CN108136515A - 棒状体及切削工具 - Google Patents

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Abstract

一技术方案的棒状体，由含有WC粒子、Co、Cr及V的超硬合金构成，且为在长度方向具有第一端部及第二端部的长形，第一端部的Co的含量比第二端部的Co的含量少，第一端部的V的含量比第二端部的V的含量少，从第一端部朝向第二端部，Cr的含量以斜率SCr变化，并且V的含量以斜率SV变化，斜率SCr比斜率SV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)，经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不相同的坯料。
坯料一般采用有如下结构构成的超硬合金，即，通过含有Co(钴)的结合相结合WC(碳化钨)粒子的构成。超硬合金的组成，已知有例如日本特开平8-218145号公报(专利文献2)中记载的。专利文献1中有通过减小WC粒子的粒径等来提高硬度的记载内容。
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
本发明的一个技术方案，为由含有WC(碳化钨)粒子、Co(钴)、Cr(铬)及V(钒)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，所述第一端部的Co的含量比所述第二端部的Co的含量少，所述第一端部的V的含量比所述第二端部的V的含量少，从所述第一端部朝向所述第二端部，Cr的含量以斜率SCr变化，并且V的含量以斜率SV变化，斜率SCr比斜率SV小。
附图说明
图1由图1A至图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是示出图1A的坯料中的Co的含量的分布的图，图1C是示出图1A的坯料中的Cr的含量的分布的图，图1D是示出图1A的坯料中的V的含量的分布的图。
图2是关于图1A的坯料的超硬合金的一例的透射式电子显微镜照片。
图3是示出图2的P处的Co浓度的分布状态的EDX分析数据。
图4由图4A及图4B构成，图4A是关于图1A的坯料的变形例的侧视图，图4B是示出图4A的坯料中的Co含量分布的图。
图5是用来针对图1的坯料的制造方法的一例说明模具的结构的示意图。
图6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的坯料(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至图1D分别示出坯料中的Co的含量、Cr的含量、V的含量的分布的图。图1中以虚线描绘的部分表示使用坯料形成的切削工具(钻头1)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，为由含有WC、Co、Cr及V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d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的情况下，在位于第一端部侧的端部(以下记为端部X)形成切削刃5，将坯料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，也可经由别的构件接合至柄部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要比钻头1的形成有切削刃5的端部X更位于第一端部侧。
坯料2除了含有WC、Co、Cr及V之外，也可含有W、Co、Cr、V以外的周期表IV、V、VI族金属的碳化物。坯料2因为含有Cr而耐蚀性高。因为含有Co及Cr而能够提高耐热性。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。例如，能够制作出WC粒子的平均粒径小于1μm的超硬合金。
根据本实施方式，在坯料2的状态下，端部A的Co的含量CoA比端部B的Co的含量CoB少。另外，在钻头1的状态下，端部X的Co的含量比端部Y的Co的含量少。因此，能够提高具有切削刃5的端部X侧的耐磨损性，而且提高比在钻头1及立铣刀等切削工具中容易折损的中央部更靠端部Y的一侧的耐折损性。本实施方式中所谓的“含量”并不是指绝对量的值，而是指含有比(质量％)的值。
另外，在坯料2的状态下，端部A的V的含量VA比端部B的V的含量VB少。换句话说，在钻头1的状态下，端部X的Co的含量比端部Y的Co的含量少。在端部A，VA相对较少，所以在端部A侧较难抑制WC粒子的晶粒成长，WC粒子的平均粒径较大。
因而，在端部A侧，超硬合金的耐崩刃(chipping)性提高。另一方面，在端部B侧，V元素的含量相对较多，所以在端部B侧，抑制WC粒子的晶粒成长，WC粒子的平均粒径较小。因而，在端部Y侧，超硬合金的强度较高，钻头1的耐折损性提高。
本实施方式的坯料2，具有随着从端部A朝向端部B，Cr的含量以斜率SCr变化且V的含量以斜率SV变化的区域，换句话说，钻头1具有随着从端部X朝向端部Y，Cr的含量以斜率SCr变化并且V的含量以斜率SV变化的区域。
如此的话，通过使斜率SCr比斜率SV小，坯料2整体的耐蚀性都良好。而且，通过使斜率SV比斜率SCr大，在端部A侧硬度变高且耐崩刃性提高，而且在端部B侧硬度也变高且耐折损性提高。
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分析对坯料2的组成进行分析的范围。在确认坯料2的长度方向的组成变化时，利用EPMA分析来测定确认坯料2的长度方向的各金属元素含量的分布。在图1C及图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。
并且，在Co的含量方面，在CoA为0～10质量％，CoB为2～16质量％的情况下，能够维持坯料2有高耐磨损性及高耐缺损性。CoA及CoB的更期望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1的情况下，只要使CoA为1～4.9质量％并且使CoB为5～10质量％即可。
在CoB在5质量％以上的情况下，在通常的均匀组成中使端部B致密化会很容易，且在烧结后的坯料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。这是因为，在CoB在5质量％以上的情况下，Co会因为Co的毛细管现象而扩散，所以不易出现Co的凝聚部，容易形成均匀分布状态。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。
另外，在VA与VB之比(VA/VB)为0.3～0.9，而且CrA与CrB之比(CrA/CrB)为0.8～1.1的情况下，能够提高坯料2的耐蚀性、耐热性及强度。
此外，在表示端部A的Cr的含量的CrA为0.05～2质量％、表示端部B的Cr的含量的CrB为0.1～3质量％、表示端部A的V的含量的VA为0～1质量％、表示端部B的V的含量的VB为0.05～2质量％的情况下，能够更加提高坯料2的耐蚀性、耐热性及强度。
Cr的至少一部分会以金属形态固溶在结合相中，而且Cr会作为Cr3C2或与其他金属的复合碳化物等的形态存在。V的至少一部分会以金属形态固溶在结合相中，而且也能够以VC或与其他金属的复合碳化物等形态存在，但与Cr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为将Cr的含量换算为Cr3C2后的值，VA、VB为将V的含量换算为VC后的值。
在SCr为0～0.1质量％/mm，SV为0.1～0.5质量％/mm的情况下，坯料2的耐蚀性、耐热性、端部A侧的耐磨损性及耐崩刃性以及端部B侧的耐折损性都高。
此外，CoA、CoB、CrA、CrB、VA、VB的测定方法，能够在沿着长度方向将坯料2分割成两半的状态下，利用EPMA分析分别测定端部A及端部B各自的组成来进行确认。坯料2的从端部A一直到端部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。利用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，然后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。
本实施方式中的端部A具有外周部以及位于向内部距外周部100μm以上的中央部。此时，在外周部的Cr的含量比中央部的Cr的含量多的情况下，能够使坯料2的耐蚀性进一步提高。此外，外周部指外周的能够利用EPMA分析对坯料2的组成进行分析的范围。另外，在本实施方式中，以在沿着长度方向将坯料2分割为两半的截面中的端部A侧的角部作为A外周部，测定该A外周部的Cr的含量。
在端部A的WC粒子的平均粒径aA比端部B的WC粒子的平均粒径aB大的情况下，能够改进硬度高而容易发生缺损的端部A的耐磨损性。此外，因为端部B的刚性高，所以棒状体不易挠曲。因此在将坯料2用作在端部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的耐磨损性及端部A的耐崩刃性更加提高，并且端部B的耐折损性更高。
WC粒子的平均粒径以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的方法。
首先，针对坯料2的截面，以使用带有电子背散射衍射像系统的SEM(SEM-EBSD)进行的电子背散射衍射(Electron BackScatter Diffraction：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，来确定出各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。
端部A的WC粒子的平均粒径aA能够设定为例如0.3～1.5μm，端部B的WC粒子的平均粒径aB能够设定为0.1～0.9μm。在平均粒径aA及平均粒径aB为上述值的情况下，端部A的耐崩刃性更加提高，并且端部B的耐折损性也更加提高。将坯料2用于钻头1的情况下，端部A的WC粒子的平均粒径的期望范围为0.4～0.7μm，端部B的WC粒子的平均粒径的期望范围为0.15～0.5μm。
坯料2可具有：随着从端部A朝向端部B，Co的含量以斜率S1Co变化的第一区域11；以及比第一区域11更靠端部B侧，且随着从端部A朝向端部B，Co的含量以斜率S2Co变化的第二区域12。此时，在斜率S1Co比斜率S2Co大的情况下，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侧的的范围的韧性而提高坯料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。
此外，斜率(S1Co、S2Co、S1Cr、S2Cr、S1V、S2V)指坯料2的长度方向上的各金属元素(Co、Cr、V)的含量的变化率。能够通过在坯料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，测量出第一区域11及第二区域12的Cr的含量、V的含量，再算出在以最小平方法来驱近各区域中的分布时的斜率来作为S1Co、S1Cr、S1V、S2Co、S2Cr、S2V。斜率以从端部A朝向端部B变低的方向为正，以从端部A朝向端部B变高的方向为负。
在斜率S1Co为0.2～1质量％/mm，S2Co为0～0.2质量％/mm的情况下，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。在第一区域11中的斜率S1Co在区域内可以不是恒定的。尤其，在第一区域11中使端部A侧的斜率较大的情况下，端部A的耐磨损性也变高，且坯料2的耐折损性更高。
在要于坯料2的表面覆盖钻石被覆层(未图示)时，在第二区域12中含有的Co的含量少的情况下，因为妨害钻石结晶成长的Co的含量少，所以在第二区域12钻石被覆层的结晶度高，因而钻石被覆层的硬度及紧密接合性提高。
图1A的坯料2昨晚超硬合金的组成，如图2的透射式电子显微镜(TEM)照片所示具有多个WC粒子25。在这些WC粒子25中相邻的两个WC粒子25之间存在含有Co的晶粒边界27。能够通过晶粒边界27使相邻的WC粒子25结合。
在以相邻的两个WC粒子25及位于该两个WC粒子25之间的晶粒边界27作为一组时，本实施方式的坯料2具有其中有多个这样组的区域。针对此区域中的如图2所示的一个视野中的10个以上组的每一组分别测定晶粒边界27的Co的浓度以及隔着改晶粒边界相邻的WC粒子25的Co浓度时，Co的含量为1～7质量％，且晶粒边界27的Co浓度为相邻的WC粒子25的Co浓度的1.2倍以上的组占50％以上。
在坯料2具有上述区域的情况下，即使Co含量为1～7质量％这样少的情况，也能够得到硬度及强度良好的钻头1。这是因为成为结合相的Co在晶粒边界27扩散而存在于晶粒边界27中，从而能够结合WC粒子25。换言之，晶粒边界27的Co浓度为相邻的WC粒子25的粒子内的Co浓度的1.2倍以上的组的百分率确认构成晶粒边界27中的结合相的Co的分散度。
将图2中以线P表示的相邻的两个WC粒子25及在横跨位于该两个WC粒子25之间的晶粒边界27的部分的Co的浓度分布的变化表示于图3中。图3中，在虚线内隆起的部分为相当于晶粒边界27的部分，线P处的晶粒边界27具有WC粒子25的1.2倍以上的Co浓度。
在确定区域29是否存时，在能够通过TEM确认10个以上的WC粒子25的一个视野内进行观察。在该一个视野内测定从一个WC粒子25的晶粒内跨过晶粒边界27到相邻的WC粒子25的晶粒内的Co的浓度分布。在上述的“组”的设定时，只要相邻的WC粒子25的组合不同就能够设定“组”。
例如，观察10个WC粒子25a～25j时，利用25a及25b、25a及25c、25a及25h、25a及25f、25b及25c、25b及25d、25c及25e、25f及25g、25i及25h、25i及25j、25h及25j、与各两粒子间的晶粒边界27来设定10个以上的“组”。
并且，针对各个组，首先根据Co的浓度分布算出WC粒子25的晶粒内的Co含量的平均值Coa。接着，确认晶粒边界27处的Co含量的最大值Comax。然后，能够根据Comax/Coa在1.2以上的组是否为50％以上，确认区域29是否存在。区域29可在坯料2的全体都存在，也可只有至少特定的位置由区域29构成。
另外，在区域29中，WC粒子25的平均粒径为0.1～1.5μm的情况下，虽然是微粒但WC粒子25牢固地结合，所以坯料2的硬度、韧性及强度更高。
而且，在区域29中，WC粒子25的粒径分布的标准偏差在0.5μm以下的情况下，因为WC粒子25的偏差小，所以能够更加提高坯料2的强度。
另外，在CoA与CoB之比(CoA/CoB)为0.2～0.7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。
在将具有CoA与CoB的中间值的位置作为中间部时，在构成中间部及端部A的超硬合金由区域29构成的情况下，能够提高钻头1的切削刃5的耐磨损性及耐缺损性。
在第一区域11与第二区域12之间，可有Co的含量从端A朝向端部B以斜率S3Co变化的第三区域13。此时，在斜率S3Co比斜率S2Co大的情况下，控制第一区域11与第二区域12的斜率S1Co、S2Co容易，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元素的含量的变化不与Co元素的含量的变化对应，其原因不明，但在相邻的位置处Cr的含量值有很大的偏差，另一方面，整体而言以小的斜率变化。
如图4所示，坯料2可在比第一区域11更靠端部A的一侧具有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，容易使端部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％的情况下，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含量少，所以能够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。Co含量的分布的转折点可以位于第一区域与11与第四区域14的交界。
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，在第二区域12及第一区域11中的Co的含量的调整容易。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比0.05大且在第四区域14存在未致密化的部分的情况下，能够在制作钻头1时将第四区域14的一部分研磨去除。
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，只要在各区域的坯料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少的情况下，在钻头、立铣刀等旋转工具中，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、4中，坯料2具有位于端部A的突起部15。突起部15与位于比突起部15更靠第二端部侧的部分相比，形成为直径较小的形状。即，突起部15的直径dc与位于比突起部15更靠第二端部侧的部分的直径dA相比较小。因为突起部15能够容易形成，而且虽未图示，也能够在突起部15形成经过刃加工后的钻头1的顶端部，所以加工费用浪费的情形较少。
如图1、4所示，在突起部15为半球形的情况下，即使在任意将坯料2投入接合装置内时坯料2相互碰撞，也能够抑制突起部15缺损，以及抑制突起部15损伤其他的坯料2的情形。在本实施方式中，从剖面观察，突起部15连结至端部A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缺损的情形。
此处，使端部A的直径dA及端部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，容易在烧结后的坯料2中将CoA及CoB调整到预定的值。即，在比(L/dA)为大的值的情况下，即使在烧结中Co扩散，也容易充分地确保坯料2中的CoA及CoB之差。比(L/dA)的更期望的范围为4～10。
坯料2在烧结后即使是未经研磨的状态也无妨，但为了在将坯料2接合至柄部3的工序中提高在把持坯料2时坯料2的位置精度，可对于烧结后的坯料2的外周面进行无心(centerless)加工。
另外，就坯料2的较佳尺寸而已，在坯料2要用作印刷电路基板加工用的钻头1的情况下，dA、dB为0.2～2mm，长度L为3～20mm。dA的更期望范围为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，作为切削工具例示了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，只要是具有长形的主体部即可。例如，可应用于金属加工用钻头、医疗用钻头、立铣刀、内径加工用不重磨刀片(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为切削工具之外，也能够用作耐磨材料、滑动构件。棒状体即使在用作切削工具以外的材料或构件的情况下，也较适合用于加工为预定的形状且在将端部B固定的状态下使包含端部A的区域与对象材料接触来使用的用途。
(坯料的制造方法)
作为制作坯料的方法的一例，对制作具有突起部15的坯料2的方法进行说明。首先，调配用来对成为坯料及切削工具(钻头1)的超硬合金进行制造的WC粉末等原料粉末。在本实施方式中，调配两种原料粉末。
调配第一原料粉末30和第二原料粉末33，第一原料粉末30用来制作坯料2的包含突起部15所在的端部A的部位，第二原料粉末33用来制作坯料2的端部B侧的部位。第一原料粉末30作为原料粉末可包含Cr3C2粉末、VC粉末、Co粉末。
第二原料粉末33作为原料粉末包含WC粉末、Cr3C2粉末、VC粉末、Co粉末。第一原料粉末30中的Cr3C2粉末、VC粉末及Co粉末的含量比第二原料粉末33中的Cr3C2粉末、VC粉末及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除了上述的粉末之外，还可含有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一者的添加物。
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，还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、Cr及V的分布状态、硬度及韧性等特性。
在经上述调配后的粉末添加粘接剂(binder)及溶剂来制作浆料(slurry)。然后进行造粒而使该浆料成为颗粒，做出成形用粉末。
如图5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内投入上述颗粒。然后，使上冲头24从投入到压铸模21的模腔22内的颗粒的上方下降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，具有用来形成突起部15的凹部25。
本实施方式的成形方法，具备：将第一原料粉末30投入到模腔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从上方下降来对于投入压铸模21的模腔22内的第一原料粉末30及第二原料粉末33的层积体进行加压的工序；以及从模具20将由该层积体所构成的成形体35取出的工序。
成形体35为圆柱形状，且端部A的Co的含量比端部B的Co的含量少。因而，在坯料2中易于调整规定的Co的含量分布。
另外，在凹部25的底面为曲面的情况下，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含量不均匀，所以能够避免局部的烧结不良。此外，也可将凹部25及突起部15予以省略。
在要得到直径在2mm以下的烧结体的情况下，可例如：施加额外负荷至上冲头24来使上冲头24的位置从加压时的上冲头24的保持位置多下降0.1～2mm，即多下降成形体长度的0.1％～20％的长度，并且使下冲头23的负荷减小。成形条件如上述的情况下，改进施加于成形体35之压力的不均匀，所以容易避免将成形体35拔出时破损的情形，能够使将成形体35烧结后的坯料2的形状形成为预定的形状。
此时，如图5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。本实施方式中的比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之间存在具有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粉末的含量多的第三原料粉末等其他的原料粉末。
将加压成形后的成形体从模具取出，然后以1300～1500℃烧结0.5～2小时后，再使之接受等静压烧结(sinter-HIP)处理就成为坯料2。烧结温度依Co的含量及WC粒子的平均粒径而调整。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，使在烧结温度的减压压力为50～200Pa。而且，等静压烧结在比烧结温度低5～20℃的温度，以5～10Mpa的压力进行处理。如此，能够容易地调整端部A、端部B、第二区域12、第一区域11、第三区域13及第四区域14的Co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，所以在烧结中端部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，通过烧结使得端部B中的Co的一部分向端部A扩散，所以端部B比端部A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。
此处，在升温速度比4℃/分钟快的情况下，因为避免了在烧结中Co过度扩散，所以能够使烧结后的坯料2中的Co浓度差大，容易使SV比SCr大，以及容易使CoA比CoB少。在升温速度比7℃/分钟慢的情况下，容易使SCr比SV小，容易在端部A使WC粒子致密化。
另外，在烧结温度的减压压力在50Pa以上的情况下，因为避免了在烧结中Co过度扩散，所以能够使烧结后的坯料2中的Co浓度的差加大。另外，容易使SV比SCr大，容易使CoA比CoB少。在减压压力在200Pa以下的情况下，容易使SCr比SV小，容易在端部A使WC粒子致密化。而且，在形成区域29的情况下，通过使减压压力为50～200Pa，容易使Co的扩散变均匀，所以区域29的形成变容易。
再者，在等静压烧结的处理温度与烧结温度之差比5℃大的情况下，容易使SV比SCr大，容易使CoA比CoB少。此时，在形成区域29的情况下，由于上述的烧结温度之差比5℃大，因此容易避免在烧结中Co过度扩散，所以Co不易凝聚在晶粒边界27的三重点，区域29的形成变容易。
另外，在等静压烧结的处理温度与烧结温度之差在20℃以下的情况下，容易使SCr比SV小，容易在端部A使WC粒子致密化。而且，在形成区域29的情况下，由于上述之烧结温度之差在20℃以下，因此坯料2容易收缩，所以能够使Co良好地扩散。
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冲压成形，也可通过冷均压成形(cold isostatic pressing)、干袋法等均压成形(dry bag isostaticpressing)、注射成形等来进行成形。
(切削工具的制造方法)
以下，针对使用经上述工序得到的坯料2来制造印刷电路基板用的钻头1的方法的一例进行说明。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的情况下，利用图像数据等来确认突起部11，以确定出坯料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沿着恒定方向排列。
然后，自动地使排列的坯料2与由另外准备的由柄部3及颈部7构成的构件抵接后，利用激光等使两者相接合。然后，对于接合的坯料2进行行刃加工。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)
通过对上述坯料2进行刃加工，来制作出钻头1等的切削工具。图6的钻头1由经刃加工后的坯料2(加工部)、接合至加工部的颈部7及位于颈部7的后端侧(图6中的上侧)的柄部3构成。加工部具备位于端部X的切削刃5，且具有与切削刃5连续的沟槽6。由加工部及颈部7构成钻体(body)8。因此也可说柄部3位于钻体8的后端侧。加工部的最大直径例如设定在2mm以下。
切削刃5是具有中心轴且一边旋转一边最初与被切削件接触的部分，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功能，颈部7是链接直径互不相同的加工部与柄部3的部分。加工部的最大直径例如设定在2mm以下。柄部3能够用作将钻头1固定至加工机的部分。
虽未特别图示，但在钻头1的表面可有被覆层。被覆层可为例如：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。
就钻头1而言，颈部7及柄部3可以由钢、合金钢或不锈钢等较便宜的材质构成，然后坯料2可以为接合于颈部7的顶端的构造。此外，可以使钻头1整体由坯料2构成。再者，颈部7并非必要的，钻头1也可为坯料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、以及剩余为平均粒径0.3μm的碳化钨(WC)粉末以表1所示的比调配出表1所示的第一原料粉末及第二原料粉末这两种的混合粉末。在各混合粉末中添加及混合粘接剂及溶剂来制作出浆料，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个贯通孔的如图5所示的模具。投入表1的第一原料粉末，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出第一原料粉末及第二原料粉末层积而成的成形体，然后将之从模具取出。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，在表2所示的环境及烧结温度下对成形物烧结一个小时后，改变为表2所示的等静压烧结(表2中记载为HIP)温度，且在5MPa的压力下进行30分钟的等静压烧结处理，然后以10℃/分钟的降温速度冷却到1200℃以下，再这样冷却到200℃以下而得到坯料。
针对所得到的坯料，测量其直径DA、及直径为DB并将之记载于表2。另外，沿着长度方向将坯料分割为两半，再通过EPMA分析来测定从端部A到端部B的Co含量、Cr含量、V含量的变化，确认第一区域到第四区域有无、斜率、长度。再针对坯料的端部A，测定外周部的Co含量。结果显示于表2～5中。此外，通过EBSD法测定A中央部、A外周部、B中央部的WC粒子的平均粒径。
再来，针对所得到的坯料的一部分进行表面研磨来作出研磨面，且以Co的含量为端部A的Co含量与端部B的Co含量的中间的位置作为中间部，在能够确认10个以上的WC粒子的视野中进行观察。
首先，利用TEM求出该视野内的Co的含量。在该视野内，通过EDX确认从一个WC粒子的晶粒内横跨晶粒边界到相邻的WC粒子的晶粒内的Co的浓度分布。然后，以相邻的两个WC粒子、与位于其间的晶粒边界为一组，根据各组的Co浓度的分布图，首先求出WC粒子的晶粒内的Co含量的平均值Coa、及晶粒边界的Co含量的最大值Comax。
然后，确定具有Comax/Coa在1.2以上的晶粒边界的组，求出晶粒边界的Co浓度为WC粒子的晶粒内的1.2倍以上的组的百分率。此外，关于试料22，因为没有Co含量为1～7质量％的位置所以未进行测定。
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，在接合装置内确定出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，且使坯料的端部B抵接接合于柄部，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。结果显示于表5中。
(钻孔加工测试条件)
被切削件：FR4，0.8mm厚，三张重叠
钻孔形状：ψ0.25mm
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(width of flank wear)(μm)
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
从表1～5可知，CoA与CoB相同的试料I-13的后隙面磨损宽度大，试料I-15烧结不足且钻第一孔就发生初始缺损。另外，SCr与SV相同或SCr比SV大的试料I-15～I-21的耐热性及耐折损性较低，且加工个数较少。
相对于此，CoA比CoB少且VA比VB少而且SCr比SV小的试料I-1～I-12，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。
尤其，比(CoA/CoB)为0.2～0.7的试料I-1、I-2、I-6、I-7、I-9～I-12的加工个数多。另外，比(VA/VB)为0.3～0.9且比率(CrA/CrB)为0.8～1.1的试料I-1～I-3、I-6～I-12的加工个数多。
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，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的加工个数多。另外，端部A的WC粒子的平均粒径比端部B的WC粒子的平均粒径大的试料I-1～I-4、I-6～I-12，后隙面磨损宽度较小，加工个数较多，且端部A的WC粒子的平均粒径都在0.3～1.5μm，端部B的WC粒子的平均粒径都为0.1～0.9μm。
另外，CrAO比CrA高的试料I-1、I-2、I-5～I-12，虽然表中并无记载，但耐蚀性较高，长时间保存也不会生锈。
【实施例2】
使用实施例1中所用的原料粉末来制作表6的成形体，且以表7的条件进行烧结。然后，使用此坯料来制作钻头。针对所得到的钻头，以下述条件进行钻孔加工测试。结果显示于表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：ψ0.25mm
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]
1)长宽比：钻头用坯料一端的长度与直径dA的比
[表8]
1)长宽比：钻头用坯料一端的长度与直径dA的比
[表9]
1)长宽比:钻头用坯料一端的长度与直径dA的比
[表10]
从表6～10可知，CoA比CoB少且VA比VB少而且SCr比SV小的试料II-1～II-4，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。
【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的条件进行烧结。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。结果显示于表12～15中。
(钻孔加工测试条件)
被切削件：FR4材，0.06mm厚，10张重叠
钻孔形状：ψ0.105mm
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：钻头用坯料一端的长度与直径dA的比
[表13]
[表14]
[表15]
从表11～15可知，CoA比CoB少且VA比VB少而且SCr比SV小的试料III-1～III-3，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。
另外，针对试料I-1、I-3～I-6、I-13～I-21、II-1～II-5、III-1、III-2及III-4，研磨各试料的表面来作出研磨面，且以Co的含量为端部A的Co的含量与端部B的Co的含量的中间的位置作为中间部，在能够确认10个以上的WC粒子的视野进行观察。
首先，利用TEM求出该视野内的Co的含量。在该视野内，以EDX确认从一个WC粒子的晶粒内横跨晶粒边界到相邻的WC粒子的晶粒内的Co的浓度分布。然后，以相邻的两个WC粒子、与位于其间的晶粒边界作为一组，根据各组的Co浓度的分布图，首先求出WC粒子的晶粒内的Co含量的平均值Coa、及晶粒边界的Co含量的最大值Comax。
然后，确定具有Comax/Coa在1.2以上的晶粒边界的组，求出晶粒边界的Co浓度为WC粒子的晶粒内的1.2倍以上的组的百分率。
[表16]
试料No. 后隙面磨损宽度(μm) 加工个数(个)
I-1 120 5000
I-3 180 4000
I-4 180 3800
I-5 200 3700
I-6 140 4300
I-13 350 2400
I-14 - 初始缺损
I-15 280 2400
I-16 250 2300
I-17 290 2100
I-18 260 2500
I-19 320 2600
I-20 260 2600
I-21 240 3000
II-1 120 1500
II-2 150 1600
II- 3 180 1000
II-4 160 1400
II-5 300 600
III-1 200 2500
III-2 150 3000
III-4 450 1000
从表16可知，试料I-13～I-20、II-5及III-4，后隙面磨损宽度较大，且加工个数较少。
相对于此，Co含量为1～7质量％，且以相邻的两个WC粒子、与位于其间的晶粒边界作为一组，在一视野中的10组以上的各个组中测定横跨隔着晶粒边界相邻的WC粒子的Co浓度分布时，具有晶粒边界的Co浓度为WC粒子的晶粒内的1.2倍以上的组占50％以上的区域的试料I-1、I-3～I-6、I-21、II-1～II-4、III-1及III-2，后隙面磨损宽度较小，且加工个数较多。
【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
25 WC粒子
27 晶粒边界
29 区域

Claims (12)

1.一种棒状体，为由含有WC粒子、Co、Cr及V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，
所述第一端部的Co的含量比所述第二端部的Co的含量少，
所述第一端部的V的含量比所述第二端部的V的含量少，
从所述第一端部朝向所述第二端部，Cr的含量以斜率SCr变化，并且V的含量以斜率SV变化，
所述斜率SCr比所述斜率SV小。
2.如权利要求1所述的棒状体，其中，
所述第二端部的Co的含量与所述第一端部的Co的含量之比为0.2～0.7。
3.如权利要求1或2所述的棒状体，其中，
所述第二端部的V的含量与所述第一端部的V的含量之比为0.3～0.9，
所述第二端部的Cr的含量与所述第一端部的Cr的含量之比为0.8～1.1。
4.如权利要求1至3中任一项所述的棒状体，其中，
所述棒状体具有：位于所述第一端部侧且所述Co的含量以斜率S1Co变化的第一区域；以及位于所述第二端部侧且所述Co的含量以斜率S2Co变化的第二区域，
所述斜率S1Co比所述斜率S2Co大。
5.如权利要求4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。
6.如权利要求1至5中任一项所述的棒状体，其中，
所述第一端部的所述WC粒子的平均粒径比所述第二端部的所述WC粒子的平均粒径大。
7.如权利要求6所述的棒状体，其中，
所述第一端部的所述WC粒子的平均粒径为0.3～1.5μm，所述第二端部的所述WC粒子的平均粒径为0.1～0.9μm。
8.如权利要求1至7中任一项所述的棒状体，其中，
所述第一端部具有外周部以及位于距该外周部100μm以上的内部的中央部，
所述外周部的Cr的含量比所述中央部的Cr的含量多。
9.如权利要求1至8中任一项所述的棒状体，其中，
以由相邻的两个所述WC粒子构成的相邻WC粒子和位于该相邻WC粒子之间的晶粒边界为一组时，所述棒状体具有存在多个所述组的区域，
在该区域的一视野中的10个以上所述组的每一个组中，分别测定所述晶粒边界的Co的浓度和所述相邻WC粒子的Co的浓度时，Co的含量为1～7质量％，所述晶粒边界的Co的浓度为所述相邻WC粒子的Co的浓度的1.2倍以上的组在50％以上。
10.如权利要求9所述的棒状体，其中，
所述区域中的所述WC粒子的平均粒径为0.1～0.8μm。
11.如权利要求9或10所述的棒状体，其中，
所述区域中的所述WC粒子的粒径分布的标准偏差在0.5μm以下。
12.一种切削工具，为由含有WC粒子、Co、Cr及V的超硬合金构成，且在长度方向具有端部X及位于柄部侧的端部Y的长形的切削工具，所述端部X具有切削刃，
所述端部X的Co的含量比所述端部Y的Co的含量少，并且
所述端部X的V的含量比所述端部Y的V的含量少，
从所述端部X朝向所述端部Y，Cr的含量以斜率SCr变化，V的含量以斜率SV变化，
所述斜率SCr比所述斜率SV小。
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