(57)【要約】【課題】すぐれた硬さと靭性を有するＴｉ基サーメットおよびこれを基体とする耐欠損性、耐溶着性、耐摩耗性にすぐれたＴｉ基サーメット製切削工具等を提供すること。【解決手段】（ａ）硬質相成分は、周期律表の５ａ族元素の１種または２種以上を６〜１５質量％(但し、Ｎｂ元素は少なくとも６質量％以上)、周期律表の６ａ族元素の１種または２種以上を１５〜３０質量％、残りは、Ｔｉ、炭素および窒素からなり、（ｂ）結合相成分は、５〜２０質量％のＣｏおよびＮｉの１種または２種以上からなるＴｉ基サーメットにおいて、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度は、内部のそれの０．４倍以下であり、一方、サーメット表面から５μｍ〜サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度は、内部のそれの１．５倍以上であるＴｉ基サーメットおよびＴｉ基サーメット切削工具。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質相と結合相とからなるＴｉ基サーメットにおいて、
（ａ）上記硬質相成分は、周期律表の５ａ族元素の１種または２種以上を、その合計量で６〜１５質量％(但し、Ｎｂ元素は少なくとも６質量％以上)、周期律表の６ａ族元素の１種または２種以上を、その合計量で１５〜３０質量％、残りは、Ｔｉ、炭素および窒素からなり、
（ｂ）上記結合相成分は、５〜２０質量％のＣｏおよびＮｉの１種または２種以上からなり、
（ｃ）上記Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ１、上記Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ２、上記Ｔｉ基サーメットの内部の結合相成分の平均濃度をＡ０とした時、  
Ａ１／Ａ０≦０．４、かつ、Ａ２／Ａ０≧１．５
の関係を満足する結合相成分濃度分布を示すことを特徴とするＴｉ基サーメット。
【請求項２】
請求項１に記載のＴｉ基サーメットにおいて、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ１、上記Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ２、上記Ｔｉ基サーメットの内部のＮｂ成分の平均濃度をＢ０とした時、  
Ｂ１／Ｂ０≧１．３、かつ、Ｂ２／Ｂ０≦０．９
の関係を満足するＮｂ成分の濃度分布を示すことを特徴とするＴｉ基サーメット。
【請求項３】
請求項１または２に記載のＴｉ基サーメットを基体とするＴｉ基サーメット切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、硬さと靭性にすぐれたＴｉ基サーメットに関するものであり、また、このＴｉ基サーメットを切削工具の基体として用いた、すぐれた耐欠損性、耐溶着性、耐摩耗性を発揮するＴｉ基サーメット切削工具（以下、単に「Ｔｉ基サーメット工具」という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
Ｔｉ基サーメットはすぐれた硬さを有し、Ｆｅとの反応性が低いため、従来から、例えば、各種の鋼や鋳鉄の切削工具として用いられている。しかし、最近の切削加工の高能率化等に伴って、サーメット性能のより一層の向上が求められており、この要請に応えるべく、例えば、靭性、耐欠損性、耐摩耗性の向上等のために種々の提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素の炭化物，窒化物，炭窒化物等からなる硬質相と、Ｎｉ、Ｃｏ等からなる結合相を備えたサーメットにおいて、その表面を窒化処理し、サーメット表面に１〜５００μｍの厚さの軟質窒化層を形成し、さらに、該軟質窒化層の表面に、１〜２０μｍの厚さの硬質窒化層を形成することによって、耐摩耗性、耐溶着性を低下させることなく、靭性を向上させることが提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、５−２５％のＣｏ、Ｎｉからなるバインダ相と、Ｔｉの他にＺｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗの１種以上の金属を含有する主として炭窒化物からなる硬質相からなるＴｉ基炭窒化物焼結体において、焼結体表面には、富Ｔｉ−Ｎ立方晶相を含有する５０μｍ未満の厚さの表面層Ａを形成し、該表面層Ａの下には１００μｍ未満の厚さの富バインダ相領域Ｂを形成し、該領域Ｂにおけるバインダ相含有量の最大値を、焼結体内部Ｄにおけるそれの１．２倍以上とし、また、該領域Ｂの下には２５０μｍ未満の厚さの貧バインダ相領域Ｃを形成し、該領域Ｃにおけるバインダ相含有量の最低値を、焼結体内部Ｄのそれの０．９倍以下とすることによって、Ｔｉ基サーメットの靭性を向上させることが提案されている。
【０００５】
また、特許文献３には、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする結合相を５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化物，炭窒化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４ａ，５ａ，６ａ族元素の中の複合炭化物，複合窒化物，複合炭窒化物の中から１種のＴｉ含有化合物を主成分とする硬質相からなるサーメット焼結合金の表面に、窒化処理により窒化硬質層を形成するとともに、該窒化硬質層は、２重量％以下の結合相でなる層内結合相と、残部が硬質相の平均窒素含有量よりも多くの窒素量を含有した層内硬質相とで形成することにより、耐欠損性と耐摩耗性の同時改善を図ることが提案されている。
【０００６】
さらに、特許文献４には、コバルトバインダー相と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ及び／またはＷを基とした硬質構成材を含有する焼結チタニウム基炭窒化物合金の切削工具インサートにおいて、 窒化処理によって、該インサート表面に５〜６０μｍの厚みの窒素富化領域を形成し、かつ、該領域におけるＣｏ含有量を、その内部とほぼ同等（内部の含有量の５０〜１５０％）とすることによって、耐塑性変形性と耐摩耗性を改善することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭５７−５７８６６号公報
【特許文献２】特開平５−２２１７２５号公報
【特許文献３】特開平１０−１４７８３１号公報
【特許文献４】特表２００１−５２４８８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
近年、切削加工の技術分野における省力化、省エネ化、高効率化、低コスト化の要請は強く、切削装置の高性能化には目ざましいものがあり、その一方、工作機械の性能向上に伴い、工具にとっての切削条件は益々過酷なものとなってきており、Ｔｉ基サーメット自体の性能向上が求められるとともに、Ｔｉ基サーメット工具の使用寿命の一段の延命化が望まれている。
Ｔｉ基サーメットは、一般的に、超硬合金に比して、硬さ、靭性が不十分であるため、Ｔｉ基サーメット工具の、特に、耐摩耗性を向上させようとした場合には、耐欠損性の劣化が生じやすいことから、Ｔｉ基サーメット工具の使用寿命の延命化のためには、耐欠損性を低下させることなしに耐摩耗性の向上を図ることが必要とされる。
しかし、上記従来のＴｉ基サーメット工具は、耐欠損性および耐摩耗性のいずれかが劣るものであり、これらの特性を相兼ね備えたものであるとはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、硬さ、靭性にすぐれたＴｉ基サーメットを提供するとともに、これを基体とする耐欠損性、耐溶着性を低下させることなくすぐれた耐摩耗性を備えるＴｉ基サーメット工具を提供すべく、鋭意研究を行った結果、Ｔｉ基サーメットの表面領域の結合相成分の濃度分布を適正化するとともに、硬質相形成成分であるＮｂの濃度分布を適正化することによって、Ｔｉ基サーメットの硬さ、靭性を向上させるとともに、これを基体とするＴｉ基サーメット工具の耐欠損性、耐溶着性および耐摩耗性を向上させ得ることを見出したのである。
【００１０】
この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１）  硬質相と結合相とからなるＴｉ基サーメットにおいて、
（ａ）上記硬質相成分は、周期律表の５ａ族元素の１種または２種以上を、その合計量で６〜１５質量％(但し、Ｎｂ元素は少なくとも６質量％以上)、周期律表の６ａ族元素の１種または２種以上を、その合計量で１５〜３０質量％、残りは、Ｔｉ、炭素および窒素からなり、
（ｂ）上記結合相成分は、５〜２０質量％のＣｏおよびＮｉの１種または２種以上からなり、
（ｃ）上記Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ１、上記Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ２、上記Ｔｉ基サーメットの内部の結合相成分の平均濃度をＡ０とした時、  
Ａ１／Ａ０≦０．４、かつ、Ａ２／Ａ０≧１．５
の関係を満足する結合相成分濃度分布を示すことを特徴とするＴｉ基サーメット。
（２）  前記（１）に記載のＴｉ基サーメットにおいて、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ１、上記Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ２、上記Ｔｉ基サーメットの内部のＮｂ成分の平均濃度をＢ０とした時、  
Ｂ１／Ｂ０≧１．３、かつ、Ｂ２／Ｂ０≦０．９
の関係を満足するＮｂ成分の濃度分布を示すことを特徴とするＴｉ基サーメット。
（３）  前記（１）または（２）に記載のＴｉ基サーメットを基体とするＴｉ基サーメット切削工具。」
に特徴を有するものである。
【００１１】
この発明のＴｉ基サーメットおよびＴｉ基サーメット工具における、その組成、サーメット表面近傍における濃度分布等について以下に説明する。
【００１２】
この発明のＴｉ基サーメットは、前記特許文献１〜４にも示されるように、結合相成分として、ＣｏおよびＮｉの１種または２種以上を５〜２０質量％含有し、また、硬質相形成成分として、Ｔｉを必須とし、周期律表の５ａ族元素の１種または２種以上をその合計量で６〜１５質量％(但し、Ｎｂは、その合計量で少なくとも６質量％以上)、周期律表の６ａ族元素の１種または２種以上をその合計量で１５〜３０質量％、残りは、Ｔｉと窒素と炭素を含有する。
【００１３】
（ａ）結合相
この発明のＴｉ基サーメットにおいて、結合相成分であるＣｏおよびＮｉの１種または２種以上の合計含有量が５質量％未満である場合には、サーメット自体の硬さを高め、耐摩耗性を向上させる効果があるが、その反面、硬質相成分の含有割合が高まるため、焼結性が低下し、強度の低下を招くこととなる。一方、結合相成分の合計含有量が２０質量％を超える場合には、硬質相成分の含有割合が減少するため耐摩耗性が低下することとなる。
したがって、この発明では、結合相の含有割合を５〜２０質量％と定めた。
【００１４】
さらに、この発明では、Ｔｉ基サーメットの作製に際し、後記するような特定の条件（例えば、窒素雰囲気中、１２５０℃×３時間）で再焼結することによって、Ｔｉ基サーメットの表面近傍に特定の結合相成分濃度分布を形成し、これによって、相反する特性といえる硬さと靭性の双方の特性をＴｉ基サーメットに付与せしめている。
即ち、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ１、Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域における結合相成分の平均濃度をＡ２、Ｔｉ基サーメットの内部の結合相成分の平均濃度をＡ０とした時、濃度指数Ａ１／Ａ０、Ａ２／Ａ０がそれぞれ
Ａ１／Ａ０≦０．４、かつ、Ａ２／Ａ０≧１．５
の関係を満足する結合相成分濃度分布を形成する。
上記不等式は、Ｔｉ基サーメット表面の直近における結合相成分平均濃度Ａ１は、Ｔｉ基サーメット内部における結合相成分平均濃度Ａ０（これは、Ｔｉ基サーメットにおける平均結合相成分平均濃度にほぼ等しい）の０．４倍以下であって、結合相の平均濃度が低いことを意味し、一方、Ｔｉ基サーメット表面から少し内部に入った領域における結合相成分平均濃度Ａ２は、Ｔｉ基サーメット内部における結合相成分平均濃度Ａ０の１．５倍以上もの高結合相濃度であることを意味している。
上記の結合相成分濃度分布によれば、Ｔｉ基サーメットの表面（Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域）においては、結合相平均濃度が相対的に低く、硬質相成分の含有割合が高くなるため、硬度の高い耐摩耗性にすぐれた表面を有するＴｉ基サーメットが形成される。
一方、上記Ｔｉ基サーメット表面から少し内部に入った領域（Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域）においては、結合相平均濃度が相対的に高くなることから、すぐれた靭性を備えたＴｉ基サーメットが形成されることになる。
【００１５】
（ｂ）周期律表の５ａ族元素の１種または２種以上
周期律表の５ａ族元素であるバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）及びタンタル（Ｔａ）は、、硬質相としてＴｉと固溶体を形成し、Ｔｉ基サーメットの高温強度を向上させる作用を有するが、その合計含有量が６質量％未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方、その合計含有量が１５％を越えると硬質相の硬さ低下の原因となることから、その合計含有量を６〜１５質量％と定めた。
この発明では、特に、周期律表の５ａ族元素であるＮｂ成分の特異な表面濃化を利用してＴｉ基サーメットの表面の硬化を図るために、Ｎｂ成分含有量については、６質量％以上とすることが必要である。
【００１６】
Ｔｉ基サーメットの作製に際し、再焼結によって、結合相成分（Ｃｏ，Ｎｉ）の平均濃度分布を形成することは前記したとおりであるが、それと同時に、硬質相成分の内で、特に、Ｎｂ成分の表面濃化現象が生じる。
つまり、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ１、Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域におけるＮｂ成分の平均濃度をＢ２、Ｔｉ基サーメットの内部のＮｂ成分の平均濃度をＢ０とした時、濃度指数Ｂ１／Ｂ０、Ｂ２／Ｂ０がそれぞれ
Ｂ１／Ｂ０≧１．３、かつ、Ｂ２／Ｂ０≦０．９
の関係を満足するＮｂ成分濃度分布を形成する。
上記不等式は、Ｔｉ基サーメット表面の直近におけるＮｂ成分の平均濃度Ｂ１は、Ｔｉ基サーメット内部におけるＮｂ成分の平均濃度Ｂ０（これは、Ｔｉ基サーメットにおけるＮｂ成分の平均成分濃度にほぼ等しい）の１．３倍以上であって、Ｎｂ成分が高濃度で存在することを意味し、一方、Ｔｉ基サーメット表面から少し内部に入った領域におけるＮｂ成分の濃度Ｂ２は、Ｔｉ基サーメット内部におけるＮｂ成分の平均濃度Ｂ０の０．９倍以下であることを意味している。
上記のＮｂ成分の濃度分布によれば、Ｔｉ基サーメットの表面（Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域）においては、硬質相であるＮｂの炭化物、窒化物および炭窒化物の１種または２種以上の含有量が相対的に高くなるため、硬度の高い耐摩耗性にすぐれた表面を有するＴｉ基サーメットが形成される。
一方、上記Ｔｉ基サーメット表面から少し内部に入った領域（Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域）においては、硬質相であるＮｂの炭化物、窒化物および炭窒化物の１種または２種以上の含有量が相対的に低くなり、その一方、結合相平均濃度が高くなっていることから、すぐれた靭性を備えたＴｉ基サーメットが形成されることになる。
つまり、この発明のＴｉ基サーメットは、その表面（Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域）では、硬質相形成成分濃度（特に、Ｎｂ成分濃度）が高く、その反面、結合相成分濃度が低いことによって、すぐれた硬さを備えたものとなる。
一方、Ｔｉ基サーメットの表面から少し内部に入った領域（Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域）においては、結合相成分平均濃度が高くなり、硬質相成分平均濃度（特に、Ｎｂ成分平均濃度）が低くなることから、靭性を備えたものとなる。
なお、この発明でいう「Ｔｉ基サーメット（の）内部」とは、Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍを超えた内部側の領域、例えば、Ｔｉ基サーメット表面から深さ１０００μｍの地点から深さ方向に１００μｍの領域、のことをいう。
【００１７】
（ｃ）周期律表の６ａ族元素の１種または２種以上
周期律表の６ａ族元素であるクロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）は、これらの合計含有量が１５質量％未満では、結合相への固溶強化、硬質相の生成によるＴｉ基サーメットの強度向上、硬度向上を図ることができず、一方、これらの合計含有量が３０質量％を超える場合には、６ａ族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の析出により合金強度の低下を招く為、周期律表の６ａ族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物の１種または２種以上の合計含有量を１５〜３０質量％と定めた。
【００１８】
（ｄ）前記の周期律表の５ａ族および６ａ族元素からなる硬質相成分とＴｉ、炭素および窒素との合計含有量は、８０〜９５質量％とすることが必要であり、８０質量％より少ない場合には、所望の硬度を得ることができず、一方、９５質量％を超える場合には、所望の靭性を得ることができない。
【００１９】
（ｅ）結合相成分濃度分布およびＮｂ成分の濃度分布の形成方法
この発明のＴｉ基サーメット、即ち、サーメット表面近傍において、所定の結合相成分濃度分布と所定のＮｂ成分の濃度分布が形成されたＴｉ基サーメットは、例えば、以下の方法で作製することができる。
まず、所定の配合組成（特に、Ｎｂ成分については、６質量％以上）となるように原料粉末を配合し、これを通常の焼結、すなわち、室温から１４００℃までの昇温時に１０Ｐａ以下の真空雰囲気とし、１４００℃から１５５０℃までの昇温過程およびそれに続く１５５０℃にて１時間保持の間の窒素分圧を１３３Ｐａとし、１５５０℃にて１時間保持後に、７０.０ｋＰａのアルゴン雰囲気で冷却する通常の焼結を行った後、ついで、１３．３ｋＰａの窒素雰囲気中で、１２５０℃にて３時間保持の再焼結を行い、その後炉冷することによって、本発明Ｔｉ基サーメットにおける結合相成分濃度分布およびＮｂ成分の濃度分布を形成することができる。
このようにして作製した本発明のＴｉ基サーメットは、サーメット表面は硬く、一方、サーメット表面から少し内部に入った領域は靭性を備えているため、全体として、すぐれた硬さとすぐれた靭性を備えたものとなる。
【発明の効果】
【００２０】
この発明のＴｉ基サーメットは、サーメット表面近傍に、結合相成分の特定の濃度分布と硬質相を構成するＮｂ成分の特定の濃度分布を形成したことにより、すぐれた硬さとすぐれた靭性を備える。
そして、この発明のＴｉ基サーメットを基体とするＴｉ基サーメット製切削工具は、これを、各種鋼や鋳鉄などの切れ刃に断続的・衝撃的高負荷が作用する切削条件に用いた場合でも、サーメット表面の硬質相成分濃度が高く、一方、結合相成分濃度が低いことから、耐溶着性にすぐれるとともに、すぐれた耐欠損性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明Ｔｉ基サーメットの断面について、サーメット表面近傍に形成された結合相成分が低濃度を示す領域（図中、「貧結合相領域」で示す。）と高濃度を示す領域（図中、「富結合相領域」で示す。）の組織を観察した走査型電子顕微鏡像の一例を示す。
【図２】本発明Ｔｉ基サーメットについて、その表面から１０００μｍまでの深さ方向にわたる成分濃度変化を、濃度指数で表したグラフの一例である。
【図３】本発明Ｔｉ基サーメット切削工具（本発明例１）と比較例Ｔｉ基サーメット切削工具（比較例１）の切削性能（耐摩耗性）比較を示すグラフである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
つぎに、この発明のＴｉ基サーメット及びＴｉ基サーメット工具を実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００２３】
原料粉末として、いずれも０．５〜２μｍの平均粒径を有する表１に示される各種原料粉末を用意し、これら原料粉末を、表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで２４時間湿式混合し、乾燥した後、２００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体に対して、表３に示す条件で、焼結及び再焼結を行うことによって、表５に示す本発明Ｔｉ基サーメット１〜５をそれぞれ製造した。すなわち、
焼結条件：
室温から１４００℃まで、１０Ｐａ以下の真空雰囲気中での昇温。
ついで、窒素分圧１３３Ｐａの雰囲気中で、１４００℃から１５５０℃までの昇温、さらに、１５５０℃での１時間の保持。
その後、７０.０ｋＰａのアルゴン雰囲気で冷却する。
再焼結条件：
上記焼結で得た焼結体を、１．３〜２．７ｋＰａの窒素雰囲気中で、１２００〜１２５０℃の保持温度まで昇温。
ついで、上記保持温度にて３〜１０時間保持。
その後、３〜１０℃／ｍｉｎの冷却速度で室温まで冷却することにより、
表５に示す本発明Ｔｉ基サーメット１〜５を製造した。
【００２４】
比較の目的で、表２で示される配合組成の圧粉体に対して、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５と同じ焼結を行った後、一部については、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５に対して行ったのと同じ条件で再焼結を行い、また、残りのものについては、本発明の再焼結条件から外れる条件で再焼結をし、あるいは、再焼結を行わずに、表６に示す比較例Ｔｉ基サーメット１〜７を製造した。
【００２５】
この結果得られた本発明Ｔｉ基サーメット工具１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット工具１〜７について、これを構成するＴｉ基サーメットの表面近傍の縦断面組織を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した。
図１に、本発明Ｔｉ基サーメットの表面近傍の縦断面について観察した走査型電子顕微鏡像（図１は、本発明Ｔｉ基サーメット１）を示す。
【００２６】
図１に示すＴｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域（図中、貧結合相領域で示す）、および、Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域（図中、富結合相領域で示す）について、結合相成分濃度およびＮｂ成分濃度を測定し、結合相成分およびＮｂ成分の濃度指数を求めた。
図２に、その測定結果を示す。
図２から明らかなように、Ｔｉ基サーメット表面から２μｍまでの深さ領域（図１中の貧結合相領域）においては、結合相成分濃度指数（Ｔｉ基サーメット内部の結合相成分平均濃度Ａ０に対する結合相成分平均濃度Ａ１の比の値Ａ１／Ａ０）は０．１０〜０．３８（平均値は０．２４）であり、また、Ｎｂ成分濃度指数（Ｔｉ基サーメット内部のＮｂ成分の平均濃度Ｂ０に対するＮｂ成分平均濃度Ｂ１の比の値Ｂ１／Ｂ０）は、１．３５〜１．５５（平均値は１．４５）であった。
一方、Ｔｉ基サーメット表面から５μｍ〜Ｔｉ基サーメット表面から１０μｍまでの深さ領域（図１中の富結合相領域）においては、結合相成分濃度指数（Ａ２／Ａ０）は１．１９〜１．９（平均値は１．５５）であり、また、Ｎｂ成分濃度指数（Ｂ２／Ｂ０）は、０．６３〜０．８８（平均値は０．７３）であった。
【００２７】
なお、結合相成分濃度Ａ１，Ａ２，Ａ０、Ｎｂ成分濃度Ｂ１，Ｂ２，Ｂ０の測定は以下のように行い、Ｔｉ基サーメット内部の値Ａ０、Ｂ０と比較することにより、結合相成分濃度指数、Ｎｂ成分濃度指数を算出した。
Ｔｉ基サーメットをその厚さ方向に二分する縦断面にて、深さ方向に表面から２μｍ×表面と平行方向に１０００μｍの長方形の領域１と、表面から深さ５μｍの地点から深さ方向に５μｍ×表面と平行方向に１０００μｍの長方形の領域２と、表面から深さ１０００μｍの地点から深さ方向に１００μｍ×表面と平行方向に１０００μｍの長方形の領域０、にてそれぞれ電子プローブマイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて各領域に含まれる元素の質量濃度を測定した。
【００２８】
また、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット１〜７について、表面の硬さを、マイクロビッカース硬度計を用いて測定した。
さらに、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット１〜７の表面から５μｍ内部の破壊靭性値を、マイクロビッカース硬度計を用い、ＩＦ法にて測定した。
上記で測定した硬さ、靭性値とともに、測定した結合相成分濃度指数、Ｎｂ成分濃度指数の値を、表５、表６に示す。
【００２９】
表５、表６に示される結果から、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５は、比較例Ｔｉ基サーメット１〜７に比して、硬さ及び靭性の双方がともに優れることが分かる。
【００３０】
【表１】
2014152357.tif 000003
【００３１】
【表２】
2014152357.tif 000004
【００３２】
【表３】
2014152357.tif 000005
【００３３】
【表４】
2014152357.tif 000006
【００３４】
【表５】
2014152357.tif 000007
【００３５】
【表６】
2014152357.tif 000008
【００３６】
次いで、本発明Ｔｉ基サーメット１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット１〜７について、ＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８−ＳＨのインサート形状に加工し、切刃部分にＲ：０．０５ｍｍのホーニング加工を施すことにより、本発明Ｔｉ基サーメット工具１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット工具１〜７をそれぞれ製造した。
【００３７】
上記の本発明Ｔｉ基サーメット工具１〜５および比較例Ｔｉ基サーメット工具１〜７について、これ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、
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：  ２００  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  １．０  ｍｍ、
送り：  ０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
切削時間：  １０  分、
の条件でのクロムモリブデン鋼の乾式断続切削試験
を行い、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。この測定結果を表７に示した。
【００３８】
【表７】
2014152357.tif 000009
【００３９】
表７に示される結果から、本発明Ｔｉ基サーメット工具１〜１０は、サーメット表面の硬質相（特に、Ｎｂ成分からなる硬質相）濃度が高く高硬度であると同時に、サーメット表面の少し内部側は結合相濃度が高く靭性を備えていることから、サーメット工具全体として高硬度でかつ靭性にすぐれている。
したがって、切れ刃に断続的・衝撃的負荷が作用する断続切削加工に用いた場合でも、本発明のＴｉ基サーメットは、溶着を発生することもなく、耐欠損性にすぐれ、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Ｔｉ基サーメット工具１〜１０では、サーメット表面の硬度不足、あるいは、高硬度を有していても靭性に劣る等の理由から、工具寿命が短命となっている。
【００４０】
また、上記の断続切削試験とは別に、本発明Ｔｉ基サーメット工具１および比較例Ｔｉ基サーメット工具１について、
被削材：ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９の丸棒、
切削速度：  ２００  ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：  １．０  ｍｍ、
送り：  ０．２  ｍｍ／ｒｅｖ、
上記条件で連続切削を行い、２分毎に切削を中断してその時の摩耗量を測定し、摩耗量累計が０．２０ｍｍを超えるまで切削を行い、耐摩耗性を調査した。
図３に、切削時間（Ｃｕｔｔｉｎｇ  ｔｉｍｅ（ｍｉｎ））と逃げ面摩耗幅（Ｗｉｄｔｈｏｆ  ｆｌａｎｋ  ｗｅａｒ（ｍｍ））との関係を示す。
図３に示す結果から、本発明Ｔｉ基サーメット工具は、比較例Ｔｉ基サーメット工具に比して、連続切削加工においても摩耗速度が極めて小さいことが分かる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
上述のように、この発明のＴｉ基サーメットは、硬度及び靭性にすぐれていることから、硬さと靭性が要求される各種の用途に適用することが可能である。
さらに、この発明のＴｉ基サーメットからなる切削工具は、耐欠損性、耐摩耗性にすぐれていることから、各種の鋼や鋳鉄などの通常の条件、高速条件、高負荷条件等のあらゆる切削条件の切削加工に用いることができ、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することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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