(57)【要約】【課題】従来の有芯構造を有するサーメット比較して、鉄族材料との反応性が低く、耐摩耗性、耐欠損性に優れるサーメットを提供することを目的とする。【解決手段】炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））を原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５であり、炭窒化チタン芯部と厚さが１０〜１００ｎｍの複合炭窒化物固溶体周辺部とからなる第１硬質相の粒径ａと、複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相の粒径ｂの粒径比（ｂ／ａ）が、２≦（ｂ／ａ）≦８であるサーメットは、鉄族材料との反応性が低く、耐摩耗性、耐欠損性に優れる。特に鋼の高速切削加工用工具として優れた性能を示す。【特許請求の範囲】
【請求項１】
周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこれら固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる硬質相：７０〜９７重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相：残部とからなるサーメットであって、該硬質相は、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部とからなる第１硬質相と、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相とから構成され、該第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍであり、該第１硬質相の平均粒径をａ、該第２硬質相の平均粒径をｂと表したとき、２≦（ｂ／ａ）≦８であるサーメット。
【請求項２】
前記第１硬質相の平均粒径ａが、０．０５〜１μｍである請求項１に記載のサーメット。
【請求項３】
前記サーメットに含まれるモリブデン量が０．５〜３．５重量％である請求項１または２に記載のサーメット。
【請求項４】
前記サーメットに含まれるニオブ量が１％〜２５重量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項５】
前記サーメットに含まれるニオブに対するタンタルの割合（Ｔａ／Ｎｂ）が原子比で０≦（Ｔａ／Ｎｂ）≦１である請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項６】
前記サーメットに含まれる５ａ族金属全体に占めるニオブの割合（Ｎｂ／５ａ族）が原子比で０．３≦（Ｎｂ／５ａ族）≦１である請求項１〜５のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項７】
前記サーメットは切削工具として用いられる請求項１〜６のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項８】
サーメットの製造方法において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの粉末：３５〜９２重量％と、炭窒化チタンを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％とからなり合計で１００重量％となる平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を準備する混合工程と、（Ｂ）混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で保持する保持工程と、（Ｃ）混合物を１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度にて保持する焼結工程と、（Ｄ）焼結工程を終えた混合物を常温に冷却する冷却工程と、を含むサーメットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
切削工具として用いた場合高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れるサーメットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、芯部が炭窒化チタンからなり、芯部の粒径が３μｍ以上である粒子の芯部面積が全硬質相の３面積％以上、かつ芯部の粒径が２μｍ以上である粒子の芯部面積が全硬質相の１０面積％以上であることを特徴とする有芯構造の硬質相を有するサーメットがある（例えば、特許文献１を参照。）。このサーメットは、耐摩耗性と耐熱衝撃性に極めて優れているものの、芯部が粗粒ゆえに耐欠損性が不足していた。
【０００３】
また、周期律表４ａ族金属の窒化物，炭窒化物からなる単相の芯部粒子と５ａ族およびＷを芯部に多く含む周辺部粒子からなるサーメットがある（例えば、特許文献２を参照）。このサーメットは、芯部の周りに周辺部を有しないため、サーメットの強度が低く、耐欠損性が低いという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７７００８号公報
【特許文献２】
特開平２−１９０４３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の有芯構造を有するサーメットは、従来の切削条件において耐摩耗性と耐熱衝撃性に優れている。しかしながら、近年の高速切削加工の要求が高まり、さらなる切削性能の向上が求められるようになってきた。そこで、本発明は、高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れるサーメットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、サーメットの高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性の改善をはかるべく研究を行った結果、炭窒化チタンの芯部と薄い複合炭窒化物固溶体の周辺部からなる微粒の第１硬質相と複合炭窒化物固溶体からなる粗粒の第２硬質相と鉄族金属を主成分とする結合相とで構成されたサーメットが、鋼の高速切削加工の切削工具として用いた場合、従来のサーメットに比較して耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れることを見出した。
【０００７】
本発明のサーメットは、周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこれら固溶体の中から選ばれた少なくとも１種からなる硬質相：７０〜９７重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相：残部とからなるサーメットであって、該硬質相は、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部とからなる第１硬質相と、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相とから構成され、該第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍであり、該第１硬質相の平均粒径をａ、該第２硬質相の平均粒径をｂと表したとき、２≦（ｂ／ａ）≦８であることを特徴とする。
【０００８】
第１硬質相を走査型電子顕微鏡および／または透過型電子顕微鏡を用いて詳細に観察すると、第１硬質相は炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部からなる有芯構造を有する。芯部をなす炭窒化チタンとして、具体的には、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）を挙げることができる。周辺部をなすチタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体として、具体的には、（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）などが挙げられる。なお、第１硬質相は、化学量論組成または非化学量論組成であり、具体的には、第１硬質相における金属元素の合計に対する非金属元素の合計の割合ｘは、原子比で０．７≦ｘ≦１．０５の範囲内にある。
【０００９】
窒素は鉄との反応性が低いため、炭窒化チタンに含まれる窒素量を増加させると鉄系材料との耐摩耗性を改善させる。炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４未満であれば、耐摩耗性の改善効果が少なく、逆に０．９５を超えると焼結性の低下による強度低下が著しくなる。したがって、０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５とした。
【００１０】
しかしながら、窒素を多く含む炭窒化チタンの芯部は、液相との濡れ性が低いため、巣孔の発生によって強度の低下を引き起こす。そこで、第１硬質相の周辺部の厚さは１０ｎｍ以上としたが、この周辺部は一方で耐摩耗性を低下させるため、１００ｎｍ以下とした方がよい。したがって、第１硬質相の周辺部の厚さを１０〜１００ｎｍとした。
【００１１】
第２硬質相は、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる粒子である。具体的には、（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｔａ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）などが挙げられる。しかし、第２硬質相を粗粒とするためには、５ａ族金属の中では、タンタルよりもニオブのほうが好ましい。これはニオブのほうがタンタルよりも粒成長を促進する効果が高いためである。なお、第２硬質相は、化学量論組成または非化学量論組成であり、具体的には、第２硬質相における金属元素の合計に対する非金属元素の合計の割合ｙは原子比で０．７≦ｙ≦１．０５の範囲内にある。
【００１２】
結合相は、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする。ここで、鉄族金属とは、コバルト、鉄、ニッケルをいう。結合相としては、鉄を主成分とした結合相よりもコバルトおよび／またはニッケルを主成分とした結合相が耐熱性、耐食性、および硬質相とのぬれ性が高いため好ましい。なお、結合相の鉄族金属に硬質相成分が０．１〜２０重量％固溶する場合がある。この発明において鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相とは、鉄族金属または鉄族金属に硬質相成分が０．１〜２０重量％固溶している合金を示す。
【００１３】
第１硬質相、第２硬質相の平均粒径をそれぞれａ，ｂとすると、第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）が２未満では、強度、靭性の低下が見られ、特に工具として用いた場合、刃先が塑性変形しやすくなる。また、（ｂ／ａ）が８を超えると耐摩耗性が低下する。したがって第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）を２≦（ｂ／ａ）≦８の範囲とした。その中でも３≦（ｂ／ａ）≦６が好ましい。このような効果は、例えば特許文献２で見られる金属元素が２種以上固溶した（Ｔａ，Ｗ）Ｃ、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃなどの複合固溶体を原料とするよりも、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），ＷＣ，ＴａＣ，ＮｂＣなどで代表されるような金属元素が１種の化合物を原料として用いると本発明のサーメットを得られやすい。
【００１４】
サーメットへのモリブデン添加は、焼結初期の炭窒化チタンの粒成長を抑制するため極めて有効である。モリブデンをサーメット全体に対して０．５重量％未満の添加では粒成長抑制効果が低く、３．５重量％を超えて添加すると耐摩耗性が低下するため、モリブデン量は、サーメット全体に対して０．５〜３．５重量％が好ましい。また、モリブデンの添加は、第１硬質相の周辺部の形成を容易にするため、サーメットの強度向上においても有効である。
【００１５】
５ａ族金属の中ではタンタル，ニオブが耐熱衝撃性の向上のためにサーメットに添加されるが、焼結初期の複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相の粒成長を促進するためにはタンタルよりもニオブの方が好ましい。したがって、サーメットに含まれるニオブに対するタンタルの割合（Ｔａ／Ｎｂ）は原子比で０≦（Ｔａ／Ｎｂ）≦１が好ましい。なお、５ａ族金属全体に占めるニオブの割合が原子比で０．３未満であると粒成長の促進効果が低くなる。したがって、５ａ族金属全体に占めるニオブの割合（Ｎｂ／５ａ族）は原子比で０．３≦（Ｎｂ／５ａ族）≦１が好ましい。ニオブ量はサーメット全体に対して１重量％未満の添加では粒成長促進効果が低く、２５重量％を超えて添加すると強度が低下するため、１〜２５重量％が好ましい。
【００１６】
第１硬質相の平均粒径が、０．０５μｍ未満であると耐摩耗性が低下し、１μｍを超えると耐欠損性が低下する。したがって、第１硬質相の平均粒径は、０．０５〜１μｍが好ましい。
【００１７】
本発明のサーメットは、耐摩耗性、耐欠損性、耐塑性変形性を生かして、切削工具として用いられると好ましく、その中でも鋼加工用切削工具として用いられるとさらに好ましい。その中でも鋼高速加工用切削工具として用いられると特に好ましい。
【００１８】
本発明のサーメットの製造方法は、サーメットの製造方法において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの粉末：３５〜９２重量％と、炭窒化チタンを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％とからなり合計で１００重量％となる平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を準備する混合工程と、（Ｂ）混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で保持する保持工程と、（Ｃ）混合物を１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度にて保持する焼結工程と、（Ｄ）焼結工程を終えた混合物を常温に冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
具体的には、混合工程において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／Ｎ＋Ｃ））が０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である市販の平均粒径０．５〜１．２μｍの炭窒化チタン粉末を、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、２０〜８０時間の予備粉砕を行う。その後、予備粉砕した炭窒化チタン粉末：３５〜９２重量％、炭窒化チタン粉末を除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％で合計が１００重量％となるように配合し、一括してステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し２０〜８０時間の混合・粉砕して、平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を得る。
【００２０】
混合物の平均粒径を０．５〜１．２μｍとしたが、これは、炭窒化チタンの比表面積が大きいほど鉄系金属からなる結合相に溶解しやすくなることを利用して、第１硬質相の微細化と、第２硬質相の粒成長を促進させるためである。
【００２１】
第１昇温工程において、混合物を圧力１３Ｐａ以下の真空または圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて室温から１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度まで昇温する。このとき、混合物を圧力１３Ｐａ以下の真空にて室温から１２００℃まで昇温し、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２００℃から１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度まで０．５〜１．０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温すると、複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相が粒成長するため好ましい。
【００２２】
保持工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で０．５〜２時間保持する。これは、第２硬質相を粒成長させるためである。
【００２３】
第２昇温工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度から１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度まで昇温する。
【００２４】
焼結工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度で０．５〜２時間保持して焼結する。焼結工程を終えた後、混合物を常温に冷却する冷却工程を経ることにより、本発明のサーメットを製造できる。なお、混合物に含まれる窒素含有量によって、保持工程および焼結工程の保持温度、窒素圧力、保持時間を調節する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明サーメットの断面組織の概念図である。黒色部分が芯部、斑点部分が周辺部、白色部分が結合相を示す。図２は、有芯構造を有する従来のサーメットの断面組織の概念図である。図３は、４ａ族金属の窒化物，炭窒化物からなる単相の芯部粒子と周辺部粒子からなる従来のサーメットの断面組織の概念図である。本発明のサーメットは、従来の有芯構造を有するサーメットに比較して第１硬質相の芯部を取り囲む周辺部の厚さが薄く、第１硬質相の粒径に比較して第２硬質相の粒径の粒径が粗大になっている。
【００２６】
【実施例】
発明品１〜９の原料粉末として、市販の平均粒径０．８μｍまたは１．０μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝３０／７０〜５０／５０）粉末、０．６μｍのＷＣ粉末，０．８μｍのＮｂＣ粉末，０．８μｍのＴａＣ粉末，０．８μｍのＭｏ２Ｃ粉末，０．７μｍのＣｏ粉末，０．８μｍのＮｉ粉末を用意する。なお、発明品１〜３，６〜９は、平均粒径０．８μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末を使用し、発明品４〜５は、平均粒径１．０μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末を使用する。比較品１〜９の原料粉末として、市販の平均粒径２μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝３０／７０〜８０／２０）粉末，２μｍの（Ｗ，Ｔａ）Ｃ（重量比でＷＣ／ＴａＣ＝５０／５０）粉末，３μｍのＷＣ粉末，２．５μｍのＴａＣ粉末，２μｍのＣｏ粉末，２μｍのＮｉ粉末を使用する。
【００２７】
発明品は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）粉末のみをステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、予備粉砕を表２に示す時間行った。次いで、表１に示す配合組成になるようにＷＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を秤量し、予備粉砕したＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末とアセトン溶媒と超硬合金製ボールが入ったステンレス製ポットに加えた後、表２に示す時間の一括混合粉砕を行った。比較品は表１に示す配合組成に原料粉末を秤量した後、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、表２に示す時間の一括混合粉砕を行った。一括混合粉砕後の混合物の平均粒径を表２に併記した。
【００２８】
得られた混合物をＪＩＳ−Ｂ４１２０のＳＰＭＮ１２０３０８形状用金型でもって、１９６ＭＰａの圧力でプレス成形した。発明品については、プレス成形体を焼結炉に装入し、プレス成形体を１３Ｐａ以下の真空にて昇温速度１０℃／ｍｉｎの昇温条件で室温から１２００℃まで昇温し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度０．５℃／ｍｉｎの昇温条件で１２００℃から表２に示す保持温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて保持温度で１時間保持し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度１℃／ｍｉｎの昇温条件で保持温度から表２に示す焼結温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて焼結温度で１時間保持する焼結を行い、焼結温度から常温までＡｒ雰囲気で冷却して発明品１〜９を得た。
【００２９】
比較品については、プレス成形体を焼結炉に装入し、プレス成形体を１３Ｐａ以下の真空中にて昇温速度１０℃／ｍｉｎの昇温条件で室温から１２００℃まで昇温し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度５℃／ｍｉｎの昇温条件で１２００℃から表２に示す焼結温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて焼結温度で１時間保持する焼結を行い、焼結温度から常温までＡｒ雰囲気で冷却して比較品１〜９を得た。なお、比較品８，９は、特開平２−１９０４３８号公報の実施例に従って作製した試料である。
【００３０】
【表１】
2004292842.tif 000002
【００３１】
【表２】
2004292842.tif 000003
【００３２】
得られた各試料について、試料表面から１ｍｍの深さ研削にて除去した後、研削面を１．５μｍのダイヤモンドペーストで鏡面研摩し、鏡面研磨面を走査型顕微鏡にて観察し、画像処理解析装置等を用いることで、第１硬質相の平均粒径ａ、周辺部の厚さ、第２硬質相の平均粒径ｂ、ａとｂの粒径比（ｂ／ａ）を測定した。観察が困難な場合には酸を用いての観察表面のエッチングや、透過型電子顕微鏡等を用いて行った。こうして測定したａ、周辺部の厚さ、ｂ、（ｂ／ａ）は表３に記載した。炭窒化チタンに含まれる炭素量、窒素量は、炭窒化チタン１０粒子をオージェ電子分光法にてそれぞれ測定し、原子比で（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））比を求め、表３に併記した。各試料の鏡面研磨面において蛍光Ｘ線分析を行い、Ｍｏ量、Ｎｂ量、Ｔａ量を測定し、その値から５ａ族金属合計に対するＮｂの割合を示す原子比（Ｎｂ／５ａ族）、Ｎｂに対するＴａの割合を示す原子比（Ｔａ／Ｎｂ）を求め、それぞれ表４に記載した。また、＃２３０のダイヤモンド砥石にて上下面を研削加工し、さらに切れ刃稜線部に０．１５×―３０°のホーニング処理を施して、下記条件の切削試験１を行い逃げ面摩耗量を測定し、切削試験２を行い欠損数を測定し、それらの結果を表５に記載した。
【００３３】
切削試験１（摩耗試験）
被削材：Ｓ４８Ｃ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：１．５ｍｍ
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ．
切削油：使用せず（乾式切削）
切削時間：２０ｍｉｎ
【００３４】
切削試験２（欠損試験）
被削材：ＳＣＭ４４０
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ．
切削油：使用せず（乾式切削）
試験回数は各試料３回
【００３５】
【表３】
2004292842.tif 000004
【００３６】
【表４】
2004292842.tif 000005
【００３７】
【表５】
2004292842.tif 000006
【００３８】
上記の結果から第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍで、かつ２≦（ｂ／ａ）≦８である本発明サーメットは、耐摩耗性と耐欠損性のバランスがよい優れた性能を示していることが分かる。その中でもＭｏ量が０．５〜３．５重量％の試料は、粒径ａが小さく耐摩耗性が高い。また、Ｎｂ量が１〜２５重量％の試料は（ｂ／ａ）が大きく耐欠損性が向上していることが分かる。比較品は、実施例のような高速切削において耐摩耗性の不足があきらかである。
【００３９】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明のサーメットは、第１硬質相の芯部を構成する炭窒化チタンに含まれる窒素の割合を高くすることで鉄系材料との耐摩耗性を改善させる。また、第１硬質相の周辺部の厚さを１０〜１００ｎｍとすることで巣孔発生の防止と耐摩耗性を兼ね備えることができる。第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）を２≦（ｂ／ａ）≦８とすることにより、塑性変形の防止と耐摩耗性を両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明サーメットの断面組織概念図
【図２】従来サーメットの断面組織概念図
【図３】従来サーメットの断面組織概念図
【符号の説明】
１…第１硬質相
２…第２硬質相
３…結合相
【図１】
2004292842.tif 000007
【図２】
2004292842.tif 000008
【図３】
2004292842.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月1日(2003.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこれら固溶体の中から選ばれた少なくとも1種からなる硬質相：７０〜９７重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相：残部とからなるサーメットであって、前記サーメットに含まれる５ａ族金属全体に占めるニオブの割合（Ｎｂ／５ａ族）が原子比で０．３≦（Ｎｂ／５ａ族）≦１であり、該硬質相は、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部とからなる第１硬質相と、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相とから構成され、該第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍであり、該第１硬質相の平均粒径をａ、該第２硬質相の平均粒径をｂと表したとき、２≦（ｂ／ａ）≦８であるサーメット。
【請求項２】前記第１硬質相の平均粒径ａが、０．０５〜１μｍである請求項１に記載のサーメット。
【請求項３】前記サーメットに含まれるモリブデン量が０．５〜３．５重量％である請求項１または２に記載のサーメット。
【請求項４】前記サーメットに含まれるニオブ量が１％〜２５重量％である請求項１〜３のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項５】前記サーメットは切削工具として用いられる請求項１〜４のいずれか１項に記載のサーメット。
【請求項６】サーメットの製造方法において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの粉末：３５〜９２重量％と、炭窒化チタンを除く周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％とからなり合計で１００重量％となる平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を準備する混合工程と、（Ｂ）混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で保持する保持工程と、（Ｃ）混合物を１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度にて保持する焼結工程と、（Ｄ）焼結工程を終えた混合物を常温に冷却する冷却工程と、を含むサーメットの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
切削工具として用いた場合高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れるサーメットおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の技術として、芯部が炭窒化チタンからなり、芯部の粒径が３μm以上である粒子の芯部面積が全硬質相の３面積％以上、かつ芯部の粒径が２μm以上である粒子の芯部面積が全硬質相の１０面積％以上であることを特徴とする有芯構造の硬質相を有するサーメットがある（例えば、特許文献１を参照。）。このサーメットは、耐摩耗性と耐熱衝撃性に極めて優れているものの、芯部が粗粒ゆえに耐欠損性が不足していた。
【０００３】
また、周期律表４ａ族金属の窒化物，炭窒化物からなる単相の芯部粒子と５ａ族およびＷを芯部に多く含む周辺部粒子からなるサーメットがある（例えば、特許文献２を参照）。このサーメットは、芯部の周りに周辺部を有しないため、サーメットの強度が低く、耐欠損性が低いという問題がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２７７００８号公報
【特許文献２】
特開平２−１９０４３８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来の有芯構造を有するサーメットは、従来の切削条件において耐摩耗性と耐熱衝撃性に優れている。しかしながら、近年の高速切削加工の要求が高まり、さらなる切削性能の向上が求められるようになってきた。そこで、本発明は、高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れるサーメットおよびその製造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、サーメットの高速切削領域での耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性の改善をはかるべく研究を行った結果、炭窒化チタンの芯部と薄い複合炭窒化物固溶体の周辺部からなる微粒の第１硬質相と複合炭窒化物固溶体からなる粗粒の第２硬質相と鉄族金属を主成分とする結合相とで構成されたサーメットが、鋼の高速切削加工の切削工具として用いた場合、従来のサーメットに比較して耐摩耗性、耐欠損性、耐熱衝撃性に優れることを見出した。
【０００７】
本発明のサーメットは、周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物およびこれら固溶体の中から選ばれた少なくとも1種からなる硬質相：７０〜９７重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相：残部とからなるサーメットであって、前記サーメットに含まれる５ａ族金属全体に占めるニオブの割合（Ｎｂ／５ａ族）が原子比で０．３≦（Ｎｂ／５ａ族）≦１であり、該硬質相は、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部とからなる第１硬質相と、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相とから構成され、該第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍであり、該第１硬質相の平均粒径をａ、該第２硬質相の平均粒径をｂと表したとき、２≦（ｂ／ａ）≦８であることを特徴とする。
【０００８】
第１硬質相を走査型電子顕微鏡および／または透過型電子顕微鏡を用いて詳細に観察すると、第１硬質相は炭窒化チタンの芯部とチタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体の周辺部からなる有芯構造を有する。芯部をなす炭窒化チタンとして、具体的には、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）を挙げることができる。周辺部をなすチタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体として、具体的には、（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）などが挙げられる。なお、第１硬質相は、化学量論組成または非化学量論組成であり、具体的には、第１硬質相における金属元素の合計に対する非金属元素の合計の割合ｘは、原子比で０．７≦ｘ≦１．０５の範囲内にある。
【０００９】
窒素は鉄との反応性が低いため、炭窒化チタンに含まれる窒素量を増加させると鉄系材料との耐摩耗性を改善させる。炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４未満であれば、耐摩耗性の改善効果が少なく、逆に０．９５を超えると焼結性の低下による強度低下が著しくなる。したがって、０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５とした。
【００１０】
しかしながら、窒素を多く含む炭窒化チタンの芯部は、液相との濡れ性が低いため、巣孔の発生によって強度の低下を引き起こす。そこで、第１硬質相の周辺部の厚さは１０ｎｍ以上としたが、この周辺部は一方で耐摩耗性を低下させるため、１００ｎｍ以下とした方がよい。したがって、第１硬質相の周辺部の厚さを１０〜１００ｎｍとした。
【００１１】
第２硬質相は、チタン以外の周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の中から選ばれた少なくとも１種とチタンとの複合炭窒化物固溶体からなる粒子である。具体的には、（Ｔｉ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ，Ｍｏ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ），（Ｔｉ，Ｎｂ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）などが挙げられる。しかし、第２硬質相を粗粒とするためには、５ａ族金属の中では、タンタルよりもニオブのほうが好ましい。これはニオブのほうがタンタルよりも粒成長を促進する効果が高いためである。なお、第２硬質相は、化学量論組成または非化学量論組成であり、具体的には、第２硬質相における金属元素の合計に対する非金属元素の合計の割合ｙは原子比で０．７≦ｙ≦１．０５の範囲内にある。
【００１２】
結合相は、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする。ここで、鉄族金属とは、コバルト、鉄、ニッケルをいう。結合相としては、鉄を主成分とした結合相よりもコバルトおよび／またはニッケルを主成分とした結合相が耐熱性、耐食性、および硬質相とのぬれ性が高いため好ましい。なお、結合相の鉄族金属に硬質相成分が０．１〜２０重量％固溶する場合がある。この発明において鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種を主成分とする結合相とは、鉄族金属または鉄族金属に硬質相成分が０．１〜２０重量％固溶している合金を示す。
【００１３】
第１硬質相、第２硬質相の平均粒径をそれぞれａ，ｂとすると、第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）が２未満では、強度、靭性の低下が見られ、特に工具として用いた場合、刃先が塑性変形しやすくなる。また、（ｂ／ａ）が８を超えると耐摩耗性が低下する。したがって第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）を２≦（ｂ／ａ）≦８の範囲とした。その中でも３≦（ｂ／ａ）≦６が好ましい。このような効果は、例えば特許文献２で見られる金属元素が２種以上固溶した（Ｔｉ，Ｗ）Ｃなどの複合固溶体を原料とするよりも、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ），ＷＣ，ＮｂＣなどで代表されるような金属元素が１種の化合物を原料として用いると本発明のサーメットを得られやすい。
【００１４】
サーメットへのモリブデン添加は、焼結初期の炭窒化チタンの粒成長を抑制するため極めて有効である。モリブデンをサーメット全体に対して０．５重量％未満の添加では粒成長抑制効果が低く、３．５重量％を超えて添加すると耐摩耗性が低下するため、モリブデン量は、サーメット全体に対して０．５〜３．５重量％が好ましい。また、モリブデンの添加は、第１硬質相の周辺部の形成を容易にするため、サーメットの強度向上においても有効である。
【００１５】
５ａ族金属の中ではタンタル，ニオブが耐熱衝撃性の向上のためにサーメットに添加されるが、焼結初期の複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相の粒成長を促進するためにはタンタルよりもニオブの方が好ましい。なお、５ａ族金属全体に占めるニオブの割合が原子比で０．３未満であると粒成長の促進効果が低くなる。したがって、５ａ族金属全体に占めるニオブの割合（Ｎｂ／５ａ族）は原子比で０．３≦（Ｎｂ／５ａ族）≦１が好ましい。ニオブ量はサーメット全体に対して１重量％未満の添加では粒成長促進効果が低く、２５重量％を超えて添加すると強度が低下するため、１〜２５重量％が好ましい。
【００１６】
第１硬質相の平均粒径が、０．０５μｍ未満であると耐摩耗性が低下し、１μｍを超えると耐欠損性が低下する。したがって、第１硬質相の平均粒径は、０．０５〜１μｍが好ましい。
【００１７】
本発明のサーメットは、耐摩耗性、耐欠損性、耐塑性変形性を生かして、切削工具として用いられると好ましく、その中でも鋼加工用切削工具として用いられるとさらに好ましい。その中でも鋼高速加工用切削工具として用いられると特に好ましい。
【００１８】
本発明のサーメットの製造方法は、サーメットの製造方法において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が原子比で０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である炭窒化チタンの粉末：３５〜９２重量％と、炭窒化チタンを除く周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％と、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％とからなり合計で１００重量％となる平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を準備する混合工程と、（Ｂ）混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で保持する保持工程と、（Ｃ）混合物を１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度にて保持する焼結工程と、（Ｄ）焼結工程を終えた混合物を常温に冷却する冷却工程と、を含むことを特徴とする。
【００１９】
具体的には、混合工程において、炭窒化チタンに含まれる窒素と炭素の合計に対する窒素の割合（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））が０．４≦（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））≦０．９５である市販の平均粒径０．５〜１．２μｍの炭窒化チタン粉末を、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、２０〜８０時間の予備粉砕を行う。その後、予備粉砕した炭窒化チタン粉末：３５〜９２重量％、炭窒化チタン粉末を除く周期律表４ａ，５ａ（タンタルを除く），６ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：５〜４０重量％、鉄族金属の中から選ばれた少なくとも１種の粉末：３〜３０重量％で合計が１００重量％となるように配合し、一括してステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し２０〜８０時間の混合・粉砕して、平均粒径０．５〜１．２μｍの混合物を得る。
【００２０】
混合物の平均粒径を０．５〜１．２μｍとしたが、これは、炭窒化チタンの比表面積が大きいほど鉄系金属からなる結合相に溶解しやすくなることを利用して、第1硬質相の微細化と、第２硬質相の粒成長を促進させるためである。
【００２１】
第１昇温工程において、混合物を圧力１３Ｐａ以下の真空または圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて室温から１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度まで昇温する。このとき、混合物を圧力１３Ｐａ以下の真空にて室温から１２００℃まで昇温し、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２００℃から１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度まで０．５〜１．０℃／ｍｉｎの昇温速度で昇温すると、複合炭窒化物固溶体からなる第２硬質相が粒成長するため好ましい。
【００２２】
保持工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度で０．５〜２時間保持する。これは、第２硬質相を粒成長させるためである。
【００２３】
第２昇温工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１２５０〜１３５０℃の範囲の所定の保持温度から１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度まで昇温する。
【００２４】
焼結工程において、混合物を圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて１４００〜１６００℃の範囲の所定の焼結温度で０．５〜２時間保持して焼結する。焼結工程を終えた後、混合物を常温に冷却する冷却工程を経ることにより、本発明のサーメットを製造できる。なお、混合物に含まれる窒素含有量によって、保持工程および焼結工程の保持温度、窒素圧力、保持時間を調節する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明サーメットの断面組織の概念図である。黒色部分が芯部、斑点部分が周辺部、白色部分が結合相を示す。図２は、有芯構造を有する従来のサーメットの断面組織の概念図である。図３は、４ａ族金属の窒化物，炭窒化物からなる単相の芯部粒子と周辺部粒子からなる従来のサーメットの断面組織の概念図である。本発明のサーメットは、従来の有芯構造を有するサーメットに比較して第１硬質相の芯部を取り囲む周辺部の厚さが薄く、第１硬質相の粒径に比較して第２硬質相の粒径が粗大になっている。
【００２６】
【実施例】
発明品１〜７の原料粉末として、市販の平均粒径０．８μｍまたは１．０μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝３０／７０〜５０／５０）粉末、０．６μｍのＷＣ粉末，０．８μｍのＮｂＣ粉末，０．８μｍのＴａＣ粉末，０．８μｍのＭｏ2Ｃ粉末，０．７μｍのＣｏ粉末，０．８μｍのＮｉ粉末を用意する。なお、発明品１〜３，５〜７は、平均粒径０．８μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末を使用し、発明品４は、平均粒径１．０μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末を使用する。比較品１〜９の原料粉末として、市販の平均粒径２μｍのＴｉ（Ｃ，Ｎ）（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝３０／７０〜８０／２０）粉末，２μｍの（Ｗ，Ｔａ）Ｃ（重量比でＷＣ／Ｔａ＝５０／５０）粉末，３μｍのＷＣ粉末，２．５μｍのＴａＣ粉末，２μｍのＣｏ粉末，２μｍのＮｉ粉末を用意する。
【００２７】
発明品は、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）粉末のみをステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、予備粉砕を表２に示す時間行った。次いで、表１に示す配合組成になるようにＷＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴａＣ粉末、Ｍｏ2Ｃ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末を秤量し、予備粉砕したＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末とアセトン溶媒と超硬合金製ボールが入ったステンレス製ポットに加えた後、表２に示す時間の一括混合粉砕を行った。比較品は表１に示す配合組成に原料粉末を秤量した後、ステンレス製ポットにアセトン溶媒と超硬合金製ボールと共に装入し、表２に示す時間の一括混合粉砕を行った。一括混合粉砕後の混合物の平均粒径を表２に併記した。
【００２８】
得られた混合物をＪＩＳ−Ｂ４１２０のＳＰＭＮ１２０３０８形状用金型でもって、１９６ＭＰａの圧力でプレス成形した。発明品については、プレス成形体を焼結炉に装入し、プレス成形体を１３Ｐａ以下の真空にて昇温速度１０℃／ｍｉｎの昇温条件で室温から１２００℃まで昇温し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度０．５℃／ｍｉｎの昇温条件で１２００℃から表２に示す保持温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて保持温度で１時間保持し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度１℃／ｍｉｎの昇温条件で保持温度から表２に示す焼結温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて焼結温度で１時間保持する焼結を行い、焼結温度から常温までＡｒ雰囲気で冷却して発明品１〜７を得た。
【００２９】
比較品については、プレス成形体を焼結炉に装入し、プレス成形体を１３Ｐａ以下の真空中にて昇温速度１０℃／ｍｉｎの昇温条件で室温から１２００℃まで昇温し、次いで、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて昇温速度５℃／ｍｉｎの昇温条件で１２００℃から表２に示す焼結温度まで昇温した後、圧力１３〜４０００Ｐａの窒素雰囲気にて焼結温度で１時間保持する焼結を行い、焼結温度から常温までＡｒ雰囲気で冷却して比較品１〜９を得た。なお、比較品８，９は、特開平２−１９０４３８号公報の実施例に従って作製した試料である。
【００３０】
【表1】
2004292842.tif 000010
【００３１】
【表２】
2004292842.tif 000011
【００３２】
得られた各試料について、試料表面から１ｍｍの深さ研削にて除去した後、研削面を１．５μｍのダイヤモンドペーストで鏡面研摩し、鏡面研磨面を走査型顕微鏡にて観察し、画像処理解析装置等を用いることで、第１硬質相の平均粒径ａ、周辺部の厚さ、第２硬質相の平均粒径ｂ、ａとｂの粒径比（ｂ／ａ）を測定した。観察が困難な場合には酸を用いての観察表面のエッチングや、透過型電子顕微鏡等を用いて行った。こうして測定したａ、周辺部の厚さ、ｂ、（ｂ／ａ）は表３に記載した。炭窒化チタンに含まれる炭素量、窒素量は、炭窒化チタン１０粒子をオージェ電子分光法にてそれぞれ測定し、原子比で（Ｎ／（Ｎ＋Ｃ））比を求め、表３に併記した。各試料の鏡面研磨面において蛍光Ｘ線分析を行い、Ｍｏ量、Ｎｂ量、Ｔａ量を測定し、その値から５ａ族金属合計に対するＮｂの割合を示す原子比（Ｎｂ／５ａ族）、Ｎｂに対するＴａの割合を示す原子比（Ｔａ／Ｎｂ）を求め、それぞれ表４に記載した。また、＃２３０のダイヤモンド砥石にて上下面を研削加工し、さらに切れ刃稜線部に０．１５×―３０°のホーニング処理を施して、下記条件の切削試験１を行い逃げ面摩耗量を測定し、切削試験２を行い欠損数を測定し、それらの結果を表５に記載した。
【００３３】
切削試験1（摩耗試験）
被削材：Ｓ４８Ｃ
切削速度：２６０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：１．５ｍｍ
送り：０．２８ｍｍ／ｒｅｖ.
切削油：使用せず（乾式切削）
切削時間：２０ｍｉｎ
【００３４】
切削試験２（欠損試験）
被削材：ＳＣＭ４４０
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
切り込み：２．０ｍｍ
送り：０．４０ｍｍ／ｒｅｖ．
切削油：使用せず（乾式切削）
試験回数は各試料３回
【００３５】
【表３】
2004292842.tif 000012
【００３６】
【表４】
2004292842.tif 000013
【００３７】
【表５】
2004292842.tif 000014
【００３８】
上記の結果から第１硬質相の周辺部の厚さが１０〜１００ｎｍで、かつ２≦（ｂ／ａ）≦８である本発明サーメットは、耐摩耗性と耐欠損性のバランスがよい優れた性能を示していることが分かる。その中でもＭｏ量が０．５〜３．５重量％の試料は、粒径ａが小さく耐摩耗性が高い。また、Ｎｂ量が１〜２５重量％の試料は（ｂ／ａ）が大きく耐欠損性が向上していることが分かる。比較品は、実施例のような高速切削において耐摩耗性の不足があきらかである。
【００３９】
【発明の効果】
上述のとおり、本発明のサーメットは、第１硬質相の芯部を構成する炭窒化チタンに含まれる窒素の割合を高くすることで鉄系材料との耐摩耗性を改善させる。また、第１硬質相の周辺部の厚さを１０〜１００ｎｍとすることで巣孔発生の防止と耐摩耗性を兼ね備えることができる。第１硬質相と第２硬質相の平均粒径比（ｂ／ａ）を２≦（ｂ／ａ）≦８とすることにより、塑性変形の防止と耐摩耗性を両立させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明サーメットの断面組織概念図
【図２】従来サーメットの断面組織概念図
【図３】従来サーメットの断面組織概念図
【符号の説明】
１…第１硬質相
２…第２硬質相
３…結合相