JP2011025388A - サーメット焼結体および切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】 切削性能が高い組織を有するとともに、焼結体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に作製可能なサーメット焼結体および切削工具を提供する。
【解決手段】 第１サーメット２と、表面に配置されて切刃７を構成する第２サーメット３とが積層され、第１サーメット２および第２サーメット３は、周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭窒化物等からなる硬質相５と、主として鉄族金属からなる結合相６とから構成され、硬質相５は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相５ａと、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５ｂとからなり、第２サーメット３は第１サーメット２よりも第２硬質相５ｂの存在割合が多く、第１サーメット２は第２サーメット３よりも結合相６の存在割合が少ないサーメット焼結体からなる切削工具１である。
【選択図】 図１

Description

本発明はサーメット焼結体および切削工具に関する。

現在、切削工具としてＴｉを主成分とするサーメット焼結体が広く使われている。サーメットの硬質相は芯部と周辺部とからなる有芯構造をとりやすいことが知られているが、例えば、特許文献１では、周辺部の面積割合が多いほど、鋳鉄との耐化学反応性が向上することが開示され、周辺部の平均粒径／芯部の平均粒径の比率を３〜８としたサーメットが記載されている。

特開２００４−２８５４２１号公報

しかしながら、特許文献１のように周辺部の面積比率を多くするにはサーメットの焼成温度を高くする必要があるが、焼成温度を高くすると、焼成中に生じる金属原子の移動や窒素原子の拡散の影響で、焼結体が元の成形体の形状から大きく変形してしまうという問題があった。焼結体が変形した場合、焼結体の表面を研磨加工して形状を整える方法もあるが、製造コストがかさむとともに複雑な形状の切削工具の場合には研磨加工自体が困難であった。

本発明は上記問題を解決するためのものであり、その目的は切削性能が高い組織を有するとともに、焼結体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に作製可能なサーメット焼結体および切削工具を提供することである。

本発明のサーメット焼結体は、第１サーメットと、該第１サーメットの表面に配置されて少なくとも切刃を構成する第２サーメットとが積層されてなり、
前記第１サーメットおよび前記第２サーメットは、周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた１種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相とから構成され、前記硬質相は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、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２サーメットは前記第１サーメットよりも前記第２硬質相の存在割合が多く、前記第１サーメットは前記第２サーメットよりも結合相の存在割合が少ないものである。

ここで、前記第２サーメットの厚みはサーメット全体の厚みに対して１０〜３５％であることが望ましい。

また、前記第２サーメットには、表面側に、前記第２硬質相の存在割合が多く、かつ結合相の存在割合が少ない表面領域が存在することが望ましい。

さらに、前記第１サーメットの硬度が前記第２サーメットの硬度より高く、かつ前記第２サーメットの前記表面領域の硬度が前記第２サーメットの前記第１サーメット側の硬度よりも高いことが望ましい。

また、前記第１サーメットにおける前記硬質相の平均粒径が前記第２サーメットにおける前記硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記第２サーメットの前記表面領域における前記硬質相の平均粒径が前記第２サーメットの前記第１サーメット側における前記硬質相の平均粒径よりも大きいことが望ましい。

さらに、前記第１サーメットと前記第２サーメットとの境界に界面が存在し、かつ前記第２サーメットの前記表面領域と前記第１サーメット側との境界には界面が存在しない構成となっている。

また、本発明の切削工具は、周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた１種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相との焼結体から構成され、前記硬質相は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、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、
切刃を含むすくい面およびその近傍領域をＡ領域とし、該Ａ領域以外の領域である前記焼結体の内部および逃げ面の中央部位をＢ領域としたとき、前記Ａ領域では前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が多く、前記Ｂ領域では前記Ａ領域よりも前記結合相の存在割合が少ないものである。

ここで、断面組織観察にて、前記Ａ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ａ、該第２硬質相の面積比率をＳ_２Ａとし、前記Ｂ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ｂ、前記第２硬質相の面積比率をＳ_２Ｂとしたとき、前記Ｓ_１Ａと前記Ｓ_２Ａとの比率（Ｓ_２Ａ／Ｓ_１Ａ）が２〜８であり、前記Ｓ_１Ｂと前記Ｓ_２Ｂとの比率（Ｓ_２Ｂ／Ｓ_１Ｂ）が０．５〜１．５であることが望ましい。

また、前記Ａ領域は前記すくい面から５〜１００μｍの厚みで存在することが望ましい。

さらに、前記Ａ領域と前記Ｂ領域との間に、前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が少なく、かつ前記Ａ領域よりも前記結合相の存在割合が多いＣ領域が存在することが望ましい。

また、前記Ａ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度より高く、かつ前記Ｂ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度よりも高いことが望ましい。

さらに、前記Ａ領域における前記硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における前記硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記Ｂ領域における前記硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における硬質相の平均粒径よりも大きいことが望ましい。

また、前記Ａ領域と前記Ｃ領域との境界に界面が存在せず、かつ前記Ｂ領域と前記Ｃ領域との境界には界面が存在する構成となっている。

ここで、本発明のサーメット焼結体の製造方法は、異なる２種類の混合原料を調製する工程と、低温で焼結する第２の混合原料を上面、下面、または上下面に配置するとともに、中央部に前記第２の混合粉末よりも焼成温度の高い第１の混合粉末を配置して積層した成形体を作製する工程と、該成形体を焼成する工程とを具備するものである。

なお、前記第２の混合原料の鉄族金属含有量が前記第１の混合原料の鉄族金属含有量よりも多いか、または前記第２の混合原料の平均粒径が前記第１の混合原料の平均粒径よりも小さいことが望ましい。

本発明のサーメット焼結体および切削工具によれば、結合相の存在割合が少ない第１サーメットと、第２硬質相の存在割合が多い第２サーメットとが積層された構造、すなわち、切刃を含むすくい面およびその近傍領域をＡ領域、前記Ａ領域以外の領域である焼結体の内部および逃げ面の中央部位をＢ領域としたとき、前記Ａ領域では前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が多く、前記Ｂ領域では前記Ａ領域よりも結合相の存在割合が少ない構成からなるので、サーメット焼結体の表面に存在する切刃は切削性能が高い第２サーメットの組織からなるとともに、基体を構成する第１サーメットは焼結による変形が小さいので、焼結体全体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に寸法精度の高い切削工具を作製できる。

なお、断面組織観察にて、Ａ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ａ、該第２硬質相の面積比率をＳ_２Ａ、Ｂ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ｂ、該第２硬質相の面積比率をＳ_２Ｂとしたとき、前記Ｓ_１Ａと前記Ｓ_２Ａとの比率（Ｓ_２Ａ／Ｓ_１Ａ）が２〜８であり、前記Ｓ_１Ｂと前記Ｓ_２Ｂとの比率（Ｓ_２Ｂ／Ｓ_１Ｂ）が０．５〜１．５であることが、切削性能を高くかつ変形を小さく抑制できる点で望ましい。

ここで、前記第２サーメットの厚みはサーメット全体の厚みに対して１０〜３５％であることが望ましい。なお、第２サーメットが上下層の両方存在する場合には、第２サーメットの総厚みはサーメット全体の厚みに対して２０〜７０％となる。このとき、前記Ａ領域は前記すくい面から５〜１００μｍの厚みで存在することが、切削性能が高くかつ変形が小さい切削工具が製造上容易に作製できる点で望ましい。

また、前記第２サーメットには、表面側に、前記第２硬質相の存在割合が多く、かつ結合相の存在割合が少ない表面領域が存在すること、すなわち前記Ａ領域と前記Ｂ領域との間に、前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が少なく、かつ前記Ａ領域よりも結合相の存在割合が多いＣ領域が存在することによって、切削性能をさらに高めることができる点で望ましい。

さらに、前記第１サーメットの硬度が前記第２サーメットの硬度より高く、かつ前記第２サーメットの表面領域の硬度が前記第２サーメットの前記第１サーメット側の硬度よりも高いこと、すなわち、前記Ａ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度より高く、かつ前記Ｂ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度よりも高いことが、変形を防止できるとともに切刃の耐摩耗性を高めることができる点で望ましい。

また、前記第１サーメットにおける硬質相の平均粒径が前記第２サーメットにおける硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記第２サーメットの表面領域における硬質相の平均粒径が前記第２サーメットの基体側における硬質相の平均粒径よりも大きいこと、すなわち、前記Ａ領域における硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記Ｂ領域における硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における硬質相の平均粒径よりも大きいことが、組織の制御が容易な点で望ましい。

なお、下記本発明の製造方法にて作製することによって、前記第１サーメットと前記第２サーメットとの境界に界面が存在し、かつ前記第２サーメットの表面領域と基体側との境界には界面が存在しない構成、すなわち前記Ａ領域と前記Ｃ領域との境界に界面が存在せず、かつ前記Ｂ領域と前記Ｃ領域との境界には界面が存在する構成となっている。

また、本発明の切削工具の製造方法によれば、切削性能が高くかつ焼成による変形が小さい切削工具を容易に製造できる。

なお、前記第２の混合原料の鉄族金属含有量が前記第１の混合原料の鉄族金属含有量よりも多いか、または前記第２の混合原料の平均粒径が前記第１の混合原料の平均粒径よりも小さいことが、各部位の焼成状態を制御できる点で望ましい。

本発明のサーメット焼結体からなる切削工具の一例を示し、（ａ）概略斜視図、（ｂ）断面模式図である。 本発明のサーメット焼結体からなる切削工具の一例を示し、Ａ領域、Ｃ領域、Ｂ領域についての走査型電子顕微鏡写真である。

本発明のサーメット焼結体からなる切削工具の一例について、その（ａ）概略斜視図、（ｂ）断面模式図である図１、断面組織観察におけるＡ領域とＣ領域（第２サーメット）、Ｂ領域（第１サーメット）についての走査型電子顕微鏡写真を基に説明する。

図１の切削工具１は、第１サーメット２と、第１サーメット２の表面に配置されて少なくとも切刃７を構成する第２サーメット３とが積層されている。そして、図２に示すように、第１サーメット２および第２サーメット３は、周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた１種以上からなる硬質相５と、主として鉄族金属からなる結合相６とから構成され、硬質相５は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相５ａと、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５ｂとからなる。

そして、第２サーメット３は第１サーメット２よりも第２硬質相５ｂの存在割合が多く、第１サーメット２は第２サーメット３よりも結合相６の存在割合が少ない構成となっている。

また、別の見方をすれば、切削工具１は、切刃７を含むすくい面８およびその近傍領域をＡ領域（第２サーメット３に相当）１１、Ａ領域１１以外の領域である焼結体の内部１０および逃げ面９の中央部位をＢ領域（第１サーメット２に相当）１２としたとき、Ａ領域１１ではＢ領域１２よりも第２硬質相５ｂの存在割合が多く、Ｂ領域１２ではＡ領域１１よりも結合相６の存在割合が少ない構成からなっている。

上記構成によって、切刃７は切削性能が高い第２サーメット３の組織からなるとともに、基体を構成する第１サーメット２は焼結による変形が小さいので、焼結体全体の変形を抑制できて複雑な形状でも容易に寸法精度の高い切削工具１を作製できる。なお、図１の切削工具１のすくい面８の中央部にはネジ穴１４が形成されている。

ここで、図２の走査型電子顕微鏡写真から明らかなとおり、第１硬質相５ａは黒色の粒子として観察され、第２硬質相５ｂ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５ａ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５ａの外周には、灰白色の第２硬質相５ｂからなる周辺部が存在した有芯構造をなしていてもよい。

なお、断面組織観察にて、Ａ領域１１における第１硬質相５ａの面積比率をＳ_１Ａ、第２硬質相５ｂの面積比率をＳ_２Ａ、Ｂ領域における第１硬質相５ａの面積比率をＳ_１Ｂ、第２硬質相５ｂの面積比率をＳ_２Ｂとしたとき、Ｓ_１ＡとＳ_２Ａとの比率（Ｓ_２Ａ／Ｓ_１Ａ）が２〜８であり、Ｓ_１ＢとＳ_２Ｂとの比率（Ｓ_２Ｂ／Ｓ_１Ｂ）が０．５〜１．５であることが、切削性能を高くかつ変形を小さく抑制できる点で望ましい。

なお、切削工具１に含有される硬質相５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、サーメット全体で見て８０〜９０質量％であることが望ましく、一方、結合相６の含有比率は、サーメット全体で見て１０〜２０質量％であることによって、サーメットの硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。そして、第１サーメット２においては、焼成における寸法変化の抑制の点で、硬質相の含有比率が９０〜９５質量％、結合相の含有比率が５〜１０質量％であることが望ましい。また、第２サーメット３においては、耐摩耗性の維持の点で、硬質相５の含有比率が７５〜８５質量％、結合相６の含有比率が１５〜２５質量％であることが望ましい。さらに、結合相６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１の耐熱衝撃性を高めるために望ましい。なお、サーメットの焼肌面が平滑な面となるようにサーメット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。

ここで、第２サーメット３の厚みはサーメット全体の厚みに対して１０〜３５％であることが望ましい。なお、第２サーメット３が上下層の両方存在する場合には、第２サーメット３の総厚みはサーメット全体の厚みに対して２０〜７０％となる。このとき、Ａ領域１１はすくい面８から５〜１００μｍの厚みで存在することが、切削性能が高くかつ変形が小さい切削工具１が製造上容易に作製できる点で望ましい。

また、第２サーメット３には、表面側に、第２硬質相５ｂ存在割合が多く、かつ結合相６の存在割合が少ない表面領域３Ｘが存在する構成、すなわち、Ａ領域１１とＢ領域１２との間に、Ｂ領域１２よりも第２硬質相４ｂの存在割合が少なく、かつＡ領域１１よりも結合相７の存在割合が多いＣ領域１３が存在することによって、切削性能をさらに高めることができる点で望ましい。

さらに、第１サーメット２の硬度が第２サーメット３の硬度より高く、かつ第２サーメット３の表面領域３Ｘの硬度が第２サーメット３の基体側３Ｙの硬度よりも高い構成、すなわち、Ａ領域１１の硬度がＣ領域１３の硬度より高く、かつＢ領域１２の硬度がＣ領域１３の硬度よりも高いことが、変形を防止できるとともに切刃７の耐摩耗性を高めることができる点で望ましい。

また、第１サーメット２における硬質相５の平均粒径が第２サーメット３における硬質相５の平均粒径より大きく、かつ第２サーメット３の表面領域３Ｘにおける硬質相５の平均粒径が第２サーメットの基体側３Ｙにおける硬質相５の平均粒径よりも大きい構成、すなわち、Ａ領域１１における硬質相５の平均粒径がＣ領域１３における硬質相５の平均粒径より大きく、かつＢ領域１２における硬質相５の平均粒径がＣ領域１３における硬質相５の平均粒径よりも大きいことが、組織の制御が容易な点で望ましい。

なお、上記切削工具１は、下記製造方法にて作製することから、第１サーメット２と第２サーメット３との境界に界面が存在し、かつ第２サーメットの表面領域３Ｘと基体側３Ｙとの境界には界面が存在しない構成、すなわちＡ領域１１とＣ領域１３との境界に界面が存在せず、かつＢ領域１２とＣ領域１３との境界には界面が存在する構成となる。

（製造方法）
次に、上述したサーメット焼結体からなる切削工具の製造方法について説明する。
原料として、２種類の混合原料粉末を準備する。
第２の混合原料粉末は低温で焼結する組成からなり、具体的には、平均粒径０．６〜１．０μｍ、望ましくは０．８〜１．０μｍのＴｉＣＮ粉末と、平均粒径０．１〜２μｍの上述した他の周期表第４、５および６族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか１種と、平均粒径１．０〜３．０μｍのＣｏ粉末と平均粒径０．３〜０．８μｍのＮｉ粉末との少なくとも１種と、所望により平均粒径０．５〜１０μｍのＭｎＣＯ_３粉末を混合した混合粉末とする。

一方、第１の原料粉末は第１の混合粉末よりも焼成温度の高い組成からなり、平均粒径１．０〜２．０μｍ、望ましくは１．１〜１．５μｍのＴｉＣＮ粉末と、平均粒径０．１〜２μｍの上述した他の周期表第４、５および６族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか１種と、平均粒径１．０〜３．０μｍのＣｏ粉末と平均粒径０．３〜０．８μｍのＮｉ粉末との少なくとも１種と、所望により平均粒径０．５〜１０μｍのＭｎＣＯ_３粉末を混合した混合粉末とする。

ここで、前記第２の混合原料の鉄族金属含有量が前記第１の混合原料の鉄族金属含有量よりも多いか、または前記第２の混合原料の平均粒径が前記第１の混合原料の平均粒径よりも小さいことが望ましい。

なお、上記第１および第２の原料中にＴｉＣ粉末やＴｉＮ粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成後のサーメットにおいてＴｉＣＮを構成する。

次に、上記異なる２種類の混合原料を用いて切削工具形状に成形する。成形方法としては、プレス金型の中に、第２の混合原料を上面、下面、または上下面に配置するとともに、中央部に第１の混合粉末を配置して積層した状態でプレス成形する方法が好適である。その他に、第２の原料粉末のみを用いてプレス成形した成形体の表面に第１の原料粉末を含むスラリーを塗布する方法も挙げられるが、切削工具の切刃における寸法精度を高めるとともに切刃における焼結体の密度を高めるためには、両粉末を積層した状態でプレス成形する方法が好適である。

第１の混合粉末の上／下面に第２の混合粉末を配置する方法としては、第１の混合粉末を充填して平らに均した後、第２の混合粉末を投入する方法や、第１の混合粉末を投入して上パンチを降下させて低圧で一旦仮成形し、その後、上パンチを上昇させて第２の混合粉末を投入し、再度、上パンチを降下させて仮成形することを繰り返し、最後に所定圧力で成形する方法が好適に採用できる。

その後、上記成形体を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。具体的な焼成条件の一例としては、
（ａ）１０５０〜１２５０℃まで昇温し、
（ｂ）窒素（Ｎ_２）等の不活性ガスを３０〜２０００Ｐａ充填した雰囲気で０．１〜２℃／分の昇温速度で１３００〜１４５０℃まで昇温し、
（ｃ）真空雰囲気で３〜１５℃／分の昇温速度で１５２０〜１６００℃まで昇温するとともに、真空雰囲気のまま、または不活性ガスを充填した雰囲気で０．５〜２時間維持し、
（ｄ）６〜１５℃／分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する。なお、焼成温度が１５２０℃より低いと、サーメット焼結体の全体として変形はしないがサーメットの表面に焼結が進行してできる複合炭窒化物固溶体である第２硬質相の存在比率が高いＡ領域が形成されずに、サーメット焼結体の表面における耐摩耗性が低下する。

そして、所望により、サーメット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。

マイクロトラック法による測定で平均粒径（ｄ_５０値）が２．０μｍ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粉末を用いて、表１に示す割合で調製した第１の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、スプレードライヤにて顆粒とした。

同様に、上記原料粉末を用いて表１に示す第２の混合原料粉末を調製し、バインダを混合して、スプレードライヤにて第２の混合粉末の顆粒を作製した。

そして、この成形用の混合粉末を用いて、金型のうすの中に第２の混合粉末を投入して平らに均して上パンチを降下させて手押しで仮成形した後、上パンチを上昇させ、この仮成形した粉末の上に第１の混合粉末を投入して平らに均し、上記同様に仮成形を行い、さらにこの製粒した粉末の上に第２の混合粉末を投入して平らに均し、最後に上パンチを降下させて２００ＭＰａで加圧してＳＥＫＲ１２０３ＡＦＥＮ（チップ厚み３．１８ｍｍ）の工具形状にプレス成形した。

さらに、この成形体を焼成炉に投入して、（ａ）１０℃／分の昇温速度で１２００℃まで昇温し、（ｂ）窒素（Ｎ_２）を１０００Ｐａ充填した雰囲気で０．５℃／分の昇温速度で１４００℃まで昇温し、（ｃ）真空雰囲気で７℃／分の昇温速度で表２に示す温度まで昇温するとともに、その状態で１時間維持し、（ｄ）１０℃／分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する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面積比率を算出した。結果は表２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を行った。また、金属顕微鏡を用いてサーメットの側面（逃げ面）形状をトレースし、側面の中央部における膨らみ量を算出した。結果は表３に併記した。
被削材：Ｓ４５Ｃ
切削速度：１８０ｍ／分
送り：０．１５ ｍｍ／刃
切込み：１．５ｍｍ
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

表１〜３より、第１サーメットの結合相量が第２サーメットの結合相量が多い試料Ｎｏ．５では、焼結体の変形量が大きくて工具本体への装着にがたつきが発生した。また、第２サーメットの結合相量が第１サーメットの結合相量よりも少ない試料Ｎｏ．５では、切削加工中にチッピングが発生した。さらに、焼成温度が１５２０℃よりも低く表面の固溶体の存在割合が内部と同じ試料Ｎｏ．７では、切削評価において摩耗量が大きいものであった。さらには、第１サーメットが過焼結した試料Ｎｏ．８では変形量が大きくなった。

これに対し、本発明の範囲内の組織となったサーメットからなる試料Ｎｏ．１〜４では、優れた耐摩耗性を発揮するとともに耐欠損性も良好であり、工具寿命が長いものであった。

１ 工具
２ 第１サーメット
３ 第２サーメット
３Ｘ 第２サーメットの表面領域
３Ｙ 第２サーメットの基体側
５ 硬質相
５ａ 第１硬質相
５ｂ 第２硬質相
６ 結合相
７ 切刃
８ すくい面
９ 逃げ面
１０ 内部
１１ Ａ領域
１２ Ｂ領域
１３ Ｃ領域
１４ ネジ穴

Claims (16)

1. 第１サーメットと、該第１サーメットの表面に配置されて少なくとも切刃を構成する第２サーメットとが積層されてなり、
   前記第１サーメットおよび前記第２サーメットは、周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた１種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相とから構成され、前記硬質相は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、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２サーメットは前記第１サーメットよりも前記第２硬質相の存在割合が多く、前記第１サーメットは前記第２サーメットよりも結合相の存在割合が少ないサーメット焼結体。
2. 前記第２サーメットの厚みはサーメット全体の厚みに対して１０〜３５％である請求項１記載のサーメット焼結体。
3. 前記第２サーメットには、表面側に、前記第２硬質相の存在割合が多く、かつ結合相の存在割合が少ない表面領域が存在する請求項１または２記載のサーメット焼結体。
4. 前記第１サーメットの硬度が前記第２サーメットの硬度より高く、かつ前記第２サーメットの前記表面領域の硬度が前記第２サーメットの前記第１サーメット側の硬度よりも高い請求項３記載のサーメット焼結体。
5. 前記第１サーメットにおける前記硬質相の平均粒径が前記第２サーメットにおける前記硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記第２サーメットの前記表面領域における前記硬質相の平均粒径が前記第２サーメットの基体側における硬質相の平均粒径よりも大きい請求項３または４記載のサーメット焼結体。
6. 前記第１サーメットと前記第２サーメットとの境界に界面が存在し、かつ前記第２サーメットの前記表面領域と前記第１サーメット側との境界には界面が存在しない請求項３乃至５のいずれか記載のサーメット焼結体。
7. 周期表第４、５および６族金属のうちの１種以上の炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの固溶体の中から選ばれた１種以上からなる硬質相と、主として鉄族金属からなる結合相との焼結体から構成され、前記硬質相は、ＴｉＣＮを主成分とする第１硬質相と、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、
   切刃を含むすくい面およびその近傍領域をＡ領域とし、該Ａ領域以外の領域である前記焼結体の内部および逃げ面の中央部位をＢ領域としたとき、前記Ａ領域では前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が多く、前記Ｂ領域では前記Ａ領域よりも前記結合相の存在割合が少ない切削工具。
8. 断面組織観察にて、前記Ａ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ａ、前記第２硬質相の面積比率をＳ_２Ａとし、前記Ｂ領域における前記第１硬質相の面積比率をＳ_１Ｂ、前記第２硬質相の面積比率をＳ_２Ｂとしたとき、前記Ｓ_１Ａと前記Ｓ_２Ａとの比率（Ｓ_２Ａ／Ｓ_１Ａ）が２〜８であり、前記Ｓ_１Ｂと前記Ｓ_２Ｂとの比率（Ｓ_２Ｂ／Ｓ_１Ｂ）が０．５〜１．５である請求項７記載の切削工具。
9. 前記Ａ領域は前記すくい面から５〜１００μｍの厚みで存在する請求項７または８記載の切削工具。
10. 前記Ａ領域と前記Ｂ領域との間に、前記Ｂ領域よりも前記第２硬質相の存在割合が少なく、かつ前記Ａ領域よりも前記結合相の存在割合が多いＣ領域が存在する請求項７または８記載の切削工具。
11. 前記Ａ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度より高く、かつ前記Ｂ領域の硬度が前記Ｃ領域の硬度よりも高い請求項１０記載の切削工具。
12. 前記Ａ領域における前記硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における前記硬質相の平均粒径より大きく、かつ前記Ｂ領域における前記硬質相の平均粒径が前記Ｃ領域における前記硬質相の平均粒径よりも大きい請求項１０または１１記載の切削工具。
13. 前記Ａ領域と前記Ｃ領域との境界に界面が存在せず、かつ前記Ｂ領域と前記Ｃ領域との境界には界面が存在する請求項１０乃至１２のいずれか記載の切削工具。
14. 異なる２種類の混合原料を調製する工程と、低温で焼結する第１の混合原料を上面、下面、または上下面に配置するとともに、中央部に前記第１の混合粉末よりも焼成温度の高い第２の混合粉末を配置して積層した成形体を作製する工程と、該成形体を焼成する工程とを具備するサーメット焼結体の製造方法。
15. 前記第１の混合原料の鉄族金属含有量が前記第２の混合原料の鉄族金属含有量よりも多い請求項１４記載のサーメット焼結体の製造方法。
16. 前記第１の混合原料の平均粒径が前記第２の混合原料の平均粒径よりも小さい請求項１４または１５記載のサーメット焼結体の製造方法。