JP2016030846A - Cemented carbide and cutting tool - Google Patents

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真人 道内
津田 圭一
Keiichi Tsuda
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a cemented carbide having a good balance between wear resistance and defect resistance at a high level; and a cutting tool using the cemented carbide as a base material.SOLUTION: There is provided a cemented carbide 1A comprising a hard phase 10 mainly composed of tungsten carbide 100 and a bonded phase 20 mainly composed of iron group elements, wherein the tungsten carbide 100 contains polycrystalline tungsten carbide particles 101. In the cross-section structure, when the area of the hard phase 10 is defined as St and the area of the polycrystalline tungsten carbide particles is defined as Sp, the cemented carbide 1A preferably satisfies Sp/St≥0.5. In addition, in the cross-section structure, when the number of all hard phase particles constituting the hard phase 10 is defined as Nt and the number of the polycrystalline tungsten carbide particles 101 is defined as Np, the cemented carbide 1A preferably satisfies Np/Nt≥0.2.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、超硬合金および超硬合金を用いた切削工具に関する。特に、耐摩耗性と耐欠損性とをバランスよく備える超硬合金、およびその超硬合金を用いた切削工具に関する。   The present invention relates to a cemented carbide and a cutting tool using the cemented carbide. In particular, the present invention relates to a cemented carbide having a good balance between wear resistance and fracture resistance, and a cutting tool using the cemented carbide.

切削工具や金型の素材に超硬合金と呼ばれる硬質材料が利用されている。超硬合金は、炭化タングステン(WC)を主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える複合材料である。   Hard materials called cemented carbides are used as materials for cutting tools and molds. A cemented carbide is a composite material including a hard phase mainly composed of tungsten carbide (WC) and a binder phase mainly composed of an iron group element.

従来から、耐摩耗性と耐欠損性との両方をバランスよく備える超硬合金が求められてきた。例えば、特許文献1は、硬質相の主成分であるWCを微粒とし、かつ、このWCの粒度分布の偏りが小さい超硬合金を開示している。この超硬合金は、WCが微粒であり、かつ、粒度分布の偏りが小さいことで、耐摩耗性と耐欠損性とをバランスよく備える。このような従来の超硬合金を構成するWCは、超硬合金の製造方法から、単結晶構造のWC粒子(以下、単結晶WC粒子という)であると考えられている。例えば、図12の超硬合金1Jは、WC100を主成分とする硬質相10と、鉄族元素を主成分とする結合相20とを備え、WC100がすべて単結晶WC粒子105である。   Conventionally, there has been a demand for a cemented carbide having a good balance between wear resistance and fracture resistance. For example, Patent Document 1 discloses a cemented carbide in which WC, which is a main component of a hard phase, is finely divided and the grain size distribution of WC is small. This cemented carbide has fine WC and a small deviation in particle size distribution, so that it has a good balance between wear resistance and fracture resistance. WC constituting such a conventional cemented carbide is considered to be a WC particle having a single crystal structure (hereinafter referred to as a single crystal WC particle) from the manufacturing method of the cemented carbide. For example, the cemented carbide 1J in FIG. 12 includes a hard phase 10 mainly composed of WC100 and a binder phase 20 mainly composed of an iron group element, and WC100 is all single crystal WC particles 105.

特開2012−117100号公報JP 2012-117100 A

上述したような従来の超硬合金では、耐摩耗性と耐欠損性との両立をある程度の水準では達成できている。しかし、近年求められるより厳しい切削条件に対応した高効率の加工や長寿命の工具を実現するには、さらに高水準での耐摩耗性と耐欠損性との両立が望まれている。   In the conventional cemented carbide as described above, both wear resistance and fracture resistance can be achieved at a certain level. However, in order to realize high-efficiency machining and long-life tools that can meet the stricter cutting conditions required in recent years, it is desired to achieve both higher levels of wear resistance and fracture resistance.

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明の目的の一つは、耐摩耗性と耐欠損性とを高水準でバランスよく備える超硬合金を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and one of the objects of the present invention is to provide a cemented carbide having a high level of balance between wear resistance and fracture resistance.

本発明の一態様に係る超硬合金は、炭化タングステンを主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える超硬合金であって、前記炭化タングステンが、多結晶炭化タングステン粒子を含む。   A cemented carbide according to one embodiment of the present invention is a cemented carbide comprising a hard phase mainly composed of tungsten carbide and a binder phase mainly composed of an iron group element, wherein the tungsten carbide is polycrystalline. Contains tungsten carbide particles.

上記超硬合金によれば、耐摩耗性と耐欠損性とを高水準でバランスよく備えた超硬合金を提供することが可能となる。   According to the above cemented carbide, it is possible to provide a cemented carbide having a high level of balance between wear resistance and fracture resistance.

本発明の一態様に係る超硬合金1Aの組織の一例を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an example of organization of cemented carbide 1A concerning one mode of the present invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Bの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1B which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Cの組織の一例を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an example of organization of cemented carbide 1C concerning one mode of the present invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Dの組織の一例を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing an example of organization of cemented carbide 1D concerning one mode of the present invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Eの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1E which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Fの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1F which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Gの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1G which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Hの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1H which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る超硬合金1Iの組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the structure | tissue of the cemented carbide 1I which concerns on 1 aspect of this invention. 本発明の一態様に係る切削工具の一例である刃先交換型切削チップの概略斜視図である。It is a schematic perspective view of the blade-tip-exchange-type cutting tip which is an example of the cutting tool which concerns on 1 aspect of this invention. 図10の(XI)−(XI)断面における刃先近傍の部分拡大概略断面図である。FIG. 11 is a partially enlarged schematic cross-sectional view in the vicinity of the blade edge in the (XI)-(XI) cross section of FIG. 10. 従来の超硬合金1Jの代表的な組織の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the typical structure | tissue of the conventional cemented carbide 1J.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

(1)本発明の一態様に係る超硬合金は、炭化タングステンを主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える超硬合金であって、前記炭化タングステンが、多結晶炭化タングステン粒子を含む。   (1) A cemented carbide according to one embodiment of the present invention is a cemented carbide comprising a hard phase mainly composed of tungsten carbide and a binder phase mainly composed of an iron group element, wherein the tungsten carbide comprises Including polycrystalline tungsten carbide particles.

硬質相の主成分であるWCが、複数の単結晶WC粒子から構成される多結晶WC粒子を含むことで、耐摩耗性と耐欠損性とを高水準でバランス良く備える超硬合金とできる。高水準の耐摩耗性及び耐欠損性を備える理由は、WCに含まれる多結晶WC粒子中に存在する結晶粒界によるものと考えられる。結晶粒界は、超硬合金の変形に対する抵抗や亀裂の伝播に対する抵抗として働くと考えられる。特に、多結晶WC粒子の平均粒径がある程度大きい場合でも、高水準の耐摩耗性を備える理由は、多結晶WC粒子が複数の単結晶WC粒子から形成されることによるものと考えられる。多結晶WC粒子は、その平均粒径がある程度大きくとも、多結晶WC粒子を形成する単結晶WC粒子の平均粒径がある程度小さい。これにより、硬質相が微粒のWCから構成される場合と同様の耐摩耗性の向上が得られると考えられる。よって、本発明の一態様に係る超硬合金は、耐摩耗性と耐欠損性とを高水準でバランスよく備える。   When WC which is the main component of the hard phase includes polycrystalline WC particles composed of a plurality of single crystal WC particles, a cemented carbide having a high level of wear resistance and fracture resistance can be obtained. The reason for having a high level of wear resistance and fracture resistance is thought to be due to the grain boundaries present in the polycrystalline WC particles contained in the WC. It is considered that the crystal grain boundary acts as a resistance to deformation of the cemented carbide and a resistance to crack propagation. In particular, even when the average particle size of the polycrystalline WC particles is large to some extent, the reason for having a high level of wear resistance is considered to be that the polycrystalline WC particles are formed from a plurality of single crystal WC particles. Even if the average particle size of the polycrystalline WC particles is somewhat large, the average particle size of the single crystal WC particles forming the polycrystalline WC particles is somewhat small. Thereby, it is considered that the same improvement in wear resistance as in the case where the hard phase is composed of fine WC is obtained. Therefore, the cemented carbide according to one embodiment of the present invention has a high level of balance between wear resistance and fracture resistance.

(2)上記超硬合金の一形態としては、その断面組織において、前記硬質相の面積をSt、前記多結晶炭化タングステン粒子の面積をSpとするとき、Sp/St≧0.5を満たすことが挙げられる。   (2) As one form of the cemented carbide, in the cross-sectional structure, when the area of the hard phase is St and the area of the polycrystalline tungsten carbide particles is Sp, Sp / St ≧ 0.5 is satisfied. Is mentioned.

Sp/St≧0.5を満たす超硬合金は、硬質相の面積に対する多結晶WC粒子の面積の割合が大きく、ひいては、硬質相に占める多結晶WC粒子の割合が所定量以上となることで、より高水準の耐摩耗性と耐欠損性とを実現できる。   In the cemented carbide satisfying Sp / St ≧ 0.5, the ratio of the area of the polycrystalline WC particles to the area of the hard phase is large, and as a result, the ratio of the polycrystalline WC particles in the hard phase becomes a predetermined amount or more. A higher level of wear resistance and fracture resistance can be realized.

(3)上記超硬合金の一形態としては、その断面組織において、前記硬質相を構成する全硬質相粒子の個数をNt、前記多結晶炭化タングステン粒子の個数をNpとするとき、Np/Nt≧0.2を満たすことが挙げられる。   (3) As one form of the cemented carbide, in the cross-sectional structure, when the number of all hard phase particles constituting the hard phase is Nt and the number of the polycrystalline tungsten carbide particles is Np, Np / Nt Satisfying ≧ 0.2.

Np/Nt≧0.2を満たす超硬合金は、全硬質相粒子の個数に対する多結晶WC粒子の個数の割合が大きく、ひいては、硬質相に占める多結晶WC粒子の割合が所定量以上となることで、より高水準の耐摩耗性と耐欠損性とを実現できる。   In the cemented carbide satisfying Np / Nt ≧ 0.2, the ratio of the number of polycrystalline WC particles to the total number of hard phase particles is large, and as a result, the ratio of the polycrystalline WC particles in the hard phase becomes a predetermined amount or more. Thus, a higher level of wear resistance and fracture resistance can be realized.

(4)上記超硬合金の一形態としては、前記硬質相が、周期表4,5,6族元素とケイ素よりなる群から選択される少なくとも1つの元素の炭化物(ただし炭化タングステンを除く)、窒化物および炭窒化物の少なくとも一つを含むことが挙げられる。   (4) As one form of the cemented carbide, the hard phase is a carbide of at least one element selected from the group consisting of Group 4, 5 and 6 elements of the periodic table and silicon (excluding tungsten carbide), It includes at least one of nitride and carbonitride.

硬質相として上記の群から選択される少なくとも一つの元素の炭化物、窒化物、および炭窒化物の少なくとも一つを含む超硬合金は、特に耐摩耗性に優れる。これは、上記の各化合物は、WCと比べて硬度に優れるためと考えられる。   A cemented carbide containing at least one of carbide, nitride and carbonitride of at least one element selected from the above group as the hard phase is particularly excellent in wear resistance. This is considered because each of the above compounds is superior in hardness as compared with WC.

(5)上記超硬合金の一形態としては、前記多結晶炭化タングステン粒子の平均粒径が2μm以上であることが挙げられる。   (5) As one form of the said cemented carbide, it is mentioned that the average particle diameter of the said polycrystalline tungsten carbide particle is 2 micrometers or more.

多結晶WC粒子の平均粒径が2μm以上であることで、耐欠損性がより向上する。これは、多結晶WC粒子がある程度大きいことで、破壊経路となる硬質相/結合相界面が少なくなるためと考えられる。   When the average particle size of the polycrystalline WC particles is 2 μm or more, the fracture resistance is further improved. This is presumably because the polycrystalline WC particles are large to some extent, so that the hard phase / bonding phase interface serving as a fracture path is reduced.

(6)上記超硬合金の一形態としては、前記多結晶炭化タングステン粒子を構成する複数の単結晶炭化タングステン粒子の平均粒径が1μm以下であることが挙げられる。   (6) As one form of the said cemented carbide alloy, it is mentioned that the average particle diameter of the several single crystal tungsten carbide particle which comprises the said polycrystalline tungsten carbide particle is 1 micrometer or less.

多結晶WC粒子を構成する複数の単結晶WC粒子の平均粒径が1μm以下であることで、耐摩耗性がより向上すると期待される。これは、多結晶WC粒子を構成する単結晶WC粒子が小さいことで、変形抵抗や破壊伝播抵抗となる結晶粒界の数が多くなるためと考えられる。   It is expected that the wear resistance is further improved when the average particle size of the plurality of single crystal WC particles constituting the polycrystalline WC particles is 1 μm or less. This is presumably because the number of crystal grain boundaries serving as deformation resistance and fracture propagation resistance increases because the single crystal WC particles constituting the polycrystalline WC particles are small.

(7)上記超硬合金の一形態としては、クロムおよびバナジウムの少なくとも一方を含むことが挙げられる。   (7) As one form of the said cemented carbide, it is mentioned that at least one of chromium and vanadium is included.

超硬合金がクロム(Cr)およびバナジウム(V)の少なくとも一方を含有することで、超硬合金の製造過程においてWC粒子が溶解再析出することを抑制できるので、多結晶WC粒子を維持しやすくなる。   Since the cemented carbide contains at least one of chromium (Cr) and vanadium (V), the WC particles can be prevented from being dissolved and reprecipitated in the manufacturing process of the cemented carbide, so that the polycrystalline WC particles can be easily maintained. Become.

(8)本発明の一態様に係る切削工具は、上述の(1)から(7)のいずれか一つに記載の超硬合金を基材として用いた切削工具である。   (8) The cutting tool which concerns on 1 aspect of this invention is a cutting tool using the cemented carbide as described in any one of said (1) to (7) as a base material.

本発明の一態様に係る超硬合金を基材として用いることで、耐摩耗性と耐欠損性との両方をバランスよく備える切削工具を提供できる。   By using the cemented carbide according to one embodiment of the present invention as a base material, it is possible to provide a cutting tool having a good balance between wear resistance and fracture resistance.

(9)上記切削工具の一形態としては、前記基材の表面の少なくとも一部に被覆された硬質膜を備えることが挙げられる。   (9) As one form of the said cutting tool, providing the hard film coat | covered by at least one part of the surface of the said base material is mentioned.

基材に硬質膜を形成することで、基材の靱性を維持したまま、耐摩耗性を向上させることができる。また、基材に硬質膜を形成することで、被削材の仕上げ面の状態を良好にすることができると期待される。   By forming the hard film on the base material, the wear resistance can be improved while maintaining the toughness of the base material. Moreover, it is expected that the finished surface state of the work material can be improved by forming a hard film on the base material.

[本発明の実施形態の詳細]
本発明の実施形態に係る超硬合金、および切削工具について図面を参照しつつ説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内の全ての変更が含まれることを意図する。
[Details of the embodiment of the present invention]
A cemented carbide and a cutting tool according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited to these illustrations, is shown by the claim, and intends that all the changes within the claim, the meaning equivalent, and the range are included.

<超硬合金>
《概要》
本発明の実施形態に係る超硬合金は、WCを主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える。硬質相の主成分であるWCとしては、(1)複数の単結晶粒子の集合体から構成される多結晶WC粒子、および、(2)分散単結晶WC粒子、が挙げられる。本発明の実施形態に係る超硬合金は、硬質相の主成分であるWCが多結晶WC粒子を含むことを特徴の一つとする。以下、必要に応じて、図1〜図9を参照して各構成要件を説明する。各図において、超硬合金1A〜1Iは硬質相10の粒子が結合相20のマトリクス中に分散された構成である。説明の便宜上、基本的には、多結晶WC粒子同士、一つの多結晶WC粒子を構成する単結晶WC粒子同士、及びWC以外の粒子同士は、同一形状、同一粒度に図示しているが、実際には種々の形状が存在し、粒度分布も存在する。また、図2、図7の多結晶WC粒子などのように、図示する粒度が異なる場合は、多結晶WC粒子の粒度分布に複数のピークがあることを示している。
<Cemented carbide>
"Overview"
The cemented carbide according to the embodiment of the present invention includes a hard phase mainly composed of WC and a binder phase mainly composed of an iron group element. Examples of the WC that is the main component of the hard phase include (1) polycrystalline WC particles composed of an aggregate of a plurality of single crystal particles, and (2) dispersed single crystal WC particles. One feature of the cemented carbide according to the embodiment of the present invention is that WC, which is the main component of the hard phase, includes polycrystalline WC particles. Hereafter, each component requirement is demonstrated with reference to FIGS. 1-9 as needed. In each figure, the cemented carbides 1A to 1I have a configuration in which particles of a hard phase 10 are dispersed in a matrix of a binder phase 20. For convenience of explanation, basically, polycrystalline WC particles, single crystal WC particles constituting one polycrystalline WC particle, and particles other than WC are illustrated in the same shape and the same particle size. Actually, there are various shapes and particle size distributions. In addition, when the illustrated particle size is different, such as the polycrystalline WC particles in FIGS. 2 and 7, it indicates that there are a plurality of peaks in the particle size distribution of the polycrystalline WC particles.

〔多結晶WC粒子〕
多結晶WC粒子とは、複数の単結晶WC粒子が異なる結晶方位をもって直接結合しているWCをいう。以下、本発明の実施形態に係る超硬合金において、多結晶WC粒子を構成する単結晶WC粒子を構成単結晶WC粒子という。図1〜図9に示すように、多結晶WC粒子101内には、結晶方位の境界である結晶粒界103が観察される。
[Polycrystalline WC particles]
Polycrystalline WC particles refer to WC in which a plurality of single crystal WC particles are directly bonded with different crystal orientations. Hereinafter, in the cemented carbide according to the embodiment of the present invention, the single crystal WC particles constituting the polycrystalline WC particles are referred to as constituent single crystal WC particles. As shown in FIGS. 1 to 9, a crystal grain boundary 103 that is a boundary between crystal orientations is observed in the polycrystalline WC particles 101.

〔分散単結晶WC粒子〕
分散多結晶WC粒子とは、硬質相を構成するWCであって、多結晶WC粒子を構成することなく、超硬合金中に分散している単結晶WC粒子をいう。分散単結晶WC粒子には、原料段階から意図的に含有した単結晶WC粒子と、原料粉末混合時などに多結晶WC粒子からばらけた単結晶WC粒子とが含まれうる。分散単結晶WC粒子には、複数の分散単結晶WC粒子同士がネッキング等により3次元的に連結したものなども含まれる(図示せず)。
[Dispersed single crystal WC particles]
The dispersed polycrystalline WC particle is a WC constituting a hard phase, and means a single crystal WC particle dispersed in a cemented carbide without constituting a polycrystalline WC particle. The dispersed single crystal WC particles may include single crystal WC particles intentionally contained from the raw material stage and single crystal WC particles separated from the polycrystalline WC particles when the raw material powder is mixed. The dispersed single crystal WC particles include those in which a plurality of dispersed single crystal WC particles are three-dimensionally connected by necking or the like (not shown).

《硬質相の材質と結晶構造》
硬質相は、(1)硬質相がWCのみで構成される場合と、(2)硬質相がWCとWC以外の粒子から構成される場合とがある。いずれの場合も、WCは多結晶WC粒子を含む。
《Hard phase material and crystal structure》
The hard phase may be (1) a case where the hard phase is composed only of WC or (2) a case where the hard phase is composed of particles other than WC and WC. In either case, the WC includes polycrystalline WC particles.

〔硬質相がWCのみ〕
(WCが多結晶WC粒子のみ)
硬質相が、WCのみから構成される超硬合金の一例としては、図1に示す超硬合金1Aが挙げられる。超硬合金1Aは、硬質相10がWC100のみから構成され、このWC100のすべてが多結晶WC粒子101である。ここでは、超硬合金1Aの断面を観察して多結晶WC粒子101の粒度分布を求めた場合に、ピークが単一である。換言すれば、多結晶WC粒子の平均粒径はこのピークとほぼ等しくなる。
[Hard phase is WC only]
(Only WC polycrystalline WC particles)
An example of a cemented carbide in which the hard phase is composed only of WC is cemented carbide 1A shown in FIG. In the cemented carbide 1A, the hard phase 10 is composed only of WC100, and all of the WC100 is polycrystalline WC particles 101. Here, when the particle size distribution of the polycrystalline WC particles 101 is obtained by observing the cross section of the cemented carbide 1A, the peak is single. In other words, the average particle diameter of the polycrystalline WC particles is almost equal to this peak.

WCが多結晶WC粒子のみから構成される超硬合金の他の例として、図2に示す超硬合金1Bが挙げられる。この超硬合金1Bにおける多結晶WC粒子101は、複数のピークを持つ粒度分布を有する。例えば、超硬合金1Bの断面を観察して多結晶WC粒子101の粒度分布を求めた場合に、微粒と粗粒の2つのピークが存在する。すなわち、超硬合金1Bでは、微粒側のピークを含む分布を形成する多結晶WC粒子101aと、粗粒側のピークを含む分布を形成する多結晶WC粒子101bとが含まれる。   Another example of a cemented carbide in which WC is composed only of polycrystalline WC particles is cemented carbide 1B shown in FIG. The polycrystalline WC particles 101 in the cemented carbide 1B have a particle size distribution having a plurality of peaks. For example, when the particle size distribution of the polycrystalline WC particles 101 is obtained by observing the cross section of the cemented carbide 1B, there are two peaks of fine particles and coarse particles. That is, the cemented carbide 1B includes polycrystalline WC particles 101a that form a distribution including a fine-grained peak and polycrystalline WC particles 101b that form a distribution that includes a coarse-grained peak.

(WCが多結晶WC粒子と分散単結晶WC粒子)
硬質相のWCは、多結晶WC粒子と分散単結晶WC粒子とを含んでいても良い。例えば、図3に示す超硬合金1Cでは、硬質相10がWC100のみから構成されるが、WC100は、多結晶WC粒子101と分散単結晶WC粒子105とから構成される。超硬合金1Cでは、多結晶WC粒子101の平均粒径βpと、分散単結晶WC粒子105の平均粒径βmとがほぼ同一である。もちろん、βpとβmは異なってもよい。このような例としては、図4に示す超硬合金1Dと、図5に示す超硬合金1Eとが挙げられる。超硬合金1Dは、βpがβmよりも大きい。超硬合金1Eは、βpがβmよりも小さい。
(WC is polycrystalline WC particles and dispersed single crystal WC particles)
The hard phase WC may include polycrystalline WC particles and dispersed single crystal WC particles. For example, in the cemented carbide 1C shown in FIG. 3, the hard phase 10 is composed of only WC100, but the WC100 is composed of polycrystalline WC particles 101 and dispersed single crystal WC particles 105. In the cemented carbide 1C, the average particle diameter βp of the polycrystalline WC particles 101 and the average particle diameter βm of the dispersed single crystal WC particles 105 are substantially the same. Of course, βp and βm may be different. Examples of such include a cemented carbide 1D shown in FIG. 4 and a cemented carbide 1E shown in FIG. In the cemented carbide 1D, βp is larger than βm. In the cemented carbide 1E, βp is smaller than βm.

多結晶WC粒子は、構成単結晶WC粒子の平均粒径αが異なる複数の多結晶WC粒子から構成されてもよい。このような超硬合金の例としては、図6に示す超硬合金1Fや、図7に示す超硬合金1Gなどが挙げられる。   The polycrystalline WC particles may be composed of a plurality of polycrystalline WC particles having different average particle sizes α of the constituent single crystal WC particles. Examples of such a cemented carbide include cemented carbide 1F shown in FIG. 6 and cemented carbide 1G shown in FIG.

超硬合金1Fは、多結晶WC粒子101自体の粒度分布は単一のピークだが、多結晶WC粒子101における構成単結晶WC粒子102の粒度分布を測定した際に、二つのピークが存在する。すなわち、超硬合金1Fの硬質相10は、多結晶WC粒子101cと多結晶WC粒子101dのそれぞれの構成単結晶WC粒子の平均粒径αを比較した場合、多結晶WC粒子101cの構成単結晶WC粒子102aの平均粒径α1は、多結晶WC粒子101dの構成単結晶WC粒子102bの平均粒径α2よりも小さい。さらに、図7に示す超硬合金1Gのように多結晶WC粒子101の粒度分布はピークが複数であってもよい。図7に示す超硬合金1Gは、多結晶WC粒子101の粒度分布を求めた場合に、微粒と粗粒の2つのピークが存在する。すなわち、超硬合金1Gでは、粗粒側のピークを含む分布を形成する多結晶WC粒子101cと、微粒側のピークを含む分布を形成する多結晶WC粒子101dとが含まれる。多結晶WC粒子101cの構成単結晶WC粒子102aの平均粒径α1は、多結晶WC粒子101dの構成単結晶WC粒子102bの平均粒径α2よりも小さい。   The cemented carbide 1F has a single peak in the particle size distribution of the polycrystalline WC particles 101 itself, but there are two peaks when the particle size distribution of the constituent single crystal WC particles 102 in the polycrystalline WC particles 101 is measured. That is, the hard phase 10 of the cemented carbide 1F has a constituent single crystal of the polycrystalline WC particle 101c when the average particle diameter α of the constituent single crystal WC particles of the polycrystalline WC particle 101c and the polycrystalline WC particle 101d is compared. The average particle diameter α1 of the WC particles 102a is smaller than the average particle diameter α2 of the constituent single crystal WC particles 102b of the polycrystalline WC particles 101d. Furthermore, as in the cemented carbide 1G shown in FIG. 7, the particle size distribution of the polycrystalline WC particles 101 may have a plurality of peaks. The cemented carbide 1G shown in FIG. 7 has two peaks of fine particles and coarse particles when the particle size distribution of the polycrystalline WC particles 101 is obtained. That is, the cemented carbide 1G includes polycrystalline WC particles 101c that form a distribution including a peak on the coarse grain side and polycrystalline WC particles 101d that form a distribution that includes a peak on the fine grain side. The average particle diameter α1 of the constituent single crystal WC particles 102a of the polycrystalline WC particles 101c is smaller than the average particle diameter α2 of the constituent single crystal WC particles 102b of the polycrystalline WC particles 101d.

〔WC以外の粒子〕
硬質相は、WC以外の粒子(以下、他の粒子という)を含んでもよい。WC粒子以外の他の粒子を含有することで、超硬合金の耐摩耗性などが向上する場合があるからである。硬質相が他の粒子を含む超硬合金の一例としては、図8に示す超硬合金1Hが挙げられる。超硬合金1Hは、硬質相10が、多結晶WC粒子101と、他の粒子110とから構成される。他の粒子を含む超硬合金の他の例としては、図9に示す超硬合金1Iのように、硬質相10が、多結晶WC粒子101と、分散単結晶WC粒子105と、他の粒子110とを含む形態が挙げられる。
[Particles other than WC]
The hard phase may include particles other than WC (hereinafter referred to as other particles). This is because the wear resistance of the cemented carbide may be improved by containing other particles other than the WC particles. An example of a cemented carbide containing other particles in the hard phase is cemented carbide 1H shown in FIG. In the cemented carbide 1H, the hard phase 10 is composed of polycrystalline WC particles 101 and other particles 110. As another example of the cemented carbide containing other particles, as in the cemented carbide 1I shown in FIG. 9, the hard phase 10 is composed of polycrystalline WC particles 101, dispersed single crystal WC particles 105, and other particles. 110 is included.

他の粒子の一例としては、周期表4,5,6族元素とケイ素(Si)よりなる群から選択される少なくとも1つの元素の炭化物(ただしWCを除く)、窒化物および炭窒化物などが挙げられる。周期表4,5,6族元素としては、チタン(Ti)、V、Cr、ジルコニウム(Zr)、ニオブ(Nb)、タンタル(Ta)、タングステン(W)等が挙げられる。具体的な他の粒子としては、炭化ニオブ(NbC)、炭化タンタル(TaC)、炭化チタン(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭窒化チタン(TiCN)、炭窒化ジルコニウム(ZrCN)、およびこれらの複合炭窒化物などが挙げられる。   Examples of other particles include carbides (except WC), nitrides and carbonitrides of at least one element selected from the group consisting of Group 4, 5, 6 elements of the periodic table and silicon (Si). Can be mentioned. Examples of the periodic table elements 4, 5, and 6 include titanium (Ti), V, Cr, zirconium (Zr), niobium (Nb), tantalum (Ta), tungsten (W), and the like. Specific other particles include niobium carbide (NbC), tantalum carbide (TaC), titanium carbide (TiC), titanium nitride (TiN), titanium carbonitride (TiCN), zirconium carbonitride (ZrCN), and these Examples include composite carbonitrides.

《硬質相の割合》
硬質相の割合には、超硬合金中の硬質相の割合、硬質相における多結晶WC粒子の割合、および、WC以外の硬質相の割合が含まれる。上記多結晶WC粒子の割合には、面積比で規定する場合と、粒子数で規定する場合とが挙げられる。
<Ratio of hard phase>
The ratio of the hard phase includes the ratio of the hard phase in the cemented carbide, the ratio of polycrystalline WC particles in the hard phase, and the ratio of hard phases other than WC. The ratio of the polycrystalline WC particles includes a case where the ratio is defined by an area ratio and a case where the ratio is defined by the number of particles.

〔超硬合金中の硬質相の割合〕
硬質相は、超硬合金全体の質量の75質量%以上96質量%以下、さらには80質量%以上95質量%以下となることが好ましい。超硬合金に十分な靭性を持たせることができ、耐欠損性に優れる超硬合金とすることができるからである。
[Ratio of hard phase in cemented carbide]
The hard phase is preferably 75% by mass or more and 96% by mass or less, more preferably 80% by mass or more and 95% by mass or less of the total mass of the cemented carbide. This is because the cemented carbide can have sufficient toughness and can be made into a cemented carbide excellent in fracture resistance.

(硬質相中のWCの割合)
硬質相は、WCを主成分とする。主成分とは、硬質相中、50質量%以上の割合でWCを含むことをいう。WCの含有量の下限は、例えば、硬質相全体の70質量%以上、75質量%以上、80質量%以上、85質量%以上とすることができる。一方、WCの含有量の上限は、例えば、硬質相全体の98質量%以下、95質量%以下とすることができる。
(Percentage of WC in the hard phase)
The hard phase is mainly composed of WC. A main component means containing WC in the ratio of 50 mass% or more in a hard phase. The lower limit of the WC content can be, for example, 70% by mass or more, 75% by mass or more, 80% by mass or more, and 85% by mass or more of the entire hard phase. On the other hand, the upper limit of the content of WC can be, for example, 98% by mass or less and 95% by mass or less of the entire hard phase.

(硬質相中の多結晶WC粒子の割合)
面積比を指標とした上記多結晶WC粒子の割合は、超硬合金の断面組織において、硬質相の面積をSt、多結晶WC粒子の面積をSpとするとき、Sp/St≧0.5を満たすことが好ましい。上記式を満たす超硬合金は、硬質相の面積に対する多結晶WC粒子の面積の割合が大きいといえる。よって、硬質相に占める多結晶WC粒子の割合が所定量以上となるといえ、より高水準の耐摩耗性と耐欠損性とを実現できる。特に、上記式により表される硬質相の面積に対する多結晶WC粒子の面積の割合が、0.8以上、さらには0.9以上であると、耐欠損性に優れた超硬合金とできる。
(Ratio of polycrystalline WC particles in the hard phase)
The ratio of the above-mentioned polycrystalline WC particles using the area ratio as an index is such that in the cross-sectional structure of the cemented carbide, when the area of the hard phase is St and the area of the polycrystalline WC particles is Sp, Sp / St ≧ 0.5 It is preferable to satisfy. It can be said that the cemented carbide satisfying the above formula has a large ratio of the area of the polycrystalline WC particles to the area of the hard phase. Therefore, it can be said that the ratio of the polycrystalline WC particles in the hard phase is equal to or greater than a predetermined amount, and higher levels of wear resistance and fracture resistance can be realized. In particular, when the ratio of the area of the polycrystalline WC particles to the area of the hard phase represented by the above formula is 0.8 or more, and further 0.9 or more, a cemented carbide having excellent fracture resistance can be obtained.

粒子数を指標とした上記多結晶WC粒子の割合は、超硬合金の断面組織において、硬質相を構成する全硬質相粒子の個数をNt、多結晶WC粒子の個数をNpとするとき、Np/Nt≧0.17を満たすことが好ましく、Np/Nt≧0.2を満たすことがより好ましい。上記式を満たす超硬合金は、全硬質相粒子の個数に対する多結晶WC粒子の個数の割合が大きいといえる。よって、硬質相に占める多結晶WC粒子の割合が所定量以上となるといえ、より高水準の耐摩耗性と耐欠損性とを実現できる。特に、上記式により表される全硬質相粒子の個数に対する多結晶WC粒子の個数の割合の値は、0.4以上、さらには0.5以上であると、耐欠損性に優れた超硬合金とできる。   The ratio of the above-mentioned polycrystalline WC particles using the number of particles as an index is expressed as Np when the number of all hard phase particles constituting the hard phase is Nt and the number of polycrystalline WC particles is Np in the cross-sectional structure of the cemented carbide. /Nt≧0.17 is preferably satisfied, and Np / Nt ≧ 0.2 is more preferable. It can be said that the cemented carbide satisfying the above formula has a large ratio of the number of polycrystalline WC particles to the number of all hard phase particles. Therefore, it can be said that the ratio of the polycrystalline WC particles in the hard phase is equal to or greater than a predetermined amount, and higher levels of wear resistance and fracture resistance can be realized. In particular, when the value of the ratio of the number of polycrystalline WC particles to the number of all hard phase particles represented by the above formula is 0.4 or more, and further 0.5 or more, the carbide having excellent fracture resistance. Can be an alloy.

(硬質相中の他の粒子の割合)
硬質相に他の粒子が含まれる場合、面積比を指標とした上記他の粒子の割合は、超硬合金の断面組織において、他の粒子の面積をSaとするとき、0<Sa/St≦0.5を満たすことが好ましい。他の粒子の組成にもよるが、硬質相に他の粒子が含まれることで、耐摩耗性などがより向上するものと期待される。上記式により表される全硬質相粒子の面積に対する他の粒子の面積の割合の下限は、0.01以上、さらには0.1以上とすることができる。一方、全硬質相粒子の面積に対する他の粒子の面積の割合の上限が0.5以下であることで、WCが相対的に減少することによる超硬合金の耐欠損性や熱伝導性の低下を抑制できる。上記式により表される全硬質相粒子の面積に対する他の粒子の面積の割合の上限は、0.45以下、さらには0.3以下とすることができる。
(Ratio of other particles in the hard phase)
When other particles are included in the hard phase, the ratio of the other particles with the area ratio as an index is 0 <Sa / St ≦ when the area of the other particles is Sa in the cross-sectional structure of the cemented carbide. It is preferable to satisfy 0.5. Although depending on the composition of other particles, it is expected that wear resistance and the like will be further improved by including other particles in the hard phase. The lower limit of the ratio of the area of other particles to the area of all hard phase particles represented by the above formula can be 0.01 or more, and further 0.1 or more. On the other hand, since the upper limit of the ratio of the area of other particles to the area of all the hard phase particles is 0.5 or less, the fracture resistance and thermal conductivity of the cemented carbide are reduced due to a relative decrease in WC. Can be suppressed. The upper limit of the ratio of the area of other particles to the area of all hard phase particles represented by the above formula can be 0.45 or less, and further 0.3 or less.

硬質相に他の粒子が含まれる場合、硬質相全体における他の粒子の割合は、他の粒子の個数をNaとするとき、0<Na/Nt≦0.7以下を満たすことが好ましい。他の粒子の組成にもよるが、硬質相に他の粒子が含まれることで、超硬合金の耐摩耗性などがより向上するものと期待される。上記式により表される全硬質相粒子の個数に対する他の粒子の個数の割合の下限は、0.05以上、さらには0.1以上、特には0.2以上とすることができる。一方、全硬質相粒子の個数に対する他の粒子の個数の割合の上限が0.7以下であることで、WCに含まれる多結晶WC粒子の割合が相対的に減少することを抑制できる。これにより、WCが相対的に減少することによる超硬合金の耐欠損性や熱伝導性の低下を抑制できる。上記式により表される全硬質相粒子の個数に対する他の粒子の個数の割合の上限は、0.65以下、さらには0.45以下、特には0.35以下とすることができる。   When other particles are included in the hard phase, the ratio of the other particles in the entire hard phase preferably satisfies 0 <Na / Nt ≦ 0.7 or less when the number of other particles is Na. Although depending on the composition of the other particles, it is expected that the wear resistance of the cemented carbide will be further improved by including other particles in the hard phase. The lower limit of the ratio of the number of other particles to the number of all hard phase particles represented by the above formula can be 0.05 or more, further 0.1 or more, and particularly 0.2 or more. On the other hand, when the upper limit of the ratio of the number of other particles to the total number of hard phase particles is 0.7 or less, it is possible to suppress a relative decrease in the ratio of polycrystalline WC particles contained in WC. Thereby, the chipping resistance of a cemented carbide alloy and the fall of thermal conductivity by WC reducing relatively can be suppressed. The upper limit of the ratio of the number of other particles to the number of all hard phase particles represented by the above formula can be 0.65 or less, further 0.45 or less, and particularly 0.35 or less.

〔硬質相の分析方法〕
硬質相の面積や個数、および組成の識別は、超硬合金の断面を光学顕微鏡で観察したり、超硬合金の断面をSEM(走査型電子顕微鏡)とエネルギー分散型X線(EDS)による分析(EDS面分析)とを用いた画像解析を行ったりすることで、容易に行うことができる。分析方法の詳細は、後述する試験例にて説明する。
[Analysis method of hard phase]
The hard phase area, number, and composition can be identified by observing the section of the cemented carbide with an optical microscope, or analyzing the section of the cemented carbide with SEM (scanning electron microscope) and energy dispersive X-ray (EDS). It can be easily performed by performing image analysis using (EDS surface analysis). Details of the analysis method will be described in test examples described later.

〔硬質相の平均粒径〕
硬質相を構成する全粒子の平均粒径βは、2μm以上、さらには5μm以上であることが好ましい。βが大きくなることで硬質相/結合相界面が減少し、さらに耐欠損性に優れた超硬合金とすることができるからである。
[Average particle size of hard phase]
The average particle size β of all particles constituting the hard phase is preferably 2 μm or more, and more preferably 5 μm or more. This is because when β is increased, the interface between the hard phase and the binder phase is reduced, and a cemented carbide having excellent fracture resistance can be obtained.

特に、多結晶WC粒子の平均粒径βpが、1μm以上であることが好ましく、2μm以上であることがより好ましく、5μm以上であることがさらに好ましい。βpがある程度大きいことで、βを大きくでき、耐欠損性に優れた超硬合金とできるからである。   In particular, the average particle diameter βp of the polycrystalline WC particles is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and further preferably 5 μm or more. This is because βp can be increased by making βp to some extent, and a cemented carbide having excellent fracture resistance can be obtained.

構成単結晶WC粒子の平均粒径αは1μm以下であることが好ましく、0.8μm以下であることがより好ましく、0.7μm以下であることがさらに好ましく、0.5μm以下であることが特に好ましく、0.3μm以下であることが最も好ましい。βpが同一であれば、αが小さくなるに従って多結晶WC粒子内に変形抵抗や破壊伝播抵抗として働く結晶粒界が多数存在することとなり、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れるからである。   The average particle diameter α of the constituent single crystal WC particles is preferably 1 μm or less, more preferably 0.8 μm or less, further preferably 0.7 μm or less, and particularly preferably 0.5 μm or less. Preferably, it is most preferably 0.3 μm or less. If βp is the same, as α becomes smaller, there will be many crystal grain boundaries that act as deformation resistance and fracture propagation resistance in the polycrystalline WC particles, and the balance between wear resistance and fracture resistance is excellent. is there.

βpはαの1.4倍以上、2倍以上、5倍以上、10倍以上、さらには15倍以上とすることが挙げられる。αがβpに対して小さくなることで、多結晶WC粒子内に変形抵抗や破壊伝播抵抗として働く結晶粒界が多数存在することとなり、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れるからである。   βp is 1.4 times or more, 2 times or more, 5 times or more, 10 times or more, and 15 times or more of α. Because α becomes smaller than βp, there are many crystal grain boundaries that act as deformation resistance and fracture propagation resistance in the polycrystalline WC particles, and the balance between wear resistance and fracture resistance is excellent. .

〔平均粒径の測定方法〕
硬質相を構成する各粒子の平均粒径β(μm)は、超硬合金の断面を画像解析し、断面画像中の水平方向のferet径と垂直方向のferet径の平均値とする。具体的には、上記の画像解析などで識別したそれぞれの粒子について、断面画像中の少なくとも100個以上の粒子の各々について水平方向のferet径と垂直方向のferet径を測定する。そして、各硬質相粒子の両feret径の平均値を合算して、測定粒子数で除したものが硬質相粒子の平均粒径βである。上述した多結晶WC粒子の平均粒径βp、構成単結晶WC粒子の平均粒径α、および、分散単結晶WC粒子の平均粒径βmに関しても、上記同様の画像解析から求めるものとする。詳細な画像解析の方法については、後述の試験例1で説明する。この超硬合金における硬質相の各粒子の平均粒径は、後述する原料粉末の平均粒径とは測定方法が異なる。
[Measurement method of average particle diameter]
The average particle diameter β (μm) of each particle constituting the hard phase is obtained by analyzing the cross section of the cemented carbide and calculating the average value of the horizontal ferret diameter and the vertical feret diameter in the cross sectional image. Specifically, for each particle identified by the above-described image analysis or the like, the ferret diameter in the horizontal direction and the ferret diameter in the vertical direction are measured for each of at least 100 particles in the cross-sectional image. Then, the average value of both ferret diameters of each hard phase particle is added together and divided by the number of measured particles is the average particle diameter β of the hard phase particles. The average particle size βp of the polycrystalline WC particles, the average particle size α of the constituent single crystal WC particles, and the average particle size βm of the dispersed single crystal WC particles are also determined from the same image analysis. A detailed image analysis method will be described in Test Example 1 described later. The average particle size of each particle of the hard phase in the cemented carbide is different from the average particle size of the raw material powder described later in the measuring method.

《結合相》
結合相は、鉄族元素を主成分とする。主成分とは、結合相全体の50質量%以上の割合で鉄族元素を含むことをいう。結合相を構成する鉄族元素としては、代表的にはニッケル(Ni)、コバルト(Co)および鉄(Fe)等を挙げることができる。これらは単独で用いてもよいし、複数を組合せて用いてもよい。また、結合相は、硬質相の成分であるWや炭素(C)、その他の不可避的な成分を含んでいても良い。
<< Binder Phase >>
The binder phase is mainly composed of an iron group element. A main component means containing an iron group element in the ratio of 50 mass% or more of the whole binder phase. Typical examples of the iron group element constituting the binder phase include nickel (Ni), cobalt (Co), iron (Fe), and the like. These may be used alone or in combination. Moreover, the binder phase may contain W, carbon (C), which are components of the hard phase, and other inevitable components.

結合相は、CrおよびVの少なくとも一方を含んでもよい。これらの元素が結合相中に存在する場合、結合相に固溶された状態で存在すると考えられる。   The binder phase may include at least one of Cr and V. When these elements are present in the binder phase, it is considered that they are present in a solid solution state in the binder phase.

結合相の含有量は、超硬合金全体の4質量%以上25質量%以下、さらには5質量%以上20質量%以下であることが好ましい。結合相の含有量の下限が4質量%以上、さらには5質量%以上であることで、製造時の焼結性の悪化を防止し、結合相によって硬質相が強固に結合されるため、強度が高く、欠損が生じ難い。また、結合相の含有量の下限が4質量%以上、さらには5質量%以上であることで、超硬合金の靱性が向上する。一方、結合相の含有量の上限が25質量%以下、さらには20質量%以下、特には15質量%以下であることで、硬質相が相対的に減少することによる超硬合金の硬度の低下を抑制し、耐摩耗性や耐塑性変形性の低下を抑制できる。   The content of the binder phase is preferably 4% by mass or more and 25% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 20% by mass or less of the entire cemented carbide. Since the lower limit of the content of the binder phase is 4% by mass or more, and further 5% by mass or more, the deterioration of sinterability during production is prevented, and the hard phase is firmly bonded by the binder phase. Is high and is less prone to defects. Moreover, the toughness of a cemented carbide improves because the minimum of content of a binder phase is 4 mass% or more, Furthermore, 5 mass% or more. On the other hand, when the upper limit of the binder phase content is 25% by mass or less, further 20% by mass or less, particularly 15% by mass or less, the hardness of the cemented carbide decreases due to the relative reduction of the hard phase. It is possible to suppress the decrease in wear resistance and plastic deformation resistance.

《作用・効果》
〔1〕以上説明した実施形態に係る超硬合金は、硬質相を構成する硬質相粒子の主成分であるWC粒子が多結晶WC粒子を含むことで、分散単結晶WC粒子のみから構成される従来の超硬合金(図12参照)と比べて、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスが良い。
《Action ・ Effect》
[1] The cemented carbide according to the embodiment described above is composed only of dispersed single-crystal WC particles because the WC particles, which are the main components of the hard-phase particles constituting the hard phase, include polycrystalline WC particles. Compared to conventional cemented carbide (see FIG. 12), the balance between wear resistance and fracture resistance is good.

〔2〕硬質相の各粒子の粒度分布が複数のピークを有する場合、耐摩耗性と耐欠損性のさらなる向上が期待される。例えば、図2や図7に示した超硬合金のように、多結晶WC粒子が微粒多結晶WC粒子と粗粒多結晶WC粒子とから構成される場合や、図4、図5に示すように、分散単結晶WC粒子の平均粒径と多結晶WC粒子の平均粒径が異なる場合などは、微粒と粗粒の硬質相の存在による耐摩耗性と耐欠損性の向上効果が期待できる。   [2] When the particle size distribution of each particle of the hard phase has a plurality of peaks, further improvement in wear resistance and fracture resistance is expected. For example, as in the cemented carbide shown in FIGS. 2 and 7, the polycrystalline WC particles are composed of fine polycrystalline WC particles and coarse polycrystalline WC particles, or as shown in FIGS. In addition, when the average particle size of the dispersed single crystal WC particles and the average particle size of the polycrystalline WC particles are different, an effect of improving wear resistance and fracture resistance due to the presence of fine and coarse hard phases can be expected.

〔3〕例えば、図8に示した超硬合金1Hのように、硬質相粒子が他の粒子を含む場合、他の粒子の組成によっては、耐摩耗性や耐欠損性がさらに向上する可能性があると考えられる。   [3] For example, when the hard phase particles contain other particles, such as the cemented carbide 1H shown in FIG. 8, depending on the composition of the other particles, the wear resistance and fracture resistance may be further improved. It is thought that there is.

<超硬合金の製造方法>
《概要》
上述した本発明の実施形態に係る超硬合金は、原料粉末の準備工程と、混合工程と、混合粉末の成形・焼結工程とを備える超硬合金の製造方法により製造することができる。この製造方法の特徴の一つは、(1)多結晶WC粒子を含む多結晶WC粉末を用いること、(2)原料粉末の混合工程や混合粉末の焼結工程の条件を工夫することにある。以下、各工程につき説明する。
<Manufacturing method of cemented carbide>
"Overview"
The cemented carbide according to the above-described embodiment of the present invention can be manufactured by a method for manufacturing a cemented carbide comprising a raw material powder preparation step, a mixing step, and a mixed powder forming / sintering step. One of the features of this production method is (1) using polycrystalline WC powder containing polycrystalline WC particles, and (2) devising the conditions of the raw material powder mixing step and the mixed powder sintering step. . Hereinafter, each process will be described.

《原料粉末の準備工程》
原料粉末の準備工程では、超硬合金を構成する材料の全ての原料粉末を準備する。準備対象としては、多結晶WC粉末及び結合相粉末が必須として挙げられ、必要に応じて単結晶WC粉末や、WC以外の硬質相粉末が挙げられる。この単結晶WC粉末には、原料粉末として意図的に多結晶WC粉末と共に混合されて焼結後に分散単結晶粒子となるものや、後述する多結晶WC粉末の素材として用いられ、焼結後に構成単結晶WC粒子となるものが含まれる。多結晶WC粉末以外の粉末は市販のものを利用できる。多結晶WC粉末は、例えば、以下に示す製造方法で得ることが好ましい。
《Preparation process of raw material powder》
In the raw material powder preparation step, all raw material powders of materials constituting the cemented carbide are prepared. As preparation objects, polycrystalline WC powder and binder phase powder are essential, and single crystal WC powder and hard phase powder other than WC are included as necessary. This single crystal WC powder is intentionally mixed with the polycrystalline WC powder as a raw material powder to become dispersed single crystal particles after sintering, or used as a raw material for the polycrystalline WC powder to be described later. What becomes single crystal WC particles is included. Commercially available powders can be used other than the polycrystalline WC powder. For example, the polycrystalline WC powder is preferably obtained by the following production method.

〔多結晶WC粉末の製造方法〕
多結晶WC粉末は、単結晶WC粉末の準備工程、単結晶WC粉末の成形・焼結工程、および粉砕工程により製造することができる。また、所望の平均粒径(粒度分布)の多結晶WC粉末は、分級工程により得ることができる。以下、各工程につき説明する。
[Method for producing polycrystalline WC powder]
The polycrystalline WC powder can be produced by a single crystal WC powder preparation step, a single crystal WC powder forming / sintering step, and a pulverization step. A polycrystalline WC powder having a desired average particle size (particle size distribution) can be obtained by a classification step. Hereinafter, each process will be described.

(単結晶WC粉末の準備工程)
単結晶WC粉末準備工程では、多結晶WC粒子の素材となる単結晶WC粉末を準備する。この単結晶WC粉末の平均粒径は0.3μm以上1μm以下が好適に利用できる。平均粒径を0.3μm以上とすることで、取り扱いやすい粉末とすることができる。平均粒径を1.0μm以下とすることで、耐摩耗性に優れた超硬合金を得やすい。この単結晶WC粉末の平均粒径は、製造しようとする多結晶WC粒子の構成単結晶WC粒子の平均粒径αと同等のものを用いることが好ましい。多結晶WC粒子における構成単結晶WC粒子の平均粒径αは、原料である単結晶WC粉末を構成する単結晶WC粒子の平均粒径とほぼ等しくなるからである。
(Preparation process of single crystal WC powder)
In the single crystal WC powder preparation step, a single crystal WC powder as a raw material for the polycrystalline WC particles is prepared. The average particle size of the single crystal WC powder is preferably 0.3 μm or more and 1 μm or less. By setting the average particle size to 0.3 μm or more, it is possible to obtain a powder that is easy to handle. By setting the average particle size to 1.0 μm or less, it is easy to obtain a cemented carbide having excellent wear resistance. The average particle size of the single crystal WC powder is preferably the same as the average particle size α of the constituent single crystal WC particles of the polycrystalline WC particles to be produced. This is because the average particle diameter α of the constituent single crystal WC particles in the polycrystalline WC particles is substantially equal to the average particle diameter of the single crystal WC particles constituting the single crystal WC powder as the raw material.

(単結晶WC粉末の成形・焼結工程)
単結晶WC粉末の成形・焼結工程では、通電加圧焼結法(Spark-Plasma Sintering)などの公知の手法が利用できる。これにより、多結晶WC粒子が含まれるバルク状のWC焼結体を得ることができる。通電加圧焼結法の場合、荷重:25MPa以上150MPa以下、最高温度:1600℃以上2000℃以下、最高温度の保持時間:5分以上60分以下、雰囲気:真空下の条件で行うことが好ましい。単結晶WC粒子同士を十分に結合させることができるからである。より好ましくは、荷重:50MPa以上100MPa以下、最高温度:1750℃以上1950℃以下、最高温度の保持時間:10分以上30分以下の条件であるとよい。通電加圧焼結法であれば、成形と焼結とを同時に行うことができる。この成形・焼結は、通電加圧焼結法の他、単結晶WC粉末をCIP(冷間等方圧加圧法)により成型した後、得られたWC成型体を本焼結することで行っても良い。CIP成型および本焼結の条件は、特に限定されるものでなく、WCの理想比重(15.6)を得られる範囲の条件を適宣選択することができる。一例として、CIP成型の圧力:400MPa、本焼結時の最高温度:1800℃、保持時間:30分、雰囲気:真空とすることが挙げられる。
(Molding and sintering process of single crystal WC powder)
In the molding / sintering step of the single crystal WC powder, a known method such as a spark-plasma sintering method can be used. Thereby, a bulk WC sintered body containing polycrystalline WC particles can be obtained. In the case of the electric current pressure sintering method, it is preferable to carry out under conditions of load: 25 MPa to 150 MPa, maximum temperature: 1600 ° C. to 2000 ° C., maximum temperature holding time: 5 minutes to 60 minutes, atmosphere: vacuum. . This is because the single crystal WC particles can be sufficiently bonded to each other. More preferably, the conditions are load: 50 MPa to 100 MPa, maximum temperature: 1750 ° C. to 1950 ° C., and maximum temperature holding time: 10 minutes to 30 minutes. If it is an electric current pressure sintering method, shaping | molding and sintering can be performed simultaneously. This molding / sintering is carried out by subjecting the single crystal WC powder to CIP (cold isostatic pressing), and then sintering the resulting WC compact, in addition to the current pressure sintering method. May be. Conditions for CIP molding and main sintering are not particularly limited, and conditions within a range where an ideal specific gravity (15.6) of WC can be obtained can be appropriately selected. As an example, CIP molding pressure: 400 MPa, maximum temperature during main sintering: 1800 ° C., holding time: 30 minutes, atmosphere: vacuum.

(粉砕工程)
粉砕工程では、焼結工程により得られたバルク状のWC焼結体を粉砕して粉砕粉末とする。粉砕は、バルク状のWC焼結体を粉砕できるものであれば、特に限定されない。具体的には、ハンマーの打撃による破砕が挙げられる。必要に応じて、この粉砕粉末をさらにジェットミルなどの公知の方法により粉砕してより微細な粉砕粉末としても良い。
(Crushing process)
In the pulverization step, the bulk WC sintered body obtained in the sintering step is pulverized into a pulverized powder. The pulverization is not particularly limited as long as it can pulverize a bulk WC sintered body. Specifically, crushing by hammering can be mentioned. If necessary, the pulverized powder may be further pulverized by a known method such as a jet mill to obtain a finer pulverized powder.

(分級工程)
分級工程では、粉砕工程を経た粉砕粉末から所定の粒度分布の粉末のみを抽出する。分級工程により、所望の平均粒径や粒度分布の多結晶WC粉末を得ることができる。分級工程は、手作業によるふるい分けや分級機による分級等、公知の方法が適用できる。特に、粉砕工程を経た粉末中に混合している単結晶WC粉末を除去することが好適である。
(Classification process)
In the classification step, only powder having a predetermined particle size distribution is extracted from the pulverized powder that has passed through the pulverization step. By the classification step, a polycrystalline WC powder having a desired average particle size and particle size distribution can be obtained. For the classification step, a known method such as manual sieving or classification with a classifier can be applied. In particular, it is preferable to remove the single crystal WC powder mixed in the powder that has undergone the pulverization step.

〔原料粉末の平均粒径〕
原料粉末(多結晶WC粉末の素材となる単結晶WC粉末も含む)の各粉末の平均粒径は、超硬合金における硬質相の平均粒径とは測定方法が異なる。具体的には、各粉末の平均粒径は、フィッシャーサブシーブサイザー(FSSS)法による平均粒径(FSSS径)のことである。但し、feret径とFSSS径の各々で求めた平均粒径には、さほど大きな差はない。
[Average particle size of raw material powder]
The average particle size of each powder of the raw material powder (including the single crystal WC powder that is the raw material of the polycrystalline WC powder) is different from the average particle size of the hard phase in the cemented carbide. Specifically, the average particle diameter of each powder is an average particle diameter (FSSS diameter) obtained by the Fischer sub-sieve sizer (FSSS) method. However, there is not much difference between the average particle diameters obtained for the ferret diameter and the FSSS diameter.

《混合工程》
混合工程では、原料粉末の準備工程で準備した原料粉末を混合する。この混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が製造される。混合は、湿式であっても乾式であってもよい。混合工程は、原料粉末の混合工程で発生する衝撃の影響で多結晶WC粒子が単結晶WC粒子にばらけることをできるだけ防止できるように、従来の超硬合金の製造の際よりも柔和な条件で行う。
《Mixing process》
In the mixing step, the raw material powder prepared in the raw material powder preparation step is mixed. By this mixing step, a mixed powder in which each raw material powder is mixed is manufactured. Mixing may be wet or dry. The mixing process is a milder condition than the conventional cemented carbide manufacturing process so that the polycrystalline WC particles can be prevented from being scattered to the single crystal WC particles due to the impact generated in the raw material powder mixing process. To do.

混合工程には、超音波ホモジナイザー、転動ボールミル、およびV型ミキサーなど、公知の装置を用いることができる。これらの装置を用いた柔和な条件の一例を挙げれば、超音波による混合の場合、従来よりも通電電圧を下げることなどが挙げられる。転動ボールミルによる混合の際は、(1)周速を従来よりも低下させること、(2)混合時間を短くすること、(3)混合メディアを用いないことなどが挙げられる。V型ミキサーによる混合の場合も、同様にすることなどが挙げられる。このようにすることで、混合工程の際に発生する衝撃の影響で、多結晶WC粒子がばらけて単結晶WC粒子の割合が増加することをできるだけ防止できる。転動ボールミルを用いた場合の柔和な条件の一例としては、周速:15m/分以上60m/分以下、時間:0.5時間以上2.0時間以下、などが挙げられる。   In the mixing step, known devices such as an ultrasonic homogenizer, a rolling ball mill, and a V-type mixer can be used. As an example of mild conditions using these devices, in the case of mixing by ultrasonic waves, it is possible to lower the energization voltage than before. When mixing with a rolling ball mill, (1) lowering the peripheral speed than before, (2) shortening the mixing time, (3) not using mixing media, and the like. In the case of mixing with a V-type mixer, the same may be mentioned. By doing in this way, it can prevent as much as possible that the ratio of a single crystal WC particle increases by the influence of the impact which generate | occur | produces in the case of a mixing process, and the polycrystalline WC particle disperses. Examples of mild conditions when using a rolling ball mill include peripheral speed: 15 m / min to 60 m / min, time: 0.5 hours to 2.0 hours, and the like.

原料粉末の混合工程の後、必要に応じて混合粉末を造粒してもよい。各粒子を造粒しておくことで、後述する混合粉末の成形・焼結工程の際にダイや金型等へ混合原料粉末を充填しやすい。造粒には、公知の造粒方法が適用でき、例えば、スプレードライヤー等の市販の造粒機を用いることができる。   After the raw material powder mixing step, the mixed powder may be granulated as necessary. By granulating each particle, it is easy to fill the mixed raw material powder into a die, a mold, or the like during the molding / sintering step of the mixed powder described later. For granulation, a known granulation method can be applied. For example, a commercially available granulator such as a spray dryer can be used.

《混合粉末の成形・焼結工程》
混合粉末の成形・焼結工程では、混合粉末を所定の形状に成形すると共に、その成形体を焼結する。具体的な手法としては、通電加圧焼結法のように、混合粉末の成形と焼結を同時に行う方法と、混合粉末をプレス成形してプレス体を作製した後、そのプレス体を焼結する方法とがある。通電加圧焼結法の場合、荷重:5MPa以上20MPa以下、最高温度:1150℃以上1450℃以下、最高温度の保持時間:5分以上60分以下、雰囲気:真空下の条件で行うことが好ましい。緻密な超硬合金を焼結することができるからである。より好ましくは、荷重:5MPa以上10MPa以下、最高温度:1200℃以上1300℃以下、最高温度の保持時間:5分以上15分以下の条件であるとよい。成形工程と焼結工程とを分ける場合、成形工程でのプレス条件としては、荷重:50MPa以上200MPa以下aが挙げられる。プレス体の焼結条件としては、最高温度:1300℃以上1600℃以下、最高温度の保持時間:30分以上120分以下、雰囲気:真空下の条件で行うことが好ましい。なお、上記の雰囲気は真空下に限られない。雰囲気は、常圧(大気圧)状態、または加圧状態であってもよく、不活性ガスの雰囲気下であってもよい。具体的な不活性ガスとしては、窒素、アルゴン、およびヘリウムなどが挙げられる。
<Molded powder molding and sintering process>
In the mixed powder forming / sintering step, the mixed powder is formed into a predetermined shape, and the formed body is sintered. Specific methods include a method of simultaneously forming and sintering a mixed powder, such as an electric pressure sintering method, and press-molding the mixed powder to produce a pressed body, and then sintering the pressed body. There is a way to do it. In the case of the electric current pressure sintering method, it is preferably performed under the conditions of load: 5 MPa to 20 MPa, maximum temperature: 1150 ° C. to 1450 ° C., maximum temperature holding time: 5 minutes to 60 minutes, atmosphere: vacuum. . This is because a dense cemented carbide can be sintered. More preferably, the conditions are a load of 5 MPa to 10 MPa, a maximum temperature of 1200 ° C. to 1300 ° C., and a maximum temperature holding time of 5 minutes to 15 minutes. When the molding step and the sintering step are separated, the pressing conditions in the molding step include a load: 50 MPa or more and 200 MPa or less a. As the sintering conditions for the pressed body, it is preferable to carry out the maximum temperature: 1300 ° C. to 1600 ° C., the maximum temperature holding time: 30 minutes to 120 minutes, and the atmosphere: vacuum. Note that the above atmosphere is not limited to a vacuum. The atmosphere may be a normal pressure (atmospheric pressure) state, a pressurized state, or an inert gas atmosphere. Specific examples of the inert gas include nitrogen, argon, and helium.

《作用・効果》
上述した超硬合金の製造方法によれば、多結晶WC粒子を硬質相粒子として含む超硬合金を効率よく製造することができる。
《Action ・ Effect》
According to the above-described method for manufacturing a cemented carbide, a cemented carbide including polycrystalline WC particles as hard phase particles can be efficiently manufactured.

<切削工具>
《基材》
本発明の実施形態に係る切削工具は、超硬合金を基材として用いた切削工具である。本発明の実施形態に係る切削工具の特徴の一つは、上述した本発明の実施形態に係る超硬合金を基材として用いたことある。これにより、耐摩耗性と耐欠損性とをバランスよく備える切削工具を提供することができる。
<Cutting tools>
"Base material"
A cutting tool according to an embodiment of the present invention is a cutting tool using a cemented carbide as a base material. One of the features of the cutting tool according to the embodiment of the present invention is that the cemented carbide according to the above-described embodiment of the present invention is used as a base material. Thereby, it is possible to provide a cutting tool having a good balance between wear resistance and fracture resistance.

上記の切削工具の形状については特に限定されない。切削工具の形状の一例としては、バイト、ボールミル、エンドミル、ドリル、およびリーマー等を挙げることができる。特に、バイトなどでは、刃先交換型切削チップを挙げることができる。   The shape of the cutting tool is not particularly limited. Examples of the shape of the cutting tool include a bite, a ball mill, an end mill, a drill, and a reamer. In particular, for cutting tools and the like, a cutting edge-exchangeable cutting tip can be cited.

《硬質膜》
本発明の実施形態に係る切削工具は、その基材上に硬質膜を備えてもよい。硬質膜の組成は、周期表4,5,6族の金属、アルミニウム(Al)、およびSiから選択される1種以上の元素の炭化物、窒化物、酸化物、ホウ化物、およびこれらの固溶体を挙げることができる。例えば、Ti(C,N)、Al、(Ti,Al)N、TiN、TiC、(Al,Cr)Nなどを挙げることができる。その他、立方晶窒化ホウ素(cBN)や、ダイヤモンドライクカーボンなども、硬質膜の組成として好適である。このような硬質膜は、化学的蒸着(CVD)法や物理的蒸着(PVD)法などの気相法により形成することができる。硬質膜がCVD法により形成されていると、基材との密着性に優れる硬質膜が得られ易い。CVD法としては、例えば熱CVD法などが挙げられる。
《Hard film》
The cutting tool according to the embodiment of the present invention may include a hard film on the base material. The composition of the hard film includes carbides, nitrides, oxides, borides, and solid solutions of one or more elements selected from the metals in Groups 4, 5, and 6 of the periodic table, aluminum (Al), and Si. Can be mentioned. For example, Ti (C, N), Al 2 O 3 , (Ti, Al) N, TiN, TiC, (Al, Cr) N, and the like can be given. In addition, cubic boron nitride (cBN), diamond-like carbon, and the like are also suitable as the composition of the hard film. Such a hard film can be formed by a vapor phase method such as a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method. When the hard film is formed by the CVD method, it is easy to obtain a hard film having excellent adhesion to the base material. Examples of the CVD method include a thermal CVD method.

硬質膜は、基材における刃先となる部分とその近傍に被覆されていることが好ましく、基材の表面全体に被覆されていても良い。基材に硬質膜を形成することで、基材の靱性を維持したまま、耐摩耗性を向上させることができる。また、基材に硬質膜を形成することで、基材の刃先にチッピングが生じ難くなることから、被削材の仕上げ面の状態を良好にすることができると期待される。   It is preferable that the hard film is coated on a portion serving as a cutting edge in the base material and the vicinity thereof, and may be coated on the entire surface of the base material. By forming the hard film on the base material, the wear resistance can be improved while maintaining the toughness of the base material. In addition, by forming a hard film on the base material, chipping hardly occurs at the cutting edge of the base material, and it is expected that the finished surface of the work material can be made favorable.

上記硬質膜は1層でも多層でも良い。硬質膜の合計厚さは1μm以上、20μm以下であることが好ましい。   The hard film may be a single layer or multiple layers. The total thickness of the hard film is preferably 1 μm or more and 20 μm or less.

《切削工具の一例》
本発明の実施形態に係る切削工具の一例として、刃先交換型切削チップを図10に示す。刃先交換型切削チップCは、略菱形片状であり、図11に示すように、超硬合金の基材50と、基材50の表面に被覆された硬質膜60を備える。基材50は、上述した本発明の実施形態に係る超硬合金である。この刃先交換型切削チップCは、図10に示すように、すくい面51と、逃げ面52と、切れ刃(刃先)53と、取付孔54とを有する。このような刃先交換型切削チップCは、例えばバイトの場合、適宜なシャンクに固定して利用される。
<Example of cutting tool>
As an example of the cutting tool according to the embodiment of the present invention, a blade-tip-exchangeable cutting tip is shown in FIG. The blade-tip-exchangeable cutting tip C has a substantially rhombus shape, and includes a cemented carbide base material 50 and a hard film 60 coated on the surface of the base material 50, as shown in FIG. The base material 50 is a cemented carbide according to the embodiment of the present invention described above. As shown in FIG. 10, the cutting edge exchange type cutting tip C has a rake face 51, a flank face 52, a cutting edge (cutting edge) 53, and an attachment hole 54. For example, in the case of a cutting tool, such a blade-tip-exchangeable cutting tip C is used by being fixed to an appropriate shank.

<試験例1>
試験例1では、硬質相を構成するWCが多結晶WC粒子を含む超硬合金と、多結晶WC粒子を含まない従来の超硬合金とを作製し、これらを基材として用いた切削工具の切削性能を調べた。原料粉末に併記した平均粒径はFSSS法により求めた平均粒径、超硬合金における硬質相粒子の平均粒径および構成単結晶WC粒子の平均粒径はferet径である。FSSS法により求めた平均粒径とferet径とには、有意的な差がないとみなす。これらは、後述する他の試験例においても同様である。
<Test Example 1>
In Test Example 1, a cemented carbide in which the WC constituting the hard phase includes polycrystalline WC particles and a conventional cemented carbide not including polycrystalline WC particles are produced, and a cutting tool using these as a base material is used. The cutting performance was investigated. The average particle diameter written together with the raw material powder is the average particle diameter determined by the FSSS method, the average particle diameter of the hard phase particles in the cemented carbide and the average particle diameter of the constituent single crystal WC particles are the feret diameter. It is considered that there is no significant difference between the average particle diameter obtained by the FSSS method and the feret diameter. The same applies to other test examples described later.

《試料の作製》
〔多結晶WC粉末の作製〕
出発原料として、平均粒径が1.0μmの単結晶WC粉末を用意した(単結晶WC粉末の準備工程)。このWC粉末を、荷重:50MPa、最高温度:1800℃、最高温度の保持時間:10分、の条件で通電加圧焼結法により焼結し、バルク状のWC焼結体を得た(単結晶WC粉末の成形・焼結工程)。得られたバルク状のWC焼結体を粉砕し、粉砕粉末を得た(粉砕工程)。この粉砕粉末を、市販の分級装置により分級し、平均粒径が5.0μmの多結晶WC粉末を得た(分級工程)。このWC粉末を樹脂に包埋し、観察用試料とした。この観察用試料の断面をイオンミリング装置にて断面ミリング加工を行い、断面ミリング加工した観察用試料の断面を走査型電子顕微鏡で観察した。その結果、試料に含まれるWC粒子はすべて多結晶WC粒子であり、その構成単結晶WC粒子の平均粒径は1.0μmであった。すなわち、この多結晶WC粉末では、原料として用いた単結晶WC粉末の平均粒径がおおむね維持されていた。試験例1では、この多結晶WC粉末を用いた。
<< Sample preparation >>
[Preparation of polycrystalline WC powder]
As a starting material, a single crystal WC powder having an average particle size of 1.0 μm was prepared (preparation step of a single crystal WC powder). This WC powder was sintered by an electric pressure sintering method under the conditions of load: 50 MPa, maximum temperature: 1800 ° C., and maximum temperature holding time: 10 minutes to obtain a bulk WC sintered body (single Crystal WC powder forming / sintering process). The obtained bulk WC sintered body was pulverized to obtain a pulverized powder (pulverization step). This pulverized powder was classified by a commercially available classifier to obtain a polycrystalline WC powder having an average particle size of 5.0 μm (classifying step). This WC powder was embedded in a resin and used as a sample for observation. The cross section of the observation sample was subjected to cross section milling with an ion milling apparatus, and the cross section of the cross section milled cross section of the observation sample was observed with a scanning electron microscope. As a result, all the WC particles contained in the sample were polycrystalline WC particles, and the average particle size of the constituent single crystal WC particles was 1.0 μm. That is, in this polycrystalline WC powder, the average particle size of the single crystal WC powder used as a raw material was generally maintained. In Test Example 1, this polycrystalline WC powder was used.

〔単結晶WC粉末の用意〕
比較対象として、硬質相のWCが分散単結晶WC粒子のみから構成される超硬合金を作製するために、平均粒径がそれぞれ1μm,5μmの市販の単結晶WC粉末を用意した。
[Preparation of single crystal WC powder]
As a comparative object, in order to produce a cemented carbide in which the hard phase WC is composed only of dispersed single crystal WC particles, commercially available single crystal WC powders having average particle diameters of 1 μm and 5 μm were prepared.

〔超硬合金の作製〕
原料粉末として、上記の多結晶WC粉末、単結晶WC粉末、Cr粉末(平均粒径1.0μm)、およびCo粉末(平均粒径1.5μm)を準備した(原料粉末の準備工程)。そして、表1に示す配合割合で各粉末を配合し、エタノールを加えたうえでそれぞれの配合粉末を市販の超音波ホモジナイザーにより、超音波出力:300μA、照射時間:15分の条件で湿式混合して、混合粉末とした(混合工程)。各混合粉末を、荷重:5MPa、最高温度:1280℃、最高温度の保持時間:5分、の条件で通電加圧焼結法により真空下で焼結し、3種類の超硬合金を得た(混合粉末の成形・焼結工程)。以下、WC粉末として、上記の多結晶WC粉末のみを用いたものを試料1−1、平均粒径が1μmの単結晶WC粉末のみを用いたものを試料1−11、平均粒径が5μmの単結晶WC粉末のみを用いたものを試料1−12とする。
[Production of cemented carbide]
As the raw material powder, the above-mentioned polycrystalline WC powder, single crystal WC powder, Cr 3 C 2 powder (average particle size 1.0 μm), and Co powder (average particle size 1.5 μm) were prepared (preparation step of raw material powder) ). And each powder is mix | blended by the mixing | blending ratio shown in Table 1, and after adding ethanol, each mixing powder is wet-mixed on the conditions of ultrasonic output: 300microampere and irradiation time: 15 minutes with the commercially available ultrasonic homogenizer. To obtain a mixed powder (mixing step). Each mixed powder was sintered under vacuum by an electric pressure sintering method under the conditions of load: 5 MPa, maximum temperature: 1280 ° C., maximum temperature holding time: 5 minutes, and three types of cemented carbide were obtained. (Mixed powder molding and sintering process). Hereinafter, as the WC powder, a sample 1-1 using only the above polycrystalline WC powder, a sample 1-1 using only a single crystal WC powder having an average particle size of 1 μm, and an average particle size of 5 μm are used. A sample using only single crystal WC powder is designated as Sample 1-12.

Figure 2016030846
Figure 2016030846

《硬質相粒子の分析》
上記の各試料を切断し、その断面を鏡面仕上げした後にアルゴン(Ar)イオンビーム加工により断面の加工層を除去した。この断面をSEMで撮影して反射電子像を取得した。また、この反射電子像と同一視野に対して、EDS面分析を行った。以下、SEMによる撮影とEDS面分析について詳細に説明する。
《Analysis of hard phase particles》
Each of the above samples was cut and the cross section was mirror-finished, and then the processed layer of the cross section was removed by argon (Ar) ion beam processing. This cross section was photographed with SEM to obtain a reflected electron image. Further, EDS surface analysis was performed on the same field of view as the reflected electron image. Hereinafter, imaging by SEM and EDS surface analysis will be described in detail.

〔SEMによる撮影〕
視野中に100個以上の硬質相粒子が含まれるように、観察倍率1500〜10000倍で反射電子像を取得した。
[SEM image]
Reflected electron images were acquired at an observation magnification of 1500 to 10,000 so that 100 or more hard phase particles were included in the visual field.

〔EDS面分析〕
配合組成から予め出現が予測される元素を解析対象として選択し、上記の反射電子像と同一の視野内でEDS面分析を実施し、組成分布像を取得した。ここでは、各試料に用いた原料粉末の組成から、W、Cr、Coを分析対象の元素として選択した。原料粉末がTiCやTaCを含む場合には、TiやTaを分析対象に加える。Cや窒素(N)などの軽元素を解析対象に含めてもよいが、EDSのエネルギー分解能では軽元素の識別が困難である場合が多く、本試験例では選択しなかった。
[EDS surface analysis]
An element predicted to appear in advance from the blend composition was selected as an analysis target, and an EDS surface analysis was performed within the same field of view as the reflected electron image to obtain a composition distribution image. Here, W, Cr, and Co were selected as elements to be analyzed from the composition of the raw material powder used for each sample. When the raw material powder contains TiC or TaC, Ti or Ta is added to the analysis target. Although light elements such as C and nitrogen (N) may be included in the analysis target, it is often difficult to identify light elements with the energy resolution of EDS, and they were not selected in this test example.

〔硬質相粒子の分類〕
取得した反射電子像および組成分布像を比較し、Wの分布のみが観察される硬質相をWCに、それ以外の元素(例えばTiやTaなど)の分布が観察される硬質相をWC以外に分類した。本試験例の各試料においては、いずれの試料においても硬質相にはWのみの分布が見られたため、すべての硬質相を「WC」に分類した。
[Classification of hard phase particles]
Comparing the acquired backscattered electron image and composition distribution image, the hard phase in which only the W distribution is observed is WC, and the hard phase in which the distribution of other elements (such as Ti and Ta) is observed is other than WC Classified. In each sample of this test example, since distribution of only W was observed in the hard phase in any sample, all the hard phases were classified as “WC”.

〔WCの分類〕
取得した反射電子像のコントラストと明るさを調節し、結晶方位の違いに応じたチャンネリングコントラスト像(結晶性コントラスト像とも言われる)を作製した。このチャンネリングコントラスト像から、WCを多結晶WC粒子と、分散単結晶WC粒子とを分類した。チャネリングコントラスト像では、多結晶WC粒子が複数の構成単結晶WC粒子が結晶粒界を介して結合している状態を確認できるため、多結晶WC粒子と分散単結晶WC粒子との分類は容易である。上述したように、ネッキングにより結合したWCは分散単結晶WC粒子に分類した。
[Classification of WC]
The contrast and brightness of the acquired backscattered electron image were adjusted to produce a channeling contrast image (also referred to as a crystalline contrast image) according to the difference in crystal orientation. From this channeling contrast image, WC was classified into polycrystalline WC particles and dispersed single crystal WC particles. In the channeling contrast image, it is easy to classify the polycrystalline WC particles from the dispersed single crystal WC particles because the polycrystalline WC particles can confirm the state in which a plurality of constituent single crystal WC particles are bonded via the crystal grain boundary. is there. As described above, WC bonded by necking was classified into dispersed single crystal WC particles.

以上のようにして分析した結果、試料1−1においては、ほぼ全ての硬質相が多結晶WC粒子で構成されていた。そのため、硬質相を構成する硬質相粒子の平均粒径βは多結晶WC粒子の平均粒径βpである。試料1−1では、βpは5μm、構成単結晶WC粒子の平均粒径αは1μm、それぞれの粒度分布のピークは単一であった。このように、βpおよびαは、原料粉末に用いた多結晶WC粉末のそれがほぼ維持されていることが判る。一方、試料1−11および試料1−12においては、硬質相を構成する全ての粒子が分散単結晶WC粒子で構成されていた。そのため、硬質相を構成する粒子の平均粒径βは分散単結晶WC粒子の平均粒径βmと等しい。試料1−11および試料1−12は、それぞれβmが1μmと5μmであり、粒度分布のピークはそれぞれ単一であった。試料1−11および試料1−12でも、βmは、原料粉末に用いた単結晶WC粉末の平均粒径がほぼ維持されていることが判る。   As a result of the analysis as described above, in Sample 1-1, almost all the hard phases were composed of polycrystalline WC particles. Therefore, the average particle diameter β of the hard phase particles constituting the hard phase is the average particle diameter βp of the polycrystalline WC particles. In Sample 1-1, βp was 5 μm, the average particle size α of the constituent single crystal WC particles was 1 μm, and each particle size distribution had a single peak. Thus, it can be seen that βp and α are substantially maintained as those of the polycrystalline WC powder used for the raw material powder. On the other hand, in Sample 1-11 and Sample 1-12, all the particles constituting the hard phase were composed of dispersed single crystal WC particles. Therefore, the average particle diameter β of the particles constituting the hard phase is equal to the average particle diameter βm of the dispersed single crystal WC particles. Samples 1-11 and 1-12 had βm of 1 μm and 5 μm, respectively, and had a single particle size distribution peak. In Samples 1-11 and 1-12, it can be seen that βm substantially maintains the average particle diameter of the single crystal WC powder used as the raw material powder.

《切削試験》
上記の各試料を基材として、#200のダイヤモンド砥石で座面の平面研削を行い、さらに刃先処理を行って、SNGN120408形状の切削工具を作製した。そして、各試料により作製した切削工具の耐摩耗性と耐欠損性とをそれぞれ評価した。耐摩耗性試験および耐欠損性試験の条件を表2に、これらの試験の結果を表3にそれぞれ示す。
《Cutting test》
Using each of the above samples as a base material, surface grinding of the seating surface was performed with a # 200 diamond grindstone, and the cutting edge treatment was further performed to produce a SNGN120408-shaped cutting tool. And the abrasion resistance and fracture resistance of the cutting tool produced with each sample were each evaluated. Table 2 shows the conditions of the wear resistance test and fracture resistance test, and Table 3 shows the results of these tests.

Figure 2016030846
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Figure 2016030846
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表3に示すように、試料1−11は硬質相を構成する粒子が比較的小さいことから耐摩耗性に優れるが、耐欠損性が低い。試料1−12では硬質相粒子が比較的大きいことから耐欠損性に優れるが、耐摩耗性が低い。これに対し、試料1−1では、硬質相粒子の平均粒径が5μmと比較的大きいにも関わらず、耐摩耗性が試料1−11と同程度となっている。また、試料1−1は、耐欠損性も硬質相粒子の平均粒径が比較的小さい試料1−12と同程度となっている。このように、硬質相のWCが多結晶WC粒子を含む超硬合金を基材として用いた切削工具は、耐欠損性と耐摩耗性とのバランスに優れることが判る。   As shown in Table 3, Sample 1-11 is excellent in wear resistance because the particles constituting the hard phase are relatively small, but has low fracture resistance. In Sample 1-12, since the hard phase particles are relatively large, the fracture resistance is excellent, but the wear resistance is low. On the other hand, in Sample 1-1, although the average particle diameter of the hard phase particles is relatively large at 5 μm, the wear resistance is comparable to that of Sample 1-11. In addition, Sample 1-1 has the same fracture resistance as Sample 1-12 in which the average particle size of the hard phase particles is relatively small. Thus, it can be seen that a cutting tool using a cemented carbide containing a hard WC containing polycrystalline WC particles as a base material has an excellent balance between fracture resistance and wear resistance.

<試験例2>
試験例2では、硬質相を構成するWCに占める多結晶WC粒子の多寡がどのような影響を及ぼすかについて調べた。
<Test Example 2>
In Test Example 2, the influence of the number of polycrystalline WC particles in the WC constituting the hard phase was examined.

《試料の作製》
〔多結晶WC粉末の作製〕
出発原料としての平均粒径が0.8μmの単結晶WC粉末を用いた以外は試験例1と同様にして、平均粒径βが3.5μm、粒度分布のピークが単一の多結晶WC粉末を作製した。この多結晶WC粉末を試験例1と同様に観察したところ、すべて多結晶WC粒子から構成されており、構成単結晶WC粒子の平均粒径αは0.8μmであった。試験例2では、この多結晶WC粉末を用いた。
<< Sample preparation >>
[Preparation of polycrystalline WC powder]
A polycrystalline WC powder having an average particle diameter β of 3.5 μm and a single particle size distribution peak as in Test Example 1 except that a single crystal WC powder having an average particle diameter of 0.8 μm as a starting material was used. Was made. When this polycrystalline WC powder was observed in the same manner as in Test Example 1, all of the polycrystalline WC powder was composed of polycrystalline WC particles, and the average particle size α of the constituent single crystal WC particles was 0.8 μm. In Test Example 2, this polycrystalline WC powder was used.

〔単結晶WC粉末の用意〕
硬質相の多結晶WC粒子の割合を調整するために、単結晶WC粉末として、平均粒径0.8μmのものを用意した。
[Preparation of single crystal WC powder]
In order to adjust the ratio of the hard-phase polycrystalline WC particles, single crystal WC powder having an average particle size of 0.8 μm was prepared.

〔超硬合金の作製〕
上記の各WC粉末と、TaC粉末(平均粒径1.0μm)、NbC粉末(平均粒径1.0μm)、TiC粉末(1.2μm)、ZrCN粉末(平均粒径0.8μm)、Cr粉末(平均粒径1.0μm)、VC粉末(平均粒径0.5μm)、Co粉末(平均粒径1.5μm)、Ni粉末(平均粒径2.0μm)およびFe粉末(平均粒径1.3μm)を準備した(原料粉末の準備工程)。そして、表4に示す配合割合で各粉末を配合し、エタノールおよび超硬ボール(ボール径1.5mm)とともにステンレスポットにそれぞれ充填し、市販の転動ボールミルにて、周速:60m/分、時間:2時間、の条件で混合して、16種類の混合粉末を作製した(混合工程)。
[Production of cemented carbide]
Each of the above WC powders, TaC powder (average particle size 1.0 μm), NbC powder (average particle size 1.0 μm), TiC powder (1.2 μm), ZrCN powder (average particle size 0.8 μm), Cr 3 C 2 powder (average particle size 1.0 μm), VC powder (average particle size 0.5 μm), Co powder (average particle size 1.5 μm), Ni powder (average particle size 2.0 μm) and Fe powder (average particle size) (Diameter 1.3 μm) was prepared (preparation step of raw material powder). And each powder was mix | blended with the mixing | blending ratio shown in Table 4, each was filled with the stainless steel pot with ethanol and a cemented carbide ball (ball diameter 1.5mm), with a commercially available rolling ball mill, peripheral speed: 60 m / min, Mixing was performed under the conditions of time: 2 hours to prepare 16 kinds of mixed powders (mixing step).

Figure 2016030846
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これらの混合粉末に樟脳とエタノールを加えて造粒し、1ton/cm(約98MPa)の荷重でプレス成形した(混合粉末の成形工程)。その後、成形した混合粉末の成形体を、最高温度:1400℃、最高温度の保持時間:1時間の条件で真空下にて焼結して、試料2−1から試料2−12、試料2−21から試料2−24の超硬合金を得た(プレス体の焼結工程)。 These mixed powders were added with camphor and ethanol, granulated, and press-molded with a load of 1 ton / cm 2 (about 98 MPa) (mixed powder forming step). Thereafter, the molded body of the mixed powder thus formed was sintered under vacuum under the conditions of maximum temperature: 1400 ° C. and maximum temperature holding time: 1 hour, and sample 2-1 to sample 2-12, sample 2- 21 to obtain a cemented carbide of sample 2-24 (pressed body sintering step).

《硬質相の分析》
これら各試料に対し、試験例1と同様にして硬質相を観察し、硬質相を構成する粒子の分類を行うと共に、各粒子の平均粒径を調べた。この結果を表5に示す。合わせて、(1)硬質相の面積Stに対する多結晶WC粒子の面積Spの割合であるSp/St、(2)Stに対する分散単結晶WC粒子の面積Smの割合であるSm/St、(3)Stに対する他の粒子の面積Saの割合であるSa/St、を調べた。この結果を表6に示す。
《Analysis of hard phase》
For each of these samples, the hard phase was observed in the same manner as in Test Example 1, the particles constituting the hard phase were classified, and the average particle diameter of each particle was examined. The results are shown in Table 5. Together, (1) Sp / St, which is the ratio of the area Sp of the polycrystalline WC particles to the area St of the hard phase, (2) Sm / St, which is the ratio of the area Sm of the dispersed single crystal WC particles to St, (3 ) Sa / St, which is the ratio of the area Sa of other particles to St, was examined. The results are shown in Table 6.

加えて、(4)硬質相を構成する全硬質相粒子の個数Ntに対する多結晶WC粒子の個数Npの割合であるNp/Nt、(5)Ntに対する分散単結晶WC粒子の個数Nmの割合であるNm/Nt、(6)Ntに対する他の粒子の個数Naの割合であるNa/Nt、を調べた。この結果を表7に示す。   In addition, (4) Np / Nt which is the ratio of the number Np of polycrystalline WC particles to the number Nt of all hard phase particles constituting the hard phase, and (5) the ratio of the number Nm of dispersed single crystal WC particles to Nt. Nm / Nt, (6) Na / Nt, which is the ratio of the number Na of other particles to Nt, was examined. The results are shown in Table 7.

Figure 2016030846
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Figure 2016030846
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Figure 2016030846
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《切削試験》
試験例1と同様にしてSNGN120408形状の切削工具を作製し、表8に示す条件で切削試験を実施して耐摩耗性および耐欠損性を評価した。この評価結果を表9に示す。
《Cutting test》
A SNGN120408-shaped cutting tool was produced in the same manner as in Test Example 1, and a cutting test was performed under the conditions shown in Table 8 to evaluate the wear resistance and fracture resistance. The evaluation results are shown in Table 9.

Figure 2016030846
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Figure 2016030846
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表9より、硬質相の主成分であるWCが多結晶WC粒子を含む試料2−1から試料2−9は、硬質相の主成分であるWCが多結晶WC粒子を含まない試料2−21から試料2−24に比べて、耐摩耗性と耐欠損性とを高水準でバランスよく備えることが判る。例えば、硬質相がWCのみの試料2−1から試料2−5と、試料2−21においては、耐摩耗性は同程度である。一方で、多結晶WC粒子を含む試料2−1から試料2−5は、多結晶WC粒子を含まない試料2−21よりも耐欠損性が高い。よって、多結晶WC粒子を含むことで、耐摩耗性と耐欠損性とのバランスに優れるといえる。   From Table 9, Sample 2-1 to Sample 2-9, in which WC, which is the main component of the hard phase, contains polycrystalline WC particles, Sample 2-1 where WC, which is the main component of the hard phase, does not contain polycrystalline WC particles, Thus, it can be seen that wear resistance and fracture resistance are provided at a high level in a well-balanced manner as compared with Sample 2-24. For example, in Sample 2-1 to Sample 2-5 and Sample 2-21 in which the hard phase is only WC, the wear resistance is comparable. On the other hand, Sample 2-1 to Sample 2-5 containing polycrystalline WC particles have higher fracture resistance than Sample 2-21 not containing polycrystalline WC particles. Therefore, it can be said that the inclusion of polycrystalline WC particles is excellent in the balance between wear resistance and fracture resistance.

試料2−1では、硬質相粉末として単結晶WC粒子が含まれない多結晶WC粉末のみを用いているが、硬質相には分散単結晶WC粒子が観察された(表6および表7を参照)。また、WC粉末として多結晶WC粉末のみを用いた試料2−6から試料2−12でも、分散単結晶WC粒子が観察された。ここで、試料2−9は、表6中のSm/Stの値が0.00となっており、面積比の値からは分散単結晶WC粒子を含まないようにもみえる。これは、面積比の各値の有効数字を3桁としたためであり、表7に示す個数比の値から明らかなように試料2−9でも微量の分散単結晶WC粒子が観察された。   In Sample 2-1, only the polycrystalline WC powder containing no single crystal WC particles was used as the hard phase powder, but dispersed single crystal WC particles were observed in the hard phase (see Tables 6 and 7). ). Further, dispersed single crystal WC particles were also observed in Sample 2-6 to Sample 2-12 using only polycrystalline WC powder as the WC powder. Here, in Sample 2-9, the value of Sm / St in Table 6 is 0.00, and from the value of the area ratio, it seems that the dispersed single crystal WC particles are not included. This is because the effective number of each value of the area ratio is 3 digits. As is clear from the number ratio values shown in Table 7, a small amount of dispersed single crystal WC particles were also observed in Sample 2-9.

試料2−1および試料2−6から試料2−12において観察された分散単結晶WC粒子の多くは、混合工程などにより多結晶WC粒子の構成単結晶WC粒子が分離したものであると考えられる。また、配合組成が比較的近い試料2−1と試料2−9とを比較すると、CrおよびVCを配合した試料2−9のほうが、分散単結晶WC粒子の個数の割合が小さい(表7を参照)。これは、試料2−9は、粒成長抑制効果のあるCrおよびVを含有することで、混合粉末の成形体の焼結工程において単結晶WC粒子が溶解再析出することが抑制されたためと推察される。そのため、試料2−9では、多結晶WC粒子の含有割合が試料2−1から試料2−3と比較して大きく、ひいては、本試験例の中で最も耐欠損性に優れる結果となったと考えられる。 Most of the dispersed single crystal WC particles observed in Sample 2-1 and Sample 2-6 to Sample 2-12 are considered to be those in which the constituent single crystal WC particles of the polycrystalline WC particles are separated by a mixing process or the like. . Further, when comparing the sample 2-1 and the sample 2-9 having relatively close blending compositions, the ratio of the number of dispersed single crystal WC particles is smaller in the sample 2-9 blended with Cr 3 C 2 and VC ( (See Table 7). This is presumed that Sample 2-9 contained Cr and V, which had an effect of suppressing grain growth, so that the single-crystal WC particles were suppressed from being dissolved and reprecipitated in the sintering step of the mixed powder compact. Is done. Therefore, in the sample 2-9, the content ratio of the polycrystalline WC particles is larger than those in the sample 2-1 to the sample 2-3, and as a result, it is considered that the result of the most excellent fracture resistance in this test example was obtained. It is done.

試料2−1から試料2−5を比較すると、Sp/Stが0.8以上であることで、耐摩耗性を維持しつつ耐欠損性を向上できることが判る(表6および表9)。特に、Sp/Stが0.9以上となる試料2−2や試料2−1では、耐欠損性の向上が大きいことが判る。   Comparing Sample 2-1 to Sample 2-5, it can be seen that Sp / St is 0.8 or more, so that the fracture resistance can be improved while maintaining the wear resistance (Tables 6 and 9). In particular, it can be seen that in the sample 2-2 and the sample 2-1, in which Sp / St is 0.9 or more, the improvement of the fracture resistance is large.

試料2−1から試料2−5を比較すると、Np/Ntが0.17以上、特には0.2以上であることで、上記の切削試験において、耐欠損性が向上することが判る(表7および表9)。また、Np/Ntが0.4以上となる試料2−2や、Np/Ntが0.8以上となる試料2−1では、耐欠損性の向上が大きいことが判る。   When Sample 2-1 to Sample 2-5 are compared, it can be seen that when Np / Nt is 0.17 or more, particularly 0.2 or more, the chipping resistance is improved in the above cutting test (Table). 7 and Table 9). Further, it can be seen that in the sample 2-2 in which Np / Nt is 0.4 or more and the sample 2-1 in which Np / Nt is 0.8 or more, the fracture resistance is greatly improved.

試料2−6から試料2−8、および試料2−21を比較すると、硬質相が一定の量の他の粒子を含んでいても、多結晶WC粒子を含むことにより、耐摩耗性と耐欠損性とを高い水準でバランスよく備えることが判る。また、試料2−6から試料2−8、試料2−22から試料2−24をそれぞれ比較すると、他の粒子を含むことにより耐摩耗性が向上する傾向があることが判る。   Comparing Sample 2-6 to Sample 2-8 and Sample 2-21, even if the hard phase contains a certain amount of other particles, by including polycrystalline WC particles, wear resistance and fracture resistance It can be seen that the sexuality is well-balanced at a high level. Further, comparing Sample 2-6 to Sample 2-8 and Sample 2-22 to Sample 2-24, it can be seen that the wear resistance tends to be improved by including other particles.

Co以外の鉄系元素であるNiおよびFeを結合相として含有する試料2−10から試料2−12の超硬合金においても、他の試料と同様に耐欠損性に優れることが分かる。したがって、以下のような効果を奏すると期待される。
(1)Co以外の鉄系元素であるNiおよびFeを結合相として含有する場合であっても、多結晶WC粒子を含むことで、多結晶WC粒子を含まない場合よりも耐摩耗性と耐欠損性のバランスが良い超硬合金とすることができる。
(2)Coと比べて耐欠損性に劣るNiやFeを用いても、耐欠損性に優れた超硬合金を製造できる。
(3)CoやNiと比べて供給の安定しているFeを用いても一定の耐欠損性を備えることで、安定的に超硬合金を製造できる。
It can be seen that the cemented carbides of Samples 2-10 to 2-12 containing Ni and Fe, which are iron-based elements other than Co, are excellent in fracture resistance as in the other samples. Therefore, the following effects are expected.
(1) Even when Ni and Fe, which are iron-based elements other than Co, are contained as a binder phase, by including polycrystalline WC particles, wear resistance and resistance to resistance are higher than when polycrystal WC particles are not included. A cemented carbide with a good balance of deficiency can be obtained.
(2) Even if Ni or Fe which is inferior in fracture resistance compared to Co is used, a cemented carbide having excellent fracture resistance can be produced.
(3) A cemented carbide can be stably manufactured by providing a certain fracture resistance even when Fe, which is supplied more stably than Co and Ni, is used.

<試験例3>
試験例3では、多結晶WC粒子の平均粒径の違いがどのような影響を及ぼすかについて調べた。
<Test Example 3>
In Test Example 3, the influence of the difference in the average particle diameter of the polycrystalline WC particles was examined.

《試料の作製》
〔多結晶WC粉末の作製1〕
出発原料としての平均粒径が0.3μmの単結晶WC粉末を用いた以外は試験例1と同様にしてWC焼結体を作製し、試験例1と同様にして、平均粒径βmが1.0μm、2.0μm、5.0μmの多結晶WC粉末をそれぞれ用意した。すべての多結晶WC粉末は、多結晶WC粒子のみから構成され、粒度分布のピークは単一であった。各多結晶WC粉末を構成する構成単結晶WC粒子の平均粒径αは、すべて0.3μm、粒度分布のピークは単一であった。
<< Sample preparation >>
[Preparation of polycrystalline WC powder 1]
A WC sintered body was produced in the same manner as in Test Example 1 except that a single crystal WC powder having an average particle size of 0.3 μm as a starting material was used. Polycrystalline WC powders of 0.0 μm, 2.0 μm, and 5.0 μm were prepared. All the polycrystalline WC powders consisted of only polycrystalline WC particles and had a single particle size distribution peak. The average particle size α of the constituent single crystal WC particles constituting each polycrystalline WC powder was all 0.3 μm, and the peak of the particle size distribution was single.

〔多結晶WC粉末の作製2〕
出発原料として平均粒径0.5μmのWC粉末を用いた以外は、上記の多結晶WC粉末の作製1と同様にして平均粒径が1.0μm、2.0μm、5.0μmの多結晶WC粉末を作製したすべての多結晶WC粉末は、多結晶WC粒子のみから構成され、粒度分布のピークは単一であった。各多結晶WC粉末を構成する構成単結晶WC粒子の平均粒径αは、すべて0.5μm、粒度分布のピークは単一であった。
[Preparation 2 of polycrystalline WC powder]
Polycrystalline WC having average particle diameters of 1.0 μm, 2.0 μm, and 5.0 μm in the same manner as in preparation of polycrystalline WC powder 1 except that WC powder having an average particle diameter of 0.5 μm was used as a starting material. All the polycrystalline WC powders from which the powders were made consisted of only polycrystalline WC particles and had a single particle size distribution peak. The average particle size α of the constituent single crystal WC particles constituting each polycrystalline WC powder was all 0.5 μm, and the particle size distribution had a single peak.

〔多結晶WC粉末の作製3〕
出発原料として平均粒径0.7μmのWC粉末を用いた以外は、上記の多結晶WC粉末の作製1と同様にして平均粒径が1.0μm、2.0μm、5.0μmの多結晶WC粉末を作製した。すべての多結晶WC粉末は、多結晶WC粒子のみから構成され、粒度分布のピークは単一であった。各多結晶WC粉末を構成する構成単結晶WC粒子の平均粒径αは、すべて0.7μm、粒度分布のピークは単一であった。
[Preparation 3 of polycrystalline WC powder]
Polycrystalline WC having average particle diameters of 1.0 μm, 2.0 μm, and 5.0 μm in the same manner as in preparation of polycrystalline WC powder 1 except that WC powder having an average particle diameter of 0.7 μm was used as a starting material. A powder was prepared. All the polycrystalline WC powders consisted of only polycrystalline WC particles and had a single particle size distribution peak. The average particle size α of the constituent single crystal WC particles constituting each polycrystalline WC powder was 0.7 μm, and the particle size distribution had a single peak.

〔単結晶WC粉末の準備〕
市販の6種類の単結晶WC粉末を用意した。各単結晶WC粉末は、平均粒径がそれぞれ0.3μm、0.5μm、0.7μm、1.0μm、2.0μm、5.0μm、粒度分布のピークは単一であった。
[Preparation of single crystal WC powder]
Six types of commercially available single crystal WC powder were prepared. Each single crystal WC powder had an average particle size of 0.3 μm, 0.5 μm, 0.7 μm, 1.0 μm, 2.0 μm, 5.0 μm, and a single particle size distribution peak.

〔超硬合金の作製〕
これらのWC粉末とCo粉末(平均粒径1.5μm)とを準備し(原料粉末の準備工程)、WC:Co=92.5:7.5の質量比でそれぞれ配合し、試験例1と同様にして15種類の混合粉末を作製した(混合工程)。これらの混合原料粉末を、試験例1と同様の条件の通電加圧焼結装置によりそれぞれ焼結して、試料3−1から試料3−15の15種類の超硬合金を得た(混合粉末の成形・焼結工程)。
[Production of cemented carbide]
These WC powder and Co powder (average particle size 1.5 μm) were prepared (preparation step of raw material powder), and blended in a mass ratio of WC: Co = 92.5: 7.5, respectively, Similarly, 15 types of mixed powders were prepared (mixing step). These mixed raw material powders were respectively sintered by an electric pressure sintering apparatus under the same conditions as in Test Example 1 to obtain 15 types of cemented carbides of Sample 3-1 to Sample 3-15 (mixed powder). Molding and sintering process).

《硬質相の観察》
これら各試料に対し、試験例1と同様にして硬質相を観察した。その結果、試料3−1から試料3−9の硬質相はすべて多結晶WC粒子から構成されていた。一方、試料3−10から試料3−15の硬質相は、すべて単結晶WC粒子から構成されていた。よって、各試料のβはβpまたはβmと等しい。各試料のβを表10に示す。硬質相が多結晶WC粒子である試料3−1から試料3−9については、αも合わせて示す。
<Observation of hard phase>
For each of these samples, the hard phase was observed in the same manner as in Test Example 1. As a result, the hard phases of Sample 3-1 to Sample 3-9 were all composed of polycrystalline WC particles. On the other hand, the hard phases of Sample 3-10 to Sample 3-15 were all composed of single crystal WC particles. Therefore, β of each sample is equal to βp or βm. Table 10 shows β of each sample. For Sample 3-1 to Sample 3-9 in which the hard phase is polycrystalline WC particles, α is also shown.

《切削試験》
各試料から試験例1と同様にしてSNGN120408形状の切削工具を作製し、試験例2と同様の条件で切削試験を実施して耐摩耗性および耐欠損性を評価した。この評価結果を表10に示す。
《Cutting test》
A SNGN120408-shaped cutting tool was produced from each sample in the same manner as in Test Example 1, and a cutting test was performed under the same conditions as in Test Example 2 to evaluate wear resistance and fracture resistance. Table 10 shows the evaluation results.

Figure 2016030846
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表10より、βpが等しい試料3−1から試料3−3を比較すると、αが小さいほど耐摩耗性が向上することが判る。一方、耐欠損性に関してはαの大小による大きな差はない。同様のことが、βpが等しい試料3−4から試料3−6、および試料3−7から試料3−9をそれぞれ比較することでいえる。特に、αが0.5μm以下である試料3−1,3−2,3−4,3−5,3−7,3−8は、耐摩耗性に優れることが判る。一方、試料3−1から試料3−9を比較すると、βが大きいほど耐欠損性が向上する傾向にあることが分かる。特に、βpが2.0μm以上である試料3−4から試料3−9は優れた耐欠損性を備えることが判る。さらに、αが0.5μm以下であり、かつ、βpが2.0μm以上である試料3−4,3−5,3−7,3−8は、耐摩耗性と耐欠損性のバランスに極めて優れていることが判る。特に、βpがαの約16.7倍となる試料3−7は、耐摩耗性と耐欠損性の両方が最も高い。   From Table 10, comparing Sample 3-1 to Sample 3-3 with the same βp, it can be seen that the smaller the α, the better the wear resistance. On the other hand, there is no significant difference in the fracture resistance depending on the magnitude of α. The same can be said by comparing Sample 3-4 to Sample 3-6 and Sample 3-7 to Sample 3-9 that have the same βp. In particular, it can be seen that Samples 3-1, 3-2, 3-4, 3-5, 3-7, 3-8 having α of 0.5 μm or less are excellent in wear resistance. On the other hand, when Sample 3-1 to Sample 3-9 are compared, it can be seen that the larger the β is, the more the fracture resistance tends to be improved. In particular, it can be seen that Samples 3-4 to 3-9 having βp of 2.0 μm or more have excellent fracture resistance. Furthermore, Samples 3-4, 3-5, 3-7, and 3-8, in which α is 0.5 μm or less and βp is 2.0 μm or more, are extremely balanced in wear resistance and fracture resistance. It turns out that it is excellent. In particular, Sample 3-7, in which βp is about 16.7 times α, has the highest wear resistance and fracture resistance.

試料3−1と試料3−10とを比較すると、試料3−1は、αが試料3−10のβと等しく、同等の耐摩耗性を備える。試料3−1と試料3−13とを比較すると、試料3−1はβ同士が等しく、ほぼ同等の耐欠損性を備えることが判る。各試料から、同様のことが多結晶WC粒子のαとβについていえる。このように、硬質相が多結晶WC粒子を含むことで、耐欠損性と耐摩耗性とを高い水準でバランス良く備える超硬合金とできることが判る。   When sample 3-1 and sample 3-10 are compared, sample 3-1 has the same α as β of sample 3-10, and has equivalent wear resistance. Comparing sample 3-1 and sample 3-13, it can be seen that sample 3-1 has the same β and has substantially the same defect resistance. From each sample, the same can be said for α and β of polycrystalline WC particles. Thus, it turns out that it can be set as the cemented carbide alloy which has a fracture balance and abrasion resistance with a high level and sufficient balance because a hard phase contains a polycrystalline WC particle.

<試験例4>
試験例4では、硬質膜を被覆した切削工具の切削性能を調べた。
<Test Example 4>
In Test Example 4, the cutting performance of a cutting tool coated with a hard film was examined.

《試料の作製および切削試験》
試験例1と同様にして、試料1−1および試料1−11からSNGN120408(逃げ面、すくい面は研削加工なし)形状の基材を作製した。そして、それぞれの基材の表面に公知のPVD法でTiAlNからなる硬質被覆を5μmの平均厚みとなるように被覆した。以下、試料1−1を基材とした切削工具に被覆を行ったものを試料4−1、試料1−11を基材とした切削工具に被覆を行ったものを試料4−11とする。これらの試料を用いて、以下の表11に示す条件で切削試験を行い、両試料の切削性能を評価した。この結果を表12に示す。
<< Sample preparation and cutting test >>
In the same manner as in Test Example 1, base materials having the SNGN120408 (the flank and rake face were not ground) were prepared from Sample 1-1 and Sample 1-11. And the hard coating which consists of TiAlN was coat | covered by the well-known PVD method so that it might become the average thickness of 5 micrometers on the surface of each base material. Hereinafter, a sample obtained by coating a cutting tool using Sample 1-1 as a base material is referred to as Sample 4-1, and a sample obtained by coating a cutting tool using Sample 1-11 as a base material as Sample 4-11. Using these samples, cutting tests were performed under the conditions shown in Table 11 below, and the cutting performance of both samples was evaluated. The results are shown in Table 12.

Figure 2016030846
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表12より、多結晶WC粒子を含む試料4−1は、多結晶WC粒子を含まない試料4−11よりも耐欠損性に優れ、耐摩耗性と耐欠損性をバランスよく備えることが判る。   From Table 12, it can be seen that Sample 4-1 containing polycrystalline WC particles is superior in fracture resistance to Sample 4-11 not containing polycrystalline WC particles, and has a good balance between wear resistance and fracture resistance.

本発明の超硬合金は、耐摩耗性と耐欠損性とをバランスよく備えるので、切削工具の基材や金型の材料として好適に利用することができる。   Since the cemented carbide of the present invention has a good balance between wear resistance and fracture resistance, it can be suitably used as a base material for a cutting tool or a material for a mold.

1A〜1J 超硬合金
10 硬質相
100 炭化タングステン(WC)
101,101a,101b,101c,101d 多結晶WC粒子
102,102a,102b 構成単結晶WC粒子(単結晶WC粒子)
103 結晶粒界
105 分散単結晶WC粒子(単結晶WC粒子)
110 WC以外の粒子(他の粒子)
20 結合相
C 刃先交換型切削チップ(切削工具)
50 基材(超硬合金) 51 すくい面 52 逃げ面
53 刃先(切れ刃) 54 取付孔
60 硬質膜
1A-1J Cemented carbide 10 Hard phase 100 Tungsten carbide (WC)
101, 101a, 101b, 101c, 101d polycrystalline WC particles
102, 102a, 102b Constituent single crystal WC particles (single crystal WC particles)
103 Grain boundary 105 Dispersed single crystal WC particles (single crystal WC particles)
110 Particles other than WC (other particles)
20 Binder Phase C Cutting Edge Replaceable Cutting Tip (Cutting Tool)
50 Base Material (Cemented Carbide) 51 Rake Face 52 Flank Face 53 Cutting Edge (Cutting Edge) 54 Mounting Hole 60 Hard Film

Claims (9)

炭化タングステンを主成分とする硬質相と、鉄族元素を主成分とする結合相とを備える超硬合金であって、
前記炭化タングステンが、多結晶炭化タングステン粒子を含む超硬合金。
A cemented carbide comprising a hard phase mainly composed of tungsten carbide and a binder phase mainly composed of an iron group element,
A cemented carbide in which the tungsten carbide includes polycrystalline tungsten carbide particles.
前記超硬合金における断面組織において、前記硬質相の面積をSt、前記多結晶炭化タングステン粒子の面積をSpとするとき、Sp/St≧0.5を満たす請求項1に記載の超硬合金。   The cemented carbide according to claim 1, wherein, in the cross-sectional structure of the cemented carbide, when the area of the hard phase is St and the area of the polycrystalline tungsten carbide particles is Sp, Sp / St ≧ 0.5 is satisfied. 前記超硬合金における断面組織において、前記硬質相を構成する粒子の個数をNt、前記多結晶炭化タングステン粒子の個数をNpとするとき、Np/Nt≧0.2を満たす請求項1または請求項2に記載の超硬合金。   In the cross-sectional structure of the cemented carbide, Np / Nt ≧ 0.2 is satisfied, where Nt is the number of particles constituting the hard phase and Np is the number of polycrystalline tungsten carbide particles. 2. The cemented carbide according to 2. 前記硬質相が、周期表4,5,6族元素とケイ素よりなる群から選択される少なくとも1つの元素の炭化物(ただし炭化タングステンを除く)、窒化物および炭窒化物の少なくとも一つを含む請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の超硬合金。   The hard phase includes at least one of carbide (except for tungsten carbide), nitride, and carbonitride of at least one element selected from the group consisting of Group 4, 5 and 6 elements of the periodic table and silicon. The cemented carbide according to any one of claims 1 to 3. 前記多結晶炭化タングステン粒子の平均粒径が2μm以上である請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の超硬合金。   The cemented carbide according to claim 1, wherein the polycrystalline tungsten carbide particles have an average particle size of 2 μm or more. 前記多結晶炭化タングステン粒子を構成する複数の単結晶炭化タングステン粒子の平均粒径が1μm以下である請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の超硬合金。   The cemented carbide according to any one of claims 1 to 5, wherein an average particle diameter of the plurality of single crystal tungsten carbide particles constituting the polycrystalline tungsten carbide particles is 1 µm or less. クロムおよびバナジウムの少なくとも一方を含む請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の超硬合金。   The cemented carbide according to any one of claims 1 to 6, comprising at least one of chromium and vanadium. 請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の超硬合金を基材として用いた切削工具。   A cutting tool using the cemented carbide according to any one of claims 1 to 7 as a base material. 前記基材の表面の少なくとも一部に被覆された硬質膜を備える請求項8に記載の切削工具。   The cutting tool according to claim 8, comprising a hard film coated on at least a part of the surface of the base material.
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