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JP2006026891A - 鋼旋削用の切削工具インサート - Google Patents

鋼旋削用の切削工具インサート Download PDF

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Abstract

【課題】 本発明は基材ボディと被膜とからなる鋼旋削用の切削工具インサートに関する。
【解決手段】 鋼旋削用の切削工具インサートは基材ボディと被膜とからなり、前記被膜が、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１のＴｉＣｘＮｙＯｚの少なくとも二つの層あって０．７〜４．５μｍの合計厚みを有する第１最内層領域と、主にＡｌ２Ｏ３から成る第２層領域と、個々の厚みが＞０．１５〜０．８μｍでありＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋≦１）との一連の一つまたは数層と２．５μｍより薄い最外層領域の合計厚みを有する＞０．１〜０．４μｍの厚みのＡｌ２Ｏ３層とを含む最外層領域と、を含み、且つ２．０〜１２．０μｍの範囲の被膜合計厚みを有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、切刃の耐摩耗性と靭性挙動とに対して多くの要件を備えた鋼用途の機械加工用の被覆切削工具インサートに関する。この被覆切削工具は、ステンレス鋼の旋削加工に特に適している。
超硬合金切削工具が、数十年の間鋼の機械加工に使用されてきた。この工具は、研摩及び化学的摩耗、工具の寿命を限定する切刃の切り欠け及び破壊のような種々の機構により摩耗される。選択した切削資料、切削速度、送り速度、及び切り込み深さに加えて、センタのずれた加工材位置及び加工材料の鋳物肌のような外部切削条件も、工具の摩耗に影響する。さらに、上記摩耗機構に加えて付着摩耗が導入されるので、ステンレス鋼の切削加工は、特に異なる機械加工操作をすることが考慮される。付着摩耗は、切削作業の際の擦り付けられる材料が切刃に付着するかまたは切刃から材料を剥ぎ取るときに発生する。したがって、ステンレス鋼を加工するときは工具寿命が短くなることが顕著になる。さらにその上に、高切削速度でステンレス鋼を切削する場合、切刃に伝播する熱エネルギが、かなりの量であり、工具の切刃が部分的または全体的に塑性的に変形する。この切刃の劣化様式は、塑性変形摩耗として知られている。塑性変形抵抗のかなりの必要条件が、切刃のかなりの必要条件と明らかに対照的となる。
基材上に薄板を重ねた多数の異なる材料の被膜層を含む多層被膜は、第１の被膜層の各々が第１の厚みを有し、且つ第２の被膜層の各々が第２の厚みを有することが知られている。これらの層は、異なる結晶構造及び／または異なる格子間隔を好ましく有する。このような技術の一つの例は、Ａｌ２Ｏ３の成長が（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮ）ｘの多層組織中に生じる短いＴｉＮ蒸着過程によって中断されるときであり、それは、例えば第１２回ヨーロッパＣＶＤコンファレンスの第８頁〜第３４９頁に示される。イギリス特許第２０４８９６０Ａ号は、異なる組成の硬質材料からなる０．０２〜０．２μｍの多数の互いに積層した層を備える多層被膜を開示する。米国特許第４，５９９，２８１号は、アルミニウム−ボロンの酸化物と例えばＴｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）他の酸化物層と互いに積層した層を備える多層被膜を開示する。Dreyer及びKolaskaとのMetals Society（本２７８）、イギリス、ロンドンには、Ａｌ−Ｏ−Ｎ多層が開示される。Bryant等の米国特許第４，９８４，９４０号には、６．１〜６．５ｗｔ％のＣｏと、チタニウム炭窒化物のベース層を含む被膜と、引き続き複数のアルミナ層からなる多層被膜と、から構成される切削インサートを開示する。６〜８枚のアルミナ層を含む被膜を備える超硬合金基材が、米国特許第５，７００，５６９号に請求される。国際出願ＷＯ９９／５８７３８号は、硬い耐磨耗性の基材と約５０層のＣＶＤ多層とから成る工具を開示する。ヨーロッパ特許第１１０３６３５Ａ号は、９．０〜１０．０ｗｔ％の超硬合金基材と、中温度ＣＶＤ（ＭＴＣＶＤ）蒸着ＴｉＣＮ層と、κアルミナとＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ、Ｎ）の７〜４１枚の層を含む多層と、から成る切削工具を請求する。また、ヨーロッパ特許第１２４５６９８Ａ号、ヨーロッパ特許第１２４５７００Ａ号、ヨーロッパ特許第１２０９２５５Ａ号、スウェーデン特許第０４０１６３―６号及びスウェーデン特許第０４０１６３７―４も多層被膜に関する。
例えば、工具と工作物との間の摩擦を最小にするために、機械的後処理によって被膜の平滑化が、ヨーロッパ特許第１２７４１６Ａ号、ヨーロッパ特許第２９８７２９Ａ号、ヨーロッパ特許第６９３５７４Ａ号及びヨーロッパ特許第６８４２４４Ａ号に開示される。
上記の摩耗様式の全てを同時に耐えることが可能である切削工具インサートを提供することが本発明の目的である。
さらに、先行技術の製品の欠陥を削除し且つ高性能の切削工具を提供することが本発明の目的である。
またさらに、激しい擦り付け鋼作業において、優れた切削性能を備える工具を提供することが本発明の目的である。
ＴｉＣｘＮｙＯｚとＡｌ２Ｏ３との複数層、及び個々にＴｉＣｘＮｙＯｚとＡｌ２Ｏ３との層の所定の組み合わせを有する被膜を備え、必要ならば機械的後処理を含む超硬合金切削インサートが、これらの必要条件に会うことが驚くべきことに判明した。このインサートは、優れた靭性挙動特に切刃靭性並びに付着摩耗と塑性変形に対して良好な耐性を示す。
本発明は、工具インサートの基材と特定の厚みを有する被膜の選択と最終的な切刃の処理とをそれぞれ組合すことにより、工具インサートが上記の正反対の性能であると信じられている多くの性能を組み合わせ、優れた切削性能を作り出せることが明らかと成った。
さらに具体的には、本発明は、基材好ましくは特別な組成範囲のＷＣ＋Ｃｏである立方晶炭化物の添加物を有するＷＣ＋Ｃｏ基超硬合金基材と、基材上の被膜と、に関する。この被膜は、等軸ＴｉＣｘＮｙＯｚの薄い最内層を含み、引き続き柱状のＴｉＣｘＮｙＯｚ層と、等軸ＴｉＣｘＮｙＯｚの薄い層と、周期的に変化するＴｉＣｘＮｙＯｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）とＡｌ２Ｏ３との二つの互いに積層した多層と或いは単層のＡｌ２Ｏ３とを含み、さらにその後ＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋ｙ≦１）の層と、引き続き最外層のＡｌ２Ｏ３を含む。この被膜において少なくとも二つの最外層と初期の第１層領域及び第２層領域の間に特別な厚み関係がある。
工具の標準切刃研摩部分として規定される切刃に沿った領域のこの二つの最外層に加えて、切刃周囲の材料が欠落する。
超硬合金基材の化学組成は、７〜１１．５ｗｔ％のＣｏと、０．２〜２．１ｗｔ％の立方晶炭化物好ましくは０．４〜１．６ｗｔ％の金属Ｔａ、Ｎｂ及びＴｉの立方晶炭化物、及びできる限り周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族の元素の他の炭化物と、残部タングステン炭化物ＷＣとであり、１．０〜３．０μｍの平均粒径を有する。
代わりの実施態様において、超硬合金基材は、立方晶炭化物と基材近くでバインダ豊富容積を有する。表面から測定された距離は、枯渇した立方晶炭化物の端部まで５〜５０μｍである。この実施態様において、化学組成は５．０〜１０．５ｗｔ％のＣｏと、３．０〜９．０ｗｔ％の立方晶炭化物と、残部タングステン炭化物ＷＣとであり、１．０〜３．０μｍの平均粒径を有する。上述の立方晶炭化物は実質的にＮとＯとを含む。この炭化物は、好ましくはＮｂ、Ｔａ及びＴｉベースであるが、周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族の元素の炭化物を含んでも良い。Ｎの量は０．０１〜０．２ｗｔ％の範囲にすべきである。
本発明にしたがう上述の超硬合金基材上に蒸着される硬質の耐摩耗性の耐熱被膜（図１及び図２）は、
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有し、１．５μｍより小さく０．１μｍより大きく好ましくは０．１〜０．６μｍの合計厚みを有する第１最内層（Ａ）と、
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３最も好ましくはｘ＞０．５であるＴｉＣｘＮｙＯｚであり、０．４〜３．９μｍ好ましくは１．５〜３．０μｍの厚みと柱状粒を有する第２層（Ｂ）と、
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有し、１．５μｍより小さく０．１μｍより大きく好ましくは第１の実施態様と同じ０．１〜０．６μｍの合計厚みを有する第３層（Ｃ）とを含んで成る。この層（Ｃ）は第２の実施態様のように説明を省略する。
この第１層領域のＡ＋Ｂ＋Ｃの合計厚みは、０．７〜４，５μｍ好ましくは１．６〜４．０μｍである。好ましくはこの層Ａ及びＣは層Ｂより薄い。
多層を有する第２層領域（Ｄ）は、複数の交互に積層したＡｌ２Ｏ３とＴｉＣｘＮｙＯｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）との層からなり、好ましくはκＡｌ２Ｏ３とＴｉＮとの層である。連続の多層の最内層と最外層とは、Ａｌ２Ｏ３層である。ＴｉＣｘＮｙＯｚとＡｌ２Ｏ３との層の双方を含むこの層の合計数は、５〜３１好ましくは１１〜１５層の間にある。Ａｌ２Ｏ３層は、個々の層厚みが＞０．１〜＜０．５μｍ好ましくは０．２〜＜０．５μｍである。ＴｉＣｘＮｙＯｚ層は、個々の厚みが＞０〜＜０．２μｍ好ましくは０．０２〜０．１５μｍである。多層の合計厚みは、１．０〜４．０μｍ好ましくは１、５〜３．５μｍである。第２の実施態様による層Ｄは、単層Ａｌ２Ｏ３好ましくκＡｌ２Ｏ３層であるが、一貫した単位のために層領域として言及する。単層の合計厚みは、１．０〜４．０μｍ好ましくは１．５〜３．５μｍである。
ＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋ｙ≦１）好ましくは（ＴｉＮ＋ＴｉＣ）ｎＴｉＮ最も好ましくはＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮの組み合わせの一連の１層または数層（Ｅ）は、この個々の層の厚みは、＞０．１５〜０．８μｍであり、ＴｉＣｘＮｙＯｚ層Ｄの個々の厚みは好ましくは少なくとも２倍を超える。この合計厚みは（Ｅ）、＞０．６〜２．０μｍの範囲にする。
Ａｌ２Ｏ３好ましくはκＡｌ２Ｏ３を有し、＞０．１〜０．４μｍを有し、且つ好ましくはＡｌ２Ｏ３層Ｄの個々の厚みより薄い最外層（Ｆ）は、このＥの厚みは、Ｆの厚みの少なくとも２倍好ましくは３〜５倍にする。ＥとＦとの合計厚みは、＜２．５μｍ好ましくは０．４〜１．５μｍである。
層Ａ〜Ｆの合計厚みは、２．０〜１２μｍ好ましくは４．０〜７．０μｍである。
この被膜の最外層部分は、切刃線に相当する範囲の切刃周囲で好ましくは欠落する。この切れ刃線は、切刃研摩作業が適用される場合、切刃工具インサートの切刃研削部分として普通は規定される。一つの実施態様において、層Ｅ−Ｆだけが切れ刃線に沿って欠落される。別の実施態様において、層Ｄ―Ｆが、切れ刃線の規定された長さ好ましくは５％より少なく欠落される。最外層（Ｅ＋Ｆ）だけ、且つ受け入れられるならば第２層領域（Ｄ）が取り除かれることが好ましい。
後処理が、最外層の下の切刃線に沿ってすくい面と逃げ面までこの層を露出させ、すくい面と逃げ面上の露出が、少なくとも０．０２ｍｍ好ましくは切屑の接触領域に相当するすくい面上の０．０２〜０．４０ｍｍで且つ逃げ面では少なく、最も好ましくは逃げ面の露出がすくい面の約半分である。切れ刃線の処理をしなかった断面が図３．１に図示され、後処理をした切れ刃線は、図３．２と３．３に図示される。しかしながら、合計厚みＴｉＣｘＮｙの第１層領域（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）は、切れ刃線の小さな部分に目視可能である（図３．３）。
また、本発明は上記被覆切削工具インサートの製造方法に関し、７〜１１．５ｗｔ％のＣｏと０．２〜２．１ｗｔ％の範囲の超硬合金量とＷＣで作られた残部とを含む好ましくはＷＣ―Ｃｏベースの超硬合金からなり、１．０〜３．０μｍの平均粒径を有する。
代わりの実施態様において、超硬合金基材は、表面近くで枯渇した立方晶炭化物バインダ豊富容積を有する。立方晶の枯渇した端部までの前記表面からの測定距離が５〜５０μｍである。この実施態様において、この組成は、５．０〜１０．５ｗｔ％のＣｏと３．０〜９．０ｗｔ％の立方晶炭化物と残部タングステン炭化物ＷＣとであり、１．０〜３．０μｍの平均粒径を有する。上述の立方晶炭化物がＮとＯとを実質的に含有する。立方晶炭化物は、好ましくはＮｂ、Ｔａ及びＴｉベースであるが、周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族の元素の炭化物を含むことができる。Ｎの含有量が０．０１〜０．２ｗｔ％の範囲にある。
超硬合金ボディは、粉末の混合と、ボールミルと、スプレー乾燥と幾つかの加圧成形法と、引き続いて従来の方法にしたがう焼結と、被覆前の前処理とにより好ましく製造される。
その後、この被膜は、次の層で被覆される。
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０のＴｉＣｘＮｙＯｚであって、大きさが＜０．５μｍの等軸粒を有し、公知の化学蒸着法（ＣＶＤ）を用い合計厚みが＜１．５μｍ〜＞０．１μｍの第１最内層（Ａ）である。
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、０．４〜３．９μｍ好ましくは１．５〜３．０μｍの厚みと柱状粒を有する第２層（Ｂ）である。好ましくは中温度のＣＶＤ、ＭＴＣＶＤ法を用いる（炭素と窒素との供給源としてアセトニトリルが、７００〜９００℃の温度範囲でこの層を形成するために使用する）。
ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、＜０．５μｍの大きさの等軸粒を有し、１．５μｍより小さく０．１μｍより大きい合計厚みを有し、公知のＣＶＤ法を使用する層（Ｃ）である。この層（Ｃ）は第２の実施態様のように説明を省略する。
Ａ＋Ｂ＋Ｃにしたがう第１層領域の合計厚みは、０．７〜４．５μｍである。好ましくはＡ及びＢにしたがう層はＢより記述されるものより薄い。
多層を有する第２層領域（Ｄ）は、複数の互いに積層したＡｌ２Ｏ３とＴｉＣｘＮｙＯｚ（ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）との層からなり、好ましくはκＡｌ２Ｏ３とＴｉＮとの層である。ＴｉＣｘＮｙＯｚとＡｌ２Ｏ３との層の双方を含むこの層の合計数は、５〜３１好ましくは１１〜１５層の間にある。Ａｌ２Ｏ３層は、個々の厚みが＞０．１〜＜０．５μｍである。ＴｉＣｘＮｙＯｚ層は、個々の厚みが＞０〜＜０．２μｍである。多層の合計厚みは、１．０〜４．０μｍである。第２の実施態様による層Ｄは、単層Ａｌ２Ｏ３好ましくκＡｌ２Ｏ３層である。単層の合計厚みは、１．０〜４．０μｍである。
ＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋ｙ≦１）好ましくは（ＴｉＮ＋ＴｉＣ）ｎＴｉＮ最も好ましくはＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮの組み合わせの一連の１層または数層（Ｅ）であって、個々の層の厚みは、＞０．１５〜０．８μｍである。この合計厚みは（Ｅ）、＞０．６〜２．０μｍの範囲にする。
Ａｌ２Ｏ３好ましくはκＡｌ２Ｏ３を有し、＞０．１〜０．４μｍを有する最外層（Ｆ）、これはＣとＤまたはＥにしたがう別の層が引きつづけられる。ＥとＦとの合計厚みは、＜２．５μｍである。
層Ａ〜Ｆの合計厚みは、２．０〜１２μｍである。
被膜は、切刃に沿う層Ｄを露出させるために、ブラシ加工、ブラスト加工、研削加工及びそれらの組み合わせによって好ましく機械的に後処理して、切屑と加工部剤との接触するすくい面と逃げ面上の領域を処理する。
ＳｉＣ粒を含有し位置決めされた二つのナイロンブラシ加工及びインサートの位置決めは、一つのブラシが主にすくい面側をブラシ掛けして且つもう一方が逃げ面側をブラシ掛けして、インサートの逃げ面とすくい面上の所望の特性を達成する。
次のインサートと実施例は、本発明の利点を実証するために選ばれた。
示されたインサートは、各実施例において同一条件で試験をした。
インサートＡ
１０．５ｗｔ％のＣｏと、１．２４ｗｔ％のＴａＣと、０．３２ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣでなる残部とを含み、１．７μｍの平均粒径を有する商業用の超硬合金旋削用のインサートが、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層の最内層と、０．４μｍの柱状ＴｉＣＮと、１．０μｍのκＡｌ２Ｏ３と、０．５μｍのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ層の最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿って、ＳｉＣ粒を含有するナイロンストローブラシでブラシ掛けがされた。最外層の層Ｅと層Ｆが、主に切刃線に沿って、先行技術のすくい面と逃げ面まで約０．０５ｍｍ取り除かれた。
インサートＢ
インサートＡと同じ基材が、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層の最内層と、２．５μｍの柱状ＴｉＣＮと、２．１μｍの５層に分かれた多層と、（κＡｌ２Ｏ３／ＴｉＮ）５Ａｌ２Ｏ３と、０．７μｍのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ層と、０．２μｍのＡｌ２Ｏ３の最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿ってＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシで後処理をされた。最外層の層Ｅと層Ｆが、インサートＡと同様に先行技術の主に切刃線に沿ってブラシ掛けされた。
インサートＣ
同じ基材とインサートＢの被膜を有するインサートを後処理した。
インサートＤ
同じ基材とインサートＢの被膜を有するインサートが、切刃線に沿ってＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシで後処理をされた。最外層の層Ｅと層Ｆが、切刃線からすくい面と逃げ面上の約０．０５ｍｍまでを０．１１ｍｍブラシ掛けされた。
インサートＥ
９．１５ｗｔ％のＣｏと、１．２３ｗｔ％のＴａＣと、０．３０ｗｔ％のＮｂＣと、ＷＣでなる残部とを含み、１．７μｍの平均粒径を有する超硬合金旋削用のインサートが、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層の最内層と、２．７μｍの柱状ＴｉＣＮと、１．８μｍのκＡｌ２Ｏ３と、０．５μｍのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ層の最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿って、ＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシでブラシ掛けがされた。最外層の被膜層Ｅが、主に切刃線に沿って、先行技術のすくい面と逃げ面まで約０．０５ｍｍ取り除かれた。被膜層Ｄは、切刃線の５％未満に相当する点を除去した。
インサートＦ
インサートＥと同じ基材が、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層の最内層と、２．５μｍの柱状ＴｉＣＮと、２．１μｍの５層に分かれた多層と、（κＡｌ２Ｏ３／ＴｉＮ）５Ａｌ２Ｏ３と、０．５μｍのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ層の最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿ってＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシで後処理をされた。最外層の被膜層Ｅが、インサートＤと同様に主に切刃線に沿ってブラシ掛けされた。
インサートＧ
インサートＥと同じ基材を有するインサートが、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層の最内層と、２．８μｍの柱状ＴｉＣＮと、１．９μｍのκＡｌ２Ｏ３と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿ってＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシで後処理をされた。最外層の被膜層Ｄが、インサートＥと同様に主に切刃線に沿ってブラシ掛けされた。
インサートＨ
インサートＥと同じ基材を有するインサートが、０．５μｍの等軸ＴｉＮ層と、２．８μｍの柱状ＴｉＣＮの最内層と、１．８μｍのκＡｌ２Ｏ３と、０．９μｍのＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮ層と、０．３μｍの厚みを有するκＡｌ２Ｏ３の最外層と、で被覆された。この被膜は、切刃線に沿ってＳｉＣ粒を含有するナイロンブラシで後処理された。最外層の被膜層ＥとＦが、インサートＥと同様に主に切刃線に沿ってブラシ掛けされた。
実施例１
ＡからＤまでのインサートを旋削加工作業で試験した。
作業：棒材の横方向(axial)及び正面方向の旋削加工
加工部材材質：オーステナイトステンレス鋼、ＡＩＳＩ３０４Ｌ
切削速度：２２５ｍ／分
送り速度：０．３ｍ／回転
切り込み深さ：２．０ｍｍ
インサート形式：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭ
結果： 工具寿命
インサートＡ：（従来技術）、約６
インサートＢ：（本発明）、 約７
インサートＣ：（本発明）、 約７
インサートＤ：（本発明）、 約７
評価：工具寿命の判断基準は、切削切刃線の０．３ｍｍの最大逃げ面摩耗であった。この摩耗は、局部的な塑性変形によって不規則に発達した。この試験結果は、先行技術と参考例と比較して少なくとも同じ結果であった。
実施例２
ＡからＤまでのインサートを旋削加工作業で試験した。
作業：正面方向及び縦方向(longitudinal)の旋削加工
加工部材材質：オーステナイトステンレス鋼、ＡＩＳＩ３１６Ｔｉ
切削速度：１１０ｍ／分
送り速度：０．３ｍ／回転
切り込み深さ：２．０ｍｍ
インサート形式：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭ
結果： 回転あたりの工具寿命
（切削の外側の合計損傷切刃）
インサートＡ：（従来技術）、８．７（２３．５ｍｍ）
インサートＢ：（本発明）、 １１．７（１５．０ｍｍ）
インサートＣ：（本発明）、 １４．３（２５．５ｍｍ）
インサートＤ：（本発明）、 １３．６（７．９ｍｍ）
評価：工具寿命を決定する摩耗は、切り込み深さのノッチ摩耗であり、且つ付加的判断基準として、切削における切刃部分の外側の破砕長さが評価される。これは靭性が要求される作業である。実施例は、本発明が先行技術に比較して切刃靭性が付加されることを示す。
実施例１とともに、これは、損傷長さが先行技術と比較できるほどであっても、後処理がなくても性能に著しい改良を示す。
実施例３
ＥからＨまでのインサートを旋削加工作業で試験した。
作業：棒材の正面方向の加工
加工部材材質：オーステナイトステンレス鋼、ＡＩＳＩ３０４Ｌ
切削速度：１４０ｍ／分
送り速度：０．３６ｍｍ／回転
切り込み深さ：回転当たり第１パスでは０４ｍｍ〜０ｍｍ及び
第２パスにおいては０ｍｍ〜４ｍｍまで変化
インサート形式：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭ
結果： 標準剥離領域
インサートＥ：（本発明外）、 １
インサートＦ：（本発明外）、 約１
インサートＧ：（本発明外）、 約１．５
インサートＨ：（本発明）、 約０．４
評価：すくい面上の測定された合計剥離領域は、本発明が優れた性能を示した。
実施例４
ＥからＨまでのインサートを旋削加工作業で試験した。
作業：棒材の横方向と正面方向の旋削加工
加工部材材質：オーステナイトステンレス鋼、ＡＩＳＩ３０４Ｌ
切削速度：２２５ｍ／分
送り速度：０．３ｍ／回転
切り込み深さ：２．０ｍｍ
インサート形式：ＣＮＭＧ１２０４０８−ＭＭ
結果： 標準工具寿命
インサートＥ：（本発明外）、 １
インサートＦ：（本発明外）、 約１．２
インサートＧ：（本発明外）、 約１．２
インサートＨ：（本発明）、 約１．９
評価：工具寿命の判断基準は、切削切刃線の０．３ｍｍの最大逃げ面摩耗であった。この摩耗は、局部的な塑性変形によって不規則に発達した。この試験結果は、この点において優れた性能を示した。
結論として、上記に示した実施例の結果から、基材と特定の厚みを有する被膜の選択と最終的な切刃の処理とを組合すことにより、工具インサートは、序文に記載するような正反対の性能であると信じられていた多くのことを組み合わせ、優れた切削性能を作り出せることが明らかである。
図１は、本発明にしたがう被膜断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）組織であり、ＡはＴｉＮであり、Ｂは柱状Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）であり、ＣはＴｉＮであり、Ｄ１は多層（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮ）６Ａｌ２Ｏ３であり、ＥはＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮであり、且つＦはＡｌ２Ｏ３である。 図２は、第２の実施例にしたがう本発明の被膜断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）組織であり、ＡはＴｉＮであり、Ｂは柱状Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）であり、ＣはＴｉＮであり、Ｄ１は単相Ａｌ２Ｏ３であり、ＥはＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮであり、且つＦはＡｌ２Ｏ３である。 図３．１は、後処理の無い切刃の断面の模式図である。 図３．２は、最外被膜層Ｅ＋Ｆが取り除かれた本発明の後処理をした切刃の断面の模式図である。 図３．３は、最外被膜層Ｅ＋Ｆ及び多層（Ａｌ２Ｏ３＋ＴｉＮ）６Ａｌ２Ｏ３が取り除かれた本発明の後処理をした切刃の断面の模式図である。 図４は、先行技術の後処理をした切刃の断面の模式図である。

Claims (10)

  1. 基材ボディと被膜とからなる鋼旋削用の切削工具インサートであって、
    前記被膜が、
    ｘ＋ｙ＋ｚ≦１であるＴｉＣｘＮｙＯｚの少なくとも２層から成り、合計厚みが０．７〜４．５μｍ好ましくは１．６〜４．０μｍである第１最内層領域と、
    主にＡｌ２Ｏ３から成る第２層領域と、
    個々の厚みが＞０．１５〜０．８μｍであり且つ合計厚みが＞０．６〜２．０μｍであるＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋ｙ≦１）好ましくは（ＴｉＮ＋ＴｉＣ）ｎＴｉＮ最も好ましくはＴｉＮ＋ＴｉＣ＋ＴｉＮの組み合わせ物との一連の１層または数層と、厚みが＞０．１〜０．４μｍであるＡｌ２Ｏ３好ましくはκＡｌ２Ｏ３の層と、を含んでなり、且つ２．５μｍより薄く好ましくは０．４〜１．５μｍの薄い最外層領域の合計厚みにする最外層領域と、
    を含み、且つ
    ２．０〜１２μｍ好ましくは４．０〜７．０μｍ内の範囲の被膜合計厚みを有する、
    ことを特徴とする鋼旋削用の切削工具インサート。
  2. 前記最外層領域が、ＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋ｙ≦１）に引き続いてＡｌ２Ｏ３層との一連の数層を含み、ＴｉＣｘＮｙ／Ａｌ２Ｏ３層の厚み比率が２を越え好ましくは３〜５を有することを特徴とする請求項１記載の切削工具インサート。
  3. 前記第２多層領域）が、複数の互いに積層されたＡｌ２Ｏ３及びＴｉＣｘＮｙＯｚ層好ましくはκＡｌ２Ｏ３及びＴｉＮ層からなり、
    前記Ａｌ２Ｏ３とＴｉＣｘＮｙＯｚとの双方を含む層の合計数が、５〜３１好ましくは１１〜１５層であり、
    前記Ａｌ２Ｏ３層は、個々の層厚みが＞０．１〜＜０．５μｍ好ましくは０．２〜＜０．２μｍであり、
    前記ＴｉＣｘＮｙＯｚ層は、個々の層厚みが＞０〜＜０．２μｍ好ましくは０．０２〜０．１５μｍであり、
    前記多層の合計厚みが、１．０〜４．０μｍ好ましくは１．５〜３．５μｍである、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具インサート。
  4. 前記第２多層領域が、単層Ａｌ２Ｏ３層好ましくはκＡｌ２Ｏ３層からなり、前記層の合計厚みが１．０〜４．０μｍ好ましくは１．５〜３．５μｍである、
    ことを特徴とする請求項１または２に記載の切削工具インサート。
  5. 前記第１最内層領域は、
    ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、＜０．５μｍの大きさの等軸粒、及び１．５μｍより小さく０．１μｍより大きく好ましくは０．１〜０．６μｍの厚みである第１最内層と、
    ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｚ＝０、ｘ＞０．３及びｙ＞０．３最も好ましくはｘ＞０．５であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、０．４〜３．９μｍ好ましくは１．５〜３．０μｍの厚みであり、柱状粒を有する第２層と、
    を含み、且つ
    好ましくは等軸粒を有する前記層が、柱状粒を有する前記層より薄い、
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の切削工具インサート。
  6. 前記第１最内層領域は、
    ｘ＋ｙ＋ｚ≦１好ましくはｙ＞ｘ及びｚ＜０．２最も好ましくはｙ＞０．８及びｚ＝０であるＴｉＣｘＮｙＯｚであって、＜０．５μｍの大きさの等軸粒、及び１．５μｍより小さく０．１μｍより大きく好ましくは０．１〜０．６μｍの厚みを有する第３層と、を含み、且つ
    好ましくは等軸粒を有する前記２層が、柱状粒を有する前記層より薄い、
    ことを特徴とする請求項５に記載の切削工具インサート。
  7. 後処理が切刃線に沿ってすくい面と逃げ面まで前記最内層の真下の前記層を露出させ、すくい面と逃げ面と上の露出が少なくとも０．０２ｍｍであり、好ましくは切屑の接触区域に相当し、すくい面上の０．０２〜０．４０ｍｍであり且つ逃げ面少なくて、最も好ましくは逃げ面上の露出が救い面上の露出の約半分である、
    ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の切削工具インサート。
  8. 前記基材ボディが、７〜１１．５ｗｔ％のＣｏと０．２〜２．１ｗｔ％の立方晶炭化物と、好ましくは金属Ｔａ、Ｎｂ及びＴｉの０．４〜１．６ｗｔ％の立方晶炭化物と、場合によって周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族の元素の他の炭化物と、残部タングステン炭化物ＷＣと、を含有する組成を有する超硬合金の基材であり、
    １．０〜３．０μｍの平均粒径を有する、
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の切削工具インサート。
  9. 前記基材ボディが、表面近くで枯渇した立方晶炭化物とバインダ豊富容積とを含む組成の超硬合金を有し、
    前記立方晶の枯渇した端部までの前記表面からの測定距離が５〜５０μｍであり、
    前記組成が、５．０〜１０．５ｗｔ％のＣｏと３．０〜９．０ｗｔ％の立方晶炭化物と残部タングステン炭化物ＷＣとであり、１．０〜３．０μｍの平均粒径を有し、
    前記立方晶炭化物が好ましくはＮｂ、Ｔａ及びＴｉベースであるが周期律表のＩＶｂ、ＶｂまたはＶＩｂ族の元素の炭化物を含むことができ、
    Ｎの含有量が０．０１〜０．２ｗｔ％の範囲にある、
    ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の切削工具インサート。
  10. ボディと被膜とから成る特に旋削用の切削工具インサートの製造方法であって、
    前記ボディは、７〜１１．５ｗｔ％のＣｏと０．２〜２．１ｗｔ％の立方晶炭化物と残部ＷＣを含有して、１．０〜３．０μｍの平均結晶粒径を有し、粉末の混合とボールミルとスプレー乾燥と幾つかの加圧成形法と引き続いて従来の方法にしたがう焼結と前処理とにより製造されるＷＣ−Ｃｏ基超硬合金から好ましくなり、前記ボディが、
    ｘ＋ｙ＋ｚ≦１のＴｉＣｘＮｙＯｚの少なくとも２層であり、０．７〜４．５μｍの合計厚みを有する第１最内層領域であって、前記第１層に対して公知の化学蒸着法（ＣＶＤ）を用い、且つ好ましくは第２層に対して中温度のＣＶＤまたはＭＴＣＶＤ法を用い、この方法においてアセトニトリルが７００〜９００℃で炭素と窒素との供給源とした第１最内層領域、
    主にＡｌ２Ｏ３から成る第２層領域、及び
    個々の厚みが＞０．１５〜０．８μｍであり且つ合計厚みが＞０．６〜２．０μｍであるＴｉＣｘＮｙ（ｘ＋≦１）の１層または複数層と、引き続いて＞０．１〜０．４μｍの厚みのＡｌ２Ｏ３好ましくはκＡｌ２Ｏ３の層と、含んでいる２．５μｍ未満好ましくは０．４〜１．５μｍの薄い最外層領域、
    で被覆され、且つ
    前記被膜の合計厚みが２．０〜１２μｍの範囲にあり、好ましくは前記被膜が、ブラシ加工、ブラスト加工操作またはそれらの組み合わせを用いて、最も好ましくはブラシ加工操作を用いて、後処理される、
    ことを特徴とする鋼旋削用の切削工具インサートの製造方法。
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