JP2008195971A

JP2008195971A - サーメット

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Publication number: JP2008195971A
Application number: JP2007029079A
Authority: JP
Inventors: Hideyoshi Kinoshita; 秀吉木下; Takashi Tokunaga; 隆司徳永
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2007-02-08
Filing date: 2007-02-08
Publication date: 2008-08-28
Anticipated expiration: 2027-02-08
Also published as: JP5063129B2

Abstract

【課題】高い耐欠損性と耐摩耗性を有する切削工具に適するサーメットを提供する。
【解決手段】Ｔｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物からなる硬質相２をＣｏまたはＮｉを主成分とする結合相３で結合したサーメット１であって、硬質相２が、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相４と、Ｗを必須として含む周期表第４、５および６族金属の少なくとも１種とＴｉとの複合炭窒化物固溶体の第２硬質相５とからなり、第１硬質相４中のＮ含有比率が第２硬質相５中のＮ含有比率よりも多く、第１硬質相４中のＣ含有比率が第２硬質相５中のＣ含有比率よりも多く、かつ第２硬質相５中のＷ含有比率は最小値Ｗ_Ｌが最大値Ｗ_Ｈの５０％以上の範囲で均一であるサーメット１である。
【選択図】図２

Description

本発明は切削工具や耐摩耗部材等に適するサーメットに関する。

現在、切削工具や耐摩部材、摺動部材といった耐摩耗性や摺動性、耐欠損性を必要とする部材としてＴｉ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熱伝導率が低く、切削時に切刃に熱がこもって高温となり切刃の周辺との温度差ができやすい結果、熱衝撃によって切刃付近にクラックが発生してしまう可能性があった。

そこで、例えば特許文献１には、ＴｉＣＮの（ＣＮ）についてのＮの比が０．２５以上のＴｉＣＮ粒子（Ｉ型粒子）と、周辺部にＴｉを多く含むとともに芯部にＷを多く含むＴｉとＷの含有比率の傾斜が連続的な有芯粒子（ＩＩ型粒子）とからなる硬質（分散）相を主体とするサーメットが開示され、サーメットの優れた機械的な耐摩耗性および耐熱溶着性能を損なうことなく、機械的な耐欠損性、耐熱衝撃性および耐塑性変形性を向上できることが提案されている。

また、特許文献２では、硬質相が、０．４≦（Ｎ／（Ｃ＋Ｎ））≦０．９５のＴｉＣＮの芯部の周囲をＴｉとＴｉ以外の周期表第４、５、６族金属の１種以上の複合炭窒化物固溶体の周辺部が囲んだ第１硬質相と、前記周辺部のみからなる第２硬質相とで構成されたサーメットが開示され、耐摩耗性、耐欠損性および耐熱衝撃性が向上することが記載されている。
特開平２−１９０４３８号公報特開２００５−２００６６８号公報

しかしながら、上記特許文献１の構成からなるサーメットのように中心部と周辺部で組成が傾斜した粒子を分散させると、サーメットに熱が発生した際に傾斜粒子の中心部と周辺部で熱膨張挙動が異なるので傾斜粒子内での熱の伝達が遅くなって熱伝導性が低く、耐熱衝撃性はまだ不十分であるという問題があった。これは従来の硬質相が有芯構造をなす粒子にて構成された従来のサーメットにおいても同じであり、サーメットの熱伝導率が低いということが問題であった。そして、この問題は特に引用文献２のようにＴｉＣＮ粒子に比べて固溶体粒子の粒径が大きい場合に顕著であり、さらなる耐熱衝撃性の向上が求められていた。

そこで、本発明のサーメットは上記問題を解決するためのものであり、その目的は、高い熱伝導性によって耐熱衝撃性に優れた高い耐摩耗性と耐欠損性を有するサーメットを提供することである。

本発明のサーメットは、Ｔｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物からなる硬質相をＣｏまたはＮｉを主成分とする結合相で結合したサーメットであって、前記硬質相が、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、Ｗを必須として含む周期表第４、５および６族金属の少なくとも１種とＴｉとの複合炭窒化物固溶体の第２硬質相とからなり、前記第１硬質相中のＮ含有比率が前記第２硬質相中のＮ含有比率よりも多く、前記第２硬質相中のＣ含有比率が前記第１硬質相中のＣ含有比率よりも多く、かつ前記第２硬質相中のＷ含有比率は最小値が最大値の４０％以上の範囲で均一であることを特徴とする。

ここで、上記構成において、前記第１硬質相中のＮ含有比率は最小値が最大値の５０％以上の範囲で均一であることが望ましい。

また、前記第２硬質相中の周期表第４、５および６族金属元素総量に対するＷ含有比率の最小値が１０〜２０質量％であることが望ましい。

さらに、内部における断面組織を観察した場合に、前記第１硬質相の平均粒径をａ_ｉとし、前記第２硬質相の平均粒径をｂ_ｉとしたとき、ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）が２〜８であることが望ましい。

また、内部における断面組織を観察した場合に、前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｉとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）が１．５〜５であることが望ましい。

さらに、上記構成において、表面近傍における断面組織を観察した場合に、前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｓとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｓとしたとき、Ａ_ｓとＢ_ｓとの比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）が内部におけるＡ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）よりも大きい表面領域が存在することが望ましい。

また、前記表面領域が３０〜３００μｍの厚さで存在することが望ましい。

本発明のサーメットは、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相中のＮ含有比率が、ＷとＴｉとが必須の複合炭窒化物固溶体の第２硬質相中のＮ含有比率よりも多く、前記第２硬質相中のＣ含有比率が前記第１硬質相中のＣ含有比率よりも多く、かつ前記第２硬質相中のＷ含有比率は最小値が最大値の４０％以上の範囲で均一であることが大きな特徴である。すなわち、第２硬質相が、ＴｉＮよりも熱伝導率のよいＴｉＣ、およびＴｉＣよりも熱伝導率のよいＷＣを含むとともに、組成が均一で粒子全体が熱伝導性の向上に寄与することによって、サーメットの熱伝導性を高めて耐熱衝撃性を改善することができる。

ここで、上記構成において、前記第１硬質相中のＮ含有比率は最小値が最大値の５０％以上の範囲で均一であることが、第１硬質相の硬度を維持してサーメットの硬度および耐摩耗性を向上できる点で望ましい。

また、前記第２硬質相中の周期表第４、５および６族金属元素総量に対するＷ含有比率の最小値が１０〜２０質量％であることが、第２硬質相の熱伝導性を高めてサーメットの耐熱衝撃性を向上できる点で望ましい。

さらに、内部における断面組織を観察した場合に、前記第１硬質相の平均粒径をａ_ｉとし、前記第２硬質相の平均粒径をｂ_ｉとしたとき、ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）が２〜８であること、特に内部における前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｉとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）が１．５〜５であることが、サーメットの熱伝導性を高めて耐熱衝撃性を高めることができるために望ましい。

さらに、上記構成において、表面近傍における断面組織を観察した場合に、前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｓとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｓとしたとき、Ａ_ｓとＢ_ｓとの比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）が前記内部におけるＡ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）よりも大きい表面領域が存在することが、特に切削時に温度の上がりやすいサーメット表面近傍における熱伝導性を高めてサーメットの耐熱衝撃性を向上できるとともに、サーメット表面領域における耐摩耗性が向上するために望ましい。

また、前記表面領域が３０〜３００μｍの厚さで存在することが、サーメット表面近傍における熱伝導性を高めることができるとともにサーメット表面付近での靭性を高めてサーメットの耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。

本発明のサーメットの一例について、図１の（ａ）内部、（ｂ）表面近傍についての走査型電子顕微鏡写真、および図２のサーメット１の第２硬質相５を含む要部についてのオージェ分析における元素含有比率分布を基に説明する。

本発明のサーメット１は、Ｔｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物からなる硬質相２をＣｏまたはＮｉを主成分とする結合相３で結合してなり、図１（ａ）に示すように、硬質相２が、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相４と、Ｗを必須として含む周期表第４、５および６族金属の少なくとも１種とＴｉとの複合炭窒化物固溶体の第２硬質相５とからなり、第１硬質相４中のＮ含有比率が第２硬質相５中のＮ含有比率よりも多く、第２硬質相５中のＣ含有比率が第１硬質相４中のＣ含有比率よりも多い構成されている。そして、図２に示すように、第２硬質相５中のＷ含有比率の最小値Ｗ_Ｌが第２硬質相５中のＷ含有比率の最大値Ｗ_Ｈの４０％以上（Ｗ_Ｌ≧Ｗ_Ｈ×０．４０）の範囲で均一となっている。

これによって、第２硬質相５は熱伝導率のよい化合物をより多く含むとともに組成が均一で粒子全体が熱伝導性の向上に寄与することから、サーメット１の熱伝導性を高めて耐熱衝撃性を改善することができる。すなわち、従来のサーメットでは、図３に示すように、Ｗを含有する硬質相においてはＷ含有比率の最小値Ｗ_Ｌが最大値Ｗ_Ｈの４０％より低くて（Ｗ_Ｌ＜Ｗ_Ｈ×０．４０）大きな差があるので、サーメットの耐熱衝撃性が悪いのである。第２硬質相５におけるＷ含有比率は最小値Ｗ_Ｌが最大値Ｗ_Ｈの５０％以上であることが特に望ましい。

ここで、断面組織を走査型電子顕微鏡にて観察した場合に、第１硬質相４は黒色の粒子として観察される。一方、第２硬質相５は灰白色の粒子、または白色の芯部の周辺に灰白色の周辺部が存在する有芯構造からなる粒子として観察される。なお、上記灰白色とは、写真撮影の条件によって白色に近い色調に見えることもあり、灰色に近い色調に見えることもある。ここで、第１硬質相４はＴｉＣＮからなる黒色粒子であるがＣｏやＮｉを含有していても良い。また、第１硬質相４の外周には、灰白色の周辺部が存在して有芯構造をなしていてもよい。

なお、図２に示すように、第１硬質相４中のＮ含有比率は最小値N_Ｌが最大値N_Ｈの５０％以上の範囲で均一であることが、第１硬質相４の硬度を維持してサーメット１の硬度および耐摩耗性を向上できる点で望ましい。サーメット１の耐塑性変形性を高めるためには、第１硬質相４中のＮ含有比率の最小値N_Ｌが最大値N_Ｈの７５％以内の範囲で均一であることが望ましい。

また、第２硬質相５中の周期表第４、５および６族金属元素総量に対するＷ含有比率の最小値が１０〜２０質量％であることが、サーメット１の熱伝導性が向上して耐熱衝撃性が向上するため望ましい。Ｗ含有比率の最小値の特に望ましい範囲は１４〜２０質量％である。

さらに、図１（ａ）に示すように、サーメットの内部における断面組織を観察した場合に、第２硬質相５の平均粒径が第１硬質相４の平均粒径よりも大きいこと、望ましくは内部における第１硬質相４の平均粒径をａ_ｉとし、第２硬質相５の平均粒径をｂ_ｉとしたとき、ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）が２〜８であることが、第２硬質相５が熱伝播に有効に寄与してサーメット１の熱伝導率が向上し、サーメット１の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）の望ましい範囲はサーメット１の耐欠損性を維持できる点で３〜７である。

なお、本発明における硬質相２の粒径の測定は、ＣＩＳ−０１９Ｄ−２００５に規定された超硬合金の平均粒径の測定方法に準じて測定する。この時、硬質相２が有芯構造からなる場合については、芯部と周辺部を含めた周辺部の外縁までを１つの硬質相としてその粒径を測定する。

また、図１（ａ）のサーメット１の内部についての断面組織に示すように、第２硬質相５の平均面積が第１硬質相４の平均面積よりも大きいこと、望ましくは内部における硬質相２全体に対する第１硬質相４が占める平均面積をＡ_ｉとし、第２硬質相５が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）が１．５〜５であることが、第２硬質相５が熱伝播により有効に寄与してサーメット１の熱伝導率が向上し、サーメット１の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。

また、図１（ｂ）のように、サーメット１の表面近傍における断面組織を観察した場合、サーメット１の表面に、硬質相２全体に対する第１硬質相４が占める平均面積をＡ_ｓとし、第２硬質相５が占める平均面積をＢ_ｓとしたとき、Ａ_ｓとＢ_ｓとの比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）が前記Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）よりも大きい表面領域８が存在することが、サーメット１の表面近傍における熱伝導性を高めてサーメット１の耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）の特に望ましい範囲は３〜１０であり、比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）／比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）の望ましい範囲は１．２〜２．３である。

なお、表面領域８においては、表面領域８における第２硬質相５の平均粒径をｂ_ｓとしたとき、内部における第２硬質相５の平均粒径ｂ_ｉとの比率（ｂ_ｓ／ｂ_ｉ）が１．１〜２であることが、表面領域８における第２硬質相５が熱伝播に有効に寄与してサーメット１の熱伝導率が向上し、サーメット１の耐熱衝撃性が向上する点で望ましい。

さらに、表面領域８が３０〜３００μｍの厚さで存在することが、サーメット１の表面近傍における熱伝導性を高めてサーメット１の耐熱衝撃性を向上させるために望ましい。なお、本発明におけるサーメット１の内部における断面組織を観察する場合には、サーメット１の表面からの深さが１０００μｍ以上の領域において観察する。

また、サーメット１に含有される硬質相をなすＴｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物の合計含有比率は７０〜９６質量％であることが望ましく、特に耐摩耗性の向上の点で８８〜９６質量％であることが望ましい。一方、結合相３の含有比率は４〜１２質量％であることによって、基体の硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。また、結合相としては、鉄族金属の総量に対してＣｏを６５質量％以上含有することが切削工具の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。なお、サーメット１の焼肌面が平滑な面となるようにサーメット１の良好な焼結性を維持するためには、鉄族金属としてＮｉを５〜５０質量％、特に１０〜３５質量％の割合で含有せしめることが望ましい。

（製造方法）
次に、上述したサーメットの製造方法について説明する。

まず、平均粒径０．１〜１．２μｍ、特に０．２〜０．９μｍのＴｉＣＮ粉末と、平均粒径０．１〜２μｍのＴｉＮ粉末、上述した他の金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか１種と、Ｃｏ粉末やＮｉ粉末とを混合した混合粉末を調整する。

本発明によれば、上記ＴｉＣＮ原料粉末中の炭素（Ｃ）と窒素（Ｎ）との含有比率の合計に対して、Ｎ含有比率（ＣＮ比）をモル比で０．４５〜０．５０の範囲に、ＷＣ原料粉末中に含有されるＣ量を６．３０〜６．４０質量％の範囲に制御することが望ましく、このＣ量とＮ量の範囲に制御することによって、サーメット１中の硬質相２の構成を上記範囲に精度良く制御することができる。ＴｉＣＮ原料粉末中のＣＮ比のさらに望ましい範囲は０．４７〜０．５０であり、ＷＣ原料粉末中に含有されるＣ量のさらに望ましい範囲は６．３１〜６．３５質量％である。

さらに、鉄族金属粉末、すなわちＣｏ粉末やＮｉ粉末の平均粒径は２μｍ以下、特に０．０５〜１．５μｍであることがサーメット基体の焼結性を高めるために望ましい。さらには、結合金属原料粉末として、ＣｏおよびＮｉを所定の比率で含有する固溶体粉末を用いることが、さらに焼結性を高める点で望ましい。なお、他の原料粉末の平均粒径は０．０５〜３μｍであることが望ましい。

そして、この混合粉末にバインダを添加して、プレス成形、押出成形、射出成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形する。

次に、本発明によれば、下記の条件にて焼成することにより、上述した所定組織のサーメットを作製することができる。焼成条件としては、（ａ）１０５０〜１２５０℃の焼成温度Ａまで５〜１５℃／分で昇温した後、焼成温度Ａから１２７５〜１３７５℃の焼成温度Ｂまでを０．１〜３℃／分で昇温し、（ｂ）ついで窒素分圧３０〜２０００Ｐａの雰囲気下にて焼成温度Ｂから１５５０〜１６３０℃の焼成温度Ｃまで４〜１５℃／分で昇温して、（ｃ）焼成温度Ｃにて窒素分圧３０〜２５００Ｐａの雰囲気下で、６５〜１００分間焼成した後、（ｄ）窒素（Ｎ）、アルゴン（Ａｒ）、ヘリウム（Ｈｅ）の不活性ガスを分圧８０ｋ〜９００ｋＰａのガス圧に保持した雰囲気下で少なくとも１０００℃までを２００〜３０℃／分の降温速度で冷却する条件で常温まで冷却する工程にて焼成する。

本発明によれば、上記原料を用いるとともに、焼成時の昇温、焼成、冷却パターン、および所定量の不活性ガスを導入するタイミングを制御することによって上述した組織のサーメット１を作製することができる。すなわち、調合原料中のＮ含有量およびＣ含有量を制御して、上記（ａ）（ｂ）工程で焼結の際発生するガスや液相の発生量を十分に制御し、（ｃ）工程でＷ元素等の各金属元素の固溶を十分に促進して第１硬質相４と第２硬質相５を生成し、（ｄ）工程で第２硬質相５中のＴｉおよびＷ元素の分布を均一に保った状態を維持することができる。

そして、所望により、サーメット１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。

表１に示すＣ量とＮ量（表１にＣ量とＮ量とのモル比をＣＮ比として示した。）からなるとともに、マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ_５０値）が０．６μｍのＴｉＣＮ粉末、平均粒径１．１μｍで表１のＣ量のＷＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末、平均粒径２μｍのＴａＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末、平均粒径１．８μｍのＺｒＣ粉末、平均粒径１．０μｍのＶＣ粉末、平均粒径２．４μｍのＮｉ粉末、および平均粒径１．９μｍのＣｏ粉末を表１に示す割合で調整した混合粉末をステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）を添加して湿式混合し、パラフィンを３質量％添加、混合した後、２００ＭＰａでＣＮＭＧ１２０４０８の工具形状にプレス成形し、表２に示す焼成条件で焼成した。

得られたサーメットについて、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）観察を行い、１００００倍の写真にて、表面および内部のそれぞれ任意５箇所について市販の画像解析ソフトを用いて８μｍ×８μｍの領域で画像解析を行い、硬質相の存在状態、表面領域の存在を確認するとともにこれらの平均粒径を測定し、これらの比率を算出した。結果は表３または表４に示した。

また、オージェ電子分光分析法（ＡＥＳ）の線分析によってサーメット内部の第２硬質相の中心部と外周部の組成について定量した。なお、オージェ電子分光分析法（ＡＥＳ）の測定条件は、加速電圧は２０ＫｅＶ、試料電流１０ｎＡ、試料傾斜角３０度として測定を行った。そして、Ｗ含有比率の分布、第１硬質相と第２硬質相中のＣとＮの含有比率を確認した。このとき、オージェ分析におけるＴｉのエネルギー３９０ｅＶ付近についてはＮ元素のピークと重なって正確な測定ができないために、Ｎ元素が含有される可能性がある場合にはこのピークは算出に用いるピークから外してＴｉのエネルギー４２１ｅＶ付近のピークを用いてＴｉの含有比率分布を測定した。そして、本発明によれば、エネルギー３９０ｅＶ付近のＴｉとＮのピークからエネルギー４２１ｅＶ付近のＴｉのピークを差し引いた分についてＮの含有比率分布として計算した。さらに、周期表第４、５および６族金属の総量に対するＷの含有比率の比率を算出した。なお、比率の算出については任意の第２硬質相５個についての平均値をとった。結果は表３に示した。

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（耐摩耗性評価試験、耐欠損性評価試験）を行った。結果は表４に併記した。

（耐摩耗性評価試験）
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．０ｍｍ
切削状態：湿式（水溶性切削液使用）
評価方法：摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間
（耐欠損性評価試験）
被削材：ＳＣＭ４４０Ｈ
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り：０．２５ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：１．５ｍｍ
切削状態：乾式
評価方法：欠損するまでの衝撃回数
表１〜４より、焼成工程（ｃ）での焼成温度が１５５０℃より低い試料Ｎｏ．１２では、第１硬質相および第２硬質相が形成されず単純な有芯粒子のみとなって耐摩耗性が低いものであった。逆に、焼成工程（ｃ）での焼成温度が１６３０℃を越えた試料Ｎｏ．１３および焼成温度（ｃ）での保持時間が１００分より長い試料Ｎｏ．１７では、第１硬質相中のＮ含有比率が第２硬質相中におけるＮ含有比率よりも小さくなって、耐摩耗性および耐欠損性（耐熱衝撃性）とも劣るものであった。また、焼成温度（ｃ）でのガス圧が５００Ｐａより低い試料Ｎｏ．１４および焼成工程（ｂ）（ｃ）において真空中で焼成した試料Ｎｏ．１８では、焼成中に金属成分が揮発して第２硬質相中のＷ含有比率の最小値が最大値の４０％に満たない大きな分布ができ、降温時の冷却速度が３０℃／分よりも遅い試料Ｎｏ．１５でも第２硬質相中のＷ含有比率の最小値が最大値の４０％に満たない大きな分布ができていずれも耐摩耗性、耐欠損性（耐熱衝撃性）が悪くなった。さらに、焼成温度（ｃ）での保持時間が６５分より短い試料Ｎｏ．１６では第２硬質相中のＷ元素の固溶が十分でなくて第２硬質相中のＷ含有比率の最小値が最大値の４０％に満たない大きな分布ができていずれも耐摩耗性、耐欠損性（耐熱衝撃性）が悪くなった。また、焼成工程（ａ）の温度ＡＢ間における昇温速度が１℃／分より早くかつ焼成工程（ｂ）においても温度ＢＣ間における昇温速度が１５℃／分より早い試料Ｎｏ．１９でも焼結時の発生ガス、発生する液相の制御がうまくゆかずに第２硬質相中のＷ含有比率の分布に４０％より大きな差ができた。

これに対し、本発明の範囲内の組織となったサーメットである試料Ｎｏ．１〜１１では、優れた耐摩耗性を発揮するとともに耐欠損性（耐熱衝撃性）も良好であり、その結果、工具寿命も長いものであった。

実施例１で作製した試料Ｎｏ．７の切削工具形状のサーメットをダイヤモンド砥石によって加工し、アークイオンプレーティング法にて被覆層の成膜を行った。具体的には、上記基体をアークイオンプレーティング装置にセットし５００℃に加熱した後にＴｉ_０．４Ａｌ_０．５Ｗ_０．１Ｎの被覆層を成膜した。なお、成膜条件は窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを総圧力２．５Ｐａの雰囲気中、アーク電流１００Ａ、バイアス電圧５０Ｖ、加熱温度５００℃とした。なお、被覆層の層厚は１．０μｍとした。

得られた切削工具を用いて実施例１と同様の切削条件にて切削試験を行った。

その結果、切削開始後摩耗量が０．２ｍｍに達するまでの時間は８３分、衝撃回数４８０００回と良好な切削性能を示した。

本発明のサーメットの一例を示し、（ａ）表面付近、（ｂ）内部についての走査型電子顕微鏡写真である。図１のサーメット中の第２硬質相を含む要部についてのオージェ分析結果である。従来のサーメット中の第２硬質相を含む要部についてのオージェ分析結果である。

符号の説明

１サーメット
２硬質相
３結合相
４第１硬質相
５第２硬質相
８表面領域

Claims

Ｔｉを主成分とする周期表第４、５および６族金属の窒化物または炭窒化物からなる硬質相をＣｏまたはＮｉを主成分とする結合相で結合したサーメットであって、前記硬質相が、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、Ｗを必須として含む周期表第４、５および６族金属の少なくとも１種とＴｉとの複合炭窒化物固溶体の第２硬質相とからなり、前記第１硬質相中のＮ含有比率が前記第２硬質相中のＮ含有比率よりも多く、前記第２硬質相中のＣ含有比率が前記第１硬質相中のＣ含有比率よりも多く、かつ前記第２硬質相中のＷ含有比率は最小値が最大値の４０％以上の範囲で均一であることを特徴とするサーメット。
前記第１硬質相中のＮ含有比率は最小値が最大値の５０％以上の範囲で均一であることを特徴とする請求項１記載のサーメット。
前記第２硬質相中の周期表第４、５および６族金属元素総量に対するＷの含有比率の最小値が１０〜２０質量％であることを特徴とする請求項２記載のサーメット。
内部における断面組織を観察した場合に、前記第１硬質相の平均粒径をａ_ｉとし、前記第２硬質相の平均粒径をｂ_ｉとしたとき、ａ_ｉとｂ_ｉとの比率（ｂ_ｉ／ａ_ｉ）が２〜８であることを特徴とする請求項２または３記載のサーメット。
内部における断面を組織観察した場合に、前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｉとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｉとしたとき、Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）が１．５〜５であることを特徴とする請求項４記載のサーメット。
表面近傍における断面組織を観察した場合に、前記硬質相全体に対する前記第１硬質相が占める平均面積をＡ_ｓとし、前記第２硬質相が占める平均面積をＢ_ｓとしたとき、Ａ_ｓとＢ_ｓとの比率（Ｂ_ｓ／Ａ_ｓ）が前記Ａ_ｉとＢ_ｉとの比率（Ｂ_ｉ／Ａ_ｉ）よりも大きい表面領域が存在することを特徴とする請求項５記載のサーメット。
前記表面領域が３０〜３００μｍの厚さで存在することを特徴とする請求項６記載のサーメット。