JP2018015878A - 複合部材およびこれからなる切削工具 - Google Patents

Abstract

【課題】タングステン使用量の低減を図り得るとともに、硬度にすぐれた、鉄鋼系材料の表面形状を大きく変更することのない複合材料を提供する。【解決手段】鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層が設けられている複合材料であって、（ａ）前記ＷＣ基超硬合金付加層には、少なくとも、ＷＣ粒子が凝集する凝集組織が形成されており、（ｂ）前記凝集組織は、前記ＷＣ基超硬合金付加層表面を含む任意の縦断面を観察した場合、直径１０〜６０μm、かつ、長径と短径の比率が１〜２の円形状の組織であり、（ｃ）前記ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の前記鉄鋼系材料の表面を基準面とした場合、前記ＷＣ基超硬合金付加層の最大侵入深さが前記鉄鋼系材料の基準面から内部へ２０〜２００μｍに形成される。【選択図】図１

Description

この発明は、複合部材およびこれからなる切削工具に関し、特に、鉄鋼系材料基体の表面の一部または全部に、その表面形状を大きく変化させることなく、肉盛によるＷＣ基超硬合金付加層を設けた複合部材に関し、さらには、この複合部材からなる切削性能のすぐれた切削工具に関する。

鋼や鋳鉄の切削加工用工具としては、ＷＣ基超硬合金が広く利用されているが、希少金属であるタングステンの使用量を削減するために、従来から、各種の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、切削用材料として炭化タングステンを使用することは、よく知られているが、鑞付けにより、炭化タングステン製インサートを、切削工具に取
り付けるのに適したプロセスではないとの観点から、結合剤がコバルト、硬質材料が炭化タングステンであるような前記硬質材料を含む混合物を鋼帯の縁部に被着させ鋼帯の一部分を融解させるために、前記移動可能な鋼帯を放射線ビームで照射し、前記硬質材料及び結合剤元素を含む前記混合物を前記鋼帯の融解部分に供給し、硬質材料により被覆された鋼帯から個々のブレードを形成するブレードの製造方法が提案されている。

また、例えば、特許文献２には、複合材料からなる切削工具インサートとして、基体（台金）にＷＣ成分の含有量が１０ｍａｓｓ％以下であるＴｉ基サーメットを採用し、その基体の刃先となる部分にのみ、ＷＣと結合相形成成分（例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅ）を主成分とし、該結合相の面積割合が８〜３０面積％であるＷＣ基超硬合金を刃先材料として形成し、一方、基体と刃先材料との界面側のＴｉ基サーメットの結合相（例えば、Ｃｏ，Ｎｉ，Ｆｅからなる結合相）の含有量を１０〜４０面積％とすることによって、タングステン使用量の低減を図り得るばかりか、密着強度不足による欠損や変形を生じることもなく、かつ、すぐれた耐摩耗性を発揮するＷＣ基超硬合金製切削工具インサートを得ること、さらに、刃先材料を溶射膜として構成した場合には、Ｔｉ基サーメットの結合相富化層の下部に結合相量が少なく、硬質層が富化した層が形成されており、ＷＣ成分の含有量が１０ｍａｓｓ％以下であり、また、適正な結合相分布が形成されているために、溶射膜との熱膨張係数差が制御され、それによる適度な残留圧縮応力が付与されることにより、より一段と密着強度にすぐれるとともに、剥離、欠損等の異常損傷を発生することもなく、すぐれた耐摩耗性を発揮するタングステン使用量を低減したＷＣ基超硬合金製切削工具インサートを得ることが提案されている。

なお、特許文献３には、金属部材表面に硬質領域を形成する方法として、処理される金属部材よりも硬質で拡散・注入しようとする元素を含んでなる硬質粒子を金属部材に対して高速で打ち込み、次いで、打ち込まれた硬質粒子と金属部材との接触界面から拡散・注入しようとする元素を金属部材へと拡散させる硬質粒子打ち込みによる金属部材への元素の拡散・注入方法が提案されており、この方法によれば、金属部材最外層は、硬質粒子が打ち込まれるため加工硬化を生じ、また、硬質粒子は鋭角面を先端として楔状に深く打ち込まれるため安定であって、脱離することはなく、金属部材との密着性にすぐれるとされている。

特開２０１０−５９６号公報 特開２０１３−１８８８３２号公報 特開２００８−２４９９３号公報

前記特許文献１、２に示す、超硬合金と鉄鋼材料、あるいは、超硬合金とサーメットからなる複合材料においては、希少金属であるタングステンの使用量の低減は図られるものの、この複合材料から形成した切削工具を、切れ刃に高負荷が作用する切削条件で使用した場合には、超硬合金の硬度が不十分であるため、満足できる耐摩耗性を発揮することができず、また、超硬合金からなる厚い肉盛層が形成されるため、工具として用いるに際しては、所定の工具形状に整形・加工する必要があった。
そこで、希少金属であるタングステンの使用量を低減し得るとともに、すぐれた硬度を有し、さらに、肉盛による表面形状変化（肉盛による厚さの増加）が少ないＷＣ基超硬合金と鉄鋼系材料からなる複合材料が望まれる。

本発明者等は、上述のような観点から、タングステン使用量の低減を図るとともに、すぐれた硬度を有し、かつ、肉盛による表面形状変化（肉盛による厚さの増加）が少ないＷＣ基超硬合金と鉄鋼系材料からなる複合材料について鋭意検討したところ、鉄鋼系材料表面の一部または全部をレーザー照射により融解し、該融解箇所にＷＣ基超硬合金粉末を投射することにより、鉄鋼系材料表面上にＷＣ基超硬合金付加層を有する複合材料を作製するにあたり、レーザー照射条件（レーザー出力、レーザースポット径、走査速度）を適切にコントロールするとともに、鉄鋼系材料の温度、冷却までの時間をコントロールすることにより、鉄鋼系材料への肉盛による表面形状変化（厚さの増加）を抑制しつつ、鉄鋼系材料表面へＷＣ基超硬合金粒子を含有させることができ、これによって、鉄鋼系材料表面にＷＣ基超硬合金付加層からなる硬化層を形成し得ることを見出したのである。
そして、前記複合材料によって切削工具を構成することにより、この切削工具は、高硬度を有するため、長期の使用にわたって、すぐれた切削性能を発揮することを見出したのである。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１）鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層が設けられている複合材料であって、
（ａ）前記ＷＣ基超硬合金付加層には、少なくとも、ＷＣ粒子が凝集する凝集組織が形成されており、
（ｂ）前記凝集組織は、前記ＷＣ基超硬合金付加層表面を含む任意の縦断面を観察した場合、直径１０μm以上６０μm以下、かつ、長径と短径の比率が１〜２の円形状の組織であり、
（ｃ）前記ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の前記鉄鋼系材料の表面を基準面とした場合、前記ＷＣ基超硬合金層の最大侵入深さが前記鉄鋼系材料の基準面から内部へ２０μｍ以上２００μｍ以下に形成されていることを特徴とする複合材料。
（２）前記（１）に記載の複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の縦断面を観察した場合、前記凝集組織の占める面積割合は、前記ＷＣ基超硬合金付加層の面積の２０面積％以上５０面積％以下であることを特徴とする前記（１）に記載の複合材料。
（３）前記複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さは、前記最大浸入深さの１〜１．５倍であることを特徴とする前記（１）または（２）に記載の複合材料。
（４）前記複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の結合相は、Ｆｅを２０原子％以上５０原子％以下およびＣｏを５０原子％以上８０原子％以下含有し、
前記ＷＣ基超硬合金付加層の表面のビッカース硬さＨＶは１０００以上１５００以下であることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の複合材料。
（５）前記（１）乃至（４）のいずれかに記載の複合材料において、鉄鋼系材料が高速度工具鋼またはダイス鋼であることを特徴とする複合材料。
（６）前記（１）乃至（５）のいずれかに記載の複合材料から構成されていることを特徴とする切削工具。」
を特徴とするものである。

次に、この発明について、詳細に説明する。

図１に、本発明複合材料の縦断面概略模式図を示す。
図２（ａ）には、本発明複合材料の一つの具体例の縦断面ＳＥＭ像を示し、また、図２（ｂ）には、図２（ａ）の部分拡大図を示す。
本発明の複合材料は、図１および図２（ａ）に示すように、鉄鋼系材料の表面の一部または全部に、ＷＣ基超硬合金付加層が設けられている。
また、前記ＷＣ基超硬合金付加層には、図２（ｂ）に示すように、ＷＣ粒子が凝集する凝集組織が形成されている。該凝集組織は、走査型電子顕微鏡による５００倍の二次電子像において、白色系のコントラストを有する画像として特定される。なお、ＷＣ粒子は白色系のコントラストを有し、ＷＣ基超硬合金付加層が設けられた基材である鉄鋼系材料は灰色系の色調を有することから、ＷＣ粒子が凝集する凝集組織を識別することができる。
なお、本発明の複合材料を構成する鉄鋼系材料としては、特段の制限はないが、高速度工具鋼、ダイス鋼を用いることが好適である。

前記凝集組織は、図２（ａ）、（ｂ）からもわかるように、ＷＣ基超硬合金付加層表面を含む任意の縦断面を観察した場合、直径１０μm以上６０μm以下、かつ、長径と短径の比率（長径／短径）が１〜２の円形状の組織である。
上記の直径及び長径−短径比を有する凝集組織は、後記するレーザー肉盛によって形成することができるが、直径が１０μｍ未満では凝集組織を形成することが難しくなることから、相対的に強度が低下することにより、脆化傾向を示し、一方、直径が６０μｍを超えると、凝集組織が粗大となり、凝集組織の脱落が生じやすくなることから、凝集組織の直径は１０μm以上６０μm以下とする。

また、前記凝集組織の長径と短径の比率が２を超え、非円形状の形状になると、凝集組織が非等方的な性質をもった組織となり、ＷＣ基超硬合金付加層全体としての高硬度を担保するという観点からは望ましくないことから、凝集組織における長径と短径の比率（長径／短径）は２以下（即ち、１〜２）の円形状の組織とする。

また、本発明の複合材料では、例えば、レーザーを用いた肉盛法により鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層を形成することにより、図１、図２に示すように、ＷＣ基超硬合金層の最大侵入深さが前記鉄鋼系材料の基準面から内部へ２０μｍ以上２００μｍ以下に形成する。
つまり、レーザー照射により鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金を溶融させ、鉄鋼系材料表面の一部または全部に鉄鋼系材料のプールを形成するとともに、該プール内にＷＣ基超硬合金粉末を投射して溶け込ませ、これを冷却することによって、ＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さが鉄鋼系材料の基準面から２０μｍ〜２００μｍの深さとなるようＷＣ基超硬合金層を形成する。
ここで、鉄鋼系材料の基準面とは、ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の鉄鋼系材料の表面をいう。
鉄鋼系材料の基準面からのＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さが２０μｍ未満では、形成される鉄鋼系材料のプールの深さが浅く、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金との溶け込み量が少なく、鉄鋼系材料に対するＷＣ基超硬合金付加層の密着効果が少ないため、複合部材に負荷が作用した場合、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層が剥離を発生しやすい。
一方、鉄鋼系材料の基準面からのＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さが２００μｍを超える場合には、鉄鋼系材料の溶融量が大きいため、冷却時に割れを生じやすくなり、その結果、ＷＣ基超硬合金付加層の脱落が生じやすくなる。
したがって、鉄鋼系材料の基準面からのＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さは、２０μｍ以上２００μｍ以下とする。

なお、鉄鋼系材料の基準面からのＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さは、走査型電子顕微鏡により取得した画像において、ＷＣ基超硬合金付加層を形成する以前の鉄鋼系材料の表面を基準面とし、該基準面からＷＣ基超硬合金付加層を横断する線分を引き、該線分から、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層の界面への垂直な距離を測定し、その最大距離をＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さとして求めることができる。

本発明のＷＣ基超硬合金付加層は、主として、ＷＣ基超硬合金の硬質成分であるＷＣ粒子の凝集組織によってその高硬度を発現するが、前記ＷＣ基超硬合金付加層の縦断面観察において、該層中に占めるＷＣ粒子の凝集組織の面積割合が２０面積％未満では、十分な高硬度、耐摩耗性を発揮することができないことから、一方、ＷＣ基超硬合金付加層に占めるＷＣ粒子の凝集組織の面積割合が５０面積％を超えると、凝集組織同士が隣接し、凝集組織の脱落が生じやすくなることから、ＷＣ基超硬合金付加層の縦断面に占めるＷＣ粒子の凝集組織の面積割合は２０面積％以上５０面積％以下とすることが望ましい。

本発明の複合材料において、ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さは、前記ＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さの１〜１．５倍とすることが望ましい。
ここで、ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さとは、走査型電子顕微鏡およびオージェ電子分光装置を用いて、ＷＣ基超硬合金付加層と鉄鋼系材料との接合部近傍の縦断面観察をし、ＷＣ基超硬合金付加層側からみて、ＷＣ粒子が観察される臨界位置を界面とし、ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の鉄鋼系材料の表面に垂直方向に、前記界面からＷＣ基超硬合金付加層表面までの最大距離をＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さという（図１参照）。
ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さを、最大浸入深さの１〜１．５倍とするのは、ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さが最大浸入深さの１倍未満であるような場合には、ＷＣ基超硬合金付加層の生成量が少なすぎるため、硬さ向上効果が少なく、一方、ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さが最大浸入深さの１．５倍を超えるような場合には、ＷＣ基超硬合金付加層の鉄鋼系材料の基準面からの突出高さが大きくなりすぎ、当初の鉄鋼系材料の表面形状が大幅に変更されることになるからである。
鉄鋼系材料表面への上記最大厚さのＷＣ基超硬合金付加層は、例えば、後記するレーザー肉盛法によって形成することができる。

本発明の複合材料において、ＷＣ基超硬合金付加層における主たる硬質成分は、該層中において２０〜５０面積％を占めるＷＣ粒子の凝集組織であるが、従来から知られているＴｉ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｖ、ＮｂおよびＴａの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、窒酸化物および炭窒酸化物等からなる副硬質相成分を含有させることができる。
また、本発明では、前記ＷＣ基超硬合金付加層を構成する結合相成分として、２０〜５０原子％Ｆｅおよび５０〜８０原子％のＣｏを含有させる。
結合相成分のＦｅが２０原子％未満では、鉄鋼系材料との密着強度が不十分となり剥離する恐れがあり、一方、Ｆｅの含有量が５０原子％を超えると凝集組織の強度が低下し、クラックを生じやすくなることから、Ｆｅの含有量２０〜５０原子％、残部はＣｏ（即ち、Ｃｏ含有量は５０〜８０原子％）とすることが望ましい。

前記ＷＣ基超硬合金付加層の結合相におけるＦｅ含有量およびＣｏ含有量は、次のようにして求めることができる。
まず、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層との界面からＷＣ基超硬合金付加層側に、前記界面からＷＣ基超硬合金付加層表面に向けてＷＣ基超硬合金付加層を１０等分するように、前記鉄鋼系材料表面の基準面に平行に９本の線を引き、同線上で線分析を行い、結合相中のＦｅおよびＣｏの含有量を測定し、前記９本の線についてそれぞれ測定したＦｅおよびＣｏの含有量を平均化することによって、ＷＣ基超硬合金付加層の結合相におけるＦｅ含有量およびＣｏ含有量をそれぞれの平均値として求めることができる。

また、本発明では、ＷＣ基超硬合金付加層の表面のビッカース硬さＨＶを１０００以上１５００以下とすることが望ましい。
ＷＣ基超硬合金付加層の表面のビッカース硬さＨＶが１０００未満では、ＷＣ基超硬合金付加層を形成したことによる硬さ向上効果が少なく、一方、ビッカース硬さＨＶが１５００を超えるような場合には、ＷＣ基超硬合金付加層の靱性が低下し、チッピングを生じやすくなることから、ビッカース硬さＨＶは１０００以上１５００以下とすることが望ましい。

本発明の複合材料は、硬度にすぐれ、また、肉盛による鉄鋼系材料表面の形状変化が少ないことから、ＷＣ基超硬合金付加層を切れ刃として使用する切削工具や、局所的に硬度が必要となる工具シャンク等に好適である。
なお、ＷＣ基超硬合金付加層をそのまま切れ刃として切削加工に供することができるが、ＷＣ基超硬合金付加層表面に、従来から良く知られている硬質被覆層（例えば、Ｔｉ化合物層、ＴｉＡｌＮ層、Ａｌ_２Ｏ_３層等）を物理蒸着あるいは化学蒸着等により被覆形成することによって、表面被覆切削工具として使用することもできる。

本発明の複合材料は、例えば、レーザー肉盛法によって作製することができる。
まず、ＷＣ基超硬合金付加層を形成する鉄鋼系材料の所定位置に対してレーザー照射を行い、該位置の鉄鋼系材料を溶融させてプールを形成し、該プールに向けて所定成分組成のＷＣ基超硬合金粉末を吹きつけ、該プールにおいて溶融した鉄鋼系材料でＷＣ基超硬合金を希釈・溶融し、その後、これを冷却することにより、本発明で規定するＷＣ基超硬合金付加層（最大厚さ、ＷＣ粒子からなる所定形状の凝集組織、最大浸入深さ、凝集組織の面積割合、所定の結合相成分組成、硬さ）を、鉄鋼系材料の表面の一部または全部に設けた、すぐれた硬さを有する複合材料を作製することができる。
なお、レーザー照射に際して、鉄鋼系材料にクラックを発生させず、かつ、ＷＣ基超硬合金付加層を過度に厚くせず当初の鉄鋼系材料表面形状を維持するためには、大出力、大スポット径の照射は避けるべきであって、レーザー出力２００Ｗ以下、スポット径２ｍｍ以下、操作速度１０００ｍｍ／ｍｉｎ以上の低エネルギー高速走査速度のレーザー照射が望ましい。

本発明によれば、鉄鋼系材料の表面の一部または全部に、鉄鋼系材料の表面形状に大きな変化を与えることなく、高硬度を有するＷＣ基超硬合金付加層が設けられた複合材料を得ることができる。
そして、この複合材料は、そのすぐれた硬さを生かし、切削工具として好適に使用することができる。

鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層が設けられている本発明に係る複合材料の縦断面模式図を示す。 （ａ）は、本発明に係る複合材料の縦断面組織図を示し、（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図を示す。

以下、この発明を実施例に基づいて、具体的に説明する。

（ａ）表１に示す成分組成の鉄鋼系材料の表面に、表２に示す本発明条件にてレーザーを照射し、該レーザー照射箇所に向けて、表３に示す配合組成からなる造粒-仮焼したＷＣ基超硬合金粉末を表２に示す条件で投射し、鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層を形成することにより表４に示す本発明の複合材料１〜１２（本発明複合材料１〜１２という）を作製した。冷却機構を備えたステージに鉄鋼系材料を固定し、鉄鋼系材料を強制冷却しながらＷＣ基超硬合金付加層を形成した。
なお、レーザー照射条件は、いずれも、レーザー出力５０〜２００Ｗ、スポット径０．５〜４．０ｍｍ、操作速度５００〜２０００ｍｍ／ｍｉｎ、繰返し肉盛回数１〜３回の範囲内である。
なお、本発明複合材料１の縦断面組織を図２（ａ）に、また、ＷＣ基超硬合金付加層内の組織を図２（ｂ）に、それぞれ示す。

本発明複合材料１〜１２について、走査型電子顕微鏡とオージェ電子分光装置を用いて、ＷＣ基超硬合金付加層と鉄鋼系材料との接合部近傍の縦断面を観察し、ＷＣ基超硬合金付加層側からみて、ＷＣ粒子が観察される臨界位置を界面とし、ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の鉄鋼系材料の表面に垂直方向に、界面からＷＣ基超硬合金付加層表面までの距離を求め、そのうちの最大値をＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さとして求めた。

また、本発明複合材料１〜１２について、５００倍の走査型電子顕微鏡によりＷＣ基超硬合金付加層表面を含む任意の縦断面箇所の画像を取得し、画像全体の面積と、該画像中に存在するＷＣ粒子からなる凝集組織の長径、短径、合計面積を求め、この値から、ＷＣ基超硬合金付加層に占める凝集組織の直径（＝（長径＋短径）／２）、長径と短径の比、面積割合を算出した。

また、本発明複合材料１〜１２について、２０００倍の走査型電子顕微鏡を用いて、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層との界面近傍の画像を取得し、まず、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層との界面からＷＣ基超硬合金付加層側に、前記界面からＷＣ基超硬合金付加層表面に向けてＷＣ基超硬合金付加層を１０等分するように、前記鉄鋼系材料表面の基準面に平行に９本の線を引き、同線上で線分析を行い、結合相中のＦｅおよびＣｏの含有量を測定し、前記９本の線についてそれぞれ測定したＦｅおよびＣｏの含有量を平均化することによって、ＷＣ基超硬合金付加層の結合相におけるＦｅ含有量およびＣｏ含有量をそれぞれの平均値として求めた。

さらに、本発明複合材料１〜１２について、走査型電子顕微鏡により、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層との界面近傍の画像を取得し、該画像において、鉄鋼系材料の基準面（（ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の鉄鋼系材料の表面））からＷＣ基超硬合金付加層を横断する線分を引き、該線分から、鉄鋼系材料とＷＣ基超硬合金付加層の界面までの垂直な距離を測定し、その最大距離をＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さとして求めた。

表４に、上記で得た測定値、算出値を示す。

比較のため、表１に示す成分組成の鉄鋼系材料の表面に、表５に示す条件にてレーザーを照射し、該レーザー照射箇所に向けて、表３に示す配合組成からなる造粒-仮焼したＷＣ基超硬合金粉末を投射し、鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層を形成することにより表６に示す比較例の複合材料１〜１２（比較例複合材料１〜１２という）を作製した。
なお、レーザー照射条件は、いずれも、レーザー出力３０〜５００Ｗ、スポット径０．１〜１０．０ｍｍ、操作速度２００〜３０００ｍｍ／ｍｉｎ、繰返し肉盛回数１〜５回の範囲内である。

次いで、比較例複合材料１〜１２について、本発明複合材料１〜１２の場合と同様にして、ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さ、凝集組織の直径、凝集組織の長径と短径の比の値、面積割合を求めた。

さらに、ＷＣ基超硬合金付加層の結合相中のＦｅおよびＣｏの含有量を求め、ＷＣ基超硬合金付加層の最大浸入深さを求めた。
表６に、これらの値を示す。

つぎに、上記本発明複合材料１〜１２および比較例複合材料１〜１２のＷＣ基超硬合金付加層の表面について、それぞれのマイクロビッカース硬さＨＶを測定した。
表４および表６に、その値を示す。

ついで、上記本発明複合材料１〜１２および比較例複合材料１〜１２から、ＷＣ基超硬合金付加層をそれぞれの切れ刃とする、本発明ドリル１〜１２、本発明エンドミル１〜１２、比較例ドリル１〜１２、比較例エンドミル１〜１２を作製した。
また、参考のため、表１に示される高速度工具鋼Ａ及び合金工具鋼Ｂから参考ドリルＡ、参考エンドミルＡ、参考ドリルＢ、参考エンドミルＢを作製した。
これらのドリル、エンドミルを切削試験に供することによって切削性能を調査した。

なお、前記エンドミルは、いずれも、切刃部の直径×長さが１０ｍｍ×２０ｍｍの寸法、並びにねじれ角３０度の２枚刃スクエア形状のサイズ・形状をもち、また、前記ドリルは、いずれも、溝形成部の直径×長さがそれぞれ５ｍｍ×６３．５ｍｍの寸法、並びにねじれ角２７度の２枚刃形状をもつ。

前記の各ドリルについて、次に示す切削条件Ａで穴あけ加工試験条件を実施し、前記の各エンドミルについて、次に示す切削条件Ｂで側面切削加工試験を実施した。
［切削条件Ａ］
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ２５Ｃの板材
回転速度：１５００ｍｉｎ．^−１、
送り：０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、
穴深さ：１５ｍｍ、
の条件での炭素鋼の湿式穴あけ切削加工試験を行い（水溶性切削油使用）、先端切刃面の逃げ面摩耗幅が０．３ｍｍに至るまでの穴あけ加工数を測定した。
［切削条件Ｂ］
被削材−平面寸法：１００ｍｍ×２５０ｍｍ、厚さ：５０ｍｍのＪＩＳ・Ｓ４５Ｃの板材、
切削速度：３１．４ｍ／ｍｉｎ、
回転速度：１０００ｍｉｎ．^−１、
切り込み： ae１．５ｍｍ、ap１５ｍｍ、
送り速度（１刃当り）：０．０７５ｍｍ／ｔｏｏｔｈ、
切削長：２００ｍ、
の条件での炭素鋼の側面切削加工試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。
表７に、これらの試験結果を示す。

表７に示される結果から、本発明複合材料１〜１２は、硬度、切削性能ともに、優れていることがわかる。

本発明の複合材料は、硬度に優れ、かつ、鉄鋼系材料の当初表面形状を大幅に変更することはないから、本発明複合材料により、例えば、切削工具を構成した場合には、長期の使用にわたってすぐれた耐摩耗性を発揮し、切削加工の省エネ化、低コスト化、高能率化に寄与するものである。

Claims (5)

1. 鉄鋼系材料の表面の一部または全部にＷＣ基超硬合金付加層が設けられている複合材料であって、
   （ａ）前記ＷＣ基超硬合金付加層には、少なくとも、ＷＣ粒子が凝集する凝集組織が形成されており、
   （ｂ）前記凝集組織は、前記ＷＣ基超硬合金付加層表面を含む任意の縦断面を観察した場合、直径１０μm以上６０μm以下、かつ、長径と短径の比率が１〜２の円形状の組織であり、
   （ｃ）前記ＷＣ基超硬合金付加層を設ける以前の前記鉄鋼系材料の表面を基準面とした場合、前記ＷＣ基超硬合金層の最大侵入深さが前記鉄鋼系材料の基準面から内部へ２０μｍ以上２００μｍ以下に形成されていることを特徴とする複合材料。
2. 請求項１に記載の複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の縦断面を観察した場合、前記凝集組織の占める面積割合は、前記ＷＣ基超硬合金付加層の面積の２０面積％以上５０面積％以下であることを特徴とする請求項１に記載の複合材料。
3. 前記複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の最大厚さは、前記最大浸入深さの１〜１．５倍であることを特徴とする請求項１または２に記載の複合材料。
4. 前記複合材料において、前記ＷＣ基超硬合金付加層の結合相は、Ｆｅを２０原子％以上５０原子％以下含有し、
   前記ＷＣ基超硬合金付加層の表面のビッカース硬さＨＶは１０００以上１５００以下であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の複合材料。
5. 請求項１乃至４のいずれか一項に記載の複合材料から構成されていることを特徴とする切削工具。