(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
焼結体組成として、Ｔｉと、Ｎｂ及び／又はＴａと、Ｗとに関し、前記Ｔｉを炭窒化物換算した値と、前記Ｎｂ及び／又はＴａを炭化物換算した値と、前記Ｗを炭化物換算した値との合計で、前記焼結体を構成する組織全体に対して、７０〜９５重量％含むとともに（そのうち、前記Ｗは炭化物換算した値で、組織全体に対して、２０〜３５重量％）、
Ｃｏ及びＮｉを、前記組織全体に対して、５〜３０重量％含むサーメット製インサートであって、
Ｔｉ及びＷと、Ｔａ及び／又はＮｂとの複合炭窒化物［以下、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮで示す］と、炭窒化チタンとのうち、少なくとも前記（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮからなる硬質相と、
Ｗと、Ｃｏ及び／又はＮｉとを主成分とする結合相と
からなる組織を有し、
前記全組織に含まれるＷのうち、前記硬質相に４０〜６５重量％含むとともに、前記結合相に残部を含むことを特徴とするサーメット製インサート。
【請求項２】
前記組織全体に対して、前記Ｔｉを炭窒化物換算した値で４５〜６０重量％含むとともに、前記Ｎｂ及び／又はＴａを炭化物換算した値で５〜１０重量％含むことを特徴とする前記請求項１に記載のサーメット製インサート。
【請求項３】
前記硬質相として、下記（１）〜（３）のうち、１種又は２種以上（但し（３）単独は除く）を備えたことを特徴とする前記請求項１又は２に記載のサーメット製インサート。
（１）芯部が炭窒化チタン相、周辺部が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第１硬質相、
（２）芯部および周辺部の両方が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第２硬質相、
（３）炭窒化チタン相からなる単相構造の第３硬質相
【請求項４】
更に、前記硬質相及び／又は結合相に、Ｍｏを含むことを特徴とする前記請求項１〜３のいずれかに記載のサーメット製インサート。
【請求項５】
更に、前記結合相に、Ｗを前記結合相全体に対して４０〜６０重量％含むことを特徴とする前記請求項１〜４のいずれかに記載のサーメット製インサート。
【請求項６】
ホルダに、前記請求項１〜５のいずれかに記載のサーメット製インサートを備えた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、サーメット製インサート及び切削工具に関し、詳しくは、耐摩耗性や耐欠損性に優れたサーメット製インサート及びこのサーメット製インサートを備えた切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、鋼などの切削のために、硬質相（硬質粒子）と硬質相間に存在する結合相とからなる組織を有するサーメット製インサートが用いられており、このサーメット製インサートの性能を向上するために、各種の技術が提案されている。
【０００３】
例えば下記特許文献１には、通常の有芯構造からなり、具体的には、芯部はＴｉ等の４ａ族に富み、周辺部はＷ、Ｔａ等の５ａ族、６ａ族に富む相（黒色相）と、芯部が、Ｗ、Ｔａ等の５ａ族、６ａ族に富む相（白色相）との複数の相からなり、その黒色相と白色相とを最適で比率で分散させることにより、合金強度を向上させたＴｉＣＮ系サーメットが提案されている。
【特許文献１】特開昭６２−１７０４５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１の技術では、上述した黒色相／白色相の構成により、合金強度をある程度は改善できるものの、耐摩耗性及び耐欠損性についての検討が必ずしも十分ではないという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、高い耐摩耗性を維持できるとともに、高い耐欠損性を実現できるサーメット製インサート及び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】
【０００６】
・前記課題を解決するための請求項１の発明（サーメット製インサート）は、
焼結体組成として、Ｔｉと、Ｎｂ及び／又はＴａと、Ｗとに関し、前記Ｔｉを炭窒化物換算した値と、前記Ｎｂ及び／又はＴａを炭化物換算した値と、前記Ｗを炭化物換算した値との合計で、前記焼結体を構成する組織全体に対して、７０〜９５重量％含むとともに（そのうち、前記Ｗは炭化物換算した値で、組織全体に対して、２０〜３５重量％）、
Ｃｏ及びＮｉを、前記組織全体に対して、５〜３０重量％含むサーメット製インサートであって、
（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮと、炭窒化チタンとうち、少なくとも前記（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮからなる硬質相と、
Ｗと、Ｃｏ及び／又はＮｉとを主成分とする結合相と
からなる組織を有し、
前記全組織に含まれるＷのうち、前記硬質相に４０〜６５重量％含むとともに、前記結合相に残部を含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明のサーメット製インサートは、実質的に、硬質相（硬質粒子）とその周囲を覆う結合相とからなる組織によって構成されている。
本発明にて、焼結体組成として、ＴｉとＮｂ及び／又はＴａとＷとの各換算値の合計を７０〜９５重量％としたのは、下記の理由による。尚、ＴｉはＴｉＣＮ換算し、Ｎｂ及び／又はＴａは（Ｎｂ／Ｔａ）Ｃ換算し、ＷはＷＣ換算した値である。
【０００８】
まず、硬質相（硬質粒子）を形成する複合炭窒化物及び炭窒化物は、サーメットの硬さを向上させ、耐摩耗性を向上させる作用があるが、硬質相の割合がサーメット全体の９５重量％を超えると相対的に結合相の割合が５重量％未満になり、靱性が低下し、耐欠損性が低下するからである。一方、硬質相の割合が７０重量％未満では、相対的に結合相の割合が３０重量％を超えるので、サーメットの耐摩耗性が低下するからである。
【０００９】
また、Ｗを、組織全体に対して（ＷＣ換算で）２０〜３５重量％含むことにより、インサートの耐摩耗性を向上することができる。
更に、Ｃｏは、焼結性を向上させ、結合相を形成して、インサートの強度を向上させる。Ｎｉは、焼結時に結合相を形成して、結合相の耐熱性を向上させ、もって、インサートの耐摩耗性を高めることができる。つまり、Ｃｏ及びＮｉを、合計量で５〜３０重量％含有することにより、前記特性を発揮できるが、Ｃｏ、Ｎｉは、それぞれ５重量％以上が好ましい。
【００１０】
特に本発明では、硬質相中に、Ｗを炭化物換算した値で、組織全体に対して、４０〜６５重量％配分するとともに、Ｗの残部を結合相に配分している。
つまり、本発明では、全組織に含まれるＷのうち、４０〜６５重量％を硬質相中に固溶して含むことにより、硬質相が強化されるので、耐欠損性（特に耐熱衝撃性能）が向上し、しかも、結合相にＷの残部を固溶して含むことにより、結合相の硬度が高くなるので、耐摩耗性が向上する。これにより、高い耐摩耗性と耐欠損性とを共に実現できるという顕著な効果を奏する。
【００１１】
尚、前記「Ａ及び／又Ｂ」とは、Ａ及びＢの少なくとも一方の意味である（以下同様）。  また、前記「Ｗと、Ｃｏ及び／又はＮｉとを主成分とする」とは、その合計量が他成分の合計量より多い状態を示し、例えばその合計量は９８重量％程度に達する。
【００１２】
・請求項２の発明は、前記組織全体に対して、前記Ｔｉを炭窒化物換算した値で４５〜６０重量％含むとともに、前記Ｎｂ及び／又はＴａを炭化物換算した値で５〜１０重量％含むことを特徴とする。
【００１３】
本発明は、Ｔｉ、Ｎｂ及び／又はＴａの好ましい含有量を例示したものであり、Ｔｉがこの範囲であれば耐摩耗性が高く、Ｎｂ及び／又はＴａがこの範囲であれば、耐熱衝撃性が高い。
【００１４】
・請求項３の発明は、前記硬質相として、下記（１）〜（３）のうち、１種又は２種以上（但し（３）単独は除く）を備えたことを特徴とする。
（１）芯部が炭窒化チタン相、周辺部が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第１硬質相、
（２）芯部および周辺部の両方が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第２硬質相、
（３）炭窒化チタン相からなる単相構造の第３硬質相
本発明では、図１に例示する様に、前記硬質相として、上述した３種の硬質相から選ばれる構成とすることにより、インサートの硬さを高め、耐摩耗性を向上させることができる。
【００１５】
・請求項４の発明は、更に、前記硬質相及び／又は結合相に、Ｍｏを含むことを特徴とする。
Ｍｏを含有させることにより、硬質相や結合相の濡れ性が良くなるため、焼結性を改善することができる。このＭｏ場合は、Ｍｏは、第１硬質相の周辺部、第２硬質相、結合相に含まれる。尚、Ｍｏは、インサート全体に対して、炭化物（Ｍｏ2Ｃ）換算で、例えば２０〜３５重量％含有される。
【００１６】
・請求項５の発明は、更に、前記結合相に、Ｗを前記結合相全体に対して４０〜６０重量％含むことを特徴とする。
本発明では、結合相にＷを４０〜６０重量％含んでいるので、結合相の高温硬さが向上し、よって、例えば高温発生を伴う高速切削加工において、優れた耐摩耗性を発揮できる。
【００１７】
・請求項６の発明（切削工具）は、ホルダに、前記請求項１〜５のいずれかに記載のサーメット製インサートを備えたことを特徴とする。
本発明の切削工具は、上述したサーメット製インサートをホルダに備えたものであるので、耐摩耗性及び耐欠損性に優れている。
【００１８】
ここで、本発明の好ましい形態としては、例えば本願出願人らが既に出願した特願２００５−１７３４６３に記載の様に、更に下記の構成を採用できる。
例えば、インサートとして、「炭化タングステン：２０〜３０質量％、炭化タンタル及び／又は炭化ニオブ：５〜１０質量％、Ｃｏ：５〜１０質量％、Ｎｉ：５〜１０質量％、炭窒化チタン：残部（ただし、５０〜６０質量％含有）、からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体」を採用できる。
【００１９】
更に、例えば、前記焼結体として、「走査型電子顕微鏡による組織観察で、硬質相：７５〜９０面積％、結合相：残部、からなる組織を有する構成」を採用できる。
その上、前記結合相として、「結合相に占める割合で、Ｃｏ：１８〜３３質量％、Ｎｉ：２０〜３５質量％、Ｔｉ、Ｔａ及び／又はＮｂ：５質量％以下、Ｗ：残部（ただし、Ｗ：４０〜６０質量％）を含有する構成」を採用できる。
【００２０】
尚、組成の残部等には、通常、不可避不純物が含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の最良の形態の例（実施例）について、すなわち、サーメット製インサート及び切削工具の実施例について説明する。
【実施例】
【００２２】
ａ）まず、本実施例のサーメット製インサート（以下単にインサートと記す）について説明する。
図２に示す様に、本実施例のインサート１は、ＩＳＯ規格：ＳＮＧＮ１２０４０８の形状の焼結体からなる切削チップである。
【００２３】
このインサート１は、前記図１に示す様に、硬質相（硬質粒子）と、その周囲を覆うように存在する結合相とからなる組織（不可避不純物を含む）により構成されている。このうち、硬質相は、（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮと炭窒化チタンとからなり、結合相は、ＷとＣｏ及び／又はＮｉとを主成分としている。
【００２４】
前記インサート１の焼結体組成として、Ｔｉと、Ｎｂ及び／又はＴａと、Ｗとに関し、Ｔｉを炭窒化物換算した値と、Ｎｂ及び／又はＴａを炭化物換算した値と、Ｗを炭化物換算した値との合計で、インサート全体に対して、７０〜９５重量％含んでいる。尚、そのうち、Ｗは炭化物換算した値で、組織全体に対して、２０〜３５重量％含んでいる。
【００２５】
また、Ｔｉは、組織全体に対して、炭窒化物換算した値で４５〜６０重量％含むとともに、Ｎｂ及び／又はＴａは、炭化物換算した値で５〜１０重量％含んでいる。
更に、硬質相中に、Ｗを炭化物換算した値で、組織全体に対して、４０〜６５重量％含むとともに、Ｗの残部を結合相に含んでいる。
【００２６】
その上、硬質相として、例えば下記（１）〜（３）の全ての硬質相を備えている。
（１）芯部が炭窒化チタン相、周辺部が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第１硬質相、
（２）芯部および周辺部の両方が（Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ／Ｎｂ）ＣＮ相からなる有芯構造の第２硬質相、
（３）炭窒化チタン相からなる単相構造の第３硬質相
従って、本実施例のインサート１は、上述した独自の構成によって、後述する実験例で示す様に、高い耐摩耗性及び耐欠損性を共に備えている。
【００２７】
また、上述したインサート１は、図３に例示する様に、例えば鋼製の柱状のホルダ３の先端に、固定治具５によって固定される。そして、このホルダ３にインサート１が固定された切削工具７を用いて、鋼等の切削が行われる。
【００２８】
ｂ）次に、本実施例のインサートの製造方法について説明する。尚、ここでは、後述する実験に供するインサートの製造方法を例に挙げて説明する。
・本実施例では、まず、原料粉末を行いて湿式混合を行った。
【００２９】
具体的には、下記表１に示す様に、平均粒径０．５〜２μｍのＴｉＣ0.5Ｎ0.5粉末、平均粒径０．５〜２μｍのＴｉＣ0.3Ｎ0.7粉末、平均粒径１〜２μｍのＷＣ粉末、平均粒径１〜２μｍのＴａ粉末、平均粒径１〜２μｍのＮｂＣ粉末、平均粒径２〜３μｍのＣｏ粉末、平均粒径２〜３μｍのＮｉ粉末を用意し、これらの原料粉末を、下記表１に示される配合組成に配合し、Ａ〜Ｄの４種類の混合粉末を調整した。
【００３０】
【表１】
0004695960.tif 000002
【００３１】
次に、前記Ａ〜Ｄの各混合粉末を、それぞれボールミルにて、アルコール中で、２４時間湿式混合し、その後乾燥した。
次に、この乾燥した粉末を、９８ＭＰａの圧力で圧粉体にプレス成形した。
【００３２】
次に、この圧粉体を、図４に示す様に、以下の焼成条件(a)〜(e)で焼成した。
(a) 室温から１２００℃までを、１０Ｐａ以下の真空雰囲気（Ｖ）中にて、１０℃／分の速度で昇温し、
(b) １２００℃の温度（中間温度：尚、中間温度としては１２００〜１２５０℃を採用できる）に昇温した後、３５ｋＰａのＡｒ雰囲気に２分間保持の短時間Ａｒ雰囲気保持と、１０Ｐａ以下の真空雰囲気に１５分間保持の短時間真空雰囲気保持とを、交互に繰り返し施す雰囲気交互変化処理を施し、
(c) 上記雰囲気交互変化処理後、１３５０℃までの昇温を１０Ｐａ以下の真空雰囲気中にて、２℃／分の速度で昇温し、
(c) １３５０℃から所定の焼結温度（１５００℃）までの２℃／分の速度での昇温、並びに前記焼結温度に６０分間保持を１．３ｋＰａの窒素雰囲気で行い、
(e) 上記焼結温度からの炉冷を９０ｋＰａ以下のＡｒ雰囲気中で行った。
【００３３】
以上（ａ）〜（ｅ）の工程からなる条件で焼結し、焼結後、研磨加工を施すことにより、ＩＳＯ規格：ＳＮＧＮ１２０４０８のチップ形状を有するインサート１を製造した。
すなわち、下記表２に示す様に、前記４種の混合粉末に対応した試料No.１〜４のインサートを、それぞれ製造した。
【００３４】
また、比較の目的で、下記表２に示される通り、中間温度の違い以外実質的に同一の条件で（試料No.５〜８）、それぞれ比較例のインサートを製造した。
【００３５】
【表２】
0004695960.tif 000003
【００３６】
ｃ）次に、上述した製造方法によって製造した本発明例の試料No.１〜４のインサートと比較例の試料No.５〜８のインサートの組成分析や切削評価について説明する。
(1)組成分析
・ＥＤＳ（エネルギー分散法）によって、本発明の各試料No.１〜４及び比較例の試料No.５〜８のインサート（焼結体）に含まれている成分（元素）の定量を行った。そして、その成分の化合物換算を行った。その結果を、下記表３及び表４に示す。
【００３７】
【表３】
0004695960.tif 000004
【００３８】
【表４】
0004695960.tif 000005
【００３９】
・また、ＳＴＥＭ（走査透過電子顕微鏡）を用いた分析とＥＤＳにより、インサートの結合相の組成を分析した。その結果を、下記表５に示す。
【００４０】
【表５】
0004695960.tif 000006
【００４１】
・更に、Ｗについて、その含有量を求めた。その結果を、下記表６に記す。
ここで、インサート全体に対する結合相中のＷ量、インサート全体に対する硬質相中のＷ量、全Ｗ量に対する結合相中のＷ量は、ぞれぞれ、下記式＜１＞〜式＜３＞により求めることができる。尚、Ｗ量等の算出には、換算値ではなく元素の量（重量％）を用いた。
【００４２】
・結合相中のＷ量［重量％］
＝（結合相組成中Ｗ）＊（焼結体組成中Co＋Ni）／（結合相組成中Co＋Ni）
・・・＜１＞
・硬質相中のＷ量［重量％］
＝（焼結体中Ｗ量）−（結合相中Ｗ量）              ・・・＜２＞
・全Ｗ量に対する結合相中のＷ量［重量％］
＝（結合相中のＷ量）／（全Ｗ量）                  ・・・＜３＞
【００４３】
【表６】
0004695960.tif 000007
【００４４】
(2)耐欠損試験
各試料のインサートを、工具鋼製バイト（ホルダ）の先端部に、固定治具にてネジ止めして、切削工具とした。
【００４５】
そして、この切削工具を用いて、下記表２の切削条件にて、合金鋼の乾式断続高速切削試験を行った。尚、耐欠損試験は、同種の２０個のインサートを用いて行った。
そして、衝撃回数７００回での累積欠損率（７００回で欠損が発生するインサートの個数の割合）を調べた。その結果を下記表８に記す。
【００４６】
(3)耐摩耗試験
各試料のインサートを、工具鋼製バイト（ホルダ）の先端部に、固定治具にてネジ止めして、切削工具とした。
【００４７】
そして、この切削工具を用いて、下記表６の切削条件にて、合金鋼の乾式断続高速切削試験を行った。
そして、４ｍｉｎ加工後の逃げ面摩耗量（ＶB摩耗量）を測定した。その結果を下記表８に記す。
【００４８】
【表７】
0004695960.tif 000008
【００４９】
【表８】
0004695960.tif 000009
【００５０】
前記表１〜８から明らかなように、本発明例のインサートは、特にインサートに含まれるＷのうち、４０〜６５重量％を硬質相中に含むとともに、残部を結合相に含んでいるので、高い耐摩耗性及び耐欠損性を共に実現できるという顕著な効果を有することが分かる。
【００５１】
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明のサーメット製インサートの断面を模式的に示す説明図である。
【図２】実施例のサーメット製インサートを示す斜視図である。
【図３】実施例の切削工具を示す説明図である。
【図４】実施例のサーメット製インサートの製造方法を示す説明図である。
【符号の説明】
【００５３】
１…インサート
３…ホルダ
５…固定治具
７…切削工具
【図２】
0004695960.tif 000010
【図３】
0004695960.tif 000011
【図４】
0004695960.tif 000012
【図１】
0004695960.tif 000013