(57)【要約】【課題】高い強度と優れた耐溶着性とを有し、耐摩耗性が良好であって、より過酷な切削加工に対応可能な切削刃および切削工具を与えることのできるサーメット、このサーメットを用いて形成して成る切削刃およびこの切削刃と支持体とを有して成る切削工具を提供すること。【解決手段】硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成るサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメット、このサーメットを用いて形成して成ることを特徴とする切削刃およびこの切削刃と支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。【選択図】　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成るサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメット。
【請求項２】
前記硬質粒子がＴｉ系硬質物を主成分とし、前記結合相がＣｏもしくはＮｉまたはＣｏとＮｉとを主成分とする請求項１に記載のサーメット。
【請求項３】
窒素（Ｎ）と炭素（Ｃ）とを含有し、かつＮ／（Ｃ＋Ｎ）で表されるモル比が０．２〜０．４である請求項１または２に記載のサーメット。
【請求項４】
前記酸素量が０．１５〜０．４０質量％である請求項１〜３のいずれか一項に記載のサーメット。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載のサーメットを用いて形成して成ることを特徴とする切削刃。
【請求項６】
請求項５に記載の切削刃と支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、サーメット、切削刃および切削工具に関し、さらに詳しくは、高い強度と優れた耐溶着性とを有し、耐摩耗性の良好なサーメット、このサーメットを用いて形成して成る切削刃およびこの切削刃と支持体とを有して成る切削工具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
耐熱性材料、耐磨耗性材料、耐衝撃性材料などとして有用なサーメットは、その特性により、切削工具、研磨工具、研削工具などに広く使用されている。
【０００３】
このようなサーメットについては、その性能の向上を図るため、これまでに様々な改良がなされてきた。その改良の一つとして、硬質粒子の粒径制御が挙げられる。サーメットを構成する硬質相は、硬質粒子から形成されており、サーメットのある種の性能は、この硬質粒子の粒径と深い関係があることが知られている。すなわち、硬質粒子の平均粒径が小さいサーメットは、硬質粒子の平均粒径が大きいサーメットに比して、抗折力が高く、耐衝撃性に優れるものの、耐摩耗性に劣るということが分かっている。
【０００４】
この硬質粒子の粒径に関し、平均粒径が７μｍ以上の比較的大きい粒径を有するＴｉＣまたはその複合化合物を、１〜３０質量％の含有量で均一に分散させることにより、耐摩耗性の向上を企図したサーメットが提案されている（特開昭５５−１０７７５３号公報）。
【０００５】
このサーメットは、微細なＴｉＣ粒子では金属成分の固溶により損なわれるＴｉＣ本来の化学的安定性および耐熱性を、粗大なＴｉＣ粒子をある程度、分散させることによって維持し、耐摩耗性が低下するという問題を解消したものである。ところがこの場合、粗大なＴｉＣ粒子が破壊の起点となり、耐欠損性が低下するという新たな問題を抱えることとなっていた。
【０００６】
また、サーメットの表層部における硬質粒子のみを粗粒化することにより、耐衝撃性を維持しつつ、耐摩耗性の向上を図ったサーメットも提案されている（特開平５−１４０６９１号公報、特開平５−１９２８０４号公報）。しかしながら、近年、特に要求される高速化、ドライ化、ワーク難削材化といった、より過酷な切削加工に対応するサーメットとしては、いまだ満足すべきレベルには達していないものであった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、このような従来の問題点を解消し、高い強度と優れた耐溶着性とを有し、耐摩耗性が良好であって、より過酷な切削加工に対応可能な切削刃および切削工具を与えることのできるサーメット、このサーメットを用いて形成して成る切削刃およびこの切削刃と支持体とを有して成る切削工具を提供することをその課題とする。なお、ここに耐溶着性とは、高温度域において、切削刃と被切削物（ワーク）とがその金属成分によって結合することがなく、切削刃にワーク成分が溶着し難い性質をいう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記課題を解決するために、従来のサーメットを用い、過酷な条件下に切削加工試験を繰り返し、その損傷形態などを克明に調査、検討したところ、化学摩耗、溶着などによる損傷が多く見られることが判明した。この対策として、本発明者らはさらに検討を加えた結果、従来のサーメットに酸素を含有させることによって、耐溶着性が改善できるという結果を得た。しかし、この場合にあっても、欠損を生じることがあったので、重ねてこの原因を追求したところ、硬質粒子の平均粒径が大きいために強度が低下していることが判明した。そこで、硬質粒子の平均粒径および酸素量を適正に制御することによって前記課題が解決できるということを見出し、この知見に基づいてこの発明を完成するに到った。
【０００９】
すなわち、この発明の前記課題を解決するための第１の手段は、
（１）　硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成るサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメットである。
【００１０】
この第１の手段の好ましい態様としては、
前記硬質粒子がＴｉ系硬質物を主成分とし、前記結合相がＣｏもしくはＮｉまたはＣｏとＮｉとを主成分とするサーメット、
窒素（Ｎ）と炭素（Ｃ）とを含有し、かつＮ／（Ｃ＋Ｎ）で表されるモル比が０．２〜０．４であるサーメットおよび
前記酸素量が０．１５〜０．４０質量％であるサーメット
を挙げることができる。
【００１１】
この発明の前記課題を解決するための第２の手段は、
（２）　前記（１）のサーメットを用いて形成して成ることを特徴とする切削刃である。
【００１２】
この発明の前記課題を解決するための第３の手段は、
（３）　前記（２）の切削刃と支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明は、まず、
（１）　硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成るサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメットを提供する。
【００１４】
この発明のサーメットは、硬質相および結合相から成り、結合相は、多数の硬質粒子によって形成されている硬質相間に介在し、硬質相を結合する相である。
【００１５】
前記硬質粒子は、Ｔｉ系硬質物を主成分とすることが好ましい。このＴｉ系硬質物としては、Ｔｉ系酸化物およびＴｉ系非酸化物が挙げられ、具体的には例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ）、Ｔｉ（Ｃ、Ｏ）、Ｔｉ（Ｎ、Ｏ）、Ｔｉ（Ｃ、Ｎ、Ｏ）、（Ｔｉ、Ｍ）Ｃ、（Ｔｉ、Ｍ）Ｎ、（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ）、（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｏ）、（Ｔｉ、Ｍ）（Ｎ、Ｏ）、（Ｔｉ、Ｍ）（Ｃ、Ｎ、Ｏ）（ＭはＺｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから選ばれた少なくとも１種の金属である。）などを挙げることができる。また、前記結合相は、ＣｏもしくはＮｉまたはＣｏとＮｉとを主成分とすることが好ましく、他の成分として、少量のＦｅを含有していてもよい。
【００１６】
さらに、この発明のサーメットは、窒素（Ｎ）と炭素（Ｃ）とを含有していることが好ましく、かつＮ／（Ｃ＋Ｎ）で表されるモル比が０．２〜０．４であることが好ましい。このモル比が０．２〜０．４の範囲にあることによって、靭性が向上すると共に、切削加工に供した場合、美麗な仕上げ面が得られるからである。モル比が０．２未満では、所望の性能を得ることができなくなり、０．４を超えると、窒化チタンは炭化チタンよりも軟質であることから、耐摩耗性が低下することがあるので望ましくない。
【００１７】
この発明は、前記のとおり、硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成り、酸素を含有するサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ含有される酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメットである。
【００１８】
この発明のサーメットにおいては、硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍの範囲にあることを要するが、好ましい平均粒径は０．８〜１．５μｍである。この平均粒径が０．５μｍ未満では、所望の性能を得ることができず、３．０μｍを超えると、強度が低下し、耐欠損性に劣ることとなる。ここに平均粒径とは、硬質粒子群の粒径の平均値であり、算術平均径をいう。
【００１９】
また、この発明のサーメットにおいては、酸素量が０．１〜１．０質量％の範囲にあることを要するが、好ましい酸素量は０．１５〜０．４０質量％である。この酸素量が０．１質量％未満では、所望の性能を得ることができず、１．０質量％を超えると、耐欠損性に劣ることとなる。
【００２０】
この酸素は、サーメット原料に含まれる酸素、後記する素地調整工程のスラリー溶媒として用いる水から供給される酸素などに由来し、通常は、サーメット中に固溶状態で含有されている。その含有量は、サーメット原料の含有酸素、素地調整工程における混入酸素、脱脂または焼成工程における雰囲気などの制御によって調整することができる。
【００２１】
この発明にあっては、前記のとおり、硬質粒子の平均粒径を０．５〜３．０μｍとし、かつ酸素量を０．１〜１．０質量％とすることによって、高い強度と優れた耐溶着性とを有し、耐摩耗性が良好であって、より過酷な切削加工に対応可能な切削刃および切削工具を与えることのできるサーメットとなるのである。
【００２２】
サーメットは一般的に、サーメット原料の粉末を所定組成に配合、混合し、この混合物を所定形状に成形して成形体を得、得られた成形体を焼結することによって製造される。しかし、前記混合物の状態では、成形性、ハンドリング性などが低いことから、通常は、造粒して造粒粉末を得、この造粒粉末を成形することが行われる。
【００２３】
この造粒方法として、サーメット原料の粉末をアルコール、ヘキサンなどの有機溶媒に分散、混合してスラリーを調製し、このスラリーを噴霧乾燥して溶媒を除去することにより行う方法が知られている（特開平７−９０３０６号公報）。
【００２４】
この発明のサーメットは、前記の造粒方法によって得られる造粒粉末を用いて製造することができる。前記の造粒方法において、スラリーを調製する際、アルコール、ヘキサンなどの有機溶媒に代えて水を使用してもよい。溶媒として水を使用することにより、酸素量の比較的高いこの発明のサーメットの製造に寄与することができる。
【００２５】
この発明のサーメットの製造方法に特に制限はなく、例えば、次のような製造方法を採用することができる。まず、サーメット原料の粉末を所定組成にしたがって秤量し、溶媒を用いてボールミルなどにより湿式混合してスラリーを調製する。その後、このスラリーを乾燥し、さらに水、アルコールなどの溶媒と共にバインダーを添加して、再度スラリーを調製し、次いで、噴霧乾燥して溶媒を除去することにより造粒する。造粒して得られる造粒粉末の粒径は５０〜１００μｍであることが好ましい。
【００２６】
用いるバインダーとしては、例えば、パラフィン、アクリル樹脂、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレンオキシド、ポリエチレンイミン、カルボキシメチルセルロースなどを挙げることができる。このバインダーの使用量に特に制限はないが、通常は、前記スラリー１００質量部に対し、１〜１０質量部、好ましくは、３〜７質量部である
【００２７】
続いて、このようにして得られた造粒粉末を成形原料として成形する。成形手段としては特に制限はなく、加圧成形、射出成形、押出成形などが採用され、これらの中でも加圧成形が好ましい。
【００２８】
この発明のサーメットは、このようにして得られた成形体を焼結することにより製造される。焼結条件に特別な制限はないが、通常は、真空中、１０００〜１３００℃まで昇温した後、一旦、その温度に保持し、その後、窒素雰囲気下、１４５０〜１６５０℃で焼成して焼結される。
【００２９】
この発明は、次に、
（２）　前記（１）のサーメットを用いて形成して成ることを特徴とする切削刃を提供する。
【００３０】
切削刃は、チップまたはチャンファーと称される切削工具を形成する部品である。この発明の切削刃は、方形状、三角状、菱状など、その形状に制限はなく、また、スローアウェイチップであってもよい。この発明の切削刃は、前記造粒粉末を用いて成形体を製造する工程において、所望の形状の成形体とすることにより製造することができる。この発明の切削刃の一例を図１に示す。１は切削刃を示し、２はすくい面、３は逃げ面である
【００３１】
この発明は、さらに、
（３）　前記（２）の切削刃と支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具を提供する。支持体を形成する材料に特に制限はないが、通常は金属が用いられる。この発明の切削工具の一例を図２に示す。５は切削工具を示し、１は切削刃、６は支持体である
【００３２】
この発明によれば、前記のとおり、下記（１）〜（３）のサーメット、切削刃および切削工具が提供される。
（１）　硬質粒子から形成される硬質相および前記硬質相を結合する結合相から成るサーメットであって、前記硬質粒子の平均粒径が０．５〜３．０μｍであり、かつ酸素量が０．１〜１．０質量％であることを特徴とするサーメット。
（２）　前記（１）のサーメットを用いて形成して成ることを特徴とする切削刃。
（３）　前記（２）の切削刃と支持体とを有して成ることを特徴とする切削工具。
【００３３】
【実施例】
以下に、実施例を挙げてこの発明をさらに詳細に説明するが、これら実施例によってこの発明はなんら限定されるものではない。
【００３４】
実施例１〜１０および比較例１〜４
〔サーメットの製造〕
表１に示す原料とその組成に基づき、炭化チタン粉末（ＴｉＣ、平均粒径１μｍ）、窒化チタン粉末（ＴｉＮ、平均粒径１μｍ）、炭化タングステン粉末（ＷＣ、平均粒径１．５μｍ）、炭化モリブデン粉末（Ｍｏ２Ｃ、平均粒径３μｍ）、炭化ニオブ粉末（ＮｂＣ、平均粒径１μｍ）、炭化タンタル粉末（ＴａＣ、平均粒径１．５μｍ）、ニッケル粉末（Ｎｉ、平均粒径３μｍ）およびコバルト粉末（Ｃｏ、平均粒径３μｍ）を配合し、アセトンを溶媒としてボールミルにより７２時間、混合した。次いで、乾燥した後、バインダーとしてアクリル樹脂またはパラフィン５質量％を添加し、溶媒としてエチルアルコールまたは水を用いてスラリーを調製した。
【００３５】
続いて、調製されたスラリーを噴霧乾燥することによって造粒し、造粒粉末を得た。この造粒粉末の平均粒径は７０μｍであった。得られた造粒粉末を２００ＭＰａの圧力で、ＣＮＭＧ１２０４０８に成形した後、脱脂した。得られた成形体を室温から１２００℃までは真空中で昇温し、各々の温度で０〜３００分間保持した後、１４５０〜１６５０℃で６０分間保持して焼成し、サーメットの製造した。このときの条件を表２に示す。
【００３６】
【表１】
2004084039.tif 000003
【００３７】
【表２】
2004084039.tif 000004
【００３８】
〔特性の測定〕
（１）硬質粒子の粒径の測定
実施例１〜１０および比較例１〜４で製造されたサーメットを切断し、その断面を鏡面研磨した後、走査型電子顕微鏡によりその研磨断面の組織写真を撮影した。この組織写真を基にＦｕｌｌｍａｎの式によって、サーメットの硬質相を形成する硬質粒子の平均粒径を算出した。この平均粒径を表３に示す。
【００３９】
（２）酸素量の測定
実施例１〜１０および比較例１〜４で製造されたサーメットを粉砕し、その粉砕物から非分散赤外線吸収法により、サーメットの酸素量を測定した。この酸素量を表３に示す。
【００４０】
（３）Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）の測定
実施例１〜１０および比較例１〜４で製造されたサーメットを粉砕し、その粉砕物から、非分散赤外線吸収法によりサーメットの窒素含有量を、赤外線吸収法によりサーメットの炭素含有量を測定した。得られた窒素含有量および炭素含有量からＮ／（Ｃ＋Ｎ）を算出した。このＮ／（Ｃ＋Ｎ）を表３に示す。
【００４１】
【表３】
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【００４２】
〔切削刃の製造〕
実施例１〜１０および比較例１〜４で製造されたサーメットをそれぞれ研磨加工して、ＩＳＯ規格によりＣＮＭＧ１２０４０８として規定された形状の切削刃を製造した。
【００４３】
〔切削性能の評価〕
前記によって製造された切削刃を用いて、下記条件で乾式高速連続切削試験を実施して、切削刃先の逃げ面の摩耗部（図１、摩耗部４参照）の摩耗量ＶＢを調査した。この摩耗量ＶＢを表４に示す。
【００４４】
【表４】
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【００４５】
（切削条件）
被削材　　：ＪＩＳ　ＳＮＣＭ４３９の丸棒
切削速度　：３５０ｍ／ｍｉｎ
送り　　　：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み　　：１．５ｍｍ
切削時間　：５ｍｉｎ
切削方式　：乾式
工具形状　：ＣＮＭＧ１２０４０８（刃先処理：ホーニング加工）
【００４６】
表４から、この発明で規定する硬質粒子の平均粒径およびこの発明のサーメットにおける酸素含有量の範囲の上限を超えると、強度の低下を来たし、切削刃が欠損することが分かる。また、規定の範囲の下限未満では、脱粒や溶着によって切削刃の耐摩耗性の低下やチッピングをひき起こすことが分かる。
【００４７】
さらに、表４から、この発明のサーメットにおけるＮ／（Ｃ＋Ｎ）で表される好ましいモル比が、規定の範囲の上限を超えると、ＴｉＮが軟質であることから耐摩耗性に劣り、規定の範囲の下限未満でも、含有金属成分が硬質粒子に固溶することから、耐摩耗性が低下することが分かる。
【００４８】
【発明の効果】
この発明によれば、高い強度と優れた耐溶着性とを有し、耐摩耗性が良好であって、より過酷な切削加工に対応可能な切削刃および切削工具を与えることのできるサーメット、このサーメットを用いて形成して成る切削刃およびこの切削刃と支持体とを有して成る切削工具が提供され、サーメット製品の設計および製造分野に寄与するところはきわめて多大である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の切削刃の一例を示す図である。
【図２】この発明の切削工具の一例を示す図である。
【符号の説明】
１　切削刃
２　すくい面
３　逃げ面
４　摩耗部
５　切削工具
６　支持体
【図１】
2004084039.tif 000007
【図２】
2004084039.tif 000008