JPWO2011136197A1 - サーメットおよび被覆サーメット - Google Patents
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Abstract
耐摩耗性、耐欠損性に優れ、工具寿命が安定したサーメットを提供する。複合炭窒化物固溶体の第１硬質相と、ＷＣの第２硬質相と、Ｃｏ、Ｎｉを主成分とする結合相とからなり、第１硬質相は、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）、但し、ＬはＺｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘ、ｙ、ｚは０．０１≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．０５、０．０５≦ｚ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体のコアと、（Ｔｉ1-a-b-dＲaＭｏbＷd）（Ｃ1-eＮe）、但し、ＲはＺｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａ、ｂ、ｄ、ｅはそれぞれ０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．５、０．０５≦ｅ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体のリムとからなる有芯構造であり、第１硬質相の有芯構造粒子のリムの最大厚さｒmaxと、第１硬質相の有芯構造粒子のリムの最小厚さｒminが０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が、第１硬質相の有芯構造粒子の総数に対して８５％以上であることを特徴とするサーメット。
Description
本発明は、切削工具などに用いられるサーメットおよび被覆サーメットに関する。
従来のＴｉ（Ｃ，Ｎ）基サーメットは、主原料となるＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉末と、結合相となるＣｏ、Ｎｉの各粉末と、焼結性や機械的特性などを向上させるためＷＣ、Ｍｏ2Ｃ、ＮｂＣ、ＴａＣの各粉末の混合粉末を焼結して製造される。得られたＴｉ（Ｃ，Ｎ）基サーメットは、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）をコアとし、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａなどを含む炭窒化物をリムとした有芯構造をとる粒子を硬質相とし、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａなどが固溶した、Ｃｏ、Ｎｉを結合相とした組織となることがよく知られている（例えば、特許文献１参照。）。
また、ＷＣやＭｏ2Ｃの添加量を増やした場合、その合金組織はＮｂＣ、ＴａＣなどの添加量によっては、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）をコアとし、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａなどを含む炭窒化物をリムとした有芯構造をとる粒子や有芯構造をとらないＴｉ（Ｃ，Ｎ）単独粒子、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）と添加炭化物との固溶体をコアとした有芯構造をとる粒子、ＷＣおよび／またはＭｏ2Ｃ粒子などが硬質相として存在し、また、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）をコアとし、Ｗ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔａなどを含む炭窒化物をリムとした有芯構造をとる粒子において、コアがリムに覆われない部分が存在する粒子が存在する場合があり、その組織は組成によって大きく異なる（例えば、特許文献２参照。）。
このように従来のＴｉ（Ｃ，Ｎ）基サーメットの組織は不均一な組織を示し、これは切削工具の耐摩耗性や耐欠損性を低下させ、更には工具寿命のばらつきが大きくなるという問題がある。
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、サーメットの硬質相の不均一性を改善し、従来よりも耐摩耗性、耐欠損性に優れ、工具寿命のばらつきが少ない安定した加工が可能となるサーメットおよび被覆サーメットを提供することを目的とする。
本発明者らは、原料粉末に従来のＴｉ（Ｃ，Ｎ）基サーメットの主原料となるＴｉ（Ｃ，Ｎ）粉の代わりに、Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）にＺｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素およびＭｏを固溶させた複合炭窒化物固溶体粉を用い、ＷＣなる粒子が硬質相として存在するまでＷＣの添加量を増やすことで、硬質相が、金属元素がＴｉと、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｔａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素（Ｌ元素）と、Ｍｏからなる複合炭窒化物固溶体をコアとし、その周囲を、金属元素がＴｉと、Ｚｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素（Ｒ元素）と、Ｍｏと、Ｗからなる複合炭窒化物固溶体のリムが均一に取り囲むという有芯構造の粒子と、ＷＣからなる粒子から構成されるサーメットを得ることができた。得られたサーメットの硬質相の不均一性は改善され、従来よりも耐摩耗性、耐欠損性に優れ、切削工具として用いると工具寿命のばらつきが少なく安定した加工が可能となることが分かった。
すなわち本発明のサーメットは、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）（但し、ＬはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＭとＭｏの合計に対するＭの原子比を表し、ｙはＴｉとＭとＭｏの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｚはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ０．０１≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．０５、０．０５≦ｚ≦０．７５を満足する。）で表される複合炭窒化物固溶体をコアとし、その周囲に（Ｔｉ1-a-b-dＲaＭｏbＷd）（Ｃ1-eＮe）（但し、ＲはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表す。ａはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＲの原子比を表し、ｂはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｄはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＷの原子比を表し、ｅはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ａ、ｂ、ｄ、ｅはそれぞれ０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．５、０．０５≦ｅ≦０．７５を満足する。）で表される複合炭窒化物固溶体をリムとする有芯構造粒子の第１硬質相と、ＷＣの第２硬質相と、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種を主成分とする結合相とから構成され、有芯構造である第１硬質相の粒子のリムの最大厚さをｒmaxとし、第１硬質相の粒子のリムの最小厚さをｒminとしたとき、０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が第１硬質相の有芯構造粒子の総数の８５％以上であることを特徴とする。
本発明のサーメットおよび被覆サーメットは、耐摩耗性、耐欠損性に優れるので、切削工具として用いると工具寿命を延長できるという効果が得られる。また、本発明のサーメットおよび被覆サーメットを切削工具として用いると、工具寿命のばらつきが少ないという効果が得られる。
Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）のコアと（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）のリムとからなる有芯構造の炭窒化物固溶体相と、ＷＣ相と、結合相とからなる従来のサーメットに比較して、本発明のサーメットは硬さと靭性が高く、耐摩耗性と耐欠損性に優れる。本発明のサーメットの第１硬質相のコアは、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）と表され、ここでＬはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素であり、ｘはＴｉとＬとＭｏとの合計に対するＬの原子比を表し、ｙはＴｉとＬとＭｏとの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｚはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ０．０１≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．０５、０．０５≦ｚ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体であり、その周囲にあるリムは（Ｔｉ1-a-b-dＲaＭｏbＷd）（Ｃ1-eＮe）と表され、ここでＲはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＲの原子比を表し、ｂはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｄはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＷの原子比を表し、ｅはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表し、ａ、ｂ、ｄ、ｅはそれぞれ０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．５、０．０５≦ｅ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体であるという有芯構造を持つ。本発明のサーメットの第１硬質相のコアにおいて、ｘが０．０１未満になると、耐摩耗性、耐欠損性が低下し、ｘが０．５を超えて多くなると、不均一な組織となり性能が安定せず切削工具として用いたときに工具寿命がばらつくので、０．０１≦ｘ≦０．５とした。その中でも、０．０５≦ｘ≦０．３であると好ましい。ｙが０．０５を超えて多くなると、耐熱衝撃性が低下するので０≦ｙ≦０．０５とした。その中でも、ｙが０．０３以上になると焼結性が向上するので、０．０３≦ｙ≦０．０５であると好ましい。ｚが０．０５未満になると、耐摩耗性が低下し、ｚが０．７５を超えて多くなると焼結性が低下するので０．０５≦ｚ≦０．７５とした。そのなかでも、０．３≦ｚ≦０．７であると好ましい。本発明のサーメットの第１硬質相のリムにおいて、ａが０．０１未満になると、耐摩耗性、耐欠損性が低下し、ａが０．５を超えて多くなると、不均一な組織となり性能が安定せず切削工具として用いたときに工具寿命がばらつくので、０．０１≦ａ≦０．５とした。その中でも、０．０５≦ａ≦０．３であると好ましい。ｂが０．０５を超えて多くなると、耐熱衝撃性が低下するので、０≦ｂ≦０．０５とした。その中でも、ｂが０．０３以上になると焼結性が向上するので、０．０３≦ｂ≦０．０５であると好ましい。ｄが０．０１未満になると、耐摩耗性、耐欠損性が低下し、ｄが０．５を超えて多くなると、耐熱衝撃性が低下するので、０．０１≦ｄ≦０．５とした。その中でも、０．０５≦ｄ≦０．３であると好ましい。ｅが０．０５未満になると、耐摩耗性が低下し、ｅが０．７５を超えて多くなると焼結性が低下するので０．０５≦ｅ≦０．７５とした。そのなかでも、０．３≦ｅ≦０．７であると好ましい。
本発明の第１硬質相はコアをリムが均一に取り囲む有芯構造の粒子の個数が多いという特徴を持つ。ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて５，０００〜１０，０００倍に拡大したサーメットの断面組織の組成像から、図１に示すように、本発明の第１硬質相のコア１の表面に対して垂直な方向でリム２の厚さを測定し、リムの最大厚さをｒmaxとし、リムの最小厚さをｒminとしたとき、０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が、第１硬質相の有芯構造粒子の総数に対して８５％以上である。その中でも８５〜９５％が好ましい。このような特徴を有する本発明のサーメットは、０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が第１硬質相の有芯構造粒子の総数に対して８５％未満のサーメットに比較して性能が安定し、切削工具として用いたとき工具寿命のばらつきが少ないという効果が得られる。なお、均一な厚さのリムがコア全体を完全に覆っているときは、ｒmin＝ｒmaxとなるので、ｒmin／ｒmax＝１となり、コアの少なくとも一部が露出しているときは、ｒmin＝０μｍであるので、（ｒmin／ｒmax）＝０になる。
本発明の第２硬質相であるＷＣはサーメットの熱伝導率と靭性を高め、耐欠損性、耐熱衝撃性を向上させる効果がある。
本発明の結合相は、硬質相と硬質相を強固に結合させてサーメットの強度を高める作用がある。本発明におけるＣｏおよびＮｉの少なくとも１種を主成分とする結合相とは、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種、または、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選ばれる少なくとも１種を合計して４０質量％未満固溶させたものである。その中でも、Ｃｏを主成分とする結合相であると、耐塑性変形性が優れるので、さらに好ましい。なお、硬質相成分の結合相への固溶または結合相の特性向上のため、結合相のＣｏおよびＮｉの少なくとも１種にＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、ＭｏおよびＷから成る群より選ばれる少なくとも１種を合計して４０質量％未満固溶させると好ましい。
本発明のサーメットの断面組織における、第１硬質相がサーメットの断面組織全体に対して３５〜８５面積％であり、第２硬質相がサーメットの断面組織全体に対して５〜４５面積％であり、結合相がサーメットの断面組織全体に対して１０〜３０面積％であり、これらの合計が１００面積％であると好ましい。この理由は以下の通りである。本発明のサーメットの断面組織における、第１硬質相がサーメットの断面組織全体に対して３５面積％未満になると耐摩耗性が低下する傾向を示し、本発明の第１硬質相がサーメットの断面組織全体に対して８５面積％を超えて多くなると、結合相量が少なくなり耐欠損性が低下する傾向を示すことから、第１硬質相は３５〜８５面積％であると好ましく、その中でも５０〜８２面積％であるとさらに好ましい。本発明の第２硬質相がサーメットの断面組織全体に対して５面積％未満になると耐熱衝撃性が低下する傾向を示し、本発明の第２硬質相がサーメット全体に対して４５面積％を超えて多くなると耐摩耗性が低下する傾向を示すことから、第２硬質相は５〜４５面積％であると好ましく、その中でも５〜４０面積％であるとさらに好ましい。本発明の結合相がサーメットの断面組織全体に対して１０面積％未満になると耐欠損性が低下する傾向を示し、本発明の結合相がサーメットの断面組織全体に対して３０面積％を超えて多くなると耐摩耗性が低下する傾向を示すことから、結合相は１０〜３０面積％であると好ましく、その中でも１０〜２０面積％であるとさらに好ましい。
本発明のサーメットの断面組織における、第１硬質相の平均粒径が０．２〜４μｍであり、第２硬質相の平均粒径が０．１〜３μｍであると好ましい。この理由は以下の通りである。本発明のサーメットの断面組織における、第１硬質相の平均粒径が０．２μｍ未満になると耐欠損性が低下し、第１硬質相の平均粒径が４μｍを超えて多くなると、耐摩耗性が低下することから、第１硬質相の平均粒径は０．２〜４μｍであると好ましい。第２硬質相の平均粒径が０．１μｍ未満になると耐欠損性が低下し、第２硬質相の平均粒径が３μｍを超えて多くなると、耐摩耗性が低下することから、第２硬質相の平均粒径は０．１〜３μｍであると好ましい。第１硬質相または第２硬質相の平均粒径は、サーメットの断面組織をＳＥＭで５，０００〜１０，０００倍に拡大して撮影した組成像写真から、フルマンの式（式１）を用いて求めることができる。
（式１中、ｄｍは第１硬質相または第２硬質相の平均粒径、πは円周率、ＮＬは断面組織上の任意の直線によってヒットされる単位長さあたりの第１硬質相または第２硬質相の数、ＮＳは任意の単位面積内に含まれる第１硬質相または第２硬質相の数である。）。
本発明のサーメットの表面に、ＰＶＤ法やＣＶＤ法によりＴｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌおよび／またはＳｉの酸化物、炭化物、窒化物、炭窒化物およびこれらの相互固溶体、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などの硬質膜を被覆した被覆サーメットは耐摩耗性に優れる。本発明の硬質膜としては、具体的に、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＳｉＮ、ＡｌＣｒＮ、Ａｌ2Ｏ3、ダイヤモンド、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）などを挙げることができる。硬質膜の総膜厚は０．１μｍ以上になると耐摩耗性が向上し、３０μｍを超えて厚くなると耐欠損性が低下する傾向が見られるので、０．１〜３０μｍが好ましい。
本発明のサーメットは、例えば、
（Ａ）（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）（式中、Ｌ、ｘ、ｙおよびｚは前記と同義である）である複合炭窒化物固溶体粉：３５〜８５体積％と、ＷＣ粉：５〜４５体積％と、Ｃｏ粉およびＮｉ粉の少なくとも１種：１０〜３０体積％とからなり、これらの合計が１００体積％となるように、これらの粉末を混合・粉砕した混合物を準備する工程と、
（Ｂ）混合物を非酸化雰囲気で１２００〜１３００℃の第１加熱温度まで昇温させる工程と、
（Ｃ）混合物を１２００〜１３００℃の第１加熱温度から１４００〜１５８０℃の第２加熱温度まで圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で昇温速度１〜１０℃／ｍｉｎで昇温させる工程と、
（Ｄ）混合物を１４００〜１５８０℃の第２加熱温度にて圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で５０〜１２０ｍｉｎ保持して焼結させる工程と、
（Ｅ）（Ｄ）の工程を終えた混合物を常温に冷却する工程と、
を含むサーメットの製造方法により得ることができる。
（Ａ）（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）（式中、Ｌ、ｘ、ｙおよびｚは前記と同義である）である複合炭窒化物固溶体粉：３５〜８５体積％と、ＷＣ粉：５〜４５体積％と、Ｃｏ粉およびＮｉ粉の少なくとも１種：１０〜３０体積％とからなり、これらの合計が１００体積％となるように、これらの粉末を混合・粉砕した混合物を準備する工程と、
（Ｂ）混合物を非酸化雰囲気で１２００〜１３００℃の第１加熱温度まで昇温させる工程と、
（Ｃ）混合物を１２００〜１３００℃の第１加熱温度から１４００〜１５８０℃の第２加熱温度まで圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で昇温速度１〜１０℃／ｍｉｎで昇温させる工程と、
（Ｄ）混合物を１４００〜１５８０℃の第２加熱温度にて圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で５０〜１２０ｍｉｎ保持して焼結させる工程と、
（Ｅ）（Ｄ）の工程を終えた混合物を常温に冷却する工程と、
を含むサーメットの製造方法により得ることができる。
本発明のサーメットの具体的な製造方法としては、例えば、以下の方法が挙げられる。先ず、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）（式中、Ｌ、ｘ、ｙおよびｚは前記と同義である）である炭窒化物固溶体粉と、平均粒径０．２〜４．５μｍのＷＣ粉と、平均粒径０．２〜４．５μｍのＣｏ粉およびＮｉ粉の少なくとも１種を用意する。なお、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）の複合炭窒化物固溶体粉の平均粒径が０．２μｍ未満になると、耐欠損性が低下し、４．５μｍを超えて大きくなると、耐摩耗性が低下することから、平均粒径０．２〜４．５μｍの（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）の複合炭窒化物固溶体粉が好ましい。ＷＣ粉の平均粒径が０．２μｍ未満になると、耐欠損性が低下し、４．５μｍを超えて大きくなると、耐摩耗性が低下することから、平均粒径０．２〜４．５μｍのＷＣ粉が好ましい。Ｃｏ粉およびＮｉ粉の少なくとも１種の平均粒径が０．２μｍ未満になると、成形性が低下し、４．５μｍを超えて大きくなると、焼結性が低下することから、平均粒径０．２〜４．５μｍのＣｏ粉およびＮｉ粉の少なくとも１種が好ましい。
用意した原料粉末を所定の配合組成となるように秤量し、湿式ボールミルまたはアトライターにて混合・粉砕し、溶媒を蒸発させ混合物を乾燥する。得られた混合物にパラフィン等の成形用のワックスを添加して所定の形状に成形する。なお、成形する方法としては、プレス成形、押出成形、射出成形などを挙げることができる。成形した混合物を焼結炉に入れて、真空中で３５０〜４５０℃まで昇温してワックスを除去した後、真空中または窒素雰囲気で１２００〜１３００℃の第１加熱温度まで昇温する。このとき、混合物を真空中、窒素雰囲気、不活性ガス雰囲気、水素雰囲気などの非酸化雰囲気で昇温することにより混合物の酸化を防ぐことができる。さらに、混合物を１２００〜１３００℃の第１加熱温度から１４００〜１５８０℃の第２加熱温度まで圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で昇温速度１〜１０℃／ｍｉｎで昇温し、圧力３０Ｔｏｒｒ以上の窒素雰囲気で第２加熱温度にて５０〜１２０ｍｉｎ保持して焼結する。窒素雰囲気の圧力は３０Ｔｏｒｒ以上が好ましく、１００Ｔｏｒｒを超えて高くなるとサーメットの焼結性が低下するので、３０〜３００Ｔｏｒｒであることが好ましく、その中でも５０〜１５０Ｔｏｒｒがさらに好ましい。１３００℃前後でＣｏおよびＮｉは溶解し液相となり、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）粉およびＷＣ粉の一部が液相中に溶解し、液相に溶解したＴｉ、Ｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃ、Ｎが（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）粒子上に複合炭窒化物固溶体のリムとして析出し、（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）のコアと（Ｔｉ1-a-b-dＲaＭｏbＷd）（Ｃ1-eＮe）のリムから成る第１硬質相の有芯構造粒子が形成される。また、ＷＣ上には結晶構造などが異なるため複合炭窒化物固溶体のリムは形成されず、ＷＣから成る第２硬質相となる。焼結した後、混合物を常温まで冷却すると本発明のサーメットを得ることができる。
本発明のサーメットの表面に、ＰＶＤ法やＣＶＤ法により硬質膜を被覆することにより本発明の被覆サーメットを得ることができる。
以下において実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
サーメットの原料粉として、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｚｒ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｈｆ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｔａ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｎｂ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.8Ｎｂ0.2）（Ｃ0.55Ｎ0.45）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｃｒ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.9Ｖ0.1）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．５μｍの（Ｔｉ0.85Ｎｂ0.1Ｍｏ0.05）（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．３μｍのＴｉ（Ｃ0.5Ｎ0.5）粉、平均粒径１．４μｍのＴｉＮ粉、平均粒径２．０μｍのＺｒＣ粉、平均粒径２．１μｍのＴａＣ粉、平均粒径１．１μｍのＮｂＣ粉、平均粒径１．３μｍのＷＣ粉、平均粒径１．３μｍのＭｏ２Ｃ粉、平均粒径１．３μｍのＣｏ粉、平均粒径１．３μｍのＮｉ粉を用意した。これらを用いて、表１に示す配合組成に秤量した。
秤量した混合粉を湿式ボールミルにて混合・粉砕した後、溶媒を蒸発させて、混合物を乾燥させた。乾燥させた混合物にパラフィンを添加して、焼結後の寸法がＩＳＯ規格ＴＮＭＧ１６０４０８切削インサート形状になる大きさにプレス成形した。プレス成形した混合物を焼結炉に入れて、真空中で３５０〜４５０℃まで昇温してパラフィンを蒸発させた後、真空中で１２８０℃の第１加熱温度まで昇温した。さらに、混合物を１２８０℃の第１加熱温度から１５３０℃の第２加熱温度まで圧力１００Ｔｏｒｒの窒素雰囲気で昇温速度１．７℃／ｍｉｎで昇温し、圧力１００Ｔｏｒｒの窒素雰囲気で１５３０℃の第２加熱温度にて５０分間保持して焼結した。焼結後、常温まで冷却して発明品１〜８および比較品１〜７のサーメットを得た。
得られたサーメットの断面組織を走査電子顕微鏡にて観察し、走査電子顕微鏡付属のＥＤＳで第１硬質相、第２硬質相および結合相の組成を測定した。また、サーメットの断面組織を１０，０００倍で撮影した写真から、フルマンの式を用いて第１硬質相および第２硬質相の平均粒径を測定した。これらの結果を表２に示した。また、サーメットの断面組織を１０，０００倍で撮影した写真から、第１硬質相の面積率Ｓ1、第２硬質相の面積率Ｓ2、結合相の面積率Ｓ3を測定した。これらの値を表３に示した。
また、第１硬質相について、リムの最大厚さをｒmaxとし、最小厚さをｒminとしたとき、０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす有芯構造の第１硬質相粒子の個数を数え、それを第１硬質相粒子の総数で割った値Ａ（％）を算出した。この結果は表４に示した。この値が高いほど、有芯構造粒子のコアがリムに覆われない部分が存在せず、かつ、コアの周囲にリムが均一に存在する粒子の存在比率が多いことを示す。
得られたサーメットに研削とホーニングを施して、ＩＳＯ規格ＴＮＭＧ１６０４０８形状の切削インサートに加工した。それらを用いて以下の切削条件で切削試験１、２を行った。
［切削試験１］
耐欠損性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ４５Ｃ（形状：円柱に４本の溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：０．５ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：乾式切削、
３回繰り返し、
工具寿命の判定基準：工具が欠損するまでの衝撃回数を寿命とする。
耐欠損性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ４５Ｃ（形状：円柱に４本の溝を入れた略円柱状）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：０．５ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：乾式切削、
３回繰り返し、
工具寿命の判定基準：工具が欠損するまでの衝撃回数を寿命とする。
表５に切削試験１の結果を示した。本発明においては、欠けるまでの衝撃回数のばらつきが小さい場合を工具寿命の安定性が高いと判断し、欠けるまでの衝撃回数のばらつきが大きい場合を工具寿命の安定性が低いと判断する。そこで、欠けるまでの衝撃回数の最大値Ｉｍａｘ（回）と欠けるまでの衝撃回数の最小値Ｉｍｉｎ（回）の差ｄＩ（回）（ｄＩ＝Ｉｍａｘ−Ｉｍｉｎ）について、ｄＩ＝０〜２０００回は◎、ｄＩ＝２００１〜５０００回は○、ｄＩ＝５００１〜１００００回は△、ｄＩ＝１０００１回以上は×、と表して工具寿命の安定性を評価した。このとき、工具寿命の安定性の順列は［優］◎＞○＞△＞×［劣］となる。
表５に示した結果から発明品は比較品に比べて耐欠損性に優れ、安定した加工が可能であることが分かる。
［切削試験２］
耐摩耗性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ５３Ｃ（形状：円柱）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：湿式切削、
工具寿命の判定基準：工具が欠損したとき、または、工具の最大逃げ面摩耗量ＶBmaxが０．３ｍｍ以上になったときを寿命とする。
耐摩耗性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ５３Ｃ（形状：円柱）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：湿式切削、
工具寿命の判定基準：工具が欠損したとき、または、工具の最大逃げ面摩耗量ＶBmaxが０．３ｍｍ以上になったときを寿命とする。
表６に切削試験２の結果を示した。
表６に示した結果から発明品は比較品に比べて耐摩耗性に優れ、長寿命であることが分かる。
加工前の発明品４、５、９のサーメットと比較品５、６、８のサーメットに研削とホーニングを施して、ＩＳＯ規格ＴＮＭＧ１６０４０８形状の切削インサートに加工した。表５に示すように、ＰＶＤ法により切削インサートの表面に平均膜厚２．５μｍのＴｉＡｌＮ膜を被覆して、発明品１０、１１、１２、比較品９、１０、１１を作製した。これらを用いて切削試験３を行った。
［切削試験３］
耐摩耗性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ５３Ｃ（形状：円柱）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：乾式切削、
工具寿命の判定基準：工具が欠損したとき、または、工具の最大逃げ面摩耗量ＶBmaxが０．３ｍｍ以上になったときを寿命とする。
耐摩耗性評価試験（旋削）
切削インサート形状：ＴＮＭＧ１６０４０８、
被削材：Ｓ５３Ｃ（形状：円柱）、
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：１．０ｍｍ、
送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ、
雰囲気：乾式切削、
工具寿命の判定基準：工具が欠損したとき、または、工具の最大逃げ面摩耗量ＶBmaxが０．３ｍｍ以上になったときを寿命とする。
表８に切削試験３の結果を示した。
表８に示した結果から発明品１０〜１２は比較品９〜１１に比べて耐摩耗性に優れ、長寿命であることが分かる。
実施例１における加工前の発明品１〜９のサーメットと比較品１〜８のサーメットに研削とホーニングを施して、ＩＳＯ規格ＳＤＥＮ１２０３ＡＥＴＮ形状の切削インサートに加工した。それらを用いて切削条件４の切削試験を行った。
耐摩耗性評価試験（転削、平面加工）
切削インサート形状：ＳＤＥＮ１２０３ＡＥＴＮ、
被削材：ＳＣＭ４４０（形状：φ３０の穴を６個あけた７６×１５０×２００ｍｍ）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り量：０．２５ｍｍ／ｔ、
雰囲気：乾式切削、
切削幅：１０５ｍｍ、
１ｐａｓｓの加工長：２００ｍｍ
カッター径：φ１６０ｍｍ（１枚刃）
３回繰り返し、
工具寿命の判定基準：工具が欠損するまでの加工長を寿命とする。
切削インサート形状：ＳＤＥＮ１２０３ＡＥＴＮ、
被削材：ＳＣＭ４４０（形状：φ３０の穴を６個あけた７６×１５０×２００ｍｍ）、
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ、
切り込み：２．０ｍｍ、
送り量：０．２５ｍｍ／ｔ、
雰囲気：乾式切削、
切削幅：１０５ｍｍ、
１ｐａｓｓの加工長：２００ｍｍ
カッター径：φ１６０ｍｍ（１枚刃）
３回繰り返し、
工具寿命の判定基準：工具が欠損するまでの加工長を寿命とする。
表９に切削試験４の結果を示した。本発明においては、欠けるまでの加工長のばらつきが小さい場合を工具寿命の安定性が高いと判断し、欠けるまでの加工長のばらつきが大きい場合を工具寿命の安定性が低いと判断する。そこで、欠けるまでの加工長の最大値ｌｍａｘ（ｍ）と欠けるまでの加工長の最小値ｌｍｉｎ（ｍ）の差ｄｌ（ｍ）（ｄｌ＝ｌｍａｘ−ｌｍｉｎ）について、ｄｌ＝０〜０．５ｍは◎、ｄｌ＝０．６〜１．０ｍは○、ｄｌ＝１．１〜２．０ｍは△、ｄｌ＝２．１ｍ以上は×、と表して工具寿命の安定性を評価した。このとき、工具寿命の安定性の順列は［優］◎＞○＞△＞×［劣］となる。
表９に示した結果から発明品は比較品に比べて耐欠損性に優れ、安定した加工が可能であることが分かる。
１ コア
２ リム
２ リム
Claims (12)
- Ｔｉを含む複合炭窒化物固溶体からなる第１硬質相と、ＷＣからなる第２硬質相と、ＣｏおよびＮｉの少なくとも１種を主成分とする結合相とから構成され、第１硬質相は、
（Ｔｉ1-x-yＬxＭｏy）（Ｃ1-zＮz）
但し、ＬはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ｘはＴｉとＬとＭｏとの合計に対するＬの原子比を表し、ｙはＴｉとＬとＭｏとの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｚはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表す、
で表され、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ０．０１≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．０５、０．０５≦ｚ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体のコアと、
（Ｔｉ1-a-b-dＲaＭｏbＷd）（Ｃ1-eＮe）
但し、ＲはＺｒ、Ｈｆ、ＮｂおよびＴａから成る群より選ばれる少なくとも１種の元素を表し、ａはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＲの原子比を表し、ｂはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＭｏの原子比を表し、ｄはＴｉとＲとＭｏとＷとの合計に対するＷの原子比を表し、ｅはＣとＮとの合計に対するＮの原子比を表す、
で表され、ａ、ｂ、ｄ、ｅはそれぞれ０．０１≦ａ≦０．５、０≦ｂ≦０．０５、０．０１≦ｄ≦０．５、０．０５≦ｅ≦０．７５を満足する複合炭窒化物固溶体のリムとからなる有芯構造であり、
第１硬質相の有芯構造粒子のリムの最大厚さをｒmaxとし、第１硬質相の有芯構造粒子のリムの最小厚さをｒminとしたとき、
０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１
を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が第１硬質相の有芯構造粒子の総数に対して８５％以上であることを特徴とするサーメット。 - ｘが０．０５≦ｘ≦０．３を満足する請求項１記載のサーメット。
- ｙが０．０３≦ｙ≦０．０５を満足する請求項１または２記載のサーメット。
- ｚが０．３≦ｚ≦０．７を満足する請求項１〜３の何れか１項に記載のサーメット。
- ａが０．０５≦ｘ≦０．３を満足する請求項１〜４の何れか１項に記載のサーメット。
- ｂが０．０３≦ｙ≦０．０５を満足する請求項１〜５の何れか１項に記載のサーメット。
- ｄが０．０５≦ｄ≦０．３を満足する請求項１〜６の何れか１項に記載のサーメット。
- ｅが０．３≦ｅ≦０．７を満足する請求項１〜７の何れか１項に記載のサーメット。
- ０．２≦（ｒmin／ｒmax）≦１を満たす第１硬質相の有芯構造粒子の個数が、第１硬質相の有芯構造粒子の総数に対して８５〜９０％である請求項１〜８の何れか１項に記載のサーメット。
- サーメットの断面組織における、第１硬質相が３５〜８５面積％、第２硬質相が５〜４５面積％、結合相が１０〜３０面積％であり、これらの合計が１００面積％である請求項１〜９の何れか１項に記載のサーメット。
- サーメットの断面組織における、第１硬質相が５０〜８２面積％、第２硬質相が５〜４０面積％、結合相が１０〜２０面積％であり、これらの合計が１００面積％である請求項１〜９の何れか１項に記載のサーメット。
- 請求項１〜１１の何れか１項に記載のサーメットの表面に硬質膜を被覆した被覆サーメット。
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