(57)【要約】【課題】耐磨耗性および耐欠損性能に優れるサーメット、切削インサート、および切削工具を提供すること。【解決手段】表面から深さ２０μｍにおける硬度Ｘ２０が、表面から深さ１０００μｍにおける硬度Ｘ１０００の小さくとも１．０５倍であり、表面から深さ２０μｍにおけるヤング率Ｙ２０が、表面から深さ１０００μｍにおけるヤング率Ｙ１０００の１．０５倍以上１．５０倍以下であることを特徴とするサーメットである。【選択図】          なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面から深さ２０μｍにおける硬度Ｘ２０が、表面から深さ１０００μｍにおける硬度Ｘ１０００の小さくとも１．０５倍であり、
表面から深さ２０μｍにおけるヤング率Ｙ２０が、表面から深さ１０００μｍにおけるヤング率Ｙ１０００の１．０５倍以上１．５０倍以下である
ことを特徴とするサーメット。
【請求項２】
前記請求項１に記載のサーメットから成る
ことを特徴とする切削インサート。
【請求項３】
前記請求項２に記載の切削インサートと、
この切削インサートを支持するホルダとを備えて成る
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、サーメット、切削インサート、および切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
耐磨耗性材料、耐衝撃性材料などとして有用であるサーメットは、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。このようなサーメットに対して、その性能を向上させるため、従来より、様々な改良がなされており、その方法の一つとしてサーメットの表面の高硬度化が行われている。
【０００３】
そのような改良の方法としては、例えば、「所定の組成を有するサーメット焼結体を、研磨後、鉄族金属による液相出現温度以上で熱処理をするサーメット工具の製造方法。」、が提案されている（特許文献１参照）。
【０００４】
また、「周期表４Ａ、５Ａおよび６Ａ族の炭化物、窒化物ならびに炭窒化物からなる群より選択された少なくとも１種類からなる硬質相７０〜９５重量％と、コバルトおよびニッケルからなる群より選択された少なくとも１種類からなる結合相と、不可避的不純物とからなる焼結硬質合金であって、最表面のビッカース硬度が前記最表面から１ｍｍの深さ位置のビッカース硬度の１．１倍以上であり、前記最表面のビッカース硬度の０．９倍以上１．０３倍以下のビッカース硬度を有する高硬度層が、前記最表面から内部に向かって存在し、かつ、前記高硬度層の厚みが、３０μｍ以上１５０μｍ以下である焼結硬質合金。」、も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、「所定の組成を有し、かつ、工具断面における最高硬度が最表面より２〜５０μｍの範囲内の深さ位置にあり、さらに、最表面が前記最高硬さの６０〜９０％に相当する硬さを有する表面硬質層を有する耐磨耗性サーメット性切削工具。」、も提案されている（特許文献３参照）。
【０００６】
そして、「Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、及びこれらの複合化合物のうち少なくとも１種以上を主成分としＴｉを除く４ａ、５ａ、６ａ族の炭化物、窒化物、炭窒化物のいずれか１種以上とからなる硬質相と，鉄族金属のうち少なくとも１種からなる結合相とにより構成されるサーメット工具において、表面からの深さ２００μｍ〜１０００μｍ領域での硬度Ｈｖの幅が７５以下であるとともに破壊靱性値が表面から深さ１０００μｍにかけてほぼ連続的に増大し、さらに表面からの深さ１００μｍでの硬度Ｈｖと破壊靱性値がそれぞれ１４００以上、７．５以上であることを特徴とする切削加工用サーメット工具。」、も提案されている（特許文献４参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平０２−１２２０３０号公報（請求項１）
【特許文献２】特開平０９−１０４９４３号公報（請求項１）
【特許文献３】特開平０２−１３１８０３号公報（請求項１）
【特許文献４】特開平１０−３３０８７５号公報（請求項１）
【０００８】
しかしながら、前述の特許文献１、２記載のサーメットにおいては、ともに耐磨耗性が改善されるが、このサーメットを強断続切削や重切削に用いた場合、欠損やチッピングが生じるため、使用することができないという問題点がある。また、サーメットの硬質層の剥離により、微小チッピングが生じるため、安定した切削性能が得られないという問題点もある。
【０００９】
さらに、前述の特許文献３記載のサーメット性切削工具においては、高速切削において、最表面の硬度が低く、最高硬度の深さまで容易に磨耗が進むため、寸法精度が要求される加工で使用することができないという問題点もある。
【００１０】
また、前述の特許文献４記載のサーメット工具においては、靭性の低い表面では、切削の際、熱亀裂等のクラックが進展し易いため、熱衝撃を伴う切削では、耐欠損性が低下するという問題点もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、このような従来の問題点を解消し、耐磨耗性および耐欠損性能に優れるサーメット、切削インサート、および切削工具を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
硬度の傾斜を有することにより耐磨耗性を向上させている、従来のサーメットを調査した結果、このサーメットのヤング率が、サーメット内部からサーメット表面にかけて低下するか、または、変化しないため、切削の際、低負荷において、歪みが生じ、微小クラックが発生し、欠損することが明らかになった。
【００１３】
本発明者は、鋭意検討した結果、焼成雰囲気、冷却雰囲気の調整により、サーメットの表面層に高い硬度およびヤング率を両立させ、優れた耐磨耗性、耐欠損性を得ることが可能であることを見出した。本発明は、かかる知見に基づいて完成したものである。
【００１４】
前記課題を解決するための手段は、表面から深さ２０μｍにおける硬度Ｘ２０が、表面から深さ１０００μｍにおける硬度Ｘ１０００の小さくとも１．０５倍であり、表面から深さ２０μｍにおけるヤング率Ｙ２０が、表面から深さ１０００μｍにおけるヤング率Ｙ１０００の１．０５倍以上１．５０倍以下であることを特徴とするサーメットである。
【００１５】
前記課題を解決するための別の手段は、前記サーメットから成ることを特徴とする切削インサートである。
【００１６】
前記課題を解決するためのさらに別の手段は、前記切削インサートと、この切削インサートを支持するホルダとを備えて成ることを特徴とする切削工具である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高い負荷をかけた際に、高い硬度のみならず、高いヤング率を有する表面層は、低いヤング率を有する層と比較して、弾性変形が小さいため、変形の際に発生する内部欠陥が生じがたく、その結果、耐磨耗性に優れるサーメットとすることができる。また、同様に、高いヤング率を有する表面層は、低いヤング率を有する表面層と比較して、高付加をかけても、変形に耐えられるため、より強断続な切削に使用できる、すなわち耐欠損性能に優れるサーメットとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
[サーメット]
本発明の一実施形態に係るサーメットは、表面から深さ２０μｍにおける硬度Ｘ２０が、表面から深さ１０００μｍにおける硬度Ｘ１０００の小さくとも１．０５倍であり、好ましくは、小さくとも１．１０倍である。
【００１９】
前記硬度Ｘ２０が、前記硬度Ｘ１０００の１．０５倍未満であると、耐磨耗性能が不十分となるという問題がある。
【００２０】
また、本発明に係るサーメットにおいては、表面から深さ２０μｍにおけるヤング率Ｙ２０が、表面から深さ１０００μｍにおけるヤング率Ｙ１０００の１．０５倍以上１．５０倍以下であり、好ましくは、１．１０倍以上１．２５倍以下である。
【００２１】
前記ヤング率Ｙ２０が、前記ヤング率Ｙ１０００の１．０５倍未満であると、耐欠損性能が不十分となるという問題がある。また、前記ヤング率Ｙ２０が、前記ヤング率Ｙ１０００の１．５０倍を超えると、ヤング率の変化が急激であるため、切削の際、変位部分に応力が集中し、耐欠損性能の低下が生じるという問題がある。
【００２２】
上記したように、所定の硬度、ヤング率に設定するためには、後述するサーメットの製造方法における、焼成、焼成後の冷却の条件を制御して設定する。なお、この硬度およびヤング率の測定方法としては、超微小硬度計（（株）フィッシャー・インストルメンツ製、商品名  フィッシャースコープＨ−１００）を用いて行う方法等が挙げられる。この測定方法の測定原理は、「ユニバーサル硬さ試験による材料特性値の評価」，材料試験技術，日本材料試験技術協会，Vol．４３，No．２，１９９８年４月，ｐ．72-76  に詳しく記載されている。
【００２３】
本発明のサーメットの原料は、一般的なサーメットと同様にして、硬質相、結合相および不可避不純物から成る。硬質相の原料としては、周期表第４〜６族元素の炭化物、窒化物および炭窒化物のうちの少なくとも１種であればよい。
【００２４】
周期表第４族元素としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。
【００２５】
周期表第５族元素としては、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔa）等が挙げられる。
【００２６】
周期表第６族元素としては、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）等が挙げられる。
【００２７】
硬質相としては、以上の中でも、周期表第４〜６族元素の炭化物、窒化物、炭窒化物である。さらに、４族がＴｉ、５族がＮｂ、Ｔａ、６族がＭｏ、Ｗであるとより好ましく、例えば、炭化チタン（ＴｉＣ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、炭化タングステン（ＷＣ）、炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）、炭化ニオブ（ＮｂＣ）等である。
【００２８】
一方、結合相の原料としては、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属が挙げられる。
【００２９】
また、上記硬質相と、結合相との配合割合としては、質量基準で、硬質相：結合相＝９５：５〜７０：３０の範囲内であることが好ましい。ここで、サーメットにおける結合相の含有量が５質量％以上であると、耐欠損性能の低下を抑制できる。サーメットにおける結合相の含有量が３０質量％以下であると、耐磨耗性能の低下を抑制できる。
【００３０】
[切削インサート]
本発明の切削インサート１は、図１に示されるように、前記サーメットから成る。この切削インサート１は、略直方体形状であり、逃げ面２と、すくい面３とを有している。
【００３１】
[切削工具]
本発明の切削工具４は、図２に示されるように、切削インサート１と、この切削インサート１を支持するホルダ５とを備えて成る。ホルダ５は、切削インサート１を支持できる構造を有していれば、特に制限はない。
【００３２】
[サーメットおよび切削インサートの製造方法]
[サーメットの製造方法]
[ｉ]  上記した硬質相および結合相を構成する元素を含有する、所定の原料粉末を所定の割合で秤量し、混合する。
【００３３】
[ii]  上記[ｉ]の混合物を、例えば、ボールミルおよびアトライターを用いて、エタノールを媒体として混合し、所定時間、湿式混合粉砕を行う。その後、バインダーを添加し、スラリーを得る。ここで、湿式混合粉砕の溶媒として、本実施形態において、エタノールを使用する。なお、エタノール以外にも、アセトン、メタノール、水等を使用しても良い。
【００３４】
[iii]  上記[ii]のスラリーを乾燥させ、造粒を行う。乾燥の方法としては、自然乾燥、熱風による乾燥、スプレードライ等が挙げられる。
【００３５】
[iv]  上記[iii]の造粒粉末の乾燥後、この造粒粉末を金型に充填して成形を行い、この成形後に加熱して脱脂を行う。ここで、成形方法としては、例えば、加圧成形法、射出成形法、押出成形法等が挙げられ、この中でも、特に加圧成形法が好ましい。
【００３６】
[ｖ]  上記[iv]の成形後、焼成を行い、サーメットを得た。ここで、焼成は、真空中で、温度１０００〜１３００℃に昇温したのち、例えば、３０〜６０分間保持し、窒素雰囲気下、０．１３〜１.３ｋＰａで、温度１４５０〜１６５０℃にて行う。なお、焼成は、場合によっては、一次焼成、二次焼成に分けて行う。焼成の方法としては、雰囲気焼成法、通電加熱焼成法、多軸通電加熱焼成法、放電プラズマ焼成法、熱間等方加圧式焼成法（Hot Isostatic Pressing;  HIP法と略す場合がある。）等が挙げられる。
【００３７】
[vi]  上記[ｖ]によりサーメットを得た後、このサーメットの成形体に対し、冷却処理を行う。この冷却処理は、例えば、不活性ガス中、６．５〜３９ｋＰａの条件下で、１０００℃まで、２．５〜１５℃/min、好ましくは５〜１０℃/minの冷却速度で冷却する。
【００３８】
ここで、不活性ガスとしては、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、アルゴン（Ａｒ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、ラドン（Ｒｎ）等が挙げられる。
【００３９】
[切削インサートの製造方法]
上記のようにして得られるサーメットを所定の形状に研磨加工をして、切削インサートを作製する。
【００４０】
上述のような本実施形態によれば、次のような効果がある。
（１）高い負荷をかけた際に、高い硬度のみならず、高いヤング率を有する表面層は、低いヤング率を有する層と比較して、弾性変形が小さいため、変形の際に発生する内部欠陥が生じがたく、その結果、耐磨耗性に優れるサーメットとすることができる。また、同様に、高いヤング率を有する表面層は、低いヤング率を有する表面層と比較して、高付加をかけても、変形に耐えられるため、より強断続な切削に使用できる、すなわち耐欠損性能に優れるサーメットとすることができる。
【００４１】
（２）切削インサート１が前記サーメットから成ることにより、前記サーメットが、耐磨耗性および耐欠損性能に優れるので、長寿命の切削インサート１とすることができる。
【００４２】
（３）切削工具４が、切削インサート１を備えることにより、前記サーメットが、耐磨耗性および耐欠損性能に優れるため、切削インサート１を頻繁に交換する必要がなく、切削作業の効率を向上させることができる。
【実施例】
【００４３】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は実施例の内容に限定されるものではない。
【００４４】
［実施例１〜４、比較例１〜６］
前記実施形態のサーメットおよび切削インサートの製造方法に従って、以下のような具体的条件で、各実施例および比較例のサーメットおよび切削インサートの製造を行った。
【００４５】
[ｉ]  以下の表１に示す配合組成に従って、各原料を混合した。
【００４６】
【表１】
2005133126.tif 000002
【００４７】
なお、表１に示す配合組成にするにあたっては、平均粒径１．０μｍの炭化チタン（ＴｉＣ）粉末と窒化チタン（ＴｉＮ）粉末、平均粒径１．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末、平均粒径３．０μｍの炭化モリブデン（Ｍｏ２Ｃ）粉末、平均粒径１．０μｍの炭化ニオブ（ＮｂＣ）粉末、平均粒径３．０μｍのニッケル（Ｎｉ）粉末、および平均粒径３．０μｍのコバルト（Ｃｏ）粉末を配合した。
【００４８】
[ii]  上記[ｉ]の混合物を、ボールミルを用いて、エタノールを媒体として混合し、７２時間、湿式混合粉砕を行った。その後、バインダーを添加し、スラリーを得た。
【００４９】
[iii]  上記[ii]のスラリーをスプレードライにより乾燥させ、造粒を行った。
【００５０】
[iv]  上記[iii]の造粒粉末の乾燥後、この造粒粉末を金型に充填して加圧成形法により、２００ＭＰａの圧力で、プレス成形を行い、窒素気流中で脱ワックスを行った。
【００５１】
[ｖ]  上記[iv]の成形後、焼成を行い、サーメットを得た。ここで、焼成は、真空中で、温度１１００〜１３００℃に昇温した後、各々の温度で、０〜３００分間保持した後、窒素雰囲気下で、温度１６００℃、６０分間保持して行った。
【００５２】
[vi]  上記[ｖ]によりサーメットを得た後、このサーメットの成形体に対し、冷却処理を行った。この冷却処理は、不活性ガス中、６．５〜３９ｋＰａの各条件下で、１０００℃まで２．５〜１５℃/minの冷却速度で冷却した。以上の製造条件を以下の表２に示す。
【００５３】
[硬度およびヤング率]
まず、各実施例、比較例で各々得られたサーメットの硬度Ｘ２０および硬度Ｘ１０００、とヤング率Ｙ２０およびヤング率Ｙ１０００を測定した。この硬度およびヤング率の測定においては、超微小硬度計（（株）フィッシャー・インストルメンツ製、商品名  フィッシャースコープＨ−１００）を用いた。各測定結果を用いて、硬度比、ヤング率比を求めた。求めた硬度比、ヤング率比を以下の表２に示す。
【００５４】
[切削インサートの製造方法]
上記のようにして得られた実施例、比較例に係るサーメットをＩＳＯ規格によりＳＮＭＮ１２０４０８の形状に研磨加工をして、切削インサートを作製した。
【００５５】
[評価方法および評価結果]
上記実施例、比較例で各々得られた切削インサートを用いて、切削試験を行った。各測定・評価結果を以下の表２に示す。
【００５６】
【表２】
2005133126.tif 000003
【００５７】
[切削試験]
なお、切削試験は、乾式連続切削試験および乾式断続切削試験を行った。乾式連続切削試験と乾式断続切削試験の各条件を以下に示す。
【００５８】
乾式連続切削試験により、切削インサートの刃先逃げ面の磨耗した部分の磨耗量ＶＢを測定した。また、乾式断続切削試験により、切削インサートの累積欠損率を測定した。なお、ホルダは、Ｃ１６Ｒ−４４の形状のものを用いた。
【００５９】
〈乾式連続切削試験の切削条件〉
被削材          ：ＪＩＳ  ＳＣＭ４３９丸棒
切削速度Ｖ      ：３００ｍ/min
送り速度ｆ      ：０．１５ｍｍ/rev
切り込み量ｄ    ：１．５ｍｍ
切削時間        ：５min
切削油          ：なし（乾式）
切削インサートの刃先形状      ：ＳＮＧＮ１２０４０８
【００６０】
〈乾式断続切削試験の切削条件〉
被削材          ：ＪＩＳ  ＳＣＭ４４０丸棒  ４本溝
切削速度Ｖ      ：２５０ｍ/min
送り速度ｆ      ：０．３５ｍｍ/rev
切り込み量ｄ    ：１．５ｍｍ
衝撃回数        ：５００回
切削油          ：なし（乾式）
切削インサートの刃先形状      ：ＳＮＧＮ１２０４０８
【００６１】
この表２によれば、実施例は、比較例と比較して、ＶＢ磨耗量および累積欠損率が共に小さいことがわかった。したがって、実施例によれば、優れた耐磨耗性、耐欠損性を有する切削インサートであることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、本発明に係る切削インサートを示す概略図である。
【図２】図２は、本発明に係る切削工具を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    切削インサート
２    逃げ面
３    すくい面
４    切削工具
５    ホルダ
【図１】
2005133126.tif 000004
【図２】
2005133126.tif 000005