ホーム > 特許ランキング > 三菱マテリアル株式会社
知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
特許7473871耐摩耗性および耐欠損性にすぐれたＷＣ基超硬合金製切削工具および表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具
(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】
(24)【登録日】2024-04-16
(45)【発行日】2024-04-24
(54)【発明の名称】耐摩耗性および耐欠損性にすぐれたＷＣ基超硬合金製切削工具および表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具
(51)【国際特許分類】
C22C 29/08 20060101AFI20240417BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20240417BHJP
C22C 1/051 20230101ALI20240417BHJP
B22F 3/24 20060101ALI20240417BHJP
【ＦＩ】
C22C29/08
B23B27/14 B
B23B27/14 A
C22C1/051 H
B22F3/24 102A
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020056869
(22)【出願日】2020-03-26
(65)【公開番号】P2021155803
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-02-22
(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】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(74)【代理人】
【識別番号】100204526
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 靖
(74)【代理人】
【識別番号】100139240
【弁理士】
【氏名又は名称】影山 秀一
(72)【発明者】
【氏名】河原 佳祐
(72)【発明者】
【氏名】市川 龍
(72)【発明者】
【氏名】五十嵐 誠
(72)【発明者】
【氏名】岡田 一樹
【審査官】池ノ谷 秀行
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１４８８９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－１７９４３３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－３２８４７７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ２９／０８
Ｂ２３Ｂ ２７／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＷＣ基超硬合金を基体とするＷＣ基超硬合金製切削工具において、（ａ）前記ＷＣ基超硬合金の成分組成は、Ｃｏ：６．０～１２．０質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．０～１．２質量％、および、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上を合計量にて０．６～４．０質量％含有し、残部はＷＣ及び不可避不純物とからなり、Ｃｒ３Ｃ２の質量含有率は、Ｃｏの質量含有率の１０％以下であり、
（ｂ）ＷＣ粒子は、平均粒径を比較したとき平均粒径の大きな粗粒ＷＣ群と平均粒径の小さな微粒ＷＣ群とから構成され、
（ｃ）前記ＷＣ粒子同士の界面長さＷＣ－ＷＣ界面長をＬ１、
前記ＷＣ粒子と
Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか一つ以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相であるγ相、および
ＷやＣ、Ｃｒ、γ相成分元素を固溶した結合相との
界面長であるＷＣ－（結合相＋γ相）界面長をＬ２
としたとき、
前記Ｌ１と前記Ｌ２の和に対する前記Ｌ１の比である比率Ｒが、（０．６６－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以上、（０．７０－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以下の値であることを特徴とするＷＣ基超硬合金製切削工具。
ここで、Ｖは、結合相の面積比率（ａｒｅａ％）、Ｄは、ＷＣ面積平均粒径（μｍ）を指し、１．０≦Ｄ≦４．０である。
【請求項2】
前記γ相の平均粒径は、０．２～４．０μｍであることを特徴とする請求項１に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項3】
請求項１または請求項２に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具の少なくとも切れ刃には、硬質被覆層が形成されていることを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、高負荷下におけるステンレス鋼等の断続部を含む切削条件下においても、刃先が変形することなく、すぐれた耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えたＷＣ基超硬合金製切削工具（「ＷＣ基超硬工具」ともいう）および表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具に関する。
【背景技術】
【0002】
ＷＣ基超硬合金は硬さが高く、また、靱性を備えることから、これを基体とするＷＣ基超硬工具は、すぐれた耐摩耗性を発揮し、また、長期の使用にわたって長寿命を有する切削工具として知られている。
しかし、近年、被削材の種類、切削加工条件等に応じて、ＷＣ基超硬工具の切削性能、工具寿命をより一段と向上させるべく、各種の提案がなされている。
しかし、近年、被削材の種類、切削加工条件等に応じて、ＷＣ基超硬工具の切削性能、工具寿命をより一段と向上させるべく、各種の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１では、炭化タングステン５０～９５％、残部が結合相として鉄族金属の１種または２種以上からなる超硬合金の製造方法において、焼結後の冷却工程において、該焼結温度より１００℃／分以上の冷却速度でもって超急冷し、かつミクロ組織において接触率（接触部の全面積の全粒子表面積に対する比率）が１５％以下であることを特徴とする超硬合金とすることにより、その結果として、鋼の湿式断続切削加工において、ＷＣ基超硬工具の耐欠損性を向上させる製造方法が提案されている。
【0004】
また、特許文献２では、Ｃｏ量が１０～１３質量％、Ｃｏ量に対するＣｒ量の比が２～８％、ＴａＣとＮｂＣの少なくとも１種をＴａＣとＮｂＣの総量が０．２～０．５質量％となる範囲で含有し、残部がＷＣから成り、硬さが８８．６ＨＲＡ～８９．５ＨＲＡであるＷＣ基超硬工具において、研磨面上の面積比におけるＷＣ積算粒度８０％径Ｄ８０と積算粒度２０％径Ｄ２０の比Ｄ８０／Ｄ２０を２．０≦Ｄ８０／Ｄ２０≦４．０の範囲とし、また、Ｄ８０を４．０～７．０μｍの範囲とし、かつＷＣ接着度ｃを０．３６≦ｃ≦０．４３とすることにより、ステンレス鋼に代表される難削材の切削加工において、被削材の凝着を防止し耐欠損性を向上させることが提案されている。
【0005】
特許文献３では、ＷＣ基超硬工具において、ＷＣ－ＷＣ接着界面長さをＬ１とし、ＷＣ－Ｃｏ接着界面長さをＬ２としたとき、
Ｒ＞（０．８２－０．０８６×Ｄ）×（１０／Ｖ）
の式を満足させることにより、Ｎｉ基耐熱合金の切削加工において、ＷＣ基超硬工具の耐熱塑性変形性と靱性を向上させることが提案されている。
なお、Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））
Ｄ：ＷＣ面積平均粒径（μｍ）であって、０．６≦Ｄ≦１．５の範囲である。
ここで、前記Ｄは、ＷＣの面積率が５０％となるときのＷＣの粒径をいう。
Ｖ：結合相体積（ｖｏｌ％）であって、９≦Ｖ≦１４の範囲である。
Ｒ＞（０．８２－０．０８６×Ｄ）×（１０／Ｖ）
の式を満足させることにより、Ｎｉ基耐熱合金の切削加工において、ＷＣ基超硬工具の耐熱塑性変形性と靱性を向上させることが提案されている。
なお、Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））
Ｄ：ＷＣ面積平均粒径（μｍ）であって、０．６≦Ｄ≦１．５の範囲である。
ここで、前記Ｄは、ＷＣの面積率が５０％となるときのＷＣの粒径をいう。
Ｖ：結合相体積（ｖｏｌ％）であって、９≦Ｖ≦１４の範囲である。
【0006】
特許文献４では、ＷＣ基超硬合金製ドリルにおいて、ＷＣ基超硬合金の成分組成を、ＷＣ－ｘ質量％Ｃｏ－ｙ質量％Ｃｒ３Ｃ２－ｚ質量％ＶＣで表したとき、６≦ｘ≦１４、０．４≦ｙ≦０．８、０≦ｚ≦０．６、（ｙ＋ｚ）≦０．１ｘを満足し、また、ＷＣ基超硬合金のＷＣ接着度Ｃを、Ｃ＝１－Ｖｂ
α・ｅｘｐ（０．３９１・Ｌ）で表したとき、この式におけるＷＣ基超硬合金の結合相体積率の値Ｖｂは０．１１≦Ｖｂ≦０．２５、また、（ＷＣ粒子の粒度分布の標準偏差）／（平均ＷＣ粒度）の値Ｌは０．３≦Ｌ≦０．７の範囲内であって、さらに、係数αが０．３≦α≦０．５５の値を満足するＷＣ接着度Ｃを有するＷＣ基超硬合金とすることにより、Ａｌ合金、炭素鋼等の切削加工において、硬さと剛性を低下させることなく靱性を向上させ、耐欠損性を高めたＷＣ基超硬合金製ドリルが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特公平５－２０４９２号公報
【文献】特開２０１７－８８９９９号公報
【文献】特開２０１７－１７９４３３号公報
【文献】特開２０１７－１４８８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
前記特許文献１にて提案されている従来のＷＣ基超硬工具によれば、冷却工程において、超急冷を行うことで、ＷＣの接着率を抑制することによって、耐チッピング性、靭性を向上し、ＷＣ基超硬工具の切削性能、工具特性の向上を図っている。
しかしながら、前記従来の工具では、ＣｒやＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を合金中に含んでいないため、上記元素の結合相への固溶による強化、高温硬さの向上が足りず、基体の耐塑性変形性、耐熱性が十分でないため、靭性は向上したものの、耐塑性変形性において劣位となり、塑性変形を起因とした耐欠損性に劣るなど、高負荷下でのステンレス鋼等の断続部を含む高能率旋削加工において、工具寿命が短命であるという課題を有していた。
しかしながら、前記従来の工具では、ＣｒやＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を合金中に含んでいないため、上記元素の結合相への固溶による強化、高温硬さの向上が足りず、基体の耐塑性変形性、耐熱性が十分でないため、靭性は向上したものの、耐塑性変形性において劣位となり、塑性変形を起因とした耐欠損性に劣るなど、高負荷下でのステンレス鋼等の断続部を含む高能率旋削加工において、工具寿命が短命であるという課題を有していた。
【0009】
前記特許文献２にて提案されている従来のＷＣ基超硬工具によれば、ＷＣ粒子の粒度分布、円形度、接着度を制御することにより、被削材との凝着を防止し、耐欠損性に優れたミーリング加工用インサートを提供している。
しかしながら、前記従来の工具では、耐欠損性を向上させるため、ＴａＣとＮｂＣが結合相中に固溶する範囲でしか含有しておらず、γ相（Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相）がＷＣ－ＷＣ粒子間に接着してＷＣ－ＷＣ界面すべりを抑制させる効果、及び高温硬さが不十分となり、ミーリング加工のような、空転時に冷却されて、刃先温度が上がりきらない加工では効果を発揮するが、特に切削時に刃先が常に高温状態となる断続部を含むステンレス鋼の高能率旋削加工においては耐塑性変形性、耐欠損性、耐摩耗性が不十分であった。
しかしながら、前記従来の工具では、耐欠損性を向上させるため、ＴａＣとＮｂＣが結合相中に固溶する範囲でしか含有しておらず、γ相（Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相）がＷＣ－ＷＣ粒子間に接着してＷＣ－ＷＣ界面すべりを抑制させる効果、及び高温硬さが不十分となり、ミーリング加工のような、空転時に冷却されて、刃先温度が上がりきらない加工では効果を発揮するが、特に切削時に刃先が常に高温状態となる断続部を含むステンレス鋼の高能率旋削加工においては耐塑性変形性、耐欠損性、耐摩耗性が不十分であった。
【0010】
前記特許文献３にて提案されている従来のＷＣ基超硬工具によれば、Ｃｏ量を減少させることなく、一定量の結合相を確保することで、靭性の低下を抑制し、ＷＣの接着比率を高めることによって、耐熱塑性変形性及び靭性を兼ね備えた、ＷＣ基超硬工具を見出している。
しかしながら、前記従来の工具では、ＷＣの接着比率が高いことで、耐塑性変形性を向上させる効果はあるものの、断続加工のような刃先の耐欠損性が求められる加工においては、切削時に発生したクラックが、靭性の低いＷＣを経由し、クラックが進展しやすく、耐欠損性が不十分であった。
しかしながら、前記従来の工具では、ＷＣの接着比率が高いことで、耐塑性変形性を向上させる効果はあるものの、断続加工のような刃先の耐欠損性が求められる加工においては、切削時に発生したクラックが、靭性の低いＷＣを経由し、クラックが進展しやすく、耐欠損性が不十分であった。
【0011】
前記特許文献４にて提案されている従来のＷＣ基超硬工具によれば、合金中のＷＣ粒子の接着度に着目し、ＷＣ粒度分布を均粒にすることで、硬さと靭性を兼ね備えた、ＷＣ基超硬工具を見出している。
しかしながら、前記従来の工具では、耐欠損性を向上させるために、ＴａＣおよびＮｂＣを０．２％以下しか合金中に含んでいないため、γ相（Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相）がＷＣ－ＷＣ粒子間に接着してＷＣ－ＷＣ界面すべりを抑制させる効果が不十分となり、耐塑性変形性および高温硬さに劣り、高熱が発生する断続部を含むステンレス等の高能率旋削加工においては、耐塑性変形性が不十分であった。
しかしながら、前記従来の工具では、耐欠損性を向上させるために、ＴａＣおよびＮｂＣを０．２％以下しか合金中に含んでいないため、γ相（Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ及びＺｒのうち一種以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相）がＷＣ－ＷＣ粒子間に接着してＷＣ－ＷＣ界面すべりを抑制させる効果が不十分となり、耐塑性変形性および高温硬さに劣り、高熱が発生する断続部を含むステンレス等の高能率旋削加工においては、耐塑性変形性が不十分であった。
【課題を解決するための手段】
【0012】
そこで、本発明者らは、例えば、高負荷下でのステンレス等の断続部を含む高能率旋削切削加工等において、刃先が変形することなく、すぐれた耐欠損性および耐摩耗性を備えたＷＣ基超硬工具を提供すべく、ＷＣ基超硬合金中の複数種のＷＣ粒径の組み合わせ、ＷＣ分散性、γ相量、γ相の粒径に着目し、鋭意研究を進めたところ、次のような知見を得た。
【0013】
すなわち、本発明者らは、ＷＣ基超硬工具において、ＷＣ基超硬合金中のＷＣ粒子を相対的に平均粒径が大きな粗粒ＷＣからなる粗粒ＷＣ群と相対的に平均粒径が小さな微粒ＷＣからなる微粒ＷＣ群とから構成し、粗粒ＷＣ群の平均粒径、微粒ＷＣ群の平均粒径、および、微粒ＷＣ群の平均粒径に対する粗粒ＷＣ群の平均粒径の粒径比を調整することにより、全体的には、弱いスケルトン構造の組織を得て、耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えたＷＣ基超硬合金製工具が得られることを知見した。
具体的には、前記微粒ＷＣ粒子群の平均粒径に対する前記粗粒ＷＣ粒子群の平均粒径の比を大きくし、粗粒ＷＣ粒子同士により形成される基本骨格の間隙部において、微粒ＷＣ粒子を粗粒ＷＣ粒子や他の微粒ＷＣ粒子との接触が少なくするよう配置することにより、合金としての硬さは維持したまま、ＷＣ粒子同士の界面長を短くし、合金中のＣｏが良好に分散した組織とすることにより、例えば、亀裂が発生した際においても、靭性の低い粗粒、微粒ＷＣ粒子を経由する直線的な亀裂の進展を抑制し、靭性の高いＣｏを主とする結合相領域を経由する割合を高め、亀裂の伝播を遅らせることにより、超硬合金の靭性が高まり、耐摩耗性を損なうことなく耐欠損性が向上することを見出したものである。
また、ＷＣ粒子同士の界面長を短くするだけでは、耐塑性変形性が低下し、切削時の刃先変形へとつながるため、ＷＣ基超硬合金中に適切な組成のγ相成分元素、適切な粒径のγ相を含むことで、γ相形成元素であるＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか一つ以上が結合相中に含有されることにより、すぐれた耐酸化性、耐熱性、高温硬さを発揮し、かつγ相がＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面における粒界すべりを低減し、耐塑性変形性を損なうことを防ぐことを知見した。
したがって、ＷＣ基超硬合金中の粗粒ＷＣ粒子、微粒ＷＣ粒子、および、Ｃｏを含む結合相、γ相成分が前記組織を備えるＷＣ基超硬工具を、ステンレス等の高負荷下における断続を含む旋削加工等に用いた場合には、耐塑性変形性や耐摩耗性を損なわず、耐欠損性を向上させることができるため、長時間に亘って欠損を発生させることなく、正常摩耗が維持される結果、チッピング等の異常損傷の発生も抑制され、工具のさらなる長寿命化を実現することができる。
具体的には、前記微粒ＷＣ粒子群の平均粒径に対する前記粗粒ＷＣ粒子群の平均粒径の比を大きくし、粗粒ＷＣ粒子同士により形成される基本骨格の間隙部において、微粒ＷＣ粒子を粗粒ＷＣ粒子や他の微粒ＷＣ粒子との接触が少なくするよう配置することにより、合金としての硬さは維持したまま、ＷＣ粒子同士の界面長を短くし、合金中のＣｏが良好に分散した組織とすることにより、例えば、亀裂が発生した際においても、靭性の低い粗粒、微粒ＷＣ粒子を経由する直線的な亀裂の進展を抑制し、靭性の高いＣｏを主とする結合相領域を経由する割合を高め、亀裂の伝播を遅らせることにより、超硬合金の靭性が高まり、耐摩耗性を損なうことなく耐欠損性が向上することを見出したものである。
また、ＷＣ粒子同士の界面長を短くするだけでは、耐塑性変形性が低下し、切削時の刃先変形へとつながるため、ＷＣ基超硬合金中に適切な組成のγ相成分元素、適切な粒径のγ相を含むことで、γ相形成元素であるＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか一つ以上が結合相中に含有されることにより、すぐれた耐酸化性、耐熱性、高温硬さを発揮し、かつγ相がＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面における粒界すべりを低減し、耐塑性変形性を損なうことを防ぐことを知見した。
したがって、ＷＣ基超硬合金中の粗粒ＷＣ粒子、微粒ＷＣ粒子、および、Ｃｏを含む結合相、γ相成分が前記組織を備えるＷＣ基超硬工具を、ステンレス等の高負荷下における断続を含む旋削加工等に用いた場合には、耐塑性変形性や耐摩耗性を損なわず、耐欠損性を向上させることができるため、長時間に亘って欠損を発生させることなく、正常摩耗が維持される結果、チッピング等の異常損傷の発生も抑制され、工具のさらなる長寿命化を実現することができる。
【0014】
本発明は、前記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） ＷＣ基超硬合金を基体とするＷＣ基超硬合金製切削工具において、
（ａ）前記ＷＣ基超硬合金の成分組成は、Ｃｏ：６．０～１２．０質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．０～１．２質量％、および、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上を合計量にて０．６～４．０質量％含有し、残部はＷＣ及び不可避不純物とからなり、Ｃｒ３Ｃ２の質量含有率は、Ｃｏの質量含有率の１０％以下であり、
（ｂ）ＷＣ粒子は、平均粒径を比較したとき平均粒径の大きな粗粒ＷＣ群と平均粒径の小さな微粒ＷＣ群とから構成され、
（ｃ）前記ＷＣ粒子同士の界面長さＷＣ－ＷＣ界面長をＬ１、
前記ＷＣ粒子と
Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか一つ以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相であるγ相、および
ＷやＣ、Ｃｒ、γ相成分元素を固溶した結合相との
界面長であるＷＣ－（結合相＋γ相）界面長をＬ２
としたとき、
前記Ｌ１と前記Ｌ２の和に対する前記Ｌ１の比である比率Ｒが、（０．６６－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以上、（０．７０－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以下の値であることを特徴とするＷＣ基超硬合金製切削工具。
ここで、Ｖは、結合相の面積比率（ａｒｅａ％）、Ｄは、ＷＣ面積平均粒径（μｍ）を指し、１．０≦Ｄ≦４．０である。
（２）前記γ相の平均粒径は、０．２～４．０μｍであることを特徴とする（１）に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具。
（３）（１）または（２）に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具の少なくとも切れ刃には、硬質被覆層が形成されていることを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」を特徴とするものである。
なお、前記（１）および（２）におけるＣｒ３Ｃ２、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、および、ＺｒＣの含有量は、ＷＣ基超硬合金の断面について測定したＣｒ量、Ｔａ量、Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｚｒ量を、いずれも炭化物換算した数値である。
また、本明細書中において、数値範囲を示す際に用いる「～」は、その数値の下限および上限を含むことを意味する。
「（１） ＷＣ基超硬合金を基体とするＷＣ基超硬合金製切削工具において、
（ａ）前記ＷＣ基超硬合金の成分組成は、Ｃｏ：６．０～１２．０質量％、Ｃｒ３Ｃ２：０．０～１．２質量％、および、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上を合計量にて０．６～４．０質量％含有し、残部はＷＣ及び不可避不純物とからなり、Ｃｒ３Ｃ２の質量含有率は、Ｃｏの質量含有率の１０％以下であり、
（ｂ）ＷＣ粒子は、平均粒径を比較したとき平均粒径の大きな粗粒ＷＣ群と平均粒径の小さな微粒ＷＣ群とから構成され、
（ｃ）前記ＷＣ粒子同士の界面長さＷＣ－ＷＣ界面長をＬ１、
前記ＷＣ粒子と
Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒのいずれか一つ以上のγ相成分元素を主として形成されるそれらの炭化物相であるγ相、および
ＷやＣ、Ｃｒ、γ相成分元素を固溶した結合相との
界面長であるＷＣ－（結合相＋γ相）界面長をＬ２
としたとき、
前記Ｌ１と前記Ｌ２の和に対する前記Ｌ１の比である比率Ｒが、（０．６６－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以上、（０．７０－０．０５９×Ｄ）×（１０／Ｖ）―γ相理論体積率×０．０６以下の値であることを特徴とするＷＣ基超硬合金製切削工具。
ここで、Ｖは、結合相の面積比率（ａｒｅａ％）、Ｄは、ＷＣ面積平均粒径（μｍ）を指し、１．０≦Ｄ≦４．０である。
（２）前記γ相の平均粒径は、０．２～４．０μｍであることを特徴とする（１）に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具。
（３）（１）または（２）に記載のＷＣ基超硬合金製切削工具の少なくとも切れ刃には、硬質被覆層が形成されていることを特徴とする表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」を特徴とするものである。
なお、前記（１）および（２）におけるＣｒ３Ｃ２、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、および、ＺｒＣの含有量は、ＷＣ基超硬合金の断面について測定したＣｒ量、Ｔａ量、Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｚｒ量を、いずれも炭化物換算した数値である。
また、本明細書中において、数値範囲を示す際に用いる「～」は、その数値の下限および上限を含むことを意味する。
【発明の効果】
【0015】
本発明のＷＣ基超硬工具および表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、その基体を構成するＷＣ基超硬合金の成分として、Ｃｏと、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣおよびＺｒＣのいずれか一つ以上、および／またはＣｒ３Ｃ２を特定の組成範囲にて含有し、また、組み合わされた複数種のＷＣの粒径比、混合条件や焼結条件を制御することで、ＷＣ－ＷＣ粒子間の接触長さが短くなり、亀裂が発生した場合においても、亀裂が靭性の高い、結合相を進展する割合が高くなり、耐摩耗性を損なうことなく、耐欠損性を向上させることができる。
また、同時にγ相がＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面の粒界すべりの発生を抑制することによって、耐塑性変形性にも優れ、刃先変形起因の欠損も抑制されるため、特に、ステンレス鋼等の断続部を含む高能率旋削加工に好適であり、工具の長寿命化が達成されるものである。
また、同時にγ相がＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面の粒界すべりの発生を抑制することによって、耐塑性変形性にも優れ、刃先変形起因の欠損も抑制されるため、特に、ステンレス鋼等の断続部を含む高能率旋削加工に好適であり、工具の長寿命化が達成されるものである。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明超硬合金３と比較例超硬合金１３と同じ組成でそれぞれ素原料ＷＣ粒度、組み合わせた二種のＷＣ粒径比率、焼結条件を変更した合金を作製した時の測定された平均ＷＣ粒径（Ｄ）（横軸）とＷＣ／ＷＣ接着比率（縦軸）との関係の一例を示す。
【図2】ＷＣ基超硬合金中において、組み合わせたＷＣの粒径比、焼結条件、混合条件が適切なため、ＣｏがＷＣの周りを回り込み、かつＷＣ同士が点接触となっているため、接触率が抑制された本発明超硬合金。
【図3】組み合わせたＷＣの粒径比、焼結条件が不適切なため、ＷＣ同士がスケルトンを組んだ比較例超硬合金。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、本発明について詳細に説明する。
【0018】
（１）ＷＣ基超硬合金の成分組成
＜Ｃｏ含有量＞
Ｃｏは、ＷＣ基超硬合金の主たる結合相形成成分として含有させるが、Ｃｏ含有量が６．０質量％未満では十分な靱性を保持することはできず、一方、Ｃｏ含有量が１２．０質量％を超えると急激に軟化し、切削工具として必要とされる所望の硬さが得られず、変形および摩耗進行が顕著となることから、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量を６．０～１２．０質量％と定めた。Ｃｏ含有量は、６．０～１０．０質量％の範囲を取るのがさらに好ましい。Ｃｏには、ＷやＣ、その他の不可避不純物が含まれていても良い。さらに、Ｃｒ、およびγ相成分元素であるＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの少なくとも一種以上を含んでいてもよい。これら元素がＣｏ中に存在するときは、Ｃｏに固溶した状態であると推定される。
＜Ｃｏ含有量＞
Ｃｏは、ＷＣ基超硬合金の主たる結合相形成成分として含有させるが、Ｃｏ含有量が６．０質量％未満では十分な靱性を保持することはできず、一方、Ｃｏ含有量が１２．０質量％を超えると急激に軟化し、切削工具として必要とされる所望の硬さが得られず、変形および摩耗進行が顕著となることから、ＷＣ基超硬合金中のＣｏ含有量を６．０～１２．０質量％と定めた。Ｃｏ含有量は、６．０～１０．０質量％の範囲を取るのがさらに好ましい。Ｃｏには、ＷやＣ、その他の不可避不純物が含まれていても良い。さらに、Ｃｒ、およびγ相成分元素であるＴａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの少なくとも一種以上を含んでいてもよい。これら元素がＣｏ中に存在するときは、Ｃｏに固溶した状態であると推定される。
【0019】
＜Ｃｒ３Ｃ２含有量＞
Ｃｒ３Ｃ２は、主たる結合相を形成するＣｏ中にＣｒとして固溶し、Ｃｏを固溶強化することで、ＷＣ基超硬合金の強度を高めることができる。
一方、Ｃｒ３Ｃ２含有量が、Ｃｏ含有量の１０％を超えて添加されると、ＣｒとＷの複合炭化物を析出するなどにより、靭性の低下や、欠損発生の起点となるおそれがあるため、Ｃｒ３Ｃ２含有量は、０．０～１．２質量％であって、かつ、Ｃｏ含有量の１０％以下とする。
Ｃｒ３Ｃ２は、主たる結合相を形成するＣｏ中にＣｒとして固溶し、Ｃｏを固溶強化することで、ＷＣ基超硬合金の強度を高めることができる。
一方、Ｃｒ３Ｃ２含有量が、Ｃｏ含有量の１０％を超えて添加されると、ＣｒとＷの複合炭化物を析出するなどにより、靭性の低下や、欠損発生の起点となるおそれがあるため、Ｃｒ３Ｃ２含有量は、０．０～１．２質量％であって、かつ、Ｃｏ含有量の１０％以下とする。
【0020】
＜ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ含有量＞
本発明のＷＣ基超硬合金は、その成分として、さらに、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上を合計量で０．６～４．０質量％にて含有する。
ここで、Ｔａ、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、いずれもγ相成分元素といわれ、主たる結合相を形成するＣｏ相中に一部固溶することで、結合相の耐熱性、高温硬さを高める効果を有する。また、Ｃｏ相中に固溶せずに、合金中にこれらγ相成分元素を主とする炭化物相であるγ相（γ相成分とは別に、Ｗをさらに含んでもよい。）として存在することで、耐酸化性や耐クレーター摩耗性を向上させる効果を有し、かつＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面の粒界すべりを抑制するが、それらを炭化物換算した合計含有量が、０．６質量％未満では、効果が不十分であり、一方、４．０質量％を超えると凝集体ができやすく、欠損発生の起点となりやすくなる。
したがって、ＷＣ基超硬合金中の成分として添加するＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上の合計含有量は、０．６～４．０質量％とすることが望ましい。また、γ相の平均粒径は、ＷＣ相との接触頻度が適切となる０．２～４．０μｍであることが好ましい。
ここで、γ相の平均粒径は、超硬合金の任意の表面または断面を鏡面加工し、その加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、画像解析によって、少なくとも３００個の各γ相の面積を求め、その面積に等しい円の直径を算出して平均したものである。なお、鏡面加工は、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ装置）等を用いる。
なお、前記したＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣに加え、Ｃｒ３Ｃ２の含有量は、ＷＣ基超硬合金についてＥＰＭＡによって測定したＣｒ量、Ｔａ量、Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｚｒ量を、いずれも炭化物換算した数値である。
また、γ相の理論体積率は、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣの密度をそれぞれ１４．４、７．８２、４．９２、６．６６とし（［データブック 高融点化合物便覧］参照）、ＥＰＭＡによって測定されたＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣの各含有量（質量％）を、各密度で割った数値の足し合わせた値、として求める。
本発明のＷＣ基超硬合金は、その成分として、さらに、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上を合計量で０．６～４．０質量％にて含有する。
ここで、Ｔａ、Ｎｂ、ＴｉおよびＺｒは、いずれもγ相成分元素といわれ、主たる結合相を形成するＣｏ相中に一部固溶することで、結合相の耐熱性、高温硬さを高める効果を有する。また、Ｃｏ相中に固溶せずに、合金中にこれらγ相成分元素を主とする炭化物相であるγ相（γ相成分とは別に、Ｗをさらに含んでもよい。）として存在することで、耐酸化性や耐クレーター摩耗性を向上させる効果を有し、かつＷＣ－ＷＣ界面に接着することで、ＷＣ－ＷＣ界面の粒界すべりを抑制するが、それらを炭化物換算した合計含有量が、０．６質量％未満では、効果が不十分であり、一方、４．０質量％を超えると凝集体ができやすく、欠損発生の起点となりやすくなる。
したがって、ＷＣ基超硬合金中の成分として添加するＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ及びＺｒＣのうちから選ばれる少なくとも１種以上の合計含有量は、０．６～４．０質量％とすることが望ましい。また、γ相の平均粒径は、ＷＣ相との接触頻度が適切となる０．２～４．０μｍであることが好ましい。
ここで、γ相の平均粒径は、超硬合金の任意の表面または断面を鏡面加工し、その加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し、画像解析によって、少なくとも３００個の各γ相の面積を求め、その面積に等しい円の直径を算出して平均したものである。なお、鏡面加工は、例えば、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）、クロスセクションポリッシャー装置（ＣＰ装置）等を用いる。
なお、前記したＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣに加え、Ｃｒ３Ｃ２の含有量は、ＷＣ基超硬合金についてＥＰＭＡによって測定したＣｒ量、Ｔａ量、Ｎｂ量、Ｔｉ量、Ｚｒ量を、いずれも炭化物換算した数値である。
また、γ相の理論体積率は、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣの密度をそれぞれ１４．４、７．８２、４．９２、６．６６とし（［データブック 高融点化合物便覧］参照）、ＥＰＭＡによって測定されたＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣの各含有量（質量％）を、各密度で割った数値の足し合わせた値、として求める。
【0021】
（２）ＷＣ基超硬合金焼結体組織
ＷＣ基超硬合金の焼結体組織は、ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）、ＷＣ面積平均粒径（Ｄ）（μｍ）、および、結合相面積比率（Ｖ）（ａｒｅａ％）、γ相理論体積率により、規定することができる。
以下では、その技術的意義および測定法について記載する。
ＷＣ基超硬合金の焼結体組織は、ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）、ＷＣ面積平均粒径（Ｄ）（μｍ）、および、結合相面積比率（Ｖ）（ａｒｅａ％）、γ相理論体積率により、規定することができる。
以下では、その技術的意義および測定法について記載する。
【0022】
＜ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）＞
本発明においては、ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）を低い領域で制御し、ＷＣ同士の界面長を短くすることで、亀裂が発生した場合においても、亀裂が靭性の高い結合相中を進展する割合が高まり、耐塑性変形性や耐摩耗性を損なうことなく、耐欠損性を向上させることができるため、長時間に亘って欠損のない、正常摩耗を実現する切削工具を得ることができる。
前記ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）は、ＷＣ－ＷＣ界面長をＬ１、ＷＣ－（結合相＋γ相）界面長をＬ２としたとき、
Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））により求めることができる。
すなわち、ＷＣ－Ｃｏ焼結体のイオンミリング加工面に対して、後方散乱電子回折装置（以下、ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ）にてＥＢＳＤ測定、及び観察を行い、１視野２４μｍ×７２μｍの視野にてピクセルサイズを０．１μｍ×０．１μｍとし、かつＷＣ数が４０００個以上となるように複数視野観察し、前記ＷＣ－ＷＣ界面長Ｌ１、および、前記ＷＣ－（結合相（Ｃｏ、Ｃｒ、γ相成分含有）＋γ相）界面長Ｌ２を測定し、前記Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））式に導入することにより、導出することができる。
本発明においては、ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）を低い領域で制御し、ＷＣ同士の界面長を短くすることで、亀裂が発生した場合においても、亀裂が靭性の高い結合相中を進展する割合が高まり、耐塑性変形性や耐摩耗性を損なうことなく、耐欠損性を向上させることができるため、長時間に亘って欠損のない、正常摩耗を実現する切削工具を得ることができる。
前記ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）は、ＷＣ－ＷＣ界面長をＬ１、ＷＣ－（結合相＋γ相）界面長をＬ２としたとき、
Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））により求めることができる。
すなわち、ＷＣ－Ｃｏ焼結体のイオンミリング加工面に対して、後方散乱電子回折装置（以下、ＥＢＳＤ）を備えた走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭ）にてＥＢＳＤ測定、及び観察を行い、１視野２４μｍ×７２μｍの視野にてピクセルサイズを０．１μｍ×０．１μｍとし、かつＷＣ数が４０００個以上となるように複数視野観察し、前記ＷＣ－ＷＣ界面長Ｌ１、および、前記ＷＣ－（結合相（Ｃｏ、Ｃｒ、γ相成分含有）＋γ相）界面長Ｌ２を測定し、前記Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））式に導入することにより、導出することができる。
【0023】
＜ＷＣ面積平均粒径（Ｄ）＞
本発明においては、ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）を１．０μｍ以上、４．０μｍ以下と規定することにより、粗粒ＷＣへの応力集中によるクラックの進展や、クラック進展抵抗の低い微粒ＷＣによる欠損を生じにくいＷＣ基超硬合金焼結体組織を得ることができる。
ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）は、さらに、１．６μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。
ここで、ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）は、ＷＣ超硬合金の縦断面を、上記と同様にＥＢＳＤを備えたＳＥＭにてＥＢＳＤ測定、及び観察をし、画像解析によって、観察領域内における少なくとも４０００個の個々のＷＣ粒子の面積を測定し、該ＷＣ粒を同一面積の円形に近似した時の直径とともにその直径を有するＷＣ粒子が占める面積割合を算出し、各ＷＣの直径と面積割合を乗算した値の総和として求める。
本発明においては、ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）を１．０μｍ以上、４．０μｍ以下と規定することにより、粗粒ＷＣへの応力集中によるクラックの進展や、クラック進展抵抗の低い微粒ＷＣによる欠損を生じにくいＷＣ基超硬合金焼結体組織を得ることができる。
ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）は、さらに、１．６μｍ以上、３．０μｍ以下の範囲とすることが好ましい。
ここで、ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）は、ＷＣ超硬合金の縦断面を、上記と同様にＥＢＳＤを備えたＳＥＭにてＥＢＳＤ測定、及び観察をし、画像解析によって、観察領域内における少なくとも４０００個の個々のＷＣ粒子の面積を測定し、該ＷＣ粒を同一面積の円形に近似した時の直径とともにその直径を有するＷＣ粒子が占める面積割合を算出し、各ＷＣの直径と面積割合を乗算した値の総和として求める。
【0024】
＜結合相面積比率（Ｖ）＞
結合相は、主にＣｏにより構成され、その他、Ｃｒ、および、γ相形成元素である、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ元素を一部固溶して形成される。
結合相面積については、二次元平面の面積率が三次元方向においても平均的に同比率となっていることを前提として、例えば、ＷＣ基超硬合金の縦断面において、任意の視野数を選択し、各視野において、ＦＥ－ＳＥＭ（電解放出型走査型電子顕微鏡）を用い、２０００～３０００倍視野にて観察を行い、反射電子像を撮影し、画像処理にて２値化し、硬質相（ＷＣ粒子及びγ相の総称）と結合相とを分けることにより、撮影視野全体に対する結合相の面積比率を求めることができる。
結合相は、主にＣｏにより構成され、その他、Ｃｒ、および、γ相形成元素である、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ元素を一部固溶して形成される。
結合相面積については、二次元平面の面積率が三次元方向においても平均的に同比率となっていることを前提として、例えば、ＷＣ基超硬合金の縦断面において、任意の視野数を選択し、各視野において、ＦＥ－ＳＥＭ（電解放出型走査型電子顕微鏡）を用い、２０００～３０００倍視野にて観察を行い、反射電子像を撮影し、画像処理にて２値化し、硬質相（ＷＣ粒子及びγ相の総称）と結合相とを分けることにより、撮影視野全体に対する結合相の面積比率を求めることができる。
【0025】
＜ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）、結合相面積比率（Ｖ）、ＷＣ面積平均粒径（Ｄ）およびγ相理論体積率との関係＞
本発明に係るＷＣ基超硬合金は、所望の成分組成を有し、前記ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）が、結合相の面積比率（∨）（ａｒｅａ％）、及びＷＣ面積平均粒径（Ｄ）（μｍ）、γ相理論体積率との関係において、Ｒは、（０．７０－０．０５９×Ｄ）×（１０／∨）―γ相理論体積率×０．０６、以下の値、かつ（０．６６－０．０５９×Ｄ）×（１０／∨）―γ相理論体積率×０．０６、以上の値、を満足するものであり、耐摩耗性、および、耐欠損性にすぐれた特性を発揮するものである。
本発明に係るＷＣ基超硬合金は、所望の成分組成を有し、前記ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）が、結合相の面積比率（∨）（ａｒｅａ％）、及びＷＣ面積平均粒径（Ｄ）（μｍ）、γ相理論体積率との関係において、Ｒは、（０．７０－０．０５９×Ｄ）×（１０／∨）―γ相理論体積率×０．０６、以下の値、かつ（０．６６－０．０５９×Ｄ）×（１０／∨）―γ相理論体積率×０．０６、以上の値、を満足するものであり、耐摩耗性、および、耐欠損性にすぐれた特性を発揮するものである。
【0026】
（３）ＷＣ基超硬合金の製造方法
本発明において、前記Ｒの値を満足するＷＣ基超硬合金は、例えば、以下の方法により作製することができる。
まず、準備工程として、ＷＣ粒子間にＣｏを主とする結合相を介在させ、ＷＣ同士の接触長を短くするため、ＣｏでコーティングしたＷＣ粒子（以下、ＷＣ（Ｃｏ）と記載）を用意する。そして、異なる粒径を有する２種のＷＣ（Ｃｏ）粉末を、所定の粒径比となるように配合し、さらに、所望の組成とするため、Ｃｏ粉末と、必要に応じ、Ｃｒ３Ｃ２粉末を原料粉末として配合し、さらに、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末のうちの１種以上の粉末を含有する原料粉末を加え、例えば、メディア量を減らしたアトライターや、望ましくは超音波ホモジナイザー、サイクロンミキサーなどのメディアレス長時間混合により、大きな破砕力を加えずに、ＷＣ（Ｃｏ）同士が分散するような条件で配合・混合して、混合粉末を作製する。
ついで、前記混合粉末を成形して圧粉成形体を作製し、この圧粉成形体を、例えば、加熱温度：１３５０℃以上１５５０℃以下、望ましくは１４５０℃以上１５５０℃以下、かつ、加熱保持時間：１５～１２０分、望ましくは６０～１２０分にて、高温長時間での真空雰囲気の条件で焼結し、ＣｏによるＷＣの回り込みを促進し、かつＷＣが粒成長し、ＷＣ同士が点接触することで、接触長を抑制するようにＷＣ基超硬合金を作製する。
ついで、前記ＷＣ基超硬合金を、機械加工、研削加工することにより、所望サイズ・所望形状のＷＣ基超硬工具を作製することができる。
本発明において、前記Ｒの値を満足するＷＣ基超硬合金は、例えば、以下の方法により作製することができる。
まず、準備工程として、ＷＣ粒子間にＣｏを主とする結合相を介在させ、ＷＣ同士の接触長を短くするため、ＣｏでコーティングしたＷＣ粒子（以下、ＷＣ（Ｃｏ）と記載）を用意する。そして、異なる粒径を有する２種のＷＣ（Ｃｏ）粉末を、所定の粒径比となるように配合し、さらに、所望の組成とするため、Ｃｏ粉末と、必要に応じ、Ｃｒ３Ｃ２粉末を原料粉末として配合し、さらに、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末のうちの１種以上の粉末を含有する原料粉末を加え、例えば、メディア量を減らしたアトライターや、望ましくは超音波ホモジナイザー、サイクロンミキサーなどのメディアレス長時間混合により、大きな破砕力を加えずに、ＷＣ（Ｃｏ）同士が分散するような条件で配合・混合して、混合粉末を作製する。
ついで、前記混合粉末を成形して圧粉成形体を作製し、この圧粉成形体を、例えば、加熱温度：１３５０℃以上１５５０℃以下、望ましくは１４５０℃以上１５５０℃以下、かつ、加熱保持時間：１５～１２０分、望ましくは６０～１２０分にて、高温長時間での真空雰囲気の条件で焼結し、ＣｏによるＷＣの回り込みを促進し、かつＷＣが粒成長し、ＷＣ同士が点接触することで、接触長を抑制するようにＷＣ基超硬合金を作製する。
ついで、前記ＷＣ基超硬合金を、機械加工、研削加工することにより、所望サイズ・所望形状のＷＣ基超硬工具を作製することができる。
【0027】
前記工程にて作製されたＷＣ基超硬工具は、ＣｏがＷＣの周囲を回り込み、かつＷＣ同士の接触が点接触となることによって、ＷＣ－ＷＣ粒子間の接触長さが短くなるため、亀裂が靭性の高い結合相中を経由する割合が高くなることで、耐摩耗性を損なうことなく、耐欠損性が向上し、長時間に亘って欠損することなく正常摩耗を維持することができる。
さらに、前記ＷＣ基超硬合金製切削工具の少なくとも切れ刃に、Ｔｉ－Ａｌ系、Ａｌ－Ｃｒ系の炭化物、窒化物、炭窒化物あるいはＡｌ２Ｏ３等の硬質皮膜を、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の成膜法により被覆形成することにより、表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を作製することができる。
なお、表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具の作製にあたり、硬質皮膜の種類、成膜法は、当業者にすでによく知られている膜種、成膜手法を採用すればよく、特に、制限するものではない。
さらに、前記ＷＣ基超硬合金製切削工具の少なくとも切れ刃に、Ｔｉ－Ａｌ系、Ａｌ－Ｃｒ系の炭化物、窒化物、炭窒化物あるいはＡｌ２Ｏ３等の硬質皮膜を、ＰＶＤ、ＣＶＤ等の成膜法により被覆形成することにより、表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具を作製することができる。
なお、表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具の作製にあたり、硬質皮膜の種類、成膜法は、当業者にすでによく知られている膜種、成膜手法を採用すればよく、特に、制限するものではない。
【0028】
本発明のＷＣ基超硬工具および表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具について、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【0029】
（ａ）まず、焼結用の粉末として、粒径分布の異なる二種のＷＣ（Ｃｏ）粉末（粒径分布の最頻値がｒ１（μｍ）である粗粒ＷＣ（Ｃｏ）粉末と粒径分布の最頻値がｒ２（μｍ）である微粒ＷＣ（Ｃｏ）粉末）と、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末およびＺｒＣ粉末を用意する。
また、これら前記粒径分布の異なる二種のＷＣ（Ｃｏ）粉末の配合については、粒径分布の最頻値の比、すなわち、ｒ２／ｒ１値は０．０１～０．１３を満たすことが好ましい。
表１には、各種粉末の配合組成（質量％）を示すとともに、２種類のＷＣ（Ｃｏ）粉末の平均粒径値および平均粒径比を示す。
なお、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、いずれも、１．０～３．０μｍの範囲内である。
また、これら前記粒径分布の異なる二種のＷＣ（Ｃｏ）粉末の配合については、粒径分布の最頻値の比、すなわち、ｒ２／ｒ１値は０．０１～０．１３を満たすことが好ましい。
表１には、各種粉末の配合組成（質量％）を示すとともに、２種類のＷＣ（Ｃｏ）粉末の平均粒径値および平均粒径比を示す。
なお、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＺｒＣ粉末の平均粒径（Ｄ５０）は、いずれも、１．０～３．０μｍの範囲内である。
【0030】
（ｂ）表１に示す配合組成に配合した焼結用粉末を、メディアレスのアトライター混合で回転数５０ｒｐｍ、５０時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力でプレス成形して圧粉成形体を作製した。
【0031】
（ｃ）ついで、これらの圧粉成形体を、表３に示す加熱温度：１４５０℃以上１５５０℃以下にて、かつ、加熱保持時間：６０～１２０分、真空雰囲気の条件で高温長時間焼結を行い、ＷＣ基超硬合金を作製した。
【0032】
（ｄ）ついで、前記ＷＣ基超硬合金を、機械加工、研削加工し、ＣＮＭＧ１２０４０８－ＭＭのインサート形状の表５に示すＷＣ基超硬工具１～１０（以下、本発明工具１～１０という）を作製した。
【0033】
また、比較のために、表６に示すＷＣ基超硬工具１１～１８(以下、比較例工具１１～１８という)を製造した。
その製造工程では、本発明例に対し、表２、表４において、Ｃｏによるコーティングを行っていないＷＣの使用、配合組成（質量％）、混合条件、あるいは、焼結条件を変更することにより、比較例工具１１～１８を作製した。
その製造工程では、本発明例に対し、表２、表４において、Ｃｏによるコーティングを行っていないＷＣの使用、配合組成（質量％）、混合条件、あるいは、焼結条件を変更することにより、比較例工具１１～１８を作製した。
【0034】
ついで、本発明工具１～１０および比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金の断面について、ＥＰＭＡにより、その成分であるＣｏ、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒの含有量を１０点測定し、その平均値を各成分の含有量として、表５、表６に示す。
なお、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒについては、それぞれの炭化物に換算して含有量を算出した。
なお、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒについては、それぞれの炭化物に換算して含有量を算出した。
【0035】
つぎに、本発明工具１～１０及び比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金の断面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭにて観察し、ＷＣ－ＷＣ界面長Ｌ１、および、ＷＣ－（結合相＋γ相）（結合相中にはＣｏ、Ｃｒ、一部固溶したγ相成分元素を含有）界面長Ｌ２を測定し、Ｒ＝（Ｌ１）／（（Ｌ１）＋（Ｌ２））により、ＷＣ－ＷＣ界面長比率（Ｒ値）を算出し、表５、表６に示す。
【0036】
また、同様に、本発明工具１～１０及び比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金の縦断面を、ＥＢＳＤを備えたＳＥＭにより観察し、観察領域内における個々のＷＣ粒子の面積を測定し、ＷＣ面積平均粒径Ｄ（μｍ）を求め、表５、６に示す。
【0037】
さらに、結合相面積比率∨（ａｒｅａ％）については、本発明工具１～１０及び比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金の縦断面において、任意の視野数を選択し、各視野において、ＦＥ－ＳＥＭ（電解放出型走査型電子顕微鏡）を用い、観察像を撮影し、画像処理にて２値化し、硬質相と結合相とを分け、結合相の面積比率を算出し、表５、６に示す。
【0038】
そして、γ相粒径については、本発明工具１～１０及び比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金の縦断面において、前述した方法により、各γ相の面積を測定し、γ相の平均粒径を算出し、その結果を表５、６に示す。
【0039】
さらに、γ相理論体積率については、本発明工具１～１０及び比較例工具１１～１８のＷＣ基超硬合金に対して、ＥＰＭＡによって測定されたＴａＣ、ＮｂＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣの各含有量（質量％）を、各密度で割った数値の足し合わせた値として求め、その結果を表５、６に示す。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
【表3】
【0043】
【表4】
【0044】
【表5】
【0045】
【表6】
【0046】
＜ステンレス鋼の六角柱形状被削材の湿式外径旋削加工（正六角形断面の一辺が２０ｍｍ）＞
次いで、前記本発明工具１～１０、比較例工具１１～１８について、以下の旋削切削試験を実施した。
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
湿式水溶性切削油使用
上記断続部を含む六角材旋削切削試験では、切れ刃の最大逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切れ刃の損耗状態を観察した。
表７に、この測定結果を示す。
次いで、前記本発明工具１～１０、比較例工具１１～１８について、以下の旋削切削試験を実施した。
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
湿式水溶性切削油使用
上記断続部を含む六角材旋削切削試験では、切れ刃の最大逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切れ刃の損耗状態を観察した。
表７に、この測定結果を示す。
【0047】
【表7】
【0048】
また、前記本発明工具１～４、比較例工具１１～１４の切刃表面に、表８に示す平均層厚の硬質被覆層をＰＶＤ法あるいはＣＶＤ法で被覆形成し、本発明表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、「本発明被覆工具」という）１～４、比較例表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、「比較例被覆工具」という）１１～１４を作製した。
上記の各被覆工具について、以下に示す、ステンレス鋼の断続部を含む六角柱形状被削材の湿式外径旋削切削試験（正六角形断面の一辺が２０ｍｍ）を実施し、切れ刃の最大逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切削加工試験後の切れ刃の損耗状態を観察した。
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
湿式水溶性切削油使用
表９に、切削試験の結果を示す。
上記の各被覆工具について、以下に示す、ステンレス鋼の断続部を含む六角柱形状被削材の湿式外径旋削切削試験（正六角形断面の一辺が２０ｍｍ）を実施し、切れ刃の最大逃げ面摩耗幅を測定するとともに、切削加工試験後の切れ刃の損耗状態を観察した。
被削材：ＳＵＳ３０４
切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切削時間：１０分
湿式水溶性切削油使用
表９に、切削試験の結果を示す。
【0049】
【表8】
【0050】
【表9】
【0051】
表７および表９に示される試験結果によれば、本発明工具および本発明被覆工具は、ステンレス鋼の断続部を含む高能率旋削切削加工においても、欠損を発生することなく、すぐれた耐摩耗性を発揮することが分かる。
これに対して、比較例工具および比較例被覆工具は、工具が力学的衝撃に起因する欠損により短時間で寿命に至った。
これに対して、比較例工具および比較例被覆工具は、工具が力学的衝撃に起因する欠損により短時間で寿命に至った。
【産業上の利用可能性】
【0052】
以上のとおり、本発明のＷＣ基超硬工具および被覆工具は、ステンレス鋼の断続部を含む高能率旋削切削加工に供した場合、刃先変形することなく、すぐれた耐摩耗性とともに、すぐれた耐欠損性を有するが、他の被削材、切削条件に適用した場合にも、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮し、工具の長寿命化が図られることが期待される。
【図1】
【図2】
【図3】