特許 6191873 すぐれた耐チッピング性を有する表面被覆切削工具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6191873

(24)【登録日】2017年8月18日

(45)【発行日】2017年9月6日

(54)【発明の名称】すぐれた耐チッピング性を有する表面被覆切削工具

(51)【国際特許分類】

   B23B 27/14 20060101AFI20170828BHJP

【ＦＩ】

   B23B27/14 A

【請求項の数】1

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-59159(P2014-59159)

(22)【出願日】2014年3月20日

(65)【公開番号】特開2015-182154(P2015-182154A)

(43)【公開日】2015年10月22日

【審査請求日】2016年9月29日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006264

【氏名又は名称】三菱マテリアル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100139240

【弁理士】

【氏名又は名称】影山 秀一

(74)【代理人】

【識別番号】100119921

【弁理士】

【氏名又は名称】三宅 正之

(74)【代理人】

【識別番号】100113826

【弁理士】

【氏名又は名称】倉地 保幸

(74)【代理人】

【識別番号】100076679

【弁理士】

【氏名又は名称】富田 和夫

(72)【発明者】

【氏名】西田 真

【審査官】 青山 純

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４５１８２５８（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１２−７６１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３１５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２２５８０４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−３１０８７８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｂ ２７／１４

ＷＰＩ

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、チタンの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの２層以上からなり、かつ、その内の１層はチタンの炭窒化物層からなり、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するチタン化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された、１〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
上記（ａ）のチタン化合物層の内のチタンの炭窒化物層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、縦断面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型立方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮ＝２８を上限とする）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３〜Σ２９のそれぞれの単位形態の分布割合を、前記Σ３〜Σ２９の単位形態全体の合計分布割合に占める割合で示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、切れ刃稜線部では前記Σ３の分布割合が前記単位形態全体の合計分布割合の５〜１３％を示し、切れ刃稜線部以外の領域では前記Σ３の分布割合が前記単位形態全体の合計分布割合の５０％以上を占める構成原子共有格子点分布グラフを示すチタンの炭窒化物層、
で構成したことを特徴とする強断続加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、 切れ刃に強い衝撃が加わる強断続加工を行った場合にも、硬質被覆層がすぐれた耐欠損性を発揮する表面被覆切削工具（以下、被覆工具という）に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、一般に、炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）基超硬合金または炭窒化チタン（以下、ＴｉＣＮで示す）基サーメットで構成された基体（以下、これらを総称して工具基体という）の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、Ｔｉの炭化物（以下、ＴｉＣで示す）層、窒化物（以下、同じくＴｉＮで示す）層、炭窒化物（以下、ＴｉＣＮで示す）層、炭酸化物（以下、ＴｉＣＯで示す）層、および炭窒酸化物（以下、ＴｉＣＮＯで示す）層のうちの２層以上からなり、かつ３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された、１〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム（以下、Ａｌ_２Ｏ_３で示す）層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる被覆工具が知られており、この被覆工具が、例えば各種の鋼や鋳鉄などの連続切削や断続切削に用いられていることも知られている。
そして、上記の被覆工具において、これを切れ刃に衝撃がかかる断続切削加工に供した場合に、チッピング、欠損等の異常損傷が発生することを防止するために、いくつかの提案がなされている。

【0003】

例えば、特許文献１には、ＷＣ基超硬合金またはＴｉＣＮ基サーメットからなる工具基体の表面に、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するＴｉ化合物層を下部層として、また、１〜１５μｍの平均層厚を有するＡｌ_２Ｏ_３層を上部層として被覆形成するとともに、Ｔｉ化合物層のΣ３の分布割合を従来の３０％以下から６０〜８０％まで高めることで、高温強度を向上させ、その結果、短いピッチで繰り返し機械的衝撃の加わる鋼や鋳鉄の高速断続切削で耐チッピング性が向上させることが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００６−７５９７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上記特許文献１に示される従来被覆工具は、これを、通常の高速断続切削条件で用いた場合には、所望の耐チッピング性を発揮するが、例えば、これを船舶用大型クランクスローの加工に代表される様に、断続の間隔が広く、すなわち切れ刃の温度上昇は抑えられるものの、切れ刃に加わる衝撃が極めて強い強断続加工においては、切れ刃先端は欠損しやすく、十分な耐チッピング性を備えるとはいえなかった。

【課題を解決するための手段】

【0006】

そこで、本発明者は、断続の間隔が広く、切れ刃に加わる衝撃が極めて強い強断続切削加工条件下において使用した場合でも、切れ刃がすぐれた耐チッピング性を発揮する被覆工具を開発すべく、鋭意研究を行った結果、次のような知見を得た。

【0007】

本発明者らは、特許文献１に示される従来被覆工具を強断続切削加工に使用した場合について、チッピング発生のメカニズムを検討したところ、
（１）断続の間隔が長く切れ刃先端に強い衝撃が加わる強断続加工において、被覆工具の切れ刃先端部における硬質被覆層の下部層のΣ３の分布割合が５〜１３%を満たす場合には、切れ刃稜線部の硬質被覆層に生じる亀裂の発生が促され亀裂本数が増加するが、これに伴い、破壊にまで至る応力集中が分散されるために、チッピング、欠損に至る深い亀裂が発生しない。
そのため、切れ刃先端部のチッピング、欠損の発生が抑制され、耐チッピング性が向上することを見出したのである。

【0008】

さらに、本発明者らは、
（２）被覆工具におけるΣ３分布割合が、例えば上記（１）と同様に５〜１３％の場合には、逃げ面摩耗が生じる領域において被削材とのこすれによって強いせん断応力が作用し、硬質被覆層を構成する結晶粒の脱落に伴うすき取り摩耗が促進されて寿命が短くなるが、Σ３分布割合が２２％以上の値である場合には耐摩耗性の低下は少なく、特に、Σ３分布割合が５０％以上である場合には、その高い高温強度により結晶粒の脱落発生が抑制され、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになることを見出したのである。

【0009】

つまり、本発明者は、被覆工具の切れ刃稜線部の硬質被覆層の下部層のΣ３の分布割合を５〜１３%と定め、一方、切れ刃稜線部以外の領域におけるΣ３の分布割合を５０％以上とすることによって、断続の間隔が長く切れ刃先端には強い衝撃が加わる強断続加工において、耐摩耗性の低下を招くことなく、すぐれた耐チッピング性を発揮することを見出したのである。

【0010】

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「炭化タングステン基超硬合金または炭窒化チタン基サーメットで構成された工具基体の表面に、
（ａ）下部層が、いずれも化学蒸着形成された、チタンの炭化物層、窒化物層、炭窒化物層、炭酸化物層、および炭窒酸化物層のうちの２層以上からなり、かつ、その内の１層はチタンの炭窒化物層からなり、３〜２０μｍの合計平均層厚を有するチタン化合物層、
（ｂ）上部層が、化学蒸着形成された、１〜１５μｍの平均層厚を有する酸化アルミニウム層、
以上（ａ）および（ｂ）で構成された硬質被覆層を形成してなる表面被覆切削工具において、
上記（ａ）のチタン化合物層の内のチタンの炭窒化物層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、縦断面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、基体表面の法線に対する、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この場合前記結晶粒は、格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を有し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型立方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の点からＮ＝２８を上限とする）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３〜Σ２９のそれぞれの単位形態の分布割合を、前記Σ３〜Σ２９の単位形態全体の合計分布割合に占める割合で示す構成原子共有格子点分布グラフにおいて、切れ刃稜線部では前記Σ３の分布割合が前記単位形態全体の合計分布割合の５〜１３％を示し、切れ刃稜線部以外の領域では前記Σ３の分布割合が前記単位形態全体の合計分布割合の５０％以上を占める構成原子共有格子点分布グラフを示すチタンの炭窒化物層、
で構成したことを特徴とする強断続加工で硬質被覆層がすぐれた耐チッピング性を発揮する表面被覆切削工具。」
を特徴とするものである。

【0011】

つぎに、この発明の被覆工具の硬質被覆層について、以下に説明する。
（ａ）Ｔｉ化合物層（下部層）
Ｔｉ化合物層は、自体が高温強度を有し、これの存在によって硬質被覆層が高温強度を具備するようになるほか、工具基体と上部層であるＡｌ_２Ｏ_３層のいずれにも強固に密着し、よって硬質被覆層の工具基体に対する密着性向上に寄与する作用をもつが、その合計平均層厚が３μｍ未満では、前記作用を十分に発揮させることができず、一方その合計平均層厚が２０μｍを越えると、切れ刃先端に強い衝撃がかかる強断続切削で熱塑性変形を起し易くなり、これが偏摩耗の原因となることから、その合計平均層厚を３〜２０μｍと定めた。

【0012】

（ｂ）下部層の炭窒化チタン層
この発明においては、上記下部層のうちのチタンの炭窒化物層（以下、炭窒化チタン層，ＴｉＣＮ層ともいう））について構成原子共有格子点分布グラフを求めた場合、切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合は、Σ３〜Σ２９のそれぞれの単位形態の合計分布割合の５〜１３％を示し、一方、切れ刃稜線部以外の領域におけるΣ３の分布割合は、Σ３〜Σ２９のそれぞれの単位形態の合計分布割合の５０％以上を占めることが重要である。
切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合が５％未満の場合には、切れ刃稜線部の下部層の炭窒化チタン層に発生する亀裂本数が過度に増加するため、下部層自体が脆弱化し、一方、切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合が１３％を超える場合には、切れ刃稜線部における亀裂形成による応力集中緩和効果が低下し、チッピング、欠損を発生し易くなるので、切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合は５〜１３％と定めた。
ここで、本発明でいう切れ刃稜線部とは、超硬合金母材の逃げ面およびすくい面が交差する稜線においてホーニング加工が施された領域（図１および図２のＥ−Ｆの領域）上に被覆された硬質被覆層表面（図１および図２のＡ−Ｂの領域）のことを言い、また、切れ刃稜線部の炭窒化チタン層（以下、切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合が５〜１３％である炭窒化チタン層を、「改質ＴｉＣN層」で示す。）とは、図1および図2のＣ−Ｄ−Ｆ−Ｅで囲まれた領域の炭窒化チタン層を言う。
なお、以下では、下部層のうちの炭窒化チタン層を「ＴｉＣＮ層」で示し、このうち、特に、切れ刃稜線部の炭窒化チタン層を、「改質ＴｉＣＮ層」で示す。
また、切れ刃稜線部以外の領域における下部層の炭窒化チタン層のΣ３の分布割合が、２２％以上になると、すき取り摩耗に対する耐摩耗性改善効果が徐々にあらわれ、Σ３分布割合が５０％以上である場合には、その高い高温強度により結晶粒の脱落発生が抑制され、すぐれた耐摩耗性を発揮するようになることから、切れ刃稜線部以外の領域における下部層の炭窒化チタン層のΣ３の分布割合は５０％以上と定めた。

【0013】

ここで、構成原子共有格子点分布グラフは、この出願前から既によく知られているように、電界放出型走査電子顕微鏡を用い、例えば、硬質被覆層の層厚方向に平行な縦断面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に電子線を照射し、電子後方散乱回折像装置を用いて、所定領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対する、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し（この場合、前記結晶粒は、格子点にＴｉ、炭素、および窒素からなる構成原子がそれぞれ存在するＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造を有する炭窒化チタン結晶粒です）、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出すると共に、前記構成原子共有格子点間に存在する構成原子を共有しない格子点の数Ｎ（この場合、ＮはＮａＣｌ型立方晶の結晶構造上２以上の偶数となるが、分布頻度の観点からＮ＝２８を上限とします）毎に定めたΣＮ＋１で表される構成原子共有格子点形態（単位形態）のそれぞれの分布割合を算出し、Σ３〜Σ２９のそれぞれの単位形態の分布割合を、前記Σ３〜Σ２９の単位形態全体の合計分布割合に占める割合で示す構成原子共有格子点分布グラフを作成する。

【0014】

また、上記特定割合のΣ３を有するＴｉＣＮ層、即ち、切れ刃稜線部ではΣ３の分布割合が５〜１３％の改質ＴｉＣＮ層、一方、切れ刃稜線部以外の領域においてはΣ３の分布割合が５０％以上であるＴｉＣＮ層は、例えば、以下の方法によって形成することができる。
まず超硬合金製母材において、粒径４〜６μｍのＷＣ粉末を使用し、またブラシ、弾性砥石、ウェットブラスト等の方法により、その表面粗さがＲａ＜０．０５μｍとなる様に、切れ刃にホーニング処理を施すとともに、切れ刃におけるホーニング部以外の箇所は加工がなされていない焼肌の状態、すなわち超硬合金製母材表面の炭化タングステン粒子に対して研磨等の加工が行われておらず、その表面粗さはＲａ＞０．４μｍの状態とする。
次に、工具基体表面に、通常の化学蒸着によって、チタンの炭化物層、窒化物層、炭酸化物層、炭窒酸化物層の少なくともいずれかを蒸着形成した後（なお、これらを形成しなくても可）、
≪第１段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ_４：２〜１０％、ＣＨ_３ＣＮ：０．０５〜０．３％、Ａｒ：５〜１５％、Ｎ_２：５〜１５％、Ｈ_２：残り、
反応雰囲気温度：７８０〜８２０ ℃、
反応雰囲気圧力：５〜１０ ｋＰａ、
反応時間：３０ 分、
の低温条件で、第１段階の蒸着を行い、次いで、
≪第２段階≫
反応ガス組成（容量％）：ＴｉＣｌ_４：０．１〜０．８％、ＣＨ_３ＣＮ：０．０５〜０．３％、Ａｒ：１０〜３０％、Ｈ_２：残り、
反応雰囲気温度：９３０〜１０００ ℃、
反応雰囲気圧力：６〜２０ ｋＰａ、
反応時間：（所定の層厚になるまで継続）、
の条件で第２段階の蒸着を行うことによって、上記特定割合のΣ３を有するＴｉＣＮ層を形成することができる。

【0015】

（ｃ）Ａｌ_２Ｏ_３層（上部層）
Ａｌ_２Ｏ_３層は、すぐれた高温硬さと耐熱性を有し、硬質被覆層の耐摩耗性向上に寄与するが、その平均層厚が１μｍ未満では、硬質被覆層に十分な耐摩耗性を発揮せしめることができず、一方その平均層厚が１５μｍを越えて厚くなりすぎると、チッピングが発生し易くなることから、その平均層厚を１〜１５μｍと定めた。

【0016】

なお、切削工具の使用前後の識別を目的として、黄金色の色調を有するＴｉＮ層を、必要に応じて蒸着形成してもよいが、この場合の平均層厚は０．１〜１μｍでよく、これは０．１μｍ未満では、十分な識別効果が得られず、一方前記ＴｉＮ層による前記識別効果は１μｍまでの平均層厚で十分であるという理由からである。

【発明の効果】

【0017】

この発明の被覆工具は、断続の間隔が長く切れ刃先端に強い衝撃が加わる鋼や鋳鉄などの強断続加工において、硬質被覆層の下部層のうちの１層であるΣ３の分布割合が５〜１３％の改質ＴｉＣＮ層がその切れ刃稜線部におけるチッピング、欠損の発生を抑制するとともに、切れ刃稜線部以外の領域におけるΣ３の分布割合が５０％以上であるＴｉＣＮ層がすぐれた高温強度を有し、結晶粒の脱落発生を抑制することから、チッピング、欠損の発生もなくすぐれた耐摩耗性を長期の使用にわたって発揮するものである。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の一つの実施態様の被覆工具の縦断面の模式図を示し、Ｃ−Ｄ−Ｆ−Ｅで囲まれた領域が、切れ刃稜線部の下部層の改質ＴｉＣＮ層であることを示す。

【図2】本発明の他の実施の態様の被覆工具の縦断面の模式図を示し、Ｃ−Ｄ−Ｆ−Ｅで囲まれた領域が、切れ刃稜線部の下部層の改質ＴｉＣＮ層であることを示す。

【図3】本発明被覆工具の切れ刃稜線部の下部層の改質ＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの一例を示す。

【図4】本発明被覆工具の切れ刃稜線部以外の領域である逃げ面の下部層のＴｉＣＮ層の構成原子共有格子点分布グラフの一例を示す。

【発明を実施するための最良の形態】

【0019】

つぎに、この発明の被覆工具を実施例により具体的に説明する。

【実施例】

【0020】

原料粉末として、いずれも４〜６μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＮ粉末、およびＣｏ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持の条件で真空焼結し、焼結後、切れ刃部にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施し、ホーニング部表面粗さをＲａ＜０．０５μｍとし、ホーニング部以外は焼肌のまま（即ち、Ｒａ＞０．４μｍ）とすることによりＩＳＯ・ＳＮＭＧ１２０４１２に規定するインサート形状をもったＷＣ基超硬合金製の工具基体Ａ〜Ｃをそれぞれ製造した。

【0021】

つぎに、これらの工具基体Ａ〜Ｃの表面に、通常の化学蒸着装置を用い、硬質被覆層の下部層として、表２に示される条件で、改質ＴｉＣＮ層以外のＴｉ化合物層を、表４に示される目標層厚になるまで蒸着形成した。
また、改質ＴｉＣＮ層については、表３に示す条件で表４に示される目標層厚になるまで蒸着形成した。

【0022】

次に、表３に示される条件にて、上部層としてのＡｌ_２Ｏ_３層を表５に示される目標層厚になるまで蒸着形成することにより表５に示す本発明被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。

【0023】

また、比較の目的で、硬質被覆層の下部層として、表２に示される条件で、改質ＴｉＣＮ層以外のＴｉ化合物層を、表７に示される目標層厚になるまで蒸着形成した。
また、ＴｉＣＮ層については、表６に示す条件で表７に示される目標層厚になるまで蒸着形成した。
さらに、表２に示される条件にて、上部層としてのＡｌ_２Ｏ_３層を表８に示される目標層厚になるまで蒸着形成することにより表８に示す比較例被覆工具１〜１３をそれぞれ製造した。

【0024】

次に、上記の本発明被覆工具と比較例被覆工具の切れ刃稜線部におけるＴｉＣＮ層と切れ刃稜線部以外の領域(具体的には、逃げ面）におけるＴｉＣＮ層について、電界放出型走査電子顕微鏡を用いて、構成原子共有格子点分布グラフをそれぞれ作成した。
即ち、上記構成原子共有格子点分布グラフは、上記の切れ刃稜線と逃げ面の縦断面を研磨面とした状態で、電界放出型走査電子顕微鏡の鏡筒内にセットし、前記研磨面に７０度の入射角度で１５ｋＶの加速電圧の電子線を１ｎＡの照射電流で、前記表面研磨面の測定範囲内に存在する結晶粒個々に照射して、電子後方散乱回折像装置を用い、３０×５０μｍの領域を０．１μｍ／ｓｔｅｐの間隔で、前記表面研磨面の法線に対して、前記結晶粒の結晶面である（００１）面および（０１１）面の法線がなす傾斜角を測定し、この結果得られた測定傾斜角に基づいて、相互に隣接する結晶粒の界面で、前記構成原子のそれぞれが前記結晶粒相互間で１つの構成原子を共有する格子点（構成原子共有格子点）の分布を算出し、前記構成原子共有格子点間に構成原子を共有しない格子点がＮ個（ＮはＮａＣｌ型面心立方晶の結晶構造上２以上の偶数となる）存在する構成原子共有格子点形態をΣＮ＋１で現した場合、個々のΣＮ＋１がΣＮ＋１全体（ただし、頻度の関係で上限値をＮ＝２８とする）に占める分布割合を求めることにより作成した。

【0025】

この結果得られた、切れ刃稜線部のＴｉＣＮ層におけるΣ３の分布割合と切れ刃稜線部以外の領域(逃げ面）のＴｉＣＮ層におけるΣ３の分布割合を、表５、表８に示した。

【0026】

表５、表８にそれぞれ示される通り、本発明被覆工具の切れ刃稜線部における改質ＴｉＣＮ層は、いずれもΣ３の占める分布割合が５〜１３％の範囲内であり、また、切れ刃稜線部以外の領域におけるＴｉＣＮ層のΣ３の分布割合は、いずれも５０％以上であった。これに対して、比較例被覆工具のＴｉＣＮ層は、切れ刃稜線部におけるΣ３の分布割合が５〜１３％であって、かつ、切れ刃稜線部以外の領域におけるΣ３の分布割合が５０％以上となるものはなかった。
なお、図３に、本発明被覆工具の切れ刃稜線部における改質ＴｉＣＮ層について求めた構成原子共有格子点分布グラフの一例を示し、図４に、本発明被覆工具の逃げ面（切れ刃稜線部以外の領域）におけるＴｉＣＮ層について求めた構成原子共有格子点分布グラフの一例を示す。

【0027】

さらに、上記の本発明被覆工具１〜１３および比較例被覆工具１〜１３について、これの硬質被覆層の構成層を電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）およびオージェ分光分析装置を用いて観察（層の縦断面を観察）したところ、前者および後者とも目標組成と実質的に同じ組成を有するＴｉ化合物層とＡｌ_２Ｏ_３層からなることを確認した。
また、これらの被覆工具の硬質被覆層の構成層の厚さを、走査型電子顕微鏡を用いて測定（同じく縦断面測定）したところ、いずれも目標層厚と実質的に同じ平均層厚（５点測定の平均値）を示した。

【0028】

【表1】

【0029】

【表2】

【0030】

【表3】

【0031】

【表4】

【0032】

【表5】

【0033】

【表6】

【0034】

【表7】

【0035】

【表8】

【0036】

つぎに、上記の各種の被覆工具をいずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、本発明被覆工具１〜１３および比較例被覆工具１〜１３について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣ４５０、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．５ｍｍ、
送り：０．５ｍｍ／ｒｅｖ、
加工時間：１０分
の条件（切削条件Ａ）での炭素鋼鋳鋼品の乾式端面断続切削試験、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭｎＣｒ２Ｂ、
切削速度：１１０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り：０．４７ｍｍ／ｒｅｖ、
加工時間：１０分
の条件（切削条件Ｂ）でのマンガンクロム鋼鋳鋼品の乾式端面断続切削試験、
を行い、いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切れ刃のチッピング、欠損の有無を観察した。
この測定結果を表９に示した。

【0037】

【表9】

【0038】

表５、８、９に示される結果から、本発明被覆工具は、いずれも、切れ刃稜線部における改質ＴｉＣＮ層のΣ３の分布割合は５〜１３％の範囲内であり、また、切れ刃稜線部以外の領域におけるＴｉＣＮ層のΣ３の分布割合は５０％以上である構成原子共有格子点分布グラフを示し、断続の間隔が長く切れ刃先端に強い衝撃が加わる強断続加工に供した場合であっても、切れ刃先端部にチッピング、欠損の発生はなく、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮する。
これに対して、比較例被覆工具は、チッピング発生あるいは逃げ面摩耗幅が寿命判定基準に達することにより、最大切削時間５分程度で工具寿命に至っており、本発明被覆工具に比して切削性能が劣ることは明らかである。

【産業上の利用可能性】

【0039】

上述のように、この発明の被覆工具は、強断続加工においてすぐれた切削性能を発揮するが、各種鋼や鋳鉄などの通常条件での連続切削や断続切削においても、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するものであるから、切削装置の高性能化並びに切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】