JP2011156645A - 耐熱塑性変形性にすぐれる表面被覆ｗｃ基超硬合金製切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】切刃部が局部的な高温に曝される鋼や鋳鉄等の高速切削加工において、すぐれた耐熱塑性変形性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆切削工具を提供する。
【解決手段】 ５５〜９０質量％のＣｕと残部がＣｏおよび不可避不純物からなる配合組成を有する結合材４〜１２質量％を含有し、あるいはさらに、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのいずれかを合計０．１〜２質量％含有し、または、ＴｉＮ、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮとともにＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃおよび（Ｔｉ，Ｗ）Ｃのいずれかを合計５〜３０質量％含有（但し、Ｎ含有成分は必須）し、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成されたＷＣ基超硬合金製切削工具基体の表面（表面に結合材成分の富化層が形成されているものを含む）に、硬質被覆層として、Ｔｉ化合物からなる下部層と酸化アルミニウムからなる上部層とを蒸着形成した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【選択図】 図２

Description

この発明は、切削加工時に切れ刃が高熱となるような鋼や鋳鉄の高速切削加工において、すぐれた耐熱塑性変形性を備えることにより、長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆炭化タングステン（ＷＣ）基超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。

従来から、結合相形成成分としてＣｏを含有し、残りがＷＣおよび不可避不純物からなるＷＣ基超硬合金工具基体の表面に、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具が知られており、また、特許文献１に示されるように、Ｃｏ富化表面部を有するＷＣ基超硬合金工具基体の表面に、Ｔｉ化合物層と酸化アルミニウム層とを被覆形成した表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具も知られており、この表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具が、鋼や鋳鉄の連続切削、断続切削において優れた耐チッピング性、耐摩耗性を発揮することも知られている。

特開平６−８０１０号公報

近年の切削装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに、高能率化、低コスト化の要求は強く、また、切削工具の汎用化も求められているところであるが、例えば、特許文献１〜３に示される従来のＷＣ基超硬工具、被覆超硬工具を、通常条件の切削加工で用いた場合には特段の問題は生じない。
しかし、これを、鋼や鋳鉄等の高速切削加工に用いた場合には、切削時の高熱により、特に切刃部が局部的に高熱にさらされ、熱塑性変形を発生しやすくなり、また、その結果としての偏摩耗を発生しやすくなるため、これが原因となり、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、鋼や鋳鉄等の高速切削加工に用いた場合でも、すぐれた耐熱塑性変形性を発揮し、偏摩耗、欠損等が生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（被覆超硬工具）について鋭意研究を行った結果、以下の知見を得た。

通常、被覆超硬工具の工具基体であるＷＣ基超硬合金焼結体の製造は、特定の平均粒径のＷＣ粉末、Ｃｏ粉末とともに、必要に応じて、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、あるいは、ＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末を所定割合になるように配合した原料粉末を湿式ボールミル中で混合し、成形したのち、この圧粉成形体を温度:１４００〜１４５０℃で約１時間焼結することにより行われている（この方法で製造されたＷＣ基超硬合金焼結体を、以下、通常超硬焼結体という）。

本発明では、上記の通常超硬焼結体の製造方法において、結合相形成成分として、所定平均粒径および所定割合のＣｕ粉末をさらに追加して添加配合することにより原料粉末を調製し、これを焼結することにより焼結体を作製したところ、得られたＷＣ基超硬合金焼結体（以下、本発明超硬焼結体という）の組織には、ＷＣ粒子と結合相との界面にＣｕ富化層の存在が観察された。
そして、通常超硬焼結体と、ＷＣ粒子と結合相との界面にＣｕ富化層が存在する組織を有する上記本発明超硬焼結体との物性（硬度）を比較調査したところ、図１に示される興味深い現象を見出したのである。

つまり、図１にみられるように、結合相成分として所定量のＣｕを含有する本発明超硬焼結体の常温硬さは、通常超硬焼結体のそれに比して若干下回っているが、９００℃という高温下で高温硬さを調査したところ、本発明超硬焼結体の高温硬さは通常超硬焼結体のそれを上回っており、本発明超硬焼結体は、硬度低下の温度依存性が小さく、高温条件下でも優れた高温硬さを有することが分かる。

上記のとおり、本発明超硬焼結体は、高温条件下で優れた高温硬さを備えることから、本発明超硬焼結体から構成された工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成した本発明被覆超硬工具は、切刃部が局部的に高温に曝される鋼や鋳鉄等の高速切削加工に用いた場合でも、すぐれた耐熱塑性変形性を示し、偏摩耗等の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
さらに、原料粉末の配合成分を調整することにより、表面近傍に結合材成分の富化層が形成された本発明超硬焼結体から構成された工具基体表面に硬質被覆層を蒸着形成した本発明被覆超硬工具は、耐熱塑性変形性に加えすぐれた靭性を発揮し、偏摩耗、欠損等の発生もなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

この発明は、上記の知見に基づいてなされたものであって、
「（１） Ｃｕを５５〜９０質量％含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる配合組成を有する結合材を用い、
前記結合材：４〜１２質量％、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成されてなるＷＣ基超硬合金製切削工具基体の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（２） 前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体が、前記結合材を４〜１２質量％含有するとともに、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．１〜２質量％含有し、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成されてなることを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（３） 前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体が、前記結合材を４〜１２質量％含有するとともに、ＴｉＮと（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮのうちから選ばれる１種または２種と、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃおよび（Ｔｉ，Ｗ）Ｃのうちから選ばれる１種または２種以上とを合計で５〜３０質量％含有し、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成され、さらに、前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域においては結合材成分が富化され、ＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物が実質的に存在しないことを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
（４） 硬質被覆層の最表面に、０．２〜１μｍの平均層厚のＴｉ窒化物層が蒸着形成されている前記（１）〜（３）のいずれかに記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」
に特徴を有するものである。

この発明の被覆超硬工具について、以下に詳細に説明する。
この発明の被覆超硬工具の工具基体である本発明超硬焼結体は、
（１）ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末に加えてＣｕ粉末を配合した原料粉末（請求項１）、
（２）上記（１）に加え、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末のうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．１〜２質量％配合した原料粉末（請求項２）、
（３）上記（１）に加え、ＴｉＮ粉末と（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末のうちから選ばれる１種または２種と、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末および（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末のうちから選ばれる１種または２種以上とを合計で５〜３０質量％配合した原料粉末（請求項３）、
上記（１）〜（３）のいずれかの原料粉末を湿式ボールミル中で混合し、所定形状にプレス成形したのち、この圧粉成形体を１４００〜１５５０℃の温度範囲で、所定圧（３０〜７００Ｐａ）のＨｅまたはＡｒ雰囲気中で焼結し、さらに、所定圧（３〜１０ＭＰａ）のＨｅまたはＡｒ雰囲気中で熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）成形することにより、本発明超硬焼結体を作製し、これを所定形状に加工することにより、本発明被覆超硬工具の工具基体を製造することができる。
ここで、焼結時の雰囲気を３０〜７００ＰａのＨｅまたはＡｒとしたのは、焼結時にＣｕ成分が蒸発し目標組成の結合相が得られなくなることを防止するためであり、また、熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）で成形するとしたのは、Ｃｕ含有による焼結性の低下を補完するためである。
また、上記（３）の原料粉末を使用した場合には、ＨＩＰ後に１３００〜１４００℃の温度範囲で、真空中（２０Ｐａ以下）で３０〜６０分間保持することにより、工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域においては結合材成分が富化され、ＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物が実質的に存在しない本発明被覆超硬工具の工具基体を製造することができる。

ＷＣ粉末、Ｃｏ粉末に加えるＣｕ粉末は、本発明超硬焼結体中で、Ｃｏ成分と共にＣｏ−Ｃｕ相からなる結合相を形成するが、超硬焼結体における結合相の含有割合が４質量％未満では、超硬焼結体の緻密化が十分になされず、一方、結合相の含有割合が１２質量％を越えると、超硬焼結体の硬度が低下し、鋼、鋳鉄等の高速切削加工において耐摩耗性が低下傾向を示すようになることから、本発明超硬焼結体における結合相の含有割合は４〜１２質量％と定めた。

結合相を形成するＣｏ−Ｃｕ相は、Ｃｏ相単独の結合相に比してすぐれた熱伝導率を有すると共に、Ｃｏ−Ｃｕ相におけるＣｕ成分は、ＷＣ粒と結合相との界面にＷＣ粒との濡れ性の低いＣｕ富化層を形成し、これによって、焼結組織中にＷＣスケルトン構造が形成され、その結果として、Ｃｏ−Ｃｕ相からなる結合相を有する本発明超硬焼結体は、高温硬さに優れ、かつ、高温下でのＷＣ粒の再配列による熱塑性変形の発生を抑制することができる。
なお、結合相成分としてＣｕ成分を含有させた場合、常温硬さについては、Ｃｕ成分を含有させない結合相（Ｃｏ相）を有する通常超硬焼結体に比して若干劣るものの、すでに述べたように、Ｃｏ−Ｃｕ相からなる結合相を備えた本発明超硬焼結体は、焼結組織中にＷＣスケルトン構造が形成されているため、Ｃｕを含有しない通常超硬焼結体よりも、その高温硬さ、耐熱塑性変形性が優れている。

Ｃｏ−Ｃｕ相からなる結合相におけるＣｕ成分の含有割合（＝Ｃｕ×１００／（Ｃｏ＋Ｃｕ））が５５質量％未満の場合には、Ｃｕ含有による熱伝導率向上効果が十分でないばかりか、ＷＣスケルトン構造の形成も充分でないため、すぐれた高温硬さおよび耐熱塑性変形性を発揮することができず、一方、Ｃｕ成分の含有割合が９０質量％を超えると、結合相の融点が著しく低下するため高温での耐熱塑性変形性が低下することから、Ｃｏ−Ｃｕ相からなる結合相におけるＣｕ成分の含有割合（＝Ｃｕ×１００／（Ｃｏ＋Ｃｕ））は５５〜９０質量％と定めた。

請求項２に係る本発明超硬焼結体では、ＷＣ、ＣｏおよびＣｕに加えて、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのうちから選ばれる１種または２種以上の成分をさらに含有する。
ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのうちから選ばれる１種または２種以上の成分は、いずれも、焼結時のＷＣの粒成長を抑制する作用があるが、その合計含有量が０．１質量％未満では、粒成長抑制作用が小さく、一方、２質量％を越えて含有すると複合炭化物相が析出し、硬度が低下傾向を示すようになるので、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのうちから選ばれる１種または２種以上の成分の含有量は、その合計量で０．１〜２質量％と定めた。

請求項３に係る本発明超硬焼結体では、ＷＣ、ＣｏおよびＣｕに加えて、ＴｉＮと（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮのうちから選ばれる１種または２種と、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃおよび（Ｔｉ，Ｗ）Ｃのうちから選ばれる１種または２種以上とを合計で５〜３０質量％含有することができる。
上記原料粉末からなる圧粉成形体を焼結する際、ＨＩＰ後に１３００〜１４００℃の温度範囲で、真空中（２０Ｐａ以下）で３０〜６０分間保持すると、真空雰囲気によるＮの分解と分解に伴う上記各成分の炭化物、窒化物、炭窒化物の内部への移動によって、工具基体表面から５〜３０μｍの深さに亘って、結合材成分であるＣｏとＣｕが富化され、ＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物が実質的に存在しない領域が形成された本発明被覆超硬工具の工具基体を製造することができる。
上記の炭化物、窒化物、炭窒化物は、工具基体の耐熱性を向上させる作用があるが、その含有量が５％未満では所望の耐熱性を確保することができず、一方その含有量が３０％を越えると靱性が低下するようになることから、その含有量は５〜３０％とする必要がある。
また、結合材成分であるＣｏとＣｕが富化された領域の位置が、工具基体表面から５μｍ未満では所望の靱性を確保することができず、一方その深さが３０μｍを越えると、耐摩耗性低下の原因となることから、その深さを５〜３０μｍと定めた。

上記超硬焼結体からなる工具基体の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成することによって、本発明被覆超硬工具が作製されるが、硬質被覆層を蒸着形成した場合でも、ＷＣスケルトン構造の形成、ＣｏとＣｕの富化領域の形成は何ら妨げられることなく、一段と耐熱性、耐摩耗性が向上し、その結果として、工具寿命の延命化を図ることができる。
なお、下部層および上部層の平均層厚は、それぞれ、０．５〜１５μｍ、０．５〜１３μｍであることが好ましい。
また、本発明被覆超硬工具は、硬質被覆層の最表面に必要に応じてＴｉ窒化物層を蒸着形成（請求項４）し、その黄金色によって工具の使用前後の識別を可能とすることができるが、その平均層厚は０．２〜１μｍで十分である。

この発明の被覆超硬工具は、これを構成する超硬焼結体（工具基体）の結合相が、５５〜９０質量％のＣｕと残部はＣｏの組成からなり、結合相中のＣｕ成分が、ＷＣ粒と結合相との界面にＷＣ粒との濡れ性の低いＣｕ富化層を形成することによって、焼結組織中にＷＣスケルトン構造が形成されているため、高温硬さに優れ、かつ、耐熱塑性変形性にも優れ、切刃部が局部的に高温に曝される鋼や鋳鉄の高速切削加工に用いた場合でも、偏摩耗、欠損等を発生することなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。

本発明超硬焼結体７と比較例超硬焼結体３の常温（室温）硬さ及び高温（９００℃）硬さを示す。 Ｃｕ富化層が形成された焼結組織を有する本発明被覆超硬工具基体７の金属組織（模式図）を示す。 Ｃｕ富化層が形成されていない焼結組織の比較例被覆超硬工具基体３の金属組織（模式図）を示す。

つぎに、この発明の被覆超硬工具を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、いずれも０．５〜５μｍの平均粒径を有する、Ｃｏ粉末、Ｃｕ粉末、ＶＣ粉末、Ｃｒ_３Ｃ_２粉末、ＴｉＣ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＴｉＮ粉末、（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＴｉＮ：ＷＣ＝２４：２０：５６）、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＮｂＣ：ＴａＣ＝９０：１０）、（Ｔｉ，Ｗ）Ｃ粉末（但し、重量比で、ＴｉＣ：ＷＣ＝３０：７０）およびＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を、表１，表２に示される配合組成に配合し、さらにワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、表３に示される条件で焼結・ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理した後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもった工具基体（超硬焼結体）を作製し、ついで、工具基体表面に、通常の化学蒸着装置を用いて、表４に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表５、表６に示される本発明被覆超硬工具１〜２０を作製した。

また、比較の目的で、原料粉末を、表７に示される配合組成となるように配合し、ワックスを加えてボールミルで７２時間湿式混合し、減圧乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で所定形状の各種の圧粉体にプレス成形し、これらの圧粉体を、表３に示される条件で焼結・ＨＩＰ（熱間静水圧プレス）処理した後、切刃部分にＲ：０．０３のホーニング加工を施してＩＳＯ規格・ＣＮＭＧ１２０４０８のチップ形状をもった工具基体（超硬焼結体）を作製し、ついで、工具基体表面に、通常の化学蒸着装置を用いて、表４に示されるとおりの組成および平均膜厚の硬質被覆層を蒸着形成することにより、表８に示される比較例被覆超硬工具１〜１０を作製した。

なお、上記本発明被覆超硬工具１〜２０および比較例被覆超硬工具１〜１０のそれぞれについて、工具基体（超硬焼結体）の焼結組織を走査型電子顕微鏡（倍率：５０００）で観察し、かつ、ＷＣ粒と結合相との界面についてはオージェ分光分析によりＷＣスケルトン構造の有無を観察した。

図２には、一例として、Ｃｕ富化層が形成された焼結組織を有する本発明被覆超硬工具基体（超硬焼結体）７の金属組織模式図を示す。
図３には、Ｃｕ富化層が形成されていない焼結組織の比較例被覆超硬工具基体３の金属組織模式図を示す。
本発明被覆超硬工具１〜２０はいずれも、図２に示されるようなＷＣ粒と結合相との界面にＣｕ富化層が形成されたＷＣスケルトン構造を有することが確認された。
これに対して、比較例被覆超硬工具１〜１０では、図３に示されるように、ＷＣ粒と結合相との界面におけるＣｕ富化層の形成は確認できず、ＷＣスケルトン構造の形成は不十分であった。

本発明被覆超硬工具１〜２０について、オージェ分光分析によって測定したＷＣ粒と結合相との界面に形成されたＣｕ富化層の平均厚みおよび平均Ｃｕ組成（いずれも５か所測定の平均値）を表５、表６に示す。
ここで、オージェ電子分光装置（ＡＥＳ）にて、ＷＣ粒と結合相との界面を垂直に横切る方向に線分析を実施した際に、Ｃｕ／（Ｃｏ＋Ｃｕ）＞５５質量％となる領域をＣｕ富化層であると定義し、さらに、該Ｃｕ富化層について、５本線分析した時の厚みの平均値をＣｕ富化層の平均厚みであると定義する。
参考のため、比較例被覆超硬工具１〜１０について、オージェ分光分析によって測定したＷＣ粒と結合相との界面に形成されたＣｕ富化層の平均厚みおよび平均Ｃｕ組成（いずれも５か所測定の平均値）を表８に示す。

また、本発明被覆超硬工具１１〜２０および比較例被覆超硬工具１〜１０について、工具基体（超硬焼結体）の表面から５〜３０μｍの深さ領域におけるＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物の含有量をオージェ分光分析により測定した。
これらの測定値を表５、表６、表８にそれぞれ示す。

つぎに、上記本発明被覆超硬工具１〜２０および比較例被覆超硬工具１〜１０について、
被削材 ：ＪＩＳ・ＳＣＭ４４０の丸棒、
切り込み：１．５ ｍｍ、
送り ：０．３ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０ 分、
の条件の下、４２０ｍ／ｍｉｎ（切削条件Ａという）の切削速度で、乾式連続切削加工試験を行った。
また、
被削材 ：ＪＩＳ・ＦＣ３００の丸棒、
切り込み：２．０ ｍｍ、
送り ：０．３５ ｍｍ／ｒｅｖ．、
切削時間：１０ 分、
の条件の下、４５０ｍ／ｍｉｎ（切削条件Ｂという）の切削速度で、湿式連続切削加工試験を行った。
いずれの切削加工試験でも切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
この測定結果を表９に示した。

表５、表９に示される結果から、本発明被覆超硬工具１〜１０は、これを構成する工具基体（超硬焼結体）の結合相が、５５〜９０質量％のＣｕと残部はＣｏの組成からなり、結合中のＣｕ成分が、ＷＣ粒と結合相との界面にＷＣ粒との濡れ性の低いＣｕ富化層を形成することによって、焼結組織中にＷＣスケルトン構造が形成されているため、高温硬さに優れ、かつ、耐熱塑性変形性にも優れることから、切刃部が局部的に高温に曝される鋼や鋳鉄の高速切削加工に用いた場合でも、偏摩耗の発生を生じることなく長期の使用に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
さらに、同じく表６、表９に示される結果から、本発明被覆超硬工具１１〜２０は、本発明被覆超硬工具１〜１０と同様、工具基体（超硬焼結体）の焼結組織中にＷＣスケルトン構造が形成されているため、高温硬さに優れ、かつ、耐熱塑性変形性にも優れ、さらに、工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域においては結合材成分（Ｃｏ，Ｃｕ）が富化され、ＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物が実質的に存在しない領域が形成されているために、靭性にもすぐれ、偏摩耗、欠損の発生なく長期の使用に亘ってより一段とすぐれた耐摩耗性を発揮するものである。
これに対して、表８、表９に示される結果から、比較例超硬工具１〜１０においては、切刃部が局部的に高温に曝される鋼や鋳鉄の高速切削加工に用いた場合には、切刃部のチッピング・欠損発生あるいは偏摩耗の発生等により、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。

この発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、鋼や鋳鉄の高速切削加工ばかりでなく、各種被削材の切削加工にも勿論使用可能であり、長期の使用に亘ってすぐれた切削性能を発揮し、切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に適うものである。

Claims (4)

1. Ｃｕを５５〜９０質量％含有し、残部がＣｏおよび不可避不純物からなる配合組成を有する結合材を用い、
   前記結合材：４〜１２質量％、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成されてなるＷＣ基超硬合金製切削工具基体の表面に、硬質被覆層として、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物のうちから選ばれる１種の単層または２種以上の複層からなる下部層と、酸化アルミニウム層からなる上部層を蒸着形成してなる表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
2. 前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体が、前記結合材を４〜１２質量％含有するとともに、ＶＣ、Ｃｒ_３Ｃ_２、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣのうちから選ばれる１種または２種以上を合計で０．１〜２質量％含有し、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
3. 前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体が、前記結合材を４〜１２質量％含有するとともに、ＴｉＮと（Ｔｉ，Ｗ）ＣＮのうちから選ばれる１種または２種と、ＴｉＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、（Ｎｂ，Ｔａ）Ｃおよび（Ｔｉ，Ｗ）Ｃのうちから選ばれる１種または２種以上とを合計で５〜３０質量％含有し、残部がＷＣおよび不可避不純物からなる配合組成を有する圧粉体の焼結体で構成され、さらに、前記ＷＣ基超硬合金製切削工具基体表面から５〜３０μｍの深さ領域においては結合材成分が富化され、ＷＣ以外の炭化物、窒化物、炭窒化物が実質的に存在しないことを特徴とする請求項１に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
4. 硬質被覆層の最表面に、０．２〜１μｍの平均層厚のＴｉ窒化物層が蒸着形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。

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