JP2024513729A - 切削工具 - Google Patents
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Abstract
本発明は、焼入鋼および鋳鉄における要求の厳しい切削作業のための最適な硬度および高い靱性を有する切削工具インサートに関する。切削工具は超硬合金の基材（２）を含み、超硬合金は、炭化タングステン（ＷＣ）および（Ｃｏ）バインダー相（４）の硬質構成成分、クロム（Ｃｒ）、ならびにバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）の群からの少なくとも１つのさらなる元素を含む。超硬合金は、超硬合金の３．５０～４．２０ｗｔ％のＣｏ－含有量、超硬合金の０．３１～０．３８ｗｔ％のＣｒ－含有量、超硬合金の少なくとも９５．２２ｗｔ％のＷＣ－含有量をさらに有し、超硬合金は２６～３２ｋＡ／ｍの保磁力を有する。【選択図】なし
Description
本開示は、焼入鋼または超合金の機械加工に特に有用な切削工具に関する。本開示はまた、同切削工具を製造する方法にも関する。
焼入鋼は広い範囲の鋼および特性をカバーし、使用の目的に応じて多くの様々な状態で存在する。焼入れまま、焼入れおよび焼き戻し済み、表面硬化済み（肌焼、窒化など）は、最大で６８ ＨＲＣまでの硬度範囲をカバーする一般的な状態である。硬化の目的は強度および耐摩耗性を向上させることである。
硬化に適した鋼は、多くの場合にＣｒ、Ｎｉ、Ｍｎ、およびＭｏの合金添加元素を有する、中炭素鋼から高炭素鋼である。目的に応じて、他の合金元素が添加される。これらの合金元素の多くは、鋼において硬い研磨粒子を作り出す炭化物形成物質であり、これは高い硬度に加えて、機械加工の際にさらに切削加工性を低下させ切削エッジの摩耗を増加させる。
超硬合金切削工具が焼入鋼の機械加工で使用される場合、工具は、切削エッジのアブレシブ摩耗および化学的摩耗、チッピング、ならびに破砕などの様々なメカニズムにより摩耗する。様々な蒸着技術により形成される耐摩耗性の炭化物、窒化物、炭窒化物および／または酸化物化合物の薄い表面層を通常は有する被覆切削工具において、コーティングは耐研磨摩耗性を高めるのに寄与するが、切削面から下層の超硬合金基材への熱の拡散の遮熱材としても作用する。高い切削力と合わされたエッジ領域内の高温は、影響を受けた基材の表面領域内のクリープ変形の増加をもたらし、切削エッジが塑性変形する。焼入鋼の機械加工用の切削工具は、良好な耐変形性、耐摩耗性、および靱性を有していなければならない。
これらの要求を満たすために、進化した特性を有する新しい超硬合金が、焼入鋼および鋳鉄における要求の厳しい切削作業のための最適な硬度および高い靱性を有する超硬合金体を有する切削工具を提供する必要性がある。
本発明の１つの目的は、高い硬度、高い靱性、およびそれにより改善された切削性能を有する切削工具を実現することである。
定義
本明細書において使用される専門用語は、単に本開示の特定の態様を説明する目的のためのものであり、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用する、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明確に示されない限り、複数形も含むことを意図する。
本明細書において使用される専門用語は、単に本開示の特定の態様を説明する目的のためのものであり、本発明を限定することを意図していない。本明細書で使用する、単数形「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」は、文脈上別途明確に示されない限り、複数形も含むことを意図する。
別途定義されない限り、本明細書において使用されるあらゆる用語（技術用語および科学用語を含む）は、この開示が属する分野の当業者が一般に理解するのと同じ意味を有する。
本明細書で使用する「切削工具」という用語は、チップ除去による切削、例えば旋削加工、フライス加工、またはドリル加工などに適した切削工具を表すことを意図する。切削工具の例は、インデックス可能な切削インサート、むくドリル、またはエンドミルである。
本明細書で使用する「基材」という用語は、コーティングを堆積させることができる本体として理解するべきである。
本明細書で使用する「加圧成形」という用語は、未焼結体が形成されるように、炭化タングステン（ＷＣ）などの材料粉末をコバルト（Ｃｏ）と共にパンチとダイの間で加圧成形することに関する。加圧成形は単軸または多軸であってもよい。
層の厚さを論じるのに「厚さ」という用語を使用する場合、意味するのは論じられる層の平均厚さであることに注意するべきである。
基材の粒子サイズを論じるのに「粒子サイズ」という用語を使用する場合、意味するのは論じられる基材の平均粒子サイズであることに注意するべきである。
発明
本発明は超硬合金の基材を含む切削工具に関する。超硬合金はコバルト（Ｃｏ）を含む金属系バインダー相（４）中の炭化タングステン（ＷＣ）の硬質構成成分を含み、超硬合金は、クロム（Ｃｒ）、ならびにバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群からの少なくとも１つのさらなる元素をさらに含み、
－ Ｃｏ－含有量は超硬合金の３．５０～４．２０ｗｔ％であり、
－ Ｃｒ－含有量は超硬合金の０．３１～０．３８ｗｔ％であり、
－ ＷＣ－含有量は超硬合金の少なくとも９５．２２ｗｔ％であり、
－ 超硬合金は２６～３２ｋＡ／ｍの保磁力を有する。
本発明は超硬合金の基材を含む切削工具に関する。超硬合金はコバルト（Ｃｏ）を含む金属系バインダー相（４）中の炭化タングステン（ＷＣ）の硬質構成成分を含み、超硬合金は、クロム（Ｃｒ）、ならびにバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群からの少なくとも１つのさらなる元素をさらに含み、
－ Ｃｏ－含有量は超硬合金の３．５０～４．２０ｗｔ％であり、
－ Ｃｒ－含有量は超硬合金の０．３１～０．３８ｗｔ％であり、
－ ＷＣ－含有量は超硬合金の少なくとも９５．２２ｗｔ％であり、
－ 超硬合金は２６～３２ｋＡ／ｍの保磁力を有する。
Ｃｏバインダー相の量は超硬合金の３．５０～４．２０ｗｔ％の間である。Ｃｏ含有量が３．５０ｗｔ％未満である場合、多孔性の高いリスクがあり、基材の硬度が高すぎることになり基材がもろくなるが、一方Ｃｏ含有量が４．２０ｗｔ％を超える場合、基材の硬度が低すぎることになる。
Ｃｒの量は超硬合金の０．３１～０．３８ｗｔ％の間である。Ｃｒ含有量が０．３１ｗｔ％未満である場合、粒子成長に対する阻害効果が低すぎることになるが、一方Ｃｒ含有量が０．３８ｗｔ％を超える場合、微細構造中の望ましくないＣｒ－炭化物の沈殿のリスクがある。
固溶体硬化を実現させＷＣの粒子成長を制御し、それにより保磁力、硬度、靱性などのような必要な特性を実現するために、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群から選択されるさらなる元素の添加が行われる。
本発明の一実施形態において、超硬合金は０．００８～０．０９ｗｔ％のＶ、好ましくは０．０１～０．０９ｗｔ％のＶ、より好ましくは０．０１～０．０６ｗｔ％のＶを含む。
本発明の一実施形態において、Ｖ＋Ｎｂは超硬合金の最大０．１２ｗｔ％である。
本発明の一実施形態において、Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｆｅ含有量は超硬合金の最大０．２ｗｔ％である。
本発明の一実施形態において、超硬合金は、１９６０－２０２０ ＨＶ３０、好ましくは１９６０－２０１０ ＨＶ３０の硬度を有する。
本発明の一実施形態において、切削工具は８．６～９．７ＭＰａｍ－１／２、好ましくは９～９．６ＭＰａｍ－１／２の破壊靱性を有する。
本発明の一実施形態において、切削工具は２７～３１ｋＡ／ｍの保磁力を有する。
本発明の一実施形態において、切削工具は８～１０ｗｔ％の、バインダー相のＣｒ－含有量を有する。
本発明の一実施形態において、切削工具はコーティングを有し、好ましくはＰＶＤまたはＣＶＤコーティングを有する。最も好ましくは、コーティングは１．５～５μｍの厚さを有する均質なまたはナノレイヤーのＰＶＤコーティングである。
本発明の一実施形態において、コーティングは、０．２～１μｍのＴｉＡｌＮ内層、交互ＴｉＡｌＮ／ＴｉＳｉＮ層の１～４μｍ厚さのナノラミネート、および任意選択によりＴｉＡｌＮまたはＴｉＳｉＮのいずれかの０．２～１μｍの外層を含む。ナノラミネートの層は約１０～４０ｎｍ厚さである。好ましくは、コーティングのＴｉＡｌＮ－層の組成は（ＴｉｘＡｌ１－ｘ）Ｎ、０．５＜ｘ＜０．７であり、ＴｉＳｉＮ－層の組成は（ＴｉｙＳｉ１－ｙ）Ｎ、０．０５＜ｙ＜０．２５である。
本発明は、上記のような切削工具を作成する方法にも関する。この方法は、
ａ．０．７６～０．９０μｍの間隔で、好ましくは０．７８～０．８８μｍの間隔で、最も好ましくは０．７９～０．８５μｍの間隔でのＦＳＳＳ平均粒子サイズを有するＷＣ粒子、
３．５０～４．２０ｗｔ％のＣｏ、
０．３１～０．３８ｗｔ％のＣｒ、ならびに
以下の元素：Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＦｅのうちの少なくとも１つを含む原料粉末
を含む粉末組成物を準備することと、
ｂ．粉末組成物、ポリマー成形剤、およびミリング液を湿式ミリングしてスラリーを形成させることと、
ｃ．スラリーを噴霧乾燥して造粒物を形成させることと、
ｄ．造粒物を成形して所望の形状および寸法の未焼結体とすることと、
ｅ．未焼結体を焼結して未焼結体よりも小さい体積を有する焼結体とすることと
を含む。
ａ．０．７６～０．９０μｍの間隔で、好ましくは０．７８～０．８８μｍの間隔で、最も好ましくは０．７９～０．８５μｍの間隔でのＦＳＳＳ平均粒子サイズを有するＷＣ粒子、
３．５０～４．２０ｗｔ％のＣｏ、
０．３１～０．３８ｗｔ％のＣｒ、ならびに
以下の元素：Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＦｅのうちの少なくとも１つを含む原料粉末
を含む粉末組成物を準備することと、
ｂ．粉末組成物、ポリマー成形剤、およびミリング液を湿式ミリングしてスラリーを形成させることと、
ｃ．スラリーを噴霧乾燥して造粒物を形成させることと、
ｄ．造粒物を成形して所望の形状および寸法の未焼結体とすることと、
ｅ．未焼結体を焼結して未焼結体よりも小さい体積を有する焼結体とすることと
を含む。
以下の元素Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＦｅのうちの少なくとも１つを含む原料粉末とは、本明細書において、それらの元素の炭化物、窒化物、炭窒化物、または金属形態を意味する。Ｃｒは通常は炭化物粉末Ｃｒ３Ｃ２として添加される。しかし、Ｃｒは窒化物粉末としても添加することができる。
粉末組成物を、ポリマー成形剤、通常はＰＥＧ（ポリエチレングリコール）またはワックス、およびミリング液と混合してスラリーを形成させる。ミリング液は、超硬合金を作る分野において一般的な任意の液体であってもよく、好ましくは水およびアルコールの混合物が使用される。スラリーはミルにおいて、例えばボールミルまたはアトライターミルにおいて湿式ミリングされる。ミルのタイプおよびミリング工程の継続時間は当業者によって決定される。
スラリーに噴霧乾燥工程を施して顆粒を形成させる。次いで顆粒を、以下の技術：加圧成形、射出成形、および押出成形のいずれかにより成形して未焼結体とする。好ましくは、加圧成形が使用される。
次いで未焼結体を焼結して超硬合金工具とする。例えば真空焼結、ＨＩＰなどのような、超硬合金の焼結の分野において一般的な任意の焼結技術を使用することができる。焼結温度は典型的には１３００～１５８０℃の間、好ましくは１３６０～１４５０℃の間である。
本発明の一実施形態において、１．５μｍを超える厚さを有する耐摩耗性コーティングが基材上に堆積され、好ましくはコーティングはＰＶＤまたはＣＶＤ技術を使用して堆積される。最も好ましくは、切削工具には厚さ１．５～５μｍの厚さを有する均質なまたはナノレイヤーのＰＶＤコーティングが設けられる。
本発明の一実施形態において、基材上に堆積されたコーティングは、０．２～１μｍのＴｉＡｌＮ内層、交互ＴｉＡｌＮ／ＴｉＳｉＮ層の１～４μｍ厚さのナノラミネート、および任意選択によりＴｉＡｌＮまたはＴｉＳｉＮのいずれかの０．２～１μｍの外層を含む、ＰＶＤコーティングである。ナノラミネートの層は約１０～４０ｎｍ厚さである。好ましくは、コーティングのＴｉＡｌＮ－層の組成は（ＴｉｘＡｌ１－ｘ）Ｎ、０．５＜ｘ＜０．７であり、ＴｉＳｉＮ－層の組成は（ＴｉｙＳｉ１－ｙ）Ｎ、０．０５＜ｙ＜０．２５である。
方法
炭化タングステン粉末の粒子サイズ決定
原料中の炭化タングステン粉末の粒子サイズは、ＡＳＴＭ Ｂ３３０－２０に準拠してフィッシャーサブシーブサイザー（ＦＳＳＳ：Ｆｉｓｈｅｒ ｓｕｂ ｓｉｅｖｅ ｓｉｚｅｒ）により測定した。
炭化タングステン粉末の粒子サイズ決定
原料中の炭化タングステン粉末の粒子サイズは、ＡＳＴＭ Ｂ３３０－２０に準拠してフィッシャーサブシーブサイザー（ＦＳＳＳ：Ｆｉｓｈｅｒ ｓｕｂ ｓｉｅｖｅ ｓｉｚｅｒ）により測定した。
ビッカース硬度
硬度はビッカース硬度および３０ｋｇの荷重、ＨＶ３０により決定される。使用した装置は、ＣＣＤカメラおよび測定用コンピューターを有するＦｕｔｕｒｅ－Ｔｅｃｈ ＦＶ３００硬度計であった。５回の押し込みを行い、以下の式：
Ｐ＝重量キログラムで表される荷重（ｋｇｆ）
ｄ＝ｍｍで表される押し込みの対角線の平均長さ
にしたがって硬度を自動計算する測定用コンピューターにより測定する。
硬度はビッカース硬度および３０ｋｇの荷重、ＨＶ３０により決定される。使用した装置は、ＣＣＤカメラおよび測定用コンピューターを有するＦｕｔｕｒｅ－Ｔｅｃｈ ＦＶ３００硬度計であった。５回の押し込みを行い、以下の式：
ｄ＝ｍｍで表される押し込みの対角線の平均長さ
にしたがって硬度を自動計算する測定用コンピューターにより測定する。
押し込み間の距離は押し込みの対角線の長さの少なくとも３倍である。
この方法の精度は±２％である。
保磁力
保磁力（Ｈｃ）は、飽和まで磁化された試料を完全に消磁するのに必要な逆転磁場の測定により、保磁力計で決定される。試料の保磁力は、試料中のコバルト（Ｃｏ）の体積比および試料中の炭化物の粒子サイズと関連している。
保磁力（Ｈｃ）は、飽和まで磁化された試料を完全に消磁するのに必要な逆転磁場の測定により、保磁力計で決定される。試料の保磁力は、試料中のコバルト（Ｃｏ）の体積比および試料中の炭化物の粒子サイズと関連している。
Ｓ－値
磁気飽和の度合いはＳ－値として表すことができる。
式中、σｓは、μＴｍ３ｋｇ－１で表されるバインダー相の測定される磁気モーメント（Ｍａ）であり、１６．１μＴｍ３ｋｇ－１は純粋なコバルトの磁気モーメントである。Ｓ－値はバインダー相中のＷの含有量に依存し、タングステン含有量の減少と共に増加する。
磁気飽和の度合いはＳ－値として表すことができる。
収縮
収縮は、パーセントで表される焼結プロセス中の加圧成形体の収縮に相当し、水平面内で測定される。本体を加圧成形することにより製造される未焼結体に関しては、通常は直線的に約１７％収縮する。
収縮は、パーセントで表される焼結プロセス中の加圧成形体の収縮に相当し、水平面内で測定される。本体を加圧成形することにより製造される未焼結体に関しては、通常は直線的に約１７％収縮する。
破壊靱性
破壊靱性は、ＩＳＯ２８０７９：２００９に準拠して、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔ靱性試験とも呼ばれるＰａｌｍｑｖｉｓｔ法を使用して決定される。この方法では、超硬合金の破壊靱性が臨界応力拡大係数、Ｋ１ｃにより表される。３０ｋｇｆの荷重を使用してビッカースの押し込みを行い、押し込みの角からのクラックの長さを測定して破壊靱性を決定する。Ｐａｌｍｑｖｉｓｔ破壊靱性、Ｋ１ｃは、
により与えられ、式中、
ＨＶ（Ｎ／ｍｍ２またはＭＰａ）はビッカース硬度であり、
Ｐ（Ｎ）は押し込み荷重であり、
Ｔ（ｍｍ）はクラックの全長である。
破壊靱性は、ＩＳＯ２８０７９：２００９に準拠して、Ｐａｌｍｑｖｉｓｔ靱性試験とも呼ばれるＰａｌｍｑｖｉｓｔ法を使用して決定される。この方法では、超硬合金の破壊靱性が臨界応力拡大係数、Ｋ１ｃにより表される。３０ｋｇｆの荷重を使用してビッカースの押し込みを行い、押し込みの角からのクラックの長さを測定して破壊靱性を決定する。Ｐａｌｍｑｖｉｓｔ破壊靱性、Ｋ１ｃは、
ＨＶ（Ｎ／ｍｍ２またはＭＰａ）はビッカース硬度であり、
Ｐ（Ｎ）は押し込み荷重であり、
Ｔ（ｍｍ）はクラックの全長である。
本発明の様々な態様の説明により、また添付の図面を参照して、本発明をここでさらに入念に説明することにする。
本開示の例証となる実施形態を、下記においておよび図面を参照してより完全に説明することにする。しかし、本明細書で開示されるデバイスおよび方法は、多くの様々な形態で実現されてもよく、本明細書に示される態様に限定されるものとして解釈されるべきではない。切削工具インサートを製造し分析した。インサートのいくつかを切削試験において評価した。
切削インサートの製造
基材
ＳＮＵＮ１２０４８式の超硬合金基材を試料Ａ－Ｊについて製造した。試料Ｃおよび試料ＪもＣＮＭＧ式で製造した。表１に示される組成にしたがって、すべてが炭化タングステン（ＷＣ）、コバルト（Ｃｏ）粉末、および炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を含有する原料粉末から、基材を生産した。いくつかの試料は、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群からの少なくとも１つのさらなる粉末元素も含有していた。各試料の組成比を表１に示す。試料中で使用される炭素濃度は、４ｗｔ％のＣｏ、０．３６ｗｔ％のＣｒ、および残り部分がＷＣの系の状態図、ならびにおよそ０．０９ｗｔ％のＣが焼結中に失われるという知見から見積もられた。
基材
ＳＮＵＮ１２０４８式の超硬合金基材を試料Ａ－Ｊについて製造した。試料Ｃおよび試料ＪもＣＮＭＧ式で製造した。表１に示される組成にしたがって、すべてが炭化タングステン（ＷＣ）、コバルト（Ｃｏ）粉末、および炭化クロム（Ｃｒ３Ｃ２）粉末を含有する原料粉末から、基材を生産した。いくつかの試料は、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群からの少なくとも１つのさらなる粉末元素も含有していた。各試料の組成比を表１に示す。試料中で使用される炭素濃度は、４ｗｔ％のＣｏ、０．３６ｗｔ％のＣｒ、および残り部分がＷＣの系の状態図、ならびにおよそ０．０９ｗｔ％のＣが焼結中に失われるという知見から見積もられた。
試料Ａ～Ｈで使用されるＷＣのタイプは、ＦＳＳＳにより測定した場合に０．８５μｍの平均粒子サイズを有していた。比較用試料Ｊについては、ＷＣのタイプはＦＳＳＳにより測定した場合に０．６μｍの平均粒子サイズを有していた。
各試料の粉末を、ミリング液、およびポリエチレングリコール（ＰＥＧ）である有機バインダーと共に、ボールミルにおいてミリングした。ミリング液は水およびエタノールからなっていた。形成されるスラリーを噴霧乾燥機で乾燥させ、その後約１７２ＭＰａでの加圧成形操作において加圧成形してインサートとした。試料ＣおよびＪ以外の試料／バリアントについてのすべての粉末バッチを１ｋｇバッチでミリングし、研究室用スプレーで噴霧乾燥させた。フルスケール生産で試料ＣおよびＪをミリングし噴霧乾燥させた。真空中で３０分、続いて３０ＢａｒのＡｒ圧力において約１３９０℃の温度で３０分、加圧成形済み試料を焼結した。
保磁力（Ｈｃ）、磁気モーメントの度合い（Ｓ）、硬度（ＨＶ３０）、強度靱性（Ｋ１Ｃ）、（ｄｓ）、および加圧成形粉末から焼結粉末までの収縮を、焼結済み試料について測定した。結果を表２に示す。
表２のすべての焼結済み試料はＩＳＯ４４９９－４：２０１６（Ｅ）に準拠してＡ００の多孔性を有し、すなわち×１００の倍率で細孔が検出されなかった。
試料ＣおよびＪのコーティング
試料Ｃおよび試料Ｊの基材に２．６μｍ厚さのＰＶＤコーティングを堆積し、以降は試料をコーティング済み試料Ｃおよびコーティング済み試料Ｊと名付ける。ＰＶＤコーティングは、基材に近接した０．３μｍ ＴｉＡｌＮの内層、続いて２．３μｍ厚さのＴｉＡｌＮ／ＴｉＳｉＮのナノラミネート、およびＴｉＳｉＮの薄い外層を有する。ナノラミネートの層は約２０～４０ｎｍである。コーティングのＴｉＡｌＮ－層の組成は（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎであり、ＴｉＳｉＮ－層の組成は（Ｔｉ０．９０Ｓｉ０．１０）Ｎである。
試料Ｃおよび試料Ｊの基材に２．６μｍ厚さのＰＶＤコーティングを堆積し、以降は試料をコーティング済み試料Ｃおよびコーティング済み試料Ｊと名付ける。ＰＶＤコーティングは、基材に近接した０．３μｍ ＴｉＡｌＮの内層、続いて２．３μｍ厚さのＴｉＡｌＮ／ＴｉＳｉＮのナノラミネート、およびＴｉＳｉＮの薄い外層を有する。ナノラミネートの層は約２０～４０ｎｍである。コーティングのＴｉＡｌＮ－層の組成は（Ｔｉ０．３３Ａｌ０．６７）Ｎであり、ＴｉＳｉＮ－層の組成は（Ｔｉ０．９０Ｓｉ０．１０）Ｎである。
切削試験
強化鋼の被加工物材料に対する同じ切削条件でコーティング済み試料ＣおよびＪの性能を比較することにより、長手方向の旋削を行った。被加工物材料の化学組成および機械的特性をそれぞれ表１および表２に示す。
使用した切削データ：
切削速度、ｖｃ：１６０ｍ／分
切削送り、ｆ：０．２０ｍｍ／回転
切り込み深さ、およそ：１ｍｍ
冷却液を使用した。
強化鋼の被加工物材料に対する同じ切削条件でコーティング済み試料ＣおよびＪの性能を比較することにより、長手方向の旋削を行った。被加工物材料の化学組成および機械的特性をそれぞれ表１および表２に示す。
使用した切削データ：
切削速度、ｖｃ：１６０ｍ／分
切削送り、ｆ：０．２０ｍｍ／回転
切り込み深さ、およそ：１ｍｍ
冷却液を使用した。
被加工物材料：強化され４８ ＨＲＣの硬度を有する、Ｕｄｄｅｈｏｌｍ社のＯｒｖａｒ Ｓｕｐｒｅｍｅ。
使用された切削工具はＣＮＭＧ１２０４０８インサートの形状を有していた。
５分、１０分、および１５分の切削時間後のインサートの逃げ面摩耗（Ｗ）を観察することにより、切削工具インサートの工具寿命を決定した。表３および図１も参照のこと。逃げ面摩耗が０．２ｍｍの最大値を過ぎたらまたは工具破損したら試験を終了した。
各工具の３つのエッジを試験し、結果は下記の表３で見ることができる。
図１から、本開示の切削工具による３つの切削エッジにおける、１６０ｍ／分の切削速度での平均工具寿命は、比較用切削工具の３つの切削エッジの平均工具寿命の少なくとも２倍であることが分かる。図１はまた、本開示の試料Ｃによる切削工具の最短の工具寿命を有する切削エッジが、比較用切削工具、試料Ｊの最長の工具寿命よりも長いことも示す。
図３ａ～３ｃは、５分、１０分、および１５分の機械加工後のエッジＣ－２を示す。分かるように、エッジは１５分でのコントロールの前に０．２ｍｍの逃げ面摩耗を超えなかった。
図４ａおよび４ｂは、それぞれ５分および１０分の機械加工後のエッジＪ－４を示す。図４ｂから分かるように、逃げ面は１０分の機械加工後のコントロールにおいて既に０．２ｍｍを超えていた。
機械加工試験から分かるように、試料Ｃは強化鋼の旋削作業において比較用試料Ｊよりも優れている。
低コバルト含有量と粗いＷＣ粒子サイズとの組み合わせは、改善された切削性能、ならびに焼結後に収縮したときの改善された特性の両方を有する切削インサートをもたらす。
Claims (14)
- 超硬合金の基材（２）を含む切削工具インサート（１）であって、超硬合金がコバルト（Ｃｏ）を含む金属系バインダー相（４）中の炭化タングステン（ＷＣ）の硬質構成成分を含み、超硬合金が、クロム（Ｃｒ）、ならびにバナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、モリブデン（Ｍｏ）、および鉄（Ｆｅ）からなる群からの少なくとも１つのさらなる元素をさらに含む、切削工具インサート（１）であって、
－ Ｃｏ－含有量が超硬合金の３．５０～４．２０ｗｔ％であり、
－ Ｃｒ－含有量が超硬合金の０．３１～０．３８ｗｔ％であり、
－ ＷＣ－含有量が超硬合金の少なくとも９５．２２ｗｔ％であり、
－ 超硬合金が２６～３２ｋＡ／ｍの保磁力を有する
ことを特徴とする、切削工具インサート（１）。 - 超硬合金が、０．００８～０．０９ｗｔ％のＶ、好ましくは０．０１～０．０６ｗｔ％のＶを含む、請求項１に記載の切削工具。
- Ｖ＋Ｎｂが超硬合金の最大０．１２ｗｔ％である、請求項１に記載の切削工具。
- Ｖ＋Ｎｂ＋Ｍｏ＋Ｆｅ含有量が超硬合金の最大０．２ｗｔ％である、請求項１に記載の切削工具。
- 超硬合金が、１９６０－２０２０ ＨＶ３０、好ましくは１９６０－２０１０ ＨＶ３０の硬度を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の切削工具。
- 破壊靱性が８．６～９．７ＭＰａｍ－１／２、好ましくは９～９．６ＭＰａｍ－１／２である、請求項１から５のいずれか一項に記載の切削工具。
- 保磁力が２７～３１ｋＡ／ｍである、請求項１から６のいずれか一項に記載の切削工具。
- バインダー相のＣｒ－含有量が８～１０ｗｔ％である、請求項１から７のいずれか一項に記載の切削工具。
- コーティングが基材上に堆積される、請求項１から８のいずれか一項に記載の切削工具。
- コーティングがＰＶＤまたはＣＶＤコーティングである、請求項９に記載の切削工具。
- 請求項１から１０のいずれか一項に記載の超硬合金切削工具インサートを製造する方法であって、
（ａ）０．７６～０．９０μｍの間隔で、好ましくは０．７８～０．８８μｍの間隔で、最も好ましくは０．７９～０．８５μｍの間隔でのＦＳＳＳ平均粒子サイズを有するＷＣ粒子、
３．５０～４．２０ｗｔ％のＣｏ、
０．３１～０．３８ｗｔ％のＣｒ、ならびに
以下の元素：Ｖ、Ｎｂ、Ｍｏ、およびＦｅのうちの少なくとも１つを含む原料粉末
を含む粉末組成物を準備することと、
（ｂ）粉末組成物、ポリマー成形剤、およびミリング液を湿式ミリングしてスラリーを形成させることと、
（ｃ）スラリーを噴霧乾燥して造粒物を形成させることと、
（ｄ）造粒物を成形して所望の形状および寸法の未焼結体とすることと、
（ｅ）未焼結体を焼結して未焼結体よりも小さい体積を有する焼結体とすることと
を含む、方法。 - 未焼結体の成形が、加圧成形、射出成形、および押出成形のいずれかにより行われる。
- － １．５μｍを超える厚さを有する耐摩耗性コーティングにより焼結体をコーティングする工程
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。 - － ＰＶＤまたはＣＶＤにより焼結体をコーティングする工程
をさらに含む、請求項１３に記載の方法。
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