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(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】2024-05-14
(45)【発行日】2024-05-22
(54)【発明の名称】超硬合金工具
(51)【国際特許分類】
C22C 29/08 20060101AFI20240515BHJP
B23B 27/14 20060101ALI20240515BHJP
E21B 10/52 20060101ALI20240515BHJP
C22C 1/051 20230101ALI20240515BHJP
【ＦＩ】
C22C29/08
B23B27/14 B
E21B10/52
C22C1/051 H
【請求項の数】
6
(21)【出願番号】P 2020190694
(22)【出願日】2020-11-17
(65)【公開番号】P2022079855
(43)【公開日】2022-05-27
【審査請求日】2023-04-20
(73)【特許権者】
【識別番号】511213410
【氏名又は名称】ＭＭＣリョウテック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100208568
【弁理士】
【氏名又は名称】木村 孔一
(72)【発明者】
【氏名】阿部 高志
(72)【発明者】
【氏名】長崎 紗也子
(72)【発明者】
【氏名】太田 博士
【審査官】池ノ谷 秀行
(56)【参考文献】
【文献】特開平０２－２７０９５７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－１０８１６２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０００－０２４８１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００３－０１３１６９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１７０３１５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ２２Ｃ ２９／０８
Ｃ２２Ｃ １／０４－１／０５９
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
Ｃｏを２．０～３０．０質量％を含み、残部がＷＣおよび不可避的不純物からなる組成を有し、結合相を形成しているＣｏ結晶粒のうちの面心立方構造を有する結晶粒の面積割合につき、その表面から深さ５０μｍまでの表面領域の値（Ａ）が５０．０～１００．０面積％、その表面から５０μｍを超える内部領域の値（Ｂ）が３０．０～９０．０面積％であり、かつ、Ａ／Ｂが０．７０～３．３３であることを特徴とする超硬工具。
【請求項2】
Ｃｒ３Ｃ２を０．２～３．５質量％および／またはＶＣを０．２～３．７質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の超硬工具。
【請求項3】
Ｎｉを０．４～２１．０質量％含有することを特徴とする請求項１または２に記載の超硬工具。
【請求項4】
前記内部領域のビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の超硬工具。
【請求項5】
破壊靭性値が１２．００Ｍｐａｍ１／２以上であることを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の超硬工具。
【請求項6】
前記超硬工具は、鉱山土木用ボタンビットのチップであることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の超硬工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、炭化タングステン（以下、ＷＣということがある）基超硬合金工具（以下、超硬工具ということがある）であって、特に、鉱山土木用削孔工具（削岩ビットのチップ、鉱山土木用ボタンビットのゲージチップ等）、切削工具（ドリル、インサート、フライス、回転式切断工具等）、塑性加工具（プレス金型、鍛造用のダイ、鉄鋼用圧延ロール等）に適用可能なものに関する。
【背景技術】
【0002】
超硬合金工具は、ＷＣ硬質相とＣｏ結合相とを有する超硬合金が用いられている。この超硬合金の特性は、ＷＣ粒子の粒径とＣｏ含有量によって左右され、また、耐摩耗性と耐欠損性との間には二律相反の関係があることが知られている。そして、従来から、この二律相反の関係の関係を解消すべく、種々の提案がなされている。
【0003】
例えば、特許文献１には、硬質相に９．５質量％以上含まれるＷＣ粒子につき、４．５～７．５μｍの粒子が５０～７５％、１．５～４．５μｍの粒子が１５～４０％（ただしＷＣ全体を１００％としたときの面積比）の範囲にあり、（４．５～７．５μｍのＷＣ合計面積）／（１．５～４．５μｍのＷＣ合計面積）＝２／１～５／１の関係を満たし、かつ１μｍ以下のＷＣ粒子の面積比が３％以下である超硬工具が記載されており、該超硬工具は耐欠損性を低下させることなく耐摩耗性が向上しているとされている。
【0004】
また、例えば、特許文献２には、Ｍ１２Ｃ型複炭化物を表層部の主成分とし、表層部ＷＣ平均粒度が、内質部のそれよりも０．３～０．７倍に小さくなる組織傾斜を有するとともに、表層部の結合金属が内部側に移動した濃度傾斜を有している超硬工具が記載されており、該超硬工具は、耐摩耗性、耐欠損性に優れているとされている。
【0005】
さらに、例えば、特許文献３には、ＷＣおよびＣｏを含んで作製された柱状のチップ本体を有し、前記チップ本体の軸方向に沿う先端部は、先端側へ向かうに従い縮径するように形成され、前記チップ本体の先端部には、Ｃｏを主成分とし、長さが５～２５μｍとされたバインダープールが複数設けられ、前記先端部の単位面積あたりに含まれる前記バインダープールの数が、該先端部における外面近傍よりもそのチップ内側で少なくされている超硬工具が記載され、該超硬工具は、耐摩耗性、耐欠損性に優れているとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開平８－３０２４４１号公報
【文献】特開２００６－１８８７４９号公報
【文献】特開２０１４－２１４４２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
近年、超硬工具に対して、より一層の耐摩耗性、耐欠損性が求められている。例えば、削孔工具に対しては、高出力・高周波削岩機による削孔事例が増加し、削孔工具への負荷は増加する傾向にあって、より一層の耐摩耗性、耐欠損性を含む耐久性が求められている。また、例えば、切削工具では、一段と高速化、高効率化の切削加工に対し、より一層、耐チッピング性、耐欠損性、耐剥離性等の耐異常損傷性が求められるとともに、耐久性が求められ、また、塑性加工具についても同様である。
【0008】
本発明は、前記事情や、前記提案を鑑みてなされたもので、優れた耐摩耗性や耐欠損性を有し、耐久性の優れた超硬工具を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の実施形態に係る超硬工具は、
Ｃｏを２．０～３０．０質量％を含み、残部がＷＣおよび不可避的不純物からなる組成を有し、結合相を形成しているＣｏ結晶粒のうちの面心立方構造を有する結晶粒の面積割合につき、その表面から深さ５０μｍまでの表面領域の値（Ａ）が５０．０～１００．０面積％、その表面から５０μｍを超える内部領域の値（Ｂ）が３０．０～９０．０面積％であり、かつ、Ａ／Ｂが０．７０～３．３３である。
Ｃｏを２．０～３０．０質量％を含み、残部がＷＣおよび不可避的不純物からなる組成を有し、結合相を形成しているＣｏ結晶粒のうちの面心立方構造を有する結晶粒の面積割合につき、その表面から深さ５０μｍまでの表面領域の値（Ａ）が５０．０～１００．０面積％、その表面から５０μｍを超える内部領域の値（Ｂ）が３０．０～９０．０面積％であり、かつ、Ａ／Ｂが０．７０～３．３３である。
【0010】
さらに、前記実施形態に係る超硬工具は、以下の各事項の一つ以上を満足してもよい。
（１）Ｃｒ３Ｃ２を０．２～３．５質量％および／またはＶＣを０．２～３．７質量％含有すること。
（２）Ｎｉを０．４～２１．０質量％含有すること。
（３）前記内部領域において、ビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であること。
（４）破壊靭性値が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であること。
（５）鉱山土木用ボタンビットのチップであること。
（１）Ｃｒ３Ｃ２を０．２～３．５質量％および／またはＶＣを０．２～３．７質量％含有すること。
（２）Ｎｉを０．４～２１．０質量％含有すること。
（３）前記内部領域において、ビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であること。
（４）破壊靭性値が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であること。
（５）鉱山土木用ボタンビットのチップであること。
【発明の効果】
【0011】
前記によれば、耐摩耗性、耐欠損性、靭性に優れた超硬工具を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【図1】実施例Ａのゲージチップ（バリスティックタイプ）の側面の模式図である。
【図2】実施例Ａのボタンビットの側面の模式図である。
【図4】ラトラ試験機の断面の模式図である。
【図6】回転式切断工具（ロータリーダイカッター）の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
本発明者は、ＷＣとＣｏを有する超硬工具に関し、特に、Ｃｏの結晶構造の分布について、鋭意検討した。その結果、面心立方構造のＣｏ結晶粒の占める面積割合につき、超硬工具の表面、すなわち、被処理物である岩盤や被切削物に接する面を含む超硬工具の表面近傍領域における値（Ａ）と、超硬工具内部における値（Ｂ）が、それぞれ、所定の値であり、かつ、Ａ／Ｂが所定範囲にあるとき、超硬工具の耐摩耗性、耐欠損性、靭性が優れるという知見を得たのである。
【0014】
以下では、本発明の一実施形態に係る超硬工具について説明する。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｍ～Ｎ」（Ｍ、Ｎは共に数値）で表現するときは、その範囲は上限値（Ｎ）および下限値（Ｍ）を含んでおり、上限値（Ｎ）と下限値（Ｍ）の単位は同じである。
なお、本明細書および特許請求の範囲において、数値範囲を「Ｍ～Ｎ」（Ｍ、Ｎは共に数値）で表現するときは、その範囲は上限値（Ｎ）および下限値（Ｍ）を含んでおり、上限値（Ｎ）と下限値（Ｍ）の単位は同じである。
【0015】
＜組成＞
まず、本実施形態に係る超硬工具の組成について説明する。
まず、本実施形態に係る超硬工具の組成について説明する。
【0016】
＜＜Ｃｏ＞＞
本実施形態に係る超硬工具の組成は、Ｃｏを２．０～３０．０質量％含み、残部がＷＣと不可避的不純物である。Ｃｏの含有量をこの範囲とした理由は、２．０質量％未満であると、焼結時に緻密化が進行しづらくなって内部欠陥が残りやすくなり、その結果、組織としての均一性が損われ超硬工具の機械的強度が低下し、一方、３０．０質量％を超えると、超硬工具の耐摩耗性が低下するためである。超硬工具が削孔工具（削孔チップ）のとき、Ｃｏの含有割合は、３．０～１０．０質量％であることがより好ましい。
本実施形態に係る超硬工具の組成は、Ｃｏを２．０～３０．０質量％含み、残部がＷＣと不可避的不純物である。Ｃｏの含有量をこの範囲とした理由は、２．０質量％未満であると、焼結時に緻密化が進行しづらくなって内部欠陥が残りやすくなり、その結果、組織としての均一性が損われ超硬工具の機械的強度が低下し、一方、３０．０質量％を超えると、超硬工具の耐摩耗性が低下するためである。超硬工具が削孔工具（削孔チップ）のとき、Ｃｏの含有割合は、３．０～１０．０質量％であることがより好ましい。
【0017】
＜＜その他の元素＞＞
本実施形態に係る超硬工具は、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｚｒの１種類または２種以上を含有してもよい。これらの元素は、炭化物、複合炭化物、窒化物、炭窒化物として添加されてもよい。以下、これら元素について説明する。
本実施形態に係る超硬工具は、Ｃｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｈｆ、Ｚｒの１種類または２種以上を含有してもよい。これらの元素は、炭化物、複合炭化物、窒化物、炭窒化物として添加されてもよい。以下、これら元素について説明する。
【0018】
ＣｒとＶは、焼結時にＷＣの粒子成長を抑制する働きがあり、この抑制を行うためにＣｒ３Ｃ２として０．２～３．５質量％および／またはＶＣとして０．２～３．７質量％を添加してもよい。
【0019】
Ｎｉは、超硬工具の用途によって結合相を形成するＣｏの代替として、Ｃｏ含有割合の２０～７０％、すなわち、０．４～２１．０質量％含有させてもよい。
【0020】
Ｎｂ、Ｔａ、Ｔｉは、超硬工具の高温硬さ、クリープ強度を向上させる働きがあり、この向上を確実に行うために炭化物等として０．２～３．０質量％添加してもよい。
【0021】
ＺｒとＨｆは、高温靭性、高温抗折力などの高温機械特性を向上させる働きがあり、この向上を確実に行うために炭化物等として０．２～３．０質量％添加してもよい。
【0022】
＜＜不可避的不純物＞＞
本実施形態に係る超硬工具は、製造工程において不可避的に混入する元素を１．０質量％以下含有することが許容される。
本実施形態に係る超硬工具は、製造工程において不可避的に混入する元素を１．０質量％以下含有することが許容される。
【0023】
＜Ｃｏ結晶粒の結晶構造の分布＞
本実施形態に係る超硬工具は、面心立方構造（ｆｃｃ結晶構造）を有するＣｏ結晶粒の面積割合が、その表面、すなわち、表面に存在する黒皮、塗装等の表面層に接する超硬工具本体の最も深い谷底（最も超硬工具本体の内部にある部分）を起点として、この起点からの深さが５０μｍのまでの表面領域の値（Ａ）が５０．０～１００．０面積％、その表面から深さが５０μｍを超える内部領域の値（Ｂ）が３０．０～９０．０面積％であり、かつ、Ａ／Ｂが０．７０～３．３３であることが好ましい。
本実施形態に係る超硬工具は、面心立方構造（ｆｃｃ結晶構造）を有するＣｏ結晶粒の面積割合が、その表面、すなわち、表面に存在する黒皮、塗装等の表面層に接する超硬工具本体の最も深い谷底（最も超硬工具本体の内部にある部分）を起点として、この起点からの深さが５０μｍのまでの表面領域の値（Ａ）が５０．０～１００．０面積％、その表面から深さが５０μｍを超える内部領域の値（Ｂ）が３０．０～９０．０面積％であり、かつ、Ａ／Ｂが０．７０～３．３３であることが好ましい。
【0024】
面心立方構造を有するＣｏ結晶粒の面積％と面積％の比が、この範囲を満足すると、耐亀裂伝搬性が向上し、優れた耐摩耗性を維持し、耐欠損性も向上する。
なお、超硬工具が削孔工具（削孔チップ）のとき、前記表面領域の値（Ａ）は６０．０～９７．０面積％、前記内部領域の値（Ｂ）は４０．０～９０．０面積％、前記Ａ／Ｂは０．７０～２．２０が好ましい。
なお、超硬工具が削孔工具（削孔チップ）のとき、前記表面領域の値（Ａ）は６０．０～９７．０面積％、前記内部領域の値（Ｂ）は４０．０～９０．０面積％、前記Ａ／Ｂは０．７０～２．２０が好ましい。
【0025】
この耐亀裂伝搬性が向上し、優れた耐欠損性を示し、耐摩耗性も向上するという性質により、本実施形態に係る超硬工具は、削孔工具として用いたとき、例えば、一軸圧縮強度が１５０ＭＰａ以上の硬岩（例：花崗岩）の削岩、高圧力作動ハンマーで使用される削孔工具として好適といえる。
【0026】
この耐亀裂伝搬性が向上し優れた耐欠損性を示す理由は、定かではないところがあるが、超硬工具の使用中に発生した工具表面のクラックの表面から内部に向かう進展が、面心立方構造を有するＣｏ結晶粒が最密六方晶構造（ｈｃｐ結晶構造）へ変化することによって抑制されて、際だった優れた耐欠損性を与え、さらに、最密六方晶構造のＣｏ結晶粒は高強度であるため耐摩耗性も向上するためと推定している。また、最密六方晶構造のすべり系が３個（１面×３方向）であるのに対し、面心立方構造はすべり系が１２個（４面×３方向）あるため延性に富み、歪み代があり、耐衝撃性が高いため際だった優れた耐欠損性を与えると考えている。
【0027】
ここで、面心立方構造（ｆｃｃ結晶構造）を有するＣｏ結晶粒の面積割合は、超硬工具の表面に垂直な断面において複数の観察視野（例えば、３視野）を設定し、各観察視野の黒皮、塗装等の表面層に接する超硬工具本体の最も深い谷底（最も超硬工具本体の内部にある部分）を起点として深さを測定し、前記表面領域と前記内部領域における面積率を求めて、その平均値をとることによって得る。
具体的には以下の「Ｃｏ結晶粒の結晶粒界の画定と結晶構造の決定」の手順に従う。
具体的には以下の「Ｃｏ結晶粒の結晶粒界の画定と結晶構造の決定」の手順に従う。
【0028】
＜Ｃｏ結晶粒の結晶粒界の画定と結晶構造の決定＞
＜＜Ｃｏ結晶粒の結晶粒界の画定＞＞
電子後方散乱回折を用いた結晶方位測定によりＣｏ結晶の結晶粒界を特定する。まず、工具表面に垂直な面（縦断面）を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、イオンミリング装置を用いて断面イオン加工を行って、測定面を作製する。次に、結晶方位測定を、ＥＢＳＤ測定装置と、解析ソフトを用いて行う。ＥＢＳＤ測定装置の電子線の加速電圧は１５ｋＶ、測定視野は２０μｍ×３０μｍ、結晶方位測定の測定点間隔（Ｓｔｅｐ Ｓｉｚｅ）は０．０５μｍとする。ＥＢＳＤ測定装置で得られたデータを、解析ソフトを用いて処理する。
＜＜Ｃｏ結晶粒の結晶粒界の画定＞＞
電子後方散乱回折を用いた結晶方位測定によりＣｏ結晶の結晶粒界を特定する。まず、工具表面に垂直な面（縦断面）を耐水研磨紙、ダイヤモンド砥粒を用いて機械研磨を行った後、イオンミリング装置を用いて断面イオン加工を行って、測定面を作製する。次に、結晶方位測定を、ＥＢＳＤ測定装置と、解析ソフトを用いて行う。ＥＢＳＤ測定装置の電子線の加速電圧は１５ｋＶ、測定視野は２０μｍ×３０μｍ、結晶方位測定の測定点間隔（Ｓｔｅｐ Ｓｉｚｅ）は０．０５μｍとする。ＥＢＳＤ測定装置で得られたデータを、解析ソフトを用いて処理する。
【0029】
＜＜Ｃｏ結晶粒の結晶の決定＞＞
ここで、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として正六角形状のものが例示できる。
ここで、測定した結晶方位は測定面上を離散的に調べたものであり、隣接測定点間の中間までの領域をその測定結果で代表させることにより測定面全体の方位分布として求めるものである。なお、測定点で代表させた領域（以下、ピクセルということがある）として正六角形状のものが例示できる。
【0030】
このピクセルのうち隣接するもの同士の間で５度以上の結晶方位の角度差がある場合、または隣接するピクセルの片方のみが面心立方構造または最密六方晶構造を示す場合は、これらピクセルの接する領域の辺を粒界とする。そして、この粒界とされた辺により囲まれた領域を１つの結晶粒と定義する。ただし、隣接するピクセル全てと５度以上の方位差がある、あるいは、隣接する面心立方構造を有する測定点がないような、単独に存在するピクセルは結晶粒とせず、２ピクセル以上が連結しているものを結晶粒として取り扱う。このようにして、粒界の判定を行い、結晶粒を特定し、結晶粒構造毎にその結晶粒の占める面積％を算出する。
【0031】
＜ビッカース硬度＞
本実施形態に係る超硬工具は、その内部領域において、ＩＳＯ６５０７、またはＡＳＴＭ Ｅ３８５規定された方法により荷重４９０Ｎ（５０ｋｇｆ）で測定するビッカース硬度が１４００Ｈｖ以上であることが好ましい。ビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であると、前記超硬工具は、より一層、耐摩耗性、耐欠損性、靭性に優れる。
なお、ビッカース硬度の上限値は特段の制約がないが、後述する実施例の製造法では１５５０Ｈｖ程度が上限になる。
本実施形態に係る超硬工具は、その内部領域において、ＩＳＯ６５０７、またはＡＳＴＭ Ｅ３８５規定された方法により荷重４９０Ｎ（５０ｋｇｆ）で測定するビッカース硬度が１４００Ｈｖ以上であることが好ましい。ビッカース硬度が１５００Ｈｖ以上であると、前記超硬工具は、より一層、耐摩耗性、耐欠損性、靭性に優れる。
なお、ビッカース硬度の上限値は特段の制約がないが、後述する実施例の製造法では１５５０Ｈｖ程度が上限になる。
【0032】
＜破壊靭性値＞
本実施形態に係る超硬工具は、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であることが好ましい。破壊靭性値が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であると、前記超硬工具は、耐摩耗性、耐欠損性、靭性がより一層優れる。
ここで、破壊靭性値の測定は、公知のものが使用でき、例えば、ＪＩＳ Ｒ１６０７で規定された方法により測定する圧痕とクラック長から靭性値を算出するＩＦ法、十分なクラック長が得られない領域ではＳＥＰＢ法やＳＥＶＮＢ法を用いて測定を行う。
なお、破壊靭性の上限値は特段の制約がないが、後述する実施例の製造法では２５．００ＭＰａ・ｍ１／２程度が上限になる。
本実施形態に係る超硬工具は、破壊靭性値（Ｋ１ｃ）が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であることが好ましい。破壊靭性値が１２．００ＭＰａ・ｍ１／２以上であると、前記超硬工具は、耐摩耗性、耐欠損性、靭性がより一層優れる。
ここで、破壊靭性値の測定は、公知のものが使用でき、例えば、ＪＩＳ Ｒ１６０７で規定された方法により測定する圧痕とクラック長から靭性値を算出するＩＦ法、十分なクラック長が得られない領域ではＳＥＰＢ法やＳＥＶＮＢ法を用いて測定を行う。
なお、破壊靭性の上限値は特段の制約がないが、後述する実施例の製造法では２５．００ＭＰａ・ｍ１／２程度が上限になる。
【実施例】
【0033】
以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は実施例に限定されるものではない。
【0034】
＜実施例Ａ＞
以下、実施例Ａとして、超硬工具がボタンビット（ＢＢ０３６Ａ）の削孔チップである場合を例として挙げて本発明を説明する。
以下、実施例Ａとして、超硬工具がボタンビット（ＢＢ０３６Ａ）の削孔チップである場合を例として挙げて本発明を説明する。
【0035】
図１に示すボタンビット用削孔チップを得るべく、各実施例において、６個のφ（Ｔ：直径）が１０ｍｍのバリスティックタイプ（ゲージチップ）と３個のφ（Ｔ：直径）が９ｍｍのバリスティックタイプ（フェイスチップ）を、以下の手順により製造した。
すなわち、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、バリ取り工程、再焼結工程を経て製造した。
すなわち、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、バリ取り工程、再焼結工程を経て製造した。
【0036】
１．原料粉末の準備工程
原料粉末として、いずれも３．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
原料粉末として、いずれも３．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
【0037】
２．配合・混合とプレス成形工程
用意した原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表１に示す配合割合が、ボタンビット用削孔チップの組成である。
用意した原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表１に示す配合割合が、ボタンビット用削孔チップの組成である。
【0038】
３．焼結工程
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0039】
４．加圧処理工程（ＨＩＰ処理およびＳ－ＨＩＰ処理）
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
また、ＨＩＰ処理に代えて、焼結とＨＩＰ処理を同時に行うＳ－ＨＩＰ処理を行った。Ｓ－ＨＩＰ処理は、３℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃間に真空加熱した後、その到達温度域でＡｒガス雰囲気下の５ＭＰａにて９０分間の加圧をした処理を行った。その後は、３／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
また、ＨＩＰ処理に代えて、焼結とＨＩＰ処理を同時に行うＳ－ＨＩＰ処理を行った。Ｓ－ＨＩＰ処理は、３℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃間に真空加熱した後、その到達温度域でＡｒガス雰囲気下の５ＭＰａにて９０分間の加圧をした処理を行った。その後は、３／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0040】
５．バリ取り工程
次に、必要に応じて以下（１）～（３）のいずれかのバリ取り加工を行った。
次に、必要に応じて以下（１）～（３）のいずれかのバリ取り加工を行った。
【0041】
（１）バレル研磨
設備 振動式バレル研磨機
容量 ２０リットル
周波数 ６０Ｈｚ
研磨メディア 珪藻土
設備 振動式バレル研磨機
容量 ２０リットル
周波数 ６０Ｈｚ
研磨メディア 珪藻土
【0042】
（２）プロファイル研磨
砥粒 ＃２００のダイヤモンド砥粒
周速 １０００ｍ／ｍｉｎ
ストローク数 ９０回／ｍｉｎ
切込量 ０．１ｍｍ
砥粒 ＃２００のダイヤモンド砥粒
周速 １０００ｍ／ｍｉｎ
ストローク数 ９０回／ｍｉｎ
切込量 ０．１ｍｍ
【0043】
（３）サンドブラスト
エア圧 ０．３～０．２ＭＰａ
ブラストガン Φ１９ｍｍ
アルミナ径 ４２５～３００μｍ（ＦＡ４６）
単位面積当たりの処理時間 ３～６ｓ／ｃｍ２
エア圧 ０．３～０．２ＭＰａ
ブラストガン Φ１９ｍｍ
アルミナ径 ４２５～３００μｍ（ＦＡ４６）
単位面積当たりの処理時間 ３～６ｓ／ｃｍ２
【0044】
６．再焼結工程
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0045】
このようにして、得られた実施例１～７のバリスティックタイプの各チップに対して、その中から任意の１個を取り出し、前述の方法により面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求めた。結果を表２に示す。ここで、ＥＢＳＤ装置は、カールツァイス社製 走査型電子顕微鏡Ｕｌｔｒａ５５、ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製 ＯＩＭ Ｄａｔａ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎを、解析ソフトとして、ＥＤＡＸ／ＴＳＬ社製 ＯＩＭ Ｄａｔａ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｖｅｒ．７．３を用いた。また、ビッカース硬度は前述の方法により、破壊靭性値はＩＦ法によりそれぞれ測定した。
【0046】
これに対して、比較例１～７として、各比較例において実施例と同じ形状のφ１０ｍｍのバリスティックタイプ（ゲージチップ）６個とφ９ｍｍのバリスティックタイプ（フェイスチップ）３個を、実施例の原料粉と同じ原料粉を用い、再焼結工程を有しない点以外は実施例と同じ製造工程に従って作製し、実施例と同様に面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求めた。結果を表２に示す。
【0047】
【表1】
【0048】
【表2】
【0049】
削孔試験
実施例１～７、比較例１～７のバリスティックタイプチップを図３に示すゲージ径Ｇが４７．０ｍｍのボタンビットのヘッドに、６個のチップ径Ｔが１０ｍｍの前記チップをゲージチップとして、３個のチップ径Ｔが９ｍｍの前記チップをフェイスチップとして、それぞれ取り付けて、以下の削孔試験を行った。
実施例１～７、比較例１～７のバリスティックタイプチップを図３に示すゲージ径Ｇが４７．０ｍｍのボタンビットのヘッドに、６個のチップ径Ｔが１０ｍｍの前記チップをゲージチップとして、３個のチップ径Ｔが９ｍｍの前記チップをフェイスチップとして、それぞれ取り付けて、以下の削孔試験を行った。
【0050】
１．削孔試験装置（穿孔装置）の仕様
打撃圧 ２０ＭＰａ
打撃周波数 ９３Ｈｚ
推力 ８ＭＰａ
回転圧 ７．５ＭＰａ
打撃圧 ２０ＭＰａ
打撃周波数 ９３Ｈｚ
推力 ８ＭＰａ
回転圧 ７．５ＭＰａ
【0051】
２．削孔
削孔長さ（１回当たり） ４ｍ
削孔径 ４５ｍｍ
岩盤－軸圧縮強度 ２１０ＭＰａ
削孔長さ（１回当たり） ４ｍ
削孔径 ４５ｍｍ
岩盤－軸圧縮強度 ２１０ＭＰａ
【0052】
３．再研磨
１０回の削孔（合計４０ｍの削孔）が終了する毎に実施
１０回の削孔（合計４０ｍの削孔）が終了する毎に実施
【0053】
そして、以下の評価を行った。結果を表３に示す。
（１）５回の削孔（合計２０ｍの削孔）の終了毎に削孔チップの形状を観察し、
（２）ゲージ径測定治具を用い、ボタンビットのゲージ径Ｇが４４ｍｍ未満になった時点
で摩耗、あるいは、チップ径の１／３以上の長さに欠損（部分的な欠損、全欠損のいずれか）の有無を目視で観察し、ゲージチップ、フェイスチップに関わらず９個あるチップのうちの３個以上に欠損が発生した際に寿命と判断し、寿命に至るまでの総削孔長さ（メートル）を測定した。
（１）５回の削孔（合計２０ｍの削孔）の終了毎に削孔チップの形状を観察し、
（２）ゲージ径測定治具を用い、ボタンビットのゲージ径Ｇが４４ｍｍ未満になった時点
で摩耗、あるいは、チップ径の１／３以上の長さに欠損（部分的な欠損、全欠損のいずれか）の有無を目視で観察し、ゲージチップ、フェイスチップに関わらず９個あるチップのうちの３個以上に欠損が発生した際に寿命と判断し、寿命に至るまでの総削孔長さ（メートル）を測定した。
【0054】
【表3】
【0055】
表３から明らかなように、実施例１～７の削孔チップは、２０ｍ削孔直後のチップには異常が発生せず、総切削長が長く、いずれも優れた耐摩耗性、耐欠損性、靭性を示した。一方、比較例１～７の削孔チップは、２０ｍ削孔直後のチップに欠損が発生したものがあり、いずれも、総削孔長が短く、早期に、欠損、摩耗が発生した。
【0056】
＜実施例Ｂ＞
以下、実施例Ｂとして、一辺の長さが１０ｍｍの立方体形状の試験片を作成し、図４、５に示すラトラ試験を行って、同試験片の耐摩耗性、耐欠損性、靭性について評価を行った。
試験片の作成は、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、研磨工程、再焼結工程を経て製造した。
以下、実施例Ｂとして、一辺の長さが１０ｍｍの立方体形状の試験片を作成し、図４、５に示すラトラ試験を行って、同試験片の耐摩耗性、耐欠損性、靭性について評価を行った。
試験片の作成は、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、研磨工程、再焼結工程を経て製造した。
【0057】
１．原料粉末の準備工程
原料粉末として、いずれも１．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
原料粉末として、いずれも１．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
【0058】
２．配合・混合とプレス成形工程
用意した原料粉末を、表４に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表４に示す配合割合が、試験片の組成である。
用意した原料粉末を、表４に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表４に示す配合割合が、試験片の組成である。
【0059】
３．焼結工程
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0060】
４．加圧処理工程（ＨＩＰ処理およびＳ－ＨＩＰ処理）
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
また、ＨＩＰ処理に代えて、焼結とＨＩＰ処理を同時に行うＳ－ＨＩＰ処理を行った。Ｓ－ＨＩＰ処理は、３℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃間に真空加熱した後、その到達温度域でＡｒガス雰囲気下の５ＭＰａにて９０分間の加圧をした処理を行った。その後は、３／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
また、ＨＩＰ処理に代えて、焼結とＨＩＰ処理を同時に行うＳ－ＨＩＰ処理を行った。Ｓ－ＨＩＰ処理は、３℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃間に真空加熱した後、その到達温度域でＡｒガス雰囲気下の５ＭＰａにて９０分間の加圧をした処理を行った。その後は、３／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0061】
５．研磨工程
平面研削盤を使用し、＃１４０砥石を用いて試験片の６面を研磨した。
平面研削盤を使用し、＃１４０砥石を用いて試験片の６面を研磨した。
【0062】
６．再焼結工程
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0063】
このようにして、得られた実施例１１～１５の試験片を、実施例Ａと同様に面心立方構造を有するＣｏ結晶粒の面積割合を求めた。結果を表５に示す。
【0064】
これに対して、比較例１１～１５を、実施例の原料粉と同じ原料粉を用い、再焼結工程を有しない点以外は実施例と同じ製造工程に従って作製し、実施例と同様に面心立方構造を有するＣｏ結晶粒の面積割合を求めた。結果を表５に示す。
【0065】
【表4】
【0066】
【表5】
【0067】
【0068】
ラトラ試験の条件は次のとおりであった。
ラトラ試験の容器の寸法 内径φ１１０ｍｍ
長さ ２００ｍｍ
ボール φ２０ｍｍ アルミナボール（総質量 ４８０ｇ）
容器の回転数 ２５０ｒｐｍ
試験時間 １８０分
ラトラ試験の容器の寸法 内径φ１１０ｍｍ
長さ ２００ｍｍ
ボール φ２０ｍｍ アルミナボール（総質量 ４８０ｇ）
容器の回転数 ２５０ｒｐｍ
試験時間 １８０分
【0069】
試験片の試験前の質量と試験後の質量を比較し、次の欠損率を求めて、試験片の耐摩耗性、耐欠損性、靭性について評価を行った。結果を表６に示す。
欠損率（％）＝（試験前の質量－試験後の質量）／（試験前の質量）×１００
欠損率（％）＝（試験前の質量－試験後の質量）／（試験前の質量）×１００
【0070】
【表6】
【0071】
表６から明らかなように、実施例１１～１５の試験片は、試験後の欠損率（％）が小さく、いずれも優れた耐摩耗性、耐欠損性、靭性を有するといえる。一方、比較例１１～１５の試験片は欠損率（％）が高く、耐摩耗性、耐欠損性、靭性が劣っていることは明らかである。
【0072】
＜実施例Ｃ＞
以下、実施例Ｃとして、超硬工具が図６に示すような回転式切断工具（ロータリーダイカッター）である場合を例に挙げて説明する。
回転式切断工具は、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、再焼結工程、研磨工程を経て製造した。
以下、実施例Ｃとして、超硬工具が図６に示すような回転式切断工具（ロータリーダイカッター）である場合を例に挙げて説明する。
回転式切断工具は、原料粉末の準備工程、配合・混合とプレス成形工程、焼結工程、加圧処理工程、再焼結工程、研磨工程を経て製造した。
【0073】
１．原料粉末の準備工程
原料粉末として、いずれも１．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
原料粉末として、いずれも１．０μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末とＣｏ粉末、および、いずれも０．１～３．０μｍの平均粒径を有するＣｒ３Ｃ２粉末、ＶＣ粉末を用意した。
【0074】
２．配合・混合とプレス成形工程
用意した原料粉末を、表７に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表７に示す配合割合が、回転式切断工具の組成である。
用意した原料粉末を、表７に示される配合組成に配合し、さらにパラフィンワックスを加えて、エタノールを８５％含む溶媒中で２４時間ボールミルを使って混合し、減圧乾燥した後、２０％の圧縮率となるように、圧粉体にプレス成形した。
なお、表７に示す配合割合が、回転式切断工具の組成である。
【0075】
３．焼結工程
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
プレス成形した圧粉体を２０Ｐａ以下の真空中で、４℃／ｍｉｎの昇温温度で１３５０～１５００℃の範囲内の温度に６０分間保持して焼結し、焼結後、Ａｒガスを使用して６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0076】
４．加圧処理工程（ＨＩＰ処理）
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
次に、７℃／ｍｉｎの昇温温度で１３２０℃まで昇温し、９００ＭＰａの圧力で６０分間保持してＨＩＰ処理を行った。その後、６℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0077】
５．再焼結工程
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
１Ｐａ以下の真空中で、５℃／ｍｉｎの昇温温度に１１００℃まで昇温し、６０分間保持して再焼結した後、１５℃／ｍｉｎの冷却速度で５０℃まで冷却した。
【0078】
６．研磨工程
仕上がり面粗さ（Ｒｚ）が０．８μｍとなるように、以下のような研磨加工を行った。
加工機：円筒研磨機およびマシニングセンター
砥石番手：♯１４０(荒加工)～♯１０００（仕上げ加工）
仕上がり面粗さ（Ｒｚ）が０．８μｍとなるように、以下のような研磨加工を行った。
加工機：円筒研磨機およびマシニングセンター
砥石番手：♯１４０(荒加工)～♯１０００（仕上げ加工）
【0079】
このようにして、得られた実施例２１～２３の回転式切断工具に対して、実施例Ａと同じ手段を用いて面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求めた。結果を表８に示す。
【0080】
これに対して、比較例２１～２３を、実施例の原料粉と同じ原料粉を用い、再焼結工程を有しない点以外は実施例と同じ製造工程に従って作製し、実施例と同様に面心立方構造を有する結晶粒の面積割合を求めた。結果を表８に示す。
【0081】
【表7】
【0082】
【表8】
【0083】
耐久性の評価
図６に模式的に示す回転式切断工具を組み立て、
回転数 ６００ｒｐｍ
押付圧力 １．５ＭＰａ
刃先突き出し量 １．５μｍ
として、１０万回転毎に刃先の状態を目視により確認し、欠損が認められた時点までの累積回転数を寿命に至るまでの回転数とした。結果を表９に示す。表９において、寿命とは、寿命に至るまでの回転数である。
図６に模式的に示す回転式切断工具を組み立て、
回転数 ６００ｒｐｍ
押付圧力 １．５ＭＰａ
刃先突き出し量 １．５μｍ
として、１０万回転毎に刃先の状態を目視により確認し、欠損が認められた時点までの累積回転数を寿命に至るまでの回転数とした。結果を表９に示す。表９において、寿命とは、寿命に至るまでの回転数である。
【0084】
【表9】
【0085】
表９から明らかなにように、実施例２１～２３の累積回転数は高く、いずれも優れた耐摩耗性、耐欠損性、靭性を有するといえる。一方、比較例２１～２３の試験片は累積回転数が低く、耐摩耗性、耐欠損性、靭性が劣っていることは明らかである。
【符号の説明】
【0086】
１ バリスティックタイプチップ（ゲージチップ）
２ チップバリスティックタイプ（フェイスチップ）
３ ボタンビット
４ ラトラ試験機の容器
５ 障害板
６ 試験片
７ アルミナボール
８ ダイカットロール
９ アンビルロール
１０ 刃先
１１ ベアラ
Ｔ バリスティックタイプチップのチップ径
Ｇ ボタンビットのゲージ径
Ｒ 回転方向
２ チップバリスティックタイプ（フェイスチップ）
３ ボタンビット
４ ラトラ試験機の容器
５ 障害板
６ 試験片
７ アルミナボール
８ ダイカットロール
９ アンビルロール
１０ 刃先
１１ ベアラ
Ｔ バリスティックタイプチップのチップ径
Ｇ ボタンビットのゲージ径
Ｒ 回転方向
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】