JP4153301B2 - 被膜付き超硬合金切削工具の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
本発明は、耐摩耗被膜を付与する前に熱処理を施すことにより特性を向上させた被膜付き超硬合金切削工具に関する。本発明は、特にＷＣ＋Ｃｏ基超硬合金に適しているが、ＷＣ＋Ｃｏ＋γ相から成る超硬合金にも適用できる。ここでγ相は、固溶体炭化物の総称であり、Ｗの他に主としてＴｉ、ＴａおよびＮｂも含む。
【０００２】
被膜付き超硬合金切削工具の靭性を向上させる一般的な方法は、濃度勾配を生成する種々の焼結法によりＣｏ濃度の高い表面層を形成させることにより行なう。大別すると下記２つの方法がある。
【０００３】
１つの方法は、窒素をＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ、Ｎ）の形でＷＣ−Ｃｏ−γ相系合金に添加して、焼結の過程でγ相を含まずＣｏ濃度が高い厚さ３０μｍ以下の表面層を形成させる。
【０００４】
もう１つの方法は、焼結温度から冷却時に冷却速度を制御して遅くし、Ｃｏが層状組織を成すＣｏ濃度が高い表面層を形成させる。これを行なうのは、炭素含有量が炭素飽和点より多量なため遊離グラファイトが存在するＷＣ−Ｃｏ−γ相基またはＷＣ−Ｃｏ基の超硬合金である。
【０００５】
アメリカ合衆国特許第４，８３０，９３０号には、硬質相と結合相とを含んだ表面細粒化焼結合金部材が開示されている。表面層内の結合相の濃度は最表面が最も高く、内部の濃度に近づいていき、最表面から少なくとも深さ５μｍの点まで結合相の濃度が低下していく。その製造方法は、焼結後または焼結中に、結合相の固液共存温度域内で、焼結合金の表面に脱炭処理を行なう。
【０００６】
アメリカ合衆国特許第４，８３０，８８６号に開示された被膜付き超硬合金切削工具の製造方法では、適当な条件下で炭化チタン層を化学蒸着させて、この炭化チタン被膜に隣接した超硬合金基材内にη相が存在する炭化チタン被膜付きインサートを形成する。その後、上記の炭化チタン表面に浸炭性ガスを接触させる処理を十分な温度で十分な時間行なうことにより、上記のη相を実質的に全て単体Ｃｏと炭化タングステンに変換する。アメリカ合衆国特許第５，６６５，４３１号も同様であるが、被膜が炭窒化チタンである。
【０００７】
国際公開ＷＯ９９／３１２９２には、少なくとも１層の耐摩耗層を備えた超硬合金部材が開示されており、耐摩耗層に隣接した超硬合金内の領域に特定方位を持つ三角形板状のＷＣが存在する。
【０００８】
国際公開ＷＯ９８／３５０７１に開示された方法は、下記の工程：ａ）約９００℃〜約１４００℃の温度範囲で、酸素含有雰囲気中にて、超硬合金基材の表面層から炭素を除去する工程、ｂ）約９００℃〜約１４００℃の範囲の基材温度で、炭素含有雰囲気にて、基材の表面層に炭素を再導入する工程、およびｃ）硬質材料で基材を被覆する工程を含む。
【０００９】
国際公開ＷＯ００／３１３１４には被膜付き工具とその製造方法が開示されている。この方法は、η相含有表面層を形成し、少なくとも部分的な真空中で変換処理を行なってミクロ粗さ１２マイクロインチ以上でη相と繊維質炭化タングステン粒とを含む表面を得る。
【００１０】
欧州公開ＥＰ−Ａ−０５６０２１２に開示されているＣｏ濃化表面層を備えた被膜付き超硬合金は切削工具用であり、耐摩耗性を犠牲にしないで耐チッピング性を高めた。この超硬合金にはＺｒおよびＨｆを含有する相が存在する。Ｃｏ濃化表面層は内部に比べてＷＣ粒の粒径が大きい。
【００１１】
驚くべき新知見として、超硬合金インサートを先ず結合相の固相範囲内の温度で脱炭雰囲気中にて熱処理することによりη相含有表面層を形成し、次いでＡｒ等の中性雰囲気中または真空中にて結合相の固相範囲内の温度で熱処理すると、更に付加的な熱処理の有無に関わらず、表面層内のη相が完全にＷＣ＋Ｃｏに逆変態（再変態）し、従来の工具に比べて靭性の向上により長寿命化する。
【００１２】
図１〜６、９、１０に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１３】
図７に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１４】
図８に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理と、中性ガス雰囲気中での更に付加的な熱処理と、浸炭雰囲気中での更に別の付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１５】
以上の写真はいずれも切削工具インサートの断面で撮影した。
【００１６】
本発明の方法によれば、超硬合金部材を先ずＨ２＋Ｈ２ＯまたはＨ２＋ＣＯ２のような脱炭雰囲気中で９００〜１２９０℃、望ましくは１０００〜１２５０℃の温度に加熱して脱炭処理を行なう（熱処理工程１）。処理時間は１〜１０時間である。脱炭の程度は、温度、時間、脱炭雰囲気の酸素含有量、および熱処理炉のタイプに依存する。
【００１７】
脱炭処理の結果、実質的にη相、またはＷ＋Ｃｏ７Ｗ６、またはＷ＋η相、またはη相＋ＷＣから成る１００μｍ未満の厚い表面層が形成される。（η相は、低炭素炭化物の総称であり、通常はＷ−Ｃｏ−Ｃから成り、組成比はＭ６ＣまたはＭ１２Ｃであり、Ｍ＝ＷおよびＣｏで、例えばＭ１２Ｃ＝Ｃｏ６Ｗ６Ｃ、Ｍ６Ｃ＝Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ４Ｃｏ２Ｃである。） ＷＣ−Ｃｏ−γ相系合金の場合は、脱炭領域内にはη相の他にγ相も存在する。表面層内に存在する他の相は、超硬合金部材に含まれる元素の酸化物である。ＷＣ−Ｃｏ系合金の場合は、表面層にはＷＯ３およびＣｏＷＯ４も存在することがある。
【００１８】
脱炭処理温度が９５０〜１０５０℃であると、部材表面全体にわたって脱炭層の厚さは比較的均一になり、脱炭処理温度が１２００〜１２９０℃であると、部材の平坦部に比べてコーナー部の脱炭層が厚くなる。
【００１９】
脱炭処理工程（熱処理工程１）の後に、部材を中性ガス雰囲気または真空中で熱処理し（熱処理工程２）、それにより脱炭処理中に生成したη相その他の相をＣｏ濃度の高いＷＣ＋Ｃｏを含む表面層に逆変態させる。この熱処理は温度１３５０〜１４５０℃で１０分〜１０時間、望ましくは３０分〜３時間行なう。適切な温度および保持時間は、熱処理後の部材の炭素含有量および脱炭程度によって選択する。強い脱炭処理を施す部材は弱い脱炭処理を施す部材に比べて保持時間を長く且つ／または熱処理温度を高くする必要がある。飽和点に近い高濃度の炭素を含む部材には熱処理温度を１３５０〜１４００℃の範囲から選択し、η相の生成に近い低濃度の炭素を含む部材には熱処理温度を１４００〜１４５０℃の範囲から選択する。熱処理工程２は、１種類の温度にて１種類の保持時間で行なうこともできるし、２種類以上の温度と２種類以上の保持時間で行なうこともできる。例えば、この熱処理の一部分を１３７５℃のような比較的低温で保持時間１．５時間行い、別の部分を１４５０℃のような比較的高温で保持時間３時間行なうことができる。
【００２０】
熱処理工程２の過程においては、ＷＣ粒の形状は不変である可能性もあるし板状に変わる可能性もある。脱炭の程度と熱処理工程２の選択とによって、特定方位を持つかあるいは持たない板状ＷＣが生成する。粒成長抑制剤を添加しない超硬合金部材では板状ＷＣの形成が容易に起きる。
【００２１】
脱炭の程度を中から弱とし熱処理工程２を低温で行なうと、部材表面に垂直に配向した板状ＷＣの単一層が生成する。熱処理工程２を中温から高温で行なうと、特定方位を持たない板状ＷＣが表面層に埋め込まれた形で生成する。脱炭程度を強とし熱処理工程２を高温で行なうと、超硬合金部材の表面に平行に配向した板状ＷＣが表面層内に生成する場合がある。この平行配向した板状ＷＣは、飽和点に近い高炭素の部材で容易に生成する。
【００２２】
熱処理工程２の温度を１２５０〜１３４０℃の範囲内で選択し、脱炭程度を弱から中とすると、公称ＷＣ粒径より大きい粒径の板状ＷＣを含む表面層が形成される場合がある。この板状ＷＣは特定の方位を持っており、板状ＷＣの大部分が部材表面に対して垂直に配向している。ＷＣ粒の大部分が板状ＷＣの表面単一層として存在している。保持時間および温度の選択により、板状ＷＣを取り囲んでη相が生成する場合がある。それは、０．１時間未満〜０．５時間という短い保持時間とするか、高Ｃｏ（Ｃｏ濃化）で０．５〜２時間という中間的な保持時間とするか、非常に低Ｃｏ（Ｃｏ減耗）で２〜４時間という長い保持時間とする、というように選択した場合である。
【００２３】
特定方位を持つ板状ＷＣを含むＷＣ単一表面層の生成を望まない場合には、熱処理を、中性ガス雰囲気中か真空中で、温度１３５０℃以上にて（熱処理工程２）、熱処理後にη相が存在するように保持時間を選択して行なう。得られる表面層は粒径の大きいＷＣ粒を含んでいて、このＷＣ粒は板状を含む場合もあるし含まない場合もある。この粒径の大きいＷＣ粒は最表面のみではなく表面層全体に存在する。
【００２４】
熱処理工程２の過程においては、η相はＷＣ＋Ｃｏ表面層へと変態し、この表面層は大きいＷＣ粒を含む場合も含まない場合もあり、Ｃｏ濃度が高くなっていて、超硬合金部材の内部からの炭素を使っている。表面層内のＣｏ含有量は、η相からＷＣ＋Ｃｏへの変態が完了した直後が最高値となる。このＣｏ濃化したＷＣ＋Ｃｏ層の生成後に保持時間を延ばしたり、および／または、熱処理温度を高めたりすると、表面層内のＣｏ濃度が低下する場合がある。表面層のＷＣ粒が大きい場合には、熱処理保持時間を延長したり（熱処理工程２Ａ）、および／または温度を高くして付加的な熱処理を行なったり（熱処理工程２Ｂ）すると（いずれの工程も中性雰囲気で行なう）、Ｃｏ含有量は公称Ｃｏ含有量と同等か低くなる。熱処理工程２Ｂは、２種類以上の温度と２種類以上の保持時間で行なうことができる。
【００２５】
η相からＷＣ＋Ｃｏへの変態完了後の保持時間中には、ＷＣ粒の成長が起きる。超硬合金部材の他の部分においてもＷＣ粒の成長はある程度起きるが、表面層では他の部分よりもＣｏ含有量が高いのでＷＣ粒の成長が遥かに高速で起きる。保持時間と温度は、脱炭の程度に応じて選択する。表面層内のη相は全てＷＣ＋Ｃｏに変態する。表面層は厚さが５〜１００μｍ、望ましくは５〜３０μｍである。
【００２６】
切削工具の刃先部の表面層厚さは平坦部の表面層厚さと同等であるか、または５倍以下、望ましくは２倍以下の範囲で刃先部の方が厚い。低温で弱く脱炭した場合または弱から中程度の脱炭をした場合および部材のＣｏ含有量が８wt％より高い場合には、厚さの変動は全くもしくは殆ど無い。強い脱炭後に得られる厚い表面層の場合は、切削工具のクリアランス側の表面層を除去することによりすくい面の表面層厚さを均一にすることが適当である。刃先部の表面層厚さを低減する可能性のあるもう１つの場合は、熱処理後に（通常通り熱処理前でなく）切削工具の刃先を丸めるために行なう。この場合、刃先部の表面層厚さは平坦部の表面層厚さの１０％〜９０％であるか、場合によっては、刃先の横断面で測定して１０〜１００μｍの長さの範囲内で、刃先の最外部の表面層を完全に除去する。刃先部と平坦部とで表面層厚さに差が生ずるのは、脱炭処理の過程で刃先部の方が平坦部よりも大きい脱炭作用を受けるからである。場合によっては、表面層は刃先部にのみ存在しており、刃先の最外部から１ｍｍ、望ましくは０．５ｍｍ以下の範囲内にある。表面粗さＲａは１０μｍ未満、望ましくは５μｍ未満である。
【００２７】
表面層内のＣｏ含有量は、公称Ｃｏ含有量より少なくとも１０％大であってもよいし、公称Ｃｏ含有量の＋１０％〜−４０％の範囲内であってもよい。ＷＣ粒の粒径および形状は変化していてもいなくても良い。
【００２８】
表面層内のＷＣ粒径は部材の他の部分の公称ＷＣ粒径に対して、少なくとも２０％、望ましくは３０％以上大きくて良いし、ほとんど変わらなくても良い。ＷＣ粒径の増加は、主として粒成長抑制剤を添加していないＷＣ−Ｃｏ部材で起きる。η相の生成に近い低炭素の超硬合金系に比べて、飽和点に近い高炭素の超硬合金系の方が、ＷＣ粒径の増加が大きい。ＷＣ粒径が大きくなっている表面層ではＷＣ粒径の勾配が観察される。表面層の内部寄り部分から外部寄り部分にかけて粒径が大きくなる。ＷＣ粒径の増加の有無に関わらずＣｏ濃度が高くなっている表面層は、高い靭性を必要とする切削用途に適している。
【００２９】
表面層内でＷＣ粒径の増加があるかまたはＣｏ濃化があると、靭性、高温変形抵抗、耐チッピング性の必要性の高い切削用途で工具寿命が向上する。
【００３０】
熱処理工程１および２を施した後の部材は、ＷＣ粒径およびＣｏ含有量が公称レベルより高い表面層が形成されており、表面層内のＣｏ含有量を公称Ｃｏレベルと同程度にまで、または幾分低目にまで低下させることが適当である。そのためには、熱処理工程２の保持時間を５時間以下の範囲で延長して中性雰囲気または真空中にて行い（熱処理工程２Ａ）、および／または、更に付加的な熱処理（一回または複数回）を１４５０℃以下の範囲の高温で中性雰囲気または真空中で行なう（熱処理工程２Ｂ）。
【００３１】
Ｃｏ含有量の低減または調整を行なうもう１つの方法は、熱処理工程２の後に熱処理（一回または複数回）を行い、その熱処理のうち少なくとも一回は、ＣＨ４＋Ｈ２混合ガスを含む還元雰囲気中で行なう。
【００３２】
熱処理工程１、２の後に、更に付加的な熱処理工程（熱処理工程２Ａ、２Ｂ、３、４、５）を行なえばＣｏ量が低下する。
【００３３】
熱処理工程３は、ＣＨ４＋Ｈ２のような浸炭雰囲気中で、温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて行なう。
【００３４】
熱処理工程４は、中性雰囲気または真空中で、温度１３５０〜１４５０℃、保持時間０．１〜２時間にて行なう。
【００３５】
熱処理工程５は、ＣＨ４＋Ｈ２のような浸炭雰囲気中で、温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて行なう。
【００３６】
熱処理工程１、２、２Ａ、２Ｂまたは１、２、３を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の±２０％の変動範囲内にまで低下する。
【００３７】
熱処理工程１、２、２Ａ、２Ｂまたは１、２、３、４を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の±１０％の変動範囲内にまで調整される。
【００３８】
熱処理工程１、２、３、４、５を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の−２０％から−４０％の範囲内にまで低下する。
【００３９】
表面層のＣｏ低減方法として熱処理工程１＋２、１＋２＋２Ａ、１＋２＋２Ｂを行なった場合と熱処理工程１＋２＋３、１＋２＋３＋４、１＋２＋３＋４＋５を行なって場合とで生ずる違いは、中性雰囲気を用いた工程２Ａ、２Ｂは浸炭雰囲気を用いた工程３、５よりも部材の総炭素含有量が低いことである。
【００４０】
本発明の部材は公知の被覆法により耐摩耗性被膜を被覆される。
【００４１】
本発明の方法の適用対象の１つは、ＷＣ−Ｃｏ部材であり、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖのような粒成長抑制剤を３wt％未満、望ましくは２．５wt％未満添加しても良いし添加しなくてもよく、結合相を３〜１２wt％、望ましくは５〜１２wt％含有し、ＷＣの平均粒径が０．３〜３μｍ、望ましくは０．５〜１．７μｍであり、炭素含有量が飽和炭素濃度を超えないものである。望ましくは、脱炭処理前の部材にはη相が存在しない。本発明の方法のもう１つの適用対象は、ＷＣ−Ｃｏ−γ相部材であり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種を総量で１０wt％以下含有する。結合相は望ましくはＣｏであるが、ＦｅおよびＮｉまたはこれらの混合物のような他の元素を含むかこれら他の元素から成ることができる。
【００４２】
第１の望ましい実施形態においては、熱処理工程１として中程度から強い脱炭を、温度１０００〜１２５０℃、保持時間２〜１０時間、露点０℃〜−３０℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気またはＨ２＋ＣＯ２（ＣＯ２量１０〜２０％）雰囲気中にて行なった後に、熱処理工程２を中性ガス雰囲気または真空中にて１３６０〜１４１０℃、０．５〜５時間行なう。
【００４３】
熱処理工程１、２を行なうと、超硬合金部材の平均ＷＣ粒径より２０％、望ましくは３０％大きい平均粒径を持つＷＣ粒を含む表面層が得られる。表面層は厚さ５〜１００μｍ、望ましくは１０〜３０μｍであり、平均Ｃｏ含有量が公称Ｃｏ含有量に対して少なくとも１０％、望ましくは３０％多い。
【００４４】
ＷＣ粒径が大きい表面層を持つ部材は、表面層と内部との間に中間層が介在している。この中間層は、厚さが表面層と同等または２００％以下の範囲で厚く、ＷＣ粒径が超硬具Ａｕ部材内部より１０〜３０％小さい。中間層内のＣｏ含有量は、表面層以外の公称Ｃｏ含有量に対して１０％以内の変動で実質的に同等であっても良いし、公称Ｃｏ含有量に対して１０％〜３０％低くても良い。Ｃｏ含有量が８wt％未満で粒成長抑制剤を添加していない超硬合金部材に強い脱炭処理を施すと、ＷＣ粒径の小さい中間層が形成され得る。このような中間層は、粒成長抑制剤を添加したり、および／または、Ｃｏ含有量が８wt％より高い部材には存在しない。
【００４５】
表面層内では、大部分のＷＣ粒は形状がほぼ変動していないが、一部は板状に変化している。ＷＣ粒径と板状ＷＣの量は表面層内で表面に向かって増加している。弱い粒成長抑制剤を少量添加したＷＣ−Ｃｏ部材でも粒成長が起きる。しかし、ＶＣを含む部材ではＷＣ粒の成長は全く見られない。
【００４６】
この実施形態による超硬合金の最も適している用途は、鋼または鋳鉄を冷却剤を用いずに断続重切削するような高い靭性を要する切削分野である。
【００４７】
第２の望ましい実施形態においては、第１の実施形態による部材に更に３回の熱処理工程３、４、５を施す。熱処理工程１、２、３を行なうと、表面層内のＣｏ含有量が公称Ｃｏ含有量の２０％の変動範囲内に調整される。熱処理工程１、２、３、４を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の１０％の変動範囲内に調整され、熱処理工程１、２、３、４、５を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の−２０％〜−４０％の範囲内の調整される。表面層内の平均ＷＣ粒径は第１の実施形態に対して１０％の変動範囲内で同等または３０％以下の範囲で大きい。
【００４８】
Ｃｏ含有量およびＷＣ粒径について、熱処理工程３、４、５と同様な結果が得られる方法として、熱処理工程２の保持時間を延長して熱処理工程２Ａにおいて、１３５０〜１４５０℃、望ましくは１３５０〜１４００℃で、保持時間５時間以下、中性雰囲気または真空中で熱処理する方法があり、あるいは、熱処理工程２Ｂを用い１４５０℃以下の範囲の高温で保持時間１〜３時間にて中性ガス雰囲気または真空中で熱処理する方法もある。この熱処理工程２Ｂは、複数種類の温度および複数種類の保持時間で行なうことができる。２種類の温度で行なう場合、１回目の処理温度を２回目の処理温度よりも少なくとも２０℃、望ましくは５０℃以上低くして行なうことが適当である。
【００４９】
この実施形態による超硬合金の最も適した用途は、冷却剤を用いてステンレス鋼を断続切削する場合のように、大きな熱サイクルによって熱亀裂や熱剥離が発生し、高い靭性を必要とする切削分野である。
【００５０】
第３の望ましい実施形態においては、従来量の粒成長抑制剤を含有するＷＣ−Ｃｏ基部材に弱から中程度の脱炭熱処理（熱処理工程１）を施す。この脱炭熱処理は、９５０〜１０００℃のような比較的低温で１０時間以下、露点＋１５℃〜＋２５℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中にて行うこともできるし、あるいは、１２５０℃のような比較的高温で１〜２時間、露点−２０℃〜−３０℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中にて行うこともできる。この脱炭処理を行なうと、厚さ１０μｍ以下の薄い表面層が形成される。Ａｒのような中性ガス雰囲気または真空中での熱処理工程（熱処理工程２）は、１３５０〜１４１０℃で２０分〜３時間行なう。得られる表面層は、Ｃｏ含有量が公称Ｃｏ含有量より少なくとも１０％、望ましくは３０％高い。平均ＷＣ粒径は超硬合金部材の他の部分と変わらないかまたは２０％以下の範囲で大きい。表面層の厚さは５〜２０μｍ、望ましくは５〜１０μｍである。
【００５１】
この実施形態による超硬合金の最も適した用途は、刃先半径が比較的小さい切削工具インサートを用いて高い靭性を要する切削分野である。
【００５２】
実施例１〜１１
従来のように製造した切削工具インサートＣＮＭＧ１２０４１２に、本発明により表１に示した熱処理を施した。表２に、得られた表面層を示す。このインサートに被膜を付与した後、切削試験を行った。熱処理しないインサートと対比して試験結果を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【００５４】
【表２】
【００５５】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図２】 図２は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図３】 図３は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図４】 図４は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図５】 図５は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図６】 図６は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図７】 図７に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図８】 図８に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理と、中性ガス雰囲気中での更に付加的な熱処理と、浸炭雰囲気中での更に別の付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図９】 図９は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図１０】 図１０は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
本発明は、耐摩耗被膜を付与する前に熱処理を施すことにより特性を向上させた被膜付き超硬合金切削工具に関する。本発明は、特にＷＣ＋Ｃｏ基超硬合金に適しているが、ＷＣ＋Ｃｏ＋γ相から成る超硬合金にも適用できる。ここでγ相は、固溶体炭化物の総称であり、Ｗの他に主としてＴｉ、ＴａおよびＮｂも含む。
【０００２】
被膜付き超硬合金切削工具の靭性を向上させる一般的な方法は、濃度勾配を生成する種々の焼結法によりＣｏ濃度の高い表面層を形成させることにより行なう。大別すると下記２つの方法がある。
【０００３】
１つの方法は、窒素をＴｉＮまたはＴｉ（Ｃ、Ｎ）の形でＷＣ−Ｃｏ−γ相系合金に添加して、焼結の過程でγ相を含まずＣｏ濃度が高い厚さ３０μｍ以下の表面層を形成させる。
【０００４】
もう１つの方法は、焼結温度から冷却時に冷却速度を制御して遅くし、Ｃｏが層状組織を成すＣｏ濃度が高い表面層を形成させる。これを行なうのは、炭素含有量が炭素飽和点より多量なため遊離グラファイトが存在するＷＣ−Ｃｏ−γ相基またはＷＣ−Ｃｏ基の超硬合金である。
【０００５】
アメリカ合衆国特許第４，８３０，９３０号には、硬質相と結合相とを含んだ表面細粒化焼結合金部材が開示されている。表面層内の結合相の濃度は最表面が最も高く、内部の濃度に近づいていき、最表面から少なくとも深さ５μｍの点まで結合相の濃度が低下していく。その製造方法は、焼結後または焼結中に、結合相の固液共存温度域内で、焼結合金の表面に脱炭処理を行なう。
【０００６】
アメリカ合衆国特許第４，８３０，８８６号に開示された被膜付き超硬合金切削工具の製造方法では、適当な条件下で炭化チタン層を化学蒸着させて、この炭化チタン被膜に隣接した超硬合金基材内にη相が存在する炭化チタン被膜付きインサートを形成する。その後、上記の炭化チタン表面に浸炭性ガスを接触させる処理を十分な温度で十分な時間行なうことにより、上記のη相を実質的に全て単体Ｃｏと炭化タングステンに変換する。アメリカ合衆国特許第５，６６５，４３１号も同様であるが、被膜が炭窒化チタンである。
【０００７】
国際公開ＷＯ９９／３１２９２には、少なくとも１層の耐摩耗層を備えた超硬合金部材が開示されており、耐摩耗層に隣接した超硬合金内の領域に特定方位を持つ三角形板状のＷＣが存在する。
【０００８】
国際公開ＷＯ９８／３５０７１に開示された方法は、下記の工程：ａ）約９００℃〜約１４００℃の温度範囲で、酸素含有雰囲気中にて、超硬合金基材の表面層から炭素を除去する工程、ｂ）約９００℃〜約１４００℃の範囲の基材温度で、炭素含有雰囲気にて、基材の表面層に炭素を再導入する工程、およびｃ）硬質材料で基材を被覆する工程を含む。
【０００９】
国際公開ＷＯ００／３１３１４には被膜付き工具とその製造方法が開示されている。この方法は、η相含有表面層を形成し、少なくとも部分的な真空中で変換処理を行なってミクロ粗さ１２マイクロインチ以上でη相と繊維質炭化タングステン粒とを含む表面を得る。
【００１０】
欧州公開ＥＰ−Ａ−０５６０２１２に開示されているＣｏ濃化表面層を備えた被膜付き超硬合金は切削工具用であり、耐摩耗性を犠牲にしないで耐チッピング性を高めた。この超硬合金にはＺｒおよびＨｆを含有する相が存在する。Ｃｏ濃化表面層は内部に比べてＷＣ粒の粒径が大きい。
【００１１】
驚くべき新知見として、超硬合金インサートを先ず結合相の固相範囲内の温度で脱炭雰囲気中にて熱処理することによりη相含有表面層を形成し、次いでＡｒ等の中性雰囲気中または真空中にて結合相の固相範囲内の温度で熱処理すると、更に付加的な熱処理の有無に関わらず、表面層内のη相が完全にＷＣ＋Ｃｏに逆変態（再変態）し、従来の工具に比べて靭性の向上により長寿命化する。
【００１２】
図１〜６、９、１０に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１３】
図７に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１４】
図８に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理と、中性ガス雰囲気中での更に付加的な熱処理と、浸炭雰囲気中での更に別の付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真を示す。
【００１５】
以上の写真はいずれも切削工具インサートの断面で撮影した。
【００１６】
本発明の方法によれば、超硬合金部材を先ずＨ２＋Ｈ２ＯまたはＨ２＋ＣＯ２のような脱炭雰囲気中で９００〜１２９０℃、望ましくは１０００〜１２５０℃の温度に加熱して脱炭処理を行なう（熱処理工程１）。処理時間は１〜１０時間である。脱炭の程度は、温度、時間、脱炭雰囲気の酸素含有量、および熱処理炉のタイプに依存する。
【００１７】
脱炭処理の結果、実質的にη相、またはＷ＋Ｃｏ７Ｗ６、またはＷ＋η相、またはη相＋ＷＣから成る１００μｍ未満の厚い表面層が形成される。（η相は、低炭素炭化物の総称であり、通常はＷ−Ｃｏ−Ｃから成り、組成比はＭ６ＣまたはＭ１２Ｃであり、Ｍ＝ＷおよびＣｏで、例えばＭ１２Ｃ＝Ｃｏ６Ｗ６Ｃ、Ｍ６Ｃ＝Ｃｏ３Ｗ３Ｃ、Ｗ４Ｃｏ２Ｃである。） ＷＣ−Ｃｏ−γ相系合金の場合は、脱炭領域内にはη相の他にγ相も存在する。表面層内に存在する他の相は、超硬合金部材に含まれる元素の酸化物である。ＷＣ−Ｃｏ系合金の場合は、表面層にはＷＯ３およびＣｏＷＯ４も存在することがある。
【００１８】
脱炭処理温度が９５０〜１０５０℃であると、部材表面全体にわたって脱炭層の厚さは比較的均一になり、脱炭処理温度が１２００〜１２９０℃であると、部材の平坦部に比べてコーナー部の脱炭層が厚くなる。
【００１９】
脱炭処理工程（熱処理工程１）の後に、部材を中性ガス雰囲気または真空中で熱処理し（熱処理工程２）、それにより脱炭処理中に生成したη相その他の相をＣｏ濃度の高いＷＣ＋Ｃｏを含む表面層に逆変態させる。この熱処理は温度１３５０〜１４５０℃で１０分〜１０時間、望ましくは３０分〜３時間行なう。適切な温度および保持時間は、熱処理後の部材の炭素含有量および脱炭程度によって選択する。強い脱炭処理を施す部材は弱い脱炭処理を施す部材に比べて保持時間を長く且つ／または熱処理温度を高くする必要がある。飽和点に近い高濃度の炭素を含む部材には熱処理温度を１３５０〜１４００℃の範囲から選択し、η相の生成に近い低濃度の炭素を含む部材には熱処理温度を１４００〜１４５０℃の範囲から選択する。熱処理工程２は、１種類の温度にて１種類の保持時間で行なうこともできるし、２種類以上の温度と２種類以上の保持時間で行なうこともできる。例えば、この熱処理の一部分を１３７５℃のような比較的低温で保持時間１．５時間行い、別の部分を１４５０℃のような比較的高温で保持時間３時間行なうことができる。
【００２０】
熱処理工程２の過程においては、ＷＣ粒の形状は不変である可能性もあるし板状に変わる可能性もある。脱炭の程度と熱処理工程２の選択とによって、特定方位を持つかあるいは持たない板状ＷＣが生成する。粒成長抑制剤を添加しない超硬合金部材では板状ＷＣの形成が容易に起きる。
【００２１】
脱炭の程度を中から弱とし熱処理工程２を低温で行なうと、部材表面に垂直に配向した板状ＷＣの単一層が生成する。熱処理工程２を中温から高温で行なうと、特定方位を持たない板状ＷＣが表面層に埋め込まれた形で生成する。脱炭程度を強とし熱処理工程２を高温で行なうと、超硬合金部材の表面に平行に配向した板状ＷＣが表面層内に生成する場合がある。この平行配向した板状ＷＣは、飽和点に近い高炭素の部材で容易に生成する。
【００２２】
熱処理工程２の温度を１２５０〜１３４０℃の範囲内で選択し、脱炭程度を弱から中とすると、公称ＷＣ粒径より大きい粒径の板状ＷＣを含む表面層が形成される場合がある。この板状ＷＣは特定の方位を持っており、板状ＷＣの大部分が部材表面に対して垂直に配向している。ＷＣ粒の大部分が板状ＷＣの表面単一層として存在している。保持時間および温度の選択により、板状ＷＣを取り囲んでη相が生成する場合がある。それは、０．１時間未満〜０．５時間という短い保持時間とするか、高Ｃｏ（Ｃｏ濃化）で０．５〜２時間という中間的な保持時間とするか、非常に低Ｃｏ（Ｃｏ減耗）で２〜４時間という長い保持時間とする、というように選択した場合である。
【００２３】
特定方位を持つ板状ＷＣを含むＷＣ単一表面層の生成を望まない場合には、熱処理を、中性ガス雰囲気中か真空中で、温度１３５０℃以上にて（熱処理工程２）、熱処理後にη相が存在するように保持時間を選択して行なう。得られる表面層は粒径の大きいＷＣ粒を含んでいて、このＷＣ粒は板状を含む場合もあるし含まない場合もある。この粒径の大きいＷＣ粒は最表面のみではなく表面層全体に存在する。
【００２４】
熱処理工程２の過程においては、η相はＷＣ＋Ｃｏ表面層へと変態し、この表面層は大きいＷＣ粒を含む場合も含まない場合もあり、Ｃｏ濃度が高くなっていて、超硬合金部材の内部からの炭素を使っている。表面層内のＣｏ含有量は、η相からＷＣ＋Ｃｏへの変態が完了した直後が最高値となる。このＣｏ濃化したＷＣ＋Ｃｏ層の生成後に保持時間を延ばしたり、および／または、熱処理温度を高めたりすると、表面層内のＣｏ濃度が低下する場合がある。表面層のＷＣ粒が大きい場合には、熱処理保持時間を延長したり（熱処理工程２Ａ）、および／または温度を高くして付加的な熱処理を行なったり（熱処理工程２Ｂ）すると（いずれの工程も中性雰囲気で行なう）、Ｃｏ含有量は公称Ｃｏ含有量と同等か低くなる。熱処理工程２Ｂは、２種類以上の温度と２種類以上の保持時間で行なうことができる。
【００２５】
η相からＷＣ＋Ｃｏへの変態完了後の保持時間中には、ＷＣ粒の成長が起きる。超硬合金部材の他の部分においてもＷＣ粒の成長はある程度起きるが、表面層では他の部分よりもＣｏ含有量が高いのでＷＣ粒の成長が遥かに高速で起きる。保持時間と温度は、脱炭の程度に応じて選択する。表面層内のη相は全てＷＣ＋Ｃｏに変態する。表面層は厚さが５〜１００μｍ、望ましくは５〜３０μｍである。
【００２６】
切削工具の刃先部の表面層厚さは平坦部の表面層厚さと同等であるか、または５倍以下、望ましくは２倍以下の範囲で刃先部の方が厚い。低温で弱く脱炭した場合または弱から中程度の脱炭をした場合および部材のＣｏ含有量が８wt％より高い場合には、厚さの変動は全くもしくは殆ど無い。強い脱炭後に得られる厚い表面層の場合は、切削工具のクリアランス側の表面層を除去することによりすくい面の表面層厚さを均一にすることが適当である。刃先部の表面層厚さを低減する可能性のあるもう１つの場合は、熱処理後に（通常通り熱処理前でなく）切削工具の刃先を丸めるために行なう。この場合、刃先部の表面層厚さは平坦部の表面層厚さの１０％〜９０％であるか、場合によっては、刃先の横断面で測定して１０〜１００μｍの長さの範囲内で、刃先の最外部の表面層を完全に除去する。刃先部と平坦部とで表面層厚さに差が生ずるのは、脱炭処理の過程で刃先部の方が平坦部よりも大きい脱炭作用を受けるからである。場合によっては、表面層は刃先部にのみ存在しており、刃先の最外部から１ｍｍ、望ましくは０．５ｍｍ以下の範囲内にある。表面粗さＲａは１０μｍ未満、望ましくは５μｍ未満である。
【００２７】
表面層内のＣｏ含有量は、公称Ｃｏ含有量より少なくとも１０％大であってもよいし、公称Ｃｏ含有量の＋１０％〜−４０％の範囲内であってもよい。ＷＣ粒の粒径および形状は変化していてもいなくても良い。
【００２８】
表面層内のＷＣ粒径は部材の他の部分の公称ＷＣ粒径に対して、少なくとも２０％、望ましくは３０％以上大きくて良いし、ほとんど変わらなくても良い。ＷＣ粒径の増加は、主として粒成長抑制剤を添加していないＷＣ−Ｃｏ部材で起きる。η相の生成に近い低炭素の超硬合金系に比べて、飽和点に近い高炭素の超硬合金系の方が、ＷＣ粒径の増加が大きい。ＷＣ粒径が大きくなっている表面層ではＷＣ粒径の勾配が観察される。表面層の内部寄り部分から外部寄り部分にかけて粒径が大きくなる。ＷＣ粒径の増加の有無に関わらずＣｏ濃度が高くなっている表面層は、高い靭性を必要とする切削用途に適している。
【００２９】
表面層内でＷＣ粒径の増加があるかまたはＣｏ濃化があると、靭性、高温変形抵抗、耐チッピング性の必要性の高い切削用途で工具寿命が向上する。
【００３０】
熱処理工程１および２を施した後の部材は、ＷＣ粒径およびＣｏ含有量が公称レベルより高い表面層が形成されており、表面層内のＣｏ含有量を公称Ｃｏレベルと同程度にまで、または幾分低目にまで低下させることが適当である。そのためには、熱処理工程２の保持時間を５時間以下の範囲で延長して中性雰囲気または真空中にて行い（熱処理工程２Ａ）、および／または、更に付加的な熱処理（一回または複数回）を１４５０℃以下の範囲の高温で中性雰囲気または真空中で行なう（熱処理工程２Ｂ）。
【００３１】
Ｃｏ含有量の低減または調整を行なうもう１つの方法は、熱処理工程２の後に熱処理（一回または複数回）を行い、その熱処理のうち少なくとも一回は、ＣＨ４＋Ｈ２混合ガスを含む還元雰囲気中で行なう。
【００３２】
熱処理工程１、２の後に、更に付加的な熱処理工程（熱処理工程２Ａ、２Ｂ、３、４、５）を行なえばＣｏ量が低下する。
【００３３】
熱処理工程３は、ＣＨ４＋Ｈ２のような浸炭雰囲気中で、温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて行なう。
【００３４】
熱処理工程４は、中性雰囲気または真空中で、温度１３５０〜１４５０℃、保持時間０．１〜２時間にて行なう。
【００３５】
熱処理工程５は、ＣＨ４＋Ｈ２のような浸炭雰囲気中で、温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて行なう。
【００３６】
熱処理工程１、２、２Ａ、２Ｂまたは１、２、３を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の±２０％の変動範囲内にまで低下する。
【００３７】
熱処理工程１、２、２Ａ、２Ｂまたは１、２、３、４を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の±１０％の変動範囲内にまで調整される。
【００３８】
熱処理工程１、２、３、４、５を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の−２０％から−４０％の範囲内にまで低下する。
【００３９】
表面層のＣｏ低減方法として熱処理工程１＋２、１＋２＋２Ａ、１＋２＋２Ｂを行なった場合と熱処理工程１＋２＋３、１＋２＋３＋４、１＋２＋３＋４＋５を行なって場合とで生ずる違いは、中性雰囲気を用いた工程２Ａ、２Ｂは浸炭雰囲気を用いた工程３、５よりも部材の総炭素含有量が低いことである。
【００４０】
本発明の部材は公知の被覆法により耐摩耗性被膜を被覆される。
【００４１】
本発明の方法の適用対象の１つは、ＷＣ−Ｃｏ部材であり、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖのような粒成長抑制剤を３wt％未満、望ましくは２．５wt％未満添加しても良いし添加しなくてもよく、結合相を３〜１２wt％、望ましくは５〜１２wt％含有し、ＷＣの平均粒径が０．３〜３μｍ、望ましくは０．５〜１．７μｍであり、炭素含有量が飽和炭素濃度を超えないものである。望ましくは、脱炭処理前の部材にはη相が存在しない。本発明の方法のもう１つの適用対象は、ＷＣ−Ｃｏ−γ相部材であり、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｈｆのうちの少なくとも１種を総量で１０wt％以下含有する。結合相は望ましくはＣｏであるが、ＦｅおよびＮｉまたはこれらの混合物のような他の元素を含むかこれら他の元素から成ることができる。
【００４２】
第１の望ましい実施形態においては、熱処理工程１として中程度から強い脱炭を、温度１０００〜１２５０℃、保持時間２〜１０時間、露点０℃〜−３０℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気またはＨ２＋ＣＯ２（ＣＯ２量１０〜２０％）雰囲気中にて行なった後に、熱処理工程２を中性ガス雰囲気または真空中にて１３６０〜１４１０℃、０．５〜５時間行なう。
【００４３】
熱処理工程１、２を行なうと、超硬合金部材の平均ＷＣ粒径より２０％、望ましくは３０％大きい平均粒径を持つＷＣ粒を含む表面層が得られる。表面層は厚さ５〜１００μｍ、望ましくは１０〜３０μｍであり、平均Ｃｏ含有量が公称Ｃｏ含有量に対して少なくとも１０％、望ましくは３０％多い。
【００４４】
ＷＣ粒径が大きい表面層を持つ部材は、表面層と内部との間に中間層が介在している。この中間層は、厚さが表面層と同等または２００％以下の範囲で厚く、ＷＣ粒径が超硬具Ａｕ部材内部より１０〜３０％小さい。中間層内のＣｏ含有量は、表面層以外の公称Ｃｏ含有量に対して１０％以内の変動で実質的に同等であっても良いし、公称Ｃｏ含有量に対して１０％〜３０％低くても良い。Ｃｏ含有量が８wt％未満で粒成長抑制剤を添加していない超硬合金部材に強い脱炭処理を施すと、ＷＣ粒径の小さい中間層が形成され得る。このような中間層は、粒成長抑制剤を添加したり、および／または、Ｃｏ含有量が８wt％より高い部材には存在しない。
【００４５】
表面層内では、大部分のＷＣ粒は形状がほぼ変動していないが、一部は板状に変化している。ＷＣ粒径と板状ＷＣの量は表面層内で表面に向かって増加している。弱い粒成長抑制剤を少量添加したＷＣ−Ｃｏ部材でも粒成長が起きる。しかし、ＶＣを含む部材ではＷＣ粒の成長は全く見られない。
【００４６】
この実施形態による超硬合金の最も適している用途は、鋼または鋳鉄を冷却剤を用いずに断続重切削するような高い靭性を要する切削分野である。
【００４７】
第２の望ましい実施形態においては、第１の実施形態による部材に更に３回の熱処理工程３、４、５を施す。熱処理工程１、２、３を行なうと、表面層内のＣｏ含有量が公称Ｃｏ含有量の２０％の変動範囲内に調整される。熱処理工程１、２、３、４を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の１０％の変動範囲内に調整され、熱処理工程１、２、３、４、５を行なうと、表面層内のＣｏ含有量は公称Ｃｏ含有量の−２０％〜−４０％の範囲内の調整される。表面層内の平均ＷＣ粒径は第１の実施形態に対して１０％の変動範囲内で同等または３０％以下の範囲で大きい。
【００４８】
Ｃｏ含有量およびＷＣ粒径について、熱処理工程３、４、５と同様な結果が得られる方法として、熱処理工程２の保持時間を延長して熱処理工程２Ａにおいて、１３５０〜１４５０℃、望ましくは１３５０〜１４００℃で、保持時間５時間以下、中性雰囲気または真空中で熱処理する方法があり、あるいは、熱処理工程２Ｂを用い１４５０℃以下の範囲の高温で保持時間１〜３時間にて中性ガス雰囲気または真空中で熱処理する方法もある。この熱処理工程２Ｂは、複数種類の温度および複数種類の保持時間で行なうことができる。２種類の温度で行なう場合、１回目の処理温度を２回目の処理温度よりも少なくとも２０℃、望ましくは５０℃以上低くして行なうことが適当である。
【００４９】
この実施形態による超硬合金の最も適した用途は、冷却剤を用いてステンレス鋼を断続切削する場合のように、大きな熱サイクルによって熱亀裂や熱剥離が発生し、高い靭性を必要とする切削分野である。
【００５０】
第３の望ましい実施形態においては、従来量の粒成長抑制剤を含有するＷＣ−Ｃｏ基部材に弱から中程度の脱炭熱処理（熱処理工程１）を施す。この脱炭熱処理は、９５０〜１０００℃のような比較的低温で１０時間以下、露点＋１５℃〜＋２５℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中にて行うこともできるし、あるいは、１２５０℃のような比較的高温で１〜２時間、露点−２０℃〜−３０℃のＨ２＋Ｈ２Ｏ雰囲気中にて行うこともできる。この脱炭処理を行なうと、厚さ１０μｍ以下の薄い表面層が形成される。Ａｒのような中性ガス雰囲気または真空中での熱処理工程（熱処理工程２）は、１３５０〜１４１０℃で２０分〜３時間行なう。得られる表面層は、Ｃｏ含有量が公称Ｃｏ含有量より少なくとも１０％、望ましくは３０％高い。平均ＷＣ粒径は超硬合金部材の他の部分と変わらないかまたは２０％以下の範囲で大きい。表面層の厚さは５〜２０μｍ、望ましくは５〜１０μｍである。
【００５１】
この実施形態による超硬合金の最も適した用途は、刃先半径が比較的小さい切削工具インサートを用いて高い靭性を要する切削分野である。
【００５２】
実施例１〜１１
従来のように製造した切削工具インサートＣＮＭＧ１２０４１２に、本発明により表１に示した熱処理を施した。表２に、得られた表面層を示す。このインサートに被膜を付与した後、切削試験を行った。熱処理しないインサートと対比して試験結果を表２に示す。
【００５３】
【表１】
【表２】
【表３】
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図２】 図２は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図３】 図３は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図４】 図４は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図５】 図５は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図６】 図６は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図７】 図７に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図８】 図８に、脱炭雰囲気中での脱炭処理と、中性ガス雰囲気中での熱処理と、浸炭雰囲気中での付加的な熱処理と、中性ガス雰囲気中での更に付加的な熱処理と、浸炭雰囲気中での更に別の付加的な熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図９】 図９は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
【図１０】 図１０は、脱炭雰囲気中での脱炭処理と中性ガス雰囲気中での熱処理とを行なった後の表面層の走査電子顕微鏡写真である。
Claims (10)
- ３〜１２wt％の結合相を含み、炭素含有量が飽和点未満であり、厚さ５〜１００μｍの、内部と異なる表面層を備えており、Ｈ２＋Ｈ２ＯまたはＨ２＋ＣＯ２ガス雰囲気中で温度９００〜１２９０℃で、１〜１０時間の脱炭処理を行なってη相含有表面層を形成した被膜付き超硬合金部材の製造方法において、
上記部材を温度１３５０〜１４５０℃で、１０分〜１０時間、中性ガス雰囲気または真空中で熱処理することにより、前記脱炭処理中に形成された前記η相その他の相を完全に再変態させてＷＣ＋Ｃｏ相にすることを特徴とする方法。 - 請求項１において、前記超硬合金部材がＷＣ−Ｃｏから成ることを特徴とする方法。
- 請求項２において、前記超硬合金部材が、添加成分として３wt％未満の、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖのうちのいずれか一つである粒成長抑制剤を添加したＷＣ−Ｃｏから成ることを特徴とする方法。
- 請求項１において、前記超硬合金部材が、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｈｆ、Ｚｒのうちの少なくとも１種を総量で１０wt％以下含有するＷＣ−Ｃｏ−γ相から成ることを特徴とする方法。
- 請求項１において、前記超硬合金部材を、ＣＨ4＋Ｈ2のような浸炭雰囲気中で温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて、更に熱処理することを特徴とする方法。
- 請求項５において、前記超硬合金部材を、中性ガス雰囲気または真空中で温度１３６０〜１４５０℃、保持時間０．１〜２時間にて、更に熱処理することを特徴とする方法。
- 請求項６において、前記超硬合金部材を、ＣＨ4＋Ｈ2のような浸炭雰囲気中で温度範囲１２００〜１３７０℃、０．１〜２時間にて、更に熱処理することを特徴とする方法。
- 請求項１において、前記超硬合金部材を、中性雰囲気または真空中で、温度範囲１３６０〜１４５０℃および保持時間０．１〜５時間の範囲内で複数種類の温度および保持時間を用いて、熱処理することを特徴とする方法。
- 請求項８において、一回目の熱処理温度が二回目の熱処理温度よりも２０℃以上高温であることを特徴とする方法。
- 被膜付きＷＣ＋Ｃｏ基超硬合金部材であって、炭素含有量が飽和点未満であり、３wt％未満の、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂ、Ｖのうちのいずれか一つである粒成長抑制剤を添加しまたは添加せず、平均ＷＣ粒径が０．３〜３μｍであり、３〜１２wt％の結合相を含み、該結合相はＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅのうちの少なくとも１種を含み、厚さ５〜１００μｍの、内部と異なる表面層を備えている超硬合金部材において、上記表面層は、
ＷＣ粒の平均粒径が公称粒径よりも２０％大きく、Ｃｏの平均含有量が公称Ｃｏ含有量よりも２０％以上多いか、または、
ＷＣ粒の平均粒径が公称粒径よりも２０％大きく、Ｃｏの含有量が公称Ｃｏ含有量よりも１０％以下多い上限から、４０％以下少ない下限までの範囲内であるか、または、
ＷＣ粒の平均粒径が公称粒径の±２０％の範囲内であり、Ｃｏの平均含有量が公称Ｃｏ含有量よりも１０％以上多いことを特徴とする被膜付き超硬合金部材。
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