(57)【要約】【課題】長寿命で耐折損性に優れた超硬合金製の回転切削工具並びに前記回転切削工具を実現することができる新規でかつ高性能な超硬合金及びその製造方法を提供する。【解決手段】平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合した超硬合金およびこの超硬合金を基体とする回転切削工具であって、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする。また前記超硬合金を製造する方法を提供する。本発明の超硬合金および回転切削工具の基体のＣｏ含有量は１〜１３．５質量％であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合した超硬合金であって、
波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする超硬合金。
【請求項２】
請求項１に記載の超硬合金において、前記超硬合金のＣｏ含有量が１〜１３．５質量％であることを特徴とする超硬合金。
【請求項３】
平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合した超硬合金を製造する方法であって、
超硬合金用原料を湿式混合する工程、湿式混合処理後の原料を用いて成形する工程および得られた成形体を焼結する工程を有し、
湿式混合工程におけるスラリー固形分比を６０〜８０質量％とし、メディアを用いた前記湿式混合の総時間を２０〜２００時間とし、および前記湿式混合の総時間あたりの当該混合原料中のＣｏ粒子の平均粒径の減少分を０．１〜１．０μｍの範囲に制御することによって、前記湿式混合処理後の混合原料は最大直径Ｒが１０μｍ以上でありかつ厚みＴが０．５Ｒ以下（Ｔは０を含まない。）であるＣｏ鱗片粒子を含まないものとなり、
この湿式混合原料を用いて得られた超硬合金について、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする超硬合金の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の超硬合金の製造方法において、前記超硬合金のＣｏ含有量が１〜１３．５％質量％であることを特徴とする超硬合金の製造方法。
【請求項５】
平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合したＷＣ基超硬合金を基体とする回転切削工具であって、
波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする回転切削工具。
【請求項６】
請求項５に記載の回転切削工具において、前記基体のＣｏ含有量が１〜１３．５質量％であることを特徴とする回転切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、例えばエンドミルやタップ等において工具寿命を大幅に改善することができる、耐欠損性および耐折損性に優れた、新規でかつ高性能な超硬合金製の回転切削工具並びに前記回転切削工具を実現することができる超硬合金およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  特許文献１は、重量比でＣｏ及び／又はＮｉ：５〜１２％、Ｃｒ３Ｏ２、ＶＣ、ＴａＣ、Ｒｕ、Ｓｉのうちから選ばれる２種以上の合計量が０．１〜３％、残部がＷＣ及び不可避の不純物からなる組成を有し、研磨面上を直径１μｍのビーム径においてＣｏのＥＰＭＡ線分析をした時に、線分析におけるＣｏ成分強度の平均値の１．５倍をこえるＣｏのピークが単位長さ１００μｍ当りで無く、飽和磁化の値がＣｏ１％当り１．６２μＴｍ３／ｋｇ以下、保磁力が２７．８〜５１．７ｋＡ／ｍである超微粒超硬合金を開示している（請求項１を参照）。【０００３】  特許文献２は、ＷＣを主体とした炭化物相、Ｃｏを主体とした結合相、Ｖ、Ｗ、Ｃｒを含む複炭化物相を有するＷＣ基超硬合金を試料に用いて、該複炭化物相の面積率を測定する方法であって、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーのマッピング機能等による手段に基づくＷＣ基超硬合金の複炭化物相の面積率の測定方法を開示している（請求項１を参照）。【０００４】  特許文献３における請求項５および段落４２、表１中の試料Ｎｏ．１〜４では、有機溶媒および炭素粉末（炭素粉末を溶かしたメタノール）をスラリーの固形分比率が６０〜８０質量％になるように成形原料に添加して混合することを開示している。【０００５】  特許文献４は、コバルトを１２質量％以下含有し（但し０質量％を除く）、結合相の平均厚みが０．１４μｍ以下であり、かつ厚みのばらつきを３σ１（σ１は厚みの標準偏差）で表すとき、３σ１が０．２以下である超硬合金を開示している（請求項１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−  ５９９４６号公報
【特許文献２】特開２００７−  ９３２２４号公報
【特許文献３】特開２００５−１３３１５０号公報
【特許文献４】特開２００９−  ３５８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】  しかし、特許文献１および２は、いずれも、本発明に係る、（１）メディアを用いた特別な湿式混合処理を行うことにより、成形に供する混合原料中のＣｏ粒子の形態を制御してＣｏ粒子の均一分散性を改善できること、（２）この改善された成形原料を用いて従来よりも格段に高性能な超硬合金を製造できること、（３）この高性能な超硬合金について、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であること、について何ら記載及び示唆をしていない。【０００８】  特許文献３の表１中、試料番号２はスラリー固形分比が７５ｗｔ％、粉砕時間が２０ｈの湿式混合条件の場合を記載している。しかし、試料番号２の場合、後述表４のトレース結果から、板状のＣｏ鱗片粒子の除去が不十分であり、改善の余地がある。【０００９】  特許文献４の表１中、試料Ｎｏ．２−２等では、「ＡＴＲ（アトライタ）＋ジェットミル」という湿式混合条件を採用し、結合相を均一に分散させた旨が記載されている。しかし、後述表４のトレース結果から、板状のＣｏ鱗片粒子の除去が困難である。【００１０】  従って、本発明の第一の目的は、従来に比べて耐欠損性および耐折損性に優れた回転切削工具等を実現することができる、新規でかつ高性能な超硬合金を提供することにある。
本発明の第二の目的は、前記超硬合金を製造する方法を提供することにある。
本発明の第三の目的は、従来に比べて耐欠損性および耐折損性に優れた、新規で高性能な超硬合金製の回転切削工具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  本発明の超硬合金は、平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合した超硬合金であって、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べて、新規でかつ高性能な超硬合金を提供することができる。【００１２】  本発明の超硬合金の製造方法は、平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合した超硬合金を製造する方法であって、超硬合金用原料を湿式混合する工程、湿式混合処理後の原料を用いて成形する工程および得られた成形体を焼結する工程を有し、湿式混合工程におけるスラリー固形分比を６０〜８０質量％とし、メディアを用いた前記湿式混合の総時間を２０〜２００時間とし、および前記湿式混合の総時間あたりの当該混合原料中のＣｏ粒子の平均粒径の減少分を０．１〜１．０μｍの範囲に制御することによって、前記湿式混合処理後の混合原料は最大直径Ｒが１０μｍ以上でありかつ厚みＴが０．５Ｒ以下（Ｔは０を含まない。）であるＣｏ鱗片粒子を含まないものとなり、この湿式混合原料を用いて得られた超硬合金について、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べて耐欠損性および耐折損性に優れた回転切削工具を実現することができる、新規でかつ高性能な超硬合金の製造方法を提供することができる。【００１３】  本発明の回転切削工具は、平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏを主体とする結合相により結合したＷＣ基超硬合金を基体とする回転切削工具であって、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００であることを特徴とする。
本発明によれば、従来に比べて耐欠損性および耐折損性に優れた、新規でかつ高性能な回転切削工具を提供することができる。【００１４】  本発明において、前記超硬合金および前記基体のＣｏ含有量が１〜１３．５質量％である場合に実用性に富むものとなり、好ましい。
【発明の効果】
【００１５】（１）メディアを用いた特別な湿式混合処理を行うことにより、成形に供する混合原料中のＣｏ鱗片粒子を消滅させることができる。
（２）この改善された成形原料を用いて従来よりも格段に高性能な超硬合金および回転切削工具を製造することができる。この高性能な超硬合金および回転切削工具の基体について、波長分散型Ｘ線プローブマイクロアナライザーを用いて求めたＣｏ濃度比をＰａｖとしたとき、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明例３の超硬合金の研磨面をＥＰＭＡによりＣｏについて分析し、得られたＣｏ濃度の度数分布を表示した図である。
【図２】Ｃｏ濃度の最小値からＸ％までの測定データ数を用いて、算出したＰ値とＸ値との関係をプロットし、その曲線の傾きを示す微分値をＸ値との関係で図示したものである。
【図３】本発明例５において、湿式混合処理の初期段階における混合粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【図４】本発明例５において、湿式混合処理の中間段階における混合粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【図５】本発明例５において、湿式混合処理後の混合粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【図６】比較例１５において、湿式混合処理後の混合粉末を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により撮影した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】［１］超硬合金および回転切削工具の基体の組成
本発明のＷＣ基超硬合金および回転切削工具の基体は、平均粒径が０．４μｍ以下の炭化タングステン粒子間を、Ｃｏ又はＣｏを主体とする結合相が結合してなるものである。Ｃｏ含有量は１〜１３．５質量％とすることが好ましい。Ｃｏ含有量が１質量％未満では前記超硬合金および前記基体の靭性が不十分となる。従って、回転切削工具として使用した際、短い工具寿命で刃先が欠損し、本発明による目標切削距離に到達することはできない。また、１３．５質量％を超えると硬度が不十分となり耐摩耗性が大きく低下するから、回転切削工具として使用した際、切刃部の摩耗が著しく、実用に耐えない。高い靭性および高い硬度を兼備するために、Ｃｏ含有量は３〜１３質量％とするのが好ましい。
【００１８】［２］超硬合金および回転切削工具の基体のＰａｖ値
本発明の超硬合金および回転切削工具の基体は、従来よりもＣｏを均一に分散分布させた組織を有する。そこで、その分散分布状態をＥＰＭＡ装置により測定し、Ｃｏ濃度比をＰａｖ値として規定することによって、このＰａｖ値を、耐欠損性および耐折損性に優れた新規でかつ高性能な超硬合金および回転切削工具の基体としての、実用に供するための基準値とすることができる。
本発明の回転切削工具の基体および超硬合金の微小領域において、Ｐａｖ値によりＣｏの分散分布状態を厳密に管理する基準を設けたものである。即ち、ＥＰＭＡ装置による分析で求めたＰａｖ値により、前記の超硬合金および基体におけるＣｏ量の分散分布状態を適正に管理することを可能とした。これによりＣｏ量の少ない領域もＰａｖ値によって定量化されるので、分散分布状態の改善の目安となる。
【００１９】  本発明の回転切削工具においては、Ｐａｖ値と回転切削工具の刃先に欠損が発生するまでの工具寿命に大きな相関関係があり、Ｐａｖ値が０．７５≦Ｐａｖ＜１．００を満たすときに、刃先の欠損が発生し難い超硬合金製の回転切削工具が得られることがわかった。従って、Ｐａｖ値を制御することにより工具寿命の大幅な改善が可能となる。
Ｐａｖ値が、０．７５≦Ｐａｖ＜１．００の範囲で刃先の耐欠損性が優れる理由は、従来よりも格段にＣｏがＷＣ粒子間の細部にまで均一に分散した組織を有し、局所的な靭性の差が減少するからである。即ち、Ｐａｖ値が０．７５以上、１．００未満の範囲では、超硬合金のミクロ組織において、Ｃｏが均一に分散分布することを示し、ＣｏがＷＣ粒子間の細部にまで均一に分散する。そして、ＷＣ粒子同士の接触界面の割合が減少し、ＷＣ粒子が局所的に凝集した箇所が減少する。一方、Ｐａｖ値が０．７５未満に減少すると、Ｃｏの分散分布状態が不均一になり、ＷＣ粒子同士の接触界面やＷＣ粒子が局所的に凝集した箇所が多く存在するようになる。すなわち、不均一な組織を有する超硬合金となり、局所的な靭性の差が大きくなる。そのため、回転切削工具として満足のいく耐欠損性が得られず、短寿命となる。エンドミルでは刃先の摩耗や刃先の摩耗幅が大きくなったり、欠損が生じ、短い工具寿命となる。また、タップとして使用する際、Ｐａｖ値が０．７５未満の場合、刃先に欠損が生じ、切り粉の分断が不十分となり、タップの溝に切り粉が詰まり、その結果、トルクが上昇しタップが折損してしまう。従って、Ｐａｖ値を０．７５以上にすることによって、刃先の欠損を発生させないようにすることは特に重要である。
本発明の回転切削工具の内、特に、エンドミルとして使用した際の目標工具寿命は、ＨＲＣ５０のダイス鋼を２０ｍ以上切削加工可能とすることであり、本発明のものはこの目標値を満たす。また、タップとして使用した際の目標工具寿命は、ＨＲＣ５０の合金工具鋼において５０穴以上のねじ加工を可能とすることであり、本発明のものはこの目標値を満たす。
【００２０】  本発明の超硬合金および回転切削工具において、特に回転切削工具の刃先におけるＣｏの分散分布状態に着目し、以下のようにしてＰａｖ値を測定した。その測定において、ＥＰＭＡ装置により本発明の超硬合金又は回転切削工具の回転軸に垂直な面の刃先近傍の研磨面を実効ビーム径０．４μｍ、電圧２０ｋＶの条件において、６０μｍ×６０μｍの範囲を対象に、Ｃｏについて分析した。得られた分析結果から、以下のＰａｖの算出方法によりＰａｖを求めた。
（１）まず、Ｃｏ平均濃度であるＰ値を測定する。このＰ値は、Ｃｏ濃度を測定したデータの全数を対象にしたとき、Ｃｏ濃度値の最小値から順番に数えて、データ全数の５％に相当するデータ数から平均濃度を算出し、求めた値である。
（２）次に、このＰ値を、超硬合金（焼結体バルク）をＥＰＭＡにてＣｏの定量分析を行い、そのＣｏ分析値（質量％）で除算することにより、Ｐａｖ値を算出する。具体的には、超硬合金又は回転切削工具の刃先の６０μｍ×６０μｍの範囲を対象に、測定スポットを０．４μｍずつ移動させて２２５００回について組成分析し、各測定スポットのＣｏ濃度を測定する。このとき、２２５００回の測定値がＣｏ濃度を測定したデータの全数となる。そこでＰ値は、これらを度数分布表示した際、Ｃｏ濃度の最小値から、データの全数２２５００の５％にあたる１１２５番目までの値を平均することで得られる値とした。このＰ値を前記超硬合金（焼結体バルク）のＣｏ分析値で除算することによって、Ｐａｖ値を求めた。Ｐａｖ値は本発明の超硬合金および回転切削工具の基体におけるＣｏ粒子の分散性を示す指標であり、Ｐａｖ値が高いほどＣｏ粒子が均一に分散していることを示す。
【００２１】［３］超硬合金、回転切削工具の平均粒径
本発明の超硬合金および回転切削工具の基体におけるＷＣ粒子の平均粒径は、超硬合金又は回転切削工具の回転軸に垂直な面の刃先近傍を鏡面研磨した後、村上試薬で０．５分、王水で３分間エッチングすることによりＷＣ粒子以外の相を除去し、ＷＣ粒子の結晶粒界を明確にした後、走査型電子顕微鏡にて１万倍の写真を撮影し、次の数１に示すフルマンの式により算出し、求めた。
【００２２】
【数式１】
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【００２３】  上記の数式１において、Ｎｌ値は、単位長さ当たりの直線が横断したＷＣ粒子の数、Ｎｓ値は、単位面積内に存在するＷＣ粒子の数を示す。
本発明では、ＷＣの平均粒径を０．４μｍ以下とし、０．０５〜０．４μｍとするのが好ましく、０．１〜０．３μｍとするのがより好ましい。ＷＣの平均粒径が０．４μｍを超えて大きいと、超硬合金又は回転切削工具において、微細かつシャープエッジな刃先を形成するのが困難となる。また、ＷＣ粒子の平均粒径が０．０５μｍ未満のものは工業生産性に乏しく、実用的ではない。
【００２４】［４］超硬合金の製造方法
本発明の超硬合金の製造方法において、具備すべき混合工程と焼結工程とを、例えば以下の条件にする必要がある。これらの製造工程の処理により本発明の超硬合金および回転切削工具のＰａｖ値を上記特定範囲に制御することができる。
（Ａ）混合工程
Ｃｏ粒子を含む成形原料粉末の混合工程はアルコール等の有機溶媒中で、メディアを用いた湿式混合装置により行う。実用上直径３〜２０ｍｍの超硬合金製球体メディアを用いることが好ましい。
湿式混合装置は特に限定されないが、アトライター若しくはボールミル等を使用するか、またはそれらをニ装置以上連結して併用してもよい。
【００２５】  湿式混合の総時間を２０〜２００時間とし、かつスラリー固形分比を６０〜８０質量％とすることが必要である。６０質量％未満ではＣｏ粒子の板状化が発生し、８０質量％超では均一混合および粉砕がすすまないからである。
【００２６】  湿式混合工程における混合原料中のＣｏ粒子の微粒化速度（以後、Ｃｏ微粒化速度ともいう。）を、湿式混合の総時間２０〜２００時間あたり０．１〜１．０μｍの範囲に制御することにより、湿式混合によるＣｏ粒子の板状化（扁平化）を抑えることができる。「Ｃｏ微粒化速度」とは、前記湿式混合の総時間２０〜２００時間あたりの湿式混合開始時点から湿式混合終了時点までのＣｏ粒子の平均粒径の減少分をいう。このＣｏ微粒化速度未満（２００時間超）では工業生産性に乏しく、このＣｏ微粒化速度を超えると（２０時間未満では）板状のＣｏ粒子の破壊が不十分になる。
【００２７】  本発明の製造方法に係る湿式混合工程では、後述の図３〜図５に示すとおり、一旦板状のＣｏ粒子が発生するが、更に本発明に係る特有の湿式混合処理により、発生した板状のＣｏ粒子を破壊するようにした。この結果、従来に比べて格段にＣｏ粒子が均一分散した成形用混合原料が得られた。この有利な効果を奏する混合原料を用いて成形し、焼結して得られた超硬合金は、従来より格段にＣｏ粒子が均一分散したものとなる。
本発明に係る湿式混合工程において、板状のＣｏ粒子が破壊されるメカニズムは明確になっていないが、主にＣｏ粒子に作用する衝撃力により加工硬化がすすみ、板状のＣｏ粒子が脆化して破壊されたものと考えられる。本発明に係る湿式混合条件は、使用する装置ごとに変化し、一義的に決定困難である。このため、本発明においては、メディア材質、メディア総充填量、湿式混合時のスラリー粘度およびＣｏ粒子に加わる衝撃力（回転型の湿式混合装置の場合はほぼ周速に比例し、振動ミル等では振幅にほぼ比例する。）等を総合的に検討し、経験則に基いて最適の湿式混合条件を設定した。
【００２８】  スラリー固形分比Ｓ（質量％）は下記式により算出した。
Ｓ＝（超硬合金用原料の総質量）÷（超硬合金用原料の総質量＋有機溶媒の総質量）×１００％
【００２９】  湿式混合前又は湿式混合時に、潤滑剤又は成形用バインダーとして、金属石鹸およびワックス等を、超硬合金用原料の総質量に対して０．１〜２質量％添加することが好ましい。添加量が０．１質量％未満では添加効果が得られず、２質量％を超えると耐欠損性および耐折損性が大きく低下する。
【００３０】  Ｃｏ粒子の平均粒径は、湿式混合前のＣｏ粒子および湿式混合後の成形原料中のＣｏ粒子について、それぞれＥＰＭＡにより面分析を行い、Ｃｏ粒子を特定した後、同一視野をＳＥＭ観察し、画像処理により平均円相当直径を算出することにより求める。５００個以上のＣｏ粒子を測定するのが好ましく、後述の各本発明例においては１０００個のＣｏ粒子を測定し、求めた。
【００３１】  上記のとおり、本発明の超硬合金および回転切削工具を作製する際、Ｐａｖ値を制御するためには板状のＣｏ鱗片粒子が無い混合原料を用いることが必要である。上記の湿式混合条件を満たすことでＣｏ鱗片粒子の発生を抑制することが可能となる。ここで、Ｃｏ鱗片粒子とは、Ｃｏ粒子が湿式混合工程で塑性変形し、板状のＣｏ粒子に変形し、板状の形態であるＣｏ粒子をいう。
本発明の製造方法では、湿式混合後の成形原料中にＣｏ鱗片粒子を含まないことが必要である。Ｃｏ鱗片粒子の最大直径Ｒは１０μｍ以上であり、かつ、Ｃｏ鱗片粒子の厚みＴは０．５Ｒ以下（Ｔは０を含まない。）である。実用上、Ｒは１０〜２００μｍであり、Ｔは０．５Ｒ〜０．００２Ｒである。Ｒが０．１〜９μｍであるか、Ｔが０．５Ｒを超える場合は、耐欠損性および耐折損性の低下が抑制され、実用性に富む。
後述の図３〜図６に示す様に、乾燥後の混合粉末をＥＰＭＡにより面分析を行い、Ｃｏ粒子を特定した後、同一視野をＳＥＭ観察し、Ｃｏ鱗片粒子の有無を測定することが可能である。例えば、乾燥後の混合粉末について、５０μｍ×５０μｍの面積の視野を１視野として、３０００倍の倍率で、１０視野以上を、ＳＥＭにより観察し、Ｃｏ鱗片粒子の有無を測定することが好ましい。後述の本発明例および比較例においてはそれぞれ２０視野の観察を行った。湿式混合処理後の混合原料中に、Ｃｏ鱗片粒子が存在するとき、Ｃｏの均一分散性が顕著に低下し、もって超硬合金及び回転切削工具の性能が大きく低下してしまうことがわかった。
【００３２】（Ｂ）乾燥、造粒工程
湿式混合処理後のスラリーを乾燥したものを成形原料としてもよい。また、成形性を向上するために、湿式混合処理後のスラリーを、スプレードライヤーにより乾燥および造粒することが好ましい。この造粒した成形原料により、高速成形化、成形体密度の均一化および高密度化、成形体寸法のばらつき低減等を実現することができる。
【００３３】（Ｃ）焼結工程
焼結工程でＣｏが完全に液相となる焼結温度域で一定時間保持し、その後、室温までの冷却を行うことなく、Ｃｏが一部液相である温度域でＨＩＰ処理を一定時間行うことが、Ｐａｖ値を制御するために好ましい。このために、焼結とＨＩＰ処理を同一焼結炉で行うことが好ましい。
焼結温度は、Ｃｏ含有量により調節する必要があるが、１３２０〜１４５０℃の焼結温度が適切である。
ＨＩＰ処理は、焼結温度よりも低い温度で行うことが好ましい。焼結温度から５０〜１００℃低い温度に設定し、アルゴン雰囲気中でＨＩＰ処理を行うことが超硬合金中にＣｏを均一に分散分布させるために好ましい。この場合、アルゴンガス導入のタイミングや圧力等を最適な条件に調整する。
さらに、焼結温度からＨＩＰ処理を行う温度への冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以上で冷却することによりＷＣ粒子の異常粒成長を抑制できる。超硬合金中のＷＣ粒子中のＷはＣｏへの溶解、析出により粒成長が起きる。Ｃｏが一部液相である温度域ではＷの析出が主に発生するため、冷却速度を制御することによりＷＣ粒子の異常粒成長を抑制できる。異常粒成長したＷＣ粒子はＷＣ粒子が局所的に凝集した箇所と同様にＣｏが均一に分散していないと見なすことができる。つまり、焼結温度からＨＩＰ処理を行う温度への冷却速度を１０℃／ｍｉｎ以上で冷却することが超硬合金中にＣｏを均一に分散分布させるために好ましい。
また、本発明の回転切削工具において、Ｐａｖ値と刃先が欠損するまでの切削距離との間に密接な関係があることに加え、さらに突発的な折損の発生率にも密接な関係があることがわかった。
【実施例】
【００３４】  以下、本発明を下記の実施例により詳細に説明するが、それらにより本発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００３５】＜Ｃｏ含有量、Ｃｏ微粒化速度、スラリー固形分比の検討＞
超硬合金用原料として、平均粒径が０．４μｍのＷＣ粉末、平均粒径が１．２μｍのＣｏ粉末、平均粒径が０．５〜１．５μｍの範囲にあるＣｒおよびＶの化合物粉末を用いて、後述の表１中に記載の本発明例１〜１４、２１および２２並びに比較例１５〜１８の各組成に配合した。各配合後の粉末を、それぞれ後述の表１中に記載の湿式混合の総時間Ｔ（時間）をかけて、アルコール中で湿式混合した。湿式混合装置としてボールミルを使用し、湿式混合時におけるスラリー固形分比Ｓは６０〜８０％とした。湿式混合時に更に成形用バインダー（成型用ワックス）を、超硬合金用原料の総質量に対し１．０質量％相当量を添加した。こうして得られた湿式混合後のスラリーをスプレードライヤーで乾燥し、造粒した。
乾燥後の混合原料中のＣｏ微粒化速度を求め、およびＣｏ鱗片粒子の有無を測定した。【００３６】  次に、前記の造粒原料により、押出成形機にて焼結後の直径が４．２ｍｍとなるように長尺成形体を成形した。
これらの長尺成形体を脱脂の後、１０Ｐａの真空雰囲気中、１３２０〜１４５０℃の範囲内の各焼結温度に６０分間保持後、２０℃／ｍｉｎで冷却し、各焼結温度から５０〜１００℃低い温度において、アルゴン雰囲気中でＨＩＰ処理を３０分間行った後に冷却した。
上記の工程によって本発明例１から１４の長尺丸棒状の超硬合金素材（以下、丸棒という。）を作製した。表１に、各試料の湿式混合に供する原料粉末の配合組成（焼結体組成）、湿式混合の総時間Ｔ、Ｃｏ微粒化速度、Ｃｏ鱗片粒子の有無、焼結温度Ｔ１、ＨＩＰ処理の温度Ｔ２、温度差（Ｔ１−Ｔ２）およびＰａｖ値を示す。ここで、焼結後の各例の超硬合金の組成は、不可避的不純物を除外して、ＷＣ＋Ｃｏ＋Ｃｒ＋Ｖ＝１００質量％とした場合、配合組成は実質的に超硬合金の焼結体組成であったので、表１中に配合組成（焼結体組成）と記載した。
後述のとおり、本発明例１〜１４、２１および２２並びに比較例１５〜１８において、採用した焼結温度Ｔ１およびＨＩＰ処理温度Ｔ２の条件は、各組成に対応した最適条件である。また、以降において単に（％）と表示した場合は（質量％）を意味するものとする。【００３７】
【表１】
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【００３８】  図１は、本発明例３の超硬合金の研磨面を、ＥＰＭＡによりＣｏについて分析し、得られたＣｏ濃度の度数分布を表示している。本発明例３のＰ値は、図１に示された度数分布表示において、Ｃｏ濃度の最小値から測定データ数の５％までのＣｏ濃度を平均した値であり、Ｐ値は、９．２％であった。
図２はＣｏ濃度の最小値からＸ％までの測定データ数を用いて、算出したＰ値とＸ値との関係をプロットし、その曲線の傾きを示す微分値をＸ値との関係で図示したものである。例えば、Ｃｏ濃度の最小値から測定データ全数の５％までデータ数を用いた場合、横軸のＸ値が５％となる。本発明において、Ｃｏの低濃度領域がミクロ組織中に多数存在しないことが特に重要である。そのため、Ｘ値はなるべく小さく取る方が好ましい。しかし、一方、Ｐ値のバラツキを抑えるため、Ｘ値によりＰ値の変化が少ない方が好ましい。そこで、図２を見ると、Ｘ値が５％以上で微分値の変化量が少なくなった。よって本発明では、この対象データ数が、全データ数の割合で５％としたときの平均濃度を用いるものとした。【００３９】  図３に、本発明例５の湿式混合処理の初期段階における混合粉末をＳＥＭにより撮影した写真を示す。
図４に、本発明例５の湿式混合処理の中間段階における混合粉末をＳＥＭにより撮影した写真を示す。
図５に、本発明例５の湿式混合処理後の混合粉末をＳＥＭにより撮影した写真を示す。
図４より、本発明に係る湿式混合処理の中間段階ではＣｏ鱗片粒子が生成していることがわかる。しかし、本発明に係る湿式混合処理においては、一旦生成したＣｏ鱗片粒子が湿式混合処理の進行とともに破壊されるから、本発明に係る湿式混合処理後の混合原料中にはＣｏ鱗片粒子は含まれないことがわかった（図５を参照）。【００４０】  得られた丸棒を加工して、直径４．０×長さ５０ｍｍの当該丸棒から外径１ｍｍ、首下長２ｍｍ、２枚刃のエンドミルを作製した。このエンドミルを用いて下記の試験条件１にて切削加工を実施し、刃先の先端部における最大逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至るまでの切削距離を測定し工具寿命とした。ただし、５ｍごとに刃先の状態を実体顕微鏡により観察し、刃先の先端部における最大逃げ面摩耗幅が０．１５ｍｍに至る以前に刃先に欠損が生じた場合は欠損が生じた時点での切削距離を工具寿命とした。使用した被削材は、ダイス鋼（ＨＲＣ５０、ＤＡＣ５５）である。表２に評価結果をＰａｖ値と併せて記す。【００４１】（試験条件１）
加工方法：湿式（水溶性切削油使用）高速溝加工
被削材：ダイス鋼（ＨＲＣ５０、ＤＡＣ５５）
回転数：２１，６００回転／ｍｉｎ
送り量：６９９ｍｍ／ｍｉｎ
切り込み：０．０５ｍｍ【００４２】
【表２】
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【００４３】  本発明例１〜１４、２１および２２は何れも成形原料中にＣｏ鱗片粒子は無く、焼結体のＰａｖ値は０．７５≦Ｐａｖ＜１．００の範囲であり、焼結体中にＣｏ粒子が均一に分散したものであることにより、２０ｍ切削後の刃先に欠損はなく、良好な結果を示した。
２０ｍ以降も工具寿命を測定するために切削を行ったところ、特に、本発明例の中でも、本発明例５のＰａｖ値は、０．９３０と最も高い値を示し、工具寿命が最も長く優れていた。また、２０ｍを超える長い切削距離でも刃先の欠損は見られなかった。これは、超硬合金中のＣｏが特に均一に分散分布したためである。
本発明例６は、本発明例５と同じ焼結体組成であるが、Ｃｏ微粒化速度が本発明例５より遅いため、Ｐａｖ値は０．８４２となり、工具寿命は本発明例５よりも劣る結果となった。【００４４】  本発明例１〜４は、Ｐａｖ値に顕著な影響を及ぼすＣｏ微粒化速度の影響を見た場合である。Ｃｏ含有量、スラリー固形分比Ｓと焼結温度Ｔ１は同じ条件とした。この場合、Ｐａｖ値は、Ｃｏ微粒化速度の減少に伴って大きくなる傾向を示した。この理由は、本発明に係る湿式混合処理の場合は、特定範囲のＣｏ微粒化速度を採用したことによって、一旦生成したＣｏ鱗片粒子が破壊され、消滅する。従って、得られた混合原料を用いて成形し、焼結してなる本発明の超硬合金のミクロ組織においては、Ｃｏが均一に分散分布し、ＣｏがＷＣ粒子間の細部にまで均一に分散したことによるものである。【００４５】  本発明例７〜１４、２１および２２は、Ｐａｖ値に顕著な影響を及ぼすＣｏ微粒化速度並びに副次的な影響を及ぼすＣｏ含有量およびスラリー固形分比Ｓの影響を見た場合である。ここで、焼結温度Ｔ１、ＨＩＰ処理温度Ｔ２は、Ｃｏ含有量によって適正な条件とした。そのため、焼結温度Ｔ１は１３２０℃〜１４５０℃の範囲内で、Ｃｏ含有量に合わせて適正な処理条件とした。またＨＩＰ処理温度Ｔ２は、焼結温度Ｔ１よりも６０℃または５０℃低い条件に設定した。
本発明例７〜１４のＰａｖ値は、０．８１７〜０．８４８の範囲で略同様な値を示した。そして本発明が目標とする性能である、工具寿命が２０ｍ以上の性能を満足することができた。本発明例７、８でＰａｖ値に対して相対的に長寿命を示したが、最終的に刃先の欠損が起きた。この理由は、Ｃｏ含有量が比較的少ないためと推測される。
Ｃｏ含有量が本発明例１〜１４より顕著に少ない本発明例２１および２２においてもＰａｖ値が高く、実用に耐える工具寿命を有することがわかった。【００４６】  一方、比較例１５〜１８は何れも、Ｃｏ微粒化速度が本発明の製造方法に係る｛１．０／２０（μｍ／時間）｝より大きく、成形原料中にＣｏ鱗片粒子が存在し、Ｐａｖ値が０．７５未満となり、工具寿命が短く、切削距離１５ｍの段階で刃先に欠損が生じた。
【実施例２】
【００４７】  本発明例１〜５および７について、実施例１における本発明例１〜５および７とそれぞれ同様にして焼結後の直径が８．３ｍｍになるようにした以外は、それらと同様にして焼結までを行った。こうして得られた丸棒を加工し、直径８．０ｍｍ×長さ５０ｍｍの当該丸棒から食い付き山数５、ねじ部の長さ２２ｍｍ、Ｍ８×Ｐ１．２５のストレートタップを作製した。
比較例１５〜１８については、実施例１における比較例１５〜１８とそれぞれ同様にして、焼結後の直径が８．３ｍｍになるようにした以外はそれらと同様にして焼結までを行った。こうして得られた丸棒を加工し、直径８．０ｍｍ×長さ５０ｍｍの丸棒から食い付き山数５、ねじ部の長さ２２ｍｍ、Ｍ８×Ｐ１．２５のストレートタップを作製した。
前記各タップを用いて下記の試験条件２にて切削加工を実施し、５穴加工ごとに５箇所全ての食い付き刃の先端を観察し、刃先に欠損が生じるまでの加工ねじ穴数を測定した。ただし、刀先に欠損が生じる以前にタップが折損した場合は折損するまでの加工ねじ穴数を測定した。使用した被削材は、合金工具鋼（ＨＲＣ５０、ＳＫＤ６１）である。表３に評価結果をＰａｖ値と併せて記す。【００４８】（試験条件２）
加工方法：湿式（水溶性切削油使用）ねじ加工
被削材：合金工具鋼（ＨＲＣ５０、ＳＫＤ６１）
回転数：１２回転／ｍｉｎ
主軸送り量：１５０ｍｍ／ｍｉｎ
切削速度：３ｍ／ｍｉｎ
タップ深さ：１６ｍｍ
下穴径：６．９ｍｍ【００４９】
【表３】
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【００５０】  本発明例１〜５、７の各タップは何れも０．７５≦Ｐａｖ＜１．００の範囲内にあることから、良好な結果を示した。特に、Ｐａｖ値が最も高い本発明例５のタップは加工ねじ穴数が最も多くなり優れていた。  なお、本発明例７のタップでは、最終的に刃先の欠損が起きた。この理由は、Ｃｏ量が比較的少ないためと推測される。【００５１】  一方、比較例１５〜１８では、Ｐａｖ値が０．７５未満となり、タップとしての工具寿命が短くなった。【００５２】  上記のとおり、本発明の回転切削工具は、長寿命で折損、欠損が発生しにくいものであり、きわめて実用性に富むことがわかる。
【実施例３】
【００５３】＜他の湿式混合装置の検討＞
本発明例３１として、後述の表４に示すとおり、湿式混合処理装置としてアトライターを使用し、湿式混合条件を経験則に基づき適宜設定し、湿式混合時間を表４の条件とした以外は、本発明例５と同様にして、超硬合金素材および２枚刃のエンドミルを作製し、試験条件１により切削寿命の評価を行った。
この評価結果から、本発明例３１のエンドミルは、Ｐａｖ値が０．８９９（表４を参照）であり、切削寿命は５０．１ｍとなり、良好であった。【００５４】（従来例３２）
＜特許文献３のトレース実験＞
特許文献３に記載されている「炭素粉末を溶かしたメタノール」の添加は行わず、また、特許文献３に記載されていない湿式混合条件は本発明例５と同一条件とする湿式混合条件を採用し、特許文献３の表１中、試料番号２のトレース実験を行った。
このような湿式混合条件とした以外は、本発明例５と同様にして、従来例３２の超硬合金素材を作製した。
この従来例３２の合金素材から測定したＰａｖ値は０．７２８（表４を参照）であった。【００５５】（従来例３３）
＜特許文献４のトレース実験＞
特許文献４の表１中、試料Ｎｏ．２−２のトレース実験を行った。ただし、混合原料は本発明例５と同様のものを使用した。湿式混合装置として、本発明例３１で使用したアトライタと同一のアトライタと市販のビーズミルとを接続したものを使用した。また湿式混合条件として、本発明例５の条件で３時間湿式混合後、これに続いて特許文献３の記載に準じたビーズミルの条件で３時間湿式混合する条件を採用した。湿式混合処理以外は本発明例５と同様にして従来例３３の超硬合金素材を作製した。
この従来例３３の合金素材から測定したＰａｖ値は０．７１３（表４を参照）であった。【００５６】
【表４】
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【産業上の利用可能性】
【００５７】  本発明による超硬合金および回転切削工具は、金属、非鉄金属加工用、非金属加工用のエンドミル、タップまたはドリルなどとして好適である。
また本発明による超硬合金は非回転切削型の工具基体（旋盤加工のバイト用等）としても有用である。
【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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