(57)【要約】      （修正有）【課題】切削性能に優れた超硬合金およびその製造方法を提供する。【解決手段】超硬合金が炭化タングステン相と、鉄族の少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ相５質量％〜１５質量％と、ジルコニウムおよびニオブが炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相を成し、合金中の各含有量がジルコニウム０．３質量％〜１質量％、ニオブ０．５質量％〜１．５質量％と、０．５体積パーセント〜６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化タングステン相；
鉄族の少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ相；
ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相；および
約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物（ｃｕｂｉｃ  ｃａｒｂｉｄｅｓ）
を含む超硬合金体。
【請求項２】
前記立方晶炭化物が２体積パーセント超〜５体積パーセントの範囲の量で存在する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項３】
前記立方晶炭化物がＺｒおよびＮｂの炭化物からなる、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項４】
前記バインダ相が約５質量パーセント〜約１５質量パーセントの範囲の量で存在する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項５】
前記バインダ相がコバルト、コバルト−ニッケル合金またはコバルト−ニッケル−鉄合金を含む、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項６】
前記超硬合金体がバインダ濃縮領域を含まない、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項７】
ＨＶ３０で約１２００〜約１６００の範囲の硬さを有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項８】
ＨＶ３０で約１２８０〜約１３８０の範囲の硬さを有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項９】
約１２０  Ｏｅ〜約１７０  Ｏｅの範囲の保磁力（ＨＣＳ）を有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１０】
約１３０  Ｏｅ〜約１６０  Ｏｅの範囲の保磁力を有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１１】
Ｎｂが約０．５質量パーセント〜約１．５質量パーセントの範囲の量で存在する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１２】
Ｚｒが約０．３質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲の量で存在する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１３】
Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｚｒ）≧０．５の質量比を有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１４】
前記（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃ固溶体相が、存在する唯一の固溶体相である、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１５】
物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）またはそれらの組み合わせによって蒸着されたコーティングをさらに含む超硬合金体であって、前記コーティングが、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１６】
切削工具の形状を有する、請求項１に記載の超硬合金体。
【請求項１７】
前記超硬合金体が、すくい面及び前記すくい面と交差する逃げ面を含んで切刃を形成している、請求項１６に記載の超硬合金体。
【請求項１８】
超硬合金体を作製する方法であって、
炭化タングステン粉末と、鉄族からの少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ粉末と、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの粉末化固溶体とを含む混合物を準備すること；
前記混合物の圧粉体を形成すること；及び
前記圧粉体を焼結して、炭化タングステン相、バインダ相と、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相と、約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む超硬合金体を提供すること
を含む方法。
【請求項１９】
焼結が真空焼結または焼結熱間静水圧プレス（ｓｉｎｔｅｒ−ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓ）（ＨＩＰ）を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記立方晶炭化物が２体積パーセント超〜５体積パーセントの範囲の量で存在する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記立方晶炭化物がＺｒおよびＮｂの炭化物からなる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
バインダ粉末が、コバルト粉末、ニッケル粉末、鉄粉末またはそれらの混合物を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記バインダ粉末が約５質量パーセント〜約１５質量パーセントの範囲の量で前記混合物中に存在する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
Ｎｂが約０．５質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲の量で前記混合物中に存在する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
Ｚｒが約０．３質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲の量で前記混合物中に存在する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記粉末化固溶体がＮｂ／（Ｎｂ＋Ｚｒ）≧０．５の質量比を有する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２７】
前記圧粉体が約１４００℃〜約１５６０℃の範囲の温度で焼結される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２８】
ＰＶＤ、ＣＶＤまたはそれらの組み合わせによって前記超硬合金体にコーティングを蒸着することをさらに含む方法であって、前記コーティングが、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は超硬合金体に関し、特に周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族からの金属を含む超硬合金体に関する。
【背景技術】
【０００２】
超硬合金体を含む切削工具は、様々な金属および合金を機械加工するためにコーティング状態および非コーティング状態の両方において使用されてきた。熱変形、破砕およびチッピングを含む摩耗および故障モードに対する切削工具の耐性を高めることは、依然として調査および開発に力を入れるべき領域のままである。このため、かなりの資源が、切削工具用の摩耗抵抗性耐熱性コーティングの開発に割り当てられてきた。例えば、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＯＣＮ、ＴｉＮ、およびＡｌ２Ｏ３が、化学蒸着（ＣＶＤ）ならびに物理蒸着（ＰＶＤ）によって超硬合金に適用されてきた。
【０００３】
さらに、基礎的な切削工具基体の特性が研究されてきた。切削工具製造業者は、超硬合金体の組成変化、および硬さ、摩耗抵抗性、熱変形抵抗性、靱性、密度およびさまざまな磁気特性を含むがこれらに限定されない超硬合金特性にもたらされた効果を研究してきた。しかしながら、１つの超硬合金特性を高めることは、別の超硬合金特性を同時に低下させることが多い。例えば、超硬合金体の変形に対する耐性を高めると、超硬合金体の靱性および熱伝導性が低下する可能性がある。（特許文献１）はそのような問題を認識し、塑性変形抵抗性、高められた硬さおよび熱伝導性を有する超硬合金体を記載している。（特許文献１）によれば、これらの目的は、ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族から選択される金属の炭化物、窒化物および炭窒化物のいくつかの異なる固溶体相を超硬合金体に組み込むことによって達成される。
【０００４】
それにもかかわらず、超硬合金基体の改良は、金属作業利用の発展する要求を満たすために必要であり、また、改善された性能を切削工具に付与するために超硬合金体の組成を変化させる場合に、競合する特性の間の入念なバランスが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−３５６７３４Ａ号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様において、ある実施形態において、摩耗および／または１つ以上の故障モードに対する改善された耐性を示すことができる超硬合金体が本明細書に記載される。ある実施形態において、例えば、本明細書に記載の超硬合金体は、靱性を実質的に損失することなく熱変形に対する高められた耐性を示す。
【０００７】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、炭化タングステン相、鉄族の少なくとも１種の金属またはその合金を含むバインダ相、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相および約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物（ｃｕｂｉｃ  ｃａｒｂｉｄｅｓ）を含む。ある実施形態において、超硬合金体は、約１体積パーセント〜約５．５体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物を含む。超硬合金体は、ある実施形態において、約２体積パーセント超〜約５体積パーセントの量の立方晶炭化物を含む。さらに、ある実施形態において、超硬合金体の立方晶炭化物は、固溶体相のジルコニウムおよびニオブ炭化物からなる。
【０００８】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）またはそれらの組み合わせによって超硬合金体の上に蒸着されたコーティングをさらに含む。ある実施形態において、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む。本明細書に記載の周期律表の族は、ＣＡＳ指定に従い特定される。ある実施形態において、コーティングは単層コーティングである。あるいは、ある実施形態において、コーティングは多層コーティングである。
【０００９】
ある実施形態において、本明細書に記載の超硬合金体は、１つ以上の金属作業利用向けの切削工具の形状を有する。超硬合金体は、ある実施形態において、すくい面及びすくい面と交差する逃げ面を含んで、切刃を形成している。
【００１０】
別の態様において、超硬合金体を作製する方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、超硬合金体を作製する方法は、炭化タングステン粉末と、鉄族からの少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ粉末と、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの粉末化固溶体とを含む混合物を準備することを含む。混合物から圧粉体が形成され、焼結されて、炭化タングステン相と、バインダ相と、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相と、約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む超硬合金体が提供される。
【００１１】
別の態様において、金属を切削する方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、金属を切削する方法は、金属工作物を準備すること、及び金属工作物を切削工具で切削することを含み、切削工具は、炭化タングステン相と、鉄族の少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ相と、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相と、約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む超硬合金体を含む。
【００１２】
金属を切削する方法の、ある実施形態において、超硬合金体は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）またはそれらの組み合わせによって超硬合金体上に蒸着されたコーティングをさらに含む。ある実施形態において、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む。ある実施形態において、コーティングは単層コーティングである。あるいは、ある実施形態において、コーティングは多層コーティングである。
【００１３】
これらおよび他の実施形態は、以下の詳細な説明でさらに詳細に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本明細書に記載の１つの実施形態による切削工具の形状を有する超硬合金体を示す。
【図２】本明細書に記載の１つの実施形態による超硬合金体の変形試験の結果を、比較用超硬合金体を考慮して示す。
【図３】本明細書に記載の１つの実施形態による超硬合金体の靱性試験の結果を、比較用超硬合金体を考慮して示す。
【図４】本明細書に記載の１つの実施形態による超硬合金体の断続切削試験の結果を、比較用超硬合金体を考慮して示す。
【図５】本明細書に記載の１つの実施形態による超硬合金体の断続切削試験の結果を、比較用超硬合金体を考慮して示す。
【図６】本明細書に記載の１つの実施形態による超硬合金体のフライス削り試験（ｍｉｌｌｉｎｇ  ｔｅｓｔｉｎｇ）の結果を、比較用超硬合金体を考慮して示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本明細書に記載の実施形態は、以下の詳細な説明および実施例ならびにそれらの前および後の記載を参照することによってさらに容易に理解することができる。しかしながら、本明細書に記載の要素、装置および方法は、詳細な説明および実施例に提示される特定の実施形態に限定されない。これらの実施形態は、本発明の原理の単なる例示であることが理解されるべきである。多数の改変および適合が、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者には容易に明らかになるであろう。
【００１６】
一態様において、ある実施形態において、摩耗および／または１つ以上の故障モードに対する改善された耐性を示すことができる超硬合金体が本明細書に記載される。ある実施形態において、例えば、本明細書に記載の超硬合金体は、実質的な靱性の損失なしに、熱変形に対する高められた耐性を示す。
【００１７】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、炭化タングステン相、鉄族の少なくとも１種の金属またはその合金を含むバインダ相、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相および約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物を含む。
【００１８】
ここで超硬合金体の構成要素を検討すると、本明細書に記載の超硬合金体はジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相を含む。ジルコニウムおよびニオブの炭化物から形成されることにおいて、固溶体相は、ある実施形態において、１種以上の追加の金属元素を微量または不純物量を超えて含まない。さらに、ある実施形態において、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相は超硬合金体の唯一の固溶体相である。従って、ある実施形態において、本明細書に記載の超硬合金体は、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属の炭化物、窒化物および／または炭窒化物の１種以上の追加の固溶体相を含まない。ある実施形態において、例えば、本明細書に記載の超硬合金体は、チタン、ハフニウム、バナジウム、タンタル、タングステン、モリブデンまたはクロムもしくはそれらの混合物の炭化物、窒化物および／または炭窒化物を含む固溶体相を含まない。
【００１９】
ある実施形態において、ニオブは本明細書に記載の超硬合金体中に約０．５質量パーセント〜約１．５質量パーセントの範囲の量で存在する。ニオブは、ある実施形態において、約０．７質量パーセント〜約１．３質量パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、ニオブは約０．８質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲の量で存在する。さらに、ある実施形態において、ジルコニウムは超硬合金体中に約０．３質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、ジルコニウムは約０．５質量パーセント〜約０．７質量パーセントの範囲の量で存在する。超硬合金体は、ある実施形態において、Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｚｒ）≧０．５の質量比を有する。ある実施形態において、上記の質量比は０．６以上である。質量比は、ある実施形態において、０．７以上である。
【００２０】
本明細書に記載の超硬合金体はまた立方晶炭化物を約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量で含む。ある実施形態において、立方晶炭化物は超硬合金体中に約１体積パーセント〜約５体積パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、立方晶炭化物は２体積パーセント超〜５体積パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、立方晶炭化物は約２．５体積パーセント〜約４体積パーセントの範囲の量で存在する。
【００２１】
ある実施形態において、超硬合金体の立方晶炭化物は、固溶体相のニオブおよびジルコニウムの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃからなる。従って、ある実施形態において、超硬合金体の立方晶炭化物は、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の１種以上の追加の金属を微量または不純物量を超えて含まない。ある実施形態において、例えば、超硬合金体の立方晶炭化物は、チタン、タンタルまたはそれらの混合物を微量または不純物量より多く含まない。
【００２２】
本明細書に記載の超硬合金体はまた、炭化タングステン（ＷＣ）相を含む。ある実施形態において、炭化タングステン相の粒子は、約１μｍ〜約１２μｍの範囲の粒径分布を示す。ある実施形態において、炭化タングステン相の粒子は約２μｍ〜約１０μｍの範囲の粒径分布を有する。
【００２３】
さらに本明細書に記載の超硬合金体のバインダ相は、鉄族の少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含む。ある実施形態において、例えば、バインダ相はコバルトを含む。ある実施形態において、バインダ相はコバルト−ニッケル合金またはコバルト−ニッケル−鉄合金を含む。クロムおよび／またはタングステンなどの、さらなる合金元素をバインダ相に含むことができる。バインダ相は、ある実施形態において、超硬合金体中に約５質量パーセント〜約１５質量パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、バインダ相は約７質量パーセント〜約１３質量パーセントの範囲の量で存在する。ある実施形態において、バインダ相は約９質量パーセント〜約１２質量パーセントの範囲の量で存在する。
【００２４】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、バインダ濃縮表面領域を含むがこれに限定されない、バインダ濃縮領域を含まない。ある実施形態において、例えば、超硬合金体は、立方晶炭化物および／または（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃ固溶体相を含まないまたは実質的に含まないバインダ濃縮表面領域を含まない。
【００２５】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）またはそれらの組み合わせによって超硬合金体上に蒸着されたコーティングをさらに含む。ある実施形態において、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む。ある実施形態において、例えば、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される金属元素の１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物またはホウ化物を含む。
【００２６】
さらに、ある実施形態において、コーティングは単層コーティングである。あるいは、ある実施形態において、コーティングは多層コーティングである。ある実施形態において、例えば、多層コーティングは、超硬合金体に隣接するＴｉＣＮ層を含み、続いてアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）の外層を含む。ある実施形態において、ＴｉＣＮ層は中温（ＭＴ）のＴｉＣＮ層であるが、一方でアルミナ層はα−アルミナ層、κ−アルミナ層またはそれらの混合である。さらに、ある実施形態において、単層コーティングまたは多層コーティングは、コーティング後のブラストなどの１つ以上のコーティング後処理工程にかけられてもよい。ある実施形態において、コーティング後のブラスト処理は、本明細書にその全体が参照により援用される米国特許第６，８６９，３３４号明細書の開示に従って実行される。
【００２７】
本明細書に記載の超硬合金体は、ある実施形態において、約１２００〜約１６００の範囲の硬さ（ＨＶ３０）を有し、ＨＶ３０とは、３０キログラム力荷重を使用したビッカース硬さを指す。ある実施形態において、超硬合金体は、ＨＶ３０で約１２００〜約１５００またはＨＶ３０で約１２００〜約１４６０の範囲の硬さを有する。ある実施形態において、超硬合金体は、ＨＶ３０で約１２５０〜約１４００の範囲の硬さを有する。ある実施形態において、超硬合金体は、ＨＶ３０で約１２８０〜約１３８０の範囲の硬さを有する。本明細書に示されるビッカース硬さの値は、ＡＳＴＭ  Ｅ  ３８４“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｋｎｏｏｐ  ａｎｄ  Ｖｉｃｋｅｒｓ  Ｈａｒｄｎｅｓｓ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ”ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌに準拠して測定される。
【００２８】
さらに、ある実施形態において、本明細書に記載の超硬合金体は約１２０  Ｏｅ〜約１７０  Ｏｅの範囲の保磁力を有する。ある実施形態において、超硬合金体は約１３０  Ｏｅ〜約１６０  Ｏｅの範囲の保磁力を有する。超硬合金体は、ある実施形態において、約１３５  Ｏｅ〜約１５０  Ｏｅの範囲の保磁力を有する。本明細書に示される保磁力値はＡＳＴＭ  Ｂ８８７“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｃｏｅｒｃｉｖｉｔｙ（Ｈｃｓ）  ｏｆ  Ｃｅｍｅｎｔｅｄ  Ｃａｒｂｉｄｅｓ”ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌに準拠して測定される。
【００２９】
ある実施形態において、本明細書に記載の超硬合金体は、約７５％〜約９５％の範囲の磁気飽和（Ｍｓ）を有する。超硬合金体は、ある実施形態において、約７９％〜約８９％の範囲の磁気飽和を有する。ある実施形態において、超硬合金体は、約８０％〜約８５％の範囲の磁気飽和を有する。本明細書に示される磁気飽和値は、ＡＳＴＭ  Ｂ  ８８６“Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｄｅｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ（Ｍｓ）  ｏｆ  Ｃｅｍｅｎｔｅｄ  Ｃａｒｂｉｄｅｓ”ＡＳＴＭ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌに準拠して測定される。当業者に知られているように、磁気飽和値は、純Ｃｏバインダ相（ｎｏｍｉｎａｌｌｙ  ｐｕｒｅ  Ｃｏ  ｂｉｎｄｅｒ  ｐｈａｓｅ）との比較に基づいて、百分率からμＴｍ−３／ｋｇへ変換されてもよい。例えば、Ｒｏｅｂｕｃｋ，Ｂ．Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｍｏｍｅｎｔ（Ｓａｔｕｒａｔｉｏｎ）Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ  ｏｎ  Ｈａｒｄｍｅｔａｌｓ，Ｉｎｔ，Ｊ，Ｒｅｆｒａｃｔｏｒｙ  Ｍｅｔａｌｓ  ＆  Ｈａｒｄ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ，１４（１９９６）４１９−４２４を参照されたい。
【００３０】
さらに、本明細書に記載の超硬合金体は、約１２．５ｇ／ｃｍ−３から約１５．０ｇ／ｃｍ−３の範囲の密度を有する。ある実施形態において、超硬合金体は、約１３．０ｇ／ｃｍ−３から約１４．５ｇ／ｃｍ−３の範囲の密度を有する。ある実施形態において、超硬合金体は、約１４．１ｇ／ｃｍ−３から約１４．４ｇ／ｃｍ−３の範囲の密度を有する。
【００３１】
本明細書に記載の超硬合金体は、先に記載した特性のどの組み合わせも有することができる。例えば、超硬合金体は、本明細書に示した硬さ、保磁力、磁気飽和および密度のどのような値も含むことができる。
【００３２】
ある実施形態において、超硬合金体は切削工具の形状を有する。超硬合金体は、ある実施形態において、すくい面及びすくい面と交差する逃げ面を含んで切刃を形成している。図１は本明細書に記載の一実施形態による切削工具の形状を有する超硬合金体を示す。図１に示されるように、超硬合金体（１０）は逃げ面（１２）とすくい面（１４）とを含み、逃げ面（１２）とすくい面（１４）とが交差するように向き合い、切刃（１６）を形成する。超硬合金体（１０）はまた、超硬合金体（１０）を工具ホルダに固定するために機能する開口（１８）を含む。
【００３３】
別の態様において、超硬合金体を作製する方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、超硬合金体を作製する方法は、炭化タングステン粉末と、鉄族からの少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ粉末と、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの粉末化固溶体とを含む混合物を準備することを含む。混合物から圧粉体が形成され、焼結されて、炭化タングステン相と、バインダ相と、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相と、約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む超硬合金体が提供される。炭化タングステン相、バインダ相、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相および立方晶炭化物は、そのような相に関して本明細書で上に示したいかなる特性も有することができる。ある実施形態において、例えば、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの相の固溶体は、本明細書に記載されているような超硬合金体の唯一の固溶体相である。さらに、立方体炭化物は、ある実施形態において、固溶体相のニオブおよびジルコニウムの炭化物からなる。
【００３４】
本明細書に記載される方法の、ある実施形態において、粉末化混合物の金属は、焼結された超硬合金体のそれらの所望の組成百分率に相応する量で提供される。ある実施形態において、例えば、鉄族からの少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ粉末は、約５質量パーセント〜約１５質量パーセントの範囲の量で混合物に提供される。バインダ粉末は、ある実施形態において、約７質量パーセント〜約１３質量パーセントの範囲の量で混合物に提供される。ある実施形態において、バインダ粉末は約９質量パーセント〜約１２質量パーセントの範囲の量で混合物に提供される。
【００３５】
さらに、ある実施形態において、ニオブおよびジルコニウムの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体粉末は、約０．５質量パーセント〜約１．５質量パーセントの範囲のニオブ含量および約０．３質量パーセント〜約１質量パーセントの範囲のジルコニウム含量を提供するのに十分な量で混合物に加えられる。ある実施形態において、（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体粉末は、約０．７質量パーセント〜約１．３質量パーセントの範囲のニオブ含量および約０．５質量パーセント〜約０．７質量パーセントの範囲のジルコニウム含量を提供するのに十分な量で混合物に加えられる。本明細書に記載される方法の、ある実施形態に使用するための（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体粉末は、Ｎｂ／（Ｎｂ＋Ｚｒ）≧０．５の質量比を有する。ある実施形態において、前述の質量比は０．６以上である。質量比は、ある実施形態において、０．７以上である。
【００３６】
炭化タングステン粉末は、ある実施形態において、本明細書に記載の超硬合金体を形成するために使用される混合物のうちの残量となる。
【００３７】
圧粉体を、本発明の目的に反しないあらゆる条件下において焼結して、本明細書に記載の超硬合金体を提供することができる。ある実施形態において、例えば、圧粉体は、約１４００℃〜約１５６０℃の範囲の温度で真空焼結または焼結熱間静水圧プレス（ｈｏｔ  ｉｓｏｓｔａｔｉｃ  ｐｒｅｓｓ）（ＨＩＰ）される。ある実施形態において、圧粉体は約１５分〜約１２０分の範囲の時間にわたり焼結される。ある実施形態において、圧粉体は約１５分〜約９０分または約３０分〜約７５分の範囲の時間にわたり焼結される。
【００３８】
超硬合金体を作製する方法は、ある実施形態において、ＰＶＤ、ＣＶＤまたはそれらの組み合わせによって超硬合金体にコーティングを蒸着することをさらに含む。ある実施形態において、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される１種以上の金属元素ならびに周期律表の第ＩＩＩＡ族、ＩＶＡ族およびＶＩＡ族の非金属元素からなる群から選択される１種以上の非金属元素を含む。ある実施形態において、例えば、コーティングは、周期律表の第ＩＶＢ族、ＶＢ族およびＶＩＢ族の金属元素およびアルミニウムからなる群から選択される金属元素の１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物、酸化物またはホウ化物を含む。さらに、ある実施形態において、コーティングは単層コーティングである。さらに、ある実施形態において、コーティングは多層コーティングである。
【００３９】
別の態様において、金属を切削する方法が本明細書に記載される。ある実施形態において、金属を切削する方法は、金属工作物を準備すること、および金属工作物を切削工具で切削することを含み、切削工具は、炭化タングステン相と、鉄族の少なくとも１種の金属またはそれらの合金を含むバインダ相と、ジルコニウムおよびニオブの炭化物（Ｚｒ，Ｎｂ）Ｃの固溶体相と、約０．５体積パーセント〜約６体積パーセントの範囲の量の立方晶炭化物とを含む超硬合金体を含む。金属を切削する方法の、ある実施形態において、超硬合金体は、超硬合金体に関して本明細書に記載されたいかなる特性も有することができる。さらに、ある実施形態において、超硬合金体は、本明細書に記載されているようなコーティングをさらに含む。
【００４０】
ある実施形態において、金属工作物は、普通鋼または合金鋼、ステンレス鋼、ねずみ鋳鉄、球状黒鉛を有するねずみ鋳鉄、および様々な高温合金を含む。
【００４１】
これらおよびその他の実施形態は、以下の非限定的な実施例でさらに説明される。
【実施例】
【００４２】
実施例１
超硬合金体
本明細書に記載の一実施形態による、表Ｉに示される金属組成パラメータを有する粉末混合物（Ａ）が、ＣＮＭＧ１２０４０８ＲＰのＡＮＳＩ標準形状を有する圧粉体を形成するために圧縮された。表Ｉに示されるように、（ＺｒＮｂ）Ｃ固溶体粉末が、０．９３質量パーセントのニオブ含量と０．６２質量パーセントのジルコニウム含量とを提供するのに十分な量で混合物に加えられた。１０．６質量パーセントのコバルト添加後、炭化タングステン（ＷＣ）粉末で混合物の残量を構成した。圧粉体は３０〜６０分の時間にわたり１４００℃〜１５６０℃の範囲の温度で真空焼結され、超硬合金体が作製された。
【００４３】
【表１】
2013129915.tif 000002
【００４４】
表ＩＩに示される金属組成パラメータを有する粉末混合物（Ｂ〜Ｅ）も、インサート形状ＣＮＭＧ１２０４０８ＲＰの圧粉体を形成するために圧縮されて、粉末混合物Ａと同じ方法で焼結され、比較用超硬合金体が作製された。
【００４５】
【表２】
2013129915.tif 000003
【００４６】
表ＩＩに示されるように、実施例／比較例ＤおよびＥの（ＴａＮｂ）Ｃ固溶体粉末は、タンタルおよびニオブ質量パーセントを提供するのに十分な量で混合物に添加された。１０．５質量パーセントのコバルト添加後、ＷＣ粉末で粉末混合物の残量を構成した。実施例／比較例ＢおよびＣでは、コバルトおよびクロム質量パーセントの添加後、ＷＣ粉末で混合物の残量を構成した。
【００４７】
超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅは、化学蒸着（ＣＶＤ）によって蒸着された炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）内側層とα−アルミナ外側層とからなる多層コーティングを施され、各実施例／比較例のコーティング厚さは以下の表ＩＩＩに示される。超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅはその後、本明細書に示されるさまざまなＡＳＴＭ試験手順にかけられ、その結果がまた表ＩＩＩに示される。
【００４８】
【表３】
2013129915.tif 000004
【００４９】
実施例２
変形試験
実施例１の実施例／比較例Ａ〜Ｅに従い作製された超硬合金体は、以下の条件のもとで変形旋削試験にかけられた。
工作物−４２ＣｒＭｏ４（１．７２２５）
切削速度−２７０、２８５、３００、３１５および３３０ｍ／分
切削時間−切削速度あたり５秒
送り速度−０．３ｍｍ／回転
切込み深さ−２．５ｍｍ
切削油剤（Ｃｏｏｌａｎｔ）−なし
切削インサートホルダ−ＭＣＬＮＬ３２２５Ｐ１２
【００５０】
超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅの、切削速度３１５ｍ／分において３回繰り返した平均先端摩耗（ａｖｅｒａｇｅ  ｎｏｓｅ  ｗｅａｒ）（ｍｍ）が表ＩＶに示される。超硬合金体の例Ａ〜Ｅが切削速度２７０、２８５および３００ｍ／分を経て進められた後、３１５ｍ／分の切削速度に達した。いくつかのケースでは、超硬合金切削工具は、３１５ｍ／分の切削速度を適用する前または適用中に寿命（ＥＯＬ）に達した。先端摩耗≧０．６ｍｍおよび／またはコーティングはく離によって呈されるような熱的過負荷を原因とする塑性変形によってＥＯＬは決定された。
【００５１】
【表４】
2013129915.tif 000005
【００５２】
表ＩＶに示されるように、本明細書に記載の組成パラメータと特性とを有する実施例／比較例Ａの超硬合金体は、先端摩耗に対する最も高い抵抗を示し、したがって、比較の実施例／比較例Ｄの性能に匹敵するが、比較の実施例／比較例Ｂ、ＣおよびＥを凌ぐ。
【００５３】
さらに実施例／比較例Ａの超硬合金体は、比較例を考慮すると、所望の耐熱変形性を示した。図２に示されるように、実施例／比較例Ａの超硬合金体は、切削速度２８５ｍ／分での実施例／比較例ＢおよびＣと比べて熱変形性が顕著に低いことを示した。コーティングはく離は、例えば、実施例／比較例ＢおよびＣでは顕著であるが、その一方実施例／比較例Ａでは実質的に存在しない。
【００５４】
実施例３
靱性試験
実施例１の実施例／比較例Ａ〜Ｅに従い作製された超硬合金体は、以下の条件の下で靱性旋削試験にかけられた。
工作物−ＣＫ６０（１．１２２１）
切削速度−１００ｍ／分
送り速度−０．４、０．５、０．６、０．７、０．８ｍｍ／回転
送り速度あたりの衝撃−１００
切込み深さ−２．５ｍｍ
切削油剤−なし
切削インサートホルダ−ＭＣＬＮＬ３２２５Ｐ１２
【００５５】
２回繰り返した超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅの靱性試験の結果を図３に示す。ＥＯＬの判定基準は、超硬合金体の破損および／または先端摩耗≧０．６ｍｍおよび／またはコーティングはく離によって呈されるような熱的過負荷を原因とする塑性変形だった。図３に示されるように、実施例／比較例Ａの超硬合金体は、比較の実施例／比較例Ｂ〜Ｅと同等な（ｃｏｍｐａｒａｂｌｅ）靱性を示した。
【００５６】
実施例４
断続切削試験
実施例１の実施例／比較例Ａ〜Ｅに従い作製された超硬合金体は、以下の条件の下で断続切削旋削試験にかけられた。
工作物−４２ＣｒＭｏ４（１．７２２５）
切削速度−１６０ｍ／分
切削時間−最大４分または工具欠損まで
送り速度−３分間は０．３ｍｍ／回転、３〜４分からは０．３５ｍｍ／回転
切込み深さ−３ｍｍ
切削油剤−あり
切削インサートホルダ−ＭＣＬＮＬ３２２５Ｐ１２
【００５７】
図４は断続切削試験の結果を示し、実施例／比較例Ａ〜Ｅの各々について５回の繰り返しから得られた最良の性能を示す。ＥＯＬ判定基準は、先端摩耗＞０．４ｍｍおよび／または先端摩耗＞０．４ｍｍと同時のコーティングはく離から明白であるような熱的過負荷を原因とする塑性変形であった。図４に示されるように、実施例／比較例Ａの超硬合金体は、最も高い耐摩耗性を示した。図５はさらに、実施例／比較例ＢおよびＣと比較して実施例／比較例Ａの超硬合金体の向上した摩耗抵抗特性を示す。
【００５８】
実施例５
フライス削り試験
実施例１の表ＩおよびＩＩに示される粉末混合物（Ａ）および（Ｂ〜Ｅ）はそれぞれ圧縮されて、ＳＥＫＮ１２０３ＡＦＳＮ３のＡＮＳＩ標準形状を有する圧粉体が形成され、そして、１４００℃〜１５６０℃の範囲の温度で３０〜６０分の時間にわたり真空焼結されて、超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅが作製された。
【００５９】
超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅには、ＴｉＣＮ内側層およびα−アルミナ外側層からなる多層コーティングが施され、各例のコーティング厚さは約９μｍであった。超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅは続いて、以下の条件を有する正面フライス削り試験にかけられた。
工作物−４２ＣｒＭｏ４Ｖ
切削速度−２５０ｍ／分
１刃当たりの送り量−０．３ｍｍ
軸方向切込み深さ−２．０ｍｍ
半径方向切込み深さ−１２０ｍｍ
切削油剤−なし
機械−Ｈｅｌｌｅｒ  ＰＦＨ１２−１４００
工具アダプタ−ＳＫ５０
【００６０】
超硬合金体の実施例／比較例Ａ〜Ｅの３回繰り返したＥＯＬまでの平均切削長さを表Ｖに示す。ＥＯＬ判定基準は、０．３ｍｍを超える逃げ面の摩耗および／または０．３ｍｍを超える逃げ面の摩耗と同時のコーティングはく離から明白であるような熱的過負荷による塑性変形であった。
【００６１】
【表５】
2013129915.tif 000006
【００６２】
表Ｖに示されるように、本明細書に記載の組成パラメータを有する実施例／比較例Ａの超硬合金体は最も長い切削長さを有し、したがって、前述の厳しいフライス削りの条件の下で靱性を損失することなく熱変形に対する高められた耐性を示している。図６はさらに、実施例／比較例Ｅの比較超硬合金体と比べて実施例／比較例Ａの超硬合金体の向上した性能を示す。ほぼ等しい切削長さ８００ｍｍにおいて、実施例／比較例Ｅの超硬合金体は、実施例／比較例Ａの摩耗と比べて、すくい面の顕著なコーティングはく離、クレータ摩耗および変形を示した。
【００６３】
実施例６
フライス削り試験
実施例５のフライス削り試験を繰り返したが、唯一のずれ（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）は切削速度の２５０ｍ／分から２００ｍ／分への変更だった。試験結果は表ＶＩに示される。
【００６４】
【表６】
2013129915.tif 000007
【００６５】
表ＶＩに示されるように、本明細書に記載の組成パラメータを有する実施例／比較例Ａの超硬合金体は最も長い切削長さを有し、したがって、前述の厳しいフライス削り条件の下で靱性を損失することなく熱変形に対する高められた耐性を示している。
【００６６】
本発明の様々な実施形態を本発明の様々な目的の達成のために記載した。これらの実施形態は本発明の原理の単なる例示であることを理解されたい。これらの多数の改変および適合は、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく当業者には容易に明らかになるであろう。
【符号の説明】
【００６７】
１０  超硬合金体
１２  逃げ面
１４  すくい面
１６  切刃
１８  開口
【図１】
2013129915.tif 000008
【図２】
2013129915.tif 000009
【図３】
2013129915.tif 000010
【図４】
2013129915.tif 000011
【図５】
2013129915.tif 000012
【図６】
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