JPWO2009001929A1 - 超硬合金、切削工具ならびに切削加工装置 - Google Patents
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Abstract
Description
また、本発明の超硬合金は、その断面の30000倍の電子顕微鏡写真における40μm角の視野中において、粒径1μm以上の前記コバルトタングステン炭化物粒子が1個存在するか、または存在しないことを特徴とする。
また、本発明の超硬合金は、前記WC粒子の内部に炭素粒子が存在するとともに、該炭素粒子の外周部の格子面が、前記WC粒子の格子面と連続していることを特徴とする。
ここで、炭素粒子の平均粒径が50nm以下であることを特徴とする。
また、結合相中の酸素量が3質量%以下であることを特徴とする。
さらに、本発明の超硬合金は、前記WC粒子が柱状粒子であるとともに、超硬合金の任意断面に前記WC粒子の四角形状の断面が複数現れており、該WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面が面積比で10%以上存在することを特徴とする。
ここで、前記WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面における長辺の平均長さが1μm以下であることを特徴とする。
また、前記WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面の面積比率が30%以下であることを特徴とする。
本発明によれば、これらのη相7のピークの内、最も強度の大きいピーク高さをI1、WCの最大ピークであるWCの(001)のピーク高さをI2とした時、I1/I2で表わされるピーク強度比が0より大きく、0.05以下とされている。図2に、X線回折パターンを示す。尚、図2において、2θ=40°付近と、42.5°付近にη相のピークが現れており、この場合のI1/I2は、0.03とされている。尚、図2の40°付近のピークはC3W3Cの(422)のピークである。ピーク強度は、X線回折測定におけるカウント値を用いる。
ミニチュアドリルとは、極小ドリルに包含されるもので、基板、特にプリント基板に孔あけするものに好適に用いられるが、特に基板孔あけ用に限定されるものではない。ミニチュアドリルとは、特には、切刃部の直径が300μm以下のものをいう。このようなミニチュアドリルは、一般に、図3(a−1)(a−2)に示すような断面円形の小径棒状超硬合金21の長さ方向xの一端部を研削し、螺旋状の溝を形成して切刃部を作製し、図3(b)に示すように、円柱状のシャンク部25と、該シャンク部25にその長さ方向xに一体的に設けられた断面円形状の切刃部27と、シャンク部25と切刃部27との間の段差部29とを形成して作製されている。シャンク部25の長さは10〜30mm、切刃部27の長さは1〜3mmとされている。尚、段差部29は、必ずしも形成する必要はない。ここで、図3(a−1)は小径棒状超硬合金21の側面図、図3(a−2)は、図3(a−1)の正面図である。
さらに、切削加工装置は、上記切削工具と、該切削工具により加工される被切削材を保持するための保持台とを具備して構成することができる。切削加工装置としては、上記切削工具を具備する、旋盤のような旋削加工装置、マシニングセンタのようなフライス加工装置、などが挙げられる。このような切削加工装置では、切削工具を長期間取り替えることなく切削することができ、切削工具の取替回数が少なくなり、コストを低減できる。
ミニチュアドリルを用いた切削加工装置としては、上記のミニチュアドリルと、該ミニチュアドリルのシャンク部を保持する保持部と、基板等を固定する固定部とを具備して構成される。
また、本実施形態では、WC粒子の内部に炭素粒子が存在するとともに、該炭素粒子の外周部の格子面が、WC粒子の格子面と連続していることが望ましい。
すなわち、図4(a)(b)に示すように、硬質相3であるWC粒子中に炭素粒子9が存在しており、この炭素粒子9の外周部9aの格子面11aが、WC粒子の格子面11bと直線状に連続している。言い換えると、炭素粒子9の外周部9aがWC粒子の結晶構造と同一結晶構造を有している。これは、WCの結晶化に伴い、炭素粒子9の外周部9aが引きずられて、炭素粒子9の外周部9aの格子面11aが、WC粒子の格子面11bと連続するようになると考えている。従って、炭素粒子9の外周部9aは、炭素粒子9において、WC粒子の格子面11bと連続する格子面11aを有する部分ということができる。一方、炭素粒子9の中央部9bはアモルファスであると考えている。
このように炭素粒子9を形成するには、後述のように焼成時に900〜1100℃で一定時間保持することが望ましい。このような微粒の炭素粒子9を有するため、炭素粒子9中において、WC粒子の格子面と連続する格子面を有する割合(外周部9aの割合)が多くなり、硬度をさらに向上できる。より微粒の炭素粒子9を得るには、焼成時での保持温度を、より低温に設定する。
焼成は、焼成炉内を真空度0.133〜13.3Pa(10−1〜10−3Torr)の雰囲気とし、900〜1100℃で0.5〜5時間保持して焼成したあと、1300〜1390℃の範囲で10分〜2時間焼成し、引き続き、焼成炉内をAr雰囲気で1〜10MPaの圧力とし、1290〜1380℃で10分〜2時間HIP焼成する。これにより、0<I1/I2≦0.05を満足するとともに、WC粒子の平均粒径が0.3μm以下であり、かつコバルトタングステン炭化物粒子の平均粒径がWC粒子の平均粒径よりも小さくなる。
さらに、本実施形態では、WC粒子が柱状粒子であり、超硬合金の任意断面にWC粒子の四角形状の断面が複数現れており、該WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面が面積比で10%以上存在することが望ましい。
すなわち、図6は本形態の超硬合金の任意断面の30000倍の走査型電子顕微鏡(SEM)写真である。図6の超硬合金の断面には、WC粒子の四角形状の断面が複数現れている。WC粒子が柱状であるか否かは、焼結体の結晶粒子を収束イオンビーム(FIB)装置によって微細加工し、その都度、走査型電子顕微鏡分析像にて深さ方向の形状の確認を繰り返し行うことによって、柱状粒子であることを確認することができる。
以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明する。
送り速度 2〜20m/min
評価基板 日立679G(0.4mm 3枚重ね)に、エントリーシート(LE
800 1枚)を積層したもの
また、試料No.2−1〜2−6では、Cukα線を用いたX線回折測定におけるCo3W3Cのピーク、Co6W6Cのピーク、Co2W4CのピークおよびCo3W9Cのピークのうち最大のピーク強度I1と、WCの最大のピーク強度I2との比I1/I2の値は、0.02〜0.04であり、WC粒子の平均粒径は0.16〜0.23μmであり、かつコバルトタングステン炭化物粒子の平均粒径は0.10〜0.15μmであった。また、1μm以上のη相は0個であった。
さらに、各々の試料先端を直径0.120mm、長さ2.0mmのドリル形状に加工し、次の条件で耐摩耗性と耐折損性の評価を行った。なお、耐摩耗性については、孔位置精度を指標とした。孔位置精度については、4000箇所を孔空けした時のX+3σの値を指標とし、基板厚み方向への送り速度は3m/minとした。耐折損性については、孔毎に基板厚み方向への送り速度を徐々に上げていったときにドリルが折損する最大送り速度の値を指標とした。その結果、試料No.2−1〜2−6では、孔位置精度は15〜30μm、最大送り速度は5m/min以上であった。加工条件を記載する。
送り速度 2〜20m/min
評価基板 日立679G(0.4mm 3枚重ね)に、エントリーシート(LE
800 1枚)を積層したもの
送り速度 2〜20m/min
評価基板 日立679G(0.4mm 3枚重ね)に、エントリーシート(LE
800 1枚)を積層したもの
Claims (10)
- 硬質相としてWC粒子を、結合相としてCoをそれぞれ含み、かつCo3W3C、Co6W6C、Co2W4CおよびCo3W9Cから選ばれる少なくとも1種のコバルトタングステン炭化物粒子を含有する超硬合金であって、
Cukα線を用いたX線回折測定における前記Co3W3Cのピーク、前記Co6W6Cのピーク、前記Co2W4Cのピークおよび前記Co3W9Cのピークのうち最大のピーク強度をI1とし、前記WCの最大のピーク強度をI2としたとき、0<I1/I2≦0.05を満足するとともに、前記WC粒子の平均粒径が0.3μm以下であり、かつ前記コバルトタングステン炭化物粒子の平均粒径が前記WC粒子の平均粒径よりも小さいことを特徴とする超硬合金。 - 超硬合金断面の30000倍の電子顕微鏡写真における40μm角の視野中において、粒径1μm以上の前記コバルトタングステン炭化物粒子が1個存在するか、または存在しないことを特徴とする請求項1に記載の超硬合金。
- 前記WC粒子の内部に炭素粒子が存在するとともに、該炭素粒子の外周部の格子面が、前記WC粒子の格子面と連続していることを特徴とする請求項1または2に記載の超硬合金。
- 前記炭素粒子の平均粒径が50nm以下であることを特徴とする請求項3に記載の超硬合金。
- 前記結合相中の酸素量が3質量%以下であることを特徴とする請求項3または4に記載の超硬合金。
- 前記WC粒子が柱状粒子であるとともに、超硬合金の任意断面に前記WC粒子の四角形状の断面が複数現れており、該WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面が面積比で10%以上存在することを特徴とする請求項1乃至5のうちいずれかに記載の超硬合金。
- 前記WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面における長辺の平均長さが1μm以下であることを特徴とする請求項6に記載の超硬合金。
- 前記WC粒子の四角形状の断面のうち、アスペクト比が2以上の断面の面積比率が30%以下であることを特徴とする請求項6または7に記載の超硬合金。
- 請求項1乃至8のうちいずれかに記載の超硬合金からなることを特徴とする切削工具。
- 請求項9に記載の切削工具と、該切削工具により加工される被切削材を保持するための保持台とを具備することを特徴とする切削加工装置。
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