CN108136514A - 棒状体及切削工具 - Google Patents

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Abstract

由含有WC粒子及Co的超硬合金构成且在长度方向具有第一端部及第二端部的长形的棒状体，第一端部具有位于宽度方向的中央的第一中央部，第二端部具有位于宽度方向的中央的第二中央部，第一中央部的Co的含量比第二中央部的Co的含量少，而且在以EBSD法测量的WC粒子的平均KAM值的测定中，第一中央部的平均KAM值比第二中央部的平均KAM值小。

Description

棒状体及切削工具
技术领域
本发明涉及棒状体以及钻头(drill)、立铣刀(end mill)等切削工具。
背景技术
长形的棒状体作为构造件而使用。例如，由长形的圆柱形状的棒状体所构成的坯料(blank)，通过进行刃加工来成为钻头及立铣刀等的切削工具。在开孔加工中使用的钻头，为人熟知的是具有位于顶端的切削刃及从切削刃开始延伸的排屑沟槽(flute)的整体式钻头(soild drill)。钻头例如用于要安装电子零件的基板的开孔加工。作为棒状体的一例，在日本特开2012-526664号公报(专利文献1)中揭示有组成在径向或长度方向上不同的坯料。
近年来，对于坯料有更加提高耐磨损性及耐折损性的需求。
发明内容
本发明的一技术方案，为由含有WC(碳化钨)粒子及Co(钴)的超硬合金构成，且在长度方向具有第一端部及第二端部的长形的棒状体，其中，所述第一端部具有位于宽度方向的中央的第一中央部，所述第二端部具有位于宽度方向的中央的第二中央部，所述第一中央部的Co的含量比所述第二中央部的Co的含量少，而且在所述WC粒子的以使用带有电子背散射衍射成像系统的扫描式电子显微镜进行的电子背散射衍射(Electron BackScatterDiffraction：EBSD)法测量的平均KAM(Kernel Average Misorientation：内核平衡取向差)值的测定中，所述第一中央部的平均KAM值比所述第二中央部的平均KAM值小。
附图说明
图1由图1A至1D构成。图1A是关于作为本实施方式的棒状体的一例的坯料的侧视图。图1B示出图1A的坯料中的Co的含量分布的图。图1C是示出图1A的坯料中的Cr的含量分布的图。图1D是示出图1A的坯料中的V的含量分布的图。
图2由图2A及2B构成。图2A是关于图1A的坯料的变形例的侧视图，图2B是示出图2A的坯料中的Co的含量分布的图。
图3是用于针对图1的坯料的制造方法的一例说明模具的结构的示意图。
图4是关于本实施方式的钻头的一例的侧视图。
具体实施方式
关于棒状体，将根据附图说明如下。本实施方式的切削工具用坯料(以下简称为坯料为棒状体的一例。图1A为坯料的侧视图，图1B至1D分别为示出坯料中的Co的含量、Cr(铬)的含量、V(钒)的含量的分布的图。图1中以虚线表示的部分是表示使用坯料形成的切削工具的一例。
作为切削工具的一例的图1的钻头1所使用的坯料2，是由含有WC及Co的超硬合金构成的长形的圆柱形状，且在长度方向具有位于第一端部侧的端部(以下记为端部A)、及位于第二端部侧的端部(以下记为端部B)。在将本实施方式的坯料2用于钻头1时，在位于第一端部侧的端部(以下记为端部X)形成切削刃5，坯料2的端部B与位于钻头1的第二端部侧的端部(以下记为端部Y)的柄部(shank)3接合。坯料2可直接接合至柄部3，也可经由其他构件接合至柄部3。
在本实施方式中，通过研磨坯料2的端部A来形成切削刃5，所以坯料2的端部A比钻头1的形成切削刃5的端部X更靠第一端部侧。
根据本实施方式，坯料2的端部A具有位于宽度方向的中央的第一中央部(以下记为中央部A1)，坯料2的端部B具有位于宽度方向的中央的第二中央部(以下记为中央部B1)。而且，中央部A1的Co的含量CoA比中央部B1的Co的含量CoB少。
换言之，在钻头1的状态下，端部X具有位于宽度方向的中央的中央部(以下记为中央部X1)，钻头的端部Y具有位于宽度方向的中央的中央部(以下记为中央部Y1)。而且，中央部X1的Co的含量比中央部Y1的Co的含量少。
由此，能够提高具有切削刃5的端部X侧的耐磨损性，而且能够提高在钻头及立铣刀等切削工具中容易折损的端部Y侧的耐折损性。
本实施方式中的“宽度方向”指与坯料2的长度方向垂直的方向，“宽度方向的中央部”指长度为与坯料2的长度方向垂直的方向的长度的一半的位置，即包括坯料2的宽度方向中心的区域。本实施方式中的“含量”并不是表示绝对量的值，而是表示含有比(质量％)的值。
另外，根据本实施方式，在WC粒子的以使用带有电子背散射衍射成像系统的扫描式电子显微镜进行的电子背散射衍射(EBSD)法测定的平均KAM值的测定中，中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。换句话说，在钻头1的状态下，中央部X1的平均KAM值比中央部Y1的平均KAM值小。
由此，在端部A侧裂缝(crack)不容易扩展，耐崩刃(chipping)性提高，并且在端部B侧刚性提高，坯料2不容易挠曲。因此在将坯料2做成在端部X侧具有切削刃5且在端部Y侧具有柄部3的切削工具时，切削刃5的耐崩刃性提高而且能够提高端部B的刚性，所以能够提高切削工具的加工精度。
尤其是，在中央部A1的平均KAM值为0.5～0.65°，中央部B1的平均KAM值为0.75～0.92°的情况下，能够更加提高端部A的耐崩刃性及端部B的刚性，在形成切削工具时，能够更加提高切削刃5的耐崩刃性及加工精度。
在此处，“KAM(Kernel Average Misorientation：内核平衡取向差)”表示以EBSD(Electron Back Scatter Diffraction：电子背散射衍射)法测定的相邻测定点间的结晶方位的差即局部方位差，KAM值与塑性形变(plastic cleformation)等的大小具有相关性。因为KAM以微观水平反映局部的变形及转位密度，所以能够通过KAM值的测定来确认微观水平的局部塑性变形。平均KAM值是测定观测区域内的各位置的KAM值并予以平均而得到的值。
在本实施方式中，在烧结成坯料2之前的成形体中，使端部A侧的Co的添加量比端部B侧的Co的添加量少，且在烧结中使Co的一部分扩散，由此在坯料2中使中央部A1的Co的含量CoA比中央部B1的Co的含量CoB少。由于使端部A侧的Co的添加量比端部B侧的Co的添加量少，所以端部A侧的烧结收缩量与端部B侧的烧结收缩量不同。因此，在烧结工序中容易产生形变，但可通过控制烧结条件，来一边使存在于端部A侧及端部B侧的WC粒子的一部分残存有微小的塑性形变，一边将平均KAM值控制在预定的范围内。
本实施方式的坯料2的端部A，除了中央部A1之外还具有位于外周的第一外周部(以下记为外周部A2)。在外周部A2的WC粒子的平均KAM值比中央部A1的WC粒子的平均KAM值小的情况下，在作为旋转刀具使用时，能够提高切削刃5的加工精度，并延长刀具寿命。
在此处，“外周部A2”，指端部A的包括外周的端部在内且平均KAM值能够分析的范围。例如，平均KAM值的测定区域只要是以如下的宽度测定即可，即，在沿着坯料2的长度方向的截面中，与长度方向垂直的方向的宽度的10％以下的宽度。
并且，在Co的含量方面，在CoA为0～10质量％且CoB为2～16质量％的情况下，能够将坯料2的耐磨损性及耐缺损性维持得高。CoA及CoB的更理想的范围会随着加工条件变化而变化，但在例如将坯料2用作印刷电路基板加工用的钻头的情况下，只要使CoA为1～4.9质量％且CoB为5～10质量％即可。
在CoB为5质量％以上的情况下，在通常的均匀组成中容易使端部B致密化，在烧结后的坯料2中不易出现Co的凝聚部。因此，Co的分布不易出现不均匀的情形。这是由于在CoB为5质量％以上的情况下，Co会因Co的毛细管现象而扩散，所以不易出现Co的凝聚部，而容易成为均匀的分布状态。因而，即使在端部A侧CoA相对较少，也会成为致密的超硬合金。
另外，在CoA与CoB之比(CoA/CoB)为0.2～0.7时，能够使端部A的硬度提高，而且能够提高坯料2的耐折损性。
另外，若将外周部A2的Co含量定义为CoAO，则此CoAO在比表示中央部A1的Co的含量的CoA少时，可在切削工具中的钻头及立铣刀等旋转刀具中，提高切削刃5中最容易磨损的外周部A2的耐磨损性。
在本实施方式中，坯料2除了WC及Co之外，还可含有Cr元素及V元素。此外，坯料2还可含有W、Cr、V之外的周期表IV、V、VI族金属的碳化物。在坯料2含有Cr时，能够提高坯料2的耐蚀性，在含有Co及Cr时能够提高耐热性。另外，Cr及V能够抑制WC粒子的异常粒成长，所以能够稳定地制作出强度高的超硬合金。
V也是抑制烧结时WC粒子的晶粒成长的成分。在端部A侧V的含量较少时，在端部A侧会较难以抑制WC粒子的晶粒成长，而WC粒子的平均粒径会较大。因而，在端部A侧，超硬合金的耐崩刃性会提高。另一方面，在端部B侧V的含量较多时，在端部B侧会抑制WC粒子的晶粒成长，而WC粒子的平均粒径会较小。因而，在端部B侧，超硬合金的强度会变高，钻头1的耐折损性会提高。
中央部A1的V的含量VA可比中央部B1的V的含量VB少。而且，坯料2可具有如下的区域：随着从中央部A1朝向中央部B1，Cr的含量以斜率SCr变化，并且V的含量以斜率SV变化。此时，在斜率SCr比斜率SV小时，坯料2整体的耐蚀性良好。而且，在斜率SV比斜率SCr大时，在端部A侧的硬度高且耐崩刃性提高，而且在端部B侧的强度高且耐折损性提高。
此外，本实施方式中，端部A及端部B指坯料2的端部，但具体而言，指能够通过EPMA(Electron Probe X-ray Micro Analyzer：电子微探仪)分析来分析坯料2的组成的范围。在确认坯料2的长度方向的组成变化时，通过EPMA分析来测定确认坯料2的长度方向的各金属元素的含量分布。在图1C及1D中，省略了在坯料2的EPMA分析中无法测出准确的组成的端部的测定值的记载。另外，在图2中，省略了Cr及V的分布记载。
表示中央部A1的Cr的含量的CrA为0.05～2质量％、表示中央部B1的Cr的含量的CrB为0.1～3质量％、表示中央部A1的V的含量的VA为0～1质量％、表示中央部B1的V的含量的VB为0.05～2质量％时，坯料2的耐蚀性、耐热性及强度高。
Cr其至少一部分会以金属形态固溶在结合相中，而且会以Cr3C2或与其他金属的复合碳化物等形态存在。V其至少一部分会以金属形态固溶在结合相中，而且也能以VC或与其他金属的复合碳化物等形态存在。此外，与Cr元素相比，V溶入到结合相中的固溶量较少。在本实施方式中，CrA、CrB是将Cr元素的含量换算为Cr3C2后的值，而VA、VB是将V元素的含量换算为VC后的值。
在SCr为0～0.1质量％/mm且SV为0.1～0.5质量％/mm时，坯料2的耐蚀性、耐热性、端部A侧的耐磨损性及耐崩刃性、端部B侧的耐折损性高。
此外，CoA、CoB、CrA、CrB、VA、VB的测定方法，可在沿着长度方向将坯料2分割成两半的状态下，通过EPMA分析分别测定中央部A1及中央部B1的组成来进行确认。坯料2的从端部A到端部B的组成分析，在截面的与长度方向平行的中心轴上进行测定。通过EPMA分析来测定坯料2的长度方向的Cr含量及V含量的分布，算出以最小平方法使坯料2的整体分布趋近于直线时的斜率，来作为SCr、SV。
在此处，在与长度方向垂直的方向，坯料2的外周部中的Cr的含量比位于向内部距外周100μm以上的部分的Cr的含量多时，坯料2的耐蚀性会更高。所谓的外周部的Cr的含量，指在外周中的能够利用EPMA分析来分析坯料2的组成的范围内的Cr的含量。在本实施方式中，以在沿着长度方向将坯料2分割而形成的截面中的端部A侧的角部作为外周部A2，测定此外周部A2中的Cr的含量。
在中央部A1的WC粒子的平均粒径aA比中央部B1的WC粒子的平均粒径aB大时，能够改善硬度高而容易发生缺损的端部A的耐磨损性。此外，因为提高端部B的刚性，所以棒状体不易挠曲。因此在使坯料2用作在端部A侧具有切削刃5而且在端部B侧具有柄部3的切削工具时，切削刃5的耐磨损性及端部A的耐崩刃性更高，并且端部B的耐折损性也会更高。
WC粒子的平均粒径能够用LUZEX解析法根据扫描式电子显微镜(SEM)照片算出。也可采用以下的方法来作为确认WC粒子的平均粒径的其他方法。首先，针对坯料2的截面，以使用带有电子背散射衍射成像系统的扫描式电子显微镜(SEM-EBSD)进行的电子背散射衍射(EBSD)法来观察WC粒子的定向方向。通过确认各WC粒子的定向方向，来确定各WC粒子的轮廓。然后，根据各WC粒子的轮廓来算出各WC粒子的面积，再以将该面积换算为圆时的直径作为粒径。然后，以各WC粒子的粒径的平均值作为平均粒径。
在此处，平均粒径aA与平均粒径aB之比(aA/aB)为1.5～4时，能够使端部A侧的耐磨损性及耐缺损性合适，而且能够提高端部B侧的耐折损性。
在本实施方式中，对端部A及端部B的WC粒子的平均粒径进行测定的区域为如下长度的区域，即，在通过SEM分析观察坯料2的组织时，引从坯料2的第一端朝向第二端的直线，直线横跨10个以上的WC粒子的长度。而且，使从第一端及第二端开始的区域为都不超过棒状体的宽度的长度的区域。
在与长度方向垂直的方向，中央部A1的WC粒子的平均粒径aA比端部A的宽度方向的外周部A2的WC粒子的平均粒径aAO大时，在外周部A2的耐缺损性提高，而且在中央部A1的刚性提高。
此外，外周部A2指从坯料2的端部A的外周表面起厚度为坯料2的端部A的宽度方向上的长度的10％的区域，中央部A1指包含坯料2的端部A的宽度方向的中心且厚度为坯料2的端部A的宽度的10％的区域。另外，本实施方式中，将沿着长度方向将坯料2分割为两半而形成的截面上的端部A侧的角部即外周部A2的WC粒子的平均粒径定义为aAO。
另外，在平均粒径aA为0.3～1.5μm，平均粒径aB为0.1～0.9μm时，端部A的耐崩刃性进一步提高，并且端部B的耐折损性进一步提高。将坯料2用于钻头1时，平均粒径aA的期望范围为0.4～0.7μm，平均粒径aB的期望范围为0.15～0.5μm。
坯料2可具有：随着从中央部A1朝向中央部B1，Co的含量以斜率S1Co变化的第一区域11；以及比第一区域11还要靠端部B侧并且随着从中央部A1朝向中央部B1，Co的含量以斜率S2Co变化的第二区域12。此时，在S1Co比S2Co大的情形，能够在仍旧维持端部A侧的高耐磨损性的状况下提高端部B侧的大范围的韧性，从而提高坯料2的耐折损性。
在第一区域11，Cr的含量可以斜率S1Cr变化，V的含量可以斜率S1V变化。此外，在第二区域12，Cr的含量可以斜率S2Cr变化，V的含量可以斜率S2V变化。
能够依据在坯料2的长度方向的Co的含量分布来确认第一区域11及第二区域12的存在。并且，测量第一区域11及第二区域12中的Cr的含量、V的含量，算出以最小平方法来趋近各区域中的分布时的斜率作为S1Co、S1Cr、S1V、S2Co、S2Cr、S2V。此外，斜率以从中央部A1朝向中央部B1变低的方向为正，以从中央部A1朝向中央部B1变高的方向为负。
在斜率S1Co为0.2～1质量％/mm且S2Co为0～0.2质量％/mm时，能够提高端部A侧的硬度，而且能够提高坯料2的耐折损性。此外，第一区域11中的斜率S1Co可以在区域内不恒定。尤其是，在第一区域11中，在使S1Co随着靠近位于端部A的第一端而变大的情况下，第一端的耐磨损性高，且坯料2的耐折损性更高。
此外，在向坯料2的表面覆盖钻石被覆层(未图示)时，第二区域12所含有的Co的含量少时，因为妨害钻石结晶的成长的Co的含量很少，所以在第二区域12，钻石被覆层的结晶化度变高，因而钻石被覆层的硬度及紧密接合性会提高。
另外，在第二区域12与第一区域11之间，可具有Co的含量随着从中央部A1朝向中央部B1以斜率S3Co变化的第三区域13。此时，在斜率S3Co比斜率S2Co大时，控制第一区域11及第二区域12的斜率S1Co、S2Co会很容易，且能够更加提高容易发生折损的端部B侧的耐折损性。若斜率S3Co为2～50质量％/mm，则能够既提高端部A侧的耐磨损性也提高端部B侧的耐折损性。
图1D示出V元素的含量以对应于Co元素的含量的变化的方式变化的样子。即，在图1D中，第一区域11中的V元素的斜率S1V比第二区域12中的V元素的斜率S2V大。而且，第三区域13中的V元素的斜率S3V比第一区域11中的V元素的斜率S1V大。
另一方面，在图1C中，Cr元素的含量并没有对应于Co元素的含量的变化而变化，其原因不明，但在相邻的位置的Cr的含量的值有大的偏差，但整体而言以小的斜率变化。
而且，如图2所示，坯料2可以在比第一区域11还要靠第一端侧具有Co含量以斜率S4Co变化的第四区域14。此时，在斜率S4Co比斜率S1Co小的情况下，能够使端部A侧的耐磨损性高的范围扩大。
另外，在斜率S4Co为0～0.5质量％/mm而且第四区域14中的Co的含量为0～0.6质量％时，在向坯料2的表面涂覆钻石被覆层时，因为第四区域14中含有的Co含量变少，所以可更加提高在第四区域14的表面钻石被覆层的结晶化度。因此，钻石被覆层的硬度及紧密接合性会提高。在第一区域11与第四区域14的边界，可存在Co含量分布的弯折点。
假设第一区域11的长度为L1、第二区域12的长度为L2、第三区域13的长度为L3、第四区域14的长度为L4时，在L1/L2＝0.3～3的情况下，能够使端部A的硬度提高，而且能够提高坯料2的耐折损性。在L3/L2＝0.01～0.1的情况下，第二区域12及第一区域11中的Co的含量的调整会很容易。在L4/L2＝0～0.05的情况下，能够更稳定地促进端部A的超硬合金的致密化。在L4/L2大于0.05且在第四区域14存在未致密化的部分的情况下，在制作钻头1时可以研磨除去第四区域14的一部分。
此外，第一区域11、第二区域12、第三区域13及第四区域14的组成，只要分别在坯料2的宽度方向的中央部进行测定即可。
在端部A的外周部的Co的含量CoAO比端部A的中央部的Co的含量CoA少时，在钻头和立铣刀等旋转刀具中，能够提高切削刃5中最容易磨损的外周部的耐磨损性。
在图1、2中，坯料2具有位于比端部A还要靠长度方向外侧的突起部15。突起部15形成为直径比端部A小的形状。即，突起部15的直径dc比端部A的直径dA小。因为突起部15容易形成，而且还能够在突起部15形成进行刃加工的钻头1的顶端部，所以减少加工费用的浪费。
如图1、2所示，在突起部15为半球状的情况下，即使在任意地将坯料2投入接合装置内时坯料2相互碰撞，也可抑制突起部15缺损，以及抑制因突起部15损伤其他的坯料2。在本实施方式中，从剖视图来看，突起部15的与端部A连接的根部侧以R面(圆角面)连结。因此，抑制在成形体35的成形时负荷集中在下冲头(lower punch)23的端部而导致下冲头23缺损。
在此处，使坯料2的端部A的直径dA及坯料2的端部B的直径dB都在2mm以下，且使长度方向的长度为L时，在L与dA之比(L/dA)在3以上的情况下，在烧结后的坯料2中，将CoA及CoB调整到预定的值较容易。即，比(L/dA)为大的值时，即使在烧结中Co扩散，也容易充分地确保坯料2中的CoA与CoB之差。比(L/dA)的更优选范围为4～10。
坯料2也可以是在烧结后不研磨的状态，但为了在将坯料2接合至柄部3的工序中，提供在把持坯料2时坯料2的位置精度，可以对烧结后的坯料2的外周面进行无心(centerless)加工。
此外，就坯料2的较佳的尺寸而言，在用作印刷电路基板加工用的钻头时，dA、dB为0.2～2mm，长度L为3～20mm。dA的更期望的范围为0.3～1.7mm。在其他的用途中，也有dA超过2mm的情况，这种情况下的dA的期望范围为0.2～20mm，L＝3～50mm。
在本实施方式中，作为切削工具虽然揭示用于印刷电路基板的开孔加工的钻头1，但本发明并不限定于此，只要是具有长形的本体部即可。例如，可应用作金属加工用钻头或医疗用钻头、立铣刀、内径加工用的丢弃式刀片(throw away chip)等车削加工用的切削工具。另外，坯料2等的棒状体除了用作切削工具之外，也可用作耐磨材料、滑动构件。棒状体即使在用作切削工具以外的材料或构件时，也适合用于加工为预定的形状，在将端部B固定的状态下使包括端部A的区域与对象材料接触使用的用途。
(坯料的制造方法)
以下说明制作具有突起部15的坯料2的方法，作为制作坯料的方法的一例。首先，调配用于制作超硬合金的WC粉末等的原料粉末，该超硬合金将形成坯料2及切削工具(钻头1)。在本实施方式中，调配两种原料粉末。
即，调配：第一原料粉末30，用于制作坯料2的包含突起部15所在的端部A的部位；以及第二原料粉末33，用于制作坯料2的端部B侧。第一原料粉末30的原料粉末含有WC粉末。第一原料粉末30的原料粉末也可含有Co粉末。
第二原料粉末33作为原料粉末含有WC粉末及Co粉末。第一原料粉末30中的Co粉末的含量比第二原料粉末33中的Co粉末的含量少。第一原料粉末30中的Co粉末的含量与第二原料粉末33中的Co粉末的含量的质量之比为0～0.5，尤其是0～0.3。
第一原料粉末30及第二原料粉末33除了WC粉末之外，还可含有Cr3C2粉末、VC粉末或Co粉末。另外，第一原料粉末30及第二原料粉末33除了上述的粉末之外，可以分别含有WC、Cr3C2、VC以外的周期表第IV、V、VI族金属的碳化物、氮化物及碳氮化物粉末的任意添加物。
例如，第一原料粉末30中的WC粉末的调配量为90～100质量％、Co粉末的调配量为0～8质量％，添加物的调配量的总量为0～5质量％。第二原料粉末33中的WC粉末的调配量为65～95质量％，Co粉末的调配量为5～30质量％，添加物的调配量的总量为0～10质量％。另外，能够通过使第一原料粉末30中的WC粉末的平均粒径与第二原料粉末33中的WC粉末的平均粒径不同，来调整烧结后的坯料2的从端部A到端部B的Co及其他金属元素的分布状态、硬度及韧性等特性。
通过向经上述调配后的粉末添加粘结剂(binder)及溶剂来制作出浆料(slurry)。对该浆料进行造粒来形成颗粒，形成成形用粉末。
如图3所示，准备模压成形模具(以下简称为模具)20，向模具20的压铸模(dies)21的模腔(cavity)22内投入上述的颗粒。然后，使上冲头24从投入于压铸模21的模腔22内的颗粒的上方下降而进行加压，来制作出成形体。在本实施方式中，模腔22的底部即下冲头23的成为冲压面的上表面，具有用于形成突起部15的凹部25。
本实施方式中的成形方法具备：将第一原料粉末30投入于模腔22内的包含凹部25的区域的工序；将第二原料粉末33投入模腔22的工序；使上冲头24从上方下降来对投入压铸模21的模腔22内的第一原料粉末30及第二原料粉末33的积层体进行加压的工序；以及从模具20将由该积层体构成的成形体35取出的工序。
成形体35为圆柱形状，且突起部15及端部A的Co的含量比端部B的Co的含量少。因而，在坯料2中容易将Co的含量分布调整到预定的分布。
另外，在凹部25的底面为曲面时，能够在成形体35中抑制刚成形的突起部32的缺损，而且能够抑制烧结后的坯料2的突起部15内的Co的含量不均匀，所以容易地避免局部的烧结不良。此外，也可将凹部25及突起部15省略。
在要得到直径在2mm以下的烧结体时，例如可以对上冲头24施加额外负荷来使上冲头24的位置从加压时的上冲头24的保持位置向下方下降0.1～2mm，即向下方下降成形体的长度的0.1％～20％的长度，并且使下冲头23的负荷减小。成形条件如上述时，会改善施加于成形体35的压力的不均匀，所以能够容易地避免将成形体35拔出时破损的情形，能够使成形体35烧结后的坯料2的形状形成为预定的形状。
此时，如图3所示，可使成形体35的下冲头23侧的直径DA比上冲头24侧的直径DB小。本实施方式中之比DA/DB的期望范围为0.8～0.99。
另外，虽未特别图示，但可例如在第一原料粉末30与第二原料粉末33之间存在第三原料粉末等其他原料粉末，即，第三原料粉末的Co粉末的含量比第一原料粉末30中的Co粉末的含量少，且比第二原料粉末33中的Co粉末的含量多。
将加压成形后的成形体从模具取出，然后以1300～1500℃烧0.5～2小时后，再使之接受热等静压烧结(sinter-HIP)处理来形成坯料2。烧结温度根据Co的含量及WC粒子的平均粒径调整。此时，在本实施方式中，使烧结时从1000℃到烧结温度的升温速度为4～7℃/分钟，使烧结温度的减压压力为50～200Pa。而且，热等静压烧结在比烧结温度低5～20℃的温度下，以5～10MPa的压力进行处理。如此，能够容易地调整端部A及端部B的Co的含量。
另外，因为第一原料粉末30及第二原料粉末33的烧结性不同，所以烧结中端部A及端部B的收缩率不同而使成形体变形，端部B的收缩率比端部A的收缩率大。即，由于通过烧结使端部B的Co的一部分向端部A扩散，所以端部B比端部A还要更收缩。因此，烧结体的形状会有端部B的直径比端部A的直径小的趋势。
在此处，在升温速度比4℃/分钟快时，因为避免在烧结中Co的扩散进行过度，所以能够使烧结后的坯料2中的Co浓度的差加大，容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。另外，依情况而定，有时也容易使中央部A1的平均粒径比中央部B1的平均粒径大。在升温速度比7℃/分钟慢时，能够使坯料2良好地收缩，容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。另外，依情况而定，有时也较容易在端部A使WC粒子致密化。
另外，在烧结温度下的减压压力在50Pa以上时，因为避免了在烧结中Co的扩散进行得过度，所以能够使烧结后的坯料2中的Co浓度的差加大，且容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。在减压压力在200Pa以下的情况下，能够使坯料2良好地收缩，且容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。因此，容易在端部A使WC粒子致密化。
再者，在热等静压烧结的处理温度与烧结温度之差比5℃大时，容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。另外，依情况而定，有时也容易使中央部A1的平均粒径比中央部B1的平均粒径大。在热等静压烧结的处理温度与烧结温度之差在20℃以下时，能够使坯料2良好地收缩，容易使中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小。因此，容易在端部A使WC粒子致密化。
此外，本实施方式的成形工序并不限定于上述实施方式所揭示的模压成形，也能够通过冷均压冲压(cold isostatic pressing)、干袋法成形(dry bag pressing)、注射成形等来进行成形。
(切削工具的制造方法)
以下说明使用经上述工序而得到的坯料2来制造印刷电路基板加工用的钻头1的方法的一例。首先，将几十根或几百根坯料2任意地投入接合装置内。在接合装置内使坯料2以长度方向对齐的状态排列。在具有突起部15时，利用图像数据等来确认突起部15，以确定坯料2的端部A及端部B。根据确定结果，能够自动地使端部A及端部B沿一定的方向排列。
然后，自动地使排列的坯料2与另外准备的由柄部3及颈部7所构成的构件抵接后，通过激光等使两者接合。然后，对接合后的坯料2进行刃加工。此时，钻头1的构成如图1所示，端部X成为钻头1的切削刃5侧，端部Y成为钻头1的柄部3侧。
(切削工具)
对于上述坯料2进行刃加工，来制作出钻头1等切削工具。图4的钻头1由经刃加工后的坯料(加工部)、接合至加工部的颈部7及位于颈部7的后端侧(图4中的上侧)的柄部3构成。加工部具有位于端部X的切削刃5及与切削刃5连续的沟槽6。加工部及颈部7构成钻体(body)8。因此也可说柄部3位于钻体8的后端侧。
切削刃5是具有中心轴且一边旋转一边最先与被切削件接触的部分，在性能上要求有高耐崩刃性及耐磨损性。沟槽6具有将加工产生的切屑往后方排出的机能，颈部7是谅解直径互不相同的加工部与柄部3的部分。加工部的最大直径设定在例如2mm以下。柄部3能够用作将钻头1固定于加工机的部分。
虽未特别图示，但可以在钻头1的表面形成有被覆层。被覆层例如能够列举以PVD法成膜的TiN、TiCN、TiAlN、钻石、类钻石碳(diamond like carbon)以及以CVD法成膜的钻石等。
钻头1的结构可以为，用钢、合金钢或不锈钢等较便宜的材质来构成颈部7及柄部3，将坯料2接合在颈部7的顶端。此外，也可以钻头1整体都由坯料2构成。再者，颈部7并非必须的，钻头1可为将坯料2与柄部3直接接合而成的构造。
[实施例1]
将金属钴(Co)粉末、碳化铬(Cr3C2)粉末、碳化钒(VC)粉末以及剩余的平均粒径为0.3μm的碳化钨(WC)粉末，以表1所示之比调配出表1所示的第一原料粉末及第二原料粉末的混合粉末。在各混合粉末中添加混合入粘结剂及溶剂而制作出浆料，然后利用喷雾干燥器(spray dryer)制作出平均粒径70μm的颗粒。
准备具备有144个贯通孔的图3所示的模具。先将表1的第一原料粉末投入该模具，然后填充表1的第二原料粉末来进行模压成形。通过模压成形来成形第一原料粉末及第二原料粉末层叠而成的成形体，然后从模具取出。此时，假设下冲头侧的直径为DA、上冲头侧的直径为DB、成形体下部的长度为HA、成形体上部的长度为HB，则成形体的形状如表1所示。
以表2所示的升温速度从1000℃开始对成形体进行升温，并以表2所示的环境及烧结温度对成形物烧结一个小时后，改变到表2所示的热等静压烧结(表2中记载为HIP)温度，且在5MPa的压力下进行30分钟的热等静压烧结处理，从而得到坯料。
针对所得到的坯料，测量其端部A、端部B的直径(dA、dB)并记载于表2。另外，沿着长度方向将坯料分割为两半，通过EPMA分析来测定从端部A到端部B的Co的含量、Cr的含量、V的含量的变化，确认第一区域到第四区域的有无、斜率、长度。再针对坯料的端部A，测定外周部的Co的含量。结果示出于表2～5中。此外，通过EBSD测定中央部A1、外周部A2、中央部B1的WC粒子的平均粒径。
以EBSD法进行的KAM的测定以如下所述的方式实施。首先，使用硅胶(colloidalsilica)对坯料的长度方向的截面进行抛光(buff)研磨后，使用牛津仪器(OxfordInstruments)公司制造的EBSD(电子背散射衍射系统，型号JSM7000F)，将测定区域划分为四边形的区域(像素(pixel))。针对划分出的各个区域，从入射至试料表面的电子线的反射电子取得菊池图(Kikuchi Pattern)来测定各像素(pixel)的方位。使用JSM7000F的分析软件来分析所测定出的方位，算出各种参数。
观察条件为：加速电压15kV，测定面积设定为坯料的表面的宽60μm×深5μm，相邻的像素间的距离(歩进尺寸(step size))设定为0.1μm。将相邻的像素间的方位差在5°以上的情况视为晶粒边界。就KAM而言，计算晶粒内的某一像素与未超过晶粒边界的范围内所存在的相邻的像素之间的方位差的平均值，然后测定构成整个测定面积的所有像素的平均值作为平均KAM值。此外，上述平均KAM值的测定，针对任意的三个视野进行测定，然后以其平均值进行评估。结果示出于表5。
然后，在对该坯料的外周部进行无心加工后，任意地将之投入接合装置内，在接合装置内确定坯料的突起部的方向，将各坯料的端部A及端部B排列在相同方向，使坯料的端部B抵接于柄部来与柄部接合，然后对坯料的包含端部A的部位施加刃加工，而制作出钻头。
针对所得到的钻头，以下述条件进行钻孔加工测试。结果示出于表5中。
(钻孔加工测试条件)
被切削件：FR4，0.8mm厚，三片重叠
钻孔形状：
转速：160krpm
进给速度：3.2m/分钟
评估项目：能够开孔加工的产品的个数(个)及测试后的钻头的后隙面磨损宽度(μm)
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
从表1～5可知，在CoA与CoB相同的试料I-14的后隙面磨损宽度大，试料I-15则烧结不足，钻第一孔就发生了初始缺损。另外，中央部A1的平均KAM值(A)与中央部B1的平均KAM值(B)相同且中央部A1的WC粒子的平均粒径aA与中央部B1的WC粒子的平均粒径aB相同的试料I-16～I-22，耐崩刃性较低，且孔位置精度降低，加工个数少。而且，试料I-16～I-22因为中央部A1的WC粒子的平均粒径aA与中央部B1的WC粒子的平均粒径aB相同，所以后隙面磨损宽度较大，加工个数也较少。
相对于此，CoA比CoB少且中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小的试料I-1～I-13及I-23，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。其中，尤其是中央部A1的平均KAM值为0.50～0.65°，中央部B1的平均KAM值为0.75～0.92°的试料I-1、I-2及I-7～I-13，加工个数更多。
另外，外周部A2的WC粒子的平均KAM值(AO)比中央部A1的WC粒子的平均KAM值小的试料I-1～I-3、I-7～I-13，加工个数较多。
另外，比(CoA/CoB)为0.2～0.7的试料I-1、I-2、I-7、I-8、I-10～I-13的加工个数多。而且，中央部A1的平均粒径aA比中央部B1的平均粒径aB大的试料I-1～I-4、I-6～I-13及I-23，后隙面磨损宽度较小，加工个数较多。其中任一个试料的平均粒径aA都为0.3～1.5μm，平均粒径aB都为0.1～0.9μm。尤其，平均粒径aA与平均粒径aB之比(aA/aB)为1.5～4的试料I-1～I-3、I-7～I-13，加工个数多。
另外，平均粒径aAO与平均粒径aA之比(aAO/aA)为1.1～2的试料I-1～I-4、I-7、I-9、I-11～I-13，后隙面磨损宽度小，且加工个数多。
另外，试料I-1～I-12都具有斜率S2Co的第二区域及比斜率S2Co大的斜率S1Co的第一区域，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。尤其，斜率S1Co为0.2～1质量％/mm、斜率S2Co为0～0.2质量％/mm的试料I-1、I-2、I-6～I-12的后隙面磨损宽度小。
[实施例2]
使用实施例1中所用的原料粉末来制作出表6的成形体，且以表7的条件加以烧结。然后，使用此坯料来制作出钻头。针对所得到的钻头，以下述条件进行钻孔加工测试。结果示出于表7～10中。
(钻孔加工测试条件)
被切削件：FR4材，24层板，3.2mm厚，一张
钻孔形状：
转速：160krpm
进给速度：3.2m/分钟
评估项目：能够开孔加工的产品的个数(个)及测试后的钻头的后隙面磨损宽度(μm)
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
从表6～10可知，CoA比CoB少且中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小的试料II-1～II-4，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。试料II-1～II-4的中央部A1的平均粒径aA都比中央部B1的平均粒径aB大。
[实施例3]
使用实施例1中所用的原料粉末来制作出表11的成形体，且以表12的条件加以烧结。然后，使用此坯料来制作出钻头。针对所得到的钻头，以下述条件进行钻孔加工测试。结果示出于表12～15中。
(钻孔加工测试条件)
被切削件：FP4材，0.06mm厚，10张重叠
钻孔形状：
转速：300krpm
进给速度：1.8m/分钟
评估项目：能够开孔加工的产品的个数(个)及测试后的钻头的后隙面磨损宽度(μm)
[表11]
[表12]
1)长宽比：钻头用坯料-端的长度与直径dA的比率
[表13]
[表14]
[表15]
从表11～15可知，CoA比CoB少且中央部A1的平均KAM值比中央部B1的平均KAM值小的试料III-1～III-3，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。试料III-1～III-3的中央部A1的平均粒径aA比中央部B1的平均粒径aB大。
附图标记说明
1 钻头(切削工具)
2 坯料(切削工具用坯料)
3 柄部
5 切削刃
6 沟槽
7 颈部
8 钻体
11 第一区域
12 第二区域
13 第三区域
14 第四区域
15 突起部

Claims (12)

1.一种棒状体，为由含有WC粒子及Co的超硬合金构成，且在长度方向具有第一端部及第二端部的长形的棒状体，其中，
所述第一端部具有位于宽度方向的中央的第一中央部，
所述第二端部具有位于宽度方向的中央的第二中央部，
所述第一中央部的Co的含量比所述第二中央部的Co的含量少，
而且在所述WC粒子的以使用带有电子背散射衍射成像系统的扫描式电子显微镜进行的电子背散射衍射(EBSD)法测量的平均KAM值的测定中，所述第一中央部的平均KAM值比所述第二中央部的平均KAM值小。
2.如权利要求1所述的棒状体，其中，
所述第一端部还具有位于外周的第一外周部，
所述第一外周部的所述平均KAM值比所述第一中央部的所述WC粒子的平均KAM值小。
3.如权利要求1或2所述的棒状体，其中，所述第一中央部的所述平均KAM值为0.50～0.65°，所述第二中央部的所述平均KAM值为0.75～0.92°。
4.如权利要求1至3中任一项所述的棒状体，其中，所述第一中央部的所述WC粒子的平均粒径比所述第二中央部的所述WC粒子的平均粒径大。
5.如权利要求4所述的棒状体，其中，所述第二中央部的所述WC粒子的平均粒径与所述第一中央部的所述WC粒子的平均粒径之比为1.5～4。
6.如权利要求4或5所述的棒状体，其中，所述第一外周部的所述WC粒子的平均粒径比所述第一中央部的所述WC粒子的平均粒径大。
7.如权利要求6所述的棒状体，其中，所述第一中央部的所述WC粒子的平均粒径与所述第一外周部的所述WC粒子的平均粒径之比为1.1～2。
8.如权利要求4至7中任一项所述的棒状体，其中，所述第一中央部的所述WC粒子的平均粒径为0.3～1.5μm，所述第二中央部的所述WC粒子的平均粒径为0.1～0.9μm。
9.如权利要求1至8中任一项所述的棒状体，其中，所述第二中央部的Co的含量与所述第一中央部的Co的含量之比为0.2～0.7。
10.如权利要求1至9中任一项所述的棒状体，其中，所述棒状体具有：位于所述第二端部侧，所述Co的含量以斜率S2Co变化的第二区域；以及位于所述第一端部侧，所述Co的含量以斜率S1Co变化的第一区域，
所述斜率S1Co比所述斜率S2Co大。
11.如权利要求10所述的棒状体，其中，所述斜率S1Co为0.2～1质量％/mm，所述斜率S2Co小于0.2质量％/mm。
12.一种切削工具，为由含有WC粒子及Co的超硬合金构成且在长度方向具有位于柄部侧的端部Y以及具有切削刃的端部X的长形的切削工具，其中，
所述端部X具有位于宽度方向的中央的中央部X1，
所述端部Y具有位于宽度方向的中央的中央部Y1，
所述中央部X1的Co的含量比所述中央部Y1的Co的含量少，
而且在所述WC粒子的以使用带有电子背散射衍射成像系统的扫描式电子显微镜进行的电子背散射衍射(EBSD)法测量的平均KAM值的测定中，所述中央部X1的平均KAM值比所述中央部Y1的平均KAM值小。
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