JPH10147831A - 窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法 - Google Patents
窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法Info
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- JPH10147831A JPH10147831A JP32456596A JP32456596A JPH10147831A JP H10147831 A JPH10147831 A JP H10147831A JP 32456596 A JP32456596 A JP 32456596A JP 32456596 A JP32456596 A JP 32456596A JP H10147831 A JPH10147831 A JP H10147831A
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Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【課題】 雰囲気加熱により表面硬質層を形成させたサ
ーメット工具では、耐摩耗性は改善できるものの耐欠損
性の低下が著しいため、耐摩耗性と耐欠損性の同時改善
は困難である。 【解決手段】 Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする
結合相を５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４
ａ，５ａ，６ａ族元素の中の複合炭化物，複合窒化物，
複合炭窒化物の中から１種のＴｉ含有化合物を主成分と
する硬質相と不可避不純物からなる焼結合金の表面に窒
化処理により形成された窒化硬質層を有するサーメット
工具であって、窒化硬質層は、２重量％以下の結合相で
なる層内結合相と、残部が硬質相の平均窒素含有量より
も多くの窒素量を含有した層内硬質相とからなり、かつ
層内硬質相の結晶粒子が窒化硬質層の表面に対して垂直
に配列した柱状晶を呈しており、窒化硬質層の層厚さが
０．５〜１５μｍである。
ーメット工具では、耐摩耗性は改善できるものの耐欠損
性の低下が著しいため、耐摩耗性と耐欠損性の同時改善
は困難である。 【解決手段】 Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする
結合相を５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４
ａ，５ａ，６ａ族元素の中の複合炭化物，複合窒化物，
複合炭窒化物の中から１種のＴｉ含有化合物を主成分と
する硬質相と不可避不純物からなる焼結合金の表面に窒
化処理により形成された窒化硬質層を有するサーメット
工具であって、窒化硬質層は、２重量％以下の結合相で
なる層内結合相と、残部が硬質相の平均窒素含有量より
も多くの窒素量を含有した層内硬質相とからなり、かつ
層内硬質相の結晶粒子が窒化硬質層の表面に対して垂直
に配列した柱状晶を呈しており、窒化硬質層の層厚さが
０．５〜１５μｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、従来から用いられ
ているＴｉ含有の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種以上
を主成分とする硬質相とＦｅ族金属を主成分とする結合
相とからなるサーメット焼結合金を窒素処理して得られ
る表面部に窒化硬質層を有するサーメット工具およびそ
の製造方法に関し、具体的には、ドリル，エンドミル，
リーマ，旋削工具およびフライス工具などに代表される
切削工具，裁断工具，スリッターなどの切断工具，ノズ
ルに代表される耐摩耗工具として適用可能な窒化硬質層
を有するサーメット工具およびその製造方法に関するも
のである。
ているＴｉ含有の炭化物，窒化物，炭窒化物の１種以上
を主成分とする硬質相とＦｅ族金属を主成分とする結合
相とからなるサーメット焼結合金を窒素処理して得られ
る表面部に窒化硬質層を有するサーメット工具およびそ
の製造方法に関し、具体的には、ドリル，エンドミル，
リーマ，旋削工具およびフライス工具などに代表される
切削工具，裁断工具，スリッターなどの切断工具，ノズ
ルに代表される耐摩耗工具として適用可能な窒化硬質層
を有するサーメット工具およびその製造方法に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】一般に、超硬合金に対比して、サーメッ
ト工具は、Ｆｅとの反応性が低いため、優れた耐摩耗性
と美麗な仕上げ面粗さを示すという特徴を有し、各種の
鋼，鋳物の旋削およびフライス工具などに代表される広
範囲な切削工具に使用されている。しかし、切削加工の
無人化と高速切削化に伴って、さらなる耐摩耗性の向上
が求められている。通常、ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮを
主成分とする硬質相とＮｉ，Ｃｏを主成分とする結合相
とでなるサーメット工具の耐摩耗性を向上させるには、
結合相量の減少または硬質相中に添加するＭｏ２Ｃ，Ｗ
Ｃ，ＴａＣなどの添加量を減少すれば良いが、耐欠損性
が低下するという問題がある。また、サーメット工具の
表面にＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣなどの硬質膜を被覆す
れば耐摩耗性が向上するものの、耐欠損性は顕著に低下
し、短寿命になるという問題がある。
ト工具は、Ｆｅとの反応性が低いため、優れた耐摩耗性
と美麗な仕上げ面粗さを示すという特徴を有し、各種の
鋼，鋳物の旋削およびフライス工具などに代表される広
範囲な切削工具に使用されている。しかし、切削加工の
無人化と高速切削化に伴って、さらなる耐摩耗性の向上
が求められている。通常、ＴｉＣ，ＴｉＣＮ，ＴｉＮを
主成分とする硬質相とＮｉ，Ｃｏを主成分とする結合相
とでなるサーメット工具の耐摩耗性を向上させるには、
結合相量の減少または硬質相中に添加するＭｏ２Ｃ，Ｗ
Ｃ，ＴａＣなどの添加量を減少すれば良いが、耐欠損性
が低下するという問題がある。また、サーメット工具の
表面にＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＴｉＣなどの硬質膜を被覆す
れば耐摩耗性が向上するものの、耐欠損性は顕著に低下
し、短寿命になるという問題がある。
【０００３】そこで、耐欠損性を低下させることなく耐
摩耗性を向上させる手段として、表面近傍の結合相量を
漸次減少させた傾斜組成のサーメット工具や雰囲気加熱
により表面硬質層を形成させたサーメット工具が数多く
提案されている。これらのうち、傾斜組成のサーメット
工具に関する代表的なものとして、特開平２ー１５１３
９号公報，特開平２ー９３０３６号公報があり、また表
面硬質層を形成させたサーメット工具に関する代表的な
ものとして、特公昭６１ー１２９８９号公報がある。
摩耗性を向上させる手段として、表面近傍の結合相量を
漸次減少させた傾斜組成のサーメット工具や雰囲気加熱
により表面硬質層を形成させたサーメット工具が数多く
提案されている。これらのうち、傾斜組成のサーメット
工具に関する代表的なものとして、特開平２ー１５１３
９号公報，特開平２ー９３０３６号公報があり、また表
面硬質層を形成させたサーメット工具に関する代表的な
ものとして、特公昭６１ー１２９８９号公報がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】先行技術としての傾斜
組成のサーメット工具のうち、特開平２ー１５１３９号
公報には、表面から１０００μｍまでの表面部を内部よ
り高靱性・高硬度にしたＴｉＣＮ基サーメットが開示さ
れており、特開平２ー９３０３６号公報には、表面から
５０μｍまでの表面部の間にビッカース硬さで２０００
以上の部分を存在させたＴｉＣＮ基サーメットが開示さ
れている。これら両公報に開示されているＴｉＣＮ基サ
ーメットの表面部は、液相出現温度以上の焼結過程で窒
素ガス雰囲気とし、かつ焼結終了前に真空雰囲気とする
ことにより、表面部での硬質相の粗大化を防止すると同
時に表面近傍の結合相量を表面ほど減少させて高硬度と
したものである。これら両公報のＴｉＣＮ基サーメット
は、表面部の結合相が減少しているために耐摩耗性は改
善されるものの、表面部の硬質相がそれほど微細化され
なく、そのために耐欠損性が低下すると共に、耐塑性変
形性が不十分であることから、短寿命になるという問題
がある。
組成のサーメット工具のうち、特開平２ー１５１３９号
公報には、表面から１０００μｍまでの表面部を内部よ
り高靱性・高硬度にしたＴｉＣＮ基サーメットが開示さ
れており、特開平２ー９３０３６号公報には、表面から
５０μｍまでの表面部の間にビッカース硬さで２０００
以上の部分を存在させたＴｉＣＮ基サーメットが開示さ
れている。これら両公報に開示されているＴｉＣＮ基サ
ーメットの表面部は、液相出現温度以上の焼結過程で窒
素ガス雰囲気とし、かつ焼結終了前に真空雰囲気とする
ことにより、表面部での硬質相の粗大化を防止すると同
時に表面近傍の結合相量を表面ほど減少させて高硬度と
したものである。これら両公報のＴｉＣＮ基サーメット
は、表面部の結合相が減少しているために耐摩耗性は改
善されるものの、表面部の硬質相がそれほど微細化され
なく、そのために耐欠損性が低下すると共に、耐塑性変
形性が不十分であることから、短寿命になるという問題
がある。
【０００５】また、特公昭６１ー１２９８９号公報に
は、表面層がＴｉとＴｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６
ａ族金属のうちの１種または２種以上との複合金属炭窒
化物からなり、かつ平均層厚：０．５〜１５μｍを有す
る反応層で構成した切削工具用サーメットチップおよび
その製造方法が開示されている。同公報に開示されてい
る反応層は、１０ー１ｔｏｒｒ以下の高真空中で焼結す
る工程において、脱窒現象を起こさせることにより非金
属成分（主に窒素）の減少した表面層を生じさせた後、
窒素含有雰囲気で１１００〜１３００℃の温度で加熱処
理して反応層としたものである。同公報の切削工具用サ
ーメットチップは、表面部に形成された反応層が高硬度
な複合金属炭窒化物であるため、耐摩耗性は改善される
ものの、脱窒現象により生じた粗大な複合金属炭窒化物
を窒化した粗大な粒状であることから、耐摩耗性が不十
分であること、および耐欠損性が低下することに伴っ
て、短寿命になるという問題がある。
は、表面層がＴｉとＴｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６
ａ族金属のうちの１種または２種以上との複合金属炭窒
化物からなり、かつ平均層厚：０．５〜１５μｍを有す
る反応層で構成した切削工具用サーメットチップおよび
その製造方法が開示されている。同公報に開示されてい
る反応層は、１０ー１ｔｏｒｒ以下の高真空中で焼結す
る工程において、脱窒現象を起こさせることにより非金
属成分（主に窒素）の減少した表面層を生じさせた後、
窒素含有雰囲気で１１００〜１３００℃の温度で加熱処
理して反応層としたものである。同公報の切削工具用サ
ーメットチップは、表面部に形成された反応層が高硬度
な複合金属炭窒化物であるため、耐摩耗性は改善される
ものの、脱窒現象により生じた粗大な複合金属炭窒化物
を窒化した粗大な粒状であることから、耐摩耗性が不十
分であること、および耐欠損性が低下することに伴っ
て、短寿命になるという問題がある。
【０００６】本発明は、上記のような問題点を解決した
もので、具体的には、サーメットチップの表面に、結合
相が殆ど無く、かつ硬質相粒子がサーメットチップの表
面に対して垂直に配列した柱状組織を呈する窒化硬質層
を形成させることにより、耐欠損性を低下させることな
く、耐摩耗性および耐塑性変形性を大幅に改善し、長寿
命化を達成させた窒化硬質層を有するサーメット工具及
びその製造方法の提供を目的とするものである。
もので、具体的には、サーメットチップの表面に、結合
相が殆ど無く、かつ硬質相粒子がサーメットチップの表
面に対して垂直に配列した柱状組織を呈する窒化硬質層
を形成させることにより、耐欠損性を低下させることな
く、耐摩耗性および耐塑性変形性を大幅に改善し、長寿
命化を達成させた窒化硬質層を有するサーメット工具及
びその製造方法の提供を目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、長年に亘
り、表面に硬質層を有するサーメット工具について、耐
欠損性を低下させることなく、耐摩耗性や耐塑性変形性
を改善するために、主として組織，組成，厚みなどの硬
質層の構成とその製造方法に関して検討を行っていたと
ころ、サーメット組成成分の混合粉末を、組成成分の窒
素含有量に応じた窒素分圧の雰囲気中において液相出現
温度以上で焼結すると、表面部まで均一な組成・組織の
焼結合金となること、その後、焼結時より窒素分圧の高
い窒素含有雰囲気中で液相出現温度以下に加熱処理する
と、表面部には結合相量を殆ど含有せず、かつ硬質相粒
子が焼結合金の表面に対して垂直に配列した柱状組織を
呈する窒化硬質層を形成させ得ること、その結果工具と
して用いた場合に耐欠損性を低下させることなく、耐摩
耗性および耐塑性変形性が顕著に向上し、長寿命化が達
成されるという知見を得て、本発明を完成するに至った
ものである。
り、表面に硬質層を有するサーメット工具について、耐
欠損性を低下させることなく、耐摩耗性や耐塑性変形性
を改善するために、主として組織，組成，厚みなどの硬
質層の構成とその製造方法に関して検討を行っていたと
ころ、サーメット組成成分の混合粉末を、組成成分の窒
素含有量に応じた窒素分圧の雰囲気中において液相出現
温度以上で焼結すると、表面部まで均一な組成・組織の
焼結合金となること、その後、焼結時より窒素分圧の高
い窒素含有雰囲気中で液相出現温度以下に加熱処理する
と、表面部には結合相量を殆ど含有せず、かつ硬質相粒
子が焼結合金の表面に対して垂直に配列した柱状組織を
呈する窒化硬質層を形成させ得ること、その結果工具と
して用いた場合に耐欠損性を低下させることなく、耐摩
耗性および耐塑性変形性が顕著に向上し、長寿命化が達
成されるという知見を得て、本発明を完成するに至った
ものである。
【０００８】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具は、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする結合相を
５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化物，炭窒
化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４ａ，５ａ，
６ａ族元素の中の１種以上とを含む複合炭化物，複合窒
化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なくとも１種の
Ｔｉ含有化合物を主成分とする硬質相と不可避不純物か
らなる焼結合金の表面の一部または全面に窒化処理によ
り形成された窒化硬質層を有するサーメット工具であっ
て、該窒化硬質層は、２重量％以下の該結合相でなる層
内結合相と、残部が該硬質相の平均窒素含有量よりも多
くの窒素量を含有した層内硬質相とからなり、かつ該層
内硬質相の結晶粒子が該窒化硬質層の表面に対して垂直
に配列した柱状晶を呈しており、該窒化硬質層の層厚さ
が０．５〜１５μｍであることを特徴とするものであ
る。
具は、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする結合相を
５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化物，炭窒
化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４ａ，５ａ，
６ａ族元素の中の１種以上とを含む複合炭化物，複合窒
化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なくとも１種の
Ｔｉ含有化合物を主成分とする硬質相と不可避不純物か
らなる焼結合金の表面の一部または全面に窒化処理によ
り形成された窒化硬質層を有するサーメット工具であっ
て、該窒化硬質層は、２重量％以下の該結合相でなる層
内結合相と、残部が該硬質相の平均窒素含有量よりも多
くの窒素量を含有した層内硬質相とからなり、かつ該層
内硬質相の結晶粒子が該窒化硬質層の表面に対して垂直
に配列した柱状晶を呈しており、該窒化硬質層の層厚さ
が０．５〜１５μｍであることを特徴とするものであ
る。
【０００９】
【発明の実施の形態】本発明の窒化硬質層を有するサー
メット工具における結合相は、具体的には、Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ−Ｎｉ合金またはＣｏおよび／またはＮｉを５
０重量％以上と、残りが他の金属元素とからなる場合で
ある。このうち、ＣｏおよびＮｉ以外の金属元素として
は、例えばＭｏ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｖ，Ｚ
ｒ，Ｆｅを挙げることができる。これらの結合相のう
ち、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ，Ａｌの１種以上を２
０重量％以下固溶したＣｏおよび／またはＮｉの合金で
なる結合相は、耐摩耗性および耐塑性変形性を高めるこ
とから好ましいことである。この結合相の含有量は、工
具全体に対して５重量％未満になると靱性の低下により
耐欠損性が劣化し、逆に３０重量％を超えて多くなると
硬さの低下により耐摩耗性および耐塑性変形性が劣化す
るために、５〜３０重量％と定めたものである。
メット工具における結合相は、具体的には、Ｃｏ，Ｎ
ｉ，Ｃｏ−Ｎｉ合金またはＣｏおよび／またはＮｉを５
０重量％以上と、残りが他の金属元素とからなる場合で
ある。このうち、ＣｏおよびＮｉ以外の金属元素として
は、例えばＭｏ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｖ，Ｚ
ｒ，Ｆｅを挙げることができる。これらの結合相のう
ち、Ｍｏ，Ｔｉ，Ｗ，Ｔａ，Ｃｒ，Ａｌの１種以上を２
０重量％以下固溶したＣｏおよび／またはＮｉの合金で
なる結合相は、耐摩耗性および耐塑性変形性を高めるこ
とから好ましいことである。この結合相の含有量は、工
具全体に対して５重量％未満になると靱性の低下により
耐欠損性が劣化し、逆に３０重量％を超えて多くなると
硬さの低下により耐摩耗性および耐塑性変形性が劣化す
るために、５〜３０重量％と定めたものである。
【００１０】この結合相は、後述する窒化硬質層の直
下、別の表現をすると、窒化硬質層と窒化硬質層を除い
た焼結合金との境界面から焼結合金の内部に向って５〜
５０μｍまでの領域における結合相量が、さらに焼結合
金のほぼ中心部における平均結合相量より多い構成にす
ると、窒化硬質層の厚みを増加させた場合に耐欠損性の
低下が少ないことから好ましいことである。
下、別の表現をすると、窒化硬質層と窒化硬質層を除い
た焼結合金との境界面から焼結合金の内部に向って５〜
５０μｍまでの領域における結合相量が、さらに焼結合
金のほぼ中心部における平均結合相量より多い構成にす
ると、窒化硬質層の厚みを増加させた場合に耐欠損性の
低下が少ないことから好ましいことである。
【００１１】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具における硬質相は、具体的には、例えばＴｉＣ，Ｔｉ
ＣＮ，ＴｉＮおよび（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，
Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ
ｏ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｔａ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｖ，Ｍ
ｏ）ＣＮなどに代表されるＴｉとＴｉを除く周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族元素の中の１種以上とを含む複合炭化
物，複合窒化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なく
とも１種のＴｉ含有化合物からなる場合、またはこのＴ
ｉ含有化合物を５０重量％以上と、残りが、Ｔｉを除い
た周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物お
よびこれらの相互固溶体の中の１種以上からなる場合で
ある。これらの硬質相のうち、Ｔｉを除いた周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物およびこれらの
相互固溶体の中の１種以上からなる硬質相は、具体的に
は、例えばＭｏ2Ｃ，ＷＣ，ＶＣ，ＮｂＮ，ＴａＣ，Ｚ
ｒＣ，Ｚｒ（ＣＮ），ＨｆＣ，（Ｔａ，Ｗ）Ｃ，（Ｗ，
Ｍｏ）Ｃを挙げることができる。
具における硬質相は、具体的には、例えばＴｉＣ，Ｔｉ
ＣＮ，ＴｉＮおよび（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，
Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍ
ｏ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ，
Ｗ，Ｔａ）ＣＮ，（Ｔｉ，Ｚｒ）Ｎ，（Ｔｉ，Ｖ，Ｍ
ｏ）ＣＮなどに代表されるＴｉとＴｉを除く周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族元素の中の１種以上とを含む複合炭化
物，複合窒化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なく
とも１種のＴｉ含有化合物からなる場合、またはこのＴ
ｉ含有化合物を５０重量％以上と、残りが、Ｔｉを除い
た周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物お
よびこれらの相互固溶体の中の１種以上からなる場合で
ある。これらの硬質相のうち、Ｔｉを除いた周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物、窒化物およびこれらの
相互固溶体の中の１種以上からなる硬質相は、具体的に
は、例えばＭｏ2Ｃ，ＷＣ，ＶＣ，ＮｂＮ，ＴａＣ，Ｚ
ｒＣ，Ｚｒ（ＣＮ），ＨｆＣ，（Ｔａ，Ｗ）Ｃ，（Ｗ，
Ｍｏ）Ｃを挙げることができる。
【００１２】これらの硬質相は、Ｔｉを除く周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物とＴ
ｉの炭化物，窒化物，炭窒化物とから形成される場合に
は、後述する窒化硬質層の構造および特性にすぐれるこ
と、および窒化硬質層を除いた工具内部の特性がすぐれ
ることから好ましいことである。
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物とＴ
ｉの炭化物，窒化物，炭窒化物とから形成される場合に
は、後述する窒化硬質層の構造および特性にすぐれるこ
と、および窒化硬質層を除いた工具内部の特性がすぐれ
ることから好ましいことである。
【００１３】この硬質相の構造は、具体的には、例えば
ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＷＣの単一粒子でなる場
合、芯部がＴｉＣ，ＴｉＣＮであり、周辺部が（Ｔｉ，
Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｔａ）ＣＮである２重構造粒子、さらに２重構造粒子の
外周がＷＣ，（Ｗ，Ｔａ）Ｃである３重構造粒子に代表
される有芯構造粒子でなる場合、（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，
（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮ
に代表される固溶体粒子でなる場合、およびこれらの２
種以上が混在している場合を挙げることができる。
ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ，ＷＣの単一粒子でなる場
合、芯部がＴｉＣ，ＴｉＣＮであり、周辺部が（Ｔｉ，
Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，
Ｔａ）ＣＮである２重構造粒子、さらに２重構造粒子の
外周がＷＣ，（Ｗ，Ｔａ）Ｃである３重構造粒子に代表
される有芯構造粒子でなる場合、（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，
（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮ
に代表される固溶体粒子でなる場合、およびこれらの２
種以上が混在している場合を挙げることができる。
【００１４】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具における不可避不純物は、この工具を作製するための
出発物質に混在している場合、またはこの工具を作製す
る製造工程から混入してくる場合がある。これらの不可
避不純物のうち、上述の結合相と硬質相を構成している
金属元素からなる不可避不純物の場合には、ほとんど問
題がないのであるが、例えば酸素，炭素，窒素，Ｓｉ，
Ｓ，Ｃａ，Ｎａからなる不可避不純物の場合、特に酸素
の場合には工具全体に対し０．５重量％以下、Ｓｉ，
Ｓ，Ｃａ，Ｎａの場合には工具全体に対し０．０１重量
％以下、工具全体に対して、不可避不純物の合計量を
０．５重量％以下に抑制すると、強度，靭性および耐欠
損性にすぐれることから好ましいことである。
具における不可避不純物は、この工具を作製するための
出発物質に混在している場合、またはこの工具を作製す
る製造工程から混入してくる場合がある。これらの不可
避不純物のうち、上述の結合相と硬質相を構成している
金属元素からなる不可避不純物の場合には、ほとんど問
題がないのであるが、例えば酸素，炭素，窒素，Ｓｉ，
Ｓ，Ｃａ，Ｎａからなる不可避不純物の場合、特に酸素
の場合には工具全体に対し０．５重量％以下、Ｓｉ，
Ｓ，Ｃａ，Ｎａの場合には工具全体に対し０．０１重量
％以下、工具全体に対して、不可避不純物の合計量を
０．５重量％以下に抑制すると、強度，靭性および耐欠
損性にすぐれることから好ましいことである。
【００１５】上述の結合相と硬質相と不可避不純物とか
らなるサーメット焼結合金の表面部に形成される窒化硬
質層は、層厚みが０．５μｍ未満になると耐摩耗性の改
善が僅かであり、逆に１５μｍを超えて厚くなると耐欠
損性の低下が著しく、また形成に長時間を要するため
に、５〜１５μｍと定めたものである。
らなるサーメット焼結合金の表面部に形成される窒化硬
質層は、層厚みが０．５μｍ未満になると耐摩耗性の改
善が僅かであり、逆に１５μｍを超えて厚くなると耐欠
損性の低下が著しく、また形成に長時間を要するため
に、５〜１５μｍと定めたものである。
【００１６】この窒化硬質層の組織は、層内硬質相の結
晶粒子が窒化硬質層の表面に対して垂直に配列し、断面
組織において柱状を呈するものである。特に、窒化硬質
層のＸ線回折における層内硬質相の結晶面のうち（１１
１）面ピーク高さが（２００）面ピーク高さより高い場
合には、硬さ向上による耐摩耗性と柱状晶の発達に伴う
靱性向上による耐欠損性が共に改善されるので好まし
い。また、窒化硬質層中における層内硬質相の平均粒度
が、窒化硬質層を除く焼結合金内部の平均硬質相粒度よ
り小さいと、硬さ向上により耐摩耗性が改善されること
から好ましいことである。
晶粒子が窒化硬質層の表面に対して垂直に配列し、断面
組織において柱状を呈するものである。特に、窒化硬質
層のＸ線回折における層内硬質相の結晶面のうち（１１
１）面ピーク高さが（２００）面ピーク高さより高い場
合には、硬さ向上による耐摩耗性と柱状晶の発達に伴う
靱性向上による耐欠損性が共に改善されるので好まし
い。また、窒化硬質層中における層内硬質相の平均粒度
が、窒化硬質層を除く焼結合金内部の平均硬質相粒度よ
り小さいと、硬さ向上により耐摩耗性が改善されること
から好ましいことである。
【００１７】この窒化硬質層中の層内結合相の含有量
は、２重量％を超えて多くなると、硬さ低下により耐摩
耗性の改善効果が減少するために、２重量％以下と定め
たものである。窒化硬質層の硬さは、ＨＶで２，０００
以上であると、耐摩耗性が顕著に改善されることから好
ましいことである。
は、２重量％を超えて多くなると、硬さ低下により耐摩
耗性の改善効果が減少するために、２重量％以下と定め
たものである。窒化硬質層の硬さは、ＨＶで２，０００
以上であると、耐摩耗性が顕著に改善されることから好
ましいことである。
【００１８】この窒化硬質層中の層内硬質相は、窒化硬
質層を除く焼結合金内部の硬質相に対比して、Ｔｉを除
く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の平均含有量が少な
く、かつ窒素の平均含有量が多いと、相対的なＴｉ量増
加による硬さ・耐摩耗の向上と窒素量増加による靱性・
耐欠損性の改善が両立できることから好ましいことであ
る。
質層を除く焼結合金内部の硬質相に対比して、Ｔｉを除
く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の平均含有量が少な
く、かつ窒素の平均含有量が多いと、相対的なＴｉ量増
加による硬さ・耐摩耗の向上と窒素量増加による靱性・
耐欠損性の改善が両立できることから好ましいことであ
る。
【００１９】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具は、全面もしくは最終研削加工で除去した残りの一部
面における外観色が、黄金色，黄褐色，赤褐色，黒褐色
などを呈すると美麗であること、かつ切削工具として使
用した場合に、使用コーナを識別し易いことから好まし
いことである。
具は、全面もしくは最終研削加工で除去した残りの一部
面における外観色が、黄金色，黄褐色，赤褐色，黒褐色
などを呈すると美麗であること、かつ切削工具として使
用した場合に、使用コーナを識別し易いことから好まし
いことである。
【００２０】以上のような構成でなるサーメット工具に
おける窒化硬質層の表面に、さらにＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，炭窒酸化物、Ｔｉ
とＡｌの窒化物，炭窒化物，炭窒酸化物、Ａｌの酸化物
の中の一種の単層もしくは２種以上の多層からなる硬質
膜を被覆することは、より一層の耐摩耗性を向上させる
ことができることから好ましいことである。硬質膜は、
具体的には、例えばＴｉＣ，Ｔｉ（ＣＮ），ＴｉＮ，
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ，Ａｌ2Ｏ3の単層膜、ＴｉＮ−（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ，ＴｉＣＮ−ＴｉＣ−ＴｉＣＮ，ＴｉＮ−
Ｔｉ（ＣＮ）−ＴｉＣ−Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＮなどの積層か
らなる多層膜を挙げることができる。このときの硬質膜
の厚さは、用途および形状により異なるが、２〜２０μ
ｍの範囲であることが好ましいことである。
おける窒化硬質層の表面に、さらにＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，炭窒酸化物、Ｔｉ
とＡｌの窒化物，炭窒化物，炭窒酸化物、Ａｌの酸化物
の中の一種の単層もしくは２種以上の多層からなる硬質
膜を被覆することは、より一層の耐摩耗性を向上させる
ことができることから好ましいことである。硬質膜は、
具体的には、例えばＴｉＣ，Ｔｉ（ＣＮ），ＴｉＮ，
（Ｔｉ，Ａｌ）Ｎ，Ａｌ2Ｏ3の単層膜、ＴｉＮ−（Ｔ
ｉ，Ａｌ）Ｎ，ＴｉＣＮ−ＴｉＣ−ＴｉＣＮ，ＴｉＮ−
Ｔｉ（ＣＮ）−ＴｉＣ−Ａｌ2Ｏ3−ＴｉＮなどの積層か
らなる多層膜を挙げることができる。このときの硬質膜
の厚さは、用途および形状により異なるが、２〜２０μ
ｍの範囲であることが好ましいことである。
【００２１】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具を作製するには、第１に、出発物質としてＴｉを除く
周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭
窒化物の中の少なくとも１種を適量存在させること、第
２に、焼結条件、特に雰囲気の調整をすること、第３
に、窒化処理条件、特に窒素分圧の調整をすることが窒
化硬質層を形成するために重要となることである。この
ための具体的な製造方法は、以下の通りである。
具を作製するには、第１に、出発物質としてＴｉを除く
周期律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭
窒化物の中の少なくとも１種を適量存在させること、第
２に、焼結条件、特に雰囲気の調整をすること、第３
に、窒化処理条件、特に窒素分圧の調整をすることが窒
化硬質層を形成するために重要となることである。この
ための具体的な製造方法は、以下の通りである。
【００２２】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工
具の製造方法は、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とす
る結合相形成粉末を５〜３０重量％と、Ｔｉを除く周期
律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化
物の中の少なくとも１種の第１硬質粉末を３〜５０重量
％と、残りがＴｉの炭化物，窒化物，炭窒化物、および
Ｔｉと、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の
中の１種以上との複合炭化物，複合窒化物，複合炭窒化
物の中から選ばれた少なくとも１種の第２硬質粉末とで
なる混合粉末を成形して粉末成形体とする第１工程と、
該粉末成形体を２０Ｐａ以上の真空または一酸化炭素，
窒素を主成分とするガス雰囲気中で１３００〜１６００
℃にて焼結し、サーメット焼結合金とする第２工程と、
該サーメット焼結合金を、該第２工程における雰囲気中
の窒素ガス圧力よりも高い窒素ガス圧力の雰囲気中で１
０００〜１４００℃にて加熱処理して、該サーメット焼
結合金の表面を窒化硬質層とする第３工程とを含むこと
を特徴とするものである。
具の製造方法は、Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とす
る結合相形成粉末を５〜３０重量％と、Ｔｉを除く周期
律表４ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化
物の中の少なくとも１種の第１硬質粉末を３〜５０重量
％と、残りがＴｉの炭化物，窒化物，炭窒化物、および
Ｔｉと、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族元素の
中の１種以上との複合炭化物，複合窒化物，複合炭窒化
物の中から選ばれた少なくとも１種の第２硬質粉末とで
なる混合粉末を成形して粉末成形体とする第１工程と、
該粉末成形体を２０Ｐａ以上の真空または一酸化炭素，
窒素を主成分とするガス雰囲気中で１３００〜１６００
℃にて焼結し、サーメット焼結合金とする第２工程と、
該サーメット焼結合金を、該第２工程における雰囲気中
の窒素ガス圧力よりも高い窒素ガス圧力の雰囲気中で１
０００〜１４００℃にて加熱処理して、該サーメット焼
結合金の表面を窒化硬質層とする第３工程とを含むこと
を特徴とするものである。
【００２３】本発明の製造方法における第１硬質粉末
は、具体的には、例えば、ＺｒＣ，ＷＣ，Ｍｏ2Ｃ，Ｎ
ｂＮ，ＴａＣなどの単体粉末と（Ｚｒ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｚ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）（ＣＮ）
などの固溶体粉末を挙げることができる。また、第２硬
質粉末は、具体的には、例えば、ＴｉＣ，ＴｉＮ，Ｔｉ
ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔ
ｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮを挙げることができる。
は、具体的には、例えば、ＺｒＣ，ＷＣ，Ｍｏ2Ｃ，Ｎ
ｂＮ，ＴａＣなどの単体粉末と（Ｚｒ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｚ
ｒ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｚｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）（ＣＮ）
などの固溶体粉末を挙げることができる。また、第２硬
質粉末は、具体的には、例えば、ＴｉＣ，ＴｉＮ，Ｔｉ
ＣＮ，（Ｔｉ，Ｍｏ）Ｃ，（Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ）Ｃ，（Ｔ
ｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｔａ）ＣＮを挙げることができる。
【００２４】本発明の製造方法における焼結温度は、１
３００℃未満では焼結不足により巣孔が残留し、逆に１
６００℃を超えると硬質相の粗粒化，結合相の蒸発・飛
散，窒化物の分解が顕著なために１３００〜１６００℃
と定めたものである。また、焼結時の雰囲気圧力とは、
固液共存温度領域から焼結温度に達した温度領域のこと
であり、常温から固液共存温度領域における雰囲気は、
高真空または非酸化性ガス雰囲気であれば問題がない。
この焼結時の雰囲気圧力は、２０Ｐａ未満では表面部ま
で均一な組織・組成の焼結体となり難いことから、２０
Ｐａ以上と定めた。ここで、焼結時の雰囲気圧力が２０
Ｐａ未満の高真空になると、結合相の蒸発・飛散あるい
は窒化物や微量の残留酸化物の分解により、表面部の結
合相量が少なくなると同時に、窒素や炭素含有量の少な
い粗大硬質相を生じて脆弱な表面層が形成されるからで
ある。窒素含有量の少ない混合粉末を用いる場合は、一
酸化炭素を主成分とした非酸化性ガス雰囲気にすること
が好ましく、窒素含有量の多い混合粉末を用いる場合
は、窒素を主成分とした非酸化性ガス雰囲気とすること
が好ましいことである。
３００℃未満では焼結不足により巣孔が残留し、逆に１
６００℃を超えると硬質相の粗粒化，結合相の蒸発・飛
散，窒化物の分解が顕著なために１３００〜１６００℃
と定めたものである。また、焼結時の雰囲気圧力とは、
固液共存温度領域から焼結温度に達した温度領域のこと
であり、常温から固液共存温度領域における雰囲気は、
高真空または非酸化性ガス雰囲気であれば問題がない。
この焼結時の雰囲気圧力は、２０Ｐａ未満では表面部ま
で均一な組織・組成の焼結体となり難いことから、２０
Ｐａ以上と定めた。ここで、焼結時の雰囲気圧力が２０
Ｐａ未満の高真空になると、結合相の蒸発・飛散あるい
は窒化物や微量の残留酸化物の分解により、表面部の結
合相量が少なくなると同時に、窒素や炭素含有量の少な
い粗大硬質相を生じて脆弱な表面層が形成されるからで
ある。窒素含有量の少ない混合粉末を用いる場合は、一
酸化炭素を主成分とした非酸化性ガス雰囲気にすること
が好ましく、窒素含有量の多い混合粉末を用いる場合
は、窒素を主成分とした非酸化性ガス雰囲気とすること
が好ましいことである。
【００２５】本発明の製造方法における窒化処理は、焼
結時よりは低温で、かつ窒素圧力の高い条件で行う。処
理温度は、１０００℃未満では窒化硬質層の成長速度が
非常に遅く、逆に１４５０℃を超えると異常成長を起こ
し、微細で緻密な柱状の窒化硬質層が得られ難いことか
ら、１０００〜１４５０℃と定めた。窒化処理の条件
は、サーメット焼結合金中の含有窒素量と結合相量によ
り異なるが、切削工具用とする窒素含有サーメットで
は、具体的には、温度：１２５０〜１４００℃，窒素分
圧：０．０１〜０．１ＭＰａ，保持時間：１〜５Ｈｒと
することが好ましいことである。
結時よりは低温で、かつ窒素圧力の高い条件で行う。処
理温度は、１０００℃未満では窒化硬質層の成長速度が
非常に遅く、逆に１４５０℃を超えると異常成長を起こ
し、微細で緻密な柱状の窒化硬質層が得られ難いことか
ら、１０００〜１４５０℃と定めた。窒化処理の条件
は、サーメット焼結合金中の含有窒素量と結合相量によ
り異なるが、切削工具用とする窒素含有サーメットで
は、具体的には、温度：１２５０〜１４００℃，窒素分
圧：０．０１〜０．１ＭＰａ，保持時間：１〜５Ｈｒと
することが好ましいことである。
【００２６】本発明の製造方法における窒化処理は、焼
結後に全面もしくは部分的に研削加工した後でも良い
が、焼結直後に連続して行うと生産性に優れる上に、後
工程での研削加工により部分的に窒化硬質層を除去すれ
ば、美麗でかつ性能を向上させ得ることから好ましいこ
とである。
結後に全面もしくは部分的に研削加工した後でも良い
が、焼結直後に連続して行うと生産性に優れる上に、後
工程での研削加工により部分的に窒化硬質層を除去すれ
ば、美麗でかつ性能を向上させ得ることから好ましいこ
とである。
【００２７】このようにして作製した窒化硬質層を有す
るサーメット工具を用いて、窒化硬質層の表面に、従来
から行われている化学蒸着法（ＣＶＤ法）または／およ
び物理蒸着法（ＰＶＤ法）により、さらにＴｉの炭化
物，窒化物，炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，炭窒酸化
物、ＴｉとＡｌの窒化物，炭窒化物，炭窒酸化物、Ａｌ
の酸化物の中の一種の単層もしくは２種以上の多層から
なる硬質膜を被覆し、硬質膜被覆サーメット工具を作製
することもできる。
るサーメット工具を用いて、窒化硬質層の表面に、従来
から行われている化学蒸着法（ＣＶＤ法）または／およ
び物理蒸着法（ＰＶＤ法）により、さらにＴｉの炭化
物，窒化物，炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，炭窒酸化
物、ＴｉとＡｌの窒化物，炭窒化物，炭窒酸化物、Ａｌ
の酸化物の中の一種の単層もしくは２種以上の多層から
なる硬質膜を被覆し、硬質膜被覆サーメット工具を作製
することもできる。
【００２８】
【作用】本発明の窒化硬質層を有するサーメット工具
は、焼結合金内部に対し結合相量を減少させて、かつ窒
化硬質層の表面に対して垂直に配列した柱状組織を呈す
る窒化硬質層が、表面部の硬さと靱性を向上させる作用
となり、その結果耐摩耗性と耐欠損性を同時に改善する
作用効果を発現しているものである。また、本発明の窒
化硬質層を有するサーメット工具の製造方法は、主とし
て低真空の雰囲気、または一酸化炭素，窒素のガス分圧
が割合に高い減圧からなる非酸化性ガス雰囲気による第
２工程の条件と、一酸化炭素または窒素のガス分圧が第
２工程の焼結時に対比して、さらに高いガス分圧の雰囲
気中での液相出現温度以下の加熱処理という窒化硬質層
の形成である第３工程の条件とにより、窒化硬質層の表
面に対して垂直に配列した柱状組織を呈する窒化硬質層
を発現させる作用となっているものである。
は、焼結合金内部に対し結合相量を減少させて、かつ窒
化硬質層の表面に対して垂直に配列した柱状組織を呈す
る窒化硬質層が、表面部の硬さと靱性を向上させる作用
となり、その結果耐摩耗性と耐欠損性を同時に改善する
作用効果を発現しているものである。また、本発明の窒
化硬質層を有するサーメット工具の製造方法は、主とし
て低真空の雰囲気、または一酸化炭素，窒素のガス分圧
が割合に高い減圧からなる非酸化性ガス雰囲気による第
２工程の条件と、一酸化炭素または窒素のガス分圧が第
２工程の焼結時に対比して、さらに高いガス分圧の雰囲
気中での液相出現温度以下の加熱処理という窒化硬質層
の形成である第３工程の条件とにより、窒化硬質層の表
面に対して垂直に配列した柱状組織を呈する窒化硬質層
を発現させる作用となっているものである。
【００２９】
【実施例１】市販されている平均粒子径が１〜２μｍの
ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝
５０／５０），ＷＣ，（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの複合炭化物（重
量比でＷＣ／ＴｉＣ＝７０／３０），ＴａＣ，Ｍｏ
2Ｃ，ＺｒＣ，Ｃｏ，Ｎｉの各粉末を用いて、表１に示
した配合組成に秤量し、ステンレス製ポットにアセトン
溶媒と超硬合金製ボールと共に挿入し、４８時間混合粉
砕後、乾燥して混合粉末Ａ〜Ｄを得た。これらの混合粉
末Ａ〜Ｄを用いて、ＪＩＳ−Ｂ４１２０に記載のＳＰＭ
Ｎ１２０３０８の形状用金型でもって、２ｔｏｎ／ｃｍ
2の圧力でプレス成形し、得られた粉末成形体を雰囲気
圧力１０Ｐａの真空中でそれぞれの所定焼結温度まで加
熱した後、表２に示した雰囲気と温度で１時間の加熱焼
結を行った。その後、連続して所定温度まで冷却した
後、表２に併記した雰囲気と温度・時間により窒化処理
して、本発明品１〜４および比較品１〜４を得た。
ＴｉＣ，ＴｉＮ，ＴｉＣＮ（重量比でＴｉＣ／ＴｉＮ＝
５０／５０），ＷＣ，（Ｗ，Ｔｉ）Ｃの複合炭化物（重
量比でＷＣ／ＴｉＣ＝７０／３０），ＴａＣ，Ｍｏ
2Ｃ，ＺｒＣ，Ｃｏ，Ｎｉの各粉末を用いて、表１に示
した配合組成に秤量し、ステンレス製ポットにアセトン
溶媒と超硬合金製ボールと共に挿入し、４８時間混合粉
砕後、乾燥して混合粉末Ａ〜Ｄを得た。これらの混合粉
末Ａ〜Ｄを用いて、ＪＩＳ−Ｂ４１２０に記載のＳＰＭ
Ｎ１２０３０８の形状用金型でもって、２ｔｏｎ／ｃｍ
2の圧力でプレス成形し、得られた粉末成形体を雰囲気
圧力１０Ｐａの真空中でそれぞれの所定焼結温度まで加
熱した後、表２に示した雰囲気と温度で１時間の加熱焼
結を行った。その後、連続して所定温度まで冷却した
後、表２に併記した雰囲気と温度・時間により窒化処理
して、本発明品１〜４および比較品１〜４を得た。
【００３０】こうして得た本発明品１〜４および比較品
１〜４のサーメットチップを切断し、逃げ面側の断面を
研削した後、１μｍのダイヤモンドペーストによりラッ
プ加工し、走査型分析電子顕微鏡により組織観察，組成
分析（表面から内部へ向ってのライン分析）を行って、
表面に形成された窒化硬質層の厚み，組織形態、および
窒化硬質層内と表面から０．１ｍｍ内部付近の平均組
成，硬質相粒度を測定した。また、同条件で作製した別
のチップの上面を軽くラップ加工（０．５μｍ程度）し
た後、表面に形成された窒化硬質層をＣｕターゲットと
Ｎｉフィルターを用いたＸ線回折法により、ＴｉＣの
（１１１）結晶面と（２００）結晶面の回折ピーク付近
に現われる窒化硬質層の（１１１）結晶面と（２００）
結晶面の回折ピーク強度を測定し、そのピーク強度比で
あるｈ（１１１）／ｈ（２００）を求めた。また、これ
らのチップを用いて窒化硬質層のビッカース硬さを測定
すると共に、上記の断面チップを用いて表面から０．１
ｍｍ内部付近のビッカース硬さも測定した。以上の測定
結果の内、組成以外の項目を表３に、窒化硬質層の組成
を表４に示した。（但し、比較品１および３は、窒化硬
質層が形成されていないことから、表３および表４には
焼結合金の表面直下の特性を示した。）
１〜４のサーメットチップを切断し、逃げ面側の断面を
研削した後、１μｍのダイヤモンドペーストによりラッ
プ加工し、走査型分析電子顕微鏡により組織観察，組成
分析（表面から内部へ向ってのライン分析）を行って、
表面に形成された窒化硬質層の厚み，組織形態、および
窒化硬質層内と表面から０．１ｍｍ内部付近の平均組
成，硬質相粒度を測定した。また、同条件で作製した別
のチップの上面を軽くラップ加工（０．５μｍ程度）し
た後、表面に形成された窒化硬質層をＣｕターゲットと
Ｎｉフィルターを用いたＸ線回折法により、ＴｉＣの
（１１１）結晶面と（２００）結晶面の回折ピーク付近
に現われる窒化硬質層の（１１１）結晶面と（２００）
結晶面の回折ピーク強度を測定し、そのピーク強度比で
あるｈ（１１１）／ｈ（２００）を求めた。また、これ
らのチップを用いて窒化硬質層のビッカース硬さを測定
すると共に、上記の断面チップを用いて表面から０．１
ｍｍ内部付近のビッカース硬さも測定した。以上の測定
結果の内、組成以外の項目を表３に、窒化硬質層の組成
を表４に示した。（但し、比較品１および３は、窒化硬
質層が形成されていないことから、表３および表４には
焼結合金の表面直下の特性を示した。）
【００３１】
【表１】
【００３２】
【表２】
【００３３】
【表３】
【００３４】
【表４】
【００３５】
【実施例２】実施例１で得た表１の混合粉末の中のＤ
と、実施例１と同様にして作製した表５に示したＥ，Ｆ
の混合粉末を用いて、実施例１と同様に、ＪＩＳ−Ｂ４
１２０に記載のＳＰＧＮ１２０３０８の形状用金型でも
って、２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、得られ
た粉末成形体を雰囲気圧力１０Ｐａの真空中で１３００
℃まで加熱した後、表６に示した雰囲気と温度で１時間
の加熱焼結を行って、比較品５〜７とした。次いで、比
較品５〜７と同条件で作製した別のサーメットチップを
＃２３０のダイヤモンド砥石にて研削加工した後、この
研削チップを再び炉に挿入し、雰囲気圧力１０Ｐａの真
空中で１３００℃まで加熱し、さらに表５に併記した雰
囲気と温度・時間で窒化処理し、本発明品５〜７を得
た。こうして得た本発明品５〜７および比較品５〜７に
ついて、実施例１と同様な方法・項目を測定し、その結
果を表７および表８に示した。（但し、比較品５〜７
は、窒化硬質層が形成されていないことから、表７およ
び表８には焼結合金の表面直下の特性を示した。）
と、実施例１と同様にして作製した表５に示したＥ，Ｆ
の混合粉末を用いて、実施例１と同様に、ＪＩＳ−Ｂ４
１２０に記載のＳＰＧＮ１２０３０８の形状用金型でも
って、２ｔｏｎ／ｃｍ２の圧力でプレス成形し、得られ
た粉末成形体を雰囲気圧力１０Ｐａの真空中で１３００
℃まで加熱した後、表６に示した雰囲気と温度で１時間
の加熱焼結を行って、比較品５〜７とした。次いで、比
較品５〜７と同条件で作製した別のサーメットチップを
＃２３０のダイヤモンド砥石にて研削加工した後、この
研削チップを再び炉に挿入し、雰囲気圧力１０Ｐａの真
空中で１３００℃まで加熱し、さらに表５に併記した雰
囲気と温度・時間で窒化処理し、本発明品５〜７を得
た。こうして得た本発明品５〜７および比較品５〜７に
ついて、実施例１と同様な方法・項目を測定し、その結
果を表７および表８に示した。（但し、比較品５〜７
は、窒化硬質層が形成されていないことから、表７およ
び表８には焼結合金の表面直下の特性を示した。）
【００３６】
【表５】
【００３７】
【表６】
【００３８】
【表７】
【００３９】
【表８】
【００４０】
【実施例３】実施例１で得た本発明品２，４と比較品
２，４、および実施例２で得た本発明品７と比較品７の
ＳＰＭＮ１２０３０８チップを＃２３０のダイヤモンド
砥石にて上下面を研削加工した後、切刃部に０．１５ｍ
ｍ×−３０°のホーニング処理を施したチップを用い
て、ＰＶＤ法のコーテイング装置により、サーメットチ
ップの基材側から順に０．５μｍ厚さのＴｉＮ膜および
２．５μｍ厚さのＴｉＣＮ膜の計３μｍの硬質膜を被覆
し、それぞれ本発明８，９と比較品８，９および本発明
品１０と比較品１０を得た。さらに、実施例１で得た本
発明品１〜４と比較品１〜４、および実施例２で得た本
発明５〜７と比較品５〜７のＳＰＭＮ１２０３０８チッ
プを＃２３０のダイヤモンド砥石にて上下面を研削加工
した後、切刃部に０．１５ｍｍ×−３０°のホーニング
処理を施した。
２，４、および実施例２で得た本発明品７と比較品７の
ＳＰＭＮ１２０３０８チップを＃２３０のダイヤモンド
砥石にて上下面を研削加工した後、切刃部に０．１５ｍ
ｍ×−３０°のホーニング処理を施したチップを用い
て、ＰＶＤ法のコーテイング装置により、サーメットチ
ップの基材側から順に０．５μｍ厚さのＴｉＮ膜および
２．５μｍ厚さのＴｉＣＮ膜の計３μｍの硬質膜を被覆
し、それぞれ本発明８，９と比較品８，９および本発明
品１０と比較品１０を得た。さらに、実施例１で得た本
発明品１〜４と比較品１〜４、および実施例２で得た本
発明５〜７と比較品５〜７のＳＰＭＮ１２０３０８チッ
プを＃２３０のダイヤモンド砥石にて上下面を研削加工
した後、切刃部に０．１５ｍｍ×−３０°のホーニング
処理を施した。
【００４１】これらの硬質膜付チップおよびホーニング
付チップのうち、本発明品１，２，５，８，９および比
較品１，２，５，８，９の切削用チップについて、被削
材：Ｓ４８Ｃ，切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ，切込み：
１．５ｍｍ，送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ，切削油：乾
式の条件で旋削試験を行い、寿命に至るまでの時間を求
めて、その結果を表９に示した。但し、寿命の評価は、
逃げ面の最大摩耗量が０．３０ｍｍに達した場合、また
は切刃のチッピング・破損が生じた場合を寿命と判定し
た。
付チップのうち、本発明品１，２，５，８，９および比
較品１，２，５，８，９の切削用チップについて、被削
材：Ｓ４８Ｃ，切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ，切込み：
１．５ｍｍ，送り：０．３０ｍｍ／ｒｅｖ，切削油：乾
式の条件で旋削試験を行い、寿命に至るまでの時間を求
めて、その結果を表９に示した。但し、寿命の評価は、
逃げ面の最大摩耗量が０．３０ｍｍに達した場合、また
は切刃のチッピング・破損が生じた場合を寿命と判定し
た。
【００４２】また、硬質膜付チップおよびホーニング付
チップのうち、本発明品３，４，６，７，１０および比
較品３，４，６，７，１０の切削用チップについて、被
削材：４本溝入りのＳ４８Ｃ，切削速度：１５０ｍ／ｍ
ｉｎ，切込み：１．５ｍｍ，送り：０．２０ｍｍ／ｒｅ
ｖ，切削油：乾式の条件で断続旋削試験を行い、寿命に
至るまでの時間を求めて、その結果を表１０に示した。
但し、寿命の評価は、逃げ面の最大摩耗量が０．３０ｍ
ｍに達した場合、または切刃のチッピング・破損が生じ
た場合を寿命と判定した。
チップのうち、本発明品３，４，６，７，１０および比
較品３，４，６，７，１０の切削用チップについて、被
削材：４本溝入りのＳ４８Ｃ，切削速度：１５０ｍ／ｍ
ｉｎ，切込み：１．５ｍｍ，送り：０．２０ｍｍ／ｒｅ
ｖ，切削油：乾式の条件で断続旋削試験を行い、寿命に
至るまでの時間を求めて、その結果を表１０に示した。
但し、寿命の評価は、逃げ面の最大摩耗量が０．３０ｍ
ｍに達した場合、または切刃のチッピング・破損が生じ
た場合を寿命と判定した。
【００４３】
【表９】
【００４４】
【表１０】
【００４５】
【発明の効果】本発明の窒化硬質層を有するサーメット
工具は、従来の窒化層を有するサーメット合金および窒
化層の形成されていないサーメット合金に対比し、表面
部の硬さが高く、特に切削工具として用いた場合には、
耐摩耗性，耐チッピング性および耐塑性変形性にすぐれ
ており、その結果、非常に長寿命になるという顕著な効
果がある。また、本発明の窒化硬質層を有するサーメッ
ト工具の製造方法は、従来の物理蒸着法や化学蒸着法に
対比して、層の剥離が生じ難くなること、耐摩耗性と耐
チッピング性の両方が向上すること、製造工程が簡易で
あり、トータルコストが低くなるという産業上すぐれた
効果がある。
工具は、従来の窒化層を有するサーメット合金および窒
化層の形成されていないサーメット合金に対比し、表面
部の硬さが高く、特に切削工具として用いた場合には、
耐摩耗性，耐チッピング性および耐塑性変形性にすぐれ
ており、その結果、非常に長寿命になるという顕著な効
果がある。また、本発明の窒化硬質層を有するサーメッ
ト工具の製造方法は、従来の物理蒸着法や化学蒸着法に
対比して、層の剥離が生じ難くなること、耐摩耗性と耐
チッピング性の両方が向上すること、製造工程が簡易で
あり、トータルコストが低くなるという産業上すぐれた
効果がある。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｃ２３Ｃ 8/24 Ｃ２３Ｃ 8/24
Claims (11)
- 【請求項１】 Ｃｏおよび／またはＮｉを主成分とする
結合相を５〜３０重量％と、残りがＴｉの炭化物，窒化
物，炭窒化物、およびＴｉとＴｉを除く周期律表の４
ａ，５ａ，６ａ族元素の中の１種以上とを含む複合炭化
物，複合窒化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なく
とも１種のＴｉ含有化合物を主成分とする硬質相と不可
避不純物からなる焼結合金の表面の一部または全面に窒
化処理により形成された窒化硬質層を有するサーメット
工具であって、該窒化硬質層は、２重量％以下の該結合
相でなる層内結合相と、残部が該硬質相の平均窒素含有
量よりも多くの窒素量を含有した層内硬質相とからな
り、かつ該層内硬質相の結晶粒子が該窒化硬質層の表面
に対して垂直に配列した柱状晶を呈しており、該窒化硬
質層の層厚さが０．５〜１５μｍであることを特徴とす
る窒化硬質層を有するサーメット工具。 - 【請求項２】 上記硬質相は、Ｔｉを除く周期律表４
ａ，５ａ，６ａ族金属の炭化物，窒化物，炭窒化物の中
の少なくとも１種を３〜５０重量％と、残りがＴｉの炭
化物，窒化物，炭窒化物の少なくとも１種とから形成さ
れることを特徴とする請求項１記載の窒化硬質層を有す
るサーメット工具。 - 【請求項３】 上記結合相は、上記窒化硬質層と該窒化
硬質層を除いた上記焼結合金との境界面から該焼結合金
の内部に向かって５〜５０μｍまでの該結合相の平均含
有量が、該焼結合金の中心部の該結合相の平均含有量よ
りも多いことを特徴とする請求項１または２記載の窒化
硬質層を有するサーメット工具。 - 【請求項４】 上記窒化硬質層は、硬さが２０００ＨＶ
以上であることを特徴とする請求項１，２または３記載
の窒化硬質層を有するサーメット工具。 - 【請求項５】 上記窒化硬質層は、外観色が黄金色，黄
褐色，赤褐色もしくは黒褐色からなることを特徴とする
請求項１，２，３または４記載の窒化硬質層を有するサ
ーメット工具。 - 【請求項６】 上記窒化硬質層は、Ｘ線回折により求め
る上記層内硬質相の結晶面のうち（１１１）面ピーク高
さが（２００）面ピーク高さより高いことを特徴とする
請求項１，２，３，４または５記載の窒化硬質層を有す
るサーメット工具。 - 【請求項７】 上記窒化硬質層中の上記層内硬質相は、
該窒化硬質層を除く上記サーメット焼結合金中の上記硬
質相に対比して、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ
族元素の平均含有量が少なく、かつ窒素の平均含有量が
多いことを特徴とする請求項１，２，３，４，５または
６記載の窒化硬質層を有するサーメット工具。 - 【請求項８】 上記窒化硬質層中の上記層内硬質相は、
該窒化硬質層を除く上記サーメット焼結合金中の上記硬
質相に対比して、平均粒度が小さいことを特徴とする請
求項１，２，３，４，５，６または７記載の窒化硬質層
を有するサーメット工具。 - 【請求項９】 上記の請求項１，２，３，４，５，６，
７または８記載の窒化硬質層を有するサーメット工具の
該窒化硬質層の表面に、さらにＴｉの炭化物，窒化物，
炭窒化物，炭酸化物，窒酸化物，炭窒酸化物、ＴｉとＡ
ｌの窒化物，炭窒化物，炭窒酸化物、Ａｌの酸化物の中
から選ばれた１種の単層もしくは２種以上の多層からな
る硬質膜を被覆してなることを特徴とする窒化硬質層を
有するサーメット工具。 - 【請求項１０】 Ｃｏおよび／またはＮｉの粉末を５〜
３０重量％と、Ｔｉを除く周期律表４ａ，５ａ，６ａ族
元素の炭化物，窒化物，炭窒化物の中の少なくとも１種
の第１硬質粉末を３〜５０重量％と、残りがＴｉの炭化
物，窒化物，炭窒化物およびＴｉと、Ｔｉを除く周期律
表４ａ，５ａ，６ａ族元素の中の１種以上との複合炭化
物，複合窒化物，複合炭窒化物の中から選ばれた少なく
とも１種の第２硬質粉末とでなる混合粉末を成形して粉
末成形体とする第１工程と、該粉末成形体を２０Ｐａ以
上の真空または一酸化炭素，窒素を主成分とするガス雰
囲気中で１３００〜１６００℃にて焼結し、サーメット
焼結合金とする第２工程と、該サーメット焼結合金を、
該第２工程における雰囲気中の窒素ガス圧力よりも高い
窒素ガス圧力の雰囲気中で１０００〜１４００℃にて加
熱処理して、該サーメット焼結合金の表面を窒化硬質層
とする第３工程とを含むことを特徴とするサーメット工
具の製造方法。 - 【請求項１１】 上記第２工程の後に、上記サーメット
焼結合金の全面または一部を研磨加工する工程を加える
ことを特徴とする請求項１０記載のサーメット工具の製
造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32456596A JP3976285B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | 窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32456596A JP3976285B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | 窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10147831A true JPH10147831A (ja) | 1998-06-02 |
| JP3976285B2 JP3976285B2 (ja) | 2007-09-12 |
Family
ID=18167237
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32456596A Expired - Fee Related JP3976285B2 (ja) | 1996-11-20 | 1996-11-20 | 窒化硬質層を有するサーメット工具およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3976285B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6627335B2 (en) * | 2000-03-30 | 2003-09-30 | Toshiba Tungaloy Co., Ltd. | Coated cutting tool and method for producing the same |
| WO2004104247A1 (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Erosion-corrosion resistant nitride cermets |
-
1996
- 1996-11-20 JP JP32456596A patent/JP3976285B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6627335B2 (en) * | 2000-03-30 | 2003-09-30 | Toshiba Tungaloy Co., Ltd. | Coated cutting tool and method for producing the same |
| US6824823B2 (en) | 2000-03-30 | 2004-11-30 | Toshiba Tungaloy Co., Ltd. | Coated cutting tool and method for producing the same |
| WO2004104247A1 (en) * | 2003-05-20 | 2004-12-02 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Erosion-corrosion resistant nitride cermets |
| US7175686B2 (en) | 2003-05-20 | 2007-02-13 | Exxonmobil Research And Engineering Company | Erosion-corrosion resistant nitride cermets |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3976285B2 (ja) | 2007-09-12 |
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