[go: up one dir, main page]

JP2008264989A - Cutting tools - Google Patents

Cutting tools Download PDF

Info

Publication number
JP2008264989A
JP2008264989A JP2008018913A JP2008018913A JP2008264989A JP 2008264989 A JP2008264989 A JP 2008264989A JP 2008018913 A JP2008018913 A JP 2008018913A JP 2008018913 A JP2008018913 A JP 2008018913A JP 2008264989 A JP2008264989 A JP 2008264989A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
base material
coating layer
cutting tool
thickness direction
growth portion
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008018913A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5111133B2 (en
Inventor
Sakahito Tanibuchi
栄仁 谷渕
Hirochika Ishii
博規 石井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2008018913A priority Critical patent/JP5111133B2/en
Priority to PCT/JP2008/053578 priority patent/WO2008105519A1/en
Publication of JP2008264989A publication Critical patent/JP2008264989A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5111133B2 publication Critical patent/JP5111133B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Drilling Tools (AREA)
  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Chemical Vapour Deposition (AREA)

Abstract

【課題】 耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えた切削工具を提供する。
【解決手段】 硬質相11および該硬質相を結合する結合相12を有する母材10と、前記母材10の表面に形成された被覆層20とを備える切削工具であって、前記被覆層20は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部21と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部22とを備えており、(i)厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面における直線20μmの長さ範囲のうち5〜40%を多方向成長部が占めていること、(ii)厚み方向に切断した断面において、多方向成長部の幅は、被覆層の外表面から母材側に向けて増大していること、(iii)厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面上の直線20μmの中に、互いに独立した多方向成長部が3〜40個存在していること、のうち少なくとも1つを満足する。
【選択図】 図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cutting tool having both wear resistance and fracture resistance.
A cutting tool comprising a base material (10) having a hard phase (11) and a binder phase (12) for binding the hard phase, and a coating layer (20) formed on the surface of the base material (10), the coating layer (20). Includes a vertical growth portion 21 that has grown at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane orthogonal to the thickness direction, and a multi-direction growth portion 22 that has grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane. (I) in a cross section cut in the thickness direction, the multidirectional growth portion occupies 5 to 40% of the length range of a straight line of 20 μm at the interface between the base material and the coating layer, and (ii) the thickness direction The width of the multi-directional growth part increases from the outer surface of the coating layer toward the base material side, and (iii) the cross-section cut in the thickness direction between the base material and the coating layer. Within a straight line of 20 μm on the interface, independent of each other The overgrowth portion is present 3-40 amino satisfies at least one of.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、例えば、ソリッドタイプのドリル、エンドミルや、旋削、フライス、ドリル加工用のスローアウェイチップ等として有用な切削工具に関するものであり、詳しくは、硬質合金からなる母材の表面を被覆層で被覆してなる切削工具に関する。   The present invention relates to a cutting tool useful as, for example, a solid type drill, end mill, turning, milling, throw-away tip for drilling, and the like. Specifically, the surface of a base material made of a hard alloy is covered with a coating layer. It is related with the cutting tool coat | covered with.

例えば、炭窒化チタン(TiCN)や炭化タングステン(WC)を主体とする硬質相と、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)等の鉄族金属の結合相とからなる超硬合金、サーメット等の硬質合金、もしくはWC−Co系などの超硬合金に周期表の4、5、6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物等の固溶相を分散せしめた硬質合金は、従来から、切削工具に適した材料として知られている。そして、さらにその硬度を補強する目的で、上記硬質合金からなる母材の表面に、該硬質合金よりも高硬度の硬質膜からなる被覆層を形成した切削工具が汎用されている。   For example, hard materials such as cemented carbide, cermet, etc., composed of a hard phase mainly composed of titanium carbonitride (TiCN) or tungsten carbide (WC) and a binding phase of an iron group metal such as cobalt (Co) or nickel (Ni). Hard alloys in which solid solutions such as carbides, nitrides, carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals in the periodic table are dispersed in cemented carbides or WC-Co based cemented carbides have been conventionally used as cutting tools. It is known as a suitable material. For the purpose of further reinforcing the hardness, a cutting tool is widely used in which a coating layer made of a hard film having a hardness higher than that of the hard alloy is formed on the surface of the base material made of the hard alloy.

ところが、硬質合金である母材の表面に被覆層を形成する場合、焼成された硬質合金の焼き肌面に直接被覆層を形成すると、硬質合金表面に焼結により不可避的に発生する脱炭層や金属富化層などの異質層が存在することや、その表面粗さが大きいことが起因して、母材に対する被覆層の付着性が低下し、切削時に膜剥離が生じてしまうという問題が起こる。また、用途に応じた形状を作製するために母材を機械加工で研削した際に、研削屑の付着、クラックの発生、硬質相と結合相との界面欠陥などにより母材表面に生じる加工変質層も、被覆層との密着性を低下させる原因となる。母材と被覆層との剥離が生じると、耐摩耗性が低下し、切削工具としての寿命が短くなる。   However, when forming a coating layer on the surface of a base material that is a hard alloy, if a coating layer is formed directly on the burned skin surface of the fired hard alloy, a decarburized layer inevitably generated by sintering on the surface of the hard alloy or Due to the presence of a heterogeneous layer such as a metal-enriched layer and a large surface roughness, the adhesion of the coating layer to the base material is reduced, and there is a problem that film peeling occurs during cutting. . Also, when the base material is ground by machining to produce a shape according to the application, processing alteration that occurs on the surface of the base material due to adhesion of grinding scraps, generation of cracks, interface defects between the hard phase and the binder phase, etc. The layer also causes a decrease in adhesion with the coating layer. When peeling between the base material and the coating layer occurs, the wear resistance is lowered and the life as a cutting tool is shortened.

そこで、硬質合金の表面に被覆層を形成するにあたり、硬質合金母材の表面に予め何らかの加工を施して、硬質合金母材に対する被覆層の付着性を向上させる方法が提案されている。例えば、硬質合金母材の少なくとも刃先を含む表面の平均表面粗さRaをブラシ研磨によって特定範囲とすることにより、硬質膜の付着性を向上させた超硬合金(特許文献1)や、特定の電解液中で電解研磨することにより、硬質合金母材表面の硬質相に機械加工によるクラックが存在しないようにした焼結合金(特許文献2)などである。
特開平6−108253号公報 特開2000−212743号公報
Therefore, in forming a coating layer on the surface of the hard alloy, a method has been proposed in which the surface of the hard alloy base material is preliminarily processed to improve the adhesion of the coating layer to the hard alloy base material. For example, by setting the average surface roughness Ra of the surface including at least the cutting edge of the hard alloy base material to a specific range by brush polishing, a cemented carbide with improved adhesion of the hard film (Patent Document 1), a specific It is a sintered alloy (Patent Document 2) in which cracks due to machining are not present in the hard phase on the surface of the hard alloy base material by electrolytic polishing in an electrolytic solution.
JP-A-6-108253 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-212743

しかしながら、特許文献1や特許文献2に記載の硬質合金によれば、被覆層の密着性は改善され、耐摩耗性の向上は期待できるものの、靭性は不充分であり、耐欠損性に関しては満足しうるレベルにはなかった。その原因としては、所望の平均表面粗さRaとなるように、もしくは母材表面の硬質相にクラックが存在しないように、ブラシ研磨加工や電解研磨加工を行なった場合、母材表面全体が凹凸のない滑らかな状態となるために、その上に被覆層として硬質膜を形成する際、結晶粒子(柱状結晶)は膜の成長方向と同じ方向に揃って配列されることが考えられる。つまり、結晶が様々な方向に成長していると、コーティング後の冷却時に生じる収縮が様々な方向に発生し、熱応力が分散されて高靭性化が図れる。しかし、結晶配列が揃っていると、同じ方向にしか収縮することができなくなり、冷却過程で発生する熱応力は分散、緩和されることなく、靭性が低下するのである。また、結晶配列が揃っていると結晶の成長がその過程で互いに淘汰されることがなく、マイクロボイドの発生を抑制することができるので、高硬度化を図ることができる。その反面、後述するようなマイクロボイドにより生じる応力緩和は得られず、靭性は低くなる傾向になる。   However, according to the hard alloys described in Patent Document 1 and Patent Document 2, the adhesion of the coating layer is improved and an improvement in wear resistance can be expected, but the toughness is insufficient and the fracture resistance is satisfactory. It was not at a possible level. The cause is that the entire surface of the base material is uneven when brush polishing or electrolytic polishing is performed so that the desired average surface roughness Ra is obtained or cracks are not present in the hard phase of the base material surface. Therefore, when a hard film is formed as a coating layer thereon, it is considered that crystal grains (columnar crystals) are aligned in the same direction as the film growth direction. In other words, if the crystal grows in various directions, shrinkage that occurs during cooling after coating occurs in various directions, and thermal stress is dispersed to achieve high toughness. However, when the crystal arrangement is aligned, the film can contract only in the same direction, and the thermal stress generated in the cooling process is not dispersed or relaxed, and the toughness is lowered. In addition, when the crystal arrangement is aligned, crystal growth is not disturbed in the process, and generation of microvoids can be suppressed, so that high hardness can be achieved. On the other hand, stress relaxation caused by microvoids as described later cannot be obtained, and the toughness tends to be lowered.

ところで、硬質合金の表面処理としては、エッチング加工が知られている。エッチング加工により被覆層を形成する前の母材表面を処理した場合、エッチング液が表面の結合相(例えばコバルト)を腐食し、硬質相(例えば炭化タングステン)の粒子と粒子の間に僅かな隙間ができる。この隙間に被覆層がある程度は入り込むために、母材に対する被覆層の付着力に関しては優れた効果が期待できる。しかし、このような僅かな隙間は、被覆層をコーティングしても完全に充填されることはないので、母材と被覆層との界面に比較的大きなボイドを生じさせることになる。その結果、切削時に該ボイドに被削材が侵入して異常摩耗を発生させるという問題を招く。   By the way, etching processing is known as a surface treatment of a hard alloy. When the surface of the base material before the coating layer is formed by etching is processed, the etching solution corrodes the binding phase (for example, cobalt) on the surface, and there is a slight gap between the particles of the hard phase (for example, tungsten carbide). Can do. Since the coating layer enters the gap to some extent, an excellent effect can be expected regarding the adhesion of the coating layer to the base material. However, since such a small gap is not completely filled even when the coating layer is coated, a relatively large void is generated at the interface between the base material and the coating layer. As a result, there arises a problem that the work material enters the void during cutting to cause abnormal wear.

他方、硬質合金の表面処理として、ブラスト加工も知られている。被覆層を形成する前に母材表面をブラスト加工した場合、母材の表面は荒らされ、凹凸が設けられることになるため、柱状結晶の成長は様々な方向に成長し、結晶成長が止まる部分が多くなる。その結果、マイクロボイドが大量に生じて低硬度化が起こり、耐摩耗性が低下する。また、硬質相(例えば炭化タングステン)のエッジ部では、被覆層として形成される膜の結晶が大きな角度で成長する(換言すると、結晶の成長角度αが大きくなる)ので、該結晶は粗粒化することとなり、これによっても低硬度化が生じる。さらに、ブラスト加工によれば、母材表面は硬質相(例えば炭化タングステン)粒子が脱粒して面が荒れた状態になるため、膜生成時に凹凸部に未成膜部が生じて、膜の密着性が低下するという問題も起こる。また、一般的な条件で行うショットブラストは衝撃力が大きいため、ブラスト加工時に硬質相が脱粒するおそれもある。   On the other hand, blasting is also known as a surface treatment for hard alloys. When the surface of the base material is blasted before forming the coating layer, the surface of the base material is roughened and uneven, so that the columnar crystal grows in various directions, and the crystal growth stops Will increase. As a result, a large amount of microvoids are generated, the hardness is lowered, and the wear resistance is lowered. Further, at the edge portion of the hard phase (for example, tungsten carbide), the crystal of the film formed as the coating layer grows at a large angle (in other words, the crystal growth angle α increases), so that the crystal becomes coarse. This also leads to a reduction in hardness. Furthermore, according to the blasting process, the surface of the base material is in a state where the hard phase (for example, tungsten carbide) particles are crushed and the surface is roughened. There is also a problem that decreases. In addition, since shot blasting performed under general conditions has a large impact force, there is a possibility that the hard phase may be shattered during blasting.

本発明の課題は、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを兼ね備えた切削工具を提供することである。   An object of the present invention is to provide a cutting tool having both excellent wear resistance and fracture resistance.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、被覆層に、厚み方向に直交する平面に対してほぼ垂直に(85〜90度の角度で)結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して比較的大きい傾きをもって(85度未満の角度で)結晶成長した多方向成長部とを存在させることにより、高硬度と高靭性とを両立させることができ、ひいては優れた耐摩耗性と耐欠損性とを発現させることが可能になることを見出した。つまり、前記垂直成長部では、マイクロボイドが生じることはないので、この領域で高硬度を達成することができる。他方、前記多方向成長部は、大きな傾きをもって成長した結晶同士がぶつかって互いに淘汰される結果、マイクロボイドが形成された領域となる。このようなマイクロボイドが形成された領域が存在すると、膜の硬度が低下する点では不利になるが、一方で、残留応力が緩和され、高靭性化が図られ、耐欠損性が向上する、という利点が得られる。つまり、クラックが進行してきた場合にも、クラック先端の応力場においてマイクロボイドがマイクロクラックとして作用し、応力集中が緩和されてクラックの進展を抑制できるため、高靭性化が図れるのである。本発明は、このような知見により完成したものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention have made a vertical growth portion in which a crystal is grown on the coating layer almost perpendicularly (at an angle of 85 to 90 degrees) with respect to a plane orthogonal to the thickness direction. And having a multi-directionally grown portion with crystal growth (at an angle of less than 85 degrees) with a relatively large inclination with respect to the plane makes it possible to achieve both high hardness and high toughness, which is excellent. It has been found that it is possible to develop wear resistance and fracture resistance. That is, in the vertical growth portion, microvoids are not generated, and high hardness can be achieved in this region. On the other hand, the multi-directional growth part becomes a region where micro voids are formed as a result of crystals grown with a large inclination colliding with each other. The presence of such microvoided regions is disadvantageous in that the film hardness decreases, but on the other hand, the residual stress is relaxed, the toughness is increased, and the fracture resistance is improved. The advantage is obtained. That is, even when the crack has progressed, the microvoids act as a microcrack in the stress field at the crack tip, and the stress concentration can be relaxed and the progress of the crack can be suppressed, so that high toughness can be achieved. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明は以下の構成からなる。   That is, the present invention has the following configuration.

(1)母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面における直線20μmの長さ範囲のうち5〜40%を多方向成長部が占めていることを特徴とする切削工具。   (1) A cutting tool comprising a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, wherein the coating layer grows at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane perpendicular to the thickness direction. A vertical growth portion and a multi-direction growth portion which is crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane, and in a cross section cut in the thickness direction, a straight line of 20 μm at the interface between the base material and the coating layer is formed. A cutting tool characterized in that the multidirectional growth portion occupies 5 to 40% of the length range.

(2)母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、厚み方向に切断した断面において、多方向成長部の幅は、被覆層の外表面から母材側に向けて増大していることを特徴とする切削工具。   (2) A cutting tool including a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, wherein the coating layer grows at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane orthogonal to the thickness direction. A vertical growth portion and a multi-direction growth portion crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane, and the width of the multi-direction growth portion in the cross-section cut in the thickness direction is outside the coating layer. A cutting tool characterized by increasing from the surface toward the base material side.

(3)母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面上の直線20μmの中に、互いに独立した多方向成長部が3〜40個存在していることを特徴とする切削工具。   (3) A cutting tool comprising a base material and a coating layer formed on the surface of the base material, wherein the coating layer grows at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane perpendicular to the thickness direction. A vertical growth portion and a multi-direction growth portion which is crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane, and in a cross section cut in the thickness direction, a straight line on the interface between the base material and the coating layer is 20 μm. A cutting tool characterized in that there are 3 to 40 multi-directional growth parts independent of each other.

(4)前記被覆層の膜厚が2.0μm以上である、前記(1)乃至(3)のいずれかに記載の切削工具。   (4) The cutting tool according to any one of (1) to (3), wherein the coating layer has a thickness of 2.0 μm or more.

(5)前記母材は、硬質相および当該硬質相を結合する結合相を有するとともに、前記硬質相は、周期表の4、5、6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる群より選ばれる1種以上であり、炭窒化チタンまたは炭化タングステンのいずれか一方を少なくとも必須とする成分からなる、前記(1)乃至(4)のいずれかに記載の切削工具。   (5) The base material has a hard phase and a binder phase that binds the hard phase, and the hard phase is a group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. The cutting tool according to any one of (1) to (4), wherein the cutting tool is composed of a component that is at least one selected from the group consisting of at least one of titanium carbonitride and tungsten carbide.

(6)前記結合相は、鉄族金属を主成分とする、前記(1)乃至(5)のいずれかに記載の切削工具。   (6) The cutting tool according to any one of (1) to (5), wherein the binder phase includes an iron group metal as a main component.

(7)前記母材の表面は、硬質相からなる平滑面部と、結合相または結合相および硬質相からなる凹部とから構成されている、前記(5)または(6)に記載の切削工具。   (7) The cutting tool according to (5) or (6), wherein the surface of the base material includes a smooth surface portion made of a hard phase and a concave portion made of a binder phase or a binder phase and a hard phase.

(8)前記垂直成長部は前記平滑面部上に形成されており、前記多方向成長部は前記凹部上に形成されている、前記(7)記載の切削工具。   (8) The cutting tool according to (7), wherein the vertical growth portion is formed on the smooth surface portion, and the multidirectional growth portion is formed on the recess.

本発明によれば、硬質合金母材の表面を被覆する被覆層における残留応力が最適化されているので、被覆層が剥離しにくいことは勿論、高硬度であると同時に高靭性であり、優れた耐摩耗性と耐欠損性とを兼ね備えた切削工具を提供することができる、という効果がある。   According to the present invention, since the residual stress in the coating layer covering the surface of the hard alloy base material is optimized, the coating layer is not only difficult to peel off, but also has high hardness and high toughness, excellent There is an effect that a cutting tool having both wear resistance and fracture resistance can be provided.

以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。図1は、本発明の切削工具を厚み方向に切断したときの断面を模式的に表した説明図である。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a cross section when the cutting tool of the present invention is cut in the thickness direction.

本発明の切削工具は、硬質相11と該硬質相11を結合する結合相12とからなる硬質合金母材10の表面に被覆層20が形成されたものである。   In the cutting tool of the present invention, a coating layer 20 is formed on the surface of a hard alloy base material 10 composed of a hard phase 11 and a binder phase 12 that binds the hard phase 11.

前記硬質相11を構成する成分は、一般に硬質合金における硬質相に用いられる原料であれば、特に制限されることはない。例えば、好ましい態様としては、前記硬質相11を構成する成分は、周期表の4、5、6族金属(例えば、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Mo、Crなど)の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる群より選ばれる1種以上であり、炭窒化チタンおよび炭化タングステンのうちいずれか一方を少なくとも必須とするのがよい。これらの炭化物、窒化物、炭窒化物等のさらなる具体例については、特に制限されない。   The component which comprises the said hard phase 11 will not be restrict | limited especially if it is a raw material generally used for the hard phase in a hard alloy. For example, as a preferred embodiment, the components constituting the hard phase 11 are carbides, nitrides of Group 4, 5, and 6 metals (for example, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Mo, Cr, etc.) of the periodic table. , One or more selected from the group consisting of carbonitrides, and at least one of titanium carbonitride and tungsten carbide is preferably essential. Further specific examples of these carbides, nitrides, carbonitrides and the like are not particularly limited.

他方、前記結合相12を構成する成分も、一般に硬質合金における結合相に用いられる原料であり、前記硬質相よりも硬度が低いものであれば、特に制限されることはない。例えば、好ましい態様としては、前記結合相12を構成する成分は、鉄族金属(例えば、Co、Niなど)を主成分とするものであればよい。この鉄族金属等のさらなる具体例については、特に制限されない。   On the other hand, the component constituting the binder phase 12 is also a raw material generally used for a binder phase in a hard alloy, and is not particularly limited as long as the hardness is lower than that of the hard phase. For example, as a preferred embodiment, the component constituting the binder phase 12 may be any component containing an iron group metal (for example, Co, Ni, etc.) as a main component. Further specific examples of the iron group metal and the like are not particularly limited.

なお、硬質相および結合相の硬度は、ナノインデンテーション法等によって測定することができる。微粒超硬など、相を構成する粒子の粒径が非常に小さく上記方法による測定が困難な場合は、WDS等の元素分析によって相の組成を同定することで、相の硬度を見積もることも可能である。   The hardness of the hard phase and the binder phase can be measured by a nanoindentation method or the like. When the particle size of the particles constituting the phase is very small, such as fine carbide, it is difficult to measure by the above method, it is possible to estimate the phase hardness by identifying the phase composition by elemental analysis such as WDS It is.

前記硬質合金母材10において、硬質相11は全体積中85〜92体積%、結合相12は8〜15体積%の割合で存在するのがよい。   In the hard alloy base material 10, the hard phase 11 is preferably present in a total volume of 85 to 92% by volume, and the binder phase 12 is preferably present in a ratio of 8 to 15% by volume.

前記硬質合金母材10は、通常、硬質相11および結合相12を構成する各原料粉末を所定の割合で混合し、成形したものに対して脱バインダ処理を施した後、1350〜1550℃程度の真空雰囲気中で0.5〜3時間程度焼成することにより得られる。   The hard alloy base material 10 is usually obtained by mixing the raw material powders constituting the hard phase 11 and the binder phase 12 at a predetermined ratio and subjecting the molded powder to a binder removal treatment, and then about 1350 to 1550 ° C. It is obtained by baking for about 0.5 to 3 hours in a vacuum atmosphere.

前記被覆層20は、切削工具の厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度(図1に角度βで図示)で結晶成長した垂直成長部21と、前記平面に対して85度未満の角度(図1に角度αで図示)で結晶成長した多方向成長部22とを備えている。垂直成長部21では、厚み方向に直交する平面に対してほぼ垂直に結晶成長するため、マイクロボイドが生じることがない。よって、この垂直成長部21は高い硬度を有する領域となる。他方、多方向成長部22は、切削工具の厚み方向に直交する平面に対して比較的大きい傾き(角度α)をもって結晶成長するため、成長した結晶同士がぶつかって互いに淘汰され、マイクロボイド(ここでは、数10nmのレベルのボイド)が形成されることになる。このようにマイクロボイドが形成されている多方向成長部22では、クラックが進行してきた場合にも、クラック先端の応力場においてマイクロボイドがマイクロクラックとして作用し、応力集中が緩和されてクラックの進展を抑制できるため、高い靭性を発現する。   The coating layer 20 includes a vertical growth portion 21 crystal-grown at an angle of 85 to 90 degrees (shown as an angle β in FIG. 1) with respect to a plane orthogonal to the thickness direction of the cutting tool, and 85 degrees with respect to the plane. And a multi-directional growth portion 22 that is crystal-grown at an angle less than that (shown by an angle α in FIG. 1). In the vertical growth part 21, since the crystal grows substantially perpendicular to the plane orthogonal to the thickness direction, no microvoids are generated. Therefore, the vertical growth portion 21 is a region having a high hardness. On the other hand, the multi-directional growth part 22 grows crystals with a relatively large inclination (angle α) with respect to the plane perpendicular to the thickness direction of the cutting tool. Then, a void of a level of several tens of nm is formed. In the multidirectional growth portion 22 in which microvoids are formed in this way, even when a crack has progressed, the microvoids act as microcracks in the stress field at the crack tip, and the stress concentration is relaxed and the crack progresses. Therefore, high toughness is expressed.

本発明において、前記多方向成長部22は、下記(i)、(ii)または(iii)のうち少なくとも1つを満足する態様で存在している。これにより、垂直成長部21と多方向成長部22とは最適なバランスで存在することとなる。その結果、高硬度化と高靭性化との両立をバランスよく達成することができる。   In the present invention, the multidirectional growth part 22 is present in a form that satisfies at least one of the following (i), (ii), or (iii). Thereby, the vertical growth part 21 and the multi-directional growth part 22 exist in an optimal balance. As a result, a balance between high hardness and high toughness can be achieved in a balanced manner.

(i)厚み方向に切断した断面において、母材10と被覆層20との界面における直線20μmの長さ範囲のうち5〜40%を多方向成長部22が占めていること。すなわち、母材10と被覆層20との界面における直線とは、図1中x−x間を結ぶ直線のことであり、図1中yで示す範囲が長さ20μmであるとすると、この範囲における前記直線を見たときに多方向成長部22が存在している長さ範囲z1が、20μmの5〜40%に相当するのである。なお、長さ範囲yの中に多方向成長部22が複数存在する場合には、各多方向成長部22が占める長さz1、z2、z3・・・の合計(但し、z2以降は図示せず)の長さが20μmの5〜40%相当するものであればよい。   (I) In the cross section cut in the thickness direction, the multidirectional growth portion 22 occupies 5 to 40% of the length range of a straight line 20 μm at the interface between the base material 10 and the coating layer 20. That is, the straight line at the interface between the base material 10 and the coating layer 20 is a straight line connecting xx in FIG. 1, and if the range indicated by y in FIG. 1 is 20 μm in length, this range The length range z1 in which the multidirectional growth part 22 exists when the straight line is viewed corresponds to 5 to 40% of 20 μm. When there are a plurality of multidirectional growth portions 22 in the length range y, the total of the lengths z1, z2, z3,... Occupying each multidirectional growth portion 22 (however, z2 and subsequent figures are not shown). 2) corresponding to 5 to 40% of 20 μm.

(ii)厚み方向に切断した断面において、多方向成長部22の幅は、被覆層20の外表面から母材10側に向けて増大していること。すなわち、図1に示す多方向成長部22のように、母材10と被覆層20との界面(x−x間を結ぶ直線部分)でみると、多方向成長部22の幅はz1であるが、この界面を平行移動させた直線でみると、被覆層表面側に移動するにつれてその幅は狭くなっていくのである。   (Ii) In the cross section cut in the thickness direction, the width of the multidirectional growth portion 22 is increased from the outer surface of the coating layer 20 toward the base material 10 side. That is, when viewed at the interface between the base material 10 and the coating layer 20 (straight line connecting xx) as in the multidirectional growth portion 22 shown in FIG. 1, the width of the multidirectional growth portion 22 is z1. However, when the interface is viewed as a straight line, the width becomes narrower as it moves toward the surface of the coating layer.

(iii)厚み方向に切断した断面において、母材10と被覆層20との界面上の直線20μmのなかに、互いに独立した多方向成長部22が3〜40個存在していること。すなわち、前記(i)と同様に、図1中yで示す範囲が長さ20μmであるとすると、この範囲の中に、互いに独立した(換言すると、垂直成長部21に囲まれた)多方向成長部22が3〜40個存在しているのである(図1においては1個しか図示していない)。   (Iii) In the cross section cut in the thickness direction, 3 to 40 multidirectional growth portions 22 that are independent from each other exist in a straight line 20 μm on the interface between the base material 10 and the coating layer 20. That is, similarly to the above (i), if the range indicated by y in FIG. 1 is 20 μm in length, there are multiple directions that are independent of each other (in other words, surrounded by the vertical growth portion 21). There are 3 to 40 growth portions 22 (only one is shown in FIG. 1).

前記被覆層20は、成長始点における成長方向の角度θgが25度未満である柱状結晶(I)と、成長始点における成長方向の角度θgが25度以上である柱状結晶(II)とが存在し、厚み方向に切断した断面において、母材10と被覆層20との界面よりも0.3μm被覆層20側に位置する仮想直線上で、前記柱状結晶(I)が占める領域の幅をWaIとし、前記柱状結晶(II)が占める領域の幅をWaIIとしたとき、WaII/WaIの値が0.1〜1.0であることが好ましい。これにより、衝撃が多方向成長部に集中した場合にも、膜が破壊されたり、膜剥離やチッピングが発生したりすることを回避することができる。ここで言う柱状結晶(I)は、前記垂直成長部21を構成し、柱状結晶(II)は前記多方向成長部22を構成する。なお、母材10と被覆層20との界面よりも0.3μm被覆層20側に位置する仮想直線とは、母材10と被覆層20との界面における直線、すなわち図1中x−x間を結ぶ直線を被覆層20側に0.3μm平行移動させてなる直線を意味する。   The coating layer 20 includes a columnar crystal (I) having a growth direction angle θg of less than 25 degrees at the growth start point and a columnar crystal (II) having a growth direction angle θg of 25 degrees or more at the growth start point. In the cross section cut in the thickness direction, the width of the region occupied by the columnar crystal (I) on the imaginary straight line located on the 0.3 μm coating layer 20 side from the interface between the base material 10 and the coating layer 20 is defined as WaI. When the width of the region occupied by the columnar crystal (II) is WaII, the value of WaII / WaI is preferably 0.1 to 1.0. Thereby, even when the impact is concentrated on the multi-directional growth part, it is possible to avoid the film from being broken or the film peeling or chipping from occurring. The columnar crystal (I) referred to here constitutes the vertical growth portion 21, and the columnar crystal (II) constitutes the multidirectional growth portion 22. Note that the virtual straight line positioned on the 0.3 μm coating layer 20 side with respect to the interface between the base material 10 and the coating layer 20 is a straight line at the interface between the base material 10 and the coating layer 20, that is, between xx in FIG. Is a straight line formed by translating 0.3 μm to the coating layer 20 side.

前記被覆層20において、前述したような垂直成長部21と多方向成長部22とを存在させるには、前記母材10の表面が、硬質相11からなる平滑面部13と、結合相12または結合相12および硬質相11からなる表面を有する凹部14とから構成されるようにすればよい。   In the coating layer 20, in order for the vertical growth part 21 and the multidirectional growth part 22 as described above to exist, the surface of the base material 10 includes the smooth surface part 13 made of the hard phase 11 and the bonding phase 12 or bonding. What is necessary is just to be comprised from the recessed part 14 which has the surface which consists of the phase 12 and the hard phase 11. FIG.

前記母材10表面に硬質相11からなる平滑面部13、換言すれば平滑になるよう表面処理された部分が存在することによって、当該平滑面部13では被覆層20を形成する際に柱状結晶が真直ぐに揃って成長することとなる。つまり、前記垂直成長部21は前記平滑面部13上に形成されることになる。   Since the surface of the base material 10 has a smooth surface portion 13 made of the hard phase 11, in other words, a surface-treated portion that is smooth, the columnar crystal is straight when the coating layer 20 is formed on the smooth surface portion 13. It will grow in line with. That is, the vertical growth part 21 is formed on the smooth surface part 13.

前記母材10表面の硬質相部分を平滑になるよう表面処理して、前記平滑面部13を設ける手段としては、例えば、ブラシ研磨加工が好ましく挙げられる。ブラシ研磨加工で用いるブラシとしては、毛足が長いものが好ましい。具体的には、カップブラシ、ホイールブラシ、ロールブラシ等のブラシが好ましく用いられる。ブラシ研磨加工を行う際には、ダイヤモンドの砥粒を使用することが一般的だが、炭化珪素(SiC)からなる砥粒を用いると、研磨加工によって生じる研磨傷が低減され、より平滑な加工面状態となるので好ましい。また、平滑な加工面を得るためには、砥粒の番手を#400以上とするのが好ましく、特に、加工効率を上げるためには、#500〜#2000の砥粒を使用することがよい。   As a means for providing the smooth surface portion 13 by subjecting the hard phase portion on the surface of the base material 10 to a smooth surface, for example, brush polishing is preferably mentioned. As the brush used in the brush polishing process, those having long hairs are preferable. Specifically, a brush such as a cup brush, a wheel brush, or a roll brush is preferably used. When performing brush polishing, it is common to use diamond abrasive grains. However, if abrasive grains made of silicon carbide (SiC) are used, polishing scratches caused by the polishing process are reduced, resulting in a smoother surface. Since it will be in a state, it is preferable. Moreover, in order to obtain a smooth processed surface, it is preferable to set the number of abrasive grains to be # 400 or more. In particular, in order to increase processing efficiency, it is preferable to use abrasive grains of # 500 to # 2000. .

他方、前記母材10表面に、結合相12または結合相12および硬質相11からなる表面を有する凹部14が存在することによって、この凹部14内において被覆層20が成膜される際に、その部分の柱状結晶は集束するように成長するため、結晶成長が止まる部分が多くなり、結晶と結晶との成長間の淘汰によって、マイクロボイド(ここでは、数10nmのレベルのボイド)が形成される。つまり、前記多方向成長部22は前記凹部14上に形成されることになる。なお、母材10表面に存在する凹部14は、その表面が結合相12、または結合相12および硬質相11からなるのであるが、これは換言すれば、前記凹部22の表面の少なくとも一部に結合相が存在しているということでもある。特に、凹部14の表面のうち、少なくとも底面部に結合相があることが望ましい。更には、凹部14の表面が、結合相12のみからなるのがより好ましい。   On the other hand, when the coating layer 20 is formed in the recess 14 by forming the recess 14 having a surface composed of the binder phase 12 or the binder phase 12 and the hard phase 11 on the surface of the base material 10, Since the columnar crystal of the portion grows so as to be focused, there are many portions where the crystal growth stops, and micro voids (in this case, a void of a level of several tens of nanometers) are formed due to defects between the growth of the crystals. . That is, the multidirectional growth part 22 is formed on the concave part 14. In addition, the concave portion 14 existing on the surface of the base material 10 is composed of the binder phase 12 or the binder phase 12 and the hard phase 11. In other words, this is at least part of the surface of the concave portion 22. It also means that a binder phase is present. In particular, it is desirable that at least the bottom surface of the surface of the recess 14 has a binder phase. Furthermore, it is more preferable that the surface of the recess 14 is composed only of the binder phase 12.

なお、ここでいう凹部14の表面が結合相12または結合相12および硬質相11からなるとは、凹部14の表面が実質的に結合相12または結合相12および硬質相11からなるものであり、製造上不可避的な成分を含むものであっても良い。   In addition, the surface of the recessed part 14 here consists of the binder phase 12 or the binder phase 12 and the hard phase 11 means that the surface of the recess 14 substantially consists of the binder phase 12, the binder phase 12 and the hard phase 11, It may contain components that are inevitable in production.

前記凹部14を形成する手段としては、前記ブラシ研磨加工により母材10表面全体を平滑にしたのち、ショットブラスト加工を施して、結合相12を除去することが好ましい。このショットブラスト加工を行なうにあたり、硬質相11(例えば、WC)よりも柔らかい砥粒を使用することによって、硬質相11の部分ではブラシ研磨で形成された平滑さをそのまま維持させながら、結合相12(例えばCo)の部分を除去して凹部形状を形成することができる。このようにして形成された凹部14の形状は、例えばエッチング加工で形成される凹部に比べ、底部が丸みを帯びており、非常に浅く形成されており、エッチング加工のように内部まで深く削られた形状とはならない。それによって、前述した結晶と結晶との成長間の淘汰が起こりやすく、ひいては靭性を向上させやすくなるのである。   As a means for forming the recess 14, it is preferable that the entire surface of the base material 10 is smoothed by the brush polishing process, and then the shot phase is applied to remove the binder phase 12. In performing this shot blasting, by using abrasive grains softer than the hard phase 11 (for example, WC), the bonded phase 12 is maintained while maintaining the smoothness formed by brush polishing in the hard phase 11 portion. A recess shape can be formed by removing a portion (for example, Co). The shape of the recess 14 formed in this way is, for example, rounder at the bottom than the recess formed by etching, and is very shallow, and is deeply cut into the interior as in etching. The shape will not be. As a result, the above-described wrinkles between the growth of the crystals tend to occur, and as a result, the toughness is easily improved.

なお、砥粒の硬度は、粉体の硬度を測定する種々の測定方法によって測定することができ、硬度の単位も、測定方法によって、ブリネル硬度(HB)、ビッカース硬度(HV)等適宜選択し得る。   The hardness of the abrasive grains can be measured by various measuring methods for measuring the hardness of the powder, and the unit of hardness is appropriately selected depending on the measuring method, such as Brinell hardness (HB), Vickers hardness (HV), etc. obtain.

前記ショットブラスト加工は、砥粒をエアー等とともに噴射して加工する乾式で行ってもよいし、砥粒を液体(溶媒)と同時に噴射して加工する湿式で行ってもよい。用いる砥粒としては、一般的に加工で使用されている砥粒、具体的には、例えば、酸化アルミニウム(Al)、炭化珪素(SiC)、ダイヤモンドといった砥粒が使用可能であるが、結合相のみをショットブラストにて除去させるために、酸化クロム(Cr)、酸化ジルコニウム(ZrO)など、比較的硬度が低く比重が大きいものが好ましい。また、ショットブラストを湿式で行う際には、溶媒として、一般的な湿式ブラストで使用されている溶媒、例えば水などを用いることができる。ショットブラスト加工を行う際の条件としては、一般的な加工よりも弱めの条件、詳しくは、噴射圧を0.1〜0.7MPa、噴射角度を30〜60°、被加工物と噴射ノズルとの距離を2〜5cm、砥粒の番手を#360〜#1000とするのがよい。 The shot blasting may be performed by a dry method in which abrasive grains are jetted together with air or the like, or may be performed by a wet method in which abrasive grains are jetted and processed simultaneously with a liquid (solvent). As abrasive grains to be used, abrasive grains generally used in processing, specifically, abrasive grains such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon carbide (SiC), and diamond can be used. In order to remove only the binder phase by shot blasting, those having relatively low hardness and high specific gravity such as chromium oxide (Cr 3 O 2 ) and zirconium oxide (ZrO 2 ) are preferable. In addition, when performing shot blasting in a wet manner, a solvent used in general wet blasting, such as water, can be used as a solvent. As conditions for performing shot blasting, conditions weaker than general processing, specifically, an injection pressure of 0.1 to 0.7 MPa, an injection angle of 30 to 60 °, a workpiece and an injection nozzle, The distance is preferably 2 to 5 cm, and the count of the abrasive grains is preferably # 360 to # 1000.

このように、本発明においては、被覆層20に存在する垂直成長部21が高硬度化した領域となり、一方、被覆層20に存在する多方向成長部22がマイクロボイドを有することで高靭性化した領域となる。つまり、本発明の切削工具は、その被覆層20において高硬度化した領域と高靭性化した領域とが混在しているので、相反する両方の優れた特性を保持するものとなる。その結果、優れた耐摩耗性と耐欠損性を両立して発現させることが可能となる。しかも、本発明において存在する前述のマイクロボイドは、非常に小さいボイドであるので、耐摩耗性に影響を及ぼすおそれもない。また、本発明においては、硬質合金母材表面に存在する凹部によって、凹凸によるアンカー効果も得られるので、被覆層と母材との密着性も高い。   As described above, in the present invention, the vertical growth portion 21 existing in the coating layer 20 becomes a hardened region, while the multidirectional growth portion 22 existing in the coating layer 20 has microvoids to increase the toughness. It becomes the area. That is, the cutting tool according to the present invention has both the hardened region and the toughened region in the coating layer 20, and therefore maintains both of the contradicting excellent characteristics. As a result, it is possible to achieve both excellent wear resistance and fracture resistance. In addition, the above-described microvoids present in the present invention are very small voids, and thus there is no possibility of affecting the wear resistance. Moreover, in the present invention, the anchoring effect due to the unevenness can be obtained by the recesses present on the surface of the hard alloy base material, so that the adhesion between the coating layer and the base material is also high.

なお、本発明において、被覆層20を厚み方向に切断した断面(すなわち、切削工具の面と略垂直な断面)において、一定範囲(すなわち界面における直線20μmの長さ範囲)に占める多方向成長部22の割合(前記(i)の要件)、多方向成長部22の幅の変化(前記(ii)の要件)、一定範囲(すなわち界面における直線20μmの長さ範囲)における互いに独立した多方向成長部22の個数(前記(iii)の要件)、あるいは上述したWaIおよびWaIIの値を測定するに際しては、例えば、該断面を走査電子顕微鏡(SEM)また透過電子顕微鏡(TEM)を用いて5000倍〜20000倍の倍率で観察すればよい。   In the present invention, the multi-directionally grown portion occupies a certain range (that is, a length range of a straight line of 20 μm at the interface) in a cross section obtained by cutting the coating layer 20 in the thickness direction (that is, a cross section substantially perpendicular to the surface of the cutting tool). Multi-directional growth independent of each other in a ratio of 22 (requirement (i) above), change in the width of the multi-directional growth portion 22 (requirement (requirement (ii) above)), and a certain range (that is, a length range of a straight line of 20 μm at the interface). When measuring the number of the parts 22 (requirement of (iii) above) or the values of WaI and WaII described above, for example, the cross section is 5000 times using a scanning electron microscope (SEM) or a transmission electron microscope (TEM). What is necessary is just to observe by the magnification of -20,000 times.

前記硬質合金母材10の表面に形成される被覆層20の組成は、特に制限されるものではなく、例えば、炭化チタン(TiC)、炭窒化チタン(TiCN)、窒化チタン(TiN)、窒化アルミニウムチタン(TiAlN)、酸化アルミニウム(Al23)などの周期表の4、5、6族金属およびアルミニウム(Al)の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物から選ばれる1種以上を単層または複数層形成したものから構成される。 The composition of the coating layer 20 formed on the surface of the hard alloy base material 10 is not particularly limited. For example, titanium carbide (TiC), titanium carbonitride (TiCN), titanium nitride (TiN), aluminum nitride One or more selected from carbides, nitrides, carbonitrides and oxides of metals of Group 4, 5, 6 and aluminum (Al) in the periodic table such as titanium (TiAlN) and aluminum oxide (Al 2 O 3 ). It is composed of a layer or multiple layers formed.

前記被覆層20の膜厚は2.0μm以上であることが好ましく、より好ましくは3.0〜20.0μmであるのがよい。   The film thickness of the coating layer 20 is preferably 2.0 μm or more, more preferably 3.0 to 20.0 μm.

前記被覆層20は、化学気相成長法(CVD法)や、スパッタリング法、イオンプレーティング法、蒸着法などの物理蒸着法(PVD法)など、従来公知の方法によって形成することができる。なお、好ましくは、中温化学蒸着法(MT−CVD法)を用いることが本発明の構成にすることが容易であるため望ましい。   The coating layer 20 can be formed by a conventionally known method such as a chemical vapor deposition method (CVD method), a sputtering method, an ion plating method, or a physical vapor deposition method (PVD method) such as a vapor deposition method. Note that it is preferable to use a medium temperature chemical vapor deposition method (MT-CVD method) because it is easy to obtain the structure of the present invention.

具体的には、柱状の炭窒化チタン(TiCN)層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン(TiCl)ガスを0.1〜10体積%、窒素(N)ガスを0〜40体積%、アセトニトリル(CHCN)ガスを1〜10体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度750〜900℃、圧力5〜85kPaとなるように調整する。また、柱状の炭窒化チタンの上層または下層にその他の硬質膜を成膜する多層構造としてもよい。 Specifically, to form a columnar titanium carbonitride (TiCN) layer, the reaction gas composition is 0.1 to 10% by volume of titanium chloride (TiCl 4 ) gas and 0 to nitrogen (N 2 ) gas. 40% by volume, 1% to 10% by volume of acetonitrile (CH 3 CN) gas, and the remaining mixed gas consisting of hydrogen (H 2 ) gas were sequentially adjusted. The temperature inside the chamber was 750 to 900 ° C., and the pressure was 5 to 85 kPa. Adjust so that Moreover, it is good also as a multilayer structure which forms another hard film | membrane into the upper layer or lower layer of columnar titanium carbonitride.

ここで、その他の膜質の一例の成膜方法を説明する。   Here, a film forming method as an example of another film quality will be described.

まず、窒化チタン(TiN)層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン(TiCl)ガスを0.1〜10体積%、窒素(N)ガスを5〜60体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度800〜1100℃、圧力5〜85kPaとなるように調整する。 First, to form a titanium nitride (TiN) layer, the reaction gas composition is 0.1 to 10% by volume of titanium chloride (TiCl 4 ) gas, 5 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the rest A mixed gas composed of hydrogen (H 2 ) gas is sequentially adjusted, and the inside of the chamber is adjusted to have a furnace temperature of 800 to 1100 ° C. and a pressure of 5 to 85 kPa.

次に、粒状の炭窒化チタン(TiCN)層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン(TiCl)ガスを1.0〜6.0体積%、窒素(N)ガスを5〜40体積%、メタン(CH)ガスを1〜15体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを順次調整し、チャンバ内を炉内温度950〜1100℃、圧力5〜85kPaとなるように調整する。 Next, in order to form a granular titanium carbonitride (TiCN) layer, the reaction gas composition is titanium chloride (TiCl 4 ) gas of 1.0 to 6.0% by volume and nitrogen (N 2 ) gas of 5 to 5. 40% by volume, 1 to 15% by volume of methane (CH 3 ) gas and the remaining mixed gas consisting of hydrogen (H 2 ) gas were sequentially adjusted, and the chamber temperature was 950 to 1100 ° C. and the pressure was 5 to 85 kPa. Adjust so that

さらに、炭酸窒化チタン(TiCNO)層を成膜するには、塩化チタン(TiCl)ガスを0.1〜6体積%、メタン(CH)ガスを0.1〜10体積%、二酸化炭素(CO)ガスを0.5〜5体積%、窒素(N)ガスを5〜60体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを調整して反応チャンバ内に導入し、チャンバ内を800〜1100℃、5〜30kPaとなるように調整する。 Further, in order to form a titanium carbonitride (TiCNO) layer, titanium chloride (TiCl 4 ) gas is 0.1 to 6% by volume, methane (CH 4 ) gas is 0.1 to 10% by volume, carbon dioxide ( A mixed gas consisting of 0.5 to 5% by volume of CO 2 ) gas, 5 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the remaining hydrogen (H 2 ) gas is prepared and introduced into the reaction chamber, The inside is adjusted to 800 to 1100 ° C. and 5 to 30 kPa.

そして、酸化アルミニウム(Al)層を成膜するには、塩化アルミニウム(AlCl)ガスを1.0〜10体積%、塩化水素(HCl)ガスを0.5〜3.5体積%、二酸化炭素(CO)ガスを0.5〜5.0体積%、硫化水素(HS)ガスを0〜0.5体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを用い、900〜1100℃、5〜10kPaとなるように調整する。 In order to form an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer, 1.0 to 10% by volume of aluminum chloride (AlCl 3 ) gas and 0.5 to 3.5% by volume of hydrogen chloride (HCl) gas are used. Carbon dioxide (CO 2 ) gas is used in a mixed gas of 0.5 to 5.0% by volume, hydrogen sulfide (H 2 S) gas is 0 to 0.5% by volume, and the remainder is hydrogen (H 2 ) gas. , 900 to 1100 ° C. and 5 to 10 kPa.

最後に、窒化チタン(TiN)層を成膜するには、反応ガス組成として塩化チタン(TiCl)ガスを0.1〜10体積%、窒素(N)ガスを5〜60体積%、残りが水素(H)ガスからなる混合ガスを調整し、チャンバ内を炉内温度800〜1100℃、圧力5〜85kPaとなるように調整する。 Finally, to form a titanium nitride (TiN) layer, the reaction gas composition is 0.1 to 10% by volume of titanium chloride (TiCl 4 ) gas, 5 to 60% by volume of nitrogen (N 2 ) gas, and the rest Adjusts the mixed gas composed of hydrogen (H 2 ) gas so that the temperature in the chamber is 800 to 1100 ° C. and the pressure is 5 to 85 kPa.

本発明の切削工具は、例えば、外形、内径、溝入れ、ねじ切り、突っ切り等の各種旋削、フライス、ドリル、エンドミル等の切削工具として有用であるが、中でも、旋削、フライス、ドリル加工に用いる切削工具に適しており、特に、断続加工や不安定加工に用いる旋削工具として最適である。   The cutting tool of the present invention is useful as a cutting tool such as various types of turning such as outer shape, inner diameter, grooving, threading, and parting off, milling, drill, end mill, etc., among others, cutting used for turning, milling, and drilling. Suitable for tools, especially as a turning tool for interrupted machining and unstable machining.

以下、実施例を挙げて本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to a following example.

(実施例)
平均粒径1.5μmの炭化タングステン(WC)粉末に対して、平均粒径1.5μmの金属コバルト(Co)粉末を6質量%、平均粒径1.5μmの炭化チタン(TiC)粉末を0.5質量%、炭化タンタル(TaC)粉末を1質量%の割合で添加、混合して、プレス成形により切削工具形状(CNMA120412)に成形した。その後、脱バインダ処理を施し、0.01Paの真空中、1500℃で1時間保持し焼成して硬質合金母材を作製した。
(Example)
6% by mass of metallic cobalt (Co) powder with an average particle size of 1.5 μm and 0% titanium carbide (TiC) powder with an average particle size of 1.5 μm with respect to tungsten carbide (WC) powder with an average particle size of 1.5 μm. 0.5% by mass, tantalum carbide (TaC) powder was added and mixed at a rate of 1% by mass, and formed into a cutting tool shape (CNMA1204112) by press molding. Thereafter, a binder removal treatment was performed, and the hard alloy base material was produced by holding and firing at 1500 ° C. for 1 hour in a vacuum of 0.01 Pa.

次に、この母材の表面に、表1に示す荒加工と仕上加工とを順次施した。各加工の条件等は、表2に示す通りである。その後、各加工を施した母材の表面に、化学蒸着法にて、
窒化チタン(TiN)層、柱状晶炭窒化チタン(TiCN)層、酸化アルミニウム(Al)層からなる硬質膜(総膜厚12.0μm)を形成して、切削工具を作製した。
Next, roughing and finishing shown in Table 1 were sequentially performed on the surface of the base material. Conditions for each processing are as shown in Table 2. After that, by chemical vapor deposition on the surface of the base material subjected to each processing,
A hard film (total film thickness: 12.0 μm) composed of a titanium nitride (TiN) layer, a columnar titanium carbonitride (TiCN) layer, and an aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer was formed to produce a cutting tool.

窒化チタン(TiN)層の成膜条件は、成膜温度880℃、圧力200mbar、四塩化チタン(TiCl)が1.5vol%、窒素(N)が20vol%、残りが水素(H)である。 The film formation conditions of the titanium nitride (TiN) layer are as follows: film formation temperature 880 ° C., pressure 200 mbar, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) 1.5 vol%, nitrogen (N 2 ) 20 vol%, and the rest hydrogen (H 2 ) It is.

中温化学蒸着法による柱状晶炭窒化チタン(TiCN)層の成膜条件は、成膜温度860℃、圧力90mbar、四塩化チタン(TiCl)が1.5vol%、アセトニトリル(CHCN)が0.6vol%、窒素(N)が30vol%、残りが水素(H)である。 The film formation conditions for the columnar titanium carbonitride (TiCN) layer by the medium temperature chemical vapor deposition method were film formation temperature 860 ° C., pressure 90 mbar, titanium tetrachloride (TiCl 4 ) 1.5 vol%, and acetonitrile (CH 3 CN) 0 .6 vol%, nitrogen (N 2 ) is 30 vol%, and the remainder is hydrogen (H 2 ).

酸化アルミニウム(Al)層の成膜条件は、成膜温度1010℃、圧力90mbar、三塩化アルミニウム(AlCl)が1.6vol%、二酸化炭素(CO)が3.5vol%、硫化水素(HS)が0.1vol%、残りが水素(H)である。 The film formation conditions of the aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer are as follows: film formation temperature 1010 ° C., pressure 90 mbar, aluminum trichloride (AlCl 3 ) 1.6 vol%, carbon dioxide (CO 2 ) 3.5 vol%, sulfide Hydrogen (H 2 S) is 0.1 vol%, and the remainder is hydrogen (H 2 ).

各層の厚みについては、基体側から窒化チタン(TiN)層(0.3μm厚み)−柱状結晶からなる炭窒化チタン(TiCN)層(8.0μm厚み)−粒状結晶からなる炭窒化チタン(TiCN)層(0.1μm厚み)−炭酸窒化チタン(TiCNO)層(0.1μm厚み)−酸化アルミニウム(Al)層(3.0μm厚み)−窒化チタン(TiN)層(0.5μm厚み)の順に成膜した。 Regarding the thickness of each layer, from the substrate side, a titanium nitride (TiN) layer (thickness: 0.3 μm) —a titanium carbonitride (TiCN) layer composed of columnar crystals (8.0 μm thickness) —a titanium carbonitride composed of granular crystals (TiCN) Layer (0.1 μm thickness) -titanium carbonitride (TiCNO) layer (0.1 μm thickness) -aluminum oxide (Al 2 O 3 ) layer (3.0 μm thickness) -titanium nitride (TiN) layer (0.5 μm thickness) The films were formed in this order.

得られた各切削工具について、硬質合金母材と被覆層の厚み方向に切断し、その断面を透過電子顕微鏡(TEM)を用いて10000倍の倍率で観察したところ、界面における直線20μmの長さ範囲に占める多方向成長部の割合、多方向成長部の幅の変化(すなわち、母材側>被覆層表面側となっていれば「○」、なっていなければ「×」)、界面における直線20μmの長さ範囲における互いに独立した多方向成長部の個数、および上述したWaIIとWaIの比は、表1に示す通りであった。   About each obtained cutting tool, when it cut | disconnects in the thickness direction of a hard alloy base material and a coating layer, and the cross section was observed with the magnification of 10000 times using the transmission electron microscope (TEM), the length of 20 micrometers of straight lines in an interface The ratio of the multidirectional growth part to the range, the change of the width of the multidirectional growth part (that is, “○” if the base material side> the coating layer surface side, “×” otherwise), straight line at the interface Table 1 shows the number of independent multidirectional growth portions in the length range of 20 μm and the ratio of WaII to WaI described above.

Figure 2008264989
Figure 2008264989

Figure 2008264989
Figure 2008264989

上記切削工具を用い、下記の条件により、連続切削試験および強断続切削試験を行い、連続切削試験にて耐摩耗性を、強断続切削試験にて耐欠損性をそれぞれ評価した。この切削試験の結果を表3に示す。   Using the cutting tool, a continuous cutting test and a strong interrupted cutting test were performed under the following conditions, and the wear resistance was evaluated by the continuous cutting test and the fracture resistance was evaluated by the strong interrupted cutting test. The results of this cutting test are shown in Table 3.

(連続切削試験条件)
被削材 :SCM435
工具形状:CNMG120408
切削速度:300m/分
送り速度:0.3mm/rev
切り込み:2mm
切削時間:20分
切削液 :エマルジョン15%+水85%混合液
評価項目:顕微鏡にて切刃を観察し、フランク摩耗量・先端摩耗量を測定
(強断続切削試験条件)
被削材 :SCM440 4本溝入材
工具形状:CNMG120408
切削速度:300m/分
送り速度:0.4mm/rev
切り込み:2mm
切削液 :エマルジョン15%+水85%混合液
評価項目:欠損に至る衝撃回数
(Continuous cutting test conditions)
Work material: SCM435
Tool shape: CNMG120408
Cutting speed: 300 m / min Feeding speed: 0.3 mm / rev
Cutting depth: 2mm
Cutting time: 20 minutes Cutting fluid: Mixture of 15% emulsion + 85% water Evaluation item: Observe the cutting edge with a microscope and measure the amount of flank wear and tip wear (strong intermittent cutting test conditions)
Work Material: SCM440 Four Groove Material Tool Shape: CNMG120408
Cutting speed: 300 m / min Feed speed: 0.4 mm / rev
Cutting depth: 2mm
Cutting fluid: Mixture of 15% emulsion + 85% water Evaluation item: Number of impacts leading to defects

Figure 2008264989
Figure 2008264989

上記表1及び表2から分かるように、荒加工として所定のブラシ加工を施し、仕上げ加工として所定のブラスト加工を施した本発明の試料No.1−7については、界面における直線20μμmの長さ範囲に占める多方向成長部の割合が5〜40%であることが分かる。また、試料No.1−7は、互いに独立した多方向成長部の個数が3〜40個の範囲であることが分かる。また、試料No.1−7は、多方向成長部の幅の変化が、母材側>被覆層表面側となっている(換言すれば、被覆層の外表面から母材側に向けて増大している)ことが分かる。さらに、試料No.1−7は、成長始点における成長方向の角度θgが25度未満である柱状結晶が占める領域の幅をWaIとし、成長始点における成長方向の角度θgが25度以上である柱状結晶が占める領域の幅をWaIIとしたときの、WaII/WaIの値が0.1〜1.0の範囲内に含まれることとなった。   As can be seen from Table 1 and Table 2 above, the sample No. 1 of the present invention was subjected to predetermined brushing as roughing and predetermined blasting as finishing. As for 1-7, it can be seen that the ratio of the multidirectional growth portion in the length range of 20 μm in a straight line at the interface is 5 to 40%. Sample No. 1-7 indicates that the number of multi-directional growth portions independent of each other is in the range of 3 to 40. Sample No. In 1-7, the change in the width of the multidirectional growth portion is such that the base material side> the coating layer surface side (in other words, the width increases from the outer surface of the coating layer toward the base material side). I understand. Furthermore, sample no. In 1-7, the width of the region occupied by the columnar crystal whose growth direction angle θg is less than 25 degrees at the growth start point is WaI, and the region occupied by the columnar crystal whose growth direction angle θg is 25 degrees or more at the growth start point is When the width was WaII, the value of WaII / WaI was included in the range of 0.1 to 1.0.

また、表3から分かるように、界面における直線20μmの長さ範囲に占める多方向成長部の割合、互いに独立した多方向成長部の個数、多方向成長部の幅の変化が、それぞれ本発明の範囲内である試料No.1−7については、前述したそれぞれが本発明の範囲外である試料No.8‐10に比べて、フランク摩耗、先端摩耗、欠損に至る衝撃回数すべてにおいて優れた結果を得ることができた。   Further, as can be seen from Table 3, the ratio of the multi-directional growth portion occupying the length range of 20 μm of the straight line at the interface, the number of multi-directional growth portions independent of each other, and the change in the width of the multi-directional growth portion respectively. Sample No. within the range. For samples 1-7, each of the sample Nos. Described above is outside the scope of the present invention. Compared to 8-10, excellent results were obtained in all the number of impacts leading to flank wear, tip wear, and fracture.

これは、高靭性である多方向成長部を最適な程度で存在させることで、高硬度と高靭性を兼ね備えることができたため、強断続加工での強い衝撃の際に、コーティング層にクラックが発生した場合であっても、クラックの発生を抑制し、欠損を防止することができたものと考えられる。   This is because the high-toughness multi-directional growth part exists at an optimal level, so it was possible to combine high hardness and high toughness, so that cracks occurred in the coating layer during a strong impact in hard interrupted processing. Even in this case, it is considered that the generation of cracks was suppressed and the chipping could be prevented.

本発明の切削工具を厚み方向に切断したときの断面を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the cross section when the cutting tool of this invention was cut | disconnected in the thickness direction.

符号の説明Explanation of symbols

10:母材
11:硬質相
12:結合相
13:平滑面部
14:凹部
20:被覆層
21:垂直成長部
22:多方向成長部
10: Base material 11: Hard phase 12: Bonded phase 13: Smooth surface portion 14: Concave portion 20: Cover layer 21: Vertical growth portion 22: Multidirectional growth portion

Claims (8)

母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、
前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、
厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面における直線20μmの長さ範囲のうち5〜40%を多方向成長部が占めていることを特徴とする切削工具。
A cutting tool comprising a base material and a coating layer formed on the surface of the base material,
The coating layer includes a vertical growth portion that is crystal-grown at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane orthogonal to the thickness direction, and a multi-direction growth portion that is crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane. And
A cutting tool characterized in that a multidirectional growth portion occupies 5 to 40% of a length range of a straight line of 20 μm at an interface between a base material and a coating layer in a cross section cut in a thickness direction.
母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、
前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、
厚み方向に切断した断面において、多方向成長部の幅は、被覆層の外表面から母材側に向けて増大していることを特徴とする切削工具。
A cutting tool comprising a base material and a coating layer formed on the surface of the base material,
The coating layer includes a vertical growth portion that is crystal-grown at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane orthogonal to the thickness direction, and a multi-direction growth portion that is crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane. And
A cutting tool characterized in that, in the cross section cut in the thickness direction, the width of the multidirectional growth portion increases from the outer surface of the coating layer toward the base material side.
母材と、前記母材の表面に形成された被覆層とを備える切削工具であって、
前記被覆層は、厚み方向に直交する平面に対して85〜90度の角度で結晶成長した垂直成長部と、前記平面に対して85度未満の角度で結晶成長した多方向成長部とを備えており、
厚み方向に切断した断面において、母材と被覆層との界面上の直線20μmの中に、互いに独立した多方向成長部が3〜40個存在していることを特徴とする切削工具。
A cutting tool comprising a base material and a coating layer formed on the surface of the base material,
The coating layer includes a vertical growth portion that is crystal-grown at an angle of 85 to 90 degrees with respect to a plane orthogonal to the thickness direction, and a multi-direction growth portion that is crystal-grown at an angle of less than 85 degrees with respect to the plane. And
A cutting tool characterized in that, in a cross section cut in the thickness direction, 3 to 40 multidirectional growth portions independent from each other exist in a straight line of 20 μm on an interface between a base material and a coating layer.
前記被覆層の膜厚が2.0μm以上である、請求項1乃至3のいずれかに記載の切削工具。   The cutting tool in any one of Claims 1 thru | or 3 whose film thickness of the said coating layer is 2.0 micrometers or more. 前記母材は、硬質相および当該硬質相を結合する結合相を有するとともに、前記硬質相は、周期表の4、5、6族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物からなる群より選ばれる1種以上であり、炭窒化チタンまたは炭化タングステンのいずれか一方を少なくとも必須とする成分からなる、請求項1乃至4のいずれかに記載の切削工具。   The base material has a hard phase and a binder phase that binds the hard phase, and the hard phase is selected from the group consisting of carbides, nitrides, and carbonitrides of Group 4, 5, and 6 metals of the periodic table. The cutting tool according to any one of claims 1 to 4, wherein the cutting tool is composed of one or more components and at least one of titanium carbonitride and tungsten carbide. 前記結合相は、鉄族金属を主成分とする、請求項5に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 5, wherein the binder phase contains an iron group metal as a main component. 前記母材の表面は、硬質相からなる平滑面部と、結合相または結合相および硬質相からなる凹部とから構成されている、請求項5または6に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 5 or 6, wherein the surface of the base material includes a smooth surface portion made of a hard phase and a concave portion made of a binder phase or a binder phase and a hard phase. 前記垂直成長部は前記平滑面部上に形成されており、前記多方向成長部は前記凹部上に形成されている、請求項7記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 7, wherein the vertical growth portion is formed on the smooth surface portion, and the multidirectional growth portion is formed on the concave portion.
JP2008018913A 2007-02-28 2008-01-30 Cutting tools Expired - Fee Related JP5111133B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008018913A JP5111133B2 (en) 2007-03-23 2008-01-30 Cutting tools
PCT/JP2008/053578 WO2008105519A1 (en) 2007-02-28 2008-02-28 Cutting tool and process for manufacturing the same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2007077124 2007-03-23
JP2007077124 2007-03-23
JP2008018913A JP5111133B2 (en) 2007-03-23 2008-01-30 Cutting tools

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008264989A true JP2008264989A (en) 2008-11-06
JP5111133B2 JP5111133B2 (en) 2012-12-26

Family

ID=40045212

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008018913A Expired - Fee Related JP5111133B2 (en) 2007-02-28 2008-01-30 Cutting tools

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5111133B2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025182442A1 (en) * 2024-02-28 2025-09-04 京セラ株式会社 Hard material member, cutting insert, cutting tool, and method for manufacturing cut workpiece

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2865251B1 (en) 1998-02-02 1999-03-08 文宏 村上 Powder coating booth for automotive body coating plant

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08318406A (en) * 1995-05-19 1996-12-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Coated cutting tools
JP2000265236A (en) * 1999-03-16 2000-09-26 Toshiba Tungaloy Co Ltd Cemented carbide excellent in smoothness, coated cemented carbide, and their manufacture

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08318406A (en) * 1995-05-19 1996-12-03 Sumitomo Electric Ind Ltd Coated cutting tools
JP2000265236A (en) * 1999-03-16 2000-09-26 Toshiba Tungaloy Co Ltd Cemented carbide excellent in smoothness, coated cemented carbide, and their manufacture

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025182442A1 (en) * 2024-02-28 2025-09-04 京セラ株式会社 Hard material member, cutting insert, cutting tool, and method for manufacturing cut workpiece

Also Published As

Publication number Publication date
JP5111133B2 (en) 2012-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2465098C2 (en) Hard metal tip
JP5866650B2 (en) Surface coated cutting tool
US8182911B2 (en) Cutting tool, manufacturing method thereof and cutting method
KR101843329B1 (en) Surface coated member, and manufacturing method for same
KR102033188B1 (en) Surface-coated cutting tool with hard coating that exhibits excellent chipping resistance and abrasion resistance
JP5472529B2 (en) Hard film coating member and blade-tip-exchange-type rotary tool having the same
JP6638936B2 (en) Surface coated cutting tool and method of manufacturing the same
KR102320077B1 (en) Surface-coated cutting tool and method of producing the same
WO2011105420A1 (en) Cutting tool
JPWO2008026700A1 (en) Cutting tool, manufacturing method thereof and cutting method
KR102312226B1 (en) Surface-coated cutting tool and method of producing the same
US20210001409A1 (en) Surface-coated cutting tool
EP1253124B2 (en) Highly adhesive surface-coated cemented carbide and method for producing the same
WO2011052767A1 (en) Surface coated cutting tool with excellent chip resistance
KR20130019378A (en) Surface-coated cutting tool
WO2007049785A1 (en) Surface-coated member, method for manufacture thereof, and cutting tool
CN109562461A (en) Resistance to deposition crushing knife and the excellent surface-coated cutting tool of peel resistance
JP2008264988A (en) Cutting tool manufacturing method
JP2008238392A (en) Cutting tools
JP2017159409A (en) Surface-coated cutting tool exerting excellent wear resistance
JP2007229821A (en) Surface coated cutting tool
JP5111133B2 (en) Cutting tools
JP2006281361A (en) Surface coated member and surface coated cutting tool
JP2012096303A (en) Surface coated cutting tool with superior chipping resistance
JP2019166584A (en) Surface-coated cutting tool allowing hard coating layer to exhibit excellent wear resistance

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20100915

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120619

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120723

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120911

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20121009

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151019

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5111133

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees