(57)【要約】      （修正有）【課題】  耐摩耗性、強度、靭性の三者に優れた超硬合金、及びこの超硬合金からなるマイクロドリルを提供する。【解決手段】  質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなり、WCの平均粒径を0.3μm以下の超硬合金である。この超硬合金は、上記添加元素の化合物が析出しておらず、添加元素は、Co中に固溶されている。そして、Coの含有量(質量％)をx、ロックウェル硬度(HRA)をyとするとき、y≧ax+bを満たす。但し、-0.25≦a＜-0.2、95＜b、5≦x≦15【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなり、
前記WCは、平均粒径が0.3μm以下であり、
前記添加元素の化合物が析出しておらず、添加元素は、Co中に固溶されて存在し、
Coの含有量(質量％)xとロックウェル硬度(HRA)yとが以下の関係を満たすことを特徴とする超硬合金。
y≧ax+b
但し、-0.25≦a＜-0.2、95＜b、5≦x≦15とする。
【請求項２】
質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなり、
前記WCは、平均粒径が0.3μm以下であり、
前記添加元素の含む化合物が析出しておらず、添加元素は、Co中に固溶されて存在し、
荷重を加えたときの歪みの変化量(mm)に対する応力の変化量(N/mm2)の割合が1300以上であることを特徴とする超硬合金。
【請求項３】
質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなり、
前記WCは、平均粒径が0.3μm以下であり、
前記添加元素の化合物が析出しておらず、添加元素は、Co中に固溶されて存在し、
フルマンの式により算出されるCoの平均自由行路が0.05μm以下であることを特徴とする超硬合金。
【請求項４】
抗折力(TRS)が3.5GPa超であり、
抗折力及び破壊靱性(KIc)は、TRS×KIc＞21を満たすことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の超硬合金。
【請求項５】
請求項1〜4のいずれかに記載の超硬合金からなり、
ドリル径が0.01mm以上0.3mm以下であることを特徴とするマイクロドリル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、超微粒のWCを主成分とする超硬合金、及びこの超硬合金からなるマイクロドリルに関するものである。特に、硬度、強度及び靭性の三者に優れた超硬合金、及びこの超硬合金からなるマイクロドリルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、WC(炭化タングステン)を主成分とし、Co(コバルト)やNi(ニッケル)を結合相とした超硬合金からなる種々の工具が知られている。これらの工具に求められる特性として、耐摩耗性、強度(例えば、抗折力)、靭性(例えば、耐折損性)が挙げられる。特許文献1,2に記載される超硬合金では、平均粒径0.6μm以下の超微粒WCとすることで、耐摩耗性や強度の向上を図っている。なお、耐摩耗性は、通常、高硬度化により向上できる。
【０００３】
【特許文献１】特開昭61-195951号公報
【特許文献２】特公平6-57865号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようにWCを超微粒とすることで、耐摩耗性及び強度の双方に優れた超硬合金とすることができる。また、これらの特性は、WCが微粒になるほど効果があると考えられている。そして、超硬合金においてWCを微粒にするには、材料となるWC粉末として、微粒のものを利用することが一般的である。
【０００５】
しかし、超硬合金のWCをより微細にする、具体的には、平均粒径0.3μm以下にするために微細なWC粉末を用いた場合、結合相にWC粉末が溶解して再析出し、このときの粒成長により大きくなって、耐摩耗性や強度の向上が十分に得られないという問題がある。また、結合相に溶解しなくても、WCが微粒である場合、耐摩耗性、強度を向上させても、靭性を低下させてしまい、耐摩耗性、強度、及び靭性の三者をバランスよく向上させることが困難である。特に、耐摩耗性、強度の更なる向上を実現するべく、WCを上記のように平均粒径0.3μm以下とより微粒にすることで、靭性が低下し易くなる。
【０００６】
そこで、本発明の主目的は、耐摩耗性、強度(抗折力)、及び靭性の三者に優れる超硬合金を提供することにある。また、本発明の他の目的は、上記超硬合金からなるマイクロドリルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
超硬合金において耐摩耗性を向上させるには、上記のように硬質相であるWCをより微粒にして硬度を高める、或いは結合相であるCoなどの含有量を低減して、高硬度な硬質相の割合を高めることが考えられる。また、強度(抗折力)を向上させるには、上記のようにWCをより微粒にする、或いは結合相であるCoなどの含有量を増加することが考えられる。そして、靭性を向上させるには、WCをより粗粒にする、或いは結合相であるCoなどの含有量を増加することが考えられる。即ち、超硬合金においてWCの微細化は、耐摩耗性及び強度の向上を促進する反面、靭性の低下を招き、結合相の増加は、強度及び靭性の向上を促進する反面、耐摩耗性の低下を招くというトレードオフの関係にある。そこで、本発明は、WCを超微粒とすることで、耐摩耗性及び強度の向上を図ると共に、粒成長抑制剤を添加してWCの粗大化を抑制し、耐摩耗性、強度の低下を低減する。また、本発明は、上記のようにWCの超微粒化により高硬度化を実現するため、本発明よりもWCが粗大で同程度の硬度を有する従来の超硬合金と比較すると、相対的に結合相の添加量を多くすることができる。即ち、本発明超硬合金は、硬度を同じくした場合、従来の超硬合金よりも優れた靭性を有することができる。特に、本発明では、結合相を増加しても、上記のように粒成長抑制剤を添加すると共に、Co中に固溶させることでWCの粗大化を抑制するため、耐摩耗性の低下を低減することができる。また、本発明者らは、WCの超微粒化に加えて、結合相であるCoの含有量を制御してCoの平均自由行路(m.f.p)を特定距離以下にまで短くすることで、合金特性が飛躍的に向上することを見出した。そこで、本発明では、Coの含有量を規定する。このような本発明は、従来の超硬合金と比較して、耐摩耗性、強度、靭性の三者に優れた超硬合金を提供する。
【０００８】
本発明超硬合金は、質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなり、WCの平均粒径を0.3μm以下とする。また、本発明超硬合金は、上記添加元素の化合物が析出しておらず、添加元素は、Co中に固溶されているものとする。そして、以下の少なくとも一つの特性を満たす。
1.  Coの含有量(質量％)をx、ロックウェル硬度(HRA)をyとするとき、y≧ax+b
但し、-0.25≦a＜-0.2、95＜b、5≦x≦15
2.  超硬合金に荷重を加えたときの歪みの変化量(mm)に対する応力の変化量(N/mm2)の割合が1300以上
3.  フルマンの式により算出されるCoの平均自由行路(mean free path、以下m.f.pと呼ぶ)が0.05μm以下
【０００９】
以下、本発明をより詳しく説明する。
本発明超硬合金は、WCを硬質相とし、主としてCoを結合相とするWC-Co超硬合金であり、具体的には、質量％でCoを5％以上15％以下、V及びCrの少なくとも1種の添加元素を合計0.5％以上2.0％以下含み、残部がWC及び不可避的不純物からなるものとする。成分の含有量は、例えば、ICP(誘導結合プラズマ発光分析)にて分析することで求めることができる。特に、硬質相となるWCの平均粒径を0.3μm以下とする。WCは、小さいほど耐摩耗性、強度(抗折力)を高めることができるため特に下限を設けない。0.2μm以下がより好ましい。WCの平均粒径及びCoのm.f.pは、フルマンの式を用いて算出するとよい。また、超硬合金の表面をSEM(走査電子顕微鏡)にて高倍率(例えば、8000〜10000倍)で観察し、その観察画像をコンピュータに取り込み、画像解析装置にて解析して、一定の面積(例えば、20〜30mm2)の範囲に存在するWCの粒径(μm)を測定し、これらの平均値をフルマンの式により適宜修正してもよい。
【００１０】
本発明では、結合相としてCoを用いる。Coを5質量％以上とするのは、5質量％未満とすると結合相が少なすぎて靭性を著しく劣化させるからである。15質量％以下とするのは、15質量％超とすると、マイクロドリルなどの工具とした場合、Coのm.f.pが長くなって合金特性が悪化し、十分な耐摩耗性が得られないからである。結合相は、上記範囲において少ないほど耐摩耗性の向上に貢献し、多いほど強度、靭性の向上に寄与する。所望の特性に応じて調整するとよい。また、Coの含有量により上記のようにm.f.pを調整することができ、Coが少ないほどm.f.pを小さくできる。特に、Coを15質量％以下とすることで、m.f.pを0.05μm以下にすることができ、合金特性の飛躍的な向上を図ることができる。そして、本発明超硬合金は、この結合相中にV及びCrの少なくとも一種の添加元素が固溶されているものとする。即ち、本発明超硬合金は、Vを含むCo合金、Crを含むCo合金、V及びCrの双方を含むCo合金のいずれかを結合相とする。これら添加元素は、上記超微粒のWCの粒成長抑制剤として作用する。従来より、硬質相の粒成長抑制剤として、VCなどのVの化合物、Cr2C3などのCrの化合物を添加させることが行われている。そして、これらの化合物を硬質相として存在させていることが多い。しかし、これらの化合物を硬質相として存在させるよりも、Co中に固溶している状態の方がWCのCoへの固溶、再析出による粒成長を効果的に抑制することができる。そこで、本発明超硬合金では、添加元素の化合物が硬質相として存在せず、添加元素は、Co中に固溶しているものとする。WCの粒成長抑制効果を十分に得るには、添加元素を合計で0.5質量％以上とすることが好ましい。しかし、添加元素が多すぎると相対的にCoが少なくなって靭性の劣化を招くことから、上限を2.0質量％とする。このような添加元素は、Vだけでもよいし、或いはCrだけもよいし、V及びCrの両方としてもよい。また、添加元素をCo中に固溶するには、添加元素の化合物を材料粉末として用い、焼結などを行うことで固溶させることができる。なお、本発明において添加元素の化合物が析出していないとは、超硬合金の表面を一般的な光学顕微鏡(1500倍)で観察した際に確認されないことととする。
【００１１】
硬質相であるWCが0.3μm以下といった超微粒である本発明超硬合金を製造するには、例えば、材料粉末の用意→材料粉末の混合粉砕→プレス成形→焼結→熱間静水圧プレス(HIP)を行うことが挙げられる。材料粉末においてWC粉末は、超微粒のもの、具体的には、0.2μm以下のものを利用することが好ましい。このような超微粒のWC粉末は、酸化タングステンを直接炭化する直接炭化法により、WCを微細かつ均一な粒子に調整することで得られる。また、材料粉末を混合粉砕することでWC粒子をより小さくすることができる。WC粉末のほか、結合相となるCo粉末、WC粒子の粒成長抑制剤として作用するCrの化合物(例えば、Crの炭化物)及びVの化合物(例えば、Vの炭化物)の少なくとも1種の粉末を用意する。市販の粉末を利用してもよい。これらの粉末が予め混合されたものを利用して更に混合粉砕してもよいし、それぞれの粉末を別個に用意して混合粉砕時に混合させてもよい。混合粉砕した材料を所定の圧力、例えば、500〜2000kg/cm2でプレス成形し、真空中にて焼結する。焼結温度としては、WCの粒成長を抑制するべく、低温とすることが好ましい。具体的には、1300〜1350℃が好ましい。そして、本発明では、硬度、抗折力、靭性をより向上するべく、焼結後、HIPを施す。具体的なHIP条件は、温度を焼結温度と同一又は同一程度とし、圧力を約100MPa(1000気圧)程度とすることが好ましい。このようなHIP処理を施すことで、低温焼結であっても、硬度、抗折力、靭性により優れた超硬合金とすることができる。特に、本発明では、Coの含有量を特定することでm.f.pを0.05μm以下と小さくすることができ、優れた合金特性を有する。
【００１２】
このように超微粒のWC粉末を利用すると共に、粒成長抑制剤として作用する添加元素をCo中に固溶させた状態とし、更にCoの含有量によりm.f.pを制御することで、本発明超硬合金は、高硬度であり、耐摩耗性の向上を実現する。具体的には、本発明超硬合金のCoの含有量(質量％)をx、ロックウェル硬度(HRA)をyとするとき、y≧ax+b(但し、-0.25≦a＜-0.2、95＜b、5≦x≦15)を満たす。本発明者らは、WCの粒径、Coの含有量、及び添加元素の存在状態などを種々変更して試験を行ったところ、ロックウェル硬度とCoの含有量とが上記一定の関係式を満たすとの知見を得た。そこで、本発明では、Coの含有量と硬度との関係を規定する。硬度は、WCの粒径により変化させることができ、WCの粒径が小さいほど、高硬度となる傾向にある。また、硬度は、Coの含有量により変化させることができ、Coの含有量が少ないほど、高硬度となる傾向にある。WCの粒径、Coの含有量にもよるが、本発明超硬合金は、概ねHRA93以上を有する。なお、ロックウェル硬度は、超硬合金の硬度測定に利用されている硬度測定装置を用いて測定するとよい。
【００１３】
また、本発明超硬合金は、高硬度であることに加えて、優れた強度及び靭性を有する。具体的には、例えば、本発明超硬合金に荷重を加えた際、歪みの変化量(mm)に対する応力の変化量(N/mm2)の割合が1300以上を満たす。本発明者らは、超硬合金の強度及び靭性を調べる指標として、荷重を加えたときの歪みと、そのときの応力とを用い、超硬合金に荷重を加えていき、超硬合金に生じた歪みと、そのときの超硬合金の応力との関係を調べたところ、歪と応力とが上記一定の関係を有するとの知見を得た。そこで、本発明では、応力の変化量/歪みの変化量を規定する。このような関係を満たす本発明は、従来の超硬合金と比較して、同様の荷重を加えても歪み小さく、歪みの変化幅を一定とする場合、そのときの応力の変化幅が従来の超硬合金よりも大きい、即ち、剛性に優れる。なお、歪み及び応力の測定は、通常のJIS曲げ試験にて用いられる試片を作製し、この試片に荷重を加えたときの変位を測定することで行う。
【００１４】
更に、本発明超硬合金は、直径φ0.3mmの細径丸棒を試験片とした片持ち強度試験において、変位(たわみ量)の変化量に対する破断荷重の変化量の割合が0.54超を満足するような優れた強度を有する。超硬合金の強度(抗折力)を調べる指標として、JISに規定される試験によるもの、具体的には、直方体状の試験片の両端を支持し、中央部に荷重を加える3点曲げ試験による抵抗力(抗折力)がよく用いられている。本発明超硬合金は、上記のように高強度、高剛性であることから、通常のJISの曲げ試験においても優れた特性を有する。ここで、本発明者らが調べたところ、マイクロドリルのように直径φ0.3mmといった細径部を具える形状において細径部に荷重を加えた際、本発明超硬合金からなる試料は、従来の超硬合金からなる試料と比較して、非常に折損しにくいとの知見を得た。このことから本発明超硬合金は、後述するようにマイクロドリルの材料として好適である。なお、変位の測定は、試験片に荷重付与材が接触してから、試験片に荷重が確認された際を測定スタートとし、試験片が折損して破断する際の最大たわみ量を変位とし、このときの荷重を破断荷重とする。
【００１５】
上記のように本発明超硬合金は、高い抗折力を有すると共に、破壊靱性にも優れ、両者をバランスよく具える。具体的には、抗折力TRSと破壊靱性KICとの積TRS×KIcが21超を満たす。特に、抗折力TRSは、3.5GPa超を満たす。
【００１６】
このように硬度、強度、靭性に優れる本発明超硬合金は、工具材料、例えば、微細な加工を行う工具材料に適している。例えば、ドリル径0.01〜0.3mmのマイクロドリルとすると、耐摩耗性に優れることに加えて、強度、靭性にも優れることで、特に、刃部(細径部)とシャンク部(太径部)との境界付近を起点とする折損、破断を大幅に低減することができる。従って、工具寿命がより長いマイクロドリルを提供することができる。また、本発明マイクロドリルは、耐摩耗性に優れるだけでなく、強度、靭性にも優れることから、従来の超硬合金からなるマイクロドリルでは折損してしまったステンレス板などの材料に対しても穴開け加工を行うことができる。また、本発明マイクロドリルは、ドリル径0.01mm(10μm)といった超極細のドリルを提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
上記本発明超硬合金は、硬質相であるWCを平均粒径0.3μm以下の超微粒としとし、粒成長抑制剤をCoに固溶させて存在させると共に、Coの含有量によりm.f.pを制御することで、耐摩耗性、強度、靭性の三者に優れるという特有の効果を奏することができる。特に、本発明超硬合金からなるマイクロドリルでは、摩耗しにくく、折損が生じにくいことから、工具寿命を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
(試験例1)
WCの平均粒径とCoの含有量が異なる種々の超硬合金を作製し、ロックウェル硬度(HRA)を測定した。試験に用いた超硬合金は、以下のように作製した。
表1に示す組成(質量％)の材料粉末をそれぞれ用意し、20時間湿式混合粉砕した後、1000kg/cm2の圧力にてプレス成形し、真空中で焼結温度1350℃まで昇温し、その焼結温度で1時間焼結を行った。その後、1350℃、100MPa、1時間の条件でHIP処理を施して試料No.1〜7,50〜59の超硬合金を作製した。試料No.60,61は、表1に示す組成の材料粉末が予め混合されているものを利用し、同様に混合粉砕、プレス成形した後、真空中で1500℃、1時間の条件で焼結を行ったものとした。試料No.62は、試料No.1と同様に焼結を行い、その後HIP処理を施していないものである。なお、表1のWCの平均粒径は、用意したWC粉末のフィッシャーサブシーブサイザ−(Fsss)平均粒径(μm)である。
【００１９】
【表１】
2006131974.tif 000002
【００２０】
得られた超硬合金(幅15mm×長さ15mm×厚さ10mm)において、ロックウェル硬度(HRA)を測定した。その結果を表2に示す。ロックウェル硬度は、市販の硬度計により測定した。また、得られた超硬合金のWCの平均粒径(μm)及び結合相のm.f.p(μm)を調べた。その結果を表2に示す。平均粒径の測定及びm.f.pの測定は、フルマンの式に基づいて行った。具体的には、WCの平均粒径は、超硬合金の表面をSEMにて8000倍で観察し、その観察画像をコンピュータに取り込み、画像解析装置にて解析して、25mm2の範囲に存在するWCの粒径(μm)を測定してフルマンの式で修正し、これらの平均値とした。更に、試料No.1〜7のV、Crの含有量をICP分析により測定した。この結果も表2に示す。加えて、各試料の抗折力TRS(GPa)、破壊靭性KICを測定した。この結果も表2に示す。
【００２１】
【表２】
2006131974.tif 000003
【００２２】
表2に示すように試料No.1〜7は、WCの平均粒径がいずれも0.3μm以下であった。これは、粉砕により更に微細化されて、この微細な状態が維持されたと考えられる。これに対し、試料No.50〜59は、粒成長抑制剤を添加していないため、粉砕による効果のみで、WCの平均粒径の減少が小さい。試料No.60,61では、粒成長抑制剤により、ある程度粒成長を抑えられたと考えられる。HIP処理を施していない試料No.62は、材料粉末の粉砕や粒成長抑制剤の添加を行ったが、WCの平均粒径はほとんど変化しなかった。また、試料No.1〜7,60,61について表面を光学顕微鏡(1500倍)にて観察したところ、試料No.1〜7では、VC、Cr3C2が確認されず、試料No.60,61では、VC、Cr3C2が確認された。従って、試料No.1〜7では、V、CrがCo中に固溶されていると考えられる。更に、試料No.1〜7は、WCが微細であることに加えて、m.f.pが0.05μm以下と非常に短かった。
【００２３】
表2の結果からCoの含有量(質量％)とHRAとの関係を調べた。図1にその関係グラフを示す。図1のグラフにおいて「◆」は、試料No.1,2、「■」は、試料No.3〜5、「◇」は、試料No.6,7、「×」は、試料No.50〜53、「●」は、No.54〜59、「□」は、試料No.60,61に該当する。また、図1の凡例の「◆  0.1」は、WCの平均粒径が0.1μm(試料No.1,2)、「■  0.3」は、WCの平均粒径が0.3μm(試料No.3〜5)、「◇  0.3※1」は、WCの平均粒径が0.3μm(試料No.6,7)、「×  0.7」は、WCの平均粒径が0.7μm(試料No.50〜53)、「●  2.0」は、WCの平均粒径が2.0μm(試料No.54〜59)、「□  0.3※2」は、WCの平均粒径が0.3μm(試料No.60,61)を示す。図1に示すように、CoとHRAとは、近似的に一次式で表わすことができ、試料No.1〜7と試料No.50〜61とは、一次式の変化率(傾き)、y軸(HRA軸)との交点が異なっている。試料No.1〜7は、Coの含有量(質量％)をxとし、ロックウェル硬度(HRA)をyとする場合、y≧ax+b(但し、-0.25≦a、95＜b)を満たすことがわかる。これに対し、試料No.60,61は、y＝-0.35x+96、試料No.6,7は、y＝-0.2x+95.3である。また、このグラフから、例えば、WCの平均粒径が0.7μmの場合、HRAが94となるには、Coの含有量が約2.5質量％のときである。これに対し、WCの平均粒径が0.3μmの場合(試料No.3〜5のグラフ参照)、HRAが94となるのは、Coの含有量が約6質量％のときであり、同0.1μmの場合、約7質量％のときである。即ち、超微粒WCを具える超硬合金では、粗粒WCを具える超硬合金と同じ硬度とする場合、Coの含有量を増大することができる。従って、超微粒WCの超硬合金は、高硬度であることに加えて、Coの増加による靭性の向上を図ることができる。更に、表2に示すように試料No.1〜7は、抗折力(GPa)が3.5GPa以上であると共に、破壊靭性にも優れている。特に、抗折力と破壊靱性とをバランスよく具えている。なお、図1で示す凡例の数値は、得られた超硬合金のWCの平均粒径を示す。
【００２４】
(試験例2)
超硬合金に荷重を加えていき、そのときの歪み、応力とを測定した。試験に用いた超硬合金は、以下のように作製した。
表3に示す組成(質量％)の材料粉末をそれぞれ用意し、20時間湿式混合粉砕した後、1000kg/cm2の圧力にてプレス成形し、真空中で焼結温度1350℃まで昇温し、その焼結温度で1時間焼結を行った。その後、1350℃、100MPa、1時間の条件でHIP処理を施して試料No.10の超硬合金を作製した。試料No.70,71は、表3に示す組成の材料粉末をそれぞれ用意し、同様に混合粉砕、プレス成形した後、真空中で1400℃、1時間の条件で焼結を行って作製した。
【００２５】
【表３】
2006131974.tif 000004
【００２６】
得られた超硬合金(幅8mm×長さ20mm×厚さ5mm)に荷重用丸棒(公知の超硬合金製)により荷重を加えていき、超硬合金に生じた歪み(mm)と、そのときの応力(N/mm2)とを測定した。そして、歪みと応力との関係を求めた。その結果を図2〜4に示す。図2は、試料No.10のグラフ、図3は、試料No.70のグラフ、図4は、試料No.71のグラフである。歪み及び応力の測定は、公知の抗折力試験方法に基づいて行った。
【００２７】
また、得られた超硬合金を切断し、試験例1と同様にしてWCの平均粒径(μm)の測定、及び光学顕微鏡による観察を行った。すると、WCの平均粒径は、試料No.10：0.1μm、試料No.70：0.5μm、試料No.71:0.3μmであった。光学顕微鏡による観察の結果、試料No.10では、VC,Cr3C2が確認されず、試料No.70,71では、VC,Cr3C2が確認された。試料No.10においてV,Crの含有量をICP分析により測定したところ、V:0.30質量％、Cr:0.65質量％であった。更に、試料No.10においてm.f.pを測定したところ、0.03μmであり、0.05μm以下であった。
【００２８】
図2〜4に示すグラフから、試料No.10は、変化率(傾き)、即ち、応力の変化量/歪みの変化量が試料No.70,71と比較して大きいことがわかる。具体的には、応力の変化量/歪みの変化量が1300以上である。このことから、試料No.10は、同じ荷重を加えても、歪みが生じにくく高剛性であることが確認された。更に、試料No.10,70,71のロックウェル硬度を測定したところ、No.10:93.5、No.70:91.5、No.71:92.5であり、試料No.10は、高硬度であることが確認された。加えて、試料No.10,70,71の抗折力TRS(GPa)、破壊靭性KICを測定したところ、抗折力/破壊靱性はそれぞれNo.10:4.8/7.5、No.70:3.5/8.0、No.71:4.5/7.5であり、抗折力TRSと破壊靭性KICとの積TRS×KICは、それぞれNo.10:36、No.70:28、No.71:33であり、試料No.10は、高硬度であると共に、抗折力と破壊靱性とをバランスよく具えることが確認された。
【００２９】
(試験例3)
超硬合金からなる細径丸棒を作製し、この丸棒に荷重を加えていき、破断するまでの荷重と、そのときの変位とを測定した。試験に用いた丸棒は、以下のように作製した。
表4に示す組成(質量％)の材料粉末をそれぞれ用意し、20時間湿式混合粉砕した後、1000kg/cm2の圧力にてプレス成形し、真空中で焼結温度1350℃まで昇温し、その焼結温度で1時間焼結を行った。その後、1350℃、100MPa、1時間の条件でHIP処理を施して試料No.20,21の超硬合金を作製した。試料No.80は、表4に示す組成の材料粉末をそれぞれ用意し、同様に混合粉砕、プレス成形した後、真空中で1500℃、1時間の条件で焼結を行って作製した。この試験では、図5に示すように直径R1:φ2mmの太径部と、直径R2:φ0.3mmの細径部とを具える段付きの丸棒10とした。具体的には、細径部の先端から太径部の末端までの長さl1を31.85mm、細径部の先端から細径部と太径部との境界までの長さl3を5.0mmとした。なお、細径部と太径部との境界から太径部に至るまではテーパ状とした(テーパ部)。
【００３０】
【表４】
2006131974.tif 000005
【００３１】
得られた細径部を有する丸棒に以下のように荷重を加えた。図5に示すように丸棒10を固定部材20に固定する。具体的には、細径部の先端から長さ20.0mmの箇所(太径部の中間部)に適合した挿入穴(図示せず)を固定部材20に設けておき、この穴に丸棒10を挿入して、太径部の末端から長さ11.85mmの箇所までが挿入穴に挿入され、細径部の先端から長さl2:20.0mmの箇所までが固定部材20から突出するように丸棒10を配置する。そして、細径部の先端から長さ14:1.0mmの箇所に直径3.175mmの表面を研磨した公知の超硬合金製の荷重用丸棒30を押し付けて荷重を加える。各試料の破断荷重(kg)と、そのときの変位(mm)との関係を図6に示す。なお、変位の測定は、荷重用丸棒30が丸棒10の細径部に接触してから細径部に荷重が確認された際を測定のスタートとして行った。
【００３２】
図6に示すように変位をx、破断荷重をyとすると、試料No.20は、y＝0.5455x+0.0049、試料No.21は、y＝0.6151x-0.0108、試料No.80は、y＝0.1169x+0.2198と表わされた。このことから、試料No.20,21は、変位の変化量に対する破断荷重の変化量の割合、即ち、上記一次式の変化率(傾き)が試料No.80よりも大きいことがわかる。具体的には、0.54超であった。このことから、試料No.20,21は、強度、靭性に優れることが確認された。特に、直径φ0.3μmといった細径丸棒において試料No.20,21は、破断が生じにくいことが確認された。
【００３３】
また、得られた超硬合金からなる丸棒において試験例1と同様にしてWCの平均粒径(μm)の測定、m.f.p(μm)の測定及び光学顕微鏡による観察を行った。すると、WCの平均粒径は、試料No.20：0.1μm、試料No.21：0.1μm、試料No.80:0.3μmであり、m.f.pは、試料No.20：0.03μm、試料No.21：0.02μm、試料No.80:0.10μmであった。また、光学顕微鏡による観察の結果、試料No.20,21では、VC,Cr3C2が確認されず、試料No.80では、VC,Cr3C2が確認された。試料No.20,21においてV、Crの含有量をICP分析により測定したところ、試料No.20は、V:0.31質量％、Cr:0.68質量％、試料No.21は、V:0.25質量％、Cr:0.52質量％であった。更に、試料No.20,21,80のロックウェル硬度を測定したところ、No.20:93.5、No.21:93.8、No.80:92.5であり、試料No.20,21は、高硬度であることが確認された。加えて、試料No.20,21,80の抗折力TRS(GPa)、破壊靭性KICを測定したところ、抗折力はそれぞれNo.20:4.9GPa、No.21:4.6GPa、No.80:3.8GPaであり、抗折力TRSと破壊靭性KICとの積TRS×KICは、それぞれNo.20:39.2、No.21:33.6、No.80:28.4であり、試料No.20,21は、高硬度であると共に、抗折力と破壊靱性とをバランスよく具えることが確認された。
【００３４】
(試験例4)
試験例1の試料No.1〜3,6、試験例2の試料No.71、試験例3の試料No.80と同様の組成の材料粉末を用いて、上記試験例と同様にして超硬合金を作製した。この試験では、上記試験例3と同様の段付き丸棒(太径部の直径R1:φ2mm、細径部の直径R2:φ0.3mm、細径部の先端から太径部の末端までの長さl1:31.85mm、細径部の先端から細径部と太径部との境界までの長さl2:5.0mm)を作製した。そして、得られた段付き丸棒にダイヤモンド砥石によりドリル直径：0.25mmのマイクロドリルを作製し、これらマイクロドリルを用いて穴開け加工試験(貫通穴)を行い、折損が生じるまでの穴開け個数を調べた。マイクロドリルは、試料ごとに10本ずつ作製し、その平均個数を評価した。加工条件を以下に示す。また、試験結果を表5に示す。
【００３５】
この試験に用いた被削材は、ガラス層とエポキシ樹脂層との交互4層積層板(アメリカ規格協会が規定する銅張り積層板のグレード：FR-4)からなるプリント基板(厚さ1.6mm)を2枚重ねにしたもの(合計厚さ3.2mm)とした。また、切削条件は、回転数N＝250,000r.p.m、送り量f＝15μm/rev.、切削油不使用(乾式)とした。
【００３６】
【表５】
2006131974.tif 000006
【００３７】
表5に示すように試料No.1〜3,6は、穴開け加工数が多く、折損しにくいことがわかる。即ち、靭性に優れることが確認された。
【００３８】
また、ドリル径を0.1mmに変更した以外は試料No.1〜3,6と同様にしてマイクロドリルを作製し、得られたドリル径:0.1mmのマイクロドリルを用いて0.1mmの穴開け加工を行った(貫通穴)。被削材は、FR-4からなるプリント基板(厚さ0.6mm)とし、切削条件は、回転数N＝250,000r.p.m、送り量f＝10μm/rev.、切削油不使用(乾式)とした。すると、いずれのマイクロドリルも、15000穴の時点で、折損が0であり、このような超極細のマイクロドリルにおいて、耐折損性に優れることが確認された。
【００３９】
更に、ドリル径を0.01mmに変更した以外は試料No.1〜3,6と同様にしてマイクロドリルを作製し、得られたドリル径:0.01mmのマイクロドリルを用いて0.01mmの穴開け加工を行った(貫通穴)。被削材は、ステンレス板(SUS304製、厚さ0.1mm)とし、切削条件は、切削条件は、回転数N＝100,000r.p.m、送り量f＝1μm/rev.、切削油不使用(乾式)とした。すると、従来の超硬合金からなるマイクロドリルでは、折損してしまったステンレス板に対して、いずれのマイクロドリルも折損することなく0.01mmの穴開け加工を行うことができ、強度、耐折損性に優れることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明超硬合金は、耐摩耗性、強度、靭性に優れることが望まれる種々の工具材料に適する。特に、プリント基板などの穴開けに用いられる極小径ドリル(マイクロドリル)に代表される電子機器類の微細加工用工具、マイクロマシン製作の際に用いられる部品加工用工具などの微細加工用途の工具材料に最適である。また、本発明マイクロドリルは、プリント基板などの穴開け加工の利用に適する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】超硬合金のCoの含有量とロックウェル硬度HRAとの関係を示すグラフである。
【図２】試験例2において、試料No.10の超硬合金に荷重を加えていったときの歪みと応力との関係を表わすグラフである。
【図３】試験例2において、試料No.70の超硬合金に荷重を加えていったときの歪みと応力との関係を表わすグラフである。
【図４】試験例2において、試料No.71の超硬合金に荷重を加えていったときの歪みと応力との関係を表わすグラフである。
【図５】細径丸棒の片持ち強度試験の試験方法を説明する概略模式図である。
【図６】細径丸棒の片持ち強度試験において、破断荷重と変位との関係を表わすグラフである。
【符号の説明】
【００４２】
10  丸棒  20  固定部材  30  荷重用丸棒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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