(57)【要約】【課題】  耐摩耗性がよく、かつ耐熱衝撃性も高い切削工具を提供する。【解決手段】  二硼化チタン（ＴｉＢ２）質焼結体からなる第１焼結体２の上下面に、炭窒化チタン基サーメットからなる第２焼結体３を積層した積層体からなり、切刃７は第２焼結体３にて構成されている切削工具１であり、望ましくは、第２焼結体３の厚みは切削工具１の全体の厚みに対して１０〜３５％の切削工具１である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
二硼化チタン質焼結体からなる第１焼結体の上下面に、炭窒化チタン基サーメットからなる第２焼結体を積層した積層体からなり、切刃は前記第２焼結体にて構成されている切削工具。
【請求項２】
前記第２焼結体の厚みは全体の厚みに対して１０〜３５％である請求項１記載の切削工具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は切削工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、切削工具として、ＷＣを主成分とする超硬合金や、ＴｉＣＮを主成分とするサーメットが広く使われている。サーメットは超硬合金に比べて硬度は高いが耐熱衝撃性が低く突発欠損しやすいことが知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、サーメットの表面にて結合相濃度の高い軟化層を形成して、サーメットの靭性を高めることが開示されている。また、特許文献２では、ＴｉＢ２を５０〜８０重量％と残部がＴｉＮからなる複合セラミックスが開示され、ＴｉＮ粒子がＴｉＢ２粒子内に取り込まれた組織とすることによって、焼結しやすくて硬度、強度、靭性に富んだセラミックスとなることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０７−６２４８２号公報
【特許文献２】特開平０９−２０８３２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１、２の構成では、いずれも焼結体の耐熱衝撃性が不十分であるという問題があった。
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためのものであり、その目的は耐摩耗性および耐熱衝撃性がよくて切削性能が高い積層体および切削工具を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の切削工具は、二硼化チタン質焼結体からなる第１焼結体の上下面に、炭窒化チタン基サーメットからなる第２焼結体を積層した積層体からなり、切刃は前記第２焼結体にて構成されているものである。
【０００８】
ここで、前記第２焼結体の厚みは切削工具全体の厚みに対して１０〜３５％であることが望ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の切削工具によれば、切刃はサーメットで構成されるので耐摩耗性がよく、かつ切削工具の中心部にＴｉＢ２質焼結体が配置されているので耐熱衝撃性も高い。
【００１０】
そして、前記第２焼結体の厚みは切削工具全体の厚みに対して１０〜３５％であることが、耐摩耗性の維持と耐熱衝撃性の向上の点で望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の積層体からなる切削工具の一例を示し、（ａ）概略斜視図、（ｂ）断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の積層体からなる切削工具の一例について、その（ａ）概略斜視図、（ｂ）断面模式図である図１を基に説明する。
【００１３】
図１の切削工具１は、第１焼結体２および第２焼結体３は、二硼化チタン質焼結体からなる第１焼結体２の上下面に、炭窒化チタン基サーメット（以下、単にサーメットという。）からなる第２焼結体３を積層した積層体からなり、切刃７は第２焼結体３にて構成されている。
【００１４】
上記構成によって、切刃７は耐摩耗性が高い第２焼結体３の組織からなるとともに、中央部を構成する第１焼結体２は熱伝導度が高いので、切刃７をなす第２焼結体３の耐熱衝撃性の向上に寄与する。なお、図１の切削工具１のすくい面８の中央部にはネジ穴１４が形成されている。
【００１５】
第１焼結体２をなすＴｉＢ２質焼結体は、ＴｉＢ２を主成分として、これに周期表第４、５、６族金属およびＳｉの群から選ばれる少なくとも１種の金属の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物、硼化物、および所望により鉄族金属等を添加したものからなる。一方、第２焼結体３をなすサーメットは、Ｔｉを主成分として、これにＴｉ以外の周期表第４、５および６族金属の１種以上が固溶した炭窒化物の硬質相と、鉄族金属の結合相とを含有したものからなる。
【００１６】
ここで、第２焼結体３の厚みは切削工具全体の厚みに対して１０〜３５％であることが望ましい。なお、第２焼結体３が上下層の両方存在する場合には、第２焼結体３の総厚みは切削工具全体の厚みに対して２０〜７０％となる。これにより、切削性能が高くかつ変形が小さい切削工具１が製造上容易に作製できる。
【００１７】
また、第１焼結体２の表面に凹凸が存在すると、第２焼結体３の剥離が生じにくくかつ第２焼結体３の放熱性も向上する。
【００１８】
さらに、第１焼結体２と第２焼結体３の積層体は、同時に焼成して得られるものであってもよいが、第１焼結体２を先に焼成しておいてこの第１焼結体２に隣接して第２焼結体３を形成する原料粉末を所定形状にて載置した状態で焼成する方法であってもよい。または、第１焼結体２と第２焼結体３を別々に焼成して貼り合わせる方法であってもよい。
【００１９】
（製造方法）
次に、上述した切削工具の製造方法の一例について説明する。
【００２０】
原料として、２種類の混合原料粉末を準備する。
第１の原料粉末は第２焼結体を形成する第２の原料粉末よりも焼成温度の高い組成からなり、平均粒径１〜２μｍのＴｉＢ２粉末と、平均粒径０．５〜１０μｍの上記金属元素の化合物粉末と、平均粒径１〜３μｍの鉄族金属粉末を混合した原料粉末とする。
【００２１】
一方、第２の混合原料粉末は第１焼結体よりも低温で焼結するサーメット組成からなり、具体的には、平均粒径０．６〜１μｍのＴｉＣＮ粉末と、平均粒径０．１〜２μｍの上述した他の周期表第４、５および６族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか１種と、平均粒径１．０〜３．０μｍのＣｏ粉末と平均粒径０．３〜０．８μｍのＮｉ粉末との少なくとも１種と、所望により平均粒径０．５〜１０μｍのＭｎＣＯ３粉末を混合した原料粉末とする。なお、上記第２の原料中にＴｉＣ粉末やＴｉＮ粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成後のサーメットにおいてＴｉＣＮを構成する。
【００２２】
次に、上記異なる２種類の混合原料を用いて切削工具形状に成形する。成形方法として、例えば、同時焼成によって第１の焼結体と第２の焼結体との積層体を作製する場合には、プレス金型の中に、第２の混合原料を上下面に配置するとともに、中央部に第１の原料粉末を配置して積層した状態でプレス成形する方法が採用可能である。その他に、第２の原料粉末のみを用いてプレス成形した成形体を一旦焼成してＴｉＢ２質焼結体を作製してから、この焼結体の表面に第１の原料粉末を含むスラリーを塗布する方法も挙げられる。この方法によれば、第２焼結体は一旦焼成した後でそれよりも低い焼成温度にて焼成するので、焼結による変形量ｗが小さくて、焼結体全体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に寸法精度の高い切削工具１を作製できる。
【００２３】
第１の焼結体の上／下面に第２の原料粉末を配置する方法としては、金型内に第１焼結体を載置するとともにその上下面に第２の原料粉末を投入する方法や、第１の焼結体および第２の焼結体を別体として作製して貼り合せる方法が好適に採用できる。
【００２４】
その後、所望により上記構造体を焼成して、上述した所定組織の積層体を作製することができる。そして、所望により、積層体の表面に被覆層を成膜する。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。
【実施例】
【００２５】
マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ５０値）が１．５μｍのＴｉＢ２粉末、平均粒径３μｍのＳｉＣ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、ＮｂＣ粉末、平均粒径９μｍのＷＣ粉末、平均粒径２μｍのＣｏ粉末を用いて、表１に示す割合で調製した第１の原料粉末を調製し、バインダを混合して、スプレードライヤにて第１の原料粉末の顆粒を作製した。そして、試料Ｎｏ．１、２、７については、この顆粒を用いてプレス成形した成形体をＨＩＰ処理によって焼成してＴｉＢ２質焼結体を作製した。また、試料Ｎｏ．３〜５、８については、この顆粒と下記第２の原料粉末を用いてプレス成形により積層構造の成形体を作製した。
【００２６】
第２の原料粉末は、マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ５０値）が２μｍのＴｉＣＮ粉末、平均粒径２μｍの表１の炭化物粉末、平均粒径２μｍのＮｉ粉末、および平均粒径２μｍのＣｏ粉末を用いて、表１に示す第２の混合原料粉末を調合し、バインダを混合して、スプレードライヤして作製した。
【００２７】
そして、この成形用の原料粉末を用いて、試料Ｎｏ．１、２、７については、金型のうすの中に表１に示す第２の原料粉末を投入して平らに均して上パンチを降下させて手押しで仮成形した後、上パンチを上昇させ、この仮成形した粉末の上に上記第１の原料粉末を投入するかまたは第１の焼結体を載置して、所望により平らに均し、かつ所望によって上記同様に仮成形を行い、さらにこの製粒した粉末の上に第２の原料粉末を投入して平らに均し、最後に上パンチを降下させて２００ＭＰａで加圧してＣＮＭＧ１２０４０８ＨＱまたはＣＮＭＧ１２０４０８ＰＳ（チップ厚み４．７６ｍｍ）の工具形状にプレス成形した。
【００２８】
さらに、この成形体を焼成炉に投入して、（ａ）１０℃／分の昇温速度で１２００℃まで昇温し、（ｂ）窒素（Ｎ２）を１０００Ｐａ充填した雰囲気で０．５℃／分の昇温速度で１４００℃まで昇温し、（ｃ）真空雰囲気で７℃／分の昇温速度で表１に示す温度まで昇温するとともに、その状態で１時間維持し、（ｄ）１０℃／分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する焼成条件で焼成した。なお、第１焼結体と第２焼結体との間の平均凹凸高さ、各焼結体の多孔度は表２に示した。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
次に、得られたサーメット製の切削工具を用いて以下の切削条件にて切削試験を行った。また、金属顕微鏡を用いてサーメットの側面（逃げ面）形状をトレースし、側面の中央部における膨らみ量を算出した。結果は表２に併記した。
摩耗評価
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２５０ｍ／分
送り：０．２０  ｍｍ／刃
切込み：１．０ｍｍ
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：ノーズの摩耗が０．１ｍｍに達するまでの時間
熱衝撃評価
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：３００ｍ／分
送り：０．３０  ｍｍ／
切込み：２．０ｍｍ
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：２０ｍｍ/passとし欠損するまでのパス数
【００３１】
【表２】
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【００３２】
表１、２より、ＴｉＢ２質焼結体とサーメット質焼結体との積層構造でない試料Ｎｏ．６、７では、放熱性が悪いか切刃の硬度が悪くて耐熱衝撃性と耐摩耗性の両立ができずに、チッピングからの摩耗が進行し、また早期に熱衝撃による欠損が生じた。また、サーメット質焼結体の上下面にＴｉＢ２質焼結体を積層した試料Ｎｏ．８では、耐欠損性が悪くてこれによる摩耗の進行が見られるとともに耐熱衝撃性も悪いものであった。
【００３３】
これに対し、ＴｉＢ２質焼結体の上下面にサーメット質焼結体を積層した構造の試料Ｎｏ．１〜５では、優れた耐摩耗性を発揮するとともに耐熱衝撃性も良好であり、工具寿命が長いものであった。
【符号の説明】
【００３４】
１    切削工具
２    第１焼結体
３    第２焼結体
７    切刃
８    すくい面
９    逃げ面
１０  内部
１４  ネジ穴
【図１】
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