WO2012043459A1 - 切削工具 - Google Patents

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真宏 脇
充 長谷川
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京セラ株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a cutting tool having a coating layer formed on the surface of a substrate.
  • cutting tools require wear resistance, welding resistance, and fracture resistance
  • cutting tools with various coating layers formed on the surface of a hard substrate such as WC-based cemented carbide or TiCN-based cermet are widely used. It has been broken.
  • TiCN layers and TiAlN layers are generally widely used, but various coating layers are being developed for the purpose of improving higher wear resistance and fracture resistance.
  • Patent Document 1 discloses a film in which a part of Ti in the (TiAl) N-based coating layer is replaced with Si, and describes that the oxidation of the film can be suppressed.
  • Patent Document 2 discloses a (Ti, Al) N coating layer in which the flank face is higher than the rake face in the Ti ratio.
  • Patent Document 3 a TiAlN-based hard coating having a thickness of 1 to 5 ⁇ m is formed on the surface of a substrate, and coarse particles having a size larger than the thickness present in the hard coating are 5 area% or less. Further, it is described that when the surface roughness Ra is 0.1 ⁇ m or less or the surface roughness Rz is 1 ⁇ m or less, the welding resistance and the wear resistance of the hard coating are improved.
  • Patent Document 1 even if a coating layer containing Ti, Al, Si is formed, the wear resistance and fracture resistance are not necessarily sufficient, and further improvement in wear resistance and fracture resistance is achieved. Was desired. Further, even with a coating layer having a difference in the ratio of Ti between the rake face and the flank as in Patent Document 2 and a coating layer with fewer coarse particles on the surface of the coating layer as in Patent Document 3, further improvement in wear resistance is achieved. Was demanded.
  • an object of the present invention is to provide a cutting tool provided with a coating layer capable of improving both oxidation resistance and fracture resistance on a rake face and a flank face.
  • the cutting tool of the present invention includes Ti 1-abc Al a Si b Mc (C 1-x N x ) (where M 1 is coated on the surface of a cutting tool base having a rake face and a flank face. Is at least one selected from Group 4, 5 and 6 metals in the periodic table excluding Ti and rake face, 0.3 ⁇ a ⁇ 0.7, 0.01 ⁇ b ⁇ 0.2, 0 ⁇ c ⁇ 0.3, 0 ⁇ the x ⁇ 1) coating layer, when the ratio of Si r of Si of the coating layer in the rake face, the ratio of Si in the coating layer in the flank face was Si f, Si f / with Si r is 1.05 to 3.2, the ratio of Al in the coating layer in the rake face Al r, when the ratio of Al in the coating layer in the flank face was Al f, Al r / Al f is made from the configuration 1.03 to 1.6.
  • the Si ratio in the coating layer having a predetermined composition range has a composition in which the flank is larger than the rake face, and the Al ratio in the coating layer is higher than the rake face in the rake face.
  • the oxidation resistance of the coating layer on the rake face is high, and the progress of wear due to chip welding and oxidation can be suppressed.
  • the chipping resistance of the coating layer on the flank surface is high and a smooth machined surface can be created, and the wear of the flank surface that proceeds from chipping can be suppressed, resulting in severe cutting such as machining of difficult-to-cut materials. Cutting with excellent wear resistance and welding resistance is possible even under conditions, and a smooth and dull cutting surface can be realized.
  • FIG. 2 shows an example of the cutting tool of the present invention, (a) a schematic perspective view, and (b) an XX sectional view of (a). It is a SEM photograph about the surface of a coating layer about an example of the cutting tool of FIG. 1, (a) Rake face, (b) It is a SEM photograph about a flank.
  • FIG. 1 ((a) schematic perspective view, (b) (XX) sectional view of (a)) which is a preferred embodiment example of the cutting tool of the present invention, and an example of the cutting tool of FIG. A description will be given with reference to FIG. 2 which is a scanning electron microscope (SEM) photograph of the surface of the coating layer on the rake face and (b) the flank face.
  • SEM scanning electron microscope
  • the cutting tool 1 has a rake face 3 on the main surface, a flank face 4 on the side face, and a cutting edge 5 on the intersecting ridge line between the rake face 3 and the flank face 4.
  • the covering layer 6 is formed.
  • the covering layer 6 is Ti 1 -abc Al a Si b Mc (C 1-x N x ) (where M is at least selected from Group 4, 5, 6 metals of the periodic table excluding Ti and Y) 1 type, on the rake face 3, 0.3 ⁇ a ⁇ 0.7, 0.01 ⁇ b ⁇ 0.2, 0 ⁇ c ⁇ 0.3, 0 ⁇ x ⁇ 1: That is, 30 atomic% ⁇ a ⁇ 70 atom%, 1 atom% ⁇ b ⁇ 20 atom%, 0 atom% ⁇ c ⁇ 30 atom%, 0 atom% ⁇ x ⁇ 100 atom%).
  • a desirable range of a is 0.3 ⁇ a ⁇ 0.7, particularly 0.44 ⁇ a ⁇ 0.65.
  • a desirable range of b is 0.02 ⁇ b ⁇ 0.2, particularly 0.03 ⁇ b ⁇ 0.1.
  • c is larger than 0.3, the coefficient of friction becomes large and welding resistance cannot be obtained.
  • a desirable range of c is 0.02 ⁇ c ⁇ 0.22, particularly 0.03 ⁇ c ⁇ 0.15.
  • the metal M is at least one selected from Group 4, 5, 6 metals of the periodic table excluding Ti and Y, that is, 1 selected from Nb, W, Mo, Ta, Hf, Cr, Zr, V, Y. Among them, it is desirable to contain Nb or W from the viewpoint of excellent hardness, and it is desirable to contain Nb or Mo from the viewpoint of the most excellent wear resistance and oxidation resistance.
  • the flank 4 0.3 ⁇ a ⁇ 0.6, 0.02 ⁇ b ⁇ 0.3, 0 ⁇ c ⁇ 0.3, 0 ⁇ x ⁇ 1, that is, 30 atomic% ⁇ a ⁇ . It is desirable to have a configuration of 60 atomic%, 2 atomic% ⁇ b ⁇ 30 atomic%, 0 atomic% ⁇ c ⁇ 30 atomic%, and 0 atomic% ⁇ x ⁇ 100 atomic%.
  • this coating layer 6 the ratio of Si r of Si of coating layer 6 on the rake face 3, when the ratio of Si in the coating layer 6 in the flank face 4 and the Si f, is Si f / Si r ratio 1 0.05 to 3.2, and the Al ratio of the coating layer 6 on the rake face 3 is Al r , and the Al ratio of the coating layer 6 on the flank face 4 is Al f , the Al r / Al f ratio is It has a configuration of 1.03 to 1.6.
  • the oxidation resistance of the coating layer 6 on the rake face 3 is high, the progress of wear due to chip welding and oxidation can be suppressed, and the chipping resistance of the coating layer 6 on the flank face 4 is high, so As a result of being able to smooth the machining surface and suppressing the abrasion that proceeds from chipping, the cutting tool 1 having a long life can be formed by forming a smooth machining surface even under cutting conditions in which welding or chipping is likely to occur.
  • the Si r / Ti r ratio on the rake face 3 Preferably has a configuration smaller than the Si f / Ti f ratio in the flank 4, and the Al r / Ti r ratio in the rake surface 3 is larger than the Al f / Ti f ratio in the flank 4. This is desirable for enhancing the welding resistance on the rake face 3 and the chipping resistance on the flank face 4.
  • the ratio of each element in the coating layer 6 can be measured using an energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX, EDS) analyzer provided in the transmission electron microscope measurement device.
  • the ratio of Ti is calculated by the ratio between the total peak intensity of each element and the peak intensity of Ti element.
  • the peak of the Ti L ⁇ ray (energy around 0.4 keV) in the energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis method overlaps with the peak of the K ⁇ ray of N element and cannot be measured accurately. In the case where there is a possibility of being contained, this peak is excluded from the peak used for the calculation, and the ratio of Ti (Ti r , Ti f ) is obtained using the peak of Ti K ⁇ ray (energy around 4.5 keV). Then, the ratio of each metal including Si r , Si f , Al r , and Al f is calculated from the amount thereof, and the ratio Si r / Si f ratio and Al r / Al f ratio are obtained. In addition, according to the present invention, when measuring Al r and Al f , the average value is obtained based on the measured values at five or more locations on the coating layer 6.
  • the chipping resistance it is desirable for the chipping resistance to improve that the film thickness of the coating layer 6 in the flank 4 is larger than the film thickness of the coating layer 6 in the rake face 3. Desirable range of the ratio t r / t f between the thickness t f of the coating layer 6 in the thickness t r and the flank 4 of the coating layer 6 on the rake face 3 is from 0.45 to 0.85.
  • a granular material called droplet 7 exists on the surface of the coating layer 6.
  • the rake face 3 has a higher ratio of Si in the droplet 7 on the flank face 7 than the Si ratio in the droplet 7 on the rake face 3.
  • the droplets 7 have high oxidation resistance and are not easily altered during cutting, and the rake face 3 has a smooth surface portion.
  • the ratio of Si rDR / Si fDR is 0.48 to 0.73 from the viewpoint of improving the surface roughness of the work material by suppressing welding on the flank.
  • the Al rDR / Al fDR ratio is preferably 2.42 to 3.29 from the viewpoint that both the wear resistance of the rake face 3 and the flank face 4 can be optimized.
  • a particularly desirable range of the Al rDR / Al fDR ratio is 2.60 to 3.2.
  • Ti rDR Ti ratio of the droplet 7 formed on the surface of the rake face 3 of the coating layer 6
  • Ti fDR Ti ratio of the droplet 7 formed on the surface of the flank 4
  • Ti fDR ratio 0.40 to 0.70 because both chipping resistance on the rake face 3 and the flank face 4 can be optimized.
  • a particularly desirable range of the Ti rDR / Ti fDR ratio is 0.42 to 0.65.
  • the number of droplets 7 present on the flank 4 is less than the number of droplets 7 present on the rake face 3, while reducing the temperature rise of the coating layer 6 on the rake face 3,
  • the flank 4 is desirable in that the cutting surface of the work material can be smoothed.
  • C and N which are non-metallic components of the coating layer 6 are excellent in hardness and toughness required for a cutting tool, and a particularly desirable range of x (N composition ratio) is 0.5 ⁇ x ⁇ 1. .
  • the composition of the coating layer 6 can be measured by energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) or X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
  • the substrate 2 may be a cemented carbide or cermet hard alloy composed of a hard phase mainly composed of tungsten carbide or titanium carbonitride and a binder phase mainly composed of an iron group metal such as cobalt or nickel, or silicon nitride.
  • Hard materials such as ultra-high pressure sintered bodies that fire ceramics and aluminum oxide as a main component, hard phases composed of polycrystalline diamond and cubic boron nitride and binder phases such as ceramics and iron group metals under ultra-high pressure Preferably used.
  • a physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be applied as a method for forming the surface coating layer 6, and a method for forming such droplets 7 on the surface of the coating layer 6 is an arc.
  • PVD physical vapor deposition
  • An ion plating method is preferably used.
  • a tool-shaped substrate is produced using a conventionally known method.
  • a coating layer is formed on the surface of the substrate.
  • PVD physical vapor deposition
  • a physical vapor deposition (PVD) method such as an ion plating method or a sputtering method can be suitably applied as the coating layer forming method. The details of an example of the film forming method will be described.
  • metal titanium Ti
  • metal aluminum Al
  • optionally metal silicon Si
  • metal M M
  • M is used for a metal target or a composite alloy target each independently containing one or more selected from Group 4, 5, 6 elements and Y of the periodic table excluding Ti).
  • the main target is set on the side surface of the chamber, the target having a higher Si ratio than the other metal is set on the side surface of the chamber, and the target having a higher ratio of the other metal is set on the upper surface of the chamber.
  • the film is formed by applying an appropriate arc current to each target.
  • the composition of the formed coating layer and droplet can be set to a predetermined configuration.
  • a method for producing the target when a sintered target obtained by mixing and solidifying metal powder is used, droplets deposited on the surface of the coating layer are used rather than using an alloy target obtained by melting and resolidifying a metal component. The amount tends to increase.
  • Film formation conditions include using these targets to evaporate and ionize the metal source by arc discharge, glow discharge, or the like, and simultaneously use nitrogen (N 2 ) gas as a nitrogen source or methane (CH 4 ) / acetylene as a carbon source ( A coating layer and a droplet are formed by an ion plating method or a sputtering method in which a C 2 H 2 ) gas is reacted.
  • N 2 nitrogen
  • CH 4 methane
  • acetylene acetylene
  • a coating layer and a droplet are formed by an ion plating method or a sputtering method in which a C 2 H 2 ) gas is reacted.
  • the base is set so that the flank face is substantially parallel to the side face of the chamber and the scoop face is substantially parallel to the upper face of the chamber.
  • an arc current of 100 to 200 A flows through the main target and an 80 to 200 A arc current flows through the sub-target disposed on the upper surface.
  • each vaporized metal component present in the plasma by applying a magnetic field to the generated arc plasma, such as by placing a magnet in a direction perpendicular to the target direction with respect to the generated arc plasma.
  • a magnetic field such as by placing a magnet in a direction perpendicular to the target direction with respect to the generated arc plasma.
  • droplets containing a large amount of Si can be preferentially generated on the rake face.
  • the coating layer is formed by an ion plating method or a sputtering method, a coating layer having a high hardness can be produced in consideration of the crystal structure of the coating layer, and at the same time, 35 to It is preferable to apply a bias voltage of 200V.
  • the substrate was set in an arc ion plating apparatus equipped with a target shown in Table 1, the substrate was heated to 500 ° C., and a coating layer shown in Table 1 was formed at a bias voltage shown in Table 1.
  • the main target used the sintering target by the sintering method which mixed and hardened each metal powder, and set three on the side wall surface of a chamber.
  • the sub-target an alloy target or a sintered target obtained by once melting and re-solidifying each metal shown in Table 1 was set on the wall surface at the set position shown in Table 1 of the chamber.
  • the film formation conditions were as follows. Arc current shown in Table 1 was applied in an atmosphere of nitrogen gas and a total pressure of 4 Pa.
  • the resulting insert performs tissue observation at a magnification 50,000 fold with Keyence scanning electron microscope (VE8800), crystal shape and thickness of the film constituting the coating layer (t r, t f) was confirmed .
  • the composition of the coating layer is quantitatively analyzed by the ZAF method, which is a kind of energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) analysis method, at an acceleration voltage of 15 kV. was calculated Ti, by measuring the ratio of Al and Si Si r, Si f, Al r, Al f, Ti r, the Ti f for each rake face and the flank. The results are shown in Tables 1 and 2.
  • Cutting test was done on the following cutting conditions using the obtained insert.
  • the results are shown in Table 3.
  • Cutting method Shoulder (milling) Work material: SKD11
  • Cutting speed 150 m / minute feed: 0.12 mm / blade cutting: lateral cutting 10 mm, depth cutting 3 mm
  • Cutting state Dry evaluation method: At the time of cutting for 10 minutes, the amount of flank wear and the chipping state at the cutting edge are measured.
  • tungsten carbide (WC) powder having an average particle diameter of 0.8 ⁇ m, 10% by mass of metallic cobalt (Co) powder having an average particle diameter of 1.2 ⁇ m, and vanadium carbide (VC) powder having an average particle diameter of 1.0 ⁇ m.
  • Chromium carbide (Cr 3 C 2 ) powder of 0.1% by mass and average particle size of 1.0 ⁇ m was added and mixed at a rate of 0.3% by mass, and the blade tip change tool (DCGT11T302MFP manufactured by Kyocera Corporation) was formed by press molding.
  • DCGT11T302MFP manufactured by Kyocera Corporation was formed by press molding.
  • -GQ After forming into a throwaway tip shape, a binder removal treatment was performed and fired at 1450 ° C.
  • a bias voltage shown in Table 1 is applied to the substrate thus manufactured, a predetermined arc current is caused to flow through the main target, the side sub-target, and the top sub-target, and an arc current is generated.
  • a coating layer having the composition shown in Table 4 was formed at a film formation temperature of 550 ° C. while ring-shaped permanent magnets were fitted on the upper and lower surfaces of the chamber and a magnetic field was applied from above and below the target material.
  • any three positions of the rake face and flank face on the surface of the coating layer and droplets formed on the rake face and flank face were observed, and the droplets in one field of view were large.
  • Ten compositions of each are measured by energy dispersive spectroscopy (EDX) (EDAX manufactured by Ametech Co., Ltd.), and the average value is calculated as the composition of the rake face, flank face, and droplets on each face of the coating layer. did.
  • the average ratios (atomic%) of Si, Al, and Ti for the droplets formed on the rake face are respectively Si rDR , Al rDR , TirDR , and Si and Al for the droplets formed on the flank face.
  • Ti average ratios (atomic%) were expressed as Si fDF , Al fDF , Ti fDF , respectively.
  • the Si f / Si r ratio is 1.05 to 3.2
  • the Al r / Al f ratio is 1.03 to 1.6
  • the Si fDR / Al fDR ratio is 1.03 to 1.6.

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Abstract

【課題】　すくい面および逃げ面における耐酸化性および耐欠損性をともに高めることができる被覆層を備えた切削工具を提供する。 【解決手段】　すくい面３と逃げ面４とを有する切削工具１の基体の表面に被覆されたＴｉ１－ａ－ｂ－ｃＡｌａＳｉｂＭｃ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族金属およびＹから選ばれる少なくとも１種、すくい面３において、０．３≦ａ≦０．７、０．０１≦ｂ≦０．２、０≦ｃ≦０．３、０＜ｘ≦１）被覆層６について、すくい面３における被覆層６のＳｉの比率をＳｉｒ、逃げ面４における被覆層６のＳｉの比率をＳｉｆとしたとき、Ｓｉｆ／Ｓｉｒ比が１．０５～３．２であるとともに、すくい面３における被覆層６のＡｌの比率をＡｌｒ、逃げ面４における被覆層６のＡｌの比率をＡｌｆとしたとき、Ａｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３～１．６からなる切削工具１である。

Description

切削工具
　本発明は基体の表面に被覆層が成膜されている切削工具に関する。
　切削工具は耐摩耗性や耐溶着性、耐欠損性が必要とされるため、ＷＣ基超硬合金やＴｉＣＮ基サーメット等の硬質基体の表面に様々な被覆層を成膜した切削工具が広く使われている。
　かかる被覆層として、ＴｉＣＮ層やＴｉＡｌＮ層が一般的に広く採用されているが、より高い耐摩耗性と耐欠損性の向上を目的として種々の被覆層が開発されつつある。
　例えば、特許文献１では、（ＴｉＡｌ）Ｎ系被覆層のＴｉの一部をＳｉで置換した皮膜が開示され、皮膜の酸化を抑制できることが記載されている。また、特許文献２では、Ｔｉの比率がすくい面よりも逃げ面が高い（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ被覆層が開示されている。さらに、特許文献３では、基材の表面に、厚みが１～５μｍのＴｉＡｌＮ系の硬質被膜を形成し、硬質被膜に存在する膜厚以上の大きさを持った粗大粒子が５面積％以下で、その表面粗さＲａが０．１μｍ以下、または表面粗さＲｚが１μｍ以下とすることにより、硬質被膜の耐溶着性や耐摩耗性が向上することが記載されている。
特開平０９－２９５２０４号公報 特開２００８－２６４９７５号公報 特開２００２－３４６８１２号公報
　しかしながら、特許文献１のように、Ｔｉ、Ａｌ、Ｓｉを含有する被覆層を形成しても耐摩耗性および耐欠損性は必ずしも十分とは言えず、更なる耐摩耗性と耐欠損性の向上が望まれていた。また、特許文献２のようにすくい面と逃げ面におけるＴｉの比率に差がある被覆層や、特許文献３のように被覆層表面の粗大粒子を少なくした被覆層でも、さらなる耐摩耗性の向上が求められていた。
　そこで、本発明は、すくい面および逃げ面における耐酸化性および耐欠損性をともに高めることができる被覆層を備えた切削工具を提供することを目的とする。
　本発明の切削工具は、すくい面と逃げ面とを有する切削工具基体の表面に被覆されたＴｉ１－ａ－ｂ－ｃＡｌａＳｉｂＭｃ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族金属およびＹから選ばれる少なくとも１種、すくい面において、０．３≦ａ≦０．７、０．０１≦ｂ≦０．２、０≦ｃ≦０．３、０＜ｘ≦１）被覆層について、前記すくい面における前記被覆層のＳｉの比率をＳｉｒ、前記逃げ面における前記被覆層のＳｉの比率をＳｉｆとしたとき、Ｓｉｆ／Ｓｉｒが１．０５～３．２であるとともに、前記すくい面における前記被覆層のＡｌの比率をＡｌｒ、前記逃げ面における前記被覆層のＡｌの比率をＡｌｆとしたとき、Ａｌｒ／Ａｌｆが１．０３～１．６の構成からなる。
　本発明の切削工具によれば、所定の組成範囲からなる被覆層中のＳｉの比率は逃げ面がすくい面よりも多い組成からなるとともに、被覆層中のＡｌの比率はすくい面が逃げ面よりも多い組成からなることによって、すくい面における被覆層の耐酸化性が高くて切屑の溶着や酸化による摩耗の進行を抑制できる。また、逃げ面における被覆層の耐チッピング性が高くて平滑な加工面を作ることができるとともに、チッピングから進行する逃げ面の摩耗を抑制することができる結果、難削材の加工等の厳しい切削条件においても耐摩耗性や耐溶着性に優れた切削加工が可能であり、平滑でくすみのない切削加工面を実現することができる。
本発明の切削工具の一例を示し、（ａ）概略斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ－Ｘ断面図である。 図１の切削工具の一例について、被覆層の表面についてのＳＥＭ写真であり、（ａ）すくい面、（ｂ）逃げ面についてのＳＥＭ写真である。
　本発明の切削工具についての好適な実施態様例である図１（（ａ）概略斜視図、（ｂ）（ａ）のＸ－Ｘ断面図）、および図１の切削工具の一例について、（ａ）すくい面および（ｂ）逃げ面における被覆層の表面についての走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である図２を用いて説明する。
　図１によれば、切削工具１は、主面にすくい面３を、側面に逃げ面４を、すくい面３と逃げ面４との交差稜線に切刃５を有し、基体２の表面に被覆層６を成膜した構成となっている。
　被覆層６はＴｉ１－ａ－ｂ－ｃＡｌａＳｉｂＭｃ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族金属およびＹから選ばれる少なくとも１種、すくい面３において、０．３≦ａ≦０．７、０．０１≦ｂ≦０．２、０≦ｃ≦０．３、０＜ｘ≦１：すなわち、３０原子％≦ａ≦７０原子％、１原子％≦ｂ≦２０原子％、０原子％≦ｃ≦３０原子％、０原子％＜ｘ≦１００原子％）の構成からなる。
　ここで、ａが０．３より小さいと硬度特性と耐酸化性が得られなくなり、逆にａが０．７より大きいと立方晶から六方晶へと変わるため硬度低下が著しくなる。ａの望ましい範囲は、０．３≦ａ≦０．７であり、特に０．４４≦ａ≦０．６５である。また、ｂが０．０１より小さいと低靭性となり、逆にｂが０．２より大きいと硬度低下が著しくなる。ｂの望ましい範囲は０．０２≦ｂ≦０．２、特に０．０３≦ｂ≦０．１である。さらに、ｃが０．３より大きいと摩擦係数が大きくなり耐溶着性が得られなくなる。ｃの望ましい範囲は０．０２≦ｃ≦０．２２、特に０．０３≦ｃ≦０．１５である。
　なお、金属ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族金属およびＹから選ばれる少なくとも１種、すなわち、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｚｒ、V、Ｙから選ばれる１種以上であるが、中でもＮｂまたはＷを含有することが硬度に優れる点から望ましく、ＮｂまたはＭｏを含有することが耐摩耗性・耐酸化性に最も優れる点から望ましい。また、逃げ面４においては、０．３≦ａ≦０．６、０．０２≦ｂ≦０．３、０≦ｃ≦０．３、０＜ｘ≦１、すなわち、３０原子％≦ａ≦６０原子％、２原子％≦ｂ≦３０原子％、０原子％≦ｃ≦３０原子％、０原子％＜ｘ≦１００原子％の構成からなることが望ましい。
　そして、この被覆層６については、すくい面３における被覆層６のＳｉの比率をＳｉｒ、逃げ面４における被覆層６のＳｉの比率をＳｉｆとしたとき、Ｓｉｆ／Ｓｉｒ比が１．０５～３．２であるとともに、すくい面３における被覆層６のＡｌの比率をＡｌｒ、逃げ面４における被覆層６のＡｌの比率をＡｌｆとしたとき、Ａｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３～１．６の構成からなる。これによって、すくい面３における被覆層６の耐酸化性が高くて、切屑の溶着や酸化による摩耗の進行を抑制できるとともに、逃げ面４における被覆層６の耐チッピング性が高くて切削する際の加工面を平滑にできかつチッピングから進行する摩耗を抑制することができる結果、溶着や欠損の発生しやすい切削条件においても平滑な加工面を形成して長寿命な切削工具１とするができる。
　ここで、上記構成において、すくい面３における被覆層６のＴｉの比率をＴｉｒ、逃げ面４における被覆層６のＴｉの比率をＴｉｆとしたとき、すくい面３におけるＳｉｒ／Ｔｉｒ比は逃げ面４におけるＳｉｆ／Ｔｉｆ比よりも小さい構成からなることが望ましく、また、すくい面３におけるＡｌｒ／Ｔｉｒ比は逃げ面４におけるＡｌｆ／Ｔｉｆ比よりも大きい構成であることが、すくい面３における耐溶着性を高めるとともに逃げ面４における耐チッピング性を高める上で望ましい。
　なお、被覆層６中の各元素の比率は、透過型電子顕微鏡測定装置に備え付けられたエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ、ＥＤＳ）分析装置を用いて測定することができ、被覆層６中のＴｉの比率は各元素のピーク強度の総和とＴｉ元素のピーク強度との比率で算出される。
　ここで、エネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）分析法におけるＴｉのＬα線のピーク（エネルギー０．４ｋｅＶ付近）についてはＮ元素のＫα線のピークと重なって正確な測定ができないために、Ｎ元素が含有される可能性がある場合にはこのピークは算出に用いるピークから外してＴｉのＫα線のピーク（エネルギー４．５ｋｅＶ付近）を用いてＴｉ（Ｔｉｒ、Ｔｉｆを）の比率を求め、その量からＳｉｒ、Ｓｉｆ、Ａｌｒ、Ａｌｆを含む各金属の比率をそれぞれ算出し、その比Ｓｉｒ／Ｓｉｆ比、Ａｌｒ／Ａｌｆ比を求める。また、本発明によれば、Ａｌｒ、Ａｌｆの測定に際してはそれぞれ被覆層６の任意５箇所以上の測定値に基づいてその平均値として求めるものとする。
　また、上記構成において、逃げ面４における被覆層６の膜厚がすくい面３における被覆層６の膜厚よりも厚いことが、耐チッピング性を向上させるために望ましい。すくい面３における被覆層６の膜厚ｔｒと逃げ面４における被覆層６の膜厚ｔｆとの比ｔｒ／ｔｆの望ましい範囲は０．４５～０．８５である。
　さらに、この構成において、図２に示すように、被覆層６の表面にはドロップレット７と呼ばれる粒状物質が存在する。ドロップレット７は被覆層６とは異なる組成で存在するが、逃げ面７におけるドロップレット７中のＳｉの比率がすくい面３におけるドロップレット７中のＳｉの比率よりも高いことが、すくい面３における切屑の溶着抑制と逃げ面４におけるチッピングの抑制とのバランスの点で望ましい。
　ここで、すくい面３におけるドロップレット７のＡｌの比率をＡｌｒＤＲ、逃げ面４におけるドロップレット７のＡｌの比率をＡｌｆＤＲ、すくい面３におけるドロップレット７のＳｉの比率をＳｉｒＤＲ、逃げ面４におけるドロップレット７のＳｉの比率をＳｉｆＤＲとしたとき、ＳｉｆＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が１．０３～２．３８であり、ＳｉｒＤＲ／ＡｌｒＤＲ比が０．１２～０．４となっている。これによって、切屑が通過して高温になりやすく耐酸化性が要求されるすくい面３では、ドロップレット７の耐酸化性が高くて切削中にも変質しにくく、すくい面３の平滑な表面部の被覆層に切屑が接触して被覆層の温度が上昇することを抑制できる。また、耐摩耗性が要求される逃げ面４においては、逃げ面４に存在するドロップレット７の耐摩耗性が改善されて、逃げ面４の被覆層６の耐摩耗性が向上する。
　ここで、ＳｉｒＤＲ／ＳｉｆＤＲ比が０．４８～０．７３であることが、逃げ面における溶着を抑制して被削材の加工面粗度を改善する点で望ましい。また、ＡｌｒＤＲ／ＡｌｆＤＲ比は２．４２～３．２９であることが、すくい面３および逃げ面４における耐摩耗性をともに最適化できる点で望ましい。ＡｌｒＤＲ／ＡｌｆＤＲ比の特に望ましい範囲は２．６０～３．２である。さらに、被覆層６のすくい面３の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ比率をＴｉｒＤＲ、逃げ面４の表面に形成されるドロップレット７のＴｉ比率をＴｉｆＤＲとしたとき、ＴｉｒＤＲ／ＴｉｆＤＲ比は０．４０～０．７０であることが、すくい面３および逃げ面４における耐チッピング性をともに最適化できる点で望ましい。ＴｉｒＤＲ／ＴｉｆＤＲ比の特に望ましい範囲は０．４２～０．６５である。
　さらに、逃げ面４に存在するドロップレット７の数が、すくい面３に存在するドロップレット７の数よりも少ない構成であることが、すくい面３における被覆層６の温度上昇を緩和するとともに、逃げ面４においては被削材の切削面を平滑にできる点で望ましい。
　また、被覆層６の非金属成分であるＣ、Ｎは切削工具に必要な硬度および靭性に優れたものであり、ｘ（Ｎ組成比率）の特に望ましい範囲は０．５≦ｘ≦１である。ここで、本発明によれば、上記被覆層６の組成は、エネルギー分散型Ｘ線分光分析法（ＥＤＸ）またはＸ線光電子分光分析法（ＸＰＳ）にて測定できる。
　なお、基体２としては、炭化タングステンや炭窒化チタンを主成分とする硬質相とコバルト、ニッケル等の鉄族金属を主成分とする結合相とからなる超硬合金やサーメットの硬質合金、窒化ケイ素や酸化アルミニウムを主成分とするセラミックス、多結晶ダイヤモンドや立方晶窒化ホウ素からなる硬質相とセラミックスや鉄族金属等の結合相とを超高圧下で焼成する超高圧焼結体等の硬質材料が好適に使用される。
　表面被覆層６の成膜方法としてはイオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が適応可能であり、このようなドロップレット７を被覆層６表面上に形成する方法としてはアークイオンプレーティング法が好適に用いられる。
　（製造方法）
　次に、本発明の切削工具の製造方法の一例について説明する。
まず、工具形状の基体を従来公知の方法を用いて作製する。次に、基体の表面に、被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。成膜方法の一例についての詳細について説明すると、被覆層をイオンプレーティング法で作製する場合には、金属チタン（Ｔｉ）、金属アルミニウム（Ａｌ）、および所望により金属シリコン（Ｓｉ）、金属Ｍ（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族元素およびＹから選ばれる１種以上）をそれぞれ独立に含有する金属ターゲットまたは複合化した合金ターゲットに用いる。
　このとき、本発明によれば、メインターゲットをチャンバの側面にセットし、かつ他の金属に比べてＳｉの比率が多いターゲットをチャンバの側面に、他の金属の比率が高いターゲットをチャンバの上面にセットし、各々のターゲットにそれぞれ適正なアーク電流を流して成膜する。その結果、成膜された被覆層およびドロップレットの組成を、所定の構成とすることができる。なお、ターゲットの作製方法としては、金属粉末を混合して焼き固めた焼結ターゲットを用いると、金属成分を溶融させて再度固化させた合金ターゲットを用いるより、被覆層の表面に析出するドロップレットの量が多くなる傾向にある。
　成膜条件としては、これらのターゲットを用いて、アーク放電やグロー放電などにより金属源を蒸発させイオン化すると同時に、窒素源の窒素（Ｎ２）ガスや炭素源のメタン（ＣＨ４）／アセチレン（Ｃ２Ｈ２）ガスと反応させるイオンプレーティング法またはスパッタリング法によって被覆層およびドロップレットを成膜する。このとき、基体のセット位置は逃げ面がチャンバの側面とほぼ平行に、かつすくい面がチャンバの上面とほぼ平行な向きにセットする。この時、メインターゲットには１００～２００Ａ、上面に配置するサブターゲットには８０～２００Ａのアーク電流を流す。
　そして、発生したアークプラズマに対してターゲットの向きと垂直な向きに磁石を配置する等の方法にて、発生したアークプラズマに磁場を与えることによって、プラズマ内に存在する蒸発した各金属成分の存在状態を変化させることにより、Ｓｉを多く含有するドロップレットをすくい面に優先的に発生させることができる。なお、イオンプレーティング法やスパッタリング法で上記被覆層を成膜する際には、被覆層の結晶構造を考慮して高硬度な被覆層を作製できるとともに基体との密着性を高めるために３５～２００Ｖのバイアス電圧を印加することが好ましい。
　平均粒径０．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末に対して、金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．８質量％の割合で添加、混合し、京セラ株式会社製の刃先交換式切削工具（ＢＤＭＴ１１Ｔ３０８ＥＲ－ＪＴ）インサート形状に成型して焼成した。そして、研削工程を経た後、アルカリ、酸、蒸留水の順によって表面を洗浄して切削インサート基体を作製した。
　そして、表１に示すターゲットを装着したアークイオンプレーティング装置内に上記基体をセットし基体を５００℃に加熱して、表１に示すバイアス電圧にて表１に示す被覆層を成膜した。なお、メインターゲットは各金属粉末を混合して焼き固めた焼結法による焼結ターゲットを用い、チャンバの側壁面に３個セットした。また、サブターゲットは表１に記載の各金属を一旦溶融させて再度固化させた合金ターゲットまたは焼結ターゲットを用い、チャンバの表１に示すセット位置の壁面に１個セットした。また、成膜条件は窒素ガスを総圧力４Ｐａの雰囲気中、表１に示すアーク電流を印加した。
　得られたインサートについて、キーエンス社製走査型電子顕微鏡（VE8800）を用いて倍率５００００倍にて組織観察を行い、被覆層を構成する結晶の形状や膜厚（ｔｒ、ｔｆ）を確認した。また、同装置に付随のＥＤＡＸアナライザ（AMETEK EDAX-VE9800）を用いて加速電圧１５ｋＶにてエネルギー分散型Ｘ線分光（ＥＤＸ）分析法の一種であるＺＡＦ法により被覆層の組成の定量分析を行い、すくい面と逃げ面それぞれについてＴｉ、ＡｌおよびＳｉの比率を測定してＳｉｒ、Ｓｉｆ、Ａｌｒ、Ａｌｆ、Ｔｉｒ、Ｔｉｆを算出した。結果は表１、２に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　また、すくい面および逃げ面におけるドロップレットを大きい順に１０個選択し、各ドロップレットの組成を測定してＳｉの比率を求め、これら１０個のドロップレットのＳｉ比率の平均値を算出した。なお、この方法で測定できなかった元素については、ＰＨＩ社製Ｘ線光電子分光分析装置（Quantum2000）を用い、Ｘ線源はモノクロＡｌＫ（２００μｍ、３５Ｗ、１５ｋＶ）を測定領域約２００μｍに照射して測定を行った。さらに、すくい面および逃げ面におけるドロップレットの存在比率を比較するために、直径１μｍ以上のドロップレットのみを選んで、被覆層の表面全体に対するドロップレットの占有面積と平均粒径を測定した。結果は表３に示した。
　さらに、得られたインサートを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表３に記載した。
切削方法：肩削り（ミリング加工）
被削材　：ＳＫＤ１１
切削速度：１５０ｍ／分
送り　　：０．１２ｍｍ／刃
切り込み：横切り込み１０ｍｍ、深さ切り込み３ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：１０分間切削した時点で、逃げ面摩耗量と切刃におけるチッピング状態を測定。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表１～３より、Ａｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３より小さい試料Ｎｏ．Ｉ－７では、酸化の進行によりクレータ摩耗が大きく、Ｓｉを含有しない試料Ｎｏ．Ｉ－８およびＡｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３より小さい試料Ｎｏ．Ｉ－８、９では、チッピングが発生し、またはチッピングからの異常摩耗が発生した。
　これに対し、Ｓｉｆ／Ｓｉｒ比が１．０５～３．２でかつＡｌｒ／Ａｌｆ比１．０３～１．６の試料Ｎｏ．Ｉ－１～６では、耐欠損性と耐摩耗性が良くて切削性能に優れたものであった。
　平均粒径０．８μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末を主成分として、平均粒径１．２μｍの金属コバルト（Ｃｏ）粉末を１０質量％、平均粒径１．０μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）粉末を０．１質量％、平均粒径１．０μｍの炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を０．３質量％の割合で添加し混合して、プレス成形により京セラ株式会社製の刃先交換工具（ＤＣＧＴ１１Ｔ３０２ＭＦＰ－ＧＱ）形状のスローアウェイチップ形状に成形した後、脱バインダ処理を施し、０．０１Ｐａの真空中、１４５０℃で１時間焼成して超硬合金を作製した。また、各試料のすくい面表面をブラスト加工、ブラシ加工等によって研磨加工した。さらに、作製した超硬合金にブラシ加工にて刃先処理（ホーニング）を施した。
　このようにして作製した基体に対して、表１に示すバイアス電圧を印加し、メインターゲット、側面のサブターゲット、上面のサブターゲットに対して所定のアーク電流をそれぞれ流し、かつアーク電流を発生させたターゲット材に対して、チャンバの上下面にリング状の永久磁石をはめ込んで上下方向から磁場を与えながら、成膜温度５５０℃として表４に示す組成の被覆層を成膜した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　得られた試料に対して、被覆層の表面のすくい面及び逃げ面の各面の任意３箇所およびすくい面および逃げ面表面上に形成されたドロップレットを観察し、１視野におけるドロップレットの大きいものから各１０個の組成をエネルギー分散分光分析（ＥＤＸ）（アメテック社製ＥＤＡＸ）によって測定し、これらの平均値を被覆層のすくい面、逃げ面および各面表面上のドロップレットの組成として算出した。表５、６中、すくい面に形成されたドロップレットについてＳｉ，Ａｌ，Ｔｉの平均比率（原子％）をそれぞれＳｉｒＤＲ、ＡｌｒＤＲ、ＴｉｒＤＲ、逃げ面に形成されたドロップレットについてＳｉ，Ａｌ，Ｔｉの平均比率（原子％）をそれぞれＳｉｆＤＦ、ＡｌｆＤＦ、ＴｉｆＤＦと表記した。なお、上記観察において、試料Ｎｏ．II－１～８、１１では図２と同様に、１視野に観察されるドロップレットの数がすくい面のほうが逃げ面よりも多かったが、試料Ｎｏ．９、１０では同等であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
　次に、得られたスローアウェイチップを用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。結果は表６に示した。
切削方法：外径旋削加工
被削材　：炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
切削速度：１２０ｍ／分
送り　　：０．０５ｍｍ／ｒｅｖ
切り込み：１．２ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：工具寿命まで加工できた加工数を確認し、そのときの摩耗形態を確認した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
　表４～６に示す結果より、すくい面におけるＳｉｒＤＲ／ＡｌｒＤＲ比が０．１２よりも小さい試料Ｎｏ．II－８では欠損が発生し、すくい面におけるＳｉｒＤＲ／ＡｌｒＤＲ比が０．４を超える試料Ｎｏ．II－９では、チッピングが発生した。また、逃げ面におけるＳｉｆＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が１．０３よりも小さい試料Ｎｏ．II－１０では、クレータ摩耗が大きい結果となり、逃げ面におけるＳｉｆＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が２．３８を超える試料Ｎｏ．II－１１ではチッピングが多発する結果となった。
　これに対して、Ｓｉｆ／Ｓｉｒ比が１．０５～３．２、かつＡｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３～１．６からなるとともに、ＳｉｆＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が１．０３～２．３８であり、ＳｉｒＤＲ／ＡｌｒＤＲ比が０．１２～０．４の範囲内である試料Ｎｏ．II－１～７では、いずれも耐チッピング性に優れて良好な切削性能を発揮した。
　１　切削工具
　２　基体
　３　すくい面
　４　逃げ面
　５　切刃
　６　被覆層
　７　ドロップレット

Claims (8)

  1. 　すくい面と逃げ面とを有する切削工具基体の表面に被覆されたＴｉ１－ａ－ｂ－ｃＡｌａＳｉｂＭｃ（Ｃ１－ｘＮｘ）（ただし、ＭはＴｉを除く周期表第４、５、６族金属およびＹから選ばれる少なくとも１種、すくい面において、０．３≦ａ≦０．７、０．０１≦ｂ≦０．２、０≦ｃ≦０．３、０＜ｘ≦１）被覆層について、前記すくい面における前記被覆層のＳｉの比率をＳｉｒ、前記逃げ面における前記被覆層のＳｉの比率をＳｉｆとしたとき、Ｓｉｆ／Ｓｉｒ比が１．０５～３．２であるとともに、前記すくい面における前記被覆層のＡｌの比率をＡｌｒ、前記逃げ面における前記被覆層のＡｌの比率をＡｌｆとしたとき、Ａｌｒ／Ａｌｆ比が１．０３～１．６からなる切削工具。
  2. 　前記すくい面における前記被覆層のＴｉの比率をＴｉｒ、前記逃げ面における前記被覆層のＴｉの比率をＴｉｆとしたとき、前記被覆層におけるＳｉ／Ｔｉ比について、前記すくい面におけるＳｉｒ／Ｔｉｒ比は前記逃げ面におけるＳｉｆ／Ｔｉｆ比よりも小さい構成であって、且つ、前記被覆層におけるＡｌ／Ｔｉ比について、前記すくい面におけるＡｌｒ／Ｔｉｒ比は前記逃げ面におけるＡｌｆ／Ｔｉｆ比よりも大きい請求項１記載の切削工具。
  3. 　前記逃げ面における前記被覆層の厚みが前記すくい面における前記被覆層の厚みよりも厚い請求項１または２記載の切削工具。
  4. 　前記被覆層の表面にドロップレットが存在するとともに、前記逃げ面における前記ドロップレット中のＳｉの比率が前記すくい面における前記ドロップレット中のＳｉの比率よりも高い請求項１乃至３のいずれか記載の切削工具。
  5. 　前記すくい面における前記ドロップレットのＡｌの比率をＡｌｒＤＲ、前記逃げ面における前記ドロップレットのＡｌの比率をＡｌｆＤＲ、前記すくい面における前記ドロップレットのＳｉの比率をＳｉｒＤＲ、前記逃げ面における前記ドロップレットのＳｉの比率をＳｉｆＤＲとしたとき、ＳｉｆＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が１．０３～２．３８であり、ＳｉｒＤＲ／ＡｌｒＤＲ比が０．１２～０．４である請求項４記載の切削工具。
  6. 　ＳｉｒＤＲ／ＳｉｆＤＲ比が０．４８～０．７３である請求項５記載の切削工具。
  7. 　前記ＡｌｒＤＲ／ＡｌｆＤＲ比が２．４２～３．２９で、前記ＴｉｒＤＲ／ＴｉｆＤＲ比が０．４０～０．７０である請求項５または６記載の切削工具。
  8. 　前記逃げ面に存在する前記ドロップレットの数が、前記すくい面に存在する前記ドロップレットの数よりも少ない請求項４乃至７のいずれか記載の切削工具。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014069297A (ja) * 2012-09-29 2014-04-21 Kyocera Corp 切削工具
WO2014104111A1 (ja) * 2012-12-27 2014-07-03 京セラ株式会社 切削工具
RU2532620C1 (ru) * 2013-07-23 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
RU2532632C1 (ru) * 2013-07-12 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
EP2868408A4 (en) * 2012-06-27 2016-02-24 Kyocera Corp CUTTING TOOL
WO2019181220A1 (ja) 2018-03-19 2019-09-26 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2115039A2 (en) 2007-02-08 2009-11-11 Dow Corning Corporation Heteroelement siloxane compounds and polymers
DE102012200378A1 (de) * 2012-01-12 2013-07-18 Federal-Mogul Burscheid Gmbh Kolbenring
JP5974940B2 (ja) * 2013-03-14 2016-08-23 三菱マテリアル株式会社 交換式切削ヘッド
WO2015146507A1 (ja) * 2014-03-25 2015-10-01 兼房株式会社 切削工具
US10570501B2 (en) 2017-05-31 2020-02-25 Kennametal Inc. Multilayer nitride hard coatings
KR102638088B1 (ko) 2023-09-08 2024-02-19 한국야금 주식회사 경질피막이 형성된 절삭공구

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09295204A (ja) 1996-04-26 1997-11-18 Hitachi Tool Eng Ltd 表面被覆スローアウェイインサート
JP2002346812A (ja) 2001-05-25 2002-12-04 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削工具及びホルダ付き工具
WO2008078592A1 (ja) * 2006-12-25 2008-07-03 Kyocera Corporation 表面被覆工具および被切削物の加工方法
JP2008264975A (ja) 2007-04-24 2008-11-06 Kyocera Corp 表面被覆切削工具
WO2011122554A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3452726B2 (ja) * 1996-06-05 2003-09-29 日立ツール株式会社 多層被覆硬質工具
JP3850085B2 (ja) * 1996-12-11 2006-11-29 京セラ株式会社 切削工具用被覆サーメット
JP3451877B2 (ja) * 1997-03-10 2003-09-29 三菱マテリアル株式会社 耐摩耗性のすぐれた表面被覆超硬合金製切削工具
JP3417907B2 (ja) * 2000-07-13 2003-06-16 日立ツール株式会社 多層皮膜被覆工具
JP2002166307A (ja) 2000-11-30 2002-06-11 Kyocera Corp 切削工具
DE60124061T2 (de) * 2000-12-28 2007-04-12 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho, Kobe Hartstoffschicht für Schneidwerkzeuge
DE10262174B4 (de) * 2001-07-23 2007-03-15 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.), Kobe Harte verschleissfeste Schicht, Verfahren zum Bilden derselben und Verwendung
SE526338C2 (sv) * 2002-09-04 2005-08-23 Seco Tools Ab Skär med utskiljningshärdad slitstark refraktär beläggning
SE526339C2 (sv) * 2002-09-04 2005-08-23 Seco Tools Ab Skär med slitstark refraktär beläggning med kompositstruktur
US7211138B2 (en) * 2003-02-07 2007-05-01 Kabushiki Kaisha Kobe Seiko Sho (Kobe Steel, Ltd.) Hard film, method of forming the same and target for hard film formation
JP4083102B2 (ja) * 2003-10-03 2008-04-30 日立ツール株式会社 多層皮膜被覆工具及びその被覆方法
JP5060714B2 (ja) * 2004-09-30 2012-10-31 株式会社神戸製鋼所 耐摩耗性および耐酸化性に優れた硬質皮膜、並びに該硬質皮膜形成用ターゲット
JP4702520B2 (ja) * 2005-02-14 2011-06-15 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の高速切削加工で硬質被覆層がすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆超硬合金製切削工具
JP2007046103A (ja) * 2005-08-10 2007-02-22 Hitachi Tool Engineering Ltd 硬質皮膜
JP5005262B2 (ja) * 2006-05-26 2012-08-22 三菱マテリアル株式会社 高硬度鋼の高速切削加工できわめて優れた仕上げ面精度を長期にわたって発揮する表面被覆立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具
JP5188133B2 (ja) * 2006-09-27 2013-04-24 京セラ株式会社 切削工具
SE0602814L (sv) * 2006-12-27 2008-06-28 Sandvik Intellectual Property Skärverktyg med multiskiktbeläggning
JP5383019B2 (ja) * 2007-09-11 2014-01-08 京セラ株式会社 エンドミル
CN101848782B (zh) * 2008-03-26 2012-08-08 京瓷株式会社 切削工具
WO2011122553A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具
JP5542925B2 (ja) * 2010-05-27 2014-07-09 京セラ株式会社 切削工具

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09295204A (ja) 1996-04-26 1997-11-18 Hitachi Tool Eng Ltd 表面被覆スローアウェイインサート
JP2002346812A (ja) 2001-05-25 2002-12-04 Ngk Spark Plug Co Ltd 切削工具及びホルダ付き工具
WO2008078592A1 (ja) * 2006-12-25 2008-07-03 Kyocera Corporation 表面被覆工具および被切削物の加工方法
JP2008264975A (ja) 2007-04-24 2008-11-06 Kyocera Corp 表面被覆切削工具
WO2011122554A1 (ja) * 2010-03-29 2011-10-06 京セラ株式会社 切削工具

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2623241A4

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2868408A4 (en) * 2012-06-27 2016-02-24 Kyocera Corp CUTTING TOOL
US9643257B2 (en) 2012-06-27 2017-05-09 Kyocera Corporation Cutting tool
JP2014069297A (ja) * 2012-09-29 2014-04-21 Kyocera Corp 切削工具
WO2014104111A1 (ja) * 2012-12-27 2014-07-03 京セラ株式会社 切削工具
JP5883161B2 (ja) * 2012-12-27 2016-03-09 京セラ株式会社 切削工具
EP2939770A4 (en) * 2012-12-27 2016-07-27 Kyocera Corp CUTTING TOOL
JPWO2014104111A1 (ja) * 2012-12-27 2017-01-12 京セラ株式会社 切削工具
US9579728B2 (en) 2012-12-27 2017-02-28 Kyocera Corporation Cutting tool
RU2532632C1 (ru) * 2013-07-12 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
RU2532620C1 (ru) * 2013-07-23 2014-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" Способ получения износостойкого покрытия для режущего инструмента
WO2019181220A1 (ja) 2018-03-19 2019-09-26 住友電工ハードメタル株式会社 表面被覆切削工具
US11534836B2 (en) 2018-03-19 2022-12-27 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool

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