WO2012124559A1 - 刃先交換型切削工具 - Google Patents

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WO2012124559A1
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cutting tool
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cutting
chip
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広瀬　和弘
津田　圭一
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住友電工ハードメタル株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C29/00—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides
    • C22C29/02—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides
    • C22C29/04—Alloys based on carbides, oxides, nitrides, borides, or silicides, e.g. cermets, or other metal compounds, e.g. oxynitrides, sulfides based on carbides or carbonitrides based on carbonitrides
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23B—TURNING; BORING
    • B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F5/00—Manufacture of workpieces or articles from metallic powder characterised by the special shape of the product
    • B22F2005/001—Cutting tools, earth boring or grinding tool other than table ware

Definitions

  • tissue is a structure
  • the ratio of the hard phase in the C structure is substantially the same as the ratio of the hard phase (75 to 95% by mass) in the entire cutting edge replacement type cutting tool of the present invention. This is because both the A layer and the B layer described above have a very small proportion of the entire cutting tool, and most of the cutting tool is made of a C structure.
  • the attachment hole 5 of the cutting edge replacement type cutting tool 100 of the present invention is a portion through which a screw for fixing the cutting tool 100 to the holder passes. Therefore, a strong stress acts on the inner diameter portion of the mounting hole 5 during cutting (particularly during intermittent cutting).
  • the inner peripheral surface 5r the inner diameter part (hereinafter referred to as the inner peripheral surface 5r) of the mounting hole 5 is high in hardness and brittle, the inner peripheral surface 5r may be chipped (chipped), and the inner peripheral surface 5r is low in hardness and sticky. If there is, plastic deformation may occur on the inner peripheral surface 5r. In either case, the seating stability of the cutting tool 100 with respect to the holder is lowered, and the cutting tool 100 is shaken during cutting.
  • a layer composed of an A structure (hereinafter referred to as A layer) and a layer composed of a B structure (hereinafter referred to as B layer) from the outermost surface toward the inside.
  • a layer a layer composed of an A structure
  • B layer a layer composed of a B structure
  • the A structure is substantially composed of a binder phase, so that it is sticky, absorbs an impact during cutting, and makes the inner peripheral surface 5r difficult to chip.
  • the B layer that ensures the hardness of the inner peripheral surface 5r is formed immediately below the A layer, the inner peripheral surface 5r is plastically deformed by an impact during cutting, and the seating stability of the cutting tool 100 with respect to the holder Is suppressed from decreasing.
  • This B layer also absorbs the impact at the time of cutting, and also plays the role which relieve
  • the average thickness of the B layer formed immediately below the A layer is preferably 0.3 ⁇ m or more and less than 6.0 ⁇ m.
  • the specific peak hardness in the vicinity of the heel surface is preferably in the range of 18 GPa to 22 GPa in terms of Vickers hardness.
  • the peak hardness By setting the peak hardness to 18 GPa or more, the wear resistance of the cutting tool 100 can be remarkably improved.
  • the peak hardness By setting the peak hardness to 22.0 GPa or less, the hardness in the vicinity of the surface becomes too high, and the balance with the toughness of the internal region is lost, so that the possibility that the cutting tool 100 is damaged can be reduced.
  • the structure constituting the outermost surface of the swarf cutting part 2r is preferably a B structure or a C structure. This is because chips of the work material come into contact with the chip processing unit 2r during cutting, and therefore, when the outermost surface of the chip processing unit 2r is an A structure, there is a possibility of causing welding defects. In addition, the A structure is more easily worn than the B structure and the C structure, which is why the outermost surface of the chip disposal portion 2r is preferably a B structure or a C structure.
  • the outermost surface of the chip treatment part 2r has an A structure
  • the A layer made of the A structure is 0.1 ⁇ m or less. This is because, when the A layer of the chip processing unit 2r is 0.1 ⁇ m or less, it is difficult for welding defects to occur at the initial stage of cutting, and the A layer is naturally removed in the process of continuing cutting.
  • the wear resistance of the cutting tool 100 can be improved while maintaining the toughness of the cutting tool 100. Further, by providing a hard film, it is difficult for chipping to occur at the cutting edge 4 of the cutting tool 100, so if the work material is cut using the cutting tool 100 provided with this hard layer, the finished surface roughness is small, A glossy work surface can be obtained.
  • a hard film may also be formed on the inner peripheral surface 5r of the cutting tool 100.
  • the base tip is produced by first preparing a molded body in which raw material powder is pressed and adjusting the sintering conditions for sintering the molded body. By adjusting the sintering conditions, an A layer composed of an A structure is formed on the outermost surface, a B layer is formed immediately below the A layer, and a base chip made of a C structure inside the B layer. Can be produced. Then, by removing the A layer and the B layer in the base tip that becomes the cutting edge portion 4r, the cutting edge replacement cutting tool 100 of the present invention can be manufactured.
  • the base chip provided with the A layer and the B layer can be produced under the following sintering conditions.
  • Sintering includes a temperature raising step for raising the temperature from room temperature to about 1450 to 1600 ° C., a holding step for holding the raised temperature, and a cooling step for cooling stepwise from the holding step to room temperature.
  • the soot cooling step is preferably performed in an Ar atmosphere of 1000 to 10,000 Pa or in a vacuum atmosphere.
  • the cooling rate is preferably 3 to 25 ° C./min.
  • the above raw material powders were mixed for 24 hours with a carbide ball mill, and then dried, granulated, and press-molded to produce a plurality of chip-like molded bodies of ISO standard / TNMG160408 shape.
  • the sintering includes a temperature raising step for heating the chip-like molded body to 1500 ° C., a holding step for holding at 1500 ° C. for a predetermined time, and cooling from 1500 ° C. to 1250 ° C. and holding at 1250 ° C. for a predetermined time, It consists of the cooling process which cools to.
  • the conditions for the temperature raising process are the same, but the conditions for the holding process and the cooling process are different.
  • a criterion for judging that the wear resistance is good is that the wear amount is less than 0.20 mm, more preferably less than 0.16 ⁇ m. Further, the criterion for judging that the chipping resistance and the welding resistance are good is that the number of chippings is 2 times or less, more preferably 0 times. From this point of view, a sample in which the surface layer of the cutting edge portion 4r is a C structure and the surface layer of the inner peripheral surface 5r is an A structure (the B structure and the C structure are sequentially formed under the A structure). It can be said that Samples 1-1 to 1-5 all have good wear resistance, chipping resistance, and welding resistance.
  • Sample 1-6 and Sample 1-7 in which the surface layer of the inner peripheral surface 5r is not A structure are significantly inferior to Sample 1-1 to Sample 1-5 in terms of defect resistance.
  • Samples 1-8 and 1-9, in which the blade edge portion 4r is not C-structured, are greatly inferior to samples 1-1 to 1-5 in all resistances.
  • the embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist of the present invention.
  • the composition of the cermet may be changed within the range specified in the present invention.

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Abstract

硬質相を７５～９５質量％含み、残部が鉄族金属を含む結合相と、不可避的不純物と、で構成されるサーメットからなる刃先交換型切削工具１００である。この切削工具１００の取付穴５の内周面５ｒから内部に向かって、Ａ組織からなる層とＢ組織からなる層とが形成され、かつそのＢ組織からなる層よりも内部はＣ組織からなっている。また、チップ１００の刃先部４ｒでは、その最表面の部分はＣ組織からなる。ここで、Ａ組織は実質的に結合相からなる組織、Ｂ組織はＴｉＣＮと結合相とからなる組織、Ｃ組織は硬質相と結合相とからなる組織である。

Description

刃先交換型切削工具
  本発明は、サーメットからなる刃先交換型切削工具に関するものである。本発明は特に、優れた耐摩耗性と耐欠損性を兼ね備えた刃先交換型切削工具に関するものである。
  金属材料の切削に利用される刃先交換型切削工具には、平面視したときの形状が三角形のものや、円形のもの、あるいは菱形、矩形、六角形などの多角形のものがある。図１（Ｂ）に示すように、このような刃先交換型切削工具１０は、ホルダ２０に固定した状態で使用される。また、図１（Ａ）に示すように、切削工具１０は、ホルダ２０の座面に当接する当接面１と、当接面１の反対の側にあるすくい面２と、当接面１とすくい面２とを繋ぐ逃げ面３とを備え、すくい面１と逃げ面３との境界部に形成される刃先４により被削材を切削する。また、切削工具１０には、切削工具１０をホルダ２０に取り付けるためのネジが貫通される取付穴５が形成されている。
  このような刃先交換型切削工具に要求される特性は、切削時に切削工具が摩耗し難いことと、チッピングを生じ難いこと、即ち、耐摩耗性と耐欠損性とに優れることである。そこで、従来から、切削工具の耐摩耗性と耐欠損性を向上させるための技術が種々検討されている。
  例えば、特許文献１には、サーメットからなる切削工具の表面において、実質的に鉄族金属の結合相からなる結合相層を形成する技術が開示されている。この特許文献１では、このように切削工具の表面に結合相層を形成することで、切削工具の表面粗さを向上させ、切削工具の耐摩耗性や耐欠損性を向上させることができるとしている。
特開２００５－１７１２８３号公報
  しかし、上記特許文献の切削工具のように、切削工具の表面状態を制御するだけでは抑制することができない欠損もある。例えば、特許文献１の切削工具で低炭素鋼を切削する場合、切削工具の表面領域に形成される結合相を主体とする結合相層が、低炭素鋼の主成分であるＦｅと反応し易いという問題がある。結合相層がＦｅと反応すると、切削工具に溶着による欠損が発生し、被削材（低炭素鋼）の仕上げ面が粗くなってしまう。
  その他、刃先交換型切削工具では、断続切削などの過酷な切削環境下においてホルダに対する切削工具の取付部分近傍において間欠的に強い応力が作用するため、当該取付部分に微小なチッピングが生じたり、取付部分が塑性変形したりするという問題もある。そうなると、切削工具の刃先にブレが生じて、被削材の被削面が粗くなる『びびり』が生じたり、当該刃先にチッピングなどの損傷が生じたりする。特に、サーメットからなる切削工具は、硬度に比して靭性に乏しい傾向にあり、取付部分におけるチッピングが起こりやすい。
  本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、種々の切削環境下で優れた耐摩耗性、耐欠損性、および耐溶着性を発揮するサーメットからなる刃先交換型切削工具を提供することにある。
  本発明刃先交換型切削工具は、Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ及びＣｒのうちの少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＣのうちの少なくとも１種の元素と、を含む化合物からなる硬質相を７５～９５質量％含み、残部が鉄族金属を含む結合相と、不可避的不純物と、で構成されるサーメットからなる刃先交換型切削工具である。この刃先交換型切削工具は、この刃先交換型切削工具を保持するホルダに、当該切削工具を取り付けるための取付穴と、刃先を構成する刃先部と、を有する。そして、本発明刃先交換型切削工具の取付穴の内周面から内部に向かって、Ａ組織からなる層とＢ組織からなる層とが形成され、かつそのＢ組織からなる層よりも内部はＣ組織からなっており、当該切削工具の刃先部では、その最表面の部分はＣ組織からなることを特徴とする。ここで、Ａ組織、Ｂ組織、及びＣ組織は、以下の通りである。
［Ａ組織］…実質的に結合相からなる組織
［Ｂ組織］…ＴｉＣＮと結合相とからなる組織
［Ｃ組織］…硬質相と結合相とからなる組織
  本発明刃先交換型切削工具によれば、低炭素鋼などの鉄系被削材の切削や、断続切削など、種々の切削環境下で優れた耐摩耗性、耐欠損性、および耐溶着性を発揮する。その理由の詳細な説明は、以下に示す本発明刃先交換型切削工具の各構成の説明と合わせて行う。
  ＜組織＞
  刃先交換型切削工具の各部の説明を行うにあたり、まずＡ組織～Ｂ組織の詳細を説明する。
    ≪Ａ組織≫
  Ａ組織は、実質的に結合相からなる組織であって、刃先交換型切削工具の原料を焼結する際、その焼結条件を調節することで、切削工具の内部から最表面に結合相の成分が染み出すことで形成される。このように、Ａ組織は、実質的に結合相でできている、即ち、鉄族金属でできているため、Ａ組織の硬度は、次に説明するＢ組織とＣ組織よりも低く、Ａ組織の靱性は、Ｂ組織とＣ組織よりも高い。
    ≪Ｂ組織≫
  Ｂ組織は、焼結条件を調節することで刃先交換型切削工具の最表面にＡ組織からなるＡ層を形成した際、Ａ層の直下に形成される組織であって、次段に説明するＣ組織における硬質相の含有割合の１／５～１／１．１倍の硬質相を含有する組織である。そのため、Ｂ組織の硬度は、Ａ組織よりも高いがＣ組織よりは低い。また、Ｂ組織の靱性は、Ａ組織よりも低いが、Ｃ組織よりは高い。
    ≪Ｃ組織≫
  Ｃ組織は、上記Ａ層とＢ層を形成した際、これらＡ層とＢ層よりも内部に形成される組織である。Ｃ組織における硬質相の割合は、本発明刃先交換型切削工具全体における硬質相の割合（７５～９５質量％）とほぼ同じである。上述したＡ層もＢ層も、切削工具の全体に占める割合が非常に小さく、切削工具の殆どはＣ組織からなるからである。
    ≪まとめ≫
  以上説明した各組織の特性をまとめると、次の通りである。
（硬質相の割合）…Ｃ組織＞Ｂ組織＞Ａ組織（Ａ組織には実質的に硬質相がない）
（硬度）        …Ｃ組織＞Ｂ組織＞Ａ組織
（靱性）        …Ａ組織＞Ｂ組織＞Ｃ組織
  ＜各部の構成＞
  本発明刃先交換型切削工具は、肉眼による切削工具の全体形状を見た場合、図１に示す従来の切削工具１０とほぼ同じであるが、刃先部と取付穴の内周面の組織に相違点が認められる。刃先部と内周面の説明にあたっては、図１（Ａ）に示す切削工具のＡ－Ａ断面図である図２を参照する。
    ≪刃先部≫
  図２に示すように、本発明刃先交換型切削工具１００の刃先部４ｒは、刃先４を構成する部分であり、切削時、被削材に常時接触する部分である。この刃先部４ｒの最表面の部分がＡ組織からなっていると、刃先部４ｒと被削材とが溶着して、刃先部４ｒに欠損が生じる。Ａ組織は実質的に結合相である鉄族金属からなり、この鉄族金属が被削材の構成元素と反応しやすいからである。特に、被削材が鉄系金属を多く含む低炭素鋼の場合、その反応が顕著である。また、実質的に結合相からなるＡ組織は硬度に劣るため、Ａ組織からなる刃先部４ｒは摩耗し易い。そうなると、被削材を精度良く切削することができなくなる恐れがある。一方、Ｂ組織も、Ａ組織よりは高硬度で、被削材との反応性も低いものの、刃先部４ｒの組織としては十分とは言えない。これらのことから、被削材と常時、直接接触する刃先部４ｒを、溶着欠損の原因となる結合相の含有率が高くなく、十分な硬度を備えるＣ組織で構成することで、刃先部４ｒの摩耗、欠損、および溶着を効果的に防止することができる。
    ≪取付穴≫
  本発明刃先交換型切削工具１００の取付穴５は、当該切削工具１００をホルダに固定するネジが貫通する部分である。そのため、切削時（特に、断続切削時）には、取付穴５の内径部に強い応力が作用する。このとき、取付穴５の内径部（以下、内周面５ｒ）が高硬度で脆いと、内周面５ｒに欠損（チッピング）が生じる恐れがあるし、内周面５ｒが低硬度で粘りがあると、内周面５ｒに塑性変形が生じる恐れがある。いずれの場合も、ホルダに対する切削工具１００の着座安定性が低下し、切削時に切削工具１００がブレてしまう。そこで、本発明刃先交換型切削工具１００の内周面５ｒには、その最表面から内部に向かって、Ａ組織からなる層（以下、Ａ層）とＢ組織からなる層（以下、Ｂ層）を形成する。既に述べたように、Ａ組織は実質的に結合相からなるため粘りがあり、切削時の衝撃を吸収して、内周面５ｒを欠け難くする。また、Ａ層の直下には内周面５ｒの硬度を担保するＢ層が形成されているため、切削時の衝撃により内周面５ｒが塑性変形して、ホルダに対する切削工具１００の着座安定性が低下することが抑制される。このＢ層は、切削時の衝撃を吸収して、Ｃ組織に伝わる応力を緩和する役割も果たす。
  上記Ａ層の平均厚さは、０．１μｍ以上、２．０μｍ未満とすることが好ましい。Ａ層の平均厚さを０．１μｍ以上とすることで、Ａ層によって効果的に切削時の衝撃を吸収することができる。また、Ａ層の平均厚さを２．０μｍ未満とすることで、切削時の衝撃によりＡ層が塑性変形する可能性を顕著に低減できる。仮に、内周面５ｒのＡ層が塑性変形すると、切削工具１００の加工精度が低下するし、切削工具１００の刃先４が摩耗したり欠損したりすることがある。これらのことから、Ａ層のより好ましい平均厚さは、０．３μｍ～１．５μｍである。
  上記Ａ層の直下に形成されるＢ層の平均厚さは、０．３μｍ以上、６．０μｍ未満とすることが好ましい。Ｂ層の平均厚さを上記範囲とすることで、このＢ層と上述したＡ層とで切削時の衝撃を段階的に吸収して、内周面５ｒに割れや欠けなどが生じることを効果的に防止できるし、その衝撃による内周面５ｒの変形を効果的に抑制することもできる。
  内周面５ｒにおけるＢ層よりも内側は、Ｃ組織で構成されている。このＣ組織を有する部分は、その最外周の面から深さ１０μｍの範囲に硬度のピークが存在することが好ましい。Ｃ組織で構成される部分の深さ１０μｍの範囲に硬度のピークが存在することで、その他の場合よりも、切削工具１００の耐摩耗性と耐欠損性を向上させることができる。これは、切削工具１０の表面近傍における硬度を高くすることで、切削工具１００の耐摩耗性を向上させつつ、その表面近傍よりも硬度が低い内部領域で切削工具１００の靱性を確保することができるからである。
  表面近傍における具体的なピーク硬度は、ビッカース硬度で１８ＧＰａ～２２ＧＰａの範囲とすることが好ましい。当該ピーク硬度を１８ＧＰａ以上とすることで、切削工具１００の耐摩耗性を顕著に向上させることができる。また、当該ピーク硬度を２２．０ＧＰａ以下とすることで、表面近傍における硬度が高くなりすぎて、内部領域の靭性とのバランスが崩れ、切削工具１００に欠損が生じる可能性を低減できる。
    ≪切屑処理部≫
  一般に、刃先交換型切削工具１００には、そのすくい面２側において刃先部４ｒに隣接して設けられて、被削材の切屑を処理する切屑処理部２ｒ（いわゆるチップブレーカに相当する部分）が形成されている。その切屑処理部２ｒの表面部分においても組織を調節することが好ましい。ここで、切り屑処理部２ｒは、チップブレーカの全部分ではなく、切削に関与する部位（特に、切屑と接触する部分）だけを指す。
  切屑処理部２ｒの最表面を構成する組織は、刃先部４ｒと同じ理由により、Ｂ組織またはＣ組織であることが好ましい。切屑処理部２ｒには切削時に被削材の切屑が接触するため、切屑処理部２ｒの最表面をＡ組織とした場合、溶着欠損を起こす可能性があるからである。また、Ａ組織は、Ｂ組織やＣ組織に比べて摩耗し易いことも、切屑処理部２ｒの最表面をＢ組織またはＣ組織とすることが好ましい理由である。
  なお、上記切屑処理部２ｒの最表面がＡ組織であっても、そのＡ組織からなるＡ層が０．１μｍ以下であれば、特に問題とならない。切屑処理部２ｒのＡ層が０．１μｍ以下であると、切削初期の段階で溶着欠損し難く、切削を継続していく過程で自然とＡ層が除去されていくからである。
    ≪硬質膜≫
  本発明刃先交換型切削工具１００の一形態として、切削工具１００の表面に少なくとも一層の硬質膜が被覆されていても良い。
  本発明刃先交換型切削工具１００の表面を硬質膜により被覆することで、切削工具１００の靱性を維持したまま切削工具１００の耐摩耗性を向上させることができる。また、硬質膜を設けることで、切削工具１００の刃先４にチッピングが生じ難くなることから、この硬質層を備える切削工具１００を用いて被削材を切削すれば、仕上げ面粗さが小さく、光沢のある被削面を得ることができる。ここで、切削工具１００における内周面５ｒにおいても硬質膜が形成されていても良い。
  硬質膜としては、例えば、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＮ、ＡｌＮ、ＴｉＣＮなどを利用することができる。このような硬質膜は、ＣＶＤ法（化学的蒸着）やＰＶＤ法（物理的蒸着法）などの気相法により形成することができる。一般に、ＣＶＤ法では、被覆膜に引張応力が付与され、ＰＶＤ法では、被覆膜に圧縮応力が付与される。切削工具１００の用途や、材質、被削材の材質や形状に応じて、被覆膜の形成方法を適宜選択すれば良い。例えば、切削工具１００がフライス加工用であればＰＶＤ法で被覆膜を形成することが好ましいし、切削工具１００が旋削加工用であればＣＶＤ法で被覆膜を形成することが好ましい。
  上記本発明刃先交換型切削工具１００を作製するには、まず、原料粉末を押し固めた成型体を作製し、その成型体を焼結する焼結条件を調整することでベースチップを作製する。焼結条件を調整することで、最表面にＡ組織からなるＡ層が形成されると共に、そのＡ層の直下にＢ層が形成され、さらにＢ層よりも内部はＣ組織でできたベースチップを作製することができる。そして、このベースチップにおける刃先部４ｒとなる部分のＡ層とＢ層を除去することで本発明刃先交換型切削工具１００を作製できる。
  Ａ層とＢ層を備えるベースチップは、下記の焼結条件により作製することができる。焼結は、室温から約１４５０～１６００℃まで昇温する昇温工程と、昇温された温度を保持する保持工程と、保持工程から段階的に室温まで冷却する冷却工程と、からなる。
  昇温工程は、１３００℃までにおいては、真空雰囲気下もしくは１～６０００Ｐａ程度のＨ２雰囲気下で、昇温速度０．５～２．０℃／ｍｉｎで行うと良い。特に、Ｈ２雰囲気下とすると、原料粉末の還元を促進することができる。さらに、１３００℃から保持温度までは１００～３０００ＰａのＮ２雰囲気下で昇温速度０．５～１．５℃／ｍｉｎで行うと良い。原料にもよるがＴｉＣＮを含む場合、１３００℃から１４００℃域で脱窒素現象が起こるため、作製する切削工具１００中の窒素濃度調整のために、窒素雰囲気下で焼結することが望まれる。
  保持工程は、１００～３０００ＰａのＮ２雰囲気下で２０～６０ｍｉｎ程度行うと良い。上記範囲内で雰囲気圧力や温度を大きくするほど、Ｂ層の厚さが厚くなる傾向にある。
なお、Ｎ２雰囲気で所定時間保持した後、真空雰囲気に変更しても良い。その場合、
  冷却工程は、１０００～１００００ＰａのＡｒ雰囲気下、もしくは真空雰囲気下で行うと良い。雰囲気圧力が高いほど、冷却速度を早くすることができる。冷却速度は３～２５℃／ｍｉｎとすることが好ましい。
  また、冷却工程において、所定温度に所定時間保持しても良い。そうすることで、Ａ層の厚みを均一化することができる。サーメットの組成にもよるが、保持温度は、１１００～１２５０℃、保持時間は５～６０ｍｉｎとすることが好ましい。
  次に、ベースチップの刃先部においてＡ層およびＢ層を除去する方法を説明する。Ａ層およびＢ層の除去には、ダイヤブラシなどで表面を研磨するブラシ処理や、表面に細粒のメディアを衝突させるブラスト処理などを使用できる。ブラシ処理は、Ａ層およびＢ層の除去に時間がかかるものの、処理範囲を正確に制御できるため、好ましい。一方、ブラスト処理には湿式と乾式とがあり、特に湿式ブラスト処理が好ましい。湿式ブラスト処理は、処理範囲を比較的正確に制御できるため、切削工具の特定箇所にスポット的にブラスト処理を施すことができる。
  本発明刃先交換型切削工具によれば、従来よりも高精度に被削材を切削することができる。
刃先交換型切削工具の概略斜視図である。 図１（Ａ）の切削工具をホルダに取り付けた状態を示す模式図である。 本発明刃先交換型切削工具の断面図である。
  以下、本発明の実施形態を説明する。
＜実施例１＞
  まず、以下に示す組成の原料粉末を用意した、
  ［原料粉末］
  ＷＣ…２２質量％
  ＴｉＣＮ…５０質量％
  ＮｂＣ…１０質量％
  Ｍｏ２Ｃ…２質量％
  Ｎｉ…８質量％
  Ｃｏ…８質量％
  上記原料粉末を超硬のボールミルで２４時間混合し、その後、乾燥、造粒、プレス成型を経て、ＩＳＯ規格・ＴＮＭＧ１６０４０８形状のチップ様成型体を複数作製した。
  次に、作製した複数のチップ様成型体を異なる焼結条件で焼結することによって、Ａ層およびＢ層の形成状態が異なる複数のベースチップを作製した。上記焼結は、チップ様成型体を１５００℃まで昇温する昇温工程、１５００℃で所定時間保持する保持工程、および１５００℃から１２５０℃まで冷却し、１２５０℃で所定時間保持した後、室温まで冷却する冷却工程からなる。各ベースチップの作製において、昇温工程の条件は共通するが、保持工程と冷却工程の条件が異なる。共通する昇温工程の条件は、脱バインダー工程後１３００℃までは真空雰囲気、昇温速度２．０℃／ｍｉｎであり、１３００℃～保持温度まではそれぞれ保持工程と同じ雰囲気で昇温速度１．５℃／ｍｉｎで昇温した。各ベースチップの作製における保持工程の条件と冷却工程の条件については表１に示す。なお、表１に記載のように、ベースチップｃについては、チップ様成型体を真空雰囲気、８００℃で予め仮焼結し、その仮焼結体の刃先部をブラシホーニングした後、ベースチップａと同様の条件で焼結・冷却することで得た。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  表１に示す条件にて作製したベースチップの断面を、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）にて倍率１０００倍で観察した。その結果、取付穴の内周面を含むベースチップの最表面を覆うようにＡ層が形成され、そのＡ層の直下にＢ層が形成され、かつＢ層よりも内部はＣ組織で形成されていた。そこで、各ベースチップに形成されるＡ層およびＢ層の平均厚さを測定した。また、各ベースチップのＣ組織からなる部分について、当該部分の最外周側から深さ方向にビッカース硬度を順次測定し、その最外周の位置から深さ１０μｍ以内の部分に硬度のピークが存在することを確認した。ビッカース硬度は、ダイヤモンド圧子を５００ｇの荷重でサンプルチップの断面に押し付けるマイクロビッカース硬度計により測定した。各層の厚さと、ピーク硬度を表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  次に、ベースチップａ～ｉのうち、ベースチップａ～ｃを用いて、試料１－１～試料１－９のチップ１００（刃先交換型切削工具）を作製した。これら試料は互いに、図２に示す刃先部４ｒ、内周面５ｒ、および切屑処理部２ｒの層構成と、各層の厚さとが異なる。
ここで、刃先部４ｒにおける層構成の調整についてはダイヤブラシを用いたブラシホーニング、切屑処理部２ｒと内周面５ｒにおける層構成の調整については湿式ブラストを用いた。湿式ブラストは、アルミナビーズを含む水を、１ｃｍ２当たり０．３ＭＰａの圧力で研磨対象部位に噴射することで行った。試料１－１～試料１－９における各部の構成を表３に示す。
  作製した試料１－１～１－９で、次に示す条件の切削試験を実施し、各試料の耐摩耗性、耐欠損性、および耐溶着性を評価した。その試験結果も表３に示す。
  ［切削条件１：耐摩耗性試験］
    被削材：Ｓ４５Ｃ
    切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
    切り込み：１．０ｍｍ
    送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
    切削油：ＷＥＴ
    切削時間：３０ｍｉｎ
    評価基準：刃先部の平均摩耗量（ｍｍ）
  ［切削試験２：耐欠損試験］
    被削材：ＳＣＭ４３５  ４本溝付き段付きワーク
    切削速度：２３０ｍ／ｍｉｎ
    切り込み：１．０ｍｍ
    送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
    切削油：ＷＥＴ
    切削：３０ｓｅｃの切削を８回
    評価基準：８回の切削のうち、チップのどこかに欠損が生じた回数
  ［切削試験３：耐溶着欠損試験］
    被削材：ＳＣＭ４１５  ４本溝付き段付きワーク
    切削速度：５０ｍ／ｍｉｎ
    切り込み：１．０ｍｍ
    送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
    切削油：ＷＥＴ
    切削：３０ｓｅｃの切削を５回
    評価基準：５回の切削のうち、チップのどこかに欠損が生じた回数
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  ［評価］
  耐摩耗性を良好と判断する基準は、摩耗量が０．２０ｍｍ未満、より好ましくは０．１６μｍ未満である。また、耐欠損性および耐溶着性を良好と判断する基準は、欠損回数が２回以下、より好ましくは０回であることである。この観点からすれば、刃先部４ｒの表面層がＣ組織であり、内周面５ｒの表面層がＡ組織（Ａ組織の下にはＢ組織、Ｃ組織が順次形成されている）である試料１－１～試料１－５は、耐摩耗性、耐欠損性、および耐溶着性のいずれも良好であるといえる。これに対して、内周面５ｒの表面層がＡ組織ではない試料１－６と試料１－７は、耐欠損性の点で試料１－１～試料１－５に大きく劣る。また、刃先部４ｒがＣ組織ではない試料１－８と試料１－９は、全ての耐性で試料１－１～試料１－５に大きく劣る。
  次に、各耐性が良好との評価を得た試料１－１～試料１－５を比較すると、切屑処理部２ｒの表面状態が耐溶着性に影響することが明らかになった。切屑処理部２ｒの表面層がＡ組織である場合、耐溶着性が若干低下することがわかった。但し、Ａ組織の厚さが０．１μｍ以下であれば、切屑処理部２ｒがＡ組織である影響は殆どないことが分かる。
＜実施例２＞
  実施例２では、表２に示すベースチップａ，ｄ，ｅ～ｉを用いて、耐摩耗性、耐欠損性および耐溶着性に及ぼす、内周面５ｒの層構成の影響を調べた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
  ［評価］
  表４の結果から、内周面５ｒにおけるＡ組織の厚さが０．１μｍ以上２．０μｍ未満で、かつＡ組織の直下にあるＢ組織の厚さが０．３μｍ以上６．０μｍ未満の試料は、非常に優れた耐摩耗性、耐欠損性、および耐溶着性を兼ね備えることが分かった。これに対して、Ａ組織の厚さ、もしくはＢ組織の厚さのいずれかが上記範囲から外れる試料（試料２－１、試料２－７、試料２－８、試料２－１２）は、耐摩耗性、もしくは耐欠損性の点で上記範囲を満たす試料よりも若干劣っていた。但し、これら劣っている試料であっても、実施例１の試料１－６～試料１－９よりは格段に優れた耐摩耗性および耐欠損性を備えている。
  なお、本発明の実施形態は、上述した実施形態に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することができる。例えば、本発明に規定する範囲内で、サーメットの組成を変化させても良い。
  本発明刃先交換型切削工具は、鉄系被削材の切削に好適に利用可能である。また、本発明刃先交換型切削工具は、被削材の仕上げ加工に好適に利用可能である。
１０，１００  刃先交換型切削工具
  １  当接面
  ２  すくい面    ２ｒ  切屑処理部
  ３  逃げ面
  ４  刃先    ４ｒ  刃先部
  ５  取付穴    ５ｒ  内周面
２０  ホルダ

Claims (6)

  1.   Ｔｉ、Ｗ、Ｍｏ及びＣｒのうちの少なくとも１種の元素と、Ｎ及びＣのうちの少なくとも１種の元素と、を含む化合物からなる硬質相を７５～９５質量％含み、残部が鉄族金属を含む結合相と、不可避的不純物と、で構成されるサーメットからなる刃先交換型切削工具であって、
        この刃先交換型切削工具を保持するホルダに当該切削工具を取り付けるための取付穴と、
        刃先を構成する刃先部と、
      を有し、
        実質的に前記結合相からなる組織をＡ組織、
        ＴｉＣＮと前記結合相とからなる組織をＢ組織、
        前記硬質相と結合相とからなる組織をＣ組織、としたとき、
      前記取付穴の内周面から内部に向かって、Ａ組織からなる層とＢ組織からなる層とが形成され、かつそのＢ組織からなる層よりも内部はＣ組織からなっており、
      前記刃先部では、その最表面の部分はＣ組織からなることを特徴とする刃先交換型切削工具。
  2.   前記内周面におけるＡ組織からなる層の平均厚みは、０．１μｍ以上、２．０μｍ未満であり、
      前記内周面におけるＢ組織からなる層の平均厚みは、０．３μｍ以上、６．０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の刃先交換型切削工具。
  3.   前記刃先交換型切削工具は、そのすくい面側において前記刃先部に隣接して設けられ、被削材の切屑を処理する切屑処理部を有し、
      その切屑処理部の最表面には、前記Ｂ組織またはＣ組織からなる最表面層が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の刃先交換型切削工具。
  4.   前記刃先交換型切削工具は、そのすくい面側において前記刃先部に隣接して設けられ、被削材の切屑を処理する切屑処理部を有し、
      その切屑処理部の最表面には、前記Ａ組織からなる最表面層が形成されており、その最表面層の厚みは０．１μｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の刃先交換型切削工具。
  5.   前記刃先交換型切削工具におけるＣ組織を有する部分は、その最外周の面から深さ１０μｍの範囲内に硬度のピークが存在し、
      そのピーク硬度がビッカース硬度で１８．０ＧＰa以上２２．０ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の刃先交換型切削工具。
  6.   前記刃先交換型切削工具のすくい面、あるいは逃げ面の少なくとも一部に、硬質膜が被覆されていることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の刃先交換型切削工具。
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