[go: up one dir, main page]

JP2014087858A - Cutting tool - Google Patents

Cutting tool Download PDF

Info

Publication number
JP2014087858A
JP2014087858A JP2012237826A JP2012237826A JP2014087858A JP 2014087858 A JP2014087858 A JP 2014087858A JP 2012237826 A JP2012237826 A JP 2012237826A JP 2012237826 A JP2012237826 A JP 2012237826A JP 2014087858 A JP2014087858 A JP 2014087858A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
hard coating
composite nitride
coating layer
layers
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.)
Pending
Application number
JP2012237826A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takahito Tabuchi
貴仁 田渕
Hiroshi Iiyoshi
寛 飯吉
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.)
Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials 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 Mitsubishi Materials Corp filed Critical Mitsubishi Materials Corp
Priority to JP2012237826A priority Critical patent/JP2014087858A/en
Publication of JP2014087858A publication Critical patent/JP2014087858A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

【課題】被削材として炭素鋼を用いる場合であっても、硬質被覆層の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できる切削工具を提供すること。
【解決手段】炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体2の表面2aに、硬質被覆層3として、第1の複合窒化物層11と第2の複合窒化物層12とが交互に計4層以上形成されており、前記第1の複合窒化物層11は、少なくとも前記工具基体2の表面2aに直接成膜され、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、組成式:(Al1−XTi)Nで表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層からなり、前記第2の複合窒化物層12は、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、組成式:(Al1−aCr)Nで表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層からなる。
【選択図】図1
To provide a cutting tool capable of reliably suppressing wear and peeling of a hard coating layer and extending the tool life even when carbon steel is used as a work material.
A first composite nitride layer 11 and a second composite nitride layer 12 are alternately arranged as a hard coating layer 3 on a surface 2a of a tool base 2 made of a tungsten carbide base cemented carbide. The first composite nitride layer 11 is formed directly on at least the surface 2a of the tool base 2 and has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm. When expressed by Al 1-X Ti X ) N, it comprises a composite nitride layer of Al and Ti having an average composition satisfying 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where X value is an atomic ratio), The second composite nitride layer 12 has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm, and 0.2 ≦ a ≦ 0 when expressed by a composition formula: (Al 1-a Cr a ) N. .6 (where the a value is the atomic ratio) and consists of an Al and Cr composite nitride layer having an average composition.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、複合窒化物層からなる硬質被覆層が形成された切削工具に関するものである。   The present invention relates to a cutting tool in which a hard coating layer made of a composite nitride layer is formed on the surface of a tool base made of a tungsten carbide base cemented carbide.

従来、この種の切削工具として、例えば下記特許文献1に示されるような、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、該工具基体よりも硬度が高い硬質被覆層として、AlとTiの複合窒化物層が形成されたドリル等が知られている。
この切削工具では、硬質被覆層に含まれるAl成分により、該硬質被覆層の高温硬さや耐熱性が向上され、硬質被覆層に含まれるTi成分により、該硬質被覆層の高温強度が向上されている。
Conventionally, as this type of cutting tool, for example, as shown in Patent Document 1 below, as a hard coating layer having a hardness higher than that of the tool base, Al and Ti are provided on the surface of the tool base made of tungsten carbide base cemented carbide. A drill or the like in which a composite nitride layer is formed is known.
In this cutting tool, the Al component contained in the hard coating layer improves the high-temperature hardness and heat resistance of the hard coating layer, and the Ti component contained in the hard coating layer improves the high-temperature strength of the hard coating layer. Yes.

特公平5−67705号公報Japanese Patent Publication No. 5-67705

しかしながら、上記従来の切削工具においては、被削材として炭素鋼を切削する場合に、該炭素鋼以外の材料を切削する場合に比べて、摩擦熱等により高温となった硬質被覆層が被削材に付着するなどして摩耗や剥離しやすいことが問題となっていた。具体的に、例えばドリルにおいては、炭素鋼を切削した場合に、外周刃に隣接するマージン部分から硬質被覆層が摩耗したり剥離したりしやすく、マージン摩耗が生じやすかった。   However, in the conventional cutting tool described above, when carbon steel is cut as a work material, a hard coating layer that has become hot due to frictional heat or the like is cut as compared with the case of cutting materials other than the carbon steel. It has been a problem that it is easily worn or peeled off due to adhesion to the material. Specifically, in a drill, for example, when carbon steel is cut, the hard coating layer easily wears or peels off from a margin portion adjacent to the outer peripheral blade, and margin wear tends to occur.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、被削材として炭素鋼を用いる場合であっても、硬質被覆層の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できる切削工具を提供することを目的としている。   The present invention has been made in view of such circumstances, and even when carbon steel is used as a work material, wear and delamination of the hard coating layer can be reliably suppressed, and the tool life can be reduced. It aims at providing the cutting tool which can be extended.

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提案している。
すなわち、本発明の切削工具は、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、硬質被覆層として、第1の複合窒化物層と第2の複合窒化物層とが交互に計4層以上形成されており、前記第1の複合窒化物層は、少なくとも前記工具基体の表面に直接成膜され、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、組成式:(Al1−XTi)Nで表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層からなり、前記第2の複合窒化物層は、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、組成式:(Al1−aCr)Nで表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層からなることを特徴とする。
In order to solve such problems and achieve the above object, the present invention proposes the following means.
That is, the cutting tool of the present invention has a total of four layers of the first composite nitride layer and the second composite nitride layer alternately on the surface of the tool base made of tungsten carbide base cemented carbide as the hard coating layer. The first composite nitride layer is formed directly on at least the surface of the tool base, has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm, and has a composition formula: (Al 1− X Ti X ) N, the composite nitride layer of Al and Ti having an average composition satisfying 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where X value is an atomic ratio), The composite nitride layer has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm, and 0.2 ≦ a ≦ 0.6 (provided that expressed by the composition formula: (Al 1-a Cr a ) N) , A is a composite nitride layer of Al and Cr having an average composition satisfying an atomic ratio).

本発明の切削工具では、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、第1の複合窒化物層及び第2の複合窒化物層が交互に計4層以上積層されて硬質被覆層が形成されている。
そして、第1の複合窒化物層が、組成式:(Al1−XTi)Nで表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層(以下、(Al,Ti)N層と省略)からなり、このような(Al,Ti)N層が、少なくとも工具基体の表面に直接成膜されているので、硬質被覆層と工具基体の表面との接合強度が安定的に高められることとなり、硬質被覆層の剥離が抑制される。
In the cutting tool of the present invention, a hard coating layer is formed by alternately laminating a total of four or more first composite nitride layers and second composite nitride layers on the surface of a tool base made of a tungsten carbide base cemented carbide. Is formed.
When the first composite nitride layer is expressed by a composition formula: (Al 1-X Ti X ) N, 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where the X value is an atomic ratio) is satisfied. It consists of a composite nitride layer of Al and Ti with an average composition (hereinafter abbreviated as (Al, Ti) N layer), and such (Al, Ti) N layer is formed directly on the surface of at least the tool base. Therefore, the bonding strength between the hard coating layer and the surface of the tool base is stably increased, and the peeling of the hard coating layer is suppressed.

また、第2の複合窒化物層は、組成式:(Al1−aCr)Nで表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層(以下、(Al,Cr)N層と省略)からなり、このような(Al,Cr)N層が、被削材に接触させられることで、当該被削材として炭素鋼を用いた場合に、切削時にこの炭素鋼に対して硬質被覆層は高温でも付着しにくくされて、硬質被覆層の摩耗や剥離が安定して抑制される。 Further, the second composite nitride layer satisfies 0.2 ≦ a ≦ 0.6 (where a value is an atomic ratio) when expressed by the composition formula: (Al 1-a Cr a ) N. A composite nitride layer of Al and Cr having an average composition (hereinafter abbreviated as (Al, Cr) N layer), and such (Al, Cr) N layer is brought into contact with the work material, When carbon steel is used as the work material, the hard coating layer is difficult to adhere to the carbon steel even at high temperatures during cutting, and wear and peeling of the hard coating layer are stably suppressed.

具体的に、第1、第2の複合窒化物層に含まれるAl成分により、硬質被覆層の高温硬さや耐熱性等が向上される。また、第1の複合窒化物層に含まれるTi成分により、硬質被覆層の高温強度等が向上される。また、第2の複合窒化物層に含まれるCr成分により、高温耐酸化性や耐溶着性等が向上される。   Specifically, the Al component contained in the first and second composite nitride layers improves the high temperature hardness and heat resistance of the hard coating layer. Further, the high temperature strength and the like of the hard coating layer are improved by the Ti component contained in the first composite nitride layer. Further, the Cr component contained in the second composite nitride layer improves high temperature oxidation resistance, welding resistance, and the like.

そして、上述した第1、第2の複合窒化物層は、それぞれの平均層厚が0.5μm以上とされているので、硬質被覆層の製造時に、各層において結晶成長が十分に促されるとともに、内部応力の発生が抑制されて、耐衝撃性が安定して高められる。
具体的に、上記平均層厚が0.5μm未満の場合は、製造時に各層において結晶が十分に成長しにくくなり、内部応力が大きくなりやすくなって、耐衝撃性が低減するおそれがある。
And since the average layer thickness of each of the first and second composite nitride layers described above is 0.5 μm or more, crystal growth is sufficiently promoted in each layer during the production of the hard coating layer, Generation of internal stress is suppressed and impact resistance is stably improved.
Specifically, when the average layer thickness is less than 0.5 μm, it is difficult for crystals to grow sufficiently in each layer at the time of production, and internal stress tends to increase, which may reduce impact resistance.

また、第1、第2の複合窒化物層は、それぞれの平均層厚が1.25μm以下とされているので、硬質被覆層にその層厚方向に向けてクラックが大きく進展するようなことが防止される。具体的に、硬質被覆層にクラックが進展する場合においては、最外層から層厚方向に進んだクラックが、層間に達した後、当該層間に沿って層厚方向に垂直な方向に進みやすいことから、硬質被覆層を構成する各層の平均層厚が1.25μm以下と小さく抑えられていることで、硬質被覆層が工具基体の表面から大きくまとまって剥離することが抑制されるとともに、工具基体の表面が外部に露出するようなことが防止される。
具体的に、上記平均層厚が1.25μmを超える場合は、クラックが硬質被覆層の層厚方向に大きく進展しやすくなるとともに、硬質被覆層が工具基体の表面から大きくまとまって剥離しやすくなって、工具基体の表面が露出しやすくなり、耐摩耗性が確保できなくなるおそれがある。
In addition, since the average layer thickness of each of the first and second composite nitride layers is set to 1.25 μm or less, cracks may greatly develop in the hard coating layer in the layer thickness direction. Is prevented. Specifically, when a crack develops in the hard coating layer, after the crack that has progressed in the layer thickness direction from the outermost layer reaches the interlayer, it should easily proceed in the direction perpendicular to the layer thickness direction along the interlayer. Therefore, the average layer thickness of each layer constituting the hard coating layer is suppressed to a small value of 1.25 μm or less, so that the hard coating layer is largely prevented from peeling off from the surface of the tool substrate, and the tool substrate It is prevented that the surface of is exposed to the outside.
Specifically, when the average layer thickness exceeds 1.25 μm, cracks are likely to be greatly propagated in the layer thickness direction of the hard coating layer, and the hard coating layer is easily separated from the surface of the tool base. As a result, the surface of the tool base is likely to be exposed, and the wear resistance may not be ensured.

さらに、本発明では、第1、第2の複合窒化物層が、交互に計4層以上設けられているので、上述した各層の性能が長期にわたり維持されて、高品位な切削加工を安定して行うことが可能である。   Furthermore, in the present invention, since the first and second composite nitride layers are alternately provided in a total of four or more layers, the performance of each layer described above is maintained over a long period of time, and high-quality cutting is stabilized. Can be done.

具体的に、この切削工具では、硬質被覆層として、第1、第2の複合窒化物層がそれぞれ少なくとも2層以上設けられることから、たとえこれら第1、第2の複合窒化物層の一部が摩耗したり剥離したりしても、その層厚方向の内側から他の第1、第2の複合窒化物層が新たに露出されて、上述した効果(硬質被覆層の摩耗や剥離を抑制する効果、耐衝撃性を高める効果など)を、長期にわたり安定して得ることができる。   Specifically, in this cutting tool, at least two or more of the first and second composite nitride layers are provided as the hard coating layer, respectively, and therefore, a part of these first and second composite nitride layers. Even if the surface is worn or peeled off, the other first and second composite nitride layers are newly exposed from the inside in the layer thickness direction, and the above-described effects (suppressing wear and peeling of the hard coating layer are suppressed. And the effect of improving impact resistance can be stably obtained over a long period of time.

また、硬質被覆層が計4層以上で構成されることから、該硬質被覆層において層厚方向の内側へ向けてクラックが進展しようとする場合に、該クラックは、複数の層間を通過しない限り工具基体の表面に達することはなく、また前述の通りクラックは層間に沿って進展しやすいことから、クラックの層厚方向への進展が効果的に抑制される。つまり、硬質被覆層内に3つ以上の層間が設けられることで、クラックが該硬質被覆層を貫通して母材(工具基体)に達することが顕著に防止されている。   In addition, since the hard coating layer is composed of a total of four or more layers, when the crack is about to progress toward the inside in the layer thickness direction in the hard coating layer, the crack does not pass through a plurality of layers. Since the crack does not reach the surface of the tool base and the cracks easily propagate along the layers as described above, the cracks are effectively suppressed from progressing in the layer thickness direction. That is, by providing three or more layers in the hard coating layer, it is remarkably prevented that cracks penetrate the hard coating layer and reach the base material (tool base).

尚、本発明の上述した効果は、炭素鋼を被削材に用いた場合は勿論のこと、被削材として炭素鋼以外の材料を用いた場合にも、顕著に得ることができる。   The above-described effects of the present invention can be remarkably obtained not only when carbon steel is used as a work material but also when a material other than carbon steel is used as the work material.

このように、本発明によれば、被削材として炭素鋼を用いる場合であっても、硬質被覆層の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できるのである。   Thus, according to the present invention, even when carbon steel is used as the work material, wear and delamination of the hard coating layer can be reliably suppressed, and the tool life can be extended.

また、本発明の切削工具において、前記硬質被覆層の最外層が、前記第2の複合窒化物層とされていることとしてもよい。   In the cutting tool of the present invention, the outermost layer of the hard coating layer may be the second composite nitride layer.

この場合、被削材として炭素鋼を用いる場合に、該被削材に接触する硬質被覆層の最外層が(Al,Cr)N層であるので、切削時に摩擦熱等により高温になっても炭素鋼に対して硬質被覆層が付着しにくくされて、硬質被覆層の摩耗や剥離がより顕著に抑制されることとなる。   In this case, when carbon steel is used as the work material, the outermost layer of the hard coating layer in contact with the work material is an (Al, Cr) N layer. The hard coating layer is less likely to adhere to the carbon steel, and wear and peeling of the hard coating layer are more significantly suppressed.

また、本発明の切削工具において、前記硬質被覆層の全体としての平均層厚が、2〜5μmであることとしてもよい。   Moreover, the cutting tool of this invention WHEREIN: The average layer thickness as the whole of the said hard coating layer is good also as being 2-5 micrometers.

この場合、硬質被覆層が工具基体の表面から広範囲に剥離するようなことが防止されつつ、前述した効果がより確実に得られることとなる。
具体的に、硬質被覆層の全体としての平均層厚が2μm未満の場合は、4層以上の第1、第2の複合窒化物層からなる硬質被覆層の各層の厚さが薄くなり、その薄くなった層において結晶が十分に成長しなかったり、内部応力が大きくなったりして、前述した効果が十分に得られなくなるおそれがある。
また、硬質被覆層の全体としての平均層厚が5μmを超える場合は、硬質被覆層が工具基体の表面から広範囲にまとまって剥離しやすくなり、このような剥離が生じることで工具基体の表面が外部に露出した場合には、当該露出箇所から摩耗が顕著に進みやすくなるおそれがある。
In this case, the above-described effect can be more reliably obtained while preventing the hard coating layer from being peeled off from the surface of the tool base in a wide range.
Specifically, when the average thickness of the hard coating layer as a whole is less than 2 μm, the thickness of each of the hard coating layers composed of four or more first and second composite nitride layers is reduced. In the thinned layer, the crystal does not grow sufficiently, or the internal stress increases, so that the above-described effects may not be sufficiently obtained.
In addition, when the average thickness of the hard coating layer as a whole exceeds 5 μm, the hard coating layer is easily peeled from the surface of the tool base in a wide range, and such peeling causes the surface of the tool base. When exposed to the outside, there is a risk that the wear is likely to proceed significantly from the exposed portion.

本発明の切削工具によれば、被削材として炭素鋼を用いる場合であっても、硬質被覆層の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できる。   According to the cutting tool of the present invention, even when carbon steel is used as the work material, wear and peeling of the hard coating layer can be reliably suppressed, and the tool life can be extended.

本発明の一実施形態に係る切削工具の硬質被覆層を説明する縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view explaining the hard coating layer of the cutting tool which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の一実施形態に係る切削工具1について、図面を参照して説明する。
本実施形態の切削工具1は、例えば、炭素鋼からなる被削材の穴開けなどの切削加工に用いられるドリルやミニチュアドリルであり、少なくとも工具基体2における被削材との接触箇所に表面被覆が施された表面被覆切削工具である。
Hereinafter, a cutting tool 1 according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The cutting tool 1 of this embodiment is a drill or miniature drill used for cutting such as drilling of a work material made of carbon steel, for example, and at least a contact portion of the tool base 2 with the work material is surface-coated. Is a surface-coated cutting tool to which

図1に示すように、この切削工具1は、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体2と、該工具基体2の表面2aに形成された硬質被覆層3と、を備えている。   As shown in FIG. 1, the cutting tool 1 includes a tool base 2 made of a tungsten carbide-based cemented carbide and a hard coating layer 3 formed on the surface 2 a of the tool base 2.

硬質被覆層3は、第1の複合窒化物層11と、第2の複合窒化物層12とが交互に計4層以上積層されて形成されている。本実施形態では、工具基体2の表面2aに、第1の複合窒化物層11及び第2の複合窒化物層12が各2層ずつ計4層設けられて、硬質被覆層3が形成されている。   The hard coating layer 3 is formed by alternately laminating a total of four or more first composite nitride layers 11 and second composite nitride layers 12. In this embodiment, the hard composite layer 3 is formed by providing the first composite nitride layer 11 and the second composite nitride layer 12 on the surface 2a of the tool base 2 in total, two layers each of which is two layers. Yes.

第1の複合窒化物層11は、少なくとも工具基体2の表面2aに直接成膜されており、0.5〜1.25μmの平均層厚を有している。図示の例では、第1の複合窒化物層11は、層厚方向(図1における上下方向)に間隔をあけて2層設けられており、そのうち一方の層(層厚方向の内側に配置される層)が工具基体2の表面2a上に直接成膜され、他方の層(層厚方向の外側に配置される層)が後述する第2の複合窒化物層12上に成膜されている。
第1の複合窒化物層11は、組成式:(Al1−XTi)Nで表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層((Al,Ti)N層)からなる。
The first composite nitride layer 11 is directly formed on at least the surface 2a of the tool base 2, and has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm. In the example shown in the figure, the first composite nitride layer 11 is provided in two layers at intervals in the layer thickness direction (vertical direction in FIG. 1), and one of these layers (arranged inside the layer thickness direction). Layer) is formed directly on the surface 2a of the tool base 2, and the other layer (layer disposed outside the layer thickness direction) is formed on the second composite nitride layer 12 described later. .
The first composite nitride layer 11 is an average satisfying 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where the X value is an atomic ratio) when represented by the composition formula: (Al 1-X Ti X ) N. It consists of a composite nitride layer ((Al, Ti) N layer) of Al and Ti having a composition.

第2の複合窒化物層12は、第1の複合窒化物層11に成膜されており、0.5〜1.25μmの平均層厚を有している。図示の例では、第2の複合窒化物層12は、層厚方向に間隔をあけて2層設けられており、これらが上述した2つの第1の複合窒化物層11上にそれぞれ成膜されている。
第2の複合窒化物層12は、組成式:(Al1−aCr)Nで表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層((Al,Cr)N層)からなる。
The second composite nitride layer 12 is formed on the first composite nitride layer 11 and has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm. In the illustrated example, the second composite nitride layer 12 is provided in two layers at intervals in the layer thickness direction, and these layers are formed on the two first composite nitride layers 11 described above, respectively. ing.
The second composite nitride layer 12 is an average satisfying 0.2 ≦ a ≦ 0.6 (where a value is an atomic ratio) when expressed by a composition formula: (Al 1-a Cr a ) N. It consists of a composite nitride layer ((Al, Cr) N layer) of Al and Cr of composition.

硬質被覆層3を構成する第1、第2の複合窒化物層11、12のうち、最外層(硬質被覆層3において層厚方向の外側(工具基体2の表面2aとは反対側)の端部に位置する層)は、(Al,Cr)N層である第2の複合窒化物層12とされている。すなわち、第1、第2の複合窒化物層11、12が交互に積層されてなる硬質被覆層3は、上記した計4層以外に、計6層や計8層等、各層11、12の合計が偶数とされているとともに、これら各層11、12の数が同一とされていることが好ましい。より望ましくは、本実施形態のように、硬質被覆層3は、第1、第2の複合窒化物層11、12が交互に計4層積層されたものがよい。
また、硬質被覆層3の全体としての平均層厚は、2〜5μmの範囲内となっている。
Of the first and second composite nitride layers 11 and 12 constituting the hard coating layer 3, the outermost layer (the outer side in the layer thickness direction of the hard coating layer 3 (the side opposite to the surface 2a of the tool base 2)) The layer located in the part) is the second composite nitride layer 12 which is an (Al, Cr) N layer. That is, the hard coating layer 3 formed by alternately laminating the first and second composite nitride layers 11 and 12 has a total of 6 layers, 8 layers, etc. It is preferable that the total is an even number and the number of each of the layers 11 and 12 is the same. More desirably, as in the present embodiment, the hard coating layer 3 may be formed by alternately laminating a total of four first and second composite nitride layers 11 and 12.
Moreover, the average layer thickness as a whole of the hard coating layer 3 is in the range of 2 to 5 μm.

本実施形態の硬質被覆層3は、例えば、下記の手順で工具基体2の表面2aに作製されたものである。
アークイオンプレーティング装置を用い、その炉内に工具基体2を配設し、炉内をヒータ等の加熱手段により500℃程度の温度に加熱した状態で、所定組成のAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に炉内には反応ガスとして窒素ガス(N)を導入して圧力:3.5Paの反応雰囲気とし、工具基体2にはバイアス電圧:−30Vを印加する。これにより、工具基体2の表面2aに、(Al,Ti)N層からなる第1の複合窒化物層11(最内層、すなわち硬質被覆層3において層厚方向の内側(工具基体2の表面2a側)の端部に位置する層)を蒸着形成する。
The hard coating layer 3 of this embodiment is produced on the surface 2a of the tool base 2 by the following procedure, for example.
Using an arc ion plating apparatus, the tool base 2 is disposed in the furnace, and the furnace is heated to a temperature of about 500 ° C. by a heating means such as a heater, and an Al—Ti alloy having a predetermined composition is set. Arc discharge was generated between the cathode electrode (evaporation source) and the anode electrode under the condition of current: 100 A, and simultaneously nitrogen gas (N 2 ) was introduced into the furnace as a reaction gas, pressure: 3.5 Pa. A bias voltage of −30 V is applied to the tool base 2. Thus, the first composite nitride layer 11 (the innermost layer, that is, the inner side in the layer thickness direction of the hard coating layer 3 (the surface 2a of the tool base 2) is formed on the surface 2a of the tool base 2. Layer) located at the end of side) is formed by vapor deposition.

次いで、所定組成のAl−Cr合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100Aの条件でアーク放電を発生させ、それ以外については、上述のものと同じ条件として、最内層として形成された上記第1の複合窒化物層11上に、(Al,Cr)N層からなる第2の複合窒化物層12を蒸着形成する。   Next, arc discharge is generated under the condition of current: 100 A between the cathode electrode (evaporation source) on which the Al—Cr alloy having a predetermined composition is set and the anode electrode, and the other conditions are the same as those described above. Then, a second composite nitride layer 12 made of an (Al, Cr) N layer is deposited on the first composite nitride layer 11 formed as the innermost layer.

同様に、上記第2の複合窒化物層12上に、新たに第1の複合窒化物層11を蒸着形成し、さらに当該第1の複合窒化物層11上に、新たに第2の複合窒化物層12を蒸着形成することで、工具基体2の表面2aに計4層の(Al,Ti)N層及び(Al,Cr)N層からなる硬質被覆層3を形成する。   Similarly, a first composite nitride layer 11 is newly deposited on the second composite nitride layer 12, and a second composite nitride is newly formed on the first composite nitride layer 11. The hard coating layer 3 composed of a total of four (Al, Ti) N layers and (Al, Cr) N layers is formed on the surface 2a of the tool base 2 by vapor-depositing the physical layer 12.

尚、硬質被覆層3を構成する各層11、12の平均層厚については、装置の稼働時間等により制御可能であり、本実施形態においては、各層11、12の狙い厚さをすべて1μmとしている。つまり、硬質被覆層3全体としての狙い厚さは、4μmである。   The average layer thickness of each of the layers 11 and 12 constituting the hard coating layer 3 can be controlled by the operating time of the apparatus, and in this embodiment, the target thickness of each of the layers 11 and 12 is all 1 μm. . That is, the target thickness of the hard coating layer 3 as a whole is 4 μm.

そして、このように製作された本実施形態の硬質被覆層3は、例えば、ビッカース硬さ:2900Hv、酸化開始温度:1100℃であった。一方、本実施形態とは異なる参考例(比較例)として製作した、(Al,Ti)N層の単層からなる硬質被覆層(狙い厚さ4μm)は、ビッカース硬さ:2800Hv、酸化開始温度:840℃であった。すなわち、本実施形態で説明した計4層からなる硬質被覆層3は、従来の単層からなる硬質被覆層に比べて、硬度(高温硬さ)、耐熱性、高温強度に優れたものであり、被削材との摩擦熱等により高温となった場合でも、摩耗や剥離が起こりにくい性質を有している。   And the hard coating layer 3 of this embodiment manufactured in this way was, for example, Vickers hardness: 2900 Hv and oxidation start temperature: 1100 ° C. On the other hand, a hard coating layer (target thickness: 4 μm) made of a single layer of (Al, Ti) N layer manufactured as a reference example (comparative example) different from this embodiment has a Vickers hardness of 2800 Hv and an oxidation start temperature. : 840 ° C. That is, the hard coating layer 3 composed of a total of four layers described in the present embodiment is superior in hardness (high temperature hardness), heat resistance, and high temperature strength as compared with a conventional hard coating layer composed of a single layer. Even when the temperature becomes high due to frictional heat with the work material, etc., it has a property that wear and peeling are unlikely to occur.

以上説明した本実施形態の切削工具1では、炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体2の表面2aに、第1の複合窒化物層11及び第2の複合窒化物層12が交互に計4層以上積層されて硬質被覆層3が形成されている。
そして、第1の複合窒化物層11が、組成式:(Al1−XTi)Nで表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層((Al,Ti)N層)からなり、このような(Al,Ti)N層が、少なくとも工具基体2の表面2aに直接成膜されているので、硬質被覆層3と工具基体2の表面2aとの接合強度が安定的に高められることとなり、硬質被覆層3の剥離が抑制される。
In the cutting tool 1 of the present embodiment described above, the first composite nitride layer 11 and the second composite nitride layer 12 are alternately arranged on the surface 2a of the tool base 2 made of tungsten carbide base cemented carbide in total 4 in total. The hard coating layer 3 is formed by laminating more than one layer.
When the first composite nitride layer 11 is expressed by a composition formula: (Al 1-X Ti X ) N, 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where X value is an atomic ratio) is satisfied. A composite nitride layer ((Al, Ti) N layer) of Al and Ti having an average composition is formed, and such (Al, Ti) N layer is directly formed on the surface 2a of the tool base 2 at least. Therefore, the bonding strength between the hard coating layer 3 and the surface 2a of the tool base 2 is stably increased, and the peeling of the hard coating layer 3 is suppressed.

また、第2の複合窒化物層12は、組成式:(Al1−aCr)Nで表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層((Al,Cr)N層)からなり、このような(Al,Cr)N層が、被削材に接触させられることで、当該被削材として炭素鋼を用いた場合に、切削時にこの炭素鋼に対して硬質被覆層3は高温でも付着しにくくされて、硬質被覆層3の摩耗や剥離が安定して抑制される。 Further, the second composite nitride layer 12 satisfies 0.2 ≦ a ≦ 0.6 (where a value is an atomic ratio) when expressed by a composition formula: (Al 1-a Cr a ) N. A composite nitride layer of Al and Cr ((Al, Cr) N layer) having an average composition, and the (Al, Cr) N layer is brought into contact with the work material so that the work material When carbon steel is used, the hard coating layer 3 is hardly attached to the carbon steel at the time of cutting even at a high temperature, and wear and peeling of the hard coating layer 3 are stably suppressed.

具体的に、第1、第2の複合窒化物層11、12に含まれるAl成分により、硬質被覆層3の高温硬さや耐熱性等が向上される。また、第1の複合窒化物層11に含まれるTi成分により、硬質被覆層3の高温強度等が向上される。また、第2の複合窒化物層12に含まれるCr成分により、高温耐酸化性や耐溶着性等が向上される。   Specifically, the Al component contained in the first and second composite nitride layers 11 and 12 improves the high temperature hardness and heat resistance of the hard coating layer 3. Moreover, the high temperature strength of the hard coating layer 3 is improved by the Ti component contained in the first composite nitride layer 11. Further, the Cr component contained in the second composite nitride layer 12 improves high-temperature oxidation resistance, welding resistance, and the like.

そして、上述した第1、第2の複合窒化物層11、12は、それぞれの平均層厚が0.5μm以上とされているので、硬質被覆層3の製造時に、各層11、12において結晶成長が十分に促されるとともに、内部応力の発生が抑制されて、耐衝撃性が安定して高められる。
具体的に、上記平均層厚が0.5μm未満の場合は、製造時に各層11、12において結晶が十分に成長しにくくなり、内部応力が大きくなりやすくなって、耐衝撃性が低減するおそれがある。
Since the first and second composite nitride layers 11 and 12 described above have an average layer thickness of 0.5 μm or more, crystal growth occurs in each of the layers 11 and 12 when the hard coating layer 3 is manufactured. Is sufficiently promoted, the generation of internal stress is suppressed, and the impact resistance is stably improved.
Specifically, when the average layer thickness is less than 0.5 μm, it is difficult for crystals to grow sufficiently in each of the layers 11 and 12 during manufacturing, the internal stress tends to increase, and the impact resistance may be reduced. is there.

また、第1、第2の複合窒化物層11、12は、それぞれの平均層厚が1.25μm以下とされているので、硬質被覆層3にその層厚方向に向けてクラックが大きく進展するようなことが防止される。具体的に、硬質被覆層3にクラックが進展する場合においては、最外層から層厚方向に進んだクラックが、層間に達した後、当該層間に沿って層厚方向に垂直な方向に進みやすいことから、硬質被覆層3を構成する各層11、12の平均層厚が1.25μm以下と小さく抑えられていることで、硬質被覆層3が工具基体2の表面2aから大きくまとまって剥離することが抑制されるとともに、工具基体2の表面2aが外部に露出するようなことが防止される。
具体的に、上記平均層厚が1.25μmを超える場合は、クラックが硬質被覆層3の層厚方向に大きく進展しやすくなるとともに、硬質被覆層3が工具基体2の表面2aから大きくまとまって剥離しやすくなって、工具基体2の表面2aが露出しやすくなり、耐摩耗性が確保できなくなるおそれがある。
Moreover, since the average layer thickness of each of the first and second composite nitride layers 11 and 12 is 1.25 μm or less, cracks greatly develop in the hard coating layer 3 in the layer thickness direction. This is prevented. Specifically, when a crack progresses in the hard coating layer 3, after the crack that has progressed in the layer thickness direction from the outermost layer reaches the interlayer, it tends to progress in a direction perpendicular to the layer thickness direction along the interlayer. Accordingly, the average layer thickness of each of the layers 11 and 12 constituting the hard coating layer 3 is suppressed to a small value of 1.25 μm or less, so that the hard coating layer 3 is largely separated from the surface 2 a of the tool base 2. Is suppressed, and the surface 2a of the tool base 2 is prevented from being exposed to the outside.
Specifically, when the average layer thickness exceeds 1.25 μm, cracks are likely to greatly increase in the layer thickness direction of the hard coating layer 3, and the hard coating layer 3 is largely gathered from the surface 2 a of the tool base 2. It becomes easy to peel off, the surface 2a of the tool base 2 is likely to be exposed, and there is a possibility that the wear resistance cannot be ensured.

さらに、本実施形態では、第1、第2の複合窒化物層11、12が、交互に計4層以上設けられているので、上述した各層11、12の性能が長期にわたり維持されて、高品位な切削加工を安定して行うことが可能である。   Further, in the present embodiment, since the first and second composite nitride layers 11 and 12 are alternately provided in a total of four or more layers, the performance of each of the layers 11 and 12 described above is maintained over a long period of time. It is possible to stably perform high-quality cutting.

具体的に、この切削工具1では、硬質被覆層3として、第1、第2の複合窒化物層11、12がそれぞれ少なくとも2層以上設けられることから、たとえこれら第1、第2の複合窒化物層11、12の一部が摩耗したり剥離したりしても、その層厚方向の内側から他の第1、第2の複合窒化物層11、12が新たに露出されて、上述した効果(硬質被覆層3の摩耗や剥離を抑制する効果、耐衝撃性を高める効果など)を、長期にわたり安定して得ることができる。   Specifically, in this cutting tool 1, at least two or more first and second composite nitride layers 11 and 12 are provided as the hard coating layer 3, respectively. Even if part of the material layers 11 and 12 is worn or peeled off, the other first and second composite nitride layers 11 and 12 are newly exposed from the inside in the layer thickness direction, and the above-mentioned Effects (an effect of suppressing wear and peeling of the hard coating layer 3 and an effect of improving impact resistance) can be obtained stably over a long period of time.

また、硬質被覆層3が計4層以上で構成されることから、該硬質被覆層3において層厚方向の内側へ向けてクラックが進展しようとする場合に、該クラックは、複数の層間を通過しない限り工具基体2の表面2aに達することはなく、また前述の通りクラックは層間に沿って進展しやすいことから、クラックの層厚方向への進展が効果的に抑制される。つまり、硬質被覆層3内に3つ以上の層間が設けられることで、クラックが該硬質被覆層3を貫通して母材(工具基体2)に達することが顕著に防止されている。   In addition, since the hard coating layer 3 is composed of a total of four or more layers, the crack passes through a plurality of layers when the crack is about to progress inward in the layer thickness direction in the hard coating layer 3. Unless this is done, the surface 2a of the tool base 2 is not reached, and cracks are likely to propagate along the layers as described above, so that the cracks are effectively suppressed from progressing in the layer thickness direction. That is, by providing three or more layers in the hard coating layer 3, it is remarkably prevented that cracks penetrate the hard coating layer 3 and reach the base material (tool base 2).

尚、本実施形態において上述した効果は、炭素鋼を被削材に用いた場合は勿論のこと、被削材として炭素鋼以外の材料を用いた場合にも、顕著に得ることができる。   Note that the effects described above in the present embodiment can be remarkably obtained not only when carbon steel is used as a work material but also when a material other than carbon steel is used as the work material.

このように、本実施形態によれば、被削材として炭素鋼を用いる場合であっても、硬質被覆層3の摩耗や剥離を確実に抑制することができ、工具寿命を延長できるのである。特に、本実施形態のようにドリル(切削工具1)のマージン部分を硬質被覆層3により被覆した場合は、被削材として炭素鋼以外の材料を用いる際には勿論のこと、被削材に炭素鋼を用いる際においても、マージン摩耗を顕著に抑制することができ、工具寿命が延長される。   Thus, according to the present embodiment, even when carbon steel is used as the work material, wear and peeling of the hard coating layer 3 can be reliably suppressed, and the tool life can be extended. In particular, when the margin part of the drill (cutting tool 1) is covered with the hard coating layer 3 as in the present embodiment, when using a material other than carbon steel as the work material, Even when carbon steel is used, margin wear can be remarkably suppressed, and the tool life is extended.

また、硬質被覆層3の最外層が、第2の複合窒化物層12とされているので、下記の効果を奏する。
すなわち、被削材として炭素鋼を用いる場合に、該被削材に接触する硬質被覆層3の最外層が(Al,Cr)N層であるので、切削時に摩擦熱等により高温になっても炭素鋼に対して硬質被覆層3が付着しにくくされて、硬質被覆層3の摩耗や剥離がより顕著に抑制されることとなる。
Moreover, since the outermost layer of the hard coating layer 3 is the second composite nitride layer 12, the following effects are obtained.
That is, when carbon steel is used as the work material, the outermost layer of the hard coating layer 3 that contacts the work material is an (Al, Cr) N layer, so even if the temperature becomes high due to frictional heat or the like during cutting. The hard coating layer 3 is less likely to adhere to the carbon steel, and wear and peeling of the hard coating layer 3 are more significantly suppressed.

また、硬質被覆層3の全体としての平均層厚が、2〜5μmであるので、下記の効果を奏する。
すなわち、硬質被覆層3が工具基体2の表面2aから広範囲に剥離するようなことが防止されつつ、前述した効果がより確実に得られることとなる。
具体的に、硬質被覆層3の全体としての平均層厚が2μm未満の場合は、4層以上の第1、第2の複合窒化物層11、12からなる硬質被覆層3の各層11、12の厚さが薄くなり、その薄くなった層において結晶が十分に成長しなかったり、内部応力が大きくなったりして、前述した効果が十分に得られなくなるおそれがある。
また、硬質被覆層3の全体としての平均層厚が5μmを超える場合は、硬質被覆層3が工具基体2の表面2aから広範囲にまとまって剥離しやすくなり、このような剥離が生じることで工具基体2の表面2aが外部に露出した場合には、当該露出箇所から摩耗が顕著に進みやすくなるおそれがある。
Moreover, since the average layer thickness as a whole of the hard coating layer 3 is 2-5 micrometers, there exists the following effect.
That is, while preventing the hard coating layer 3 from being peeled over a wide range from the surface 2a of the tool base 2, the above-described effects can be obtained more reliably.
Specifically, when the average thickness of the hard coating layer 3 as a whole is less than 2 μm, each layer 11, 12 of the hard coating layer 3 composed of four or more first and second composite nitride layers 11, 12. The thickness of the thin film becomes thin, and crystals may not grow sufficiently in the thinned layer, or internal stress may increase, and the above-described effects may not be sufficiently obtained.
When the average thickness of the hard coating layer 3 as a whole exceeds 5 μm, the hard coating layer 3 is easily peeled from the surface 2a of the tool base 2 in a wide range, and this peeling occurs to cause the tool. When the surface 2a of the base body 2 is exposed to the outside, there is a possibility that the wear is likely to proceed remarkably from the exposed portion.

尚、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。   The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

例えば、前述の実施形態では、硬質被覆層3が、第1、第2の複合窒化物層11、12が交互に計4層積層されてなるとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、硬質被覆層3は、工具基体2の表面2aに第1、第2の複合窒化物層11、12が交互に計5層以上積層されて形成されていてもよい。   For example, in the above-described embodiment, the hard coating layer 3 is formed by alternately laminating the first and second composite nitride layers 11 and 12 in total, but the present invention is not limited to this. That is, the hard coating layer 3 may be formed by alternately stacking a total of five or more first and second composite nitride layers 11 and 12 on the surface 2 a of the tool base 2.

また、前述の実施形態では、硬質被覆層3の最外層が、第2の複合窒化物層12とされているとしたが、これに限定されるものではなく、前記最外層を第1の複合窒化物層11としても構わない。すなわち、硬質被覆層3を構成する各層11、12の合計(トータルの積層数)は、前述した偶数に限らず、奇数であっても構わない。ただし、前述の実施形態のように、硬質被覆層3の最外層を第2の複合窒化物層12とした場合には、炭素鋼等の被削材に対して硬質被覆層3がより付着しにくくなって、該硬質被覆層3の摩耗や剥離が顕著に抑制されることから好ましい。   In the above-described embodiment, the outermost layer of the hard coating layer 3 is the second composite nitride layer 12. However, the outermost layer is not limited to this, and the outermost layer is the first composite layer. The nitride layer 11 may be used. That is, the total (total number of stacked layers) of the layers 11 and 12 constituting the hard coating layer 3 is not limited to the even number described above, and may be an odd number. However, when the outermost layer of the hard coating layer 3 is the second composite nitride layer 12 as in the above-described embodiment, the hard coating layer 3 adheres more to the work material such as carbon steel. This is preferable because wear and peeling of the hard coating layer 3 are remarkably suppressed.

また、硬質被覆層3とは別で、該硬質被覆層3の層厚方向(図1における上下方向)の外側に、例えば第1、第2の複合窒化物層11、12よりも薄い層厚とされた外観装飾用の有色層(化粧層)を設けてもよい。   Further, apart from the hard coating layer 3, on the outside of the hard coating layer 3 in the layer thickness direction (vertical direction in FIG. 1), for example, a layer thickness thinner than the first and second composite nitride layers 11, 12. A colored layer (decorative layer) for appearance decoration may be provided.

また、前述の実施形態では、切削工具1としてドリルを用いたが、これに限定されるものではない。すなわち、切削工具1は、ドリル以外の、例えばエンドミル、バイト等であってもよく、或いは、フライスカッター等の刃先交換式切削工具において、ホルダ(工具本体)に着脱可能に装着される切削インサート(切れ刃を有する超硬チップ)であってもよい。   Moreover, in the above-mentioned embodiment, although the drill was used as the cutting tool 1, it is not limited to this. That is, the cutting tool 1 may be, for example, an end mill, a cutting tool or the like other than a drill, or a cutting insert (detachable) mounted on a holder (tool body) in a cutting edge exchangeable cutting tool such as a milling cutter. It may be a cemented carbide chip having a cutting edge.

その他、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において、前述の実施形態、変形例及び尚書き等で説明した各構成(構成要素)を組み合わせてもよく、また、構成の付加、省略、置換、その他の変更が可能である。また本発明は、前述した実施形態によって限定されることはなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。   In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, you may combine each structure (component) demonstrated by the above-mentioned embodiment, a modified example, a note, etc., addition of a structure, omission, substitution, others It can be changed. Further, the present invention is not limited by the above-described embodiments, and is limited only by the scope of the claims.

以下、本発明を実施例により具体的に説明する。ただし本発明はこの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples. However, the present invention is not limited to this embodiment.

[工具寿命確認試験]
本発明の実施例として、前述した実施形態で説明したドリル(切削工具1)を作製した。
具体的には、工具基体2として、三菱マテリアル株式会社製・型式:MWE0600MA(直径φ6mm)を用意した。そして、アークイオンプレーティング装置を用い、その炉内に炭化タングステン基超硬合金からなる上記工具基体2を配設し、炉内をヒータ等の加熱手段により500℃程度の温度に加熱した状態で、まず、所定組成のAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に炉内には反応ガスとして窒素ガス(N)を導入して圧力:3.5Paの反応雰囲気とし、工具基体2にはバイアス電圧:−30Vを印加して、工具基体2の表面2aに(Al,Ti)N層からなる第1の複合窒化物層11を蒸着形成した。
[Tool life confirmation test]
As an example of the present invention, the drill (cutting tool 1) described in the above-described embodiment was produced.
Specifically, as the tool base 2, Mitsubishi Materials Corporation model number: MWE0600MA (diameter φ6 mm) was prepared. Then, using the arc ion plating apparatus, the tool base 2 made of tungsten carbide base cemented carbide is disposed in the furnace, and the furnace is heated to a temperature of about 500 ° C. by a heating means such as a heater. First, arc discharge is generated under the condition of current: 100 A between the cathode electrode (evaporation source) on which an Al—Ti alloy having a predetermined composition is set and the anode electrode, and at the same time, nitrogen gas is used as a reaction gas in the furnace. (N 2 ) is introduced to form a reaction atmosphere at a pressure of 3.5 Pa, a bias voltage of −30 V is applied to the tool base 2, and a second layer made of an (Al, Ti) N layer is formed on the surface 2 a of the tool base 2. 1 composite nitride layer 11 was formed by vapor deposition.

次いで、所定組成のAl−Cr合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100Aの条件でアーク放電を発生させ、それ以外については、上述と同じ条件として、上記第1の複合窒化物層11上に、(Al,Cr)N層からなる第2の複合窒化物層12を蒸着形成した。   Next, an arc discharge is generated under the condition of current: 100 A between the cathode electrode (evaporation source) on which the Al—Cr alloy having a predetermined composition is set and the anode electrode, and the other conditions are the same as above. A second composite nitride layer 12 made of an (Al, Cr) N layer was formed on the first composite nitride layer 11 by vapor deposition.

次いで、上記第2の複合窒化物層12上に、上述した第1の複合窒化物層11の蒸着条件と同じ条件で、新たな第1の複合窒化物層11を蒸着形成した。
次いで、前記新たな第1の複合窒化物層11上に、上述した第2の複合窒化物層12の蒸着条件と同じ条件で、新たな第2の複合窒化物層12を蒸着形成した。
このようにして、工具基体2の表面2aに、(Al,Ti)N層及び(Al,Cr)N層を交互に計4層積層してなる硬質被覆層3を形成した。
Next, a new first composite nitride layer 11 was formed by vapor deposition on the second composite nitride layer 12 under the same conditions as those for the first composite nitride layer 11 described above.
Next, a new second composite nitride layer 12 was formed by vapor deposition on the new first composite nitride layer 11 under the same conditions as those for the second composite nitride layer 12 described above.
In this way, a hard coating layer 3 was formed on the surface 2a of the tool base 2 by laminating a total of four (Al, Ti) N layers and (Al, Cr) N layers.

また、硬質被覆層3を構成する各層11、12の平均層厚については、装置の稼働時間により制御して、各層11、12の狙い厚さをすべて1μmとするとともに、硬質被覆層3全体としての狙い厚さを4μmとした。このようにして作製された硬質被覆層3は、その層厚が4〜4.3μmの範囲内であった。   Moreover, about the average layer thickness of each layer 11 and 12 which comprises the hard coating layer 3, while controlling by the operating time of an apparatus, all the target thickness of each layer 11 and 12 shall be 1 micrometer, and the hard coating layer 3 whole The target thickness was set to 4 μm. The hard coating layer 3 thus produced had a layer thickness in the range of 4 to 4.3 μm.

一方、比較例として、工具基体2には上記実施例と同様に三菱マテリアル株式会社製・型式:MWE0600MA(直径φ6mm)を用い、炭化タングステン基超硬合金からなる上記工具基体2の表面2aに、上記(Al,Ti)N層と同様の組成を有する単層の硬質被覆層を形成したドリルを用意した。
具体的には、上述のアークイオンプレーティング装置を用い、炉内に工具基体2を配設して上述同様に加熱した状態で、所定組成のAl−Ti合金がセットされたカソード電極(蒸発源)とアノード電極との間に、電流:100Aの条件でアーク放電を発生させ、同時に炉内には反応ガスとして窒素ガスを導入して圧力:4Paの反応雰囲気とし、工具基体2にはバイアス電圧:−50Vを印加して、工具基体2の表面2aに(Al,Ti)N層からなる単層の硬質被覆層を蒸着形成した。
また、この(Al,Ti)N層の狙い厚さは4μm(つまり硬質被覆層全体としても狙い厚さ4μm)とした。
On the other hand, as a comparative example, the tool base 2 is made of Mitsubishi Materials Corporation, model: MWE0600MA (diameter φ6 mm), and the surface 2a of the tool base 2 made of a tungsten carbide base cemented carbide is used. A drill having a single hard coating layer having the same composition as the (Al, Ti) N layer was prepared.
Specifically, a cathode electrode (evaporation source) in which an Al—Ti alloy having a predetermined composition is set in a state in which the tool base 2 is disposed in a furnace and heated in the same manner as described above using the arc ion plating apparatus described above. ) And the anode electrode, arc discharge is generated under the condition of current: 100 A, and simultaneously, nitrogen gas is introduced into the furnace as a reaction gas to form a reaction atmosphere of pressure: 4 Pa, and the tool substrate 2 has a bias voltage. : −50 V was applied to form a single hard coating layer consisting of an (Al, Ti) N layer on the surface 2a of the tool base 2 by vapor deposition.
The target thickness of the (Al, Ti) N layer was 4 μm (that is, the target thickness of the entire hard coating layer was 4 μm).

そして、これら実施例及び比較例の各ドリルを用いて、各種材料からなる複数の被削材をそれぞれ切削加工し、性能及び工具寿命を確認した。尚、切削条件については、大阪機工製・立形マシニングセンタPCV40を用い、切削速度(vc):80m/min、1回転あたりの送り(fr):0.2mm/rev、穴あけ長さ(ld):19mm、切削油剤(外部給油):塩素フリーエマルジョンとした。結果を表1に示す。   And using each drill of these Examples and comparative examples, a plurality of work materials which consist of various materials were cut, respectively, and performance and tool life were checked. As for cutting conditions, a vertical machining center PCV40 manufactured by Osaka Kiko Co., Ltd., cutting speed (vc): 80 m / min, feed per rotation (fr): 0.2 mm / rev, drilling length (ld): 19 mm, cutting fluid (external oiling): a chlorine-free emulsion. The results are shown in Table 1.

Figure 2014087858
Figure 2014087858

表1に示す通り、被削材として炭素鋼(S50C)を用いた場合において、実施例は、比較例に比べて工具寿命が2倍以上に延長することが確認された。尚、S50Cについては、小径ドリルによる切削や高速切削も試験し、その結果いずれも実施例は、比較例に比べて工具寿命が延長された。また、被削材として炭素鋼以外の各種材料を用いた場合において、実施例は、比較例と同等の工具寿命が確保されることがわかった。
このように、本発明の実施例によれば、比較例と同様の性能(加工精度)を確保しつつ、特に被削材として炭素鋼を用いた場合において、顕著に工具寿命を延長できることがわかった。
As shown in Table 1, in the case where carbon steel (S50C) was used as the work material, it was confirmed that the tool life was extended twice or more as compared with the comparative example. For S50C, cutting with a small-diameter drill and high-speed cutting were also tested, and as a result, the tool life of each example was extended compared to the comparative example. Moreover, when using various materials other than carbon steel as a work material, it turned out that the tool life equivalent to an Example is ensured with an Example.
As described above, according to the example of the present invention, it is found that the tool life can be remarkably extended particularly when carbon steel is used as the work material while ensuring the same performance (machining accuracy) as the comparative example. It was.

1 切削工具
2 工具基体
2a 表面
3 硬質被覆層
11 第1の複合窒化物層
12 第2の複合窒化物層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cutting tool 2 Tool base body 2a Surface 3 Hard coating layer 11 1st composite nitride layer 12 2nd composite nitride layer

Claims (3)

炭化タングステン基超硬合金からなる工具基体の表面に、硬質被覆層として、第1の複合窒化物層と第2の複合窒化物層とが交互に計4層以上形成されており、
前記第1の複合窒化物層は、少なくとも前記工具基体の表面に直接成膜され、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、
組成式:(Al1−XTi)N
で表した場合に、0.3≦X≦0.7(ただし、X値は原子比)を満足する平均組成のAlとTiの複合窒化物層からなり、
前記第2の複合窒化物層は、0.5〜1.25μmの平均層厚を有し、
組成式:(Al1−aCr)N
で表した場合に、0.2≦a≦0.6(ただし、a値は原子比)を満足する平均組成のAlとCrの複合窒化物層からなることを特徴とする切削工具。
A total of four or more first composite nitride layers and second composite nitride layers are alternately formed as hard coating layers on the surface of the tool base made of tungsten carbide based cemented carbide.
The first composite nitride layer is formed directly on at least the surface of the tool base and has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm;
Composition formula: (Al 1-X Ti X ) N
In the case of the above, it comprises a composite nitride layer of Al and Ti having an average composition satisfying 0.3 ≦ X ≦ 0.7 (where X value is an atomic ratio),
The second composite nitride layer has an average layer thickness of 0.5 to 1.25 μm,
Composition formula: (Al 1-a Cr a ) N
A cutting tool comprising a composite nitride layer of Al and Cr having an average composition satisfying 0.2 ≦ a ≦ 0.6 (where a value is an atomic ratio).
請求項1に記載の切削工具であって、
前記硬質被覆層の最外層が、前記第2の複合窒化物層とされていることを特徴とする切削工具。
The cutting tool according to claim 1,
A cutting tool, wherein the outermost layer of the hard coating layer is the second composite nitride layer.
請求項1又は2に記載の切削工具であって、
前記硬質被覆層の全体としての平均層厚が、2〜5μmであることを特徴とする切削工具。
The cutting tool according to claim 1 or 2,
The cutting tool, wherein the average thickness of the hard coating layer as a whole is 2 to 5 µm.
JP2012237826A 2012-10-29 2012-10-29 Cutting tool Pending JP2014087858A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012237826A JP2014087858A (en) 2012-10-29 2012-10-29 Cutting tool

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012237826A JP2014087858A (en) 2012-10-29 2012-10-29 Cutting tool

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2014087858A true JP2014087858A (en) 2014-05-15

Family

ID=50790240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012237826A Pending JP2014087858A (en) 2012-10-29 2012-10-29 Cutting tool

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2014087858A (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016124086A (en) * 2015-01-07 2016-07-11 日立金属株式会社 Coated tool
WO2017163535A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 株式会社神戸製鋼所 Hard coating, and hard coating-covered member
US20190375029A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Tungaloy Corporation Drill
CN110791735A (en) * 2019-12-06 2020-02-14 重庆文理学院 Method for improving high-temperature wear performance of titanium alloy workpiece
US11014167B2 (en) 2016-08-01 2021-05-25 Mitsubishi Materials Corporation Multilayer hard film-coated cutting tool

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006070509A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and process for producing the same
WO2006070730A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and process for producing the same
JP2009125832A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Mitsubishi Materials Corp Surface coated cutting tool
JP2009248238A (en) * 2008-04-04 2009-10-29 Sumitomo Electric Hardmetal Corp Surface-coated cutting tool
JP2010207918A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Mitsubishi Materials Corp Surface coated cutting tool

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006070509A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and process for producing the same
WO2006070730A1 (en) * 2004-12-28 2006-07-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp. Surface-coated cutting tool and process for producing the same
JP2009125832A (en) * 2007-11-21 2009-06-11 Mitsubishi Materials Corp Surface coated cutting tool
JP2009248238A (en) * 2008-04-04 2009-10-29 Sumitomo Electric Hardmetal Corp Surface-coated cutting tool
JP2010207918A (en) * 2009-03-06 2010-09-24 Mitsubishi Materials Corp Surface coated cutting tool

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2016124086A (en) * 2015-01-07 2016-07-11 日立金属株式会社 Coated tool
WO2017163535A1 (en) * 2016-03-25 2017-09-28 株式会社神戸製鋼所 Hard coating, and hard coating-covered member
US11014167B2 (en) 2016-08-01 2021-05-25 Mitsubishi Materials Corporation Multilayer hard film-coated cutting tool
US20190375029A1 (en) * 2018-06-06 2019-12-12 Tungaloy Corporation Drill
US10850333B2 (en) * 2018-06-06 2020-12-01 Tungaloy Corporation Drill
DE102019003976B4 (en) 2018-06-06 2024-06-13 Tungaloy Corporation drill
CN110791735A (en) * 2019-12-06 2020-02-14 重庆文理学院 Method for improving high-temperature wear performance of titanium alloy workpiece

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6014959B2 (en) Surface coated cutting tool
JP6386457B2 (en) TiAlN coated tool
JP5165484B2 (en) Drill head manufacturing method and drill head
KR20130137604A (en) Cutting tool comprising multilayer coating
JP4072155B2 (en) Surface-coated cutting tool and manufacturing method thereof
JP2014087858A (en) Cutting tool
JP4704335B2 (en) Surface coated cutting tool
JP2008296290A (en) Surface coated cutting tool
JP5640242B2 (en) Surface coated cutting tool
JP2008240079A (en) Coated member
JP2009249664A (en) Hard film, method for forming the same, and member coated with hard film
JPWO2014123053A1 (en) Surface coating material and cutting tool and machine tool using the same
JPWO2020026392A1 (en) Hard coating and hard coating covering member
JP2014069258A (en) Hard film coated cutting tool
JP2010207916A (en) Surface coated cutting tool
JP5315526B2 (en) Surface coated cutting tool
JP4393650B2 (en) Wear-resistant coated tool
JP5315527B2 (en) Surface coated cutting tool
JP5668262B2 (en) Surface coated cutting tool
JP6995202B2 (en) Hard coating and hard coating covering member
JP2020089923A (en) Coated cutting tool for drilling
US11447855B2 (en) Hard coating and hard-coating-covered member
JP5640243B2 (en) Surface coated cutting tool
JP2010076082A (en) Surface coat cutting tool
JP5945950B2 (en) Hard film coated cutting tool

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150929

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160621

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20170104