JPWO2014084389A1 - 総形刃物および木材用総形工具 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量でありながら、高い耐欠損性、耐摩耗性および耐蝕性を備えている総形刃物と、この総形刃物を回転ホルダに複数装着してなる木材用総形工具とを提供する。【解決手段】基体(2a)と切刃部(2b)とからなり、基体(2a)および切刃部(2b)とが一体物の板状体であり、硬質相と結合相とを含むサーメットからなる総形刃物である。また、この総形刃物を回転ホルダに複数装着してなる木材用総形工具である。【選択図】図1
Description
本発明は、例えば、木材の切削加工に用いられる総形刃物およびこれを装着してなる木材用総形工具に関する。
被工作物である木材において、加工効率を高めて必要とする形状を1回の切削で削り出すのに、切削後形状に沿った切刃部を有する総形刃物が回転ホルダに複数装着されてなる木材用総形工具が用いられている。この木材用総形工具は、回転数が5000〜15000r.p.mで用いられるものであり、総形刃物の材質としては、超硬合金やSKH材(高速度鋼)が用いられている(例えば、特許文献1)。
被工作物である木材は、種々雑多な原木や廃材など広範囲に及ぶものであり、接着剤を多く含有するMDF材(木材などの植物繊維を原料としドライプロセスによって製造される繊維板のうち、密度が0.35〜0.80g/cm3のものをいう。)や水分を多く含有する自然木の加工によって、総形刃物における切刃部が腐食してチッピングを起こしたり、チッピングに起因して摩耗したりするおそれがあるため、長期間にわたって使用可能な総形刃物が求められている。
また、加工効率をより高めるとともに、加工面のむしれを抑制して加工面の性状を良好なものとするため、回転数をさらに上げようとすれば、回転に掛かる動力が大きくなることから、複数装着される総形刃物の軽量化が求められている。
本発明は上記要求を満たすべく案出されたものであり、軽量でありながら、高い耐欠損性、耐摩耗性および耐蝕性を備えている総形刃物と、この総形刃物を回転ホルダに複数装着してなる木材用総形工具とを提供することを目的とする。
本発明の総形刃物は、切刃部を有する一体物の板状体であり、この板状体が、硬質相と結合相とを含むサーメットからなるものである。
また、本発明の木材用総形工具は、上記の総形刃物を回転ホルダに複数装着してなるものである。
本発明の総形刃物によれば、軽量でありながら、高い耐欠損性、耐摩耗性および耐蝕性を備えているため、長期間にわたる使用に耐え得ることができる。
本発明の木材用総形工具によれば、大きな動力を必要とすることなく回転数を上げることができるため、加工効率をより高めることができる。また、高速回転で切削できることから、加工面のむしれが抑制されるため、良好な加工面性状を長期間にわたって得ることができる。
以下、本実施形態の木材用総形工具について説明する。
図1は、本実施形態の木材用総形工具の一例を示す正面図であり、図2が、本実施形態の総形刃物の一例を示す正面図である。
図1に示す木材用総形工具1は、回転ホルダ3に総形刃物2が複数装着されてなるものであり、総形刃物2は、回転ホルダ3に設けられた装着口4に挿入されることによって装着されている。
総形刃物2は、基体2aと、切刃部2bとにより構成され、被工作物である木材と接する切刃部2bの形状は、図2では湾曲した部分を有している。なお、総形刃物2は、ロウ付け等により基体2aに切刃部2bを接合したものではなく、一体物の板状体からなるものであり、切刃部2bとは、刃先2cを含む刃付け加工が施された部位のことである。
また、総計刃物2を構成する板状体の材質は、硬質相と結合相とを含むサーメットからなる。ここで、本発明におけるサーメットとは、硬質相が、TiC、TiNまたはTiCNを含有する立方晶の割合が、組織中で最も高い面積比率であるものと定義する。すなわち、炭化タングステン(WC)を最も多く含有する超硬合金は、本発明のサーメットには含まれない。なお、本実施形態の総形刃物2は、図示した形状に限定するものではないことはいうまでもない。
本実施形態の総形刃物2は、基体2aと、被工作物である木材の切削後形状に沿った切刃部2bとが一体物の板状体であり、ロウ付け等により接合されたものではないため、高速回転においても、切刃部2bが基体2aから剥がれるおそれがない。また、硬質相と結合相とを含むサーメットからなるため、高い耐欠損性、耐蝕性および耐摩耗性を備えており、接着剤を多く含有するMDF材や水分を多く含有する自然木を加工しても、チッピングやチッピングに起因する摩耗が少ない。さらに、超硬合金や高速度鋼(SKH材)よりも比重が軽いことから、木材用総形工具1の回転数を上げることが可能となり、加工効率を高めるとともに、加工面のむしれを抑制して加工面の性状を良好なものとすることができる。具体的には、18000r.p.m以上の回転数に対応することが可能となる。
また、具体的な総形刃物2の寸法としては、例えば、厚みが1.5〜3.5mmであり、矩形状とみなした際の外形寸法が15〜60mm×15〜60mmである。また、総形刃物2を構成するサーメットにおける硬質相と結合相との質量比は、硬質相が70〜95質量%であり、結合相が5〜30質量%である。そして、サーメットの静的特性としては、比重が8.0g/cm3以下であり、破壊靭性KICが8.5MPa・m1/2以上であり、サーメットの内部領域におけるビッカース硬度Hvが1500以上である。
破壊靭性KICについては、JIS R 1607(1995)に準拠して求めればよい。また、ビッカース硬度については、JIS R 1610(2003)に準拠して求めればよい。
なお、本発明において、サーメットの内部領域とは、サーメットの表面から100μm以上内側の領域のことをいう。
(第1の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットとしては、金属のうちでTiの質量の含有比率が最も高いTi基サーメットを用いる。このとき、本実施態様では、結合相としてCoおよびNiを含み、CoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率が25〜45質量%である。この範囲であることにより、高い耐蝕性と耐摩耗性を併せ持つことから、接着剤を多く含有するMDF材や水分を多く含有する自然木であっても長期間にわたって切削加工できる総形刃物2となる。
(第1の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットとしては、金属のうちでTiの質量の含有比率が最も高いTi基サーメットを用いる。このとき、本実施態様では、結合相としてCoおよびNiを含み、CoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率が25〜45質量%である。この範囲であることにより、高い耐蝕性と耐摩耗性を併せ持つことから、接着剤を多く含有するMDF材や水分を多く含有する自然木であっても長期間にわたって切削加工できる総形刃物2となる。
なお、CoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率は、総形刃物2の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸に溶解した後、ICP発光分光分析装置(島津製作所製:ICPS−8100)を用いてCoおよびNiについて測定し、CoおよびNiの含有量の和でNiの含有量を除して求めればよい。
また、本実施形態の総形刃物2によれば、切刃部2bにおけるCoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率が、内部より表面で多い。これによって、接着剤を多く含有するMDF材や水分を多く含有する自然木を切削加工した際におけるチッピングをさらに抑制することができるとともに、接着剤を多く含有するMDF材や水分を多く含有する自然木に接する切刃部2bの耐蝕性をさらに向上させることができる。
なお、切刃部2bにおける表面とは、切刃部2bの外側をなしている面のことであり、切刃部2bにおける内部とは、表面から100μm以上内側の領域のことをいう。また、切刃部2bにおけるNiの含有比率は、表面および内部が観察できる試料を準備し、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察し、付設のEDS(エネルギー分散型X線分析装置)によって得られたカウント値を比較すればよい。なお、得られたカウント値に10%以上の差があった場合、有意差があるものとみなす。
(第2の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットの第2の実施態様として、図3のサーメットの断面についての走査型電子顕微鏡(SEM)写真および図4の模式図を基に説明する。
(第2の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットの第2の実施態様として、図3のサーメットの断面についての走査型電子顕微鏡(SEM)写真および図4の模式図を基に説明する。
図3のサーメット10は、CoおよびNiの少なくとも1種を主とする結合相(図3の写真では白色)14と、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物からなる硬質相12とからなり、硬質相12が、TiCNからなる第1硬質相12A(図3の写真では黒色)と、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなるとともに中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率よりも高い第2硬質相12B(図3の写真では中心部が白色に近い灰色で外周部が灰色)とを含有している。
第1硬質相12Aは平均粒径が0.05〜1μmであり、第2硬質相12Bは平均粒径が0.2〜3μmで、かつ第1硬質相12Aの平均粒径よりも大きい。さらに、第2硬質相12Bは、第2硬質相12Bの平均粒径に対して3倍以上の粒径からなる凝集部15を形成してなり、凝集部15はサーメット10の組織中に20〜60面積%の比率で存在している。また、サーメット10中の炭素の含有比率は6.00〜6.50質量%からなる。
上記構成によって、サーメット10の耐欠損性が向上する。すなわち、サーメット10は、炭素の含有比率が6.00〜6.50質量%と従来に比べて低いので、硬度の高い炭化物の性質が発揮されにくくなり、サーメット10の靭性は向上する。そのため、切刃部2bの刃付け加工において、刃先2cがチッピングすることを抑制でき、鋭利な刃先を形成することができる。その結果、総形刃物を備えた総形工具で木材を切削加工した際に、木材の加工面が滑らかで、むしれの生成も抑制できる。
また、第1硬質相12Aは、平均粒径が0.05〜1μmであり、このような粒径で分散することにより、サーメット10の硬度が低下することを抑制できる。その結果、サーメット10の耐摩耗性を低下させずに耐欠損性が向上する。一方、第2硬質相12BはTiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなるとともに、中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率よりも高いので、第2硬質相12Bの靭性が高い。しかも、第2硬質相12Bは第1硬質相12Aとは独立して所定の大きさ以上に大きい凝集部15がサーメット10の組織中に20〜60面積%の比率で存在する。
これによって、凝集部15はクラックの進展を抑制する効果がある。すなわち、凝集部15は、TiCNからなる黒色の芯部とTiとW等との複合炭窒化物からなる灰色の周辺部との有芯構造粒子のように、芯部と周辺部との界面が存在してこの界面をクラックが進展するものではない。また、凝集部15は、単純な均一組織からなる硬質相に比べて、クラックが複雑に進展してクラックの進展エネルギーを弱める効果が高い。よって、刃先2cのチッピングを抑制して鋭利な状態とできる。
さらに、第2硬質相は靭性に優れるので、サーメット10の耐欠損性をさらに高めることができる。なお、硬質相12が、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなる場合、中心部におけるWの含有比率と外周部におけるWの含有比率よりも高い第2硬質相12Bか、中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率と同じ第3硬質相12Cか、中心部がTiCNからなる第4硬質相12Dを判定するには、電子線マイクロアナライザ(EPMA)またはオージェ分析にて硬質相内のW元素の分布状態を確認することができる。第1硬質相12Aも電子線マイクロアナライザ(EPMA)で確認できる。
なお、本実施態様では、図4に示すように、第2硬質相12Bは第1硬質相12Aとは独立して凝集部15を形成している。つまり、凝集部15の中には第2硬質相12Bが存在するが、第1硬質相12Aは存在していない。
ここで、第1硬質相12Aの平均粒径が0.05μm以上であると、第1硬質相12Aが凝集することなくサーメット10中に分散状態が良好であり、サーメット10の硬度が高い。また、第1硬質相12Aの平均粒径が1μm以下であると、サーメット10の硬度が高い。さらに、第2硬質相12Bの平均粒径が0.2μm以上であるとともに、第1硬質相12Aの平均粒径以上であると、サーメット10の靭性が高く、第2硬質相12Bの平均粒径が3μm以下であるとサーメット10の硬度が高い。さらに、第2硬質相12Bが第1硬質相12Aとは独立して、第2硬質相12Bの平均粒径に対して3倍以上の粒径からなる凝集部15を形成し、第2硬質相12Bの平均粒径に対して3倍以上の粒径からなる凝集部15はサーメット10の組織中に20〜60面積%の比率で存在していると、サーメット10の耐欠損性が高い。凝集部15の面積比率の望ましい範囲は、30〜50面積%である。なお、第2硬質相12Bは単独で存在する場合もある。また、第2硬質相12Bの平均粒径に対して3倍未満の粒径からなる凝集部が存在する場合もあるが、これは凝集部15には相当しない。
また、サーメット10中の炭素含有比率が6.00質量%以上であると、サーメット10の硬度が高く、サーメット10中の炭素含有比率が6.50質量%以下であると、サーメット10の耐欠損性が高い。
なお、凝集部15中には、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなり、中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率と同じ第3硬質相が、中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率よりも高い第2硬質相とともに存在していてもよい。サーメット10中に存在する第3硬質相12Cの面積比率は、サーメット10の組織中に0〜40面積%である。
また、凝集部15以外の部分には、TiCNからなる芯部と、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなる周辺部とからなる第4硬質相が存在していてもよい。サーメット10中に存在する第4硬質相12Dの面積比率は、サーメット10の組織中に0〜30面積%である。
さらに、本実施態様では、サーメット10中の第1硬質相12Aが占める面積比率をSAとし、第2硬質相12Bが占める面積比率をSBとしたとき、SAとSBとの比率(SB/SA)が1.0〜2.5である。この範囲であれば、サーメット10の耐摩耗性を低下させることなく、耐欠損性を高めることができる。
また、本実施態様では、サーメット10中の第1硬質相12Aの平均粒径をdA、第2硬質相12Bの平均粒径をdBとしたとき、比率(dB/dA)が3.0〜10である。これによって、サーメット10の耐摩耗性が向上するという効果がある。
なお、本発明における硬質相12の粒径の測定は、CIS−019D−2005に規定された超硬合金の平均粒径の測定方法に準じて測定する。この時、硬質相12が有芯構造からなる場合については、芯部と周辺部を含めた周辺部の外縁までを1つの硬質相12として測定する。
ここで、本実施態様では、サーメット10には、硬質相12が70〜95面積%、結合相が5〜30面積%で含有される。換言すると、硬質相12をなすTiを主成分とする周期表4、5および6族金属の窒化物または炭窒化物の合計含有量は、70〜90質量%であり、特に、耐摩耗性の向上の点で80〜90質量%である。一方、結合相14の含有量は10〜30質量%であることによって、サーメット10の硬度および靭性のバランスに優れたものとなる。結合相の望ましい範囲は10〜25質量%である。本実施態様において、サーメット10の金属元素の総量に対する各金属元素の比率は、Tiが40〜70質量%、Wが10〜30質量%、Nbが0〜20質量%、Moが0〜10質量%、Taが0〜10質量%、Vが0〜5質量%、Zrが0〜5質量%、Coが5〜15質量%、Niが5〜15質量%の比率からなる。この組成範囲であれば、サーメット10は耐摩耗性および耐欠損性の高いものとなる。
(第3の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットの第3の実施態様について、図5Aの表面付近における断面についての走査型電子顕微鏡写真、図5Bの内部領域における断面についての走査型電子顕微鏡写真、図5Cの表面付近におけるビッカース硬度Hvを示す図、図5Aのサーメットの表面付近の一部において、図6Aの走査型電子顕微鏡写真、図6Bの波長分散型X線分光分析(WDS)によるCoの分布図、図6Cの波長分散型X線分光分析(WDS)によるN(窒素)の分布図、および図5A、図6Aのサーメット20の表面付近における電子線後方散乱回折(EBSD)データである図7を基に説明する。
(第3の実施態様)
総形刃物2を構成するサーメットの第3の実施態様について、図5Aの表面付近における断面についての走査型電子顕微鏡写真、図5Bの内部領域における断面についての走査型電子顕微鏡写真、図5Cの表面付近におけるビッカース硬度Hvを示す図、図5Aのサーメットの表面付近の一部において、図6Aの走査型電子顕微鏡写真、図6Bの波長分散型X線分光分析(WDS)によるCoの分布図、図6Cの波長分散型X線分光分析(WDS)によるN(窒素)の分布図、および図5A、図6Aのサーメット20の表面付近における電子線後方散乱回折(EBSD)データである図7を基に説明する。
図5A−図5Cのサーメット20は、TiCN相と、Tiと他の金属元素を含む立方晶結晶からなる硬質相を40〜60体積%と、他の硬質相としてWC相を30〜50体積%と、結合相を8〜15体積%との範囲で含有する。また、サーメット20の組成は、WCを50〜70質量%と、TiCNを15〜30質量%と、WおよびTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種を0〜10質量%と、CoおよびNiの少なくとも1種以上を6〜12質量%との比率で含有する全体組成からなる。
また、サーメット20は、図5A、図5Bに示すように、WとTiおよびそれ以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上を含む炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種からなる複合硬質相(図中灰色に観察される。β相とも言われる。)22と、WC相23(図中白色に観察される。)と、CoおよびNiの少なくとも1種以上を主体とする結合相24(図中黒色に観察される。)とを含有する組織からなる。なお、WC以外の周期表第4、5および6族金属は上記炭窒化物以外に、その一部が炭化物または窒化物として存在することもできる。
そして、本実施態様によれば、図5A−図5Cに示すように、サーメット20の表面側には、WC相23の含有比率がサーメット20の内部領域に比べて高い表面領域26が存在している。表面領域26においては、WC以外の周期表第4、5および6族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の少なくとも1種の含有比率が、サーメット20の内部領域27に比べて低くなっている。さらに、表面領域26におけるWC相の平均粒径が内部領域27におけるWC相23の平均粒径に対して大きくなっている。これによって、表面領域26中のWC相23を取り巻く結合相24の厚みに相当するWC相23、23間の平均自由工程が長く(厚く)なってWC相23の脱粒が抑制される結果、サーメット20の表面における耐欠損性を向上させることができる。その結果、切刃部2bの刃先2cにおける刃付け加工時のチッピングを抑制して、鋭利な刃先3cとすることができる。なお、表面領域26中でも、WC以外の周期表第4、5および6族金属は、上記炭窒化物以外に、その一部が炭化物または窒化物として存在することもできる。
また、図5A−図5Cに示すように、表面領域26の直下には、サーメット20の内部領域27に対して硬度が高い高硬度領域28が存在している。これによって、サーメット20の塑性変形を抑制できるとともに耐摩耗性を高める効果が顕著である。
つまり、本実施態様において、サーメット20には、表面から、表面領域26、高硬度領域28、内部領域27の3つの領域が存在する。なお、表面領域26と高硬度領域28とは、図5Aから明らかなように、明確に組織が相違しており、それらの境界は明確である。もし、表面領域26と高硬度領域28との境界が不明瞭な場合には、硬質相の総量に占めるWC相の比率が80面積%以上の領域が表面領域26、硬質相の総量に占めるWC相の比率が80面積%未満の領域を高硬度領域28として分ける。また、高硬度領域28が存在しない場合でも、表面領域26と内部領域27とは明確に組織が相違しており、それらの境界は明確である。もし、表面領域26と内部領域27との境界が不明瞭な場合には、硬質相の総量に占めるWC相の比率が80面積%以上の領域が表面領域26、硬質相の総量に占めるWC相の比率が80面積%未満の領域を内部領域27として明確に分けることができる。
一方、高硬度領域28が存在する場合、高硬度領域28と内部領域27との間はサーメット20の全体として連続的に変化するために、境界は目視で明確に判別することが困難であり、図5Cの各測定点の硬度をつないだ硬度分布の結果から境界を決定する。すなわち、内部領域27は、硬度分布において、硬度がばらつきの範囲内で変化しない領域を指し、高硬度領域28と内部領域27との境界は、内部領域27内の硬度ばらつきの範囲の中間値と高硬度領域28の硬度曲線とが交わる点とする。なお、内部領域27の組成や組織等の性状を分析する際には、内部領域27の高硬度領域28との境界からはるかに離れたサーメット20の表面から1000μmの深さ位置にて分析する。
ここで、表面領域26におけるWC相23の平均粒径が、内部領域27におけるWC相23の平均粒径に対して1.1〜1.5倍であれば、サーメット20の耐欠損性および耐摩耗性をよりバランスよく維持できる。なお、本実施態様では、内部領域27におけるWC相23の平均粒径は1.5〜4.0μmであり、特に望ましい平均粒径は2.7〜3.5μmである。
また、図6Bの波長分散型X線分光分析(WDS)によるCoの分布図より、Coは点在して存在していることがわかる。そして、図5A−図5Cおよび図6A−図6Cのデータを加味すると、表面領域26において最もCo含有比率が高く(図中、白色の割合が多い)、次に、内部領域27(図6A−図6Cでは高硬度領域28に近い側を内部領域27として指している。)においてCo含有比率が高く、高硬度領域8においてはCo含有比率が低い(図6B中、白色の割合が少ない)ことがわかる。また、図6Bの前記Coの分布図と図6CのNの分布図とを比較すると、Coの含有比率が高い部分、すなわち結合相24の位置でN(窒素)の含有比率が高く(図6C中、白色の割合が多い)、次に複合硬質相22の位置で含有比率が高く、WC相23の位置では含有比率が低い(図中、白色の割合が少ない)ことがわかる。
つまり、図6A−図6Cによれば、表面領域26に含有される結合相の含有比率が内部領域27に含有される結合相の含有比率よりも多く、かつ表面領域26において結合相24に含有される窒素含有比率がWC相23に含有される窒素含有比率よりも多い。それゆえ、表面領域6の結合相24に含有される窒素含有比率が内部領域27の結合相24に含有される窒素含有比率よりも高くなっている。その結果、表面領域26のWC相23を取り巻く結合相24の耐塑性変形性が向上してWC相23の脱粒が抑制される結果、切刃部2bの刃先2cにおける刃付け加工時のチッピングを抑制して、鋭利な刃先とすることができる。また、サーメット20の表面における耐欠損性を向上させることができる。
ここで、内部領域27は、サーメット20の全体組成と同じ組成からなる。表面領域26は、内部領域27に対してWC相23の含有比率が高く、複合硬質相22の含有比率が低い組成からなる。高硬度領域28は、内部領域27および表面領域26に比較して、複合硬質相22の含有比率が高く、WC相23、Coおよび窒素の含有比率が低い組成からなる。
また、本実施態様では、表面領域26における窒素含有比率が内部領域27における窒素含有比率に対して1.1倍以上である。これによって、サーメット20の耐欠損性および耐摩耗性をともにバランスよく維持できる。その結果、切刃部2の刃付け加工時のチッピングを抑制できて、鋭利な刃先2cを形成できるとともに、切刃部2の耐摩耗性および耐欠損性をよくせいできる。表面領域26における窒素含有比率が内部領域27における窒素含有比率の望ましい範囲は1.08〜1.10である。
なお、本実施態様では、表面領域26の厚みは5〜20μmである。これによって、刃先2cにおける靭性を高めることができるとともに、サーメット20の表面における塑性変形を抑制できる。また、表面領域26がこの厚みであれば、サーメット20中の成分がサーメット20の表面に後述する化学蒸着(CVD)膜を成膜しても、構成する結晶の一部が異常成長することを抑制して、サーメット20の表面に良好なCVD膜を形成することができる。表面領域26の特に望ましい厚みは10〜20μmである。
本実施態様によれば、高硬度領域28の厚みは30〜200μm、特に望ましくは50〜150μmであり、サーメット20の耐塑性変形性を向上させるとともに、耐摩耗性を高めることができる。
また、本実施態様では、表面領域26の厚み方向の中央におけるビッカース硬度Hvdが、内部領域7における平均ビッカース硬度Hviに対して0.8〜1.0倍の範囲であり、高硬度領域28のビッカース硬度の極大値Hvhが内部領域27における平均ビッカース硬度Hviに対して1.2〜1.3倍の範囲である。この範囲であれば、サーメット20の耐摩耗性および耐欠損性をともに高めることができる。
さらに、本実施態様では、図7のサーメット20の表面付近における電子線後方散乱回折(EBSD)データに示すように、表面領域26の直下の高硬度領域28の中でも複合硬質相22の平均粒径が表面から内部領域27(図7には図示せず)に向かって減少しており、高硬度領域28の表面における硬度を高めて耐摩耗性に優れるという効果を発揮する。さらに、本実施態様では、高硬度領域28には内部領域27に対してWC相23の含有比率が低く、高硬度領域28の硬度が高くなる。なお、図7のEBSDデータでは、複合硬質相22が白色から灰白色、WC相23が濃い灰色、結合相24が黒色の微粒で表される。
また、上記サーメット20の表面には、所望により、化学蒸着(CVD)法、もしくはイオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着(PVD)法による被覆層が成膜されてもよい。上記サーメット20によれば、表面領域26が存在することによって、被覆層がすぐにチッピングしてしまうことを抑制することができ、密着性も良好である。特に、CVD膜は高速切削に対する耐摩耗性に優れているが、表面領域26が存在することによって、CVD膜が異常な粒成長をすることもなく、正常な粒子からなる被覆層を作製することができる。
なお、総形刃物2として、上記第1の実施態様から第3の実施態様の特徴の少なくとも2つを組み合わせたサーメットを採用することもできる。
(木材用総形工具)
本実施形態の木材用総形工具1は、本実施形態の総形刃物2を回転ホルダ3に複数装着してなるものであることから、複数装着する総形刃物2が従来の超硬合金やSKH材に比べて軽量であることにより、大きな動力を必要とすることなく回転数を上げることができるため、加工効率をより高めることができる。また、高速回転で切削できることから、加工面のむしれが抑制されるため、良好な加工面性状を長期間にわたって得ることができる。
本実施形態の木材用総形工具1は、本実施形態の総形刃物2を回転ホルダ3に複数装着してなるものであることから、複数装着する総形刃物2が従来の超硬合金やSKH材に比べて軽量であることにより、大きな動力を必要とすることなく回転数を上げることができるため、加工効率をより高めることができる。また、高速回転で切削できることから、加工面のむしれが抑制されるため、良好な加工面性状を長期間にわたって得ることができる。
次に、各実施形態の総形刃物を構成するサーメットの製造方法、および総形工具の製造方法の実施態様例について説明する。
(第1の実施態様のサーメットの製造方法)
第1の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。TiC、TiNおよびTiCNから選ばれる少なくとも1種の粉末と、W、Mo、Ta、V、ZrおよびNbのうちの1種以上を含有する炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも1種の粉末と、Co粉末と、Ni粉末とを準備し、所定量秤量した後、混合する。なお、結合相であるCoとNiとにおけるNiの含有比率を25%以上45%以下とするには、秤量時におけるCo粉末とNi粉末とにおけるNi粉末の質量比率を25%以上45%以下とすればよい。
第1の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。TiC、TiNおよびTiCNから選ばれる少なくとも1種の粉末と、W、Mo、Ta、V、ZrおよびNbのうちの1種以上を含有する炭化物、窒化物、炭窒化物の少なくとも1種の粉末と、Co粉末と、Ni粉末とを準備し、所定量秤量した後、混合する。なお、結合相であるCoとNiとにおけるNiの含有比率を25%以上45%以下とするには、秤量時におけるCo粉末とNi粉末とにおけるNi粉末の質量比率を25%以上45%以下とすればよい。
そして、混合した粉末にバインダを加えて成形原料とする。次に、この成形原料を用いて、プレス成形、押出成形、射出成形等の公知の方法により所定の板形状に成形し、1400〜1600℃の最高温度で焼成する。そして、研削盤を用いた研削加工により切刃部2bを形成することによって総形刃物2を得ることができる。なお、切刃部2bにおけるNiの含有比率を、内部より表面で多くするには、切刃部2bをNi溶液に浸漬した後、熱処理すればよい。
(第2の実施態様のサーメットの製造方法)
第2の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。まず、平均粒径0.1〜1.2μm、特に0.3〜0.9μmのTiCN粉末と、TiCN以外の周期表4、5、6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末の少なくとも1種と、平均粒径0.5〜5μmの所定量の金属Co粉末や金属Ni粉末と、平均粒径2〜10μmの金属W粉末およびWC1-x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種と、所望により炭素粉末を添加して混合し混合粉末を調整する。
第2の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。まず、平均粒径0.1〜1.2μm、特に0.3〜0.9μmのTiCN粉末と、TiCN以外の周期表4、5、6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末の少なくとも1種と、平均粒径0.5〜5μmの所定量の金属Co粉末や金属Ni粉末と、平均粒径2〜10μmの金属W粉末およびWC1-x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種と、所望により炭素粉末を添加して混合し混合粉末を調整する。
本実施態様においては、TiCN以外の周期表4、5、6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末の少なくとも1種として、平均粒径0.1〜3μmのTiN粉末、WC粉末、NbC粉末、MoC、TaC粉末、VC粉末、ZrC粉末が適用可能である。
混合粉末の調整は、上記秤量した原料粉末にバインダや溶媒等を添加して、ボールミル、振動ミル、ジェットミル、アトライタミル等の公知の混合方法で混合する。本実施態様ではアトライタミルを採用する。アトライタミルによる粉末混合によって、原料粉末は粉砕されて粒径が小さくなるが、金属W粉末およびWC1-x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種、金属Co粉末および金属Ni粉末は、延性が高いので、粉砕によってかえって凝集してしまう傾向にある。そして、この混合粉末にプレス成形等の公知の成形方法によって所定形状に成形する。
次に、上記成形体を、真空または不活性ガス雰囲気中にて焼成する。本実施態様によれば、下記の条件にて焼成することにより、上述した所定組織の超硬合金を作製することができる。具体的な焼成条件としては、(a)室温から1200℃まで昇温し、(b)真空中にて1200℃から1330〜1380℃の焼成温度T1まで0.1〜2℃/分の昇温速度aで昇温し、(c)真空中または30〜2000Paの不活性ガス雰囲気中にて焼成温度T1から1500〜1600℃の焼成温度T2まで4〜15℃/分の昇温速度bで昇温し、(d)真空または30〜2000Paの不活性ガス雰囲気中にて焼成温度T2にて0.5〜2時間保持した後、降温する条件で焼成する。
上記焼成時の昇温パターン、および所定量の不活性ガスを導入するタイミングを制御することによって、混合粉末中で凝集した金属W粉末およびWC1-x(0<x≦1)粉末の少なくとも1種は、他の4、5、6族元素が固溶しながら炭化および窒化されることによって、凝集部を形成する。また、Co粉末やNi粉末は互いに固溶しながら溶解して、硬質相の周囲に回り込み、硬質相間を結合する。その結果、上述した組織のサーメット10を作製することができる。
すなわち、(b)工程における昇温速度が0.1℃/分より遅いと、焼成時間が長すぎて現実的ではなく、(b)工程における昇温速度が2℃/分より速いと、凝集した金属Co粉末および金属Ni粉末の焼結が十分に進まず、かつ金属W粉末の焼結性が劣るため、凝集部15が形成されにくい。また、(c)工程における昇温速度が4℃/分より遅いと、中心部におけるWの含有比率が高い第2硬質相が形成されにくい。(c)工程における昇温速度が15℃/分より速いと、金属W粉末の焼結性が高くなりすぎて凝集部15が形成されにくい。焼成温度T2が1500℃未満では、第2硬質相が形成されにくく、焼成温度T2が1600℃より高いと、凝集部15における焼結性が活性になって、凝集部15が1つの均一な硬質相になってしまう。
(第3の実施態様のサーメットの製造方法)
第3の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。まず、平均粒径0.5〜2.0μm、望ましくは0.6〜1.5μmのTiCN粉末と、平均粒径0.5〜5μmのWC粉末と、平均粒径0.1〜2μmの上述した他の周期表第4、5および6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか1種と、平均粒径1.0〜3.0μmのCo粉末と平均粒径0.3〜0.8μmのNi粉末との少なくとも1種と、を混合した混合原料粉末を作製する。なお、この混合原料粉末中にTiCN粉末ととともにTiC粉末やTiN粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成中に固溶して、焼成後の複合硬質相においてともにTiCNを構成する。
第3の実施態様のサーメットの製造方法について説明する。まず、平均粒径0.5〜2.0μm、望ましくは0.6〜1.5μmのTiCN粉末と、平均粒径0.5〜5μmのWC粉末と、平均粒径0.1〜2μmの上述した他の周期表第4、5および6族金属の炭化物粉末、窒化物粉末または炭窒化物粉末のいずれか1種と、平均粒径1.0〜3.0μmのCo粉末と平均粒径0.3〜0.8μmのNi粉末との少なくとも1種と、を混合した混合原料粉末を作製する。なお、この混合原料粉末中にTiCN粉末ととともにTiC粉末やTiN粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成中に固溶して、焼成後の複合硬質相においてともにTiCNを構成する。
次に、上記混合原料粉末を用いて、プレス成形等の公知の成形方法により所定の形状に成形する。そして、上記成形体を下記の条件で焼成することにより、上述した所定組織のサーメットを作製することができる。具体的な焼成条件の一例としては、
(a)1050〜1250℃まで昇温し、
(b)真空雰囲気で5〜10℃/分の昇温速度r1で1300〜1400℃まで昇温し、(c)窒素(N)を1000〜3000Pa充填した雰囲気で0.1〜5℃/分の昇温速度r2で1500〜1600℃の焼成温度Tまで昇温するとともに、
(d)真空雰囲気、または不活性ガスを充填した雰囲気で0.5〜1時間維持し、(e)3〜15℃/分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する。
(a)1050〜1250℃まで昇温し、
(b)真空雰囲気で5〜10℃/分の昇温速度r1で1300〜1400℃まで昇温し、(c)窒素(N)を1000〜3000Pa充填した雰囲気で0.1〜5℃/分の昇温速度r2で1500〜1600℃の焼成温度Tまで昇温するとともに、
(d)真空雰囲気、または不活性ガスを充填した雰囲気で0.5〜1時間維持し、(e)3〜15℃/分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する。
ここで、(b)工程における雰囲気が窒素(N)などの不活性ガス雰囲気であると合金内部領域にガスが多量に発生して残存しボイドとなるために、緻密な合金が得られずに合金の靭性が低下する恐れがあり、(b)工程における昇温速度が5℃/分より遅いとTiCNの分解が合金の内部領域まで進んで表面領域が形成されず、10℃/分より速いと合金内部領域にTiCNの分解によるガスが多量に発生してボイドが残存するために緻密な焼結体が得られない。また、(c)工程における雰囲気が真空であると、TiCNの分解が進みすぎて過焼結となり異常粒成長が発生してWC相3の粒径制御が困難であり、(c)工程における昇温速度が0.1℃/分より遅いことは現実的でなく、5℃/分より速いと表面領域の厚みが薄くなるとともに、表面領域のおけるWC相の粒成長が不十分となる。
なお、表面領域の結合相の窒素含有比率が内部領域の結合相の窒素含有比率よりも多く、かつ表面領域において結合相に含有される窒素含有比率が複合硬質相に含有される窒素含有比率よりも多い構成とするためには、上記(e)工程における冷却時の雰囲気が窒素(N2)を3000〜10000Paの加圧状態となるように導入した雰囲気に制御する必要があり、(e)工程における窒素(N2)含有量が3000Pa未満であると、表面領域の結合相の窒素含有比率が内部領域の結合相の窒素含有比率に比べて著しく少なくなる傾向にある。また、焼成後の冷却速度を5〜12℃/分とすることにより、高硬度領域において表面から内部領域に向かって複合硬質相の平均粒径が減少する構成とできる。
(木材用総形工具)
また、本実施形態の木材用総形工具は、複数の装着口4を設けた回転ホルダを作製し、それぞれの装着口4に総形刃物2を挿入して装着すればよい。
また、本実施形態の木材用総形工具は、複数の装着口4を設けた回転ホルダを作製し、それぞれの装着口4に総形刃物2を挿入して装着すればよい。
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
図1に示す外形状からなり、サーメット製、超硬合金製およびSKH材製の総形刃物を作製し、刃付け加工を行った。刃付け加工後の総形刃物に対して、刃先の鋭利さを金属顕微鏡観察にて確認した。拡大倍率300倍の視野についてチッピングの数を確認し、5視野について確認して、3μm以上の深さのチッピングの総数を評価したところ、20個のチッピングが存在していた。なお、サーメットの組成としては、TiCN:40質量%、TiN:10質量%、WC:20質量%、NbC:10質量%、Co:12質量%、Ni:8質量%である。そして、それぞれの回転ホルダに、8個の総形刃物を装着することにより、木材用総形工具を得た。
そして、MDF材を122m切削加工する加工条件で切削加工を行い、同じ動力における回転数の比較と、加工面性状を決定する刃先におけるチッピングの確認を行なった。その結果、超硬合金製、SKH材製に比べ、サーメット製の総形刃物が最も回転数を高くすることができた。
また、超硬合金製、SKH材製に比べ、サーメット製の総形刃物を用いて切削したMDF材の加工面には、むしれが少なく、非常に良い加工面性状であることが確認された。さらに、MDF材の加工面状態を決定する刃先のチッピング状態を、切削加工後に金属顕微鏡を用いて同じ評価方法で確認したところ、加工終了後のチッピングの総数は40個であった。
次に、硬質相と結合相とにおける質量比は同じとし、CoとNiの添加量を異ならせた試料を作製し、破壊靭性KICおよびビッカース硬度Hvの測定を行なった。
試料としては、CoとNiとにおけるNiの含有比率が、20%、25%、35%、45%、50%のものを用意した。なお、この含有比率は、試料の一部を粉砕し、得られた粉体を塩酸に溶解した後、ICP発光分光分析装置(島津製作所製:ICPS−8100)を用いてCoおよびNiについて測定し、CoおよびNiの含有量の和でNiの含有量を除して求めたものである。
そして、各試料の破壊靭性KICおよびビッカース硬度Hvの測定を行なったところ、サーメットの比重が8.0g/cm3以下であり、破壊靭性KICが8.5MPa・m1/2以上であり、かつサーメットの内部領域におけるビッカース硬度が1500以上となるNiの含有範囲、すなわち、高い耐欠損性および耐摩耗性に優れているNiの含有比率は、25〜45質量%であることがわかった。
次に、切刃部の表面と内部とにおけるNiの含有比率を異ならせた試料を作製し、回転ホルダに装着して、実際に木材の切削加工を行ない、チッピングの確認を行なった。
試料としては、切刃部を形成する工程までは同じとし、一方の試料についてはそのまま、他方の試料については、切刃部をNi溶液に浸漬した後に熱処理を施した。そして、各試料につき、表面と内部との観察試料を準備し、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて観察し、付設のEDS(エネルギー分散型X線分析装置)によって得られたカウント値を比較したところ、一方の試料については、表面と内部に有意差は見られず、他方の試料については、内部より表面の方がNiを多く含有していた。
そして、それぞれの回転ホルダに、各試料の総形刃物を装着し、実施例1と同じ切削加工条件で木材を加工したところ、他方の試料の総形刃物の方が、チッピングが生じるのが遅かったことから、切刃部におけるNiの含有比率が、内部より表面で多いことにより、さらに耐欠損性を高められることがわかった。
なお、刃付け加工後のチッピングの総数は15個であり、切削加工後のチッピングの総数は30個であった。
平均粒径0.6μmのTiCN粉末が43質量%、平均粒径1.1μmのWC粉末が7質量%、平均粒径1.5μmのTiN粉末が10質量%、平均粒径1.5μmのNbC粉末が11質量%、平均粒径1.8μmのZrC粉末が1質量%、平均粒径1.0μmのVC粉末が2質量%、平均粒径6μmのW粉末が6質量%、平均粒径2.4μmのNi粉末が10質量%、および平均粒径1.9μmのCo粉末が10質量%の比率で調整した混合粉末を、ステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて、イソプロピルアルコール(IPA)にて湿式混合し、パラフィンを上記混合粉末100質量%に対して3質量%添加して、アトライタミルで混合した。その後、スプレードライで造粒した造粒粉を用いて、200MPaで実施例1と同じ形状にプレス成形した。
そして、(a)室温から1200℃まで昇温し、(b)真空中にて1200℃から1350℃まで0.7℃/分の昇温速度で昇温し、(c)1000PaのN2ガス雰囲気中にて焼成温度1350℃から1575℃まで8℃/分の昇温速度で昇温し、(d)1000PaのN2ガス雰囲気中にて1575℃にて1時間保持した後、降温する焼成条件で焼成した。
得られた総形刃物について、走査型電子顕微鏡(SEM)観察を行い、5000倍の写真にて、サーメットの断面の任意5箇所について観察し、電子線マイクロアナライザ(EPMA)にて各硬質相のタイプを特定し、第1硬質相、第2硬質相、第3硬質相、第4硬質相、および凝集部が存在していることを確認した。
そして、市販の画像解析ソフトを用いて8μm×8μmの領域で画像解析を行い、第1硬質相の平均粒径が0.35μm、第2硬質相の平均粒径が1.1μmであること、視野内での第1硬質相(SA)の面積比率が33面積%、第2硬質相(SB)の面積比率が34面積%、第3硬質相(SC)の面積比率が16面積%、第4硬質相(SD)の面積比率が3面積%、結合相の面積比率が14面積%であることを測定した。比率(SB/SA)は1.03であった。
また、炭素分析法を用い、炭素含有量が既知の超硬合金を標準試料として、サーメット中の炭素量を測定したところ、6.15質量%であった。さらに、サーメットの比重は6.4g/cm3であり、破壊靭性KICが15.0MPa・m1/2であり、サーメットの内部領域におけるビッカース硬度が1500であった。
次に、得られた総形刃物を用いて、実施例1と同様に刃付け加工を行い、チッピングの数を確認したところ、チッピングの総数は5個であった。また、実施例1と同じ加工条件で切削加工して、加工後の刃先のチッピング状態を金属顕微鏡で確認したところ、チッピングの総数は10個であった。
平均粒径が1.1μmのWC粉末を60質量%、平均粒径2.0μmのTiCN粉末を23質量%、平均粒径2μmのTaC粉末を2質量%、平均粒径1.5μmのNbC粉末を1質量%、平均粒径1.8μmのZrC粉末を0.5質量%、平均粒径2.4μmのNi粉末を5質量%、および平均粒径1.9μmのCo粉末を8.5質量%の割合で調製した混合粉末に、イソプロピルアルコール(IPA)を添加して、ステンレス製ボールミルと超硬ボールを用いて湿式混合し、上記混合粉末100質量%に対してパラフィンを3質量%添加、混合した後、スプレードライヤにて顆粒とした。
そして、この成形用の顆粒を用いて200MPaで加圧して実施例1と同じ形状にプレス成形した。
さらに、この成形体を焼成炉に投入して、(a)10℃/分の昇温速度で1200℃まで昇温し、(b)真空雰囲気で6℃/分の昇温速度r1で1400℃まで昇温し、(c)窒素(N2)ガス2500Paを充填した雰囲気にて、1.0℃/分の昇温速度r2で、1550℃まで昇温するとともに、その状態で1時間維持し、(d)10℃/分の冷却速度で冷却する工程にて焼成する焼成条件で焼成した。
得られたサーメットについて、走査型電子顕微鏡(SEM)観察および表面付近における電子線後方散乱回折(EBSD)測定を行い、10000倍の写真にて、表面および内部領域のそれぞれ任意5箇所について市販の画像解析ソフトを用いて8μm×8μmの領域で画像解析を行い、硬質相の存在状態、表面領域の存在を確認するとともにこれらの面積比率および平均粒径を算出した。なお、面積比率は写真の一視野における画像データをグレースケールに変換して、各ドットにおける明度に基づいて明度の頻度グラフを作成し、明度が最も高い集合をWC相、次に高い集合を複合粒子、明度が最も低い集合を結合相と特定して、そのドットの数の比率を面積比率として算出した。また、各集合の間の遷移領域については、その中間の明度を閾値として計算した。
その結果、内部においては、WとTiおよびTa、Nb、Zrを含む炭窒化物の複合硬質相からなる立方晶粒子が50面積%、WC粒子が35面積%で、WC粒子の平均粒径が2.8μm、結合相が15面積%であった。表面領域においては、立方晶粒子が2面積%、WC粒子が83面積%で、WC粒子の平均粒径が2.1μm、結合相が15面積%であった。高硬度領域においては、立方晶粒子が60面積%、WC粒子が30面積%で、WC粒子の平均粒径が2.7μm、結合相が10面積%であった。
さらに、高硬度領域の表面領域との界面から20μmの深さまでの領域、および高硬度領域の内部領域との界面から20μmの深さまでの領域にて、表面領域側と内部領域側における複合硬質相(立方晶粒子)の平均粒径を測定したところ、高硬度領域の表面領域側では2.0μmであり、高硬度領域の内部領域側では1.0μmであった。なお、平均粒径は、サーメットの表面領域、高硬度領域および内部領域について、SEM写真にて立方晶粒子およびWC粒子を特定し、それらの面積を算出して平均値を求め、その平均面積を円に換算したときの円の直径を見積もって、立方晶粒子およびWC粒子の平均粒径とした。
なお、焼成後のサーメット中の組成は、TiNが焼成中にTiCNに変化する以外は表1の混合原料粉末に記載された組成と同じであった。すなわち、WCの含有量は上述した混合原料粉末中のWCの含有量と同じであり、TiCNの含有量は上述した混合原料粉末中のTiCNの含有量と同じであった。また、WおよびTi以外の周期表4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物の含有量は上述した混合原料粉末中の他の化合物の合計の金属含有量と同じであるが、すべてが炭窒化物となっていた。さらに、CoおよびNiの含有量は上述した混合原料粉末中のCoおよびNiの合計の含有量と同じであった。
また、サーメットの表面から斜め研磨した状態で、サーメットの表面からの距離に対応する各位置にて荷重50gでビッカース硬度を測定し、ビッカース硬度の分布を図5Cのようなグラフとした。このグラフから算出したところ、表面領域の厚み方向の中央におけるビッカース硬度Hvd=1420、内部領域における平均ビッカース硬度Hvi=1550、高硬度領域中のビッカース硬度の極大値Hvh=2000GPaであった。なお、内部領域における平均ビッカース硬度Hviは、ビッカース硬度の分布から内部領域の始まりの境界位置を特定し、この境界位置から20μmおきに3点測定して、その平均値とした。
次に、得られた総形刃物を用いて、実施例1と同様に刃付け加工を行い、チッピングの数を確認したところ、チッピングの総数は7個であった。また、実施例1と同じ加工条件で切削加工して、加工後の刃先のチッピング状態を金属顕微鏡で確認したところ、チッピングの総数は13個であった。
1 :木材用総形工具
2 :総形刃物
2a:基体
2b:切刃部
3 :回転ホルダ
4 :装着口
2 :総形刃物
2a:基体
2b:切刃部
3 :回転ホルダ
4 :装着口
Claims (14)
- 切刃部を有する一体物の板状体であり、硬質相と結合相とを含むサーメットからなる総形刃物。
- 前記結合相としてCoおよびNiを含み、CoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率が25〜45質量%である請求項1に記載の総形刃物。
- 前記切刃部におけるCoおよびNiの含有量に対するNiの含有比率が、内部より表面で多い請求項1または請求項2に記載の総形刃物。
- 前記サーメットが、CoおよびNiの少なくとも1種を主とする結合相と、周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上の炭窒化物からなる硬質相とからなり、前記硬質相が、TiCNからなる第1硬質相、およびTiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなり、かつ中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率よりも高い第2硬質相を含み、前記第1硬質相は平均粒径が0.05〜1μmであり、前記第2硬質相は平均粒径が0.2〜3μmでかつ前記第1硬質相の平均粒径よりも大きく、前記第2硬質相は、当該第2硬質相の平均粒径に対して3倍以上の粒径からなる凝集部を構成してなり、該凝集部はサーメットの組織中に20〜60面積%の比率で存在し、サーメット中の炭素の含有比率が6.00〜6.50質量%である請求項1乃至3のいずれかに記載の総形刃物。
- 前記凝集部中には、TiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなり、かつ中心部におけるWの含有比率が外周部におけるWの含有比率と同じ第3硬質相がさらに存在する請求項4に記載の総形刃物。
- 前記凝集部以外の部分には、TiCNからなる芯部およびTiとTi以外の周期表第4、5および6族金属のうちの1種以上との複合炭窒化物からなる周辺部からなる第4硬質相がさらに存在する請求項4または5に記載の総形刃物。
- 前記サーメットには、WC以外の周期表第4、5および6族金属の炭化物、窒化物および炭窒化物の含有比率が前記サーメットの内部に比べて低い表面領域が存在するとともに、該表面領域におけるWC相の平均粒径が前記内部におけるWC相の平均粒径に対して大きい請求項1乃至6のいずれかに記載の総形刃物。
- 前記表面領域におけるWC相の平均粒径が、前記内部におけるWC相の平均粒径に対して1.1〜1.5倍である請求項7に記載の総形刃物。
- 前記表面領域の厚みが5〜20μmである請求項7または8に記載の総形刃物。
- 前記表面領域の直下に、前記サーメットの内部に対して硬度が高い高硬度領域が存在する請求項7乃至9のいずれかに記載の総形刃物。
- 前記高硬度領域中の前記WC相の含有比率が前記内部よりも低い請求項10に記載の総形刃物。
- 前記表面領域の厚み方向の中央におけるビッカース硬度が、前記内部における平均ビッカース硬度に対して0.8〜1.0倍である請求項7乃至11のいずれかに記載の総形刃物。
- 前記高硬度領域中のビッカース硬度の極大値が、前記内部における平均ビッカース硬度に対して1.2〜1.3倍である請求項10乃至13のいずれかに記載の総形刃物。
- 請求項1乃至請求項13のいずれかに記載の総形刃物を回転ホルダに複数装着してなる木材用総形工具。
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