０μｍとする。この範囲とする理由は、０．１μｍ未満であるとδ層の平均層厚が薄すぎて、δ層によって十分に被覆されていないβ層の領域が存在することにより、また、１．０μｍを超えるとδ層の結晶粒が粗大となって、α層の結晶粒の初期核発生が十分になされず核密度が高くないことにより、いずれも、α層とβ層の密着性の向上が期待できないためである。
(2) Average layer thickness of the δ layer The average layer thickness of the δ layer is 0.1 to 1.0 μm. The reason for this range is that if it is less than 0.1 μm, the average layer thickness of the δ layer will be too thin, and there will be a region of the β layer that is not sufficiently covered by the δ layer. If this is exceeded, the crystal grains in the δ layer will become coarse, and the initial nucleation of the crystal grains in the α layer will not be sufficient and the nucleation density will not be high, which is expected to improve the adhesion between the α and β layers. This is because it cannot be done.
４．α層とβ層に含まれる塩素量
α層とβ層は不純物としてＣｌを含んでいてもよい。
α層にＣｌを含有する場合は、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚα（但し、ｚαは原子比）は０．００１５≦ｚα≦０．００１０を満足することが好ましい。その理由は、０．００１５未満では潤滑性が不十分で耐熱亀裂性が低下し、一方、０．００１０を超えると硬さが低下し、すくい面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、耐熱亀裂性の向上効果が発揮されないためである。
4. Amount of chlorine contained in α layer and β layer The α layer and β layer may contain Cl as an impurity.
When the α layer contains Cl, it is preferable that the content ratio zα of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zα is an atomic ratio) satisfies 0.0015≦zα≦0.0010. The reason for this is that if it is less than 0.0015, the lubricity is insufficient and heat cracking resistance is reduced, while if it exceeds 0.0010, the hardness is reduced and the wear resistance of the rake face is insufficient and it wears out early. This is because the effect of improving heat cracking resistance cannot be exhibited.
β層にＣｌを含有する場合は、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚβ（但し、ｚは原子比）は０．０００１≦ｚβ≦０．００２０を満足することが好ましい。その理由は、０．０００１未満では潤滑性が不十分で耐摩耗性が低下し、一方、０．００２０を超えると硬さが低下し、逃げ面の耐摩耗性が不十分で早期に摩滅してしまい、早期に寿命に至るためである。 When the β layer contains Cl, the content ratio zβ of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where z is the atomic ratio) preferably satisfies 0.0001≦zβ≦0.0020. The reason for this is that if it is less than 0.0001, the lubricity is insufficient and wear resistance decreases, while if it exceeds 0.0020, the hardness decreases and the wear resistance of the flank surface is insufficient and it wears out early. This is because the product ends up reaching the end of its lifespan early.
５．すくい面にはα層とβ層を含む積層構造の硬質被覆層、逃げ面の表面にはβ層を含む硬質被覆層：
すくい面にはα層とβ層を含む積層構造の硬質被覆層を設け、逃げ面の表面にはα層を含まずβ層を含む硬質被覆層を設けることが好ましい。逃げ面にα層が設けられていてもよいが、被削材ともっとも擦れ合う逃げ面の表面には耐摩耗性が低いα層が存在しない方が、α層と一緒にその下地のβ層が脱落することを防止でき、工具寿命がより一層向上する。
5. A hard coating layer with a laminated structure including an α layer and a β layer on the rake face, and a hard coating layer including a β layer on the flank surface:
It is preferable that the rake face is provided with a hard coating layer having a laminated structure including an α layer and a β layer, and the flank surface is provided with a hard coating layer that does not contain an α layer but includes a β layer. Although an α layer may be provided on the flank surface, it is better not to have an α layer with low wear resistance on the surface of the flank surface that rubs most against the workpiece, since the underlying β layer is This prevents the tool from falling off, further improving tool life.
６．α層、β層、δ層の平均層厚、組成、結晶構造（面積率）の測定
まず、硬質被覆層を集束イオンビーム装置（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ）、クロスセクションポリッシャー（ＣＰ：Ｃｒｏｓｓ ｓｅｃｔｉｏｎ Ｐｏｌｉｓｈｅｒ）等を用いて、研磨した縦断面を作成し、この縦断面において、縦方向（層厚方向）を硬質被覆層の層厚、横方向を工具基体に平行な１００μｍの四角形を測定領域とし、電子線後方散乱解析装置（ＥＢＳＤ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、前記測定領域に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流にて、０．０１μｍの間隔で照射して得られる電子線後方散乱回折像に基づき、個々の結晶粒の結晶構造を解析することにより、結晶構造の異なる領域の境界を画定する。
6. Measurement of the average layer thickness, composition, and crystal structure (area ratio) of the α layer, β layer, and δ layer First, the hard coating layer was polished using a focused ion beam system (FIB) and a cross section polisher (CP). Polisher) etc. to create a polished longitudinal section, and in this longitudinal section, the vertical direction (layer thickness direction) is the layer thickness of the hard coating layer, and the horizontal direction is a 100 μm square parallel to the tool base as the measurement area. Using an electron backscatter analyzer (EBSD), the measurement area was irradiated with an electron beam at an incident angle of 70 degrees and an acceleration voltage of 15 kV at an irradiation current of 1 nA at intervals of 0.01 μm. By analyzing the crystal structure of individual crystal grains based on the electron beam backscatter diffraction image obtained, boundaries between regions with different crystal structures are defined.
さらに、前記結晶構造の異なる領域の境界を含むようにオージェ電子分光法（ＡＥＳ：Ａｕｇｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｅｃｔｒｐｓｃｏｐｙ）を用いて層厚方向にライン分析を行って得られる解析結果を基にα層、β層、δ層の鑑別を行う。α層とβ層の間にδ層を含む場合には、Ａｌの平均含有割合の傾斜変化あるいはステップ状変化が観察される（α層とδ層の境界はＴｉもしくは前記Ｍｅ成分の有無からも鑑別することが出来る。）。なお、α層とβ層の間にδ層を含まない場合には、前記結晶構造の異なる領域の境界がα層とβ層の境界になる。 Furthermore, the α layer, β layer, Differentiate the δ layer. When a δ layer is included between the α layer and the β layer, a gradient change or a step change in the average content ratio of Al is observed (the boundary between the α layer and the δ layer is also determined by the presence or absence of Ti or the Me component). can be differentiated). Note that when the δ layer is not included between the α layer and the β layer, the boundary between the regions having different crystal structures becomes the boundary between the α layer and the β layer.
電子線後方散乱解析装置（ＥＢＳＤ）の解析に当たり、隣接する測定点（ピクセル）間で５度以上の方位差がある箇所を粒界と定義する。ただし、隣接するピクセルすべてと５度以上の方位差がある単独に存在するピクセルは結晶粒とは扱わず、２ピクセル以上連結しているものを結晶粒と扱う。このようにして、各結晶粒を決定し、その結晶構造を鑑別することにより、層厚方向に六方晶構造または立方晶構造の結晶粒の面積率を求める。 In analysis using an electron beam backscatter analyzer (EBSD), grain boundaries are defined as locations where there is an orientation difference of 5 degrees or more between adjacent measurement points (pixels). However, a single pixel that has an orientation difference of 5 degrees or more from all adjacent pixels is not treated as a crystal grain, and a pixel that is connected to two or more pixels is treated as a crystal grain. By determining each crystal grain and identifying its crystal structure in this manner, the area ratio of crystal grains having a hexagonal crystal structure or a cubic crystal structure in the layer thickness direction is determined.
前記各層の境界が画定すれば、画定した各層の境界領域間で平均層厚を求めることができ、また、α層とβ層、δ層のＡｌの平均含有割合（ｘα、ｘβ、ｘδＬ、ｘδＨ）は、前記オージェ電子分光法（ＡＥＳ）を用いて電子線を照射して層厚方向に複数（例えば、５本以上）のライン分析を行って得られる解析結果を平均することにより求めることができる。 Once the boundaries of each layer are defined, the average layer thickness can be determined between the defined boundary areas of each layer, and the average content ratio of Al in the α layer, β layer, and δ layer (xα, xβ, xδL, xδH ) can be determined by averaging the analysis results obtained by irradiating an electron beam using the Auger electron spectroscopy (AES) and analyzing multiple lines (for example, 5 or more lines) in the layer thickness direction. can.
さらに、α層、β層、δ層のＣの平均含有割合（ｙα、ｙβ、ｙδＬ、ｙδＨ）は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ：Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）によって各層毎に求めることができる。すなわち、イオンビームによる面分析とスパッタイオンビームによるエッチングを交互に繰り返すことにより、深さ方向の含有割合測定を行う。具体的には、前記各層において、０．０５μｍ以上侵入した箇所から、層厚方向に０．０１μｍ以下のピッチで少なくとも０．０５μｍの長さで測定を行った平均値を求め、これを少なくとも５箇所行って算出した平均値を、各層のＣの平均含有割合として求める。 Further, the average C content ratio (yα, yβ, yδL, yδH) of the α layer, β layer, and δ layer can be determined for each layer by secondary ion mass spectrometry (SIMS). That is, the content ratio in the depth direction is measured by alternately repeating surface analysis using an ion beam and etching using a sputtered ion beam. Specifically, in each layer, measurements were taken at a length of at least 0.05 μm at a pitch of 0.01 μm or less in the layer thickness direction from the point where the penetration was 0.05 μm or more, and the average value was determined. The average value calculated by checking each layer is determined as the average content ratio of C in each layer.
７．製造方法：
本発明の硬質被覆層は、例えば、工具基体もしくは当該工具基体上にある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少なくとも一層以上の下地層の上に、例えば、次の組成のガス群Ａとガス群Ｂとからなる２種の反応ガス所定の位相差で供給することによって得ることができる。
7. Production method:
The hard coating layer of the present invention is, for example, a base layer of a tool base or at least one of a Ti carbide layer, a nitride layer, a carbonitride layer, a carbonate layer, and a carbonitoxide layer on the tool base. For example, this can be obtained by supplying two reactive gases consisting of gas group A and gas group B having the following compositions with a predetermined phase difference.
反応ガスのガス組成の一例として、％は容量％（ガス群Ａとガス群Ｂの和を全体としている）として、
（１）α層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：４．０～１０．０％、Ｈ２：４０～５０％、
Ｎ２：３．０～５．０％、Ａｒ：１．０～５．０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：０．１０～０．２０％
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、
ＨＣｌ：０．００～０．１０％、Ｈ２：残
ＭｅＣｌｘは、Ｍｅ成分ごとに前記％を満足すればよい。
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７５０～９００℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
As an example of the gas composition of the reaction gas, % is volume % (the sum of gas group A and gas group B is the total),
(1) Reactive gas for α layer formation Gas group A: NH 3 : 4.0 to 10.0%, H 2 : 40 to 50%,
N2 : 3.0-5.0%, Ar: 1.0-5.0%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 1.00%,
MeCl x (chloride of Me): 0.10-0.20%
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%,
HCl: 0.00 to 0.10%, H 2 :Remaining MeCl x may satisfy the above percentage for each Me component.
Reaction atmosphere pressure: 4.5-5.0kPa
Reaction atmosphere temperature: 750-900℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.20 seconds
（２）β層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：３０～４０％、Ｎ２：６．０～１０．０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
(2) Reactive gas for β layer formation Gas group A: NH 3 : 2.0-3.0%, H 2 : 30-40%, N 2 : 6.0-10.0%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 1.00%, TiCl 4 : 0.07 to 0.40%,
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 4.5 to 5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 700-850℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.20 seconds
（３）δ層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．８～７．４％、Ｎ２：３．６～８．５％、
Ａｒ：０．０～２．４％、Ｈ２：３３～４８％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～０．７４％、ＴｉＣｌ４：０．１０～０．３２％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．６～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７４０～８７５℃
供給周期：２．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２２秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．１５秒
ガス組成をδ層成膜期間中に直線的（傾斜）、または、成膜期間前半と後半をステップ状に変化させる。
(3) Reactive gas for forming δ layer Gas group A: NH 3 : 2.8 to 7.4%, N 2 : 3.6 to 8.5%,
Ar: 0.0~2.4%, H2 : 33~48%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 0.74%, TiCl 4 : 0.10 to 0.32%,
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 4.6 to 5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 740-875℃
Supply cycle: 2.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.22 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.15 seconds Gas The composition is changed linearly (gradient) during the δ layer deposition period, or in a stepwise manner between the first half and the second half of the deposition period.
次に、実施例について説明する。
ここでは、本発明被覆工具の具体例として、工具基体としてＷＣ基超硬合金を用いたインサート切削工具に適用したものについて述べるが、工具基体として、ＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ基超高圧焼結体を用いた場合であっても同様であるし、ドリル、エンドミルに適用した場合も同様である。
Next, examples will be described.
Here, as a specific example of the coated tool of the present invention, a tool applied to an insert cutting tool using WC-based cemented carbide as the tool base will be described. The same applies when used in a drill or an end mill.
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、このプレス成形体を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ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＳＮ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、および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Ｄ～Ｆをそれぞれ製造した。 WC powder, TiC powder, ZrC powder, TaC powder, NbC powder, Cr 3 C 2 powder, TiN powder, and Co powder, all of which have an average particle size of 1 to 3 μm, were prepared as raw material powders, and these raw material powders were The composition shown in Table 1 was blended, further wax was added, and the mixture was ball-milled in acetone for 24 hours. After drying under reduced pressure, it was press-molded into a powder compact of a predetermined shape at a pressure of 98 MPa. A tool base made of WC-based cemented carbide that is vacuum sintered in a vacuum of 5 Pa and maintained at a predetermined temperature within the range of 1370 to 1470°C for 1 hour, and after sintering, has an insert shape of ISO standard SEEN1203AFSN. Tool bases A to C and tool bases D to F made of WC-based cemented carbide and having an insert shape of ISO standard CNMG120408 were manufactured, respectively.
次に、これら工具基体Ａ～Ｆの表面に、ＣＶＤ装置を用いて、各層をＣＶＤにより形成し、表７、表８に示される本発明被覆工具１～１０を得た。
成膜条件は、表２、３に記載したとおりであるが、概ね、次のとおりである。ガス組成の％は容量％（ガス群Ａとガス群Ｂの和を全体としている）である。
Next, each layer was formed by CVD on the surfaces of these tool bases A to F using a CVD apparatus to obtain coated tools 1 to 10 of the present invention shown in Tables 7 and 8.
The film forming conditions are as described in Tables 2 and 3, and are generally as follows. The percentage of gas composition is volume percentage (the sum of gas group A and gas group B is the total).
（１）α層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：４．０～１０．０％、Ｈ２：４０～５０％、Ｎ２：３．０～５．０％、
Ａｒ：１．０～５．０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、
ＭｅＣｌｘ（Ｍｅの塩化物）：０．１０～０．２０％
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、
ＨＣｌ：０．００～０．１０％、Ｈ２：残
ＭｅＣｌｘは、Ｍｅ成分ごとに前記％を満足すればよい。
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７５０～９００℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
(1) Reactive gas for α layer formation Gas group A: NH 3 : 4.0 to 10.0%, H 2 : 40 to 50%, N 2 : 3.0 to 5.0%,
Ar: 1.0-5.0%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 1.00%,
MeCl x (chloride of Me): 0.10-0.20%
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%,
HCl: 0.00 to 0.10%, H 2 :Remaining MeCl x may satisfy the above percentage for each Me component.
Reaction atmosphere pressure: 4.5-5.0kPa
Reaction atmosphere temperature: 750-900℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.20 seconds
（２）β層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．０～３．０％、Ｈ２：３０～４０％、Ｎ２：６．０～１０．０％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～１．００％、ＴｉＣｌ４：０．０７～０．４０％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．５～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７００～８５０℃
供給周期：１．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２５秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．２０秒
(2) Reactive gas for β layer formation Gas group A: NH 3 : 2.0-3.0%, H 2 : 30-40%, N 2 : 6.0-10.0%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 1.00%, TiCl 4 : 0.07 to 0.40%,
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 4.5 to 5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 700-850℃
Supply cycle: 1.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.25 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.20 seconds
（３）δ層形成用の反応ガス
ガス群Ａ：ＮＨ３：２．８～７．４％、Ｎ２：３．６～８．５％、
Ａｒ：０．０～２．４％、Ｈ２：３３～４８％
ガス群Ｂ：ＡｌＣｌ３：０．６０～０．７４％、ＴｉＣｌ４：０．１０～０．３２％、
Ｃ２Ｈ４：０．００～１．５０％、Ｎ２：０．０～１２．０％、Ｈ２：残
反応雰囲気圧力：４．６～５．０ｋＰａ
反応雰囲気温度：７４０～８７５℃
供給周期：２．００～５．００秒
１周期当たりのガス供給時間：０．１５～０．２２秒
ガス群Ａとガス群Ｂとの供給の位相差：０．１０～０．１５秒
ガス組成をδ層成膜期間中に直線的（傾斜）または、成膜期間前半と後半をステップ状に変化させる。
(3) Reactive gas for forming δ layer Gas group A: NH 3 : 2.8 to 7.4%, N 2 : 3.6 to 8.5%,
Ar: 0.0~2.4%, H2 : 33~48%
Gas group B: AlCl 3 : 0.60 to 0.74%, TiCl 4 : 0.10 to 0.32%,
C 2 H 4 : 0.00 to 1.50%, N 2 : 0.0 to 12.0%, H 2 : remainder Reaction atmosphere pressure: 4.6 to 5.0 kPa
Reaction atmosphere temperature: 740-875℃
Supply cycle: 2.00 to 5.00 seconds Gas supply time per cycle: 0.15 to 0.22 seconds Supply phase difference between gas group A and gas group B: 0.10 to 0.15 seconds Gas The composition is changed linearly (gradiently) during the δ layer deposition period or in a stepwise manner between the first half and the second half of the deposition period.
また、本発明被覆工具６、７、９、１１は、表６に示された成膜条件により表８に示されたδ層を形成した。
なお、本発明被覆工具１～６は、表４に示された成膜条件により表５に示された下地層、上部層を形成した。
Further, in coated tools 6, 7, 9, and 11 of the present invention, the δ layer shown in Table 8 was formed under the film forming conditions shown in Table 6.
For coated tools 1 to 6 of the present invention, the base layer and upper layer shown in Table 5 were formed under the film forming conditions shown in Table 4.
比較の目的で、工具基体Ａ～Ｃの表面に、表２、３に示される条件によりＣＶＤ装置による成膜を行うことにより、表７に示される比較被覆工具１～１０を製造した。また、比較被覆工具５、７は、表６に示された成膜条件により表８に示されたδ層を形成した。
なお、比較被覆工具１～６は、表４に示された成膜条件により表５に示された下地層、上部層を形成した。
For comparison purposes, comparative coated tools 1 to 10 shown in Table 7 were manufactured by forming films on the surfaces of tool bases A to C using a CVD apparatus under the conditions shown in Tables 2 and 3. Further, in Comparative coated tools 5 and 7, the δ layer shown in Table 8 was formed under the film forming conditions shown in Table 6.
For comparison coated tools 1 to 6, the base layer and upper layer shown in Table 5 were formed under the film forming conditions shown in Table 4.
本発明被覆工具１～２０および比較被覆工具１～１０について、前述した方法により、各層の組成、平均層厚、立方晶構造および六方晶構造の結晶粒の面積率、ＮａＣｌ型の面心立方構造の結晶粒の面積率を求め、結果を表７、表８に示す。 Coated tools 1 to 20 of the present invention and comparative coated tools 1 to 10 were tested by the method described above to determine the composition of each layer, the average layer thickness, the area ratio of crystal grains with a cubic structure and a hexagonal structure, and the face-centered cubic structure of the NaCl type. The area ratio of crystal grains was determined, and the results are shown in Tables 7 and 8.
次に、前記本発明被覆工具１～２０および比較被覆工具１～１０について、次の切削試験１（本発明被覆工具１～１０、比較被覆工具１～１０）および切削試験２（本発明被覆工具１１～２０、比較被覆工具１～１０）を行い、その結果を表９、表１０にそれぞれ示す。 Next, regarding the coated tools 1 to 20 of the present invention and comparative coated tools 1 to 10, the following cutting test 1 (coated tools 1 to 10 of the present invention, comparative coated tools 1 to 10) and cutting test 2 (coated tools of the present invention) were conducted. 11 to 20 and comparative coated tools 1 to 10), and the results are shown in Tables 9 and 10, respectively.
１．切削試験１：乾式高速正面フライス、センターカット切削加工
カッタ径： １２５ｍｍ
被削材： ＪＩＳ ＦＣＤ８００ 幅１００ｍｍ、長さ４００ｍｍブロック材
回転速度： ７６４ｒｅｖ／ｍｉｎ
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
一刃送り量： ０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： ８分
（通常切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
1. Cutting test 1: Dry high speed face milling, center cut cutting Cutter diameter: 125mm
Work material: JIS FCD800 width 100mm, length 400mm block material Rotation speed: 764rev/min
Cutting speed: 300m/min
Cut: 2.0mm
Single blade feed amount: 0.1mm/rev
Cutting time: 8 minutes (normal cutting speed is 200m/min)
２．切削試験２：乾式高速断続切削加工
被削材： ＪＩＳ ＦＣＤ８００ 長さ方向等間隔８本の縦溝入り丸棒
切削速度： ３００ｍ／ｍｉｎ
切り込み： ２．０ｍｍ
送り： ０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間： ５分
（通常切削速度は、２００ｍ／ｍｉｎ）
2. Cutting test 2: Dry high-speed interrupted cutting Work material: JIS FCD800 Round bar with 8 vertical grooves equally spaced in the length direction Cutting speed: 300 m/min
Cut: 2.0mm
Feed: 0.1mm/rev
Cutting time: 5 minutes (normal cutting speed is 200m/min)
表９、表１０に示される結果から、本発明被覆工具１～２０は、いずれも硬質被覆層が優れた耐チッピング性を有しているため、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いた場合であっても熱亀裂およびチッピングの発生がなく、長期にわたって優れた耐摩耗性を発揮する。これに対して、本発明の被覆工具に規定される事項を一つでも満足していない比較被覆工具１～１０は、鋳鉄等の高速断続切削加工に用いた場合チッピングが発生し、短時間で使用寿命に至っている。 From the results shown in Tables 9 and 10, coated tools 1 to 20 of the present invention all have hard coating layers with excellent chipping resistance, so they are suitable for high-speed interrupted cutting of cast iron, etc. No thermal cracking or chipping occurs, and it exhibits excellent wear resistance over a long period of time. On the other hand, Comparative coated tools 1 to 10, which do not satisfy at least one of the requirements specified for coated tools of the present invention, cause chipping when used for high-speed interrupted cutting of cast iron, etc. It has reached the end of its useful life.
前述のように、本発明の被覆工具は、鋳鉄以外の高速断続切削加工の被覆工具として用いることができ、しかも、長期にわたって優れた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及び省エネ化、さらには低コスト化に十分に満足できる対応が可能である。 As mentioned above, the coated tool of the present invention can be used as a coated tool for high-speed interrupted cutting of materials other than cast iron, and also exhibits excellent wear resistance over a long period of time, so it can improve the high performance of cutting equipment. It is possible to fully satisfy the demands for reduction in labor and energy consumption of cutting processes, as well as cost reductions.
Claims (11)
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘα Ｍｅ 1 -ｘα ）（Ｃ yα Ｎ １－yα ）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘβ Ｔｉ 1 -ｘβ ）（Ｃ yβ Ｎ １－yβ ）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記ｘαと前記ｘβは、｜ｘβ－ｘα｜≦０．０４を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
A surface-coated cutting tool characterized in that xα and xβ satisfy |xβ−xα|≦0.04.
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘα Ｍｅ 1 -ｘα ）（Ｃ yα Ｎ １－yα ）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘβ Ｔｉ 1 -ｘβ ）（Ｃ yβ Ｎ １－yβ ）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記α層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚα（但し、ｚαは原子比）は０．００１５≦ｚα≦０．０１００を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
The α layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zα of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zα is the atomic ratio) satisfies 0.0015≦zα≦0.0100. surface-coated cutting tools.
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘα Ｍｅ 1 -ｘα ）（Ｃ yα Ｎ １－yα ）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘβ Ｔｉ 1 -ｘβ ）（Ｃ yβ Ｎ １－yβ ）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記β層は微量のＣｌを含有し、ＣとＮとＣｌの合量に占めるＣｌの含有割合ｚβ（但し、ｚβは原子比）は０．０００１≦ｚβ≦０．００２０を満足することを特徴とする表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
The β layer contains a trace amount of Cl, and the content ratio zβ of Cl in the total amount of C, N, and Cl (where zβ is an atomic ratio) satisfies 0.0001≦zβ≦0.0020. surface-coated cutting tools.
（ａ）前記硬質被覆層は、１．５～２５．０μｍの平均層厚を有し、
平均層厚が０．５～５．０μｍの六方晶構造を主として含有するＡｌとＭｅ（但し、Ｍｅは、Ｓｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｍｎの中から選ばれる一種以上の元素）の複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだα層と、
平均層厚が１．０～２０．０μｍの立方晶構造を主として含有するＡｌとＴｉの複合窒化物層または複合炭窒化物層を含んだβ層とが、
前記α層を工具表面側とし、前記β層を前記工具基体側として積層された層を少なくとも一つ有する構造であり、
（ｂ）前記α層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘα Ｍｅ 1 -ｘα ）（Ｃ yα Ｎ １－yα ）
で表した場合、ＡｌのＭｅとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘαおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙα（但し、ｘα、ｙαはいずれも原子比）が、それぞれ、０．７０≦ｘα≦０．９５かつ０．００００≦ｙα≦０．０１５０を満足し、
（ｃ）前記β層は、その組成を、
組成式：（Ａｌ ｘβ Ｔｉ 1 -ｘβ ）（Ｃ yβ Ｎ １－yβ ）
で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘβおよびＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙβ（但し、ｘβ、ｙβはいずれも原子比）が、それぞれ、０．６５≦ｘβ≦０．９５かつ０．００００≦ｙβ≦０．０１５０を満足し、
（ｄ）前記α層はナノインデンテーション押し込み硬さＨαが１５ＧＰａ≦Ｈα≦２８ＧＰａであり、
（ｅ）前記β層はナノインデンテーション押し込み硬さＨβが３０ＧＰａ≦Ｈβ≦４５ＧＰａであり、
前記表面被覆切削工具のすくい面に前記α層とβ層との積層構造を含む前記硬質被覆層を有し、逃げ面に前記β層を含む硬質被覆層を有することを特徴とする表面被覆切削工具。 A surface-coated cutting tool in which a hard coating layer is provided on the surface of a tool base,
(a) the hard coating layer has an average layer thickness of 1.5 to 25.0 μm;
Al and Me, which mainly contain a hexagonal crystal structure with an average layer thickness of 0.5 to 5.0 μm (where Me is one or more elements selected from Si, Zr, V, Cr, Nb, Hf, and Mn) ) an α layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer,
A β layer containing a composite nitride layer or a composite carbonitride layer of Al and Ti mainly containing a cubic crystal structure with an average layer thickness of 1.0 to 20.0 μm,
A structure having at least one layer stacked with the α layer on the tool surface side and the β layer on the tool base side,
(b) The α layer has a composition of
Composition formula: (Al xα Me 1 -xα ) (C yα N 1 - yα )
When expressed by satisfies 0.70≦xα≦0.95 and 0.0000≦yα≦0.0150,
(c) The composition of the β layer is
Compositional formula: (Al xβ Ti 1 -xβ ) (C yβ N 1-yβ )
When expressed by satisfies 0.65≦xβ≦0.95 and 0.0000≦yβ≦0.0150,
(d) The α layer has a nanoindentation indentation hardness Hα of 15 GPa≦Hα≦28 GPa,
(e) The β layer has a nanoindentation indentation hardness Hβ of 30GPa≦Hβ≦45GPa,
A surface-coated cutting tool characterized in that the rake face of the surface-coated cutting tool has the hard coating layer including the laminated structure of the α layer and the β layer, and the flank face has the hard coating layer including the β layer. tool.
（ａ）前記ＡｌＴｉＣＮδ層は、その層厚方向に二等分した領域の、
前記工具基体側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＬＴｉ（１－ｘδＬ））（ＣｙδＬＮ（１－ｙδＬ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＬと、ＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＬ（但し、ｘδＬ、ｙδＬはいずれも原子比）が、
また、その層厚方向に二等分した領域の前記工具表面側の領域の組成を組成式：（ＡｌｘδＨＴｉ（１－ｘδＨ））（ＣｙδＨＮ（１－ｙδＨ））で表した場合、ＡｌのＴｉとＡｌの合量に占める平均含有割合ｘδＨと、ＣのＣとＮの合量に占める平均含有割合ｙδＨ（但し、ｘδＨ、ｙδＨはいずれも原子比）が、
ｘα≦ｘδＨ＜ｘδＬ＜ｘβもしくはｘβ＜ｘδＬ＜ｘδＨ≦ｘα、および、
０．００００≦ｙδＨ≦０．０１５０、且つ、０．００００≦ｙδＬ≦０．０１５０、を満足し、
（ｂ）前記ＴｉＡｌＣＮ層δは、その平均層厚をＬδとした場合、０．１μｍ≦Ｌδ≦１．０μｍ、を満たす、
ことを特徴とする請求項５乃至９のいずれかに記載の表面被覆切削工具 A composite nitride or composite carbonitride of Al and Ti that mainly contains a cubic structure between the α layer and the β layer, when the xα and the xβ are |xβ−xα|>0.04. There is an AlTiCN layer δ containing at least crystal grains of
(a) The AlTiCNδ layer has a region divided into two equal parts in the layer thickness direction.
When the composition of the region on the tool base side is expressed by the composition formula: (Al xδL Ti (1-xδL) ) (C yδL N (1-yδL) ), the average content ratio of Al to the total amount of Ti and Al xδL and the average content ratio yδL of C in the total amount of C and N (however, xδL and yδL are both atomic ratios),
Further, when the composition of the region on the tool surface side of the region bisected in the layer thickness direction is expressed by the composition formula: (Al xδH Ti (1-xδH) ) (C yδH N (1-yδH) ), The average content ratio xδH of Al in the total amount of Ti and Al, and the average content ratio yδH of C in the total amount of C and N (however, xδH and yδH are both atomic ratios),
xα≦xδH<xδL<xβ or xβ<xδL<xδH≦xα, and
satisfies 0.0000≦yδH≦0.0150 and 0.0000≦yδL≦0.0150,
(b) The TiAlCN layer δ satisfies 0.1 μm≦Lδ≦1.0 μm, where Lδ is the average layer thickness.
The surface-coated cutting tool according to any one of claims 5 to 9, characterized in that:
前記β層は、前記工具基体の表面と垂直な縦断面から分析した場合、立方晶構造を有する結晶粒を９０面積％以上含む、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の表面被覆切削工具。 When analyzed from a longitudinal section perpendicular to the surface of the tool base, the α layer contains 70 area % or more and 95 area % or less of crystal grains having a hexagonal crystal structure,
The β layer contains 90 area % or more of crystal grains having a cubic crystal structure when analyzed from a longitudinal section perpendicular to the surface of the tool base.
The surface-coated cutting tool according to any one of claims 1 to 10 .
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