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)的專利申請(qǐng)2014-089047號(hào)及2015年4月20日于日本申請(qǐng)的專利申請(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)稱為工具基體)的表面，通過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。

例如在專利文獻(xiàn)1中公開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，將在刀尖棱線部最薄的部分的厚度設(shè)為T1，將從刀尖棱線向前刀面方向離開1mm的位置的厚度設(shè)為T2的情況下，滿足T1＜T2，且在硬質(zhì)包覆層表面，將從刀尖棱線向前刀面方向離開Da距離的位置設(shè)為a，將向后刀面方向離開Db距離的位置設(shè)為b的情況下，Da及Db滿足特定的數(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)容沒有進(jìn)行公開和建議。

根據(jù)這種觀點(diǎn)考慮，還提出了如下技術(shù)：通過用化學(xué)蒸鍍法來形成硬質(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)切削性能帶來什么樣的影響并不明確。

并且，例如在專利文獻(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，并且通過對(duì)該外層施加100～1100MPa的壓縮應(yīng)力來改善包覆工具的耐熱性和疲勞強(qiáng)度。

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

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

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

近年來，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)不能說耐磨性、耐崩刀性充分的問題。

另一方面，關(guān)于通過所述專利文獻(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)定的硬度且耐磨性優(yōu)異的硬質(zhì)包覆層，然而，存在韌性差的問題。

而且，所述專利文獻(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，不能說發(fā)揮令人滿意的切削性能的問題。

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)，為了改善通過化學(xué)蒸鍍來蒸鍍形成至少包含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)過反復(fù)進(jìn)行深入的研究，結(jié)果得出如下見解。

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)期使用中無法發(fā)揮充分的耐磨性，并且不能說工具壽命也令人滿意。

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解。

具體而言，在硬質(zhì)包覆層至少包含通過化學(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表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°的邊界線，在圖3中，比該垂直方向的虛線更靠右側(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表示晶粒內(nèi)平均取向差為2°的邊界線，在圖4中，比該垂直方向的虛線更靠右側(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，則無法充分地發(fā)揮下部層的效果，另一方面，若超過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，則無法充分發(fā)揮上部層的效果，另一方面，若超過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，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，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，由所得到的特性X射線的分析結(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。