WO2018181036A1 - 切削インサート及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

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WO2018181036A1
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phase
cutting
agglomerated
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綾乃 田中
涼馬 野見山
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京セラ株式会社
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    • C22C1/04—Making non-ferrous alloys by powder metallurgy
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
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    • B22F—WORKING METALLIC POWDER; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM METALLIC POWDER; MAKING METALLIC POWDER; APPARATUS OR DEVICES SPECIALLY ADAPTED FOR METALLIC POWDER
    • B22F2999/00—Aspects linked to processes or compositions used in powder metallurgy

Definitions

  • This aspect relates to a cutting insert used in cutting.
  • Cutting tools are used when cutting work such as turning and turning on work materials.
  • the cutting tool generally includes a holder having a pocket and a cutting insert attached to the pocket.
  • the cutting insert for example, the one described in Patent Document 1 is known.
  • the cutting insert described in Patent Document 1 includes a hard phase containing titanium carbonitride and a binder phase containing at least one of cobalt and nickel. Consists of cermets provided.
  • the cutting insert based on 1 aspect has a 1st surface, the 2nd surface adjacent to this 1st surface, and the base
  • substrate which has a cutting blade located in at least one part of the ridgeline where the said 1st surface and the said 2nd surface cross It has.
  • the first surface has a first region along the cutting edge, and the second surface has a second region along the cutting edge.
  • the substrate has a first phase containing titanium carbonitride and an average particle size of 0.05 to 0.5 ⁇ m, and a second phase containing at least one of cobalt and nickel.
  • the second region has a plurality of agglomerated portions where the first phase is agglomerated and the maximum length is 2 ⁇ m or more.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the A1-A1 cross section in the cutting insert shown in FIG. It is an enlarged view of the 2nd surface in the cutting insert shown in FIG. It is an enlarged view which shows the same part as FIG.
  • FIGS. 5A to 5D are schematic views showing the maximum length of the aggregated portion. It is an enlarged view in the modification of the cutting insert shown in FIG. It is a perspective view which shows the cutting tool of one Embodiment. It is an enlarged view of the 2nd surface in the cutting insert of the comparative example 1.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the A1-A1 cross section in the cutting insert shown in FIG. It is an enlarged view of the 2nd surface in the cutting insert shown in FIG. It is an enlarged view which shows the same part as FIG.
  • FIGS. 5A to 5D are schematic views showing the maximum length of the aggregated portion. It is an enlarged view in the modification of the cutting insert shown in FIG. It is a perspective view which shows the cutting tool
  • a cutting insert 1 according to an embodiment (hereinafter, also simply referred to as an insert 1) will be described in detail with reference to the drawings.
  • each drawing referred to below shows only a main member necessary for explaining the present embodiment in a simplified manner for convenience of explanation. Accordingly, the insert 1 may include any constituent member that is not shown in the referenced drawings.
  • the dimension of the member in each figure does not represent the dimension of an actual structural member, the dimension ratio of each member, etc. faithfully.
  • the insert 1 of the present disclosure includes a base 3.
  • the base 3 has a quadrangular plate shape, and has a quadrangular first surface 5 (upper surface in FIG. 1), a second surface 7 (side surface in FIG. 1) adjacent to the first surface 5, the first surface 5 and the first surface 5.
  • a cutting edge 9 located on at least a part of the ridgeline where the two surfaces 7 intersect.
  • it has the through-hole 17 which penetrates the 1st surface 5 and lower surface of the base
  • the entire outer periphery of the first surface 5 may be the cutting edge 9.
  • the insert 1 is not limited to such a configuration.
  • the insert 1 may have only one side of the quadrangular first surface 5 or may have a cutting edge 9 partially.
  • the first surface 5 has a rake face region at least partially.
  • the first region 5a along the cutting edge 9 on the first surface 5 is at least a rake surface region.
  • the second surface 7 has a flank region at least partially.
  • the second region 7a along the cutting edge 9 on the second surface 7 is at least a flank region. In other words, the cutting edge 9 is located at a portion where the rake face area and the flank face area intersect.
  • the boundary between the first region 5a and other regions on the first surface 5 and the boundary between the second region 7a and other regions on the second surface 7 are indicated by alternate long and short dash lines.
  • FIG. 1 an example in which all of the ridge lines where the first surface 5 and the second surface 7 intersect is the cutting edge 9, and thus an annular one-dot chain line along the cutting edge 9 is shown on the first surface 5.
  • the size of the substrate 3 is not particularly limited.
  • the length of one side of the first surface 5 is set to about 3 to 20 mm.
  • the height from the first surface 5 to the surface (the lower surface in FIG. 1) located on the opposite side of the first surface 5 is set to about 5 to 20 mm, for example.
  • the range of the first region 5a can vary depending on the form of the insert 1. At least 1 mm from the cutting edge 9 along the cutting edge 9 is determined as the first region 5a.
  • the range of the second region 7 a can be changed depending on the form of the insert 1. At least 1 mm from the cutting edge 9 along the cutting edge 9 is determined as the second region 7a.
  • the substrate 3 of the present disclosure includes the first phase 11 containing titanium carbonitride (TiCN) as a main component and having an average particle diameter of 0.05 to 0.5 ⁇ m.
  • the first phase 11 is a phase generally called a hard phase in cermet.
  • the first phase 11 contains titanium carbonitride as a main component.
  • the main component means 80% by weight or more.
  • the base 3 has a second phase 13 containing at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni).
  • the second phase 13 is a portion other than the first phase 11 in FIGS.
  • the second phase 13 contains at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni), and contains a binder phase in which the total amount of both is 80% by mass or more. Further, the second phase 13 may contain a solid solution phase in addition to the binder phase.
  • the solid solution phase includes, for example, one containing at least one of cobalt (Co) and nickel (Ni) and containing 20 to 60% by mass of titanium, carbon and nitrogen in total.
  • the binder phase and the solid solution phase are contained, they are collectively referred to as the second phase 13.
  • the combined phase and the solid solution phase are described as the second phase 13.
  • the particle size of the first phase 11 in this embodiment may be measured according to the measurement method of the average particle size of the cemented carbide specified in CIS-019D-2005.
  • the second phase 13 includes a region generally called a bonded phase in the cermet.
  • the binder phase has a function of joining the first phase 11.
  • the binder phase may contain titanium.
  • the bondability between the first phase 11 containing titanium and the binder phase is good.
  • the average particle diameter of the first phase 11 is 0.05 to 0.5 ⁇ m.
  • the average particle diameter of the first phase 11 is 0.05 ⁇ m or more, the adjacent first phases 11 are stably bonded by the second phase 13. Further, since the average particle diameter of the first phase 11 is 0.5 ⁇ m or less, the strength of the base 3 is stably high.
  • the second region 7a in the present embodiment has a plurality of aggregated portions 15 having a maximum length of 2 ⁇ m or more in which the first phase 11 has aggregated.
  • the aggregating portion 15 is configured by aggregating a plurality of first phases 11, specifically, 10 or more, in a cross-sectional view of the base 3, and the maximum length thereof is The average particle diameter of the first phase 11 is 2 ⁇ m or more, which is 4 times or more.
  • FIG. 5 is a schematic diagram for explaining the maximum length of the aggregating portion 15, and the first phase 11 constituting the aggregating portion 15 is displayed in black.
  • the maximum length 16 of the agglomerated portion 15 is the diameter of the minimum circumscribed circle 16 that contacts the outer periphery of the agglomerated portion 15 in a cross-sectional view of the base 3 as shown in FIGS. 5 (a) to 5 (d). That is, even when the first phase 11 is gathered as shown in FIG. 5A or when the first phase 11 is arranged linearly as shown in FIG. Even when the first phases 11 are arranged in a meandering manner or when the first phases 11 are agglomerated so as to branch as shown in FIG. 5D, the maximum length of the agglomerated portion 15 on the same basis. 16 can be measured.
  • FIG. 3 is an enlarged view of the second region 7a, and shows a range of 10 ⁇ m square. Further, in order to make the region of the agglomerated portion 15 visually easy to understand, FIG. 4 shows a blackened agglomerated portion 15 in FIG.
  • the second region 7 a has a plurality of the agglomerated portions 15, even if cracks occur in the second phase 13, the second region 7 a is a hard phase. The progress of cracks can be suppressed in the agglomerated portion 15 where the one phase 11 is agglomerated. Therefore, the durability of the insert 1 can be increased.
  • the first phase 11 and the second phase 13 in the first region 5a and the second region 7a are each subjected to 0.2 mm grinding from the surface of the substrate 3 in each region, and after mirror processing,
  • the cross section can be confirmed, for example, by taking a scanning electron microscope (SEM) image.
  • SEM scanning electron microscope
  • the configurations of the first phase 11 and the second phase 13 in the cross-sectional view of the substrate 3 can be confirmed by, for example, a scanning electron microscope (SEM) image. Elemental analysis in each phase can be evaluated by, for example, the SEM-EDX method using an energy dispersive X-ray spectrometer (EDX) attached to a scanning electron microscope (SEM). Moreover, confirmation of the contained component which comprises each phase can be evaluated by using X-ray diffraction (XRD) method, for example.
  • SEM scanning electron microscope
  • Whether the mass of TiCN in the second region 7a is one large first phase 11 or a configuration in which a plurality of first phases 11 are aggregated is determined by, for example, SEM, transmission electron microscope (TEM). It can be determined by analyzing the image or the image by electron backscatter diffraction (EBSD) method.
  • SEM transmission electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • EBSD electron backscatter diffraction
  • the agglomerated part 15 when the agglomerated part 15 is present to such an extent that the second region 7 a has a plurality of agglomerated parts 15 per 10 ⁇ m square, the progress of cracks is stably suppressed in the agglomerated part 15. Can do. Therefore, the durability of the insert 1 can be further increased.
  • the second region 7a has a configuration in which more than half of the plurality of first phases 11 are included in the aggregated portion 15, the area ratio of the aggregated portion 15 in the first phase 11 is high. Is even more durable.
  • the configuration of the aggregation unit 15 may be a configuration as shown in FIG. In FIG. 6, the area ratio of the 1st phase 11 with respect to the 2nd phase 13 is high, and the big aggregation part 15 is comprised. However, as shown in FIG. 3, when the area ratio of the first phase 11 to the second phase 13 is small and the agglomeration portion 15 is configured, the second phase 13 ensures high binding properties. The progress of cracks in the agglomerated portion 15 is suppressed. Therefore, in the configuration shown in FIG. 3 as compared with the configuration shown in FIG. 6, the insert 1 has both high strength and toughness.
  • the shape of the agglomerated portion 15 is not limited to a specific shape, but when the agglomerated portion 15 has an elongated shape, it is easy to suppress the progress of cracks in the agglomerated portion 15. Specifically, when at least one of the plurality of aggregated portions 15 in the second region 7a has a maximum axis direction as a major axis direction and a direction orthogonal to the major axis direction is a minor axis direction, When the length in the axial direction is twice or more the length in the minor axis direction, it is easy to suppress the progress of cracks in the agglomerated portion 15.
  • the first region 5a may have a plurality of aggregation portions 15. With such a configuration, even when cracks have progressed on the first surface 5, the progress of cracks can be suppressed by the agglomerated portion 15 of the first region 5 a.
  • the content ratio of the second phase 13 in the first region 5a is larger than the content ratio of the second phase 13 in the second region 7a, in the first region 5a having the rake face region, The possibility that the first phase 11 may be shattered by contact with chips can be reduced.
  • what is necessary is just to evaluate the content ratio of the 2nd phase 13 in the 1st area
  • the insert 1 is located on the 1st surface 5, for example.
  • a coating layer not shown
  • an effect of suppressing peeling of the coating layer from the substrate 3 is obtained.
  • titanium compound the carbide
  • the coating layer can be positioned on the substrate 3 by using a chemical vapor deposition (CVD) method or a physical vapor deposition (PVD) method.
  • CVD chemical vapor deposition
  • PVD physical vapor deposition
  • the coating layer is formed using the above-described vapor deposition method with the base 3 held on the inner peripheral surface of the through hole 17, the entire surface of the base 3 except the inner peripheral surface of the through hole 17 is formed.
  • the covering layer can be positioned to cover.
  • the crack is in a direction along the second surface 7.
  • the content ratio of the first phase 11 in the second region 7a is larger than the content ratio of the first phase 11 in the first region 5a, and the content ratio of the aggregated portion 15 in the first region 5a is greater than that in the second region 7a.
  • the content ratio of the first phase 11 and the agglomerated portion 15 in the first region 5a and the second region 7a is the same as the content ratio of the second phase 13 in the SEM image or the TEM image of these surfaces, and the above 10 ⁇ m square What is necessary is just to evaluate by the area ratio in hit.
  • the average value of the maximum widths of the plurality of agglomerated portions 15 in the second region 7a is a plurality of agglomerated in the first region 5a. Even when the maximum value of the maximum width of the portion 15 is larger, the progress of cracks can be easily suppressed.
  • the insert 1 (base 3) in the present embodiment has a square plate shape as shown in FIG. 1, but the shape of the insert 1 is not limited to such a shape. For example, there is no problem even if the upper surface of the substrate 3 is not a quadrangle, but a triangle, a hexagon or a circle.
  • the insert 1 of this embodiment has a through-hole 17 as shown in FIG.
  • the through-hole 17 in the present embodiment is formed from the first surface 5 to a surface located on the opposite side of the first surface 5, and is open on these surfaces.
  • the through hole 17 can be used for attaching a screw or a clamp member when holding the insert 1 in the holder. Note that there is no problem even if the through-hole 17 is configured to open in regions located on opposite sides of the second surface 7.
  • titanium carbonitride powder having an average particle size of 0.1 to 2 ⁇ m
  • tungsten carbide (WC) powder having an average particle size of 1.0 to 10 ⁇ m
  • vanadium carbide (VC) having an average particle size of 0.1 to 2 ⁇ m Powder
  • cobalt powder having an average particle size of 0.8-2 ⁇ m
  • nickel powder having an average particle size of 0.5-3 ⁇ m
  • manganese carbonate (MnCO 3 ) having an average particle size of 0.5-10 ⁇ m
  • a mixed powder is prepared by mixing the powder.
  • titanium carbide (TiC) powder and titanium nitride (TiN) powder may be added to the raw material, these raw material powders constitute titanium carbonitride in the cermet after firing.
  • a binder is added to the above mixed powder, and granules having an average particle size of 10 to 200 ⁇ m are produced by a method such as a spray dryer, and a predetermined shape is obtained by a known molding method such as press molding, extrusion molding or injection molding.
  • a molded body is produced. By firing the produced molded body under the following conditions, a substrate having the above-described predetermined structure can be obtained.
  • the firing conditions in this embodiment are: (A) a step of raising the temperature from room temperature to 1200 ° C. in a vacuum; (B) a step of raising the temperature from 1200 ° C. to a firing temperature of 1330 to 1380 ° C. (referred to as temperature T1) at a heating rate r1 of 0.1 to 2 ° C./min in vacuum; (C) a step of raising the temperature from a temperature T1 to a firing temperature of 1450 to 1600 ° C. (referred to as temperature T2) at a heating rate r2 of 4 to 15 ° C./min in vacuum; (D) A step of holding at a temperature T2 for 0.5 to 2 hours in vacuum.
  • (E) a step of switching the atmosphere in the firing furnace to an inert gas atmosphere of 30 to 5000 Pa and holding at a temperature T2 for 0.5 to 1 hour;
  • (F) a step of lowering to a temperature of 100 ° C. or lower (referred to as temperature T3) at a temperature drop rate r3 of 10 to 50 ° C./min in an inert gas atmosphere of 0.1 MPa to 0.9 MPa;
  • a sintered pattern including the steps (a) to (f) of the above, and a sintered body obtained by firing the molded body with this pattern is obtained.
  • said vacuum means that the pressure in a baking furnace is 15 Pa or less.
  • the holding time is 0.5 to 1 hour, or in the step (e), the inert gas pressure is 3000 to 5000 Pa, or the holding time is 0.5 to 0.75.
  • the number of aggregated portions per area can be increased.
  • a cutting insert having a plurality of aggregated portions per 10 ⁇ m square can be manufactured in the second region. Further, in the second region, a cutting insert in which more than half of the first phase belongs to the agglomerated part can be manufactured.
  • the main surface of the sintered body produced by the above method is subjected to a grinding process (double-ended process) with a diamond grindstone, a grindstone using silicon carbide (SiC) abrasive grains, etc., if desired.
  • the honing of the cutting edge 9 is performed by processing the side surface of the sintered body, barrel processing, brush polishing, blast polishing, or the like.
  • the length in the major axis direction is the length in the minor axis direction.
  • a WC powder having a particle size that is twice or more larger than the particle size of titanium carbonitride powder may be used.
  • the size of the agglomerated part and the number of agglomerated parts per area are determined in the first region and the second region. Can be controlled.
  • the surface of the molded body that becomes the first surface of the cutting insert after firing is disposed on the upper surface.
  • the side surface of the molded body becomes the second surface of the cutting insert after firing.
  • a plurality of molded bodies are arranged so that the distance between the side surfaces of the molded body is 1 to 3 mm, and firing is performed. With such an arrangement, gas hardly flows between the side surfaces of the molded body, and gas easily flows on the upper surface of the molded body.
  • the average value of the maximum length of the aggregated portion in the second region becomes larger than the average value of the maximum length of the aggregated portion in the first region.
  • the number of aggregated portions per 10 ⁇ m square in the second region is larger than the number of aggregated portions per 10 ⁇ m square in the first region.
  • the cutting tool 101 of the present embodiment is a rod-like body extending from a first end (upper end in FIG. 7) toward a second end (lower end in FIG. 7), and has a pocket on the first end side.
  • the holder 105 having 103 and the above-mentioned insert located in the pocket 103 are provided.
  • the pocket 103 is a part to which the insert is mounted, and has a seating surface parallel to the lower surface of the holder 105 and a restraining side surface inclined with respect to the seating surface. Further, the pocket 103 is opened on the first end side of the holder 105.
  • the insert is located in the pocket 103.
  • the lower surface of the insert may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet may be sandwiched between the insert and the pocket 103.
  • the insert is mounted such that the portion used as the cutting edge 9 at the ridge line where the first surface and the second surface intersect protrude from the holder 105 outward.
  • the insert is attached to the holder 105 with a fixing screw 107. That is, the fixing screw 107 is inserted into the through hole of the insert, the tip of the fixing screw 107 is inserted into a screw hole (not shown) formed in the pocket 103, and the screw portions are screwed together, whereby the insert is held in the holder. 105.
  • steel, cast iron or the like can be used.
  • steel having high toughness among these members it is preferable to use steel having high toughness among these members.
  • a cutting tool used for so-called turning is illustrated.
  • the turning process include an inner diameter process, an outer diameter process, and a grooving process.
  • the cutting tool is not limited to that used for turning. For example, you may use the insert of said embodiment for the cutting tool used for a turning process.

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Abstract

一態様の切削インサートは、第１面と、第１面に隣接した第２面と、第１面及び第２面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを有する基体を具備している。第１面は、切刃に沿った第１領域を有し、第２面は、切刃に沿った第２領域を有し、基体は、主成分として炭窒化チタンを含有するとともに平均粒径が０．０５～０．５μｍである複数の第１１相と、コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する第２相とを有している。第２領域は、第１相が凝集し、最大長さが２μ以上の凝集部を複数有している。

Description

切削インサート及びこれを備えた切削工具
　本態様は、切削加工において用いられる切削インサートに関する。
　被削材に転削加工及び旋削加工などの切削加工をする際に切削工具が用いられる。切削工具は、一般的に、ポケットを有するホルダと、このポケットに取り付けられた切削インサートとを備えている。切削インサートとしては、例えば特許文献１に記載のものが知られている、特許文献１に記載の切削インサートは、炭窒化チタンを含有する硬質相及びコバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する結合相を備えたサーメットによって構成されている。
　近年、断続切削加工においても高能率で切削加工を行うことが可能な切削インサートが求められている。断続切削加工のような切削加工においては、切削インサートに加わる負荷が大きく、逃げ面でクラックが進展して切刃にチッピングが生じるおそれがある。これは、図８に示すように逃げ面において、結合相の中をクラックが容易に進展するからである。
国際公開２０１２／０８６８３９
　一態様に基づく切削インサートは、第１面と、該第１面に隣接した第２面と、前記第１面及び前記第２面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを有する基体を具備している。また、前記第１面は、前記切刃に沿った第１領域を有し、前記第２面は、前記切刃に沿った第２領域を有している。基体は、炭窒化チタンを含有するとともに平均粒径が０．０５～０．５μｍである第１相と、コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する第２相とを有している。そして、前記第２領域は、前記第１相が凝集し、最大長さが２μｍ以上の凝集部を複数有している。
一実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１に示す切削インサートにおけるＡ１－Ａ１断面の断面図である。 図１に示す切削インサートにおける第２面の拡大図である。 図３と同じ部分を示す拡大図である。 図５（ａ）～（ｄ）は、凝集部の最大長さを示す模式図である。 図３に示す切削インサートの変形例における拡大図である。 一実施形態の切削工具を示す斜視図である。 比較例１の切削インサートにおける第２面の拡大図である。
　以下、一実施形態の切削インサート１（以下、単にインサート１ともいう。）について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下で参照する各図は、説明の便宜上、本実施形態を説明する上で必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。したがって、インサート１は、参照する各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法及び各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
　図１、２に示すように本開示のインサート１は、基体３を具備している。基体３は、四角板形状であって、四角形の第１面５（図１における上面）と、第１面５に隣接した第２面７（図１における側面）と、第１面５及び第２面７が交差する稜線の少なくとも一部に位置する切刃９とを有している。また、基体３の第１面５と下面とを上下に貫通する貫通孔１７を有している。
　本実施形態の基体３においては、第１面５の外周の全体が切刃９となっていてもよい。インサート１はこのような構成に限定されるものではなく、例えば、四角形の第１面５における１辺のみ、若しくは、部分的に切刃９を有するものであってもよい。
　第１面５は、少なくとも一部にすくい面領域を有している。第１面５における切刃９に沿った第１領域５ａは少なくともすくい面領域である。第２面７は、少なくとも一部に逃げ面領域を有している。第２面７における切刃９に沿った第２領域７ａは少なくとも逃げ面領域である。言い換えれば、すくい面領域及び逃げ面領域が交差する部分に切刃９が位置している。
　図１では、第１面５における第１領域５ａ及びそれ以外の領域の境界と、第２面７における第２領域７ａ及びそれ以外の領域の境界とを一点鎖線で示している。図１においては、第１面５及び第２面７が交差する稜線の全てが切刃９である例を示しているため、第１面５において切刃９に沿った環状の一点鎖線が示されている。
　基体３の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、本実施形態においては、第１面５の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、第１面５から第１面５の反対側に位置する面（図１における下面）までの高さは、例えば５～２０ｍｍ程度に設定される。
　なお、第１領域５ａの範囲は、インサート１の形態によって変わりうる。少なくとも、切刃９に沿って切刃９から１ｍｍ以内は第１領域５ａと判断する。また、第２領域７ａの範囲もインサート１の形態によって変わりうる。少なくとも、切刃９に沿って切刃９から１ｍｍ以内は第２領域７ａと判断する。
　図３、４に、本開示のインサート１の第２領域７ａの拡大図を示す。本開示の基体３は、主成分として炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）を含有するともに平均粒径が０．０５～０．５μｍである第１相１１を有している。第１相１１は、一般的にサーメットにおける硬質相と呼ばれる相である。第１相１１は、主成分として炭窒化チタンを含有している。主成分とは、８０重量％以上含有していることを意味している。
　また、基体３は、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の少なくとも一方を含有する第２相１３を有する。
　第２相１３は、図３、４における、第１相１１以外の部分である。第２相１３は、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の少なくとも一方を含有し、両者の合計量が８０質量％以上の結合相を含有している。また、第２相１３は、結合相以外にも、固溶体相を含有していてもよい。固溶体相は、例えば、コバルト（Ｃｏ）及びニッケル（Ｎｉ）の少なくとも一方を含有し、チタンと炭素と窒素を合量で２０～６０質量％含有するものが挙げられる。
　上記のように、結合相と固溶体相とを含有する場合には、両者を合わせて第２相１３と呼ぶ。本開示の図面においては、結合相と固溶体相とを合わせて、第２相１３として記載している。
　なお、本実施形態における第１相１１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ればよい。
　第２相１３は、上述したように、一般的にサーメットにおける結合相と呼ばれる領域を含む。結合相は、第１相１１を接合する機能を有している。
　なお、結合相はチタンを含有していてもよい。結合相がチタンを含有すると、チタンを含有する第１相１１と結合相との接合性がよい。
　第１相１１の平均粒径は、０．０５～０．５μｍである。第１相１１の平均粒径が０．０５μｍ以上であることによって、隣り合う第１相１１同士が第２相１３によって安定して結合される。また、第１相１１の平均粒径が０．５μｍ以下であることによって、基体３の強度が安定して高い。
　さらに、本実施形態における第２領域７ａは、第１相１１が凝集した、最大長さが２μｍ以上の凝集部１５を複数有している。図３及び図４に示すように、凝集部１５は、基体３の断面視において、第１相１１が複数、具体的には１０個以上が凝集してなる構成であり、その最大長さが、第１相１１の平均粒径の４倍以上である２μｍ以上となっている。
　図５は、凝集部１５の最大長さを説明する模式図であり、凝集部１５を構成する第１相１１を黒く表示している。凝集部１５の最大長さ１６とは、図５（ａ）～（ｄ）に示すように、基体３の断面視において、凝集部１５の外周に接する最小外接円１６の直径のことである。つまり、図５（ａ）のように、第１相１１がまとまった場合でも、図５（ｂ）のように第１相１１が直線状に並んだ場合でも、前記５（ｃ）のように、第１相１１が蛇行するように並んだ場合でも、あるいは図５（ｄ）のように第１相１１が枝分かれするように凝集している場合でも、同じ基準で凝集部１５の最大長さ１６を測定することができる。
　なお、図３は、第２領域７ａを拡大した拡大図であり、１０μｍ四方の範囲を示している。また、凝集部１５の領域を視覚的に分かり易くするため、図３における凝集部１５を黒くしたものを図４に示す。
　図３及び図４に示すように、第２領域７ａが上記の凝集部１５を複数有していることから、仮に第２相１３においてクラックが発生した場合であっても、硬質相である第１相１１が凝集した凝集部１５においてクラックの進展を抑制できる。そのため、インサート１の耐久性を高めることができる。
　なお、第１領域５ａ及び第２領域７ａにおける、第１相１１及び第２相１３は、それぞれの領域における基体３の表面から０．２ｍｍ研削加工を施し、鏡面加工を施した後、それぞれの断面を例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を撮影することによって確認することができる。また、第１領域５ａ及び第２領域７ａを被覆層が覆っている場合にも同様であるが、研削加工量は膜厚に０．２ｍｍを加算した量を研削すればよい。
　基体３の断面視における第１相１１及び第２相１３の構成は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像によって確認することができる。各相における元素分析は、例えば走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）に付属するエネルギー分散型Ｘ線分光器（ＥＤＸ）を用いたＳＥＭ－ＥＤＸ法によって評価することができる。また、各相を構成する含有成分の確認は、例えばＸ線回折（ＸＲＤ）法を用いることで評価できる。
　第２領域７ａにおけるＴｉＣＮの塊が、１つの大きな第１相１１であるか、又は、複数の第１相１１が凝集してなる構成であるかは、例えば、ＳＥＭ、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像又は電子後方散乱回折（ＥＢＳＤ）法による画像を解析することによって判断できる。上記の塊が複数の第１相１１が凝集してなる構成である場合には、各第１相１１で結晶の方位性が異なるため、第１相１１同士の境界が上記の画像において視認できる。
　図３に示すように、第２領域７ａが１０μｍ四方当たりに凝集部１５を複数有する程度に凝集部１５が存在している場合には、凝集部１５において安定してクラックの進展を抑制することができる。そのため、インサート１の耐久性をさらに高めることができる。
　また、第２領域７ａは、複数、存在する第１相１１のうち半分以上が凝集部１５に属する構成である場合には、第１相１１における凝集部１５の面積比率が高いため、インサート１の耐久性がさらに高い。
　凝集部１５の構成としては、図６に示すような構成であってもよい。図６においては、第２相１３に対する第１相１１の面積比率が高く、大きな凝集部１５が構成されている。ただし、図３に示すように、第２相１３に対する第１相１１の面積比率が小さく、かつ、凝集部１５が構成されている場合には、第２相１３によって高い結合性を確保しつつ、凝集部１５においてクラックの進展が抑制される。そのため、図６に示す構成と比較して図３に示す構成においては、強度及び靭性の両方が高いインサート１となる。
　凝集部１５の形状は、特定の形状に限定されるものではないが、凝集部１５が細長い形状である場合には、凝集部１５においてクラックの進展を抑制し易い。具体的には、第２領域７ａにおける複数の凝集部１５の少なくとも１つが、その最大長さとなる方向を長軸方向とするとともに長軸方向に直交する方向を短軸方向とした際に、長軸方向における長さが短軸方向における長さの２倍以上である場合には、この凝集部１５においてクラックの進展を抑制し易い。
　第２領域７ａに加えて第１領域５ａが、凝集部１５を複数有していてもよい。その様な構成を有すると、第１面５においてクラックが進展した場合であっても、第１領域５ａが有する凝集部１５によってクラックの進展を抑制することができる。
　ここで、第１領域５ａにおける第２相１３の含有比率が、第２領域７ａにおける第２相１３の含有比率よりも多くなっている場合には、すくい面領域を有する第１領域５ａにおいて、切屑が接触することによる第１相１１の脱粒が生じるおそれを小さくできる。なお、第１領域５ａ及び第２領域７ａにおける第２相１３の含有比率は、ＳＥＭ画像又はＴＥＭ画像において上記の１０μｍ四方当たりの面積比率によって評価すればよい。
　なお、上記の効果は、インサート１が基体３のみによって構成され、第１面５が露出している場合について言及したものであるが、例えば、インサート１が、第１面５の上に位置するとともにチタン化合物を含有する被覆層（不図示）を有している場合には、基体３からの被覆層の剥離を抑制するという効果が得られる。
　なお、上記のチタン化合物としては、チタンの炭化物、窒化物、酸化物、炭酸化物、窒酸化物、炭窒化物及び炭窒酸化物などが挙げられる。
　被覆層は、化学蒸着（ＣＶＤ）法又は物理蒸着（ＰＶＤ）法を用いることによって、基体３の上に位置させることが可能である。例えば、貫通孔１７の内周面で基体３を保持した状態で上記の蒸着法を利用して被覆層を形成する場合には、貫通孔１７の内周面を除く基体３の表面の全体を覆うように被覆層を位置させることができる。
　また、切削加工時においては、第１面５に対して比較的大きく、且つ、第２面７に対しては比較的小さな角度で切削負荷が加わるため、クラックは第２面７に沿った方向に進展し易い。そのため、第２領域７ａにおける第１相１１の含有比率が、第１領域５ａにおける第１相１１の含有比率よりも多く、第２領域７ａよりも第１領域５ａにおける凝集部１５の含有比率が高い場合には、より安定してクラックの進展を抑制することができる。
　なお、第１領域５ａ及び第２領域７ａにおける第１相１１及び凝集部１５の含有比率は、第２相１３の含有比率と同様に、これらの面のＳＥＭ画像又はＴＥＭ画像において上記の１０μｍ四方当たりでの面積比率によって評価すればよい。
　第１領域５ａよりも第２領域７ａにおける凝集部１５の含有比率が高い場合だけでなく、第２領域７ａにおける複数の凝集部１５の最大幅の平均値が、第１領域５ａにおける複数の凝集部１５の最大幅の平均値よりも大きい場合においても、クラックの進展を抑制しやすくなる。
　また、第１領域５ａよりも第２領域７ａにおける凝集部１５の含有比率が高い場合だけでなく、第２領域７ａにおける上記の１０μｍ四方当たりの凝集部１５の数が、第１領域５ａにおける上記の１０μｍ四方当たりの凝集部１５の数よりも多い場合においても、クラックの進展を抑制しやすくなる。
　本実施形態におけるインサート１（基体３）は、図１に示すように四角板形状であるが、インサート１の形状としてはこのような形状に限定されるものではない。例えば、基体３の上面が四角形ではなく、三角形、六角形又は円形であっても何ら問題無い。
　本実施形態のインサート１は、図１に示すように、貫通孔１７を有している。本実施形態における貫通孔１７は、第１面５から第１面５の反対側に位置する面にかけて形成されており、これらの面において開口している。貫通孔１７は、インサート１をホルダに保持する際に、ねじ又はクランプ部材を取り付けるために用いることが可能である。なお、貫通孔１７は、第２面７における互いに反対側に位置する領域において開口する構成であっても何ら問題無い。
　（製造方法） 
　次に、上述したサーメットの製造方法の一例について説明する。
　まず、平均粒径０．１～２μｍの炭窒化チタンの粉末と、平均粒径１．０～１０μｍの炭化タングステン（ＷＣ）の粉末と、平均粒径０．１～２μｍの炭化バナジウム（ＶＣ）の粉末と、平均粒径０．８～２μｍのコバルトの粉末と、平均粒径０．５～３μｍのニッケルの粉末と、所望により平均粒径０．５～１０μｍの炭酸マンガン（ＭｎＣＯ３）の粉末とを混合した混合粉末を調製する。
　なお、原料中に炭化チタン（ＴｉＣ）の粉末及び窒化チタン（ＴｉＮ）の粉末を添加することもあるが、これらの原料粉末は焼成後のサーメットにおいて炭窒化チタンを構成する。
　そして、上記の混合粉末にバインダを添加して、スプレードライヤーなどの方法によって平均粒径１０～２００μｍの顆粒体を作製し、プレス成形、押出成形及び射出成形などの公知の成形方法によって所定形状の成形体を作製する。作製された成形体を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基体が得られる。
　本実施形態における焼成条件は、
（ａ）真空中にて室温から１２００℃まで昇温する工程、
（ｂ）真空中にて１２００℃から１３３０～１３８０℃の焼成温度（温度Ｔ１と称す）まで０．１～２℃／分の昇温速度ｒ１で昇温する工程、
（ｃ）真空中にて温度Ｔ１から１４５０～１６００℃の焼成温度（温度Ｔ２と称す）まで４～１５℃／分の昇温速度ｒ２で昇温する工程、
（ｄ）真空中のまま温度Ｔ２にて０．５～２時間保持する工程、
（ｅ）焼成炉内の雰囲気を３０～５０００Ｐａの不活性ガス雰囲気に切り替えて、温度Ｔ２にて０．５～１時間保持する工程、
（ｆ）０．１ＭＰａ～０．９ＭＰａの不活性ガス雰囲気にて１００℃以下の温度（温度Ｔ３と称す）に１０～５０℃／分の降温速度ｒ３で下げる工程、
の（ａ）～（ｆ）の工程を含む焼成パターンであり、このパターンによって成形体を焼成してなる焼結体が得られる。なお、上記の真空中とは、焼成炉内の圧力が１５Ｐａ以下であることを意味している。
　本実施形態においては、温度Ｔ２にて成形体を焼成する際に（ｄ）及び（ｅ）の工程を有していることから、焼結体の表面において炭窒化チタンの分解が抑制され、炭窒化チタンの凝集が促進される。
　なお、（ｄ）の工程において保持時間を０．５～１時間とする、または、（ｅ）の工程において不活性ガス圧を３０００～５０００Ｐａとするか、保持時間を０．５～０．７５時間とすることで、面積当たりの凝集部の数を多くできる。このような工程により、第２領域において、１０μｍ四方当たりに凝集部を複数する切削インサートを製造できる。また、第２領域において、第１相の半分以上が、凝集部に属する切削インサートを製造できる。
　なお、上記方法にて作製した焼結体の主面を、所望により、ダイヤモンド砥石、炭化珪素（ＳｉＣ）の砥粒を用いた砥石等で研削加工（両頭加工）を施し、さらに、所望により、焼結体の側面の加工、バレル加工やブラシ研磨及びブラスト研磨などによる切刃９のホーニング加工を行う。また、被覆層を形成する場合には、所望によって、成膜前の焼結体の表面を洗浄してもよい。
　また、凝集部の少なくとも１つにおいて、最大長さとなる方向を長軸方向とするとともに長軸方向に直交する方向を短軸方向とした場合に、長軸方向における長さが短軸方向における長さの２倍以上とするためには、粒子径が炭窒化チタン粉末の粒径よりも２倍以上大きいＷＣ粉末などを用いるとよい。
　本開示の切削インサートを製造するための焼成にあたり、複数の成形体を以下に述べるように配置すると、第１領域と第２領域とで、凝集部の大きさや、面積当たりの凝集部の数を制御することができる。
　矩形状の成形体を用いた例について説明する。焼成後に切削インサートの第１面となる、成形体の面を上面に配置する。そうすると成形体の側面は、焼成後に切削インサートの第２面となる。この成形体の側面同士の間隔が、１～３ｍｍとなるように複数の成形体を配置して、焼成を行う。このような配置とすると、成形体の側面同士の間では、ガスが流通しにくく、成形体の上面ではガスが流通しやすい。このような差を設けることによって、第２領域における凝集部の最大長さの平均値が、第１領域における凝集部の最大長さの平均値よりも大きくなる。また、第２領域における１０μｍ四方当たりの凝集部の数が、第１領域における１０μｍ四方当たりの凝集部の数よりも多くなる。
　次に、一実施形態の切削工具１０１について図面を用いて説明する。
　本実施形態の切削工具１０１は、図７に示すように、第１端（図７における上端）から第２端（図７における下端）に向かって延びる棒状体であり、第１端側にポケット１０３を有するホルダ１０５と、ポケット１０３に位置する上記のインサートとを備えている。
　ポケット１０３は、インサートが装着される部分であり、ホルダ１０５の下面に対して平行な着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有している。また、ポケット１０３は、ホルダ１０５の第１端側において開口している。
　ポケット１０３にはインサートが位置している。このとき、インサートの下面がポケット１０３に直接に接していてもよく、また、インサートとポケット１０３との間にシートを挟んでいてもよい。
　インサートは、第１面及び第２面が交差する稜線における切刃９として用いられる部分がホルダ１０５から外方に突出するように装着される。本実施形態においては、インサートは、固定ネジ１０７によって、ホルダ１０５に装着されている。すなわち、インサートの貫通孔に固定ネジ１０７を挿入し、この固定ネジ１０７の先端をポケット１０３に形成されたネジ孔（不図示）に挿入してネジ部同士を螺合させることによって、インサートがホルダ１０５に装着されている。
　ホルダ１０５としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いることが好ましい。
　本実施形態においては、いわゆる旋削加工に用いられる切削工具を例示している。旋削加工としては、例えば、内径加工、外径加工及び溝入れ加工が挙げられる。なお、切削工具としては旋削加工に用いられるものに限定されない。例えば、転削加工に用いられる切削工具に上記の実施形態のインサートを用いてもよい。
　　１・・・インサート
　　３・・・基体
　　５・・・第１面
　　７・・・第２面
　　９・・・切刃
　１１・・・第１相
　１３・・・第２相
　１５・・・凝集部
　１６・・・凝集部の最大長さ、最小外接円
　１７・・・貫通孔
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (8)

  1. 　第１面と、該第１面に隣接した第２面と、前記第１面及び前記第２面が交わる稜線の少なくとも一部に位置する切刃とを有する基体を具備し、
    　前記第１面は、前記切刃に沿った第１領域を有し、
    　前記第２面は、前記切刃に沿った第２領域を有し、
    　該基体は、主成分として炭窒化チタンを含有するとともに平均粒径が０．０５～０．５μｍである第１相と、コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する第２相とを有し、
    　前記第２領域は、前記第１相が凝集し、最大長さが２μｍ以上の凝集部を複数有していることを特徴とする切削インサート。
  2. 　前記第２領域は、１０μｍ四方当たりに前記凝集部を複数有していることを特徴とする請求項１に記載の切削インサート。
  3. 　前記第２領域は、前記第１相の半分以上が前記凝集部に属していることを特徴とする請求項１又は２に記載の切削インサート。
  4. 　前記第２領域は、前記凝集部の少なくとも１つにおいて、最大長さとなる方向を長軸方向とするとともに該長軸方向に直交する方向を短軸方向とした場合に、前記長軸方向における長さが前記短軸方向における長さの２倍以上であることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の切削インサート。
  5. 　前記第１領域における前記第２相の含有比率が、前記第２領域における前記第２相の含有比率よりも多いことを特徴とする請求項１～４のいずれか１つに記載の切削インサート。
  6. 　前記第１領域は、前記凝集部を複数有しており、
    　前記第２領域における前記凝集部の最大長さの平均値が、前記第１領域における前記凝集部の最大長さの平均値よりも大きいことを特徴とする請求項１～５のいずれか１つに記載の切削インサート。
  7. 　前記第１領域は、前記凝集部を複数有しており、
    　前記第２領域における１０μｍ四方当たりの前記凝集部の数が、前記第１領域における１０μｍ四方当たりの前記凝集部の数よりも多いことを特徴とする請求項１～６のいずれか１つに記載の切削インサート。
  8. 　先端側にポケットを有するホルダと、
    　前記ポケットに位置する請求項１～７のいずれか１つに記載の切削インサートとを備えた切削工具。
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