JP2003306739A - 超硬合金及びその超硬合金を用いた工具 - Google Patents

超硬合金及びその超硬合金を用いた工具

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敦裕 高野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 超硬合金に金属元素を添加し、耐熱化と強靭
化をはかり、昨今の切削加工の高速化、高能率化に充分
対処し得る超硬合金を提供する。 【解決手段】 添加物としてRuが含まれる超硬合金で
あって、該超硬合金の鏡面研摩した表面上をX線マイク
ロアナライザーを用いて、ビーム径が1.5μm以下の
ビームを走査させることによって得られるライン分析の
チャートで、超硬合金中のCoの濃度のゆらぎを示す凹
凸と、該Ruの濃度のゆらぎを示す凹凸が、90%以上
の個所において一致していることを特徴とする超硬合金
であり、更には、その超硬合金を基体とし、該超硬合金
の表面の一部又は全部に硬質物質を被覆したものを少な
くとも一部分に用いたことを特徴とする工具である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、靭性と耐熱性に優
れた切削加工用に供せられる超硬合金及びその超硬合金
を用いた工具に関する。
【0002】
【従来の技術】切削加工の高速化、高能率化に伴い、作
業点を担う超硬材料にとっては益々過酷な環境下に置か
れることになる。そのため超硬材料をより耐熱性のある
ものより靭性のあるもの、より強度のあるものへの努力
が払われてきた。そのうちのひとつの流れが金属結合相
の役目を担うCoの耐熱化と強靭化であり、固溶強化と
分散強化がその手法である。具体的にはNi、Cr、M
o、Fe、Ta、Zrなどを添加することが行われてき
た。そこで、発明者らは上記の金属元素すなわちNi、
Cr、Mo、Fe、Ta、Zr以外の金属元素で本発明
の課題解決に寄与可能なものを求めて種々検討を重ねた
結果、Ruにたどり着いたのである。Ruについては、
特開平05−295545号広報にはダイヤ被覆用の超
硬基体に用いた例、特表2001−515963号公報
にはにプリント基板の穴加工用に用いた例、特表平11
−502260号公報には耐蝕性を高めたサーメットの
例がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の金属元素の添加は耐熱化と強靭化で十分な効果は得ら
れていないのが現状である。また、それ以外の金属元素
で期待する効果が得られた例も見当たらない。そのため
昨今の切削加工の高速化、高能率化の充分対処し得ない
などの課題があったのである。
【0004】
【課題を解決するための手段】しかしながら、本発明者
らが追試検証の目的で詳細な検討を加えたところ、Ru
がCoとの金属間化合物を形成したり、Ruが何らかの
化合物を形成したりすればその効果を充分に発揮するこ
とが出来ないことが明らかになった。それを検証するひ
とつの手段がXMAによるライン分析である。すなわ
ち、Ruが耐熱性と強靭性に充分寄与する場合はビーム
径を1.5μm以下、例えば、1.0μmのビームで鏡
面研摩した材料上を走査した分析チャートでCoとRu
がほぼ90%以上の割合で同調した変化を示す。すなわ
ち、Coの山にはRuの山が、Coの谷にはRuの谷が
それぞれほぼ一致するのである。この場合CoとWの動
きは逆になりCoの山にはWの谷が、またCoの谷には
Wの山がくるのである。上記のように、本発明は、添加
物としてRuが含まれる超硬合金であって、該超硬合金
の鏡面研摩した表面上をX線マイクロアナライザーを用
いて、ビーム径が1.5μm以下のビームを走査させる
ことによって得られるライン分析のチャートで、超硬合
金中のCoの濃度のゆらぎを示す凹凸と、該Ruの濃度
のゆらぎを示す凹凸が、90%以上の個所において一致
していることを特徴とする超硬合金であり、その超硬合
金を用いた超硬合金製工具であり、更には、その超硬合
金を基体とし、該超硬合金の表面の一部又は全部に硬質
物質を被覆したものを少なくとも一部分に用いたことを
特徴とする超硬合金製工具である。
【0005】実際のところ、本発明の利用分野において
はRuは馴染みの少ない元素で、基礎的なデータが根本
的に少ないのが実情である。そのためチャート紙上でR
uがこのような挙動を示すとなぜ耐熱性と強靭性が飛躍
的に向上するかについて未だ充分な説明が困難ではある
が、本発明者らの検討結果では現在のところ、少なくと
もチャート紙上でRuがこのような挙動を示すとRuが
Coとの金属間化合物を形成したり、Ruが何らかの化
合物を形成したりすることは観察されなかった。このこ
とが耐熱性と強靭性を飛躍的に向上させるポイントと目
下推測している。
【0006】XMAの測定条件を適正に選び、適当な距
離を走査させると各元素の山谷が明瞭に判別できる分析
チャートが得られるが、Coの山谷とRuの山谷がその
数において70%以上より好ましくは90%以上一致す
る場合に良好な耐熱性と靭性が得られるのである。70
%未満では充分な耐熱性と強靭性が得られない。90%
以上では飛躍的な向上が認められる。Ruの含有量はC
oに対して重量比で0.01以上0.1以下とする。そ
の理由は0.01未満ではその効果が不明で、0.01
を超えると耐熱性と硬さが低下し本発明の趣旨に反す
る。上記の超硬合金の表面に物理蒸着(以下、PVDと
記す。)や化学蒸着(以下、CVDと記す。)等の手段
でTi化合物、Cr化合物やAl化合物等の硬質物質を
被覆すると、切削加工用に飛躍的な向上が認められるの
である。勿論その場合、少なくとも切削加工の作業点と
その周辺に用いるのが基本であって、耐熱性と強靭性の
向上効果が、切削加工の向上効果に如実に現れるのであ
る。工具形態はソリッドエンドミル、ソリッドドリル、
刃先交換型の工具のインサート等である。
【0007】
【発明の実施の形態】表1に示す比率で各原料粉末を秤
量し、成形バインダーを1重量%加え、アトライターを
用いてアルコール中で3時間混合した。混合後スプレー
ドライヤで造粒乾燥後各目的に応じた形状にプレス成形
し、炉内に装入し焼結した。該焼結体をJIS規格に基
づいて抗折力と硬さを測定した。硬さ測定に供した試料
をさらに鏡面研摩してXMAによるライン分析を実施し
てCoとRuの分析チャートの一致度を求めた。Coの
山の谷のピークを合計20以上となるように充分分析距
離を取り、そのなかでRuの山と谷の一致するピークの
割合を求めた。またビッカース硬さ計を用いて試料表面
に圧痕を形成し、その四隅から生じるクラックの長さか
ら破壊靭性値K1Cを求めた。次に、別途ソリッドエン
ドミル、ソリッドドリル、旋削用チップを製作し、一部
は被覆処理を行って、切削テストを実施した。
【0008】
【表1】
【0009】切削テストの条件は、ソリッドエンドミル
の被覆なしは、6枚刃、φ8を用いて、被削材SKD6
1(HRC52)、切削速度100m/min、1刃当
たりの送り量0.07mm/刃、軸方向切り込み量Ad
8mm×半径方向切り込み量Rd0.4mm、切削長4
0mで行い、同被覆の例は、同仕様のエンドミルを、被
削材SKD61(HRC52)、切削速度400m/m
in、1刃当たりの送り量0.07mm/刃、軸方向切
り込み量Ad8mm×半径方向切り込み量Rd0.4m
m、切削長400mで実施した。ソリッドドリルの被覆
無しは、φ8を用いて、被削材SCM440(HB30
0)、切削速度60m/min、送り量0.2mm/回
転、止まり穴、穴深さ24mm、20穴を加工し、同被
覆の例は、φ8を用いて、被削材SCM440(HB3
00)、切削速度60m/min、送り量0.2mm/
回転、止まり穴、穴深さ24mm、1300穴を加工し
た。旋削用チップは、スローアウエィインサートCNM
G120404、被削材S53C、切削速度180m/
min、送り量0.3mm/回転、切り込み量2.0m
m、切削時間50分で実施した。
【0010】表1より、CoとRuの凹凸一致率が本発
明例1〜4では、硬さ、抗折力とも優れているが、凹凸
一致率の低い比較例6、7では、抗折力が著しく低下す
る。次に、本発明例1及び3のエンドミルによる切削試
験では、切削長40mを削れたが、比較例5及び7では
チッビングを生じ初期に寿命となった。更に、被覆を行
った本発明例8〜11では、エンドミル、ドリル、旋削
とも良好な結果が得られたが、比較例12〜14では、
所定の切削長を削れず、寿命となった。
【0011】
【発明の効果】上記説明したように、Ruを添加し、C
oとの凹凸を一致させることにより、本発明は優れた硬
さ、強度を示し、エンドミル、ドリル、旋削用に優れた
切削性能を示した。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 添加物としてRuが含まれる超硬合金で
    あって、該超硬合金の鏡面研摩した表面上をX線マイク
    ロアナライザーを用いて、ビーム径が1.5μm以下の
    ビームを走査させることによって得られるライン分析の
    チャートで、超硬合金中のCoの濃度のゆらぎを示す凹
    凸と、該Ruの濃度のゆらぎを示す凹凸が、90%以上
    の個所において一致していることを特徴とする超硬合
    金。
  2. 【請求項2】 添加物としてRuが含まれる超硬合金で
    あって、該超硬合金の鏡面研摩した表面上をXMAを用
    いてビーム径が1.5μm以下のビームを走査させるこ
    とによって得られるライン分析のチャートで、該超硬合
    金中のCoの濃度のゆらぎを示す凹凸と、該Ruの濃度
    のゆらぎを示す凹凸が90%以上の個所において一致し
    ているRuを含んだ超硬合金を基体とし、該超硬合金の
    表面の一部又は全部に硬質物質を被覆したものを少なく
    とも一部分に用いたことを特徴とする工具。
  3. 【請求項3】 添加物としてRuが含まれる超硬合金で
    あって、該超硬合金の鏡面研摩した表面上をXMAを用
    いてビーム径が1.5μm以下のビームを走査させるこ
    とによって得られるライン分析のチャートで、該超硬合
    金中のCoの濃度のゆらぎを示す凹凸と、該Ruの濃度
    のゆらぎを示す凹凸が90%以上の個所において一致し
    ているRuを含んだ超硬合金を少なくとも一部分に用い
    たことを特徴とする工具。
  4. 【請求項4】 請求項1乃至3に記載の超硬合金製工具
    において、該工具がエンドミル、ドリルなどの回転工具
    又は旋削工具であることを特徴とする工具。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至4記載の超硬合金製工具に
    おいて、該超硬合金はRu含有量がCoに対して重量比
    で0.01以上0.1以下であることを特徴とする超硬
    合金及びその超硬合金を用いた工具。
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