(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＷＣ基超硬合金部材同士が接合部を介して接合されている複合部材であって、
（ａ）前記ＷＣ基超硬合金部材は、少なくとも、ＷＣ粒子と該ＷＣ粒子の間隙を埋めるＣｏ成分を主体とする結合相からなり、
（ｂ）前記接合部は、Ｔｉを５０原子％以上含有し、残部は、少なくとも、Ｗ、Ｃ、Ｃｏを含有する成分組成を有し、
（ｃ）前記ＷＣ基超硬合金部材において、接合部とＷＣ基超硬合金部材の界面近傍には、結合相組成が、Ｗ：５〜２０原子％、Ｃ：５〜２０原子％、残部が６０〜９０原子％のＣｏおよび不可避不純物からなり、０．２〜５．０μｍの平均幅を有する改質層が存在しており、かつ、改質層より超硬合金部材内部側では結合相組成がＷ：５原子％未満、Ｃ：５原子％未満、残部Ｃｏおよび不可避不純物であることを特徴とする複合部材。  
【請求項２】
前記接合部の厚さが、２〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の複合部材。
【請求項３】
請求項１または２に記載の複合部材から構成されていることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合部の接合強度に優れた複合部材及び切削工具に関し、特に、ＷＣ基超硬合金とＷＣ基超硬合金とを接合した複合部材、さらには、この複合部材からなる切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、工具材料としては、ＷＣ基超硬合金、ＴｉＣＮ基サーメット、ｃＢＮ焼結体等が良く知られているが、近年、工具材料を単一素材から形成するのではなく複合部材として工具材料を形成することが提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、サーメット焼結体を第１の被接合材１とし、ｃＢＮ焼結体またはダイヤモンド焼結体を第２の被接合材３とする接合体であって、第１の被接合材および第２の被接合材の間に１０００℃未満では液相を生成しない接合材２（例えば、Ｔｉ、Ｃｏ、Ｎｉ）を介して接合し、該接合は０．１ＭＰａ〜２００ＭＰａの圧力で加圧しながら通電加熱することによって行うことが提案されており、これによって得られた接合体は、切削中に、ロウ材が液相を生成する温度を超える高温となっても、接合層の接合強度が低下することがないため、高速切削加工工具やＣＶＤコーティング切削工具として好適であるとされている。
【０００４】
また、特許文献２には、超硬合金焼結体を第１の被接合材１とし、ｃＢＮ焼結体を第２の被接合材２とする接合体において、第１の被接合材および第２の被接合材の間にはチタン（Ｔｉ）を含有する接合材３を介して、少なくとも、第２の被接合材の背面と底面からなる２面で接合し、第２の被接合材と接合材との界面には、厚み１０〜３００ｎｍの窒化チタン（ＴｉＮ）化合物層を形成し、また、背面の接合層の厚みを、底面の接合層の厚みよりも薄くすることによって、接合強度が高い切削工具等の接合体を得ることが提案されている。
【０００５】
さらに、特許文献３には、ｃＢＮを２０〜１００質量％含むｃＢＮ焼結体と、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷの炭化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体から成る群より選択された少なくとも１種からなる硬質相：５０〜９７質量％と、残部として、Ｃｏ、ＮｉおよびＦｅから成る群より選択された少なくとも１種を主成分とする結合相：３〜５０質量％とからなる硬質合金との複合体において、ｃＢＮ焼結体と硬質合金との間に接合層を設け、該接合層をセラミックス相と金属相とから構成し、さらに、該接合層の厚さを２〜３０μｍとすることによって、複合体の接合強度を高めることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２４１２３６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１１１８７号公報
【特許文献３】特開２０１４−１３１８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前記特許文献１〜３で提案された複合材料あるいはこれからなる切削工具は、通常条件の切削加工では、ある程度の性能を発揮するが、例えば、切れ刃に高負荷が作用する高送り、高切り込みの重切削条件では、接合強度が未だ十分であるとはいえず、接合部からの破損が発生する恐れがあった。
そこで、切れ刃に高負荷が作用する重切削条件においても、接合部からの破断が生じないような、より高い接合部の接合強度を有する複合部材およびこれからなる切削工具が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、前記従来の複合部材およびこれからなる切削工具の問題点を解決すべく、ＷＣ基超硬合金とＷＣ基超硬合金からなる複合部材およびこの複合材からなる切削工具、例えば、超高圧高温焼結時にｃＢＮ焼結体の焼結と同時にＷＣ基超硬合金（裏打ち材）を接合した複合焼結体からなる切刃部とＷＣ基超硬合金工具基体（台金）とを接合部材を介して接合した切削工具において、その接合部の接合強度を改善する方策について鋭意研究した結果、
一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材を、Ｔｉを主体とする接合部材を介して接合し、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材とが接合部によって接合された複合部材において、ＷＣ基超硬合金部材の、接合部とＷＣ基超硬合金部材の界面近傍（以下、ＷＣ基超硬合金部材界面近傍と呼ぶ）に所定の層厚の改質層を形成し、かつ改質層の結合相中に含有される成分の組成を適正範囲に維持した場合に、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との密着強度、接合強度を向上させることができ、その結果、接合強度に優れた複合部材を得られることを見出した。
【０００９】
そして、切削工具用の材料として、前記複合部材を用いた場合には、切れ刃に高負荷が作用する鋼や鋳鉄の重切削加工に供した場合であっても、接合部からの破断が発生することもなく、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮することができることを見出したのである。
【００１０】
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基超硬合金部材同士が接合部を介して接合されている複合部材であって、
（ａ）前記ＷＣ基超硬合金部材は、少なくとも、ＷＣ粒子と該ＷＣ粒子の間隙を埋めるＣｏ成分を主体とする結合相からなり、
（ｂ）前記接合部は、Ｔｉを５０原子％以上含有し、残部は、少なくとも、Ｗ、Ｃ、Ｃｏを含有する成分組成を有し、
（ｃ）前記ＷＣ基超硬合金部材において、接合部とＷＣ基超硬合金部材の界面近傍には、結合相組成が、Ｗ：５〜２０原子％、Ｃ：５〜２０原子％、残部が６０〜９０原子％のＣｏおよび不可避不純物からなり、０．２〜５．０μｍの平均幅を有する改質層が存在しており、かつ、改質層より超硬合金部材内部側では結合相組成がＷ：５原子％未満、Ｃ：５原子％未満、残部Ｃｏおよび不可避不純物であることを特徴とする複合部材。
（２）前記接合部の厚さが、２〜１００μｍであることを特徴とする（１）に記載の複合部材。
（３）前記（１）または（２）に記載の複合部材から構成されていることを特徴とする切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１１】
以下に、本発明について、詳細に説明する。
【００１２】
図１に示すように、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材との間に接合部材（Ｔｉを８５原子％以上含有する純Ｔｉ箔、Ｔｉ合金箔等）を配置し（図１（ａ）参照）、接合部材を介して一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材とを突き合わせ、所定の加圧力を付加した状態で、所定の温度、時間をかけて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部材とを固相拡散接合する（図１（ｂ）参照）ことにより、ＷＣ基超硬合金部材同士が接合部を介して接合された本発明の複合部材を作製することができる（図１（ｃ）参照）。  
【００１３】
図２は、図１（ｃ）の拡大模式図を示すが、図２において、接合部に隣接した一方のＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中には、ＷＣ粒子を構成するＷおよびＣが結合相であるＣｏ中に拡散した改質層が形成される。また、接合部に隣接した他方のＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中にも、同様に、ＷおよびＣが拡散した改質層が形成される。
また、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材との間に介在させた接合部材は、固相拡散接合によって、ＷＣ基超硬合金部材からその成分であるＷ、Ｃ、Ｃｏが拡散してくるため、Ｔｉ含有量が５０原子％以上、残部は、少なくとも、Ｗ、Ｃ、Ｃｏを含有する接合部として形成されることになる。
前記の改質層、接合部を形成するに好適なＷＣ基超硬合金の配合成分組成は、Ｃｏ：５〜１５質量％、残部ＷＣからなるＷＣ基超硬合金であるが、必要に応じて、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＶＣ及びＣｒ３Ｃ２のうちから選ばれる一種または二種以上の成分を、合計含有量で３質量％以下含有することができる。
【００１４】
本発明で採用する固相拡散接合とは、次のような接合手段である。
即ち、接合部材を介してＷＣ基超硬合金部材とＷＣ基超硬合金部材とを突き合わせ、所定の加圧力を付加した状態で、所定の温度、時間保持することにより、接合部材とＷＣ基超硬合金成分を反応させ合金を形成させる。この際、接合層を構成する各層の組成、層厚を適切に制御することにより優れた強度を有する接合とすることができる。
なお、接合部材を用いたＷＣ基超硬合金部材同士の固相拡散接合に際しては、接合部材自身の融点が比較的高温（１２００℃以上）であること、１０００℃以下でＷＣ基超硬合金と反応すること、反応で生じる脆性相が接合界面の強度を低下させないよう反応を制御することが可能なこと、ＷＣ基超硬合金と接合部材の相互拡散において、拡散速度が不均衡となることにより生じるカーケンダルボイドが発生しにくいこと等の条件が求められる。
本発明では、このような要求に適う接合部材として、純Ｔｉ箔あるいはＴｉ含有量が８５原子％以上であるＴｉ合金箔を使用した。
【００１５】
本発明は、複合部材の作製にあたり、ＷＣ基超硬合金部材と接合部材とを固相拡散接合させることから、最終的に形成された複合部材の接合部には、接合部材とは異なる成分組成の接合部が形成され、また、接合部に隣接したＷＣ基超硬合金部材においても、ＷＣ粒子を構成するＷおよびＣが結合相であるＣｏ中へ拡散することから、接合前のＷＣ基超硬合金の結合相とは異なる組成の改質層が形成される。
そして、接合部材とは異なる成分組成の接合部の形成、および、接合前のＷＣ基超硬合金の結合相とは異なる組成の改質層の形成によって、剥離の起点やクラックの伝播経路となり得る改質層が強化され、その結果、接合部付近からの剥離を生じにくいすぐれた強度を有する複合部材を作製することができる。  
【００１６】
なお、ＷＣ基超硬合金部材と接合部材とを固相拡散接合させるに先立って、接合部材に対向配置するＷＣ基超硬合金部材の表面に対して、予め、ブラスト処理を施し、歪を導入しておくことが望ましい。予め歪が導入されることによって、固相拡散接合時に、ＷＣとＣｏの歪が緩和され、その結果、ＷＣ、ＣｏとＴｉとの反応が促進され、固相拡散接合温度を低温とした場合でも、均一な反応が実現される。
【００１７】
図３として、本発明の複合部材におけるＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面近傍のＳＥＭ像を示し、また、図４として、界面近傍の模式図を示す。
本発明では、図３、図４に示すように接合部に隣接したＷＣ基超硬合金部材において、ＷＣ基超硬合金部材の結合相中に、ＷＣ粒子を構成する成分であるＷおよびＣが拡散した改質層を形成する。
本発明では、ＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中において、ＷＣ粒子から拡散したＷおよびＣの含有量が、各々５原子％以上、２０原子％以下である領域を改質層とするが、改質層の平均幅が０．２μｍ未満では、ＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中へのＷおよびＣの拡散が十分ではないため、改質効果が発揮されず、改質層が破壊の起点となりやすくなる。
一方、改質層の平均幅が５．０μｍを超えると、形成された改質層に脆性が現れ、ＷＣ基超硬合金部材内部へ破壊が伝播しやすくなる。
したがって、本発明では、前記改質層の平均幅を０．２〜５．０μｍと定めた。
【００１８】
改質層における結合相中のＷおよびＣ含有量は、前述のとおり５原子％以上２０原子％以下の領域であるとしたが、これは、改質層におけるＷ含有量が５原子％未満もしくはＣ含有量が５％未満では、結合相の改質効果が不十分なことから、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との間で界面剥離を生じやすいからであり、一方、改質層におけるＷ含有量もしくはＣ含有量が２０質量％を超えると脆弱な遊離Ｃ相もしくはη相が多量に析出し、改質層内部での破壊が発生しやすくなるため、改質層の結合相におけるＷおよびＣの含有量は５〜２０原子％とする。
そして、ＷＣ基超硬合金部材の結合相を構成する主体はＣｏであるから、前記改質層の結合相組成は、Ｗ：５〜２０原子％、Ｃ：５〜２０原子％、残部が６０〜９０原子％のＣｏおよび不可避不純物となる。
【００１９】
改質層より超硬合金部材内部側では、結合相組成がＷ：５原子％未満、Ｃ：５原子％未満、残部Ｃｏおよび不可避不純物であるとしたが、これは、改質層の平均幅上限の５．０μｍを超えた超硬合金内部にＷもしくはＣを５原子％以上含有する結合相が存在すると、遊離Ｃ相やη相が出現し、超硬合金部材全体の強度が低下するため、改質層より超硬合金部材内部側の結合相組成はＷ：５原子％未満、Ｃ：５原子％未満、残部Ｃｏおよび不可避不純物とした。
【００２０】
本発明における前記改質層の平均幅は、例えば、次のようにして求めることができる。
図３、図４に示すように、まず、走査型電子顕微鏡およびオージェ電子分光装置を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との境界近傍を縦断面観察し、ＷＣ基超硬合金部材側からみて、ＷＣ結晶粒が観察される臨界位置をＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面と定め、界面を始点とし、界面からＷＣ基超硬合金部材の内側方向に、界面と垂直に、２０μｍの長さの線測定を行う。この線測定は、各線の間隔を１μｍとして、合計１０本の線測定を行う。線測定の結果から結合相中に含有されるＷ量、Ｃ量、Ｃｏ量を求め、結合相中にＷおよびＣを５原子％以上含有する点のうち、界面からＷＣ基超硬合金部材の最も内側の点までの距離を各線における改質領域と定め、１０本の線測定のうち、改質領域の広い３本の改質領域幅を平均することにより、改質層の平均幅を求めることができる。
【００２１】
また、本発明の前記改質層におけるＷ、Ｃ、Ｃｏの含有量も、例えば、次のようにして求めることができる。
まず、走査型電子顕微鏡を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との境界近傍を縦断面観察し、前記界面に平行な３本の直線を、前記で求めた改質層の幅方向を４等分するように引く。前記３本の直線上に存在する結合相を各直線上で３箇所、合計９箇所選び、オージェ電子分光装置を用いて、前記９箇所で点測定を行い、９点の測定値を平均化することによって、Ｗ、Ｃ、Ｃｏの含有量を求めることができる。
【００２２】
本発明の複合部材では、純Ｔｉ箔あるいは８５原子％以上のＴｉ合金箔からなる接合部材を用い、固相拡散接合することによって接合部を形成するが、接合部の組成は、Ｔｉを５０原子％以上含有し、残部は、少なくとも、Ｗ、Ｃ、Ｃｏを含有する組成とする。
接合部には、ＷＣ基超硬合金部材の成分であるＷ、Ｃ、Ｃｏが拡散してくるため、接合部の組成は接合部材の組成からは変化するが、接合部のＴｉ含有量が５０原子％未満になると、接合部自体が脆化傾向を示すため、接合部のＴｉ含有量は５０原子％以上とすることが必要である。
接合部のＴｉ含有量を５０原子％以上に維持するための手段としては、例えば、厚さ１〜１００μｍの接合部材を用い、０．５〜５ＭＰａの加圧力を付加した状態で、６００〜９００℃の温度範囲に５〜６００分間保持するという条件で固相拡散接合を行うことによって、接合部のＴｉ含有量を５０原子％以上とすることができる。
本発明の複合部材では、接合部の厚さが２μｍ以下では接合部に空隙を生じやすくなることから十分な接合強度を得ることが難しく、１００μｍ以上では金属Ｔｉが厚く残存することにより金属Ｔｉ内で剥離が発生し、十分な接合強度を得ることが難しいため、接合部の厚さは２〜１００μｍの範囲であることが望ましい。
【００２３】
本発明の複合部材は、例えば、以下に示す方法によって作製することができる。
まず、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材の、接合部材に対向するそれぞれの面にブラスト処理を施すことにより歪を導入する前処理を行う。
次いで、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材との間に、接合部材である純Ｔｉ箔あるいは８５原子％以上のＴｉを含有するＴｉ合金箔を挟み込み、これを、真空中、６００〜９００℃の所定温度に５〜６００分間保持し、加圧荷重０．５〜５ＭＰａの条件で加圧し、固相拡散接合することによって、一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材とが接合部を介して接合された複合部材を作製することができる。  
なお、固相拡散接合前に行った前処理は、既に述べたように、固相拡散接合時にＷＣとＣｏの歪が緩和されると同時にＣｏ中へのＷ、Ｃの拡散が促進され、６００〜９００℃という比較的低温条件下でも均一な反応が実現されることを目的とする処理である。
【００２４】
本発明の複合部材は、一方のＷＣ基超硬合金部材を切刃部側とし、他方のＷＣ基超硬合金部材を工具基体とすることにより切削工具を構成することができる。
より具体的にいえば、例えば、複合部材の一方のＷＣ基超硬合金部材を、切刃部側であるｃＢＮ焼結体の裏打ち材とし、また、他方のＷＣ基超硬合金部材を工具基体（台金）とすることにより、ｃＢＮ切削工具を形成することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明は、ＷＣ基超硬合金部材同士（一方のＷＣ基超硬合金部材と他方のＷＣ基超硬合金部材）を、接合部材として純Ｔｉ箔あるいは８５原子％以上のＴｉを含有するＴｉ合金箔を用い、固相拡散接合によって形成した接合部を介して接合した複合部材であって、接合部に隣接するＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中にはＷおよびＣが拡散した改質層が形成され、該改質層の平均幅を所定範囲内にするとともに、該改質層に含有される成分の組成を適正範囲にコントロールすることによって、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との密着強度、接合強度が向上し、その結果、接合強度に優れた複合部材を得ることができるのである。
そして、上記複合部材から構成される切削工具は、切刃に高負荷が作用する重切削加工に供した場合であっても、接合部からの破断を生じることはなく、長期の使用に亘って、すぐれた切削性能を発揮するのである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の複合部材の作製過程を示した模式図であって、（ａ）は、接合前、（ｂ）は固相拡散接合時、（ｃ）は接合後の複合部材を示す。
【図２】図１（ｃ）の拡大模式図を示す。
【図３】本発明の複合部材のＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面近傍の断面ＳＥＭ像を示す。
【図４】本発明の複合部材のＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面近傍の模式図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
つぎに、本発明を実施例に基づき具体的に説明する。なお、以下に説明した実施例は、本発明の一実施態様であって、本発明の具体的な実施の形態は、これに制限されるものではない。
【実施例】
【００２８】
原料粉末として、いずれも０．５〜１μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＶＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末およびＣｏ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、１００ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を６Ｐａの真空中、温度１４００℃、保持時間１時間の条件で焼結し、表１に示される４種のＷＣ基超硬合金焼結体（以下、単に「超硬合金」と云う）Ａ−１〜Ａ−４を形成した。
【００２９】
【表１】
0006757519.tif 000002
【００３０】
次に、ｃＢＮ焼結体の原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、ＴｉＢ２粉末、ＴｉＣ粉末、ＡｌＮ粉末、Ａｌ２Ｏ３粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成で配合し、ボールミルで２４時間アセトンを用いて湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で直径１５ｍｍ×厚さ１ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形した。
ついで、前記超硬合金Ａ−１〜Ａ−４を、直径１５ｍｍ×厚さ２ｍｍのサイズの焼結体とし、これを、ｃＢＮ焼結体の焼結時の裏打ち材とし、裏打ち材上に前記ｃＢＮ圧粉体を表２に示す組合せで積層し、ついでこの積層体を、超高圧発生装置を用いて、温度：１３００℃、圧力：５．５ＧＰａ、時間：３０分の条件で焼結し、複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４を作製した。
複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４のｃＢＮ焼結体の組成について、ｃＢＮ焼結体断面研磨面のＳＥＭ観察結果の画像分析によりｃＢＮの面積％を容量％として求めた。
ｃＢＮ以外の成分については、主結合相およびその他の結合相を構成している成分を確認するに止めた。その結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
0006757519.tif 000003
【００３２】
次に、表３に示される純Ｔｉ箔あるいはＴｉ合金箔を接合部材として用意した。
【００３３】
次いで、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に、表３に示される接合部材を挿入介在させ、表４に示す条件（即ち、１〜１００μｍの厚さの純Ｔｉ箔あるいは８５原子％以上のＴｉを含有するＴｉ合金箔を接合部材とし、１×１０−３Ｐａ以下の真空中、６００〜９００℃の範囲内の所定温度に５〜６００分間保持し、０．５〜５ＭＰａの加圧力を付加した条件）で複合焼結体と超硬合金を加圧接合し、表６に示す本発明複合部材１〜１０を作製した。なお、複合焼結体はｃＢＮ焼結体が外面、裏打ち材が内面となるよう、即ち裏打ち材であるＷＣ基超硬合金と工具基体（台金）であるＷＣ基超硬合金が接合部材を介し接合するように配置した。
【００３４】
比較のために、表３に示される接合部材を用い、これを、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に介在装入し、表５に示す条件で、複合焼結体と超硬合金を加圧接合し、表８に示す比較例複合部材１〜１０を作製した。複合焼結体の接合配置は本発明複合部材と同様とした。
【００３５】
【表３】
0006757519.tif 000004
【００３６】
【表４】
0006757519.tif 000005
【００３７】
【表５】
0006757519.tif 000006
【００３８】
高温せん断強度測定試験：
上記で作製した本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０について、接合部の強度を測定するためにせん断強度測定試験を行った。
試験に使用する試験片は、上記で作製した本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０から、複合焼結体：１．５ｍｍ（Ｗ）×１．５ｍｍ（Ｌ）×０．７５ｍｍ（Ｈ）、ＷＣ基超硬合金基体（台金）：１．５ｍｍ（Ｗ）×４．５ｍｍ（Ｌ）×１．５ｍｍ（Ｈ）のサイズとなるように切り出してせん断強度測定用試験片とした。
試験片の上下面をクランプで把持固定し、１辺が１．５ｍｍの超硬合金からなる角柱状の押圧片を用い、雰囲気温度を６００℃として、試験片の上面略中心付近に荷重を加え、試験片が破断する荷重を測定した。
表６、表８に、測定されたせん断強度の値を示す。
【００３９】
また、本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０について、ＷＣ基超硬合金部材界面近傍の結合相中に、ＷＣ粒子を構成する成分であるＷおよびＣが拡散した改質層の平均幅を、走査型電子顕微鏡及びオージェ電子分光装置を用いて、次のように測定・算出した。
まず、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との境界近傍を縦断面観察し、ＷＣ基超硬合金部材側からみて、ＷＣ結晶粒が観察される臨界位置をＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面と定めた。
ついで、界面からＷＣ基超硬合金部材の内側へ、界面から垂直な方向へ２０μｍにわたって、１μｍ間隔で１０本の線測定を行い、結合相中に含有されるＷ量、Ｃ量、Ｃｏ量を求めた。
ついで、結合相中にＷおよびＣを５原子％以上含有する点のうち、界面からＷＣ基超硬合金部材の最も内側の点までの距離を各線における改質領域と定め、１０本の線測定のうち、改質領域の広い３本の改質領域幅を平均することにより、改質層の平均幅として求めた。
また、改質層におけるＷ量、Ｃ量、Ｃｏ量については、走査型電子顕微鏡を用いて、ＷＣ基超硬合金部材と接合部との境界近傍を縦断面観察し、前記界面に平行な５本の直線を、前記で求めた改質層の幅方向を４等分するように引き、オージェ電子分光装置を用いて、各直線上に存在する改質層中の結合相上で点測定を行い、測定点９点の値を平均化することによって、Ｗ、Ｃ、Ｃｏの含有量を求めた。
なお、比較例複合工具の一部については改質層が形成されていなかったため、参考としてＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面から１μｍ超硬合金部材内部の箇所の測定を行い、代替値とした。
さらに、参考のために、前記ＷＣ基超硬合金部材と接合部との界面によって画成される接合部の中央部分におけるＴｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃの含有量を、オージェ電子分光装置を用いて測定することによって、これを接合部の組成として求めた。
表６、表８に、工具基体（台金）側改質層の測定結果および接合部の組成、厚さ、ならびにせん断強度を示す。表７、９に複合焼結体側改質層の測定結果を示す。なお、本発明複合部材１〜４、および比較例複合部材１〜４は工具基体（台金）側と複合焼結体側の測定結果が実質的に同一であったため、工具基体側を代表として表に示した。
【００４０】
【表６】
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【００４１】
【表７】
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【００４２】
【表８】
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【００４３】
【表９】
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【００４４】
次に、本発明複合部材１〜１０及び比較例複合部材１〜１０からなる切削工具を作製し、切削加工における破断発生の有無を調査した。
複合部材からなる切削工具は、以下のように作製した。
前記で作製した複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４を、平面形状：開き角８０°の一辺が４ｍｍの二等辺三角形×厚さ：２ｍｍの寸法に切断した。続いて、前記超硬合金Ａ−１〜Ａ−４を、平面形状：１２．７ｍｍの内接円で開き角８０°の菱形×厚さ：４．７６ｍｍの寸法の焼結体とし、この焼結体の上下平行面の内、何れかの面の１角を、研削盤を用いて上記複合焼結体の形状に対応した大きさの切欠きを形成した。この切欠きの底面の面積は２．９６ｍｍ２であり、側面の面積は４．８９ｍｍ２である。次いで、超硬合金Ａ−１〜Ａ−４と複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４の間に、表３に示される接合部材を挿入介在させ、表４に示す条件で複合焼結体とＷＣ基超硬合金を加圧接合し、この複合部材を外周研磨加工後、切刃部分にＲ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことによりＩＳＯ規格・ＣＮＧＡ１２０４０８のインサート形状を有する、本発明切削工具１〜１０を作製した。
なお、複合焼結体はｃＢＮ焼結体が外面、裏打ち材が内面となるよう、即ち、裏打ち材と工具基体（台金）が接合部材を介し接合するように配置した。
また、これら本発明切削工具１〜１０の接合部は表６に示す本発明複合部材１〜１０と実質的に同様であることを確認した。
同様に、前記で作製した複合焼結体Ｂ−１〜Ｂ−４と、前記で作製した超硬合金Ａ−１〜Ａ−４の間に、表３に示す接合部材を挿入介在させ、表５に示す条件で加圧接合し、比較例切削工具１〜１０を作製した。
また、これら比較例切削工具１〜１０の接合部は表８に示す比較例複合部材１〜１０と実質的に同様であることを確認した。
【００４５】
つぎに、前記各種の切削工具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、本発明切削工具１〜１０、比較例切削工具１〜１０について、以下に示す浸炭焼き入れ鋼の乾式高速重切削試験を行い、刃先脱落および破断部の場所を観察した。
被削材：ＪＩＳ・ＳＣＭ４１５（硬さ：５８ＨＲｃ）の丸棒、
切削速度：２６５  ｍ／ｍｉｎ．、
切り込み：０．５  ｍｍ、
送り：０．３５  ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１７分、
（通常の切削速度、送りは、それぞれ、１５０ｍ／ｍｉｎ、０．２ｍｍ／ｒｅｖ．）、
表１０に、切削試験結果を示す。
【００４６】
【表１０】
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【００４７】
表６、表８に示されるせん断強度の値から、本発明複合部材１〜１０は、比較例複合部材１〜１０に比して、すぐれた接合強度を有することが分かる。
また、表１０に示される結果から、本発明複合部材１〜１０によって構成される本発明切削工具１〜１０は、刃先の脱落もなく、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮するのに対して、比較例複合部材１〜１０から構成される比較例切削工具１〜１０は、切削中に接合部から刃先脱落が生じ、早期に工具寿命に至ることが分かる。
【００４８】
なお、本実施例においては、インサートを例にとって具体的に説明したが、本発明は、インサートに限られることなく、ドリル、エンドミルなど切刃部と工具本体との接合部をもつすべての切削工具、ビット等の掘削工具に適用可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の複合部材は、その接合強度が大であり、この複合部材から作製した切削工具は、各種の鋼や鋳鉄などの高速重切削加工等の高負荷切削加工に使用することができ、しかも、長期に亘って安定した切削性能を発揮するものであるから、切削加工装置の高性能化、並びに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できるものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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