硬質(zhì)包覆層發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性的表面包覆切削工具的制作方法

本發(fā)明涉及一種在伴隨合金鋼等產(chǎn)生高熱且沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中，通過(guò)硬質(zhì)包覆層具備優(yōu)異的耐崩刀性而在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能的表面包覆切削工具(以下，稱(chēng)作包覆工具)。

本申請(qǐng)主張基于2014年4月23日于日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2014-089047號(hào)及2015年4月20日于日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2015-85625號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)：

以往，已知有如下包覆工具：通常，在由碳化鎢(以下，由WC表示)基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦(以下，由TiCN表示)基金屬陶瓷或立方晶氮化硼(以下，由cBN表示)基超高壓燒結(jié)體構(gòu)成的工具基體(以下，將這些統(tǒng)稱(chēng)為工具基體)的表面，通過(guò)物理蒸鍍法包覆形成Ti-Al系復(fù)合氮化物層而作為硬質(zhì)包覆層，且已知這些包覆工具發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

然而，上述以往的包覆形成有Ti-Al系復(fù)合氮化物層的包覆工具，雖然耐磨性比較優(yōu)異，但是當(dāng)在高速斷續(xù)切削條件下使用時(shí)容易產(chǎn)生崩刀等異常磨損，因此關(guān)于改善硬質(zhì)包覆層提出了各種方案。

例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了在工具基體表面形成有硬質(zhì)包覆層的表面包覆切削工具，硬質(zhì)包覆層由一層或多層構(gòu)成，在以特定的平面切斷的剖面上，在硬質(zhì)包覆層中，將在刀尖棱線(xiàn)部最薄的部分的厚度設(shè)為T(mén)1，將從刀尖棱線(xiàn)向前刀面方向離開(kāi)1mm的位置的厚度設(shè)為T(mén)2的情況下，滿(mǎn)足T1＜T2，且在硬質(zhì)包覆層表面，將從刀尖棱線(xiàn)向前刀面方向離開(kāi)Da距離的位置設(shè)為a，將向后刀面方向離開(kāi)Db距離的位置設(shè)為b的情況下，Da及Db滿(mǎn)足特定的數(shù)值范圍，在從位置a至位置b的硬質(zhì)包覆層中的、自表面起占0.1T1～0.9T1厚度的區(qū)域E的10％以上的區(qū)域，構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的晶粒的晶體取向的偏差為5度以上且小于10度，從而可以得到優(yōu)異的耐磨性和耐缺損性。

然而，關(guān)于該包覆工具，公開(kāi)了蒸鍍形成TiAlN作為硬質(zhì)包覆層的內(nèi)容，但關(guān)于將Al的含有比例x設(shè)為0.65以上的內(nèi)容沒(méi)有進(jìn)行公開(kāi)和建議。

根據(jù)這種觀點(diǎn)考慮，還提出了如下技術(shù)：通過(guò)用化學(xué)蒸鍍法來(lái)形成硬質(zhì)包覆層，將Al的含有比例x提高至0.9左右。

例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載有如下內(nèi)容：在TiCl₄、AlCl₃、NH₃的混合反應(yīng)氣體中，在650～900℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行化學(xué)蒸鍍，從而能夠蒸鍍形成Al的含有比例x的值為0.65～0.95的(Ti_1-xAl_x)N層，但在該文獻(xiàn)中，其目的在于在該(Ti_1-xAl_x)N層上還包覆Al₂O₃層，從而提高隔熱效果，因此關(guān)于通過(guò)形成將Al的含有比例x的值提高至0.65～0.95的(Ti_1-xAl_x)N層而對(duì)切削性能帶來(lái)什么樣的影響并不明確。

并且，例如在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中提出如下方案：將TiCN層、Al₂O₃層作為內(nèi)層，在其上通過(guò)化學(xué)蒸鍍法包覆立方晶結(jié)構(gòu)或包含六方晶結(jié)構(gòu)的立方晶結(jié)構(gòu)的(Ti_1-xAl_x)N層(其中，以原子比計(jì)，x為0.65～0.90)作為外層，并且通過(guò)對(duì)該外層施加100～1100MPa的壓縮應(yīng)力來(lái)改善包覆工具的耐熱性和疲勞強(qiáng)度。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本專(zhuān)利公開(kāi)2012-20391號(hào)公報(bào)(A)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本專(zhuān)利公表2011-516722號(hào)公報(bào)(A)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本專(zhuān)利公表2011-513594號(hào)公報(bào)(A)

近年來(lái)，對(duì)切削加工中的節(jié)省勞力化及節(jié)能化的要求增加，隨之，切削加工有進(jìn)一步高速化、高效率化的趨勢(shì)，進(jìn)一步對(duì)包覆工具要求耐崩刀性、耐缺損性、耐剝離性等耐異常損傷性，并且要求在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

但是，所述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的包覆工具未考慮到提高由(Ti_1-xAl_x)N層構(gòu)成的硬質(zhì)包覆層中Al的含有比例x，因此，存在例如在提供于合金鋼的高速斷續(xù)切削時(shí)不能說(shuō)耐磨性、耐崩刀性充分的問(wèn)題。

另一方面，關(guān)于通過(guò)所述專(zhuān)利文獻(xiàn)2中記載的化學(xué)蒸鍍法而蒸鍍形成的(Ti_1-xAl_x)N層，由于能夠提高Al的含有比例x，并且能夠形成立方晶結(jié)構(gòu)，因此可獲得具有規(guī)定的硬度且耐磨性?xún)?yōu)異的硬質(zhì)包覆層，然而，存在韌性差的問(wèn)題。

而且，所述專(zhuān)利文獻(xiàn)3中記載的包覆工具具有規(guī)定的硬度且優(yōu)異的耐磨性，但韌性差，因此，存在提供于合金鋼的高速斷續(xù)切削加工等時(shí)，容易產(chǎn)生崩刀、缺損、剝離等異常損傷，不能說(shuō)發(fā)揮令人滿(mǎn)意的切削性能的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

于是，本發(fā)明要解決的技術(shù)課題即本發(fā)明的目的在于提供一種即使在提供于合金鋼等的高速斷續(xù)切削等時(shí)，也具備優(yōu)異的韌性，且在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性的包覆工具。

于是，本發(fā)明人從所述觀點(diǎn)出發(fā)，為了改善通過(guò)化學(xué)蒸鍍來(lái)蒸鍍形成至少包含Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物(以下，有時(shí)由“(Ti,Al)(C,N)”或“(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)”表示)的硬質(zhì)包覆層而得的包覆工具的耐崩刀性、耐磨性，經(jīng)過(guò)反復(fù)進(jìn)行深入的研究，結(jié)果得出如下見(jiàn)解。

即，對(duì)于以往的至少包含一層(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層且具有規(guī)定的平均層厚的硬質(zhì)包覆層，當(dāng)(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層在與工具基體垂直的方向上呈柱狀形成的情況下，具有高耐磨性。相反，(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的各向異性越高，(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的韌性越降低，其結(jié)果，耐崩刀性、耐缺損性降低，且在長(zhǎng)期使用中無(wú)法發(fā)揮充分的耐磨性，并且不能說(shuō)工具壽命也令人滿(mǎn)意。

于是，本發(fā)明人對(duì)構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層進(jìn)行深入研究的結(jié)果，通過(guò)使(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層含有具有NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)(以下，有時(shí)也簡(jiǎn)稱(chēng)為“立方晶體結(jié)構(gòu)”、“立方晶結(jié)構(gòu)”)的晶粒、且將具有該立方晶體結(jié)構(gòu)的晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差設(shè)為2度以上這一全新的構(gòu)思，使具有立方晶體結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，成功地提高硬度和韌性這兩者，其結(jié)果，得出能夠提高硬質(zhì)包覆層的耐崩刀性、耐缺損性的全新的見(jiàn)解。

具體而言，在硬質(zhì)包覆層至少包含通過(guò)化學(xué)蒸鍍法成膜的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層，且由組成式：(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)表示的情況下，Al在Ti和Al的總量中所占的平均含有比例x_avg及C在C和N的總量中所占的平均含有比例y_avg(其中，x_avg、y_avg均為原子比)分別滿(mǎn)足0.60≤x_avg≤0.95，0≤y_avg≤0.005，在構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的晶粒中存在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向?qū)υ摼Я５木w取向進(jìn)行分析，求出各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差的情況下，該晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒在復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的面積比例中存在40％以上，從而在立方晶粒中產(chǎn)生應(yīng)變，與以往的硬質(zhì)包覆層相比，(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的硬度和韌性提高，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)耐崩刀性、耐缺損性提高，且經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

而且，如上所述結(jié)構(gòu)的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層能夠通過(guò)例如在工具基體表面使反應(yīng)氣體組成進(jìn)行周期性變化的以下化學(xué)蒸鍍法而成膜。

對(duì)所使用的化學(xué)蒸鍍反應(yīng)裝置，由NH₃和H₂組成的氣體組A和由TiCl₄、Al(CH₃)₃、AlCl₃、NH₃、N₂、H₂組成的氣體組B分別從各自的供氣管供給到反應(yīng)裝置內(nèi)，氣體組A和氣體組B向反應(yīng)裝置內(nèi)的供給，例如按一定周期的時(shí)間間隔以比該周期短的時(shí)間使氣體流通的方式進(jìn)行供給，且在氣體組A和氣體組B的氣體供給中產(chǎn)生比氣體供給時(shí)間短的時(shí)間的相位差，從而能夠使工具基體表面的反應(yīng)氣體組成隨時(shí)間變化為氣體組A(第一反應(yīng)氣體)、氣體組A與氣體組B的混合氣體(第二反應(yīng)氣體)及氣體組B(第三反應(yīng)氣體)。并且，在本發(fā)明中無(wú)需導(dǎo)入試圖進(jìn)行嚴(yán)格的氣體置換的長(zhǎng)時(shí)間的排氣工序。從而，作為供氣方法也可以通過(guò)以下方式實(shí)現(xiàn)：例如使供氣口旋轉(zhuǎn)，或者使工具基體旋轉(zhuǎn)，或者使工具基體往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使工具基體表面的反應(yīng)氣體組成隨時(shí)間變化為以氣體組A為主的混合氣體(第一反應(yīng)氣體)，氣體組A與氣體組B的混合氣體(第二反應(yīng)氣體)，以氣體組B為主的混合氣體(第三反應(yīng)氣體)。

在工具基體表面，使反應(yīng)氣體組成(相對(duì)于氣體組A及氣體組B的總和的容量％)例如作為氣體組A為NH₃：2.0～3.0％、H₂：65～75％，作為氣體組B為AlCl₃：0.6～0.9％、TiCl₄：0.2～0.3％、Al(CH₃)₃：0～0.5％、N₂：12.5～15.0％、H₂：剩余部分，且設(shè)反應(yīng)氣氛壓力：4.5～5.0kPa、反應(yīng)氣氛溫度：700～900℃、供給周期1～5秒、每一周期的氣體供給時(shí)間0.15～0.25秒、氣體供給A與氣體供給B的相位差0.10～0.20秒，并經(jīng)規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱CVD法，從而成膜出規(guī)定的目標(biāo)層厚的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層。

如上所述，以到達(dá)工具基體表面的時(shí)間上產(chǎn)生差異的方式供給氣體組A和氣體組B，從而在晶粒內(nèi)形成局部的組成不均、因位錯(cuò)或點(diǎn)缺陷的導(dǎo)入而產(chǎn)生的晶格的局部應(yīng)變，其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)韌性顯著提高。其結(jié)果，發(fā)現(xiàn)尤其耐缺損性、耐崩刀性提高，即使在斷續(xù)的沖擊性負(fù)荷作用于切削刃的合金鋼等的高速斷續(xù)切削加工中使用的情況下，硬質(zhì)包覆層在長(zhǎng)時(shí)間使用中也能夠發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。

本申請(qǐng)發(fā)明是根據(jù)所述見(jiàn)解而完成的，其具有以下方式。

(1)一種表面包覆切削工具，在由碳化鎢基硬質(zhì)合金、碳氮化鈦基金屬陶瓷或立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體中的任意一種構(gòu)成的工具基體的表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層而成，所述表面包覆切削工具的特征在于，

(a)所述硬質(zhì)包覆層至少包含通過(guò)化學(xué)蒸鍍法而成膜的平均層厚為1～20μm的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層，在由組成式：(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)表示的情況下，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中Al在Ti和Al的總量中所占的平均含有比例x_avg及復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中C在C和N的總量中所占的平均含有比例y_avg分別滿(mǎn)足0.60≤x_avg≤0.95，0≤y_avg≤0.005，其中，x_avg、y_avg均為原子比，

(b)所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層至少包含具有NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相，

(c)并且，對(duì)具有所述NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的晶粒的晶體取向，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向進(jìn)行分析，求出各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差的情況下，該晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒存在復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的面積比例的40％以上。

(2)根據(jù)所述(1)記載的表面包覆切削工具，其特征在于，所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層由具有NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的單相構(gòu)成。

(3)根據(jù)所述(1)記載的表面包覆切削工具，其特征在于，所述硬質(zhì)包覆層至少包含70面積％以上的具有NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相。

(4)根據(jù)所述(1)至(3)中任一項(xiàng)記載的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述工具基體與所述Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層之間存在下部層，所述下部層由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或兩層以上的Ti化合物層構(gòu)成，且具有0.1～20μm的總計(jì)平均層厚。

(5)根據(jù)所述(1)至(4)中任一項(xiàng)記載的表面包覆切削工具，其特征在于，在所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的上部，以1～25μm的總計(jì)平均層厚形成有至少包含氧化鋁層的上部層。

(6)根據(jù)所述(1)至(5)中任一項(xiàng)記載的表面包覆切削工具，其特征在于，所述復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層通過(guò)至少含有三甲基鋁作為反應(yīng)氣體成分的化學(xué)蒸鍍法而成膜。

另外，“晶粒內(nèi)平均取向差”是指后述的GOS(Grain Orientation Spread)值。

本申請(qǐng)發(fā)明的方式即表面包覆切削工具(以下，稱(chēng)作“本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具”或“本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具”)中，在工具基體的表面設(shè)置有硬質(zhì)包覆層而成的表面包覆切削工具中，硬質(zhì)包覆層至少包含通過(guò)化學(xué)蒸鍍法而成膜的平均層厚為1～20μm的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層，在由組成式：(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)表示的情況下，Al在Al和Ti的總量中所占的平均含有比例x_avg及C在C和N的總量中所占的平均含有比例y_avg(其中，x_avg、y_avg均為原子比)分別滿(mǎn)足0.60≤x_avg≤0.95、0≤y_avg≤0.005，構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的晶粒中存在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向?qū)υ摼Я５木w取向進(jìn)行分析，并求出各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差的情況下，該晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒相對(duì)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層整體以面積比例計(jì)存在40％以上，從而在具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒內(nèi)產(chǎn)生應(yīng)變，因此晶粒的硬度及韌性提高。其結(jié)果，發(fā)揮無(wú)需損傷耐磨性便提高耐崩刀性的效果，與以往的硬質(zhì)包覆層相比，長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)發(fā)揮優(yōu)異的切削性能，能夠?qū)崿F(xiàn)包覆工具的長(zhǎng)壽命化。

附圖說(shuō)明

圖1表示本發(fā)明包覆工具的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的具有NaCl型面心立方結(jié)構(gòu)(立方晶)的晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差的測(cè)定方法的概略說(shuō)明圖。

圖2是示意地表示構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的硬質(zhì)包覆層的、Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的剖面的膜結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3表示在構(gòu)成相當(dāng)于本申請(qǐng)發(fā)明的一實(shí)施方式的本發(fā)明包覆工具2的硬質(zhì)包覆層的、Ti和Al的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層的剖面中，關(guān)于具有立方晶結(jié)構(gòu)的各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差(GOS值)的面積比例的直方圖的一例。直方圖中的垂直方向的虛線(xiàn)表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°的邊界線(xiàn)，在圖3中，比該垂直方向的虛線(xiàn)更靠右側(cè)的直條表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°以上。

圖4表示在構(gòu)成比較例包覆工具即比較包覆工具2的硬質(zhì)包覆層的、Ti和Al的復(fù)合氮化物層或復(fù)合碳氮化物層的剖面中，關(guān)于具有立方晶結(jié)構(gòu)的各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差(GOS值)的面積比例的直方圖的一例。直方圖中的垂直方向的虛線(xiàn)表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°的邊界線(xiàn)，在圖4中，比該垂直方向的虛線(xiàn)更靠右側(cè)的直條表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°以上。

具體實(shí)施方式

以下說(shuō)明用于實(shí)施本申請(qǐng)發(fā)明的方式。

構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的平均層厚：

本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的硬質(zhì)包覆層至少包含化學(xué)蒸鍍而成的由組成式：(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)表示的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層。該復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的硬度高且具有優(yōu)異的耐磨性，尤其，當(dāng)平均層厚為1～20μm時(shí)顯著發(fā)揮其效果。其理由在于，若平均層厚小于1μm則層厚較薄，因而無(wú)法充分確保長(zhǎng)期使用時(shí)的耐磨性，另一方面，若其平均層厚超過(guò)20μm，則Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。從而，將其平均層厚確定為1～20μm。

構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的組成：

在本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的硬質(zhì)包覆層中的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中，Al在Ti和Al的總量中所占的平均含有比例x_avg及C在C和N的總量中所占的平均含有比例y_avg(其中，x_avg、y_avg均為原子比)分別控制成滿(mǎn)足0.60≤x_avg≤0.95、0≤y_avg≤0.005。

其理由在于，若Al的平均含有比例x_avg小于0.60，則Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的硬度差，因此在提供于合金鋼等高速斷續(xù)切削的情況下耐磨性并不充分。另一方面，若Al的平均含有比例x_avg超過(guò)0.95，則相對(duì)地Ti的平均含有比例減少，因此將導(dǎo)致脆化，且耐崩刀性降低。從而，Al的平均含有比例x_avg確定為0.60≤x_avg≤0.95。

并且，當(dāng)復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中所包含的C成分的平均含有比例(原子比)y_avg為0≤y_avg≤0.005的范圍這種微量時(shí)，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層與工具基體或下部層之間的粘附性提高且潤(rùn)滑性提高，由此緩和切削時(shí)的沖擊，其結(jié)果，復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的耐缺損性及耐崩刀性提高。另一方面，若C成分的平均含有比例y_avg超出0≤y_avg≤0.005的范圍，則復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的韌性降低，因此，耐缺損性及耐崩刀性反而降低，因此不優(yōu)選。從而，C成分的平均含有比例y_avg確定為0≤y_avg≤0.005。

構(gòu)成復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒的各個(gè)晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差(GOS值)：

首先，在本申請(qǐng)發(fā)明中，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向以0.1μm的間隔進(jìn)行分析，如圖1所示，在相鄰的測(cè)定點(diǎn)P(以下，稱(chēng)作像素)之間存在5度以上的取向差的情況下，將該位置定義為晶界B。而且，將被晶界B包圍的區(qū)域定義為一個(gè)晶粒。其中，與相鄰的所有像素有5度以上的取向差的單獨(dú)存在的像素不作為晶粒，兩個(gè)像素以上相連的作為晶粒進(jìn)行處理。

而且，在晶粒內(nèi)的某一像素與同一晶粒內(nèi)的其它所有像素之間計(jì)算取向差，將對(duì)該取向差進(jìn)行平均后的值定義為GOS(Grain Orientation Spread)值。圖1中示出概略圖。關(guān)于GOS值，例如在文獻(xiàn)“日本機(jī)械學(xué)會(huì)論文集(A篇)71卷712號(hào)(2005-12)論文No.05-0367 1722～1728”中有說(shuō)明。另外，本申請(qǐng)發(fā)明中的“晶粒內(nèi)平均取向差”是指該GOS值。用數(shù)學(xué)式表示GOS值的情況下，將同一晶粒內(nèi)的像素?cái)?shù)設(shè)為n，將分別對(duì)晶粒內(nèi)的不同像素附加的編號(hào)設(shè)為i及j(其中，1≤i、j≤n)，將由像素i中的晶體取向和像素j中的晶體取向求出的晶體取向差設(shè)為α_ij(i≠j)，可由下述式寫(xiě)出。

[數(shù)學(xué)式1]

在五個(gè)視場(chǎng)實(shí)施從橫寬為10μm、縱寬為膜厚的測(cè)定范圍內(nèi)的縱剖面方向的測(cè)定，并求出屬于構(gòu)成該復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒的所有像素?cái)?shù)量，并以1度間隔將晶粒內(nèi)平均取向差進(jìn)行分割，統(tǒng)計(jì)在其值范圍內(nèi)包括晶粒內(nèi)平均取向差的晶粒的像素并除以上述所有像素?cái)?shù)量，從而能夠制作出表示晶粒內(nèi)平均取向差的面積比例的直方圖。其結(jié)果，可知晶粒內(nèi)的晶體取向有偏差，若求出所述直方圖，則晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒相對(duì)于Al和Ti的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層整體以面積比例計(jì)存在40％以上(參考圖3、圖4)。

如此，與以往的構(gòu)成TiAlN層的晶粒相比，構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的Al和Ti的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的晶粒，在晶粒內(nèi)晶體取向的偏差較大，即存在應(yīng)變，因此這將有助于提高硬度和韌性。

晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒的面積相對(duì)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的面積的比例優(yōu)選為45～70％。晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒的面積相對(duì)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的面積的比例更優(yōu)選為50～65％。晶粒內(nèi)平均取向差顯示出2度以上的晶粒的面積相對(duì)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的面積的比例進(jìn)一步優(yōu)選為55～60％。

下部層及上部層：

并且，在僅僅是本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層就可以發(fā)揮充分的效果，但在設(shè)置有由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或兩層以上的Ti化合物層構(gòu)成且具有0.1～20μm的總計(jì)平均層厚的下部層的情況下，和/或設(shè)置有至少包含氧化鋁層的具有1～25μm的總計(jì)平均層厚的上部層的情況下，與這些層所發(fā)揮的效果相結(jié)合，能夠發(fā)揮進(jìn)一步優(yōu)異的特性。在設(shè)置由Ti的碳化物層、氮化物層、碳氮化物層、碳氧化物層及碳氮氧化物層中的一層或兩層以上的Ti化合物層構(gòu)成的下部層的情況下，若下部層的總計(jì)平均層厚小于0.1μm，則無(wú)法充分地發(fā)揮下部層的效果，另一方面，若超過(guò)20μm，則晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。并且，若包含氧化鋁層的上部層的總計(jì)平均層厚小于1μm，則無(wú)法充分發(fā)揮上部層的效果，另一方面，若超過(guò)25μm，則晶粒容易粗大化，且容易產(chǎn)生崩刀。

硬質(zhì)包覆層的晶體結(jié)構(gòu)：

在硬質(zhì)包覆層為立方晶結(jié)構(gòu)單相的情況下顯示出尤其優(yōu)異的耐磨性。并且，即使在硬質(zhì)包覆層不是立方晶結(jié)構(gòu)單相的情況下，關(guān)于該硬質(zhì)包覆層，也使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向以0.1μm間隔進(jìn)行分析，在五個(gè)視場(chǎng)實(shí)施從橫寬為10μm、縱寬為膜厚的測(cè)定范圍內(nèi)的縱剖面方向的測(cè)定，并求出屬于構(gòu)成該復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒的所有像素?cái)?shù)量，在所述五個(gè)視場(chǎng)上對(duì)該硬質(zhì)包覆層進(jìn)行的測(cè)定中，根據(jù)與所有測(cè)定像素?cái)?shù)量之比而求出構(gòu)成該復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒的面積比例時(shí)，在立方晶粒的面積比例小于70％的情況下，可看出耐磨性下降的傾向，另一方面，在該面積比例為70％以上的情況下發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性，因此立方晶結(jié)構(gòu)的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物的相優(yōu)選設(shè)為70面積％以上。

圖2中示出示意地表示構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的表面包覆切削工具具有的硬質(zhì)包覆層的Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的剖面的圖。

接著，通過(guò)實(shí)施例對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的包覆工具進(jìn)行更具體的說(shuō)明。

實(shí)施例1

作為原料粉末準(zhǔn)備均具有1～3μm的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂粉末及Co粉末，將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成，進(jìn)而添加石蠟后在丙酮中用球磨機(jī)混合24小時(shí)，并進(jìn)行了減壓干燥之后，以98MPa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，對(duì)該壓坯在5Pa的真空中以1370～1470℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持一小時(shí)的條件下進(jìn)行了真空燒結(jié)，在燒結(jié)之后，分別制造出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEEN1203AFSN的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制的工具基體A～C。

并且，作為原料粉末準(zhǔn)備均具有0.5～2μm的平均粒徑的TiCN(以質(zhì)量比計(jì)TiC/TiN＝50/50)粉末、Mo₂C粉末、ZrC粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，將這些原料粉末配合成表2所示的配合組成，并用球磨機(jī)進(jìn)行24小時(shí)的濕式混合，并進(jìn)行了干燥之后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓坯，對(duì)該壓坯在1.3kPa的氮?dú)夥罩幸詼囟龋?500℃保持一小時(shí)的條件下進(jìn)行了燒結(jié)，在燒結(jié)之后，制作出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)SEEN1203AFSN的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制的工具基體D。

接著，對(duì)這些工具基體A～D的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，作為表4、表5所示的形成條件A～J，即作為由NH₃和H₂組成的氣體組A、由TiCl₄、Al(CH₃)₃、AlCl₃、N₂、H₂組成的氣體組B及各自的供氣方法，將反應(yīng)氣體組成(相對(duì)于氣體組A及氣體組B的總和的容量％)，作為氣體組A設(shè)為NH₃：2.0～3.0％、H₂：65～75％，作為氣體組B設(shè)為AlCl₃：0.6～0.9％、TiCl₄：0.2～0.3％、Al(CH₃)₃：0～0.5％、N₂：12.5～15.0％、H₂：剩余部分，并且設(shè)反應(yīng)氣氛壓力：4.5～5.0kPa、反應(yīng)氣氛溫度：700～900℃、供給周期：1～5秒、每一周期的氣體供給時(shí)間：0.15～0.25秒、氣體供給A與氣體供給B的相位差設(shè)為0.10～0.20秒，并以規(guī)定時(shí)間進(jìn)行熱CVD法，以形成如下的硬質(zhì)包覆層，從而制造出本發(fā)明包覆工具1～15。該硬質(zhì)包覆層由存在表7所示的面積比例的具有表7所示的晶粒內(nèi)平均取向差顯示2度以上的立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒、且具有表7所示的目標(biāo)層厚的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層構(gòu)成。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具6～13，在表3所示的形成條件下，形成了表6所示的下部層和/或表7所示的上部層。

并且，以比較為目的，在表3、表4及表5所示的條件且表8所示的目標(biāo)層厚(μm)下，以與本發(fā)明包覆工具1～15相同的方式在工具基體A～D的表面蒸鍍形成了至少包含Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的硬質(zhì)包覆層。此時(shí)，在(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的成膜工序中，以工具基體表面中的反應(yīng)氣體組成不會(huì)隨時(shí)間變化的方式形成硬質(zhì)包覆層，從而制造出比較包覆工具1～13。

另外，與本發(fā)明包覆工具6～13同樣，關(guān)于比較包覆工具6～13，在表3所示的形成條件下形成了表6所示的下部層和/或表8所示的上部層。

為了參考，對(duì)工具基體B及工具基體C的表面，使用以往的物理蒸鍍裝置，通過(guò)電弧離子鍍以目標(biāo)層厚蒸鍍形成參考例的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層，從而制造出表8所示的參考包覆工具14、15。

另外，在參考例的蒸鍍中使用的電弧離子鍍的條件如下。

(a)將所述工具基體B及C在丙酮中進(jìn)行超聲波清洗，并在經(jīng)過(guò)干燥的狀態(tài)下，在從電弧離子鍍裝置內(nèi)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)上的中心軸向徑向分開(kāi)規(guī)定距離的位置，沿外周部進(jìn)行裝配，并且配置規(guī)定組成的Al-Ti合金而作為陰極電極(蒸發(fā)源)，

(b)首先，將裝置內(nèi)部進(jìn)行排氣以保持10^-2Pa以下的真空，并且用加熱器將裝置內(nèi)部加熱到500℃之后，對(duì)于在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上邊自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-1000V的直流偏壓，且使200A的電流在由Al-Ti合金構(gòu)成的陰極電極與陽(yáng)極電極之間流過(guò)，從而產(chǎn)生電弧放電，在裝置內(nèi)部產(chǎn)生Al及Ti離子，另外，對(duì)工具基體表面進(jìn)行轟擊清洗，

(c)接著，將氮?dú)庾鳛榉磻?yīng)氣體導(dǎo)入裝置內(nèi)部而設(shè)為4Pa的反應(yīng)氣氛，并且對(duì)于在所述旋轉(zhuǎn)臺(tái)上邊自轉(zhuǎn)邊旋轉(zhuǎn)的工具基體施加-50V的直流偏壓，且使120A的電流在由所述Al-Ti合金構(gòu)成的陰極電極(蒸發(fā)源)與陽(yáng)極電極之間流過(guò)，從而產(chǎn)生電弧放電，在所述工具基體的表面蒸鍍形成表7所示的目標(biāo)組成、目標(biāo)層厚的(Ti,Al)N層，制造出參考包覆工具14、15。

并且，使用掃描電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具1～15、比較包覆工具1～13及參考包覆工具14、15的各結(jié)構(gòu)層的與工具基體垂直方向的剖面進(jìn)行測(cè)定，并測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的五個(gè)點(diǎn)的層厚之后進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出與表6～表8所示的目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的平均層厚。

并且，關(guān)于復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的平均Al含有比例x_avg，使用電子探針顯微分析儀(Electron-Probe-Micro-Analyser，EPMA)，在研磨了表面的試料中，從試料表面一側(cè)照射電子射線(xiàn)，由所得到的特性X射線(xiàn)的分析結(jié)果的10個(gè)點(diǎn)的平均值求出Al的平均Al含有比例x_avg。關(guān)于平均C含有比例y_avg，通過(guò)二次離子質(zhì)譜分析(Secondary-Ion-Mass-Spectroscopy，SIMS)而求出。從試料表面一側(cè)，在70μm×70μm的范圍內(nèi)照射離子束，對(duì)通過(guò)濺射作用而釋放出的成分進(jìn)行了深度方向的濃度測(cè)定。平均C含有比例y_avg表示關(guān)于Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的深度方向的平均值。其中，C的含有比例中排除了即使不特意使用包含C的氣體以作為氣體原料、也會(huì)包含的不可避免的C的含有比例。具體而言，求出Al(CH₃)₃的供給量設(shè)為0時(shí)的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中所包含的C成分的含有比例(原子比)作為不可避免的C的含有比例，并求出從特意供給Al(CH₃)₃的情況下得到的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層中所包含的C成分的含有比例(原子比)中減去所述不可避免的C的含有比例而得的值作為y_avg。

另外，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向?qū)哂袠?gòu)成Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶結(jié)構(gòu)的各個(gè)晶粒的晶體取向進(jìn)行分析，在相鄰的像素之間存在5度以上的取向差的情況下，將該位置設(shè)為晶界，將被晶界包圍的區(qū)域設(shè)為一個(gè)晶粒，在晶粒內(nèi)的某一像素與同一晶粒內(nèi)的其它所有像素之間求出晶粒內(nèi)取向差，按每1度為單位來(lái)劃分0～10度的范圍并進(jìn)行了映射，所述范圍是晶粒內(nèi)取向差為0度以上且小于1度、1度以上且小于2度、2度以上且小于3度、3度以上且小于4度……。根據(jù)映射圖求出晶粒內(nèi)平均取向差為2度以上的晶粒在Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層整體中所占的面積比例。將其結(jié)果示于表7及表8中。

圖3中示出關(guān)于本發(fā)明包覆工具2進(jìn)行測(cè)定的晶粒內(nèi)平均取向差的直方圖的一例，并且在圖4中示出關(guān)于比較包覆工具2進(jìn)行測(cè)定的晶粒內(nèi)平均取向差的直方圖的一例。

[表1]

[表2]

[表4]

[表5]

[表6]

[表7]

[表8]

(注)“AIP”表示基于電弧離子鍍的成膜。

接著，在利用固定夾具將所述各種包覆工具均夾緊于刀具直徑125mm的工具鋼制刀具前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具1～15、比較包覆工具1～13及參考包覆工具14、15實(shí)施以下所示的合金鋼的高速斷續(xù)切削的一種、即干式高速正面銑削及中心切割式切削加工試驗(yàn)，測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。將其結(jié)果示于表9中。

工具基體：碳化鎢基硬質(zhì)合金，碳氮化鈦基金屬陶瓷，

切削試驗(yàn)：干式高速正面銑削，中心切割式切削加工，

工件：JIS·SCM440寬度100mm、長(zhǎng)度400mm的塊體材料，

轉(zhuǎn)速：968min^-1，

切削速度：380m/min，

切深量：1.2mm，

單刀進(jìn)給量：0.1mm/刀，

切削時(shí)間：8分鐘。

[表9]

比較包覆工具、參考包覆工具一欄的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

實(shí)施例2

作為原料粉末準(zhǔn)備均具有1～3μm的平均粒徑的WC粉末、TiC粉末、ZrC粉末、TaC粉末、NbC粉末、Cr₃C₂粉末、TiN粉末及Co粉末，將這些原料粉末配合成表10所示的配合組成，進(jìn)而添加石蠟后在丙酮中用球磨機(jī)混合24小時(shí)，并進(jìn)行了減壓干燥之后，以98MPa的壓力沖壓成型為規(guī)定形狀的壓坯，將該壓坯在5Pa的真空中以1370～1470℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持一小時(shí)的條件下進(jìn)行了真空燒結(jié)，在燒結(jié)之后，對(duì)切削刃部實(shí)施R：0.07mm的刃口修磨加工，從而分別制造出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)CNMG120412的刀片形狀的WC基硬質(zhì)合金制工具基體α～γ。

并且，作為原料粉末準(zhǔn)備均具有0.5～2μm的平均粒徑的TiCN(以質(zhì)量比計(jì)TiC/TiN＝50/50)粉末、NbC粉末、WC粉末、Co粉末及Ni粉末，將這些原料粉末配合成表11所示的配合組成，用球磨機(jī)進(jìn)行濕式混合24小時(shí)，并進(jìn)行了干燥之后，以98MPa的壓力沖壓成型為壓坯，將該壓坯在1.3kPa的氮?dú)夥罩幸詼囟龋?500℃保持一小時(shí)的條件下進(jìn)行了燒結(jié)，在燒結(jié)之后，對(duì)切削刃部分實(shí)施R：0.09mm的刃口修磨加工，從而形成了具有ISO標(biāo)準(zhǔn)CNMG120412的刀片形狀的TiCN基金屬陶瓷制工具基體δ。

接著，對(duì)這些工具基體α～γ及工具基體δ的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置并通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法，在表3、表4及表5所示的條件下，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成至少包含(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的硬質(zhì)包覆層，從而制造出表12所示的本發(fā)明包覆工具16～30。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具19～28，在表3所示的形成條件下形成了表12所示的下部層和/或表示13所示的上部層。

并且，以比較為目的，同樣在工具基體α～γ及工具基體δ的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，以表3、表4及表5所示的條件且表14所示的目標(biāo)層厚，以與本發(fā)明的包覆工具相同的方式蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層，從而制造出表14所示的比較包覆工具16～28。

另外，與本發(fā)明包覆工具19～28相同，關(guān)于比較包覆工具19～28，在表3所示的形成條件下形成了表12所示的下部層和/或表14所示的上部層。

為了參考，在工具基體β及工具基體γ的表面，使用以往的物理蒸鍍裝置并通過(guò)電弧離子鍍，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成參考例的(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層，從而制造出表14所示的參考包覆工具29、30。

另外，電弧離子鍍的條件使用了與實(shí)施例1所示的條件相同的條件。

并且，使用掃描電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具16～30、比較包覆工具16～28及參考包覆工具29、30的各結(jié)構(gòu)層的剖面進(jìn)行測(cè)定，并測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的五個(gè)點(diǎn)的層厚之后進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出與表12～表14所示的目標(biāo)層厚實(shí)質(zhì)上相同的平均層厚。

另外，使用電子背散射衍射裝置，從縱剖面方向?qū)哂袠?gòu)成Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶結(jié)構(gòu)的各個(gè)晶粒的晶體取向進(jìn)行分析，且按每1度為單位劃分0～10度的范圍并進(jìn)行了映射，所述范圍是晶粒內(nèi)取向差為0度以上且小于1度、1度以上且小于2度、2度以上且小于3度、3度以上且小于4度、……。根據(jù)該映射圖求出晶粒內(nèi)平均取向差和晶粒內(nèi)取向差為2度以上的晶粒在Ti和Al的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層整體中所占的面積比例。將該結(jié)果示于表13及表14中。

[表10]

[表11]

[表12]

[表13]

[表14]

(注)“AIP”表示基于電弧離子鍍的成膜。

接著，在利用固定夾具將所述各種包覆工具均緊固于工具鋼制車(chē)刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具16～30、比較包覆工具16～28及參考包覆工具29、30，實(shí)施如下所示的碳鋼的干式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)及鑄鐵的濕式高速斷續(xù)切削試驗(yàn)，均測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

切削條件1：

工件：JIS·S45C的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有帶四根縱槽的圓棒，

切削速度：370m/min，

切深量：1.2mm，

進(jìn)給量：0.2mm/rev，

切削時(shí)間：5分鐘。

(通常的切削速度為220m/min)

切削條件2：

工件：JIS·FCD700的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有帶四根縱槽的圓棒，

切削速度：320m/min，

切深量：1.2mm，

進(jìn)給量：0.1mm/rev，

切削時(shí)間：5分鐘。

(通常的切削速度為180m/min)

將所述切削試驗(yàn)的結(jié)果示于表15中。

[表15]

比較包覆工具、參考包覆工具一欄的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

實(shí)施例3

作為原料粉末，準(zhǔn)備均具有0.5～4μm的范圍內(nèi)的平均粒徑的cBN粉末、TiN粉末、TiC粉末、Al粉末、Al₂O₃粉末，將這些原料粉末配合成表16所示的配合組成，用球磨機(jī)進(jìn)行濕式混合80小時(shí)，并進(jìn)行了干燥之后，以120MPa的壓力沖壓成型為具有直徑：50mm×厚度：1.5mm的尺寸的壓坯，接著，將該壓坯在壓力：1Pa的真空氣氛中以900～1300℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度保持60分鐘的條件下進(jìn)行燒結(jié)，從而形成切削刃片用預(yù)燒結(jié)體，在將該預(yù)燒結(jié)體與另外準(zhǔn)備的Co：8質(zhì)量％、WC：剩余部分的組成、以及具有直徑：50mm×厚度：2mm的尺寸的WC基硬質(zhì)合金制支撐片重合的狀態(tài)下裝入通常的超高壓燒結(jié)裝置中，在通常條件下即在壓力：4GPa、溫度：1200～1400℃范圍內(nèi)的規(guī)定溫度及保持時(shí)間：0.8小時(shí)的條件下進(jìn)行了超高壓燒結(jié)，在燒結(jié)之后，使用金剛石砂輪對(duì)上下表面進(jìn)行研磨，并利用電火花線(xiàn)切割加工裝置分割成規(guī)定的尺寸，進(jìn)而，對(duì)具有Co：5質(zhì)量％、TaC：5質(zhì)量％、WC：剩余部分的組成及JIS標(biāo)準(zhǔn)CNGA120412的形狀(厚度：4.76mm×內(nèi)切圓直徑：12.7mm的80°菱形)的WC基硬質(zhì)合金制刀片主體的釬焊部(角部)，使用以質(zhì)量％計(jì)具有由Zr：37.5％、Cu：25％、Ti：剩余部分構(gòu)成的組成的Ti-Zr-Cu合金的釬料進(jìn)行釬焊，以規(guī)定尺寸進(jìn)行外周加工之后，對(duì)切削刃部實(shí)施寬度：0.13mm、角度：25°的刃口修磨加工，進(jìn)而實(shí)施精研磨，從而分別制造出具有ISO標(biāo)準(zhǔn)CNGA120412的刀片形狀的工具基體2A、2B。

[表16]

接著，在這些工具基體2A、2B的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，通過(guò)與實(shí)施例1相同的方法，在表3、表4及表5所示的條件下，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成至少包含(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的硬質(zhì)包覆層，從而制造出表18所示的本發(fā)明包覆工具31～40。

另外，關(guān)于本發(fā)明包覆工具34～38，在表3所示形成條件下形成了如表17所示下部層和/或如表18所示上部層。

并且，以比較為目的，同樣在工具基體2A、2B的表面，使用化學(xué)蒸鍍裝置，在表3、表4及表5所示的條件下，以目標(biāo)層厚蒸鍍形成至少包含(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的硬質(zhì)包覆層，從而制造出表19所示的比較包覆工具31～38。

另外，與本發(fā)明包覆工具34～38同樣，關(guān)于比較包覆工具34～38，在表3所示的形成條件下形成了如表17所示下部層和/或如表19所示上部層。

為了參考，在工具基體2A、2B的表面，使用以往的物理蒸鍍裝置，并通過(guò)電弧離子鍍以目標(biāo)層厚蒸鍍形成(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層，從而制造出表19所示參考包覆工具39、40。

另外，電弧離子鍍的條件使用的是與實(shí)施例1所示條件相同的條件，在所述工具基體的表面蒸鍍形成表19所示目標(biāo)組成、目標(biāo)層厚的(Al,Ti)N層，制造出參考包覆工具39、40。

并且，使用掃描電子顯微鏡(倍率5000倍)，對(duì)本發(fā)明包覆工具31～40、比較包覆工具31～38及參考包覆工具39、40的各結(jié)構(gòu)層的剖面進(jìn)行測(cè)定，并測(cè)定觀察視場(chǎng)內(nèi)的五個(gè)點(diǎn)的層厚并進(jìn)行平均而求出平均層厚的結(jié)果，均顯示出實(shí)質(zhì)上與表17～表19所示的目標(biāo)層厚相同的平均層厚。

并且，關(guān)于所述本發(fā)明包覆工具31～40、比較包覆工具31～38及參考包覆工具39、40的硬質(zhì)包覆層，使用與實(shí)施例1所示的方法相同的方法，算出平均Al含有比例x_avg、平均C含有比例y_avg、構(gòu)成(Ti_1-xAl_x)(C_yN_1-y)層的具有立方晶結(jié)構(gòu)的晶粒的晶粒內(nèi)平均取向差成為2度以上的晶粒的面積比例。將其結(jié)果示于表18及表19中。

[表17]

[表18]

[表19]

(注)“AIP”表示基于電弧離子鍍的成膜。

接著，在利用固定夾具將各種包覆工具均緊固于工具鋼制車(chē)刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明包覆工具31～40、比較包覆工具31～38及參考包覆工具39、40，實(shí)施如下所示的滲碳淬火合金鋼的干式高速斷續(xù)切削加工試驗(yàn)，測(cè)定出切削刃的后刀面磨損寬度。

工具基體：立方晶氮化硼基超高壓燒結(jié)體，

切削試驗(yàn)：滲碳淬火合金鋼的干式高速斷續(xù)切削加工，

工件：JIS·SCr420(硬度：HRC60)的沿長(zhǎng)度方向等間隔配置有帶四根縱槽的圓棒，

切削速度：240m/min，

切深量：0.1mm，

進(jìn)給量：0.12mm/rev，

切削時(shí)間：4分鐘。

將所述切削試驗(yàn)的結(jié)果示于表20中。

[表20]

比較包覆工具、參考包覆工具一欄的*號(hào)表示因產(chǎn)生崩刀而達(dá)到壽命為止的切削時(shí)間(分鐘)。

從表9、表15及表20所示結(jié)果可知，本發(fā)明的包覆工具在組成構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的Al和Ti的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒內(nèi)存在規(guī)定的晶粒內(nèi)平均取向差，因此，通過(guò)晶粒的應(yīng)變而硬度提高，保持高耐磨性且韌性提高。而且，明確了當(dāng)在斷續(xù)的沖擊性高負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中使用時(shí)，耐崩刀性及耐缺損性也優(yōu)異，其結(jié)果，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐磨性。

與此相對(duì)，關(guān)于在組成構(gòu)成硬質(zhì)包覆層的Al和Ti的復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層的立方晶粒內(nèi)不存在規(guī)定的晶粒內(nèi)平均取向差的比較包覆工具1～13、16～28、31～38及參考包覆工具14、15、29、30、39、40明確可知，當(dāng)在伴有高熱產(chǎn)生且斷續(xù)的沖擊性高負(fù)荷作用于切削刃的高速斷續(xù)切削加工中使用時(shí)，因崩刀、缺損等的產(chǎn)生而短時(shí)間內(nèi)達(dá)到壽命。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本發(fā)明的包覆工具不僅可以用于合金鋼的高速斷續(xù)切削加工中，而且還可以用作各種工件的包覆工具，而且，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的耐崩刀性、耐磨性，因此能夠非常令人滿(mǎn)意地應(yīng)對(duì)切削裝置的高性能化、切削加工的節(jié)省勞力化及節(jié)能化、以及低成本化。

符號(hào)說(shuō)明

P-測(cè)定點(diǎn)(像素)，B-晶界，1-工具基體，2-硬質(zhì)包覆層，3-復(fù)合氮化物或復(fù)合碳氮化物層。