WO2021193868A1 - インサート及びこれを備えた切削工具 - Google Patents

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WO2021193868A1
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region
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cermet
hard particles
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綾乃 田中
涼馬 野見山
勇一郎 熊
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京セラ株式会社
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    • B22F9/00—Making metallic powder or suspensions thereof
    • B22F9/02—Making metallic powder or suspensions thereof using physical processes
    • B22F9/026—Spray drying of solutions or suspensions

Definitions

  • This disclosure relates to inserts and cutting tools equipped with them.
  • cermets containing titanium (Ti) as the main component are widely used as the base of members that require wear resistance, slidability, and chipping resistance of cutting tools and the like.
  • the insert of the present disclosure has a cermet containing a plurality of hard particles and a bonding phase located between the plurality of hard particles as a substrate.
  • the hard particles When viewed in cross section, the hard particles contain Ti, N, and C, and have a first region containing a titanium carbonitride phase as a main component.
  • the hard particles When viewed in cross section, the hard particles have a second region containing one or more metal elements of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, and Ni in a larger amount than the first region.
  • the total content of the metal elements in the second region is 9.5% by mass or more.
  • the cutting tool of the present disclosure has a length extending from the first end to the second end, and has a holder having a pocket located on the first end side and the above-mentioned insert located in the pocket.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of the insert of the present disclosure.
  • FIG. 2 is a schematic view of a cross section of hard particles showing an example of the inserts of the present disclosure.
  • FIG. 3 is a plan view showing an example of the cutting tool of the present disclosure.
  • Cermet contains TiCN particles. Cermet also contains elements such as W and Nb.
  • the TiCN powder used as a raw material for such a cermet may have continuous dislocations, defects, grain boundaries, and the like inside the TiCN particles depending on the production method.
  • dislocations, defects, grain boundaries, etc. existing inside TiCN particles are collectively referred to as dislocations.
  • dislocations are present in the TiCN particles constituting the TiCN powder produced through the pulverization step.
  • W may move to the dislocations in the firing step, and a region containing a large amount of W may exist inside the TiCN particles.
  • a cermet having a region containing a large amount of W inside such TiCN particles is excellent in fracture resistance.
  • Cermet with such a structure was in circulation at least before 2000.
  • Patent Document 1 describes that TiCN powder is pre-grinded and then mixed with WC powder or the like.
  • the fracture resistance of the cermet is not sufficient, and Non-Patent Document 1 states that the cermet is rarely used as a mold, for example, and the reason is that the fracture toughness of the cermet is low. ing.
  • the present disclosure provides an insert having excellent fracture resistance and a cutting tool equipped with the insert.
  • the inserts of the present disclosure have a cermet as a substrate containing a plurality of hard particles and a bonding phase located between the plurality of hard particles.
  • the hard particles are, for example, TiCN, TiC, TiN, (TiM) CN (M is one or more selected from W, Nb, Ta, Mo, and V).
  • the bonded phase is mainly composed of an iron group metal such as Ni or Co.
  • the main component occupies 50.0% by mass or more of the constituent components.
  • Hard particles have a first region and a second region when viewed in cross section.
  • the first region is a region containing Ti, N, and C and containing the titanium carbonitride phase as a main component.
  • the second region is a region containing one or more metal elements of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, and Ni in a larger amount than the first region. Further, the content of the metal element in the second region is 9.5% by mass or more in total.
  • An insert having such a configuration has high fracture resistance.
  • the content of the metal element in the second region may be omitted to refer to the total amount of the metal element.
  • each figure referred to below is a simplified representation of only the main members necessary for explaining the embodiment. Therefore, the inserts of the present disclosure may include any component not shown in each referenced figure. Further, the dimensions of the members in each drawing do not faithfully represent the dimensions of the actual constituent members and the dimensional ratio of each member. These points are the same for the cutting tools described later.
  • the insert of the present disclosure has the above-mentioned cermet as a substrate.
  • the shape of the insert 1 of the present disclosure may be, for example, a square plate shape.
  • the first surface 5 which is the upper surface in FIG. 1 is a so-called rake surface.
  • the insert 1 has a second surface 7 which is a side surface connected to the first surface 5.
  • the insert 1 has a third surface (not shown) which is a lower surface located opposite to the first surface 5.
  • the second surface 7 is connected to each of the first surface 5 and the third surface.
  • the insert 1 of the present disclosure has a cutting edge 13 located at least a part of the ridge line 11 where the first surface 5 and the second surface 7 intersect.
  • the insert 1 of the present disclosure has a cutting edge 13 located at least a part of the ridgeline 11 where the rake face and the flank face intersect.
  • the entire outer circumference of the first surface 5 may be a cutting edge 13, but the insert 1 is not limited to such a configuration.
  • the insert 1 may have a cutting edge 13 on only one side of the quadrangular rake face or partially.
  • the insert 1 of the present disclosure may have a through hole 15 penetrating the substrate 3 from the first surface 5 to the third surface.
  • FIG. 2 shows a schematic view of the hard particles 21 in the insert 1 of the present disclosure in a cross-sectional view.
  • the cross section of the hard particles 21 may be observed by TEM photograph observation.
  • the hard particles 21 have a first region 21a and a second region 21b.
  • the portion shown in black in FIG. 2 is the first region 21a.
  • the portion shown in white that is linearly located in the hard particles 21 is the second region 21b.
  • the first region 21a and the second region 21b can be confirmed by magnifying the magnification to 100,000 to 500,000 times.
  • the magnification may be appropriately adjusted according to the size of the hard particles 21.
  • the hard particles 21 in the insert 1 of the present disclosure will be described below.
  • the hard particles 21 contain Ti, N, and C, and have a first region 21a containing a titanium carbonitride phase as a main component.
  • the hard particles 21 have a second region 21b containing one or more metal elements of V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Co, and Ni more than the first region 21a.
  • the first region 21a occupies most of the hard particles 21.
  • the first region 21a may be rephrased as a matrix portion.
  • the second region 21b exists so as to be surrounded by the first region 21a in the hard particles 21. In the cross-sectional view, the second region 21b is located in a linear or mesh shape.
  • the content of the metal element in the second region 21b of the insert 1 of the present disclosure is 9.5% by mass or more in total.
  • the insert 1 having such a configuration is excellent in fracture resistance.
  • the insert 1 of the present disclosure may contain Nb in the second region 21b.
  • the content of Nb in the second region 21b may be 2.5% by mass or more.
  • the insert 1 having such a configuration is excellent in fracture resistance.
  • the insert 1 of the present disclosure may contain V in the second region 21b.
  • the V content in the second region 21b may be 1.0% by mass or more.
  • the insert 1 having such a configuration is excellent in fracture resistance.
  • the cermet in the insert 1 of the present disclosure may contain Ni and Co in a total amount of 14.0% by mass or more and 22.0% by mass or less.
  • a cermet having such a structure has high toughness and high hardness.
  • the fracture toughness of the cermet in the insert 1 of the present disclosure may be 10.0 MPa ⁇ m 0.5 or more.
  • the insert 1 having such a configuration is particularly excellent in fracture resistance.
  • the cermet in the insert 1 of the present disclosure may have a Vickers hardness of HV1400 or more.
  • a cermet having such a configuration is particularly excellent in wear resistance.
  • the hardness is Vickers hardness, which was measured under the condition of a load of 196 N.
  • the insert 1 of the present disclosure may have a coating layer (not shown) on a substrate made of cermet.
  • the coating layer may contain, for example, cubic crystals. Examples of cubic crystals include AlTiN and TiN.
  • the coating layer may be formed by, for example, the PVD method. Further, the coating layer may be formed by a CVD method.
  • the coating layer may be a single layer or may have a plurality of layers.
  • the size of the insert 1 is not particularly limited, but for example, the length of one side of the rake face is set to about 3 to 20 mm.
  • the thickness of the insert 1 is set to, for example, about 1 to 20 mm.
  • the rectangular insert 1 is illustrated, but it may be triangular or disk-shaped, for example.
  • TiCN powder is used in the manufacture of the inserts of the present disclosure.
  • the raw material powder of TiCN those generally used in the production of cermet may be used.
  • the raw material powder of TiCN may have already undergone a pulverization step.
  • the raw material powder of TiCN may be pulverized using a rotary mill and a medium.
  • TiCN raw material powder having such dislocations, the carbide of the metal, and Co or Ni as the bonding phase is preferable to use as raw materials.
  • the raw material powder of TiCN having dislocations may be used, and the bonding phase component such as Co or Ni may be 14.0 to 22.0% by mass.
  • the bonding phase component such as Co or Ni may be 14.0 to 22.0% by mass.
  • the binding phase component is within the above range, the cermet as a substrate has high toughness and high hardness.
  • the composition of the substrate is, for example, one containing 40.0 to 60.0% by mass of TiCN which is a hard particle and 14.0 to 22.0% by mass of Co and Ni which are bonding phases in total. It may be. Moreover, the balance, WC, TaC, NbC, Mo 2 C, VC, may be one or more of ZrC.
  • WC may be contained in an amount of 10.0 to 25.0% by mass.
  • NbC may be contained in an amount of 1.0 to 15.0% by mass.
  • VC may be contained in an amount of 0.5 to 10.0% by mass.
  • carbides of each metal element as a component containing V, Nb, Ta, Cr, Mo, and W.
  • the amount of C in the raw material at the time of preparation may be 6.5 to 7.5% by mass.
  • the amount of C at the time of preparation shown here is the mass% obtained by the mass of C contained in the entire raw material composition / the mass of the entire composition.
  • C at the time of preparation includes C added as carbon in addition to C contained in the carbide used as a raw material. That is, in order to increase the amount of C at the time of preparation, the amount of C to be added may be adjusted. Examples of C to be added include carbon black. Further, in order to reduce the amount of C at the time of preparation, it is preferable to add a part or all of the raw materials exemplified as carbides as metals instead of carbides.
  • an embrittled phase may be formed, and if the amount of C in the raw material is 7.5% by mass or more, a metal component in the bonded phase may be formed.
  • the amount of solid solution in the TiCN phase decreases, and the metal-rich phase in the TiCN phase tends to be less than 9.5% by mass.
  • a compound containing Nb may be used as the raw material powder.
  • the compound containing Nb include NbC.
  • NbC is used as a raw material and NbC is blended in an amount of 8.0 to 15.0% by mass and C in an amount of 6.5 to 7.0% by mass, Nb is likely to be contained in the second region.
  • a compound containing V may be used as the raw material powder.
  • VC is mentioned as a compound containing V.
  • C is blended in an amount of 6.5 to 7.0% by mass, V is likely to be contained in the second region.
  • the firing step may be, for example, the following steps.
  • (A) Step of raising the temperature from room temperature to 1100 ° C. in vacuum (b) Step of holding in vacuum at 1100 ° C. for 1.0 to 2.5 hours (c) N in the firing furnace at 1100 ° C. 2 gas is introduced, the pressure in the firing furnace is changed to the pressure P1 which is 500 to 3000 Pa, and then the temperature rises from 1100 ° C. to 1150 to 1300 ° C. at a heating rate r1 of 0.1 to 2 ° C./min.
  • Step of heating Step of holding at temperature T1 for 0.5 to 2.0 hours
  • pressure P2 which is 300 to 2000 Pa, which is lower than pressure P1.
  • the step of raising the temperature from the temperature T1 to the temperature T2 which is 1300 to 1450 ° C. at a heating rate r2 of 1.0 to 5.0 ° C./min (f) Holding at the temperature T2 for 0.25 to 1.5 hours.
  • Step (g) The pressure in the firing furnace is changed to a pressure P3 of 30 to 1000 Pa, which is lower than the pressure P2, and then 2.0 to 10.0 ° C./min from the temperature T2 to the temperature T3 of 1450 to 1600 ° C.
  • Step of raising the temperature at the temperature rising rate r3 Step of holding the temperature at the temperature T3 for 0.1 to 1.0 hours (i) The temperature lowering rate of 10 to 50 ° C./min from the temperature T3 to the temperature T4 of 100 ° C. or lower. Step of changing to Ar gas atmosphere of pressure P4 of 100,000 Pa to 800,000 Pa while lowering the temperature of r4
  • the cermet used for the insert of the present disclosure is produced. Can be done.
  • the coating layer may be a so-called hard film, and may be formed by, for example, a PVD method or a CVD method.
  • the coating film may be a single layer or a laminated film.
  • Examples of the coating film for example, can be used TiN, TiCN, TiCNO, a known material such as Al 2 O 3, TiAlN.
  • a coating film made of a material other than the above examples may be used.
  • the bonded phase enriched layer may be present in a region other than the through hole, for example, the first surface, the second surface, or the third surface, but if necessary, the bonded phase enriched layer may be present. May be removed.
  • the cutting tool 101 of the present disclosure is, for example, a rod-shaped body extending from the first end (upper end in FIG. 3) to the second end (lower end in FIG. 3).
  • the cutting tool 101 includes a holder 105 having a pocket 103 on the first end side (tip side) and the above-mentioned insert 1 located in the pocket 103.
  • the pocket 103 is a portion on which the insert 1 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 open on the first end side of the holder 105.
  • Insert 1 is located in pocket 103. At this time, the lower surface of the insert 1 may be in direct contact with the pocket 103, or a sheet (not shown) may be sandwiched between the insert 1 and the pocket 103.
  • the insert 1 is attached to the holder 105 so that at least a part of the portion used as the cutting edge 13 at the ridge line where the rake face and the flank face intersect protrudes outward from the holder 105.
  • the insert 1 is attached to the holder 105 by a fixing screw 107. That is, the fixing screw 107 is inserted into the through hole 15 of the insert 1, and the tip of the fixing screw 107 is inserted into the screw hole (not shown) formed in the pocket 103 to screw the screw portions together. As a result, the insert 1 is attached to the holder 105.
  • Steel, cast iron, etc. can be used as the material of the holder 105.
  • steel having high toughness may be used.
  • the cutting tool 101 used for so-called turning is illustrated.
  • Examples of the turning process include inner diameter processing, outer diameter processing, grooving processing, and end face processing.
  • the cutting tool 101 is not limited to the one used for turning.
  • the insert 1 of the above embodiment may be used for the cutting tool 101 used for milling.
  • TiCN powder that had undergone the crushing process was used. Moreover, TiCN powder which did not undergo a pulverization step was used. Sample No. shown in Table 1. In No. 10, TiCN powder which had not undergone the pulverization step was used. For all the other samples, TiCN powder that had undergone the pulverization step was used.
  • the composition was 50.0% by mass for TiCN powder, 8.5% by mass for NbC powder, 2.5% by mass for VC powder, and 21.0% by mass for WC powder. Based on this composition, carbon black was added so that the amount of C shown in Table 1 was obtained, or a part of the WC powder was replaced with W powder to adjust the amount of C at the time of preparation as shown in Table 1. That is, the sample No. shown in Table 1 is shown.
  • the compounding compositions of 1 to 10 have the same composition except for the amount of C.
  • a binder is added to the raw material powder to prepare granules having an average particle size of 10 to 200 ⁇ m by a method such as a spray dryer, and predetermined by a known molding method such as press molding, extrusion molding and injection molding.
  • a molded body having a shape may be produced. Then, for example, it was fired in the following process.
  • the pressure in the firing furnace is changed to the pressure P1 shown in Table 1, and then the temperature is raised from 1100 ° C. to 1250 ° C. to the temperature T1 at a temperature rising rate r1 of 1.5 ° C./min.
  • the pressure in the firing furnace is changed to the pressure P2 shown in Table 1, and then the temperature T1 is changed to the temperature T2 which is 1400 ° C. at 3.0 ° C./min.
  • Step of raising the temperature at the temperature rising rate r2 Step of holding the temperature at the temperature T2 for 1.0 hour (g)
  • the pressure in the firing furnace is changed to the pressure P3 shown in Table 1, and then the temperature is changed from T2 to 1500 ° C.
  • Step of raising the temperature to the temperature T3 at a temperature rising rate r3 of 5.0 ° C./min Step of holding the temperature at the temperature T3 for 0.5 hours (i) From the temperature T3 to the temperature T4 of 100 ° C. or lower, 30.0 ° C.
  • the obtained insert was put into the holder pocket, a fixing screw was inserted into the through hole of the insert, and the insert was fixed with this fixing screw. Then, a cutting test was conducted under the following conditions.
  • the cross section of the cermet was observed by TEM to confirm the presence or absence of the second region. Then, the composition of the second region was measured by EDS. Table 1 shows the total amount of metal elements in each sample and the content of each metal element. The composition of the second region was measured in a region at a depth of 3-10 ⁇ m from the surface of the cermet.
  • the fracture toughness and Vickers hardness of each sample were measured at a depth of about 500 ⁇ m from the surface of the cermet and are shown in Table 1.
  • the fracture toughness value may be obtained in accordance with JIS R 1607 (1995).
  • the Vickers hardness may be measured in accordance with JIS R 1610 (2003).
  • the pushing load at the time of measuring the Vickers hardness was a load of 196 N.
  • the insert of the present disclosure and the cutting tool provided with the insert described above are examples, and may have different configurations as long as they do not deviate from the gist of the present application.

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Abstract

本開示のインサート（１）は、複数の硬質粒子（２１）と、該複数の硬質粒子（２１）の間に位置する結合相と、を含有するサーメットを基体（３）として有する。前記硬質粒子は、断面視したとき、ＴｉとＮとＣとを含有し、炭窒化チタン相を主成分とする第１領域（２１ａ）を有する。前記硬質粒子は、断面視したとき、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素を前記第１領域（２１ａ）よりも多く含有する第２領域（２１ｂ）を有する。該第２領域（２１ｂ）における前記金属元素の含有量は、合量で９．５質量％以上である。本開示の切削工具は、第１端から第２端に亘る長さを有し、第１端側に位置するポケット（１０３）を有するホルダ（１０５）と、ポケット（１０３）に位置する上述のインサート（１）とを有する。

Description

インサート及びこれを備えた切削工具
　本開示は、インサート及びこれを備えた切削工具に関する。
　現在、切削工具等の耐摩耗性や摺動性、耐チッピング性を必要とする部材の基体として、チタン（Ｔｉ）を主成分とするサーメットが広く使われている。
特開２００４－２９２８４２号公報
細川裕之著「Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）－Ｎｉ系サーメットの高靭化に関する研究開発」　産業技術総合研究所　構造材料研究部門　（平成２４年度　一般研究開発助成　ＡＦ－２０１２００４）
　本開示のインサートは、複数の硬質粒子と、該複数の硬質粒子の間に位置する結合相と、を含有するサーメットを基体として有する。前記硬質粒子は、断面視したとき、ＴｉとＮとＣとを含有し、炭窒化チタン相を主成分とする第１領域を有する。前記硬質粒子は、断面視したとき、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素を前記第１領域よりも多く含有する第２領域を有する。該第２領域における前記金属元素の含有量の合量は、９．５質量％以上である。
　本開示の切削工具は、第１端から第２端に亘る長さを有し、第１端側に位置するポケットを有するホルダと、ポケットに位置する上述のインサートと、を有する。
図１は、本開示のインサートの一例を示す斜視図である。 図２は、本開示のインサートの一例を示す、硬質粒子の断面における模式図である。 図３は、本開示の切削工具の一例を示す平面図である。
　サーメットは、ＴｉＣＮ粒子を含有している。また、サーメットはＷやＮｂなどの元素も含有している。このようなサーメットの原料として用いられるＴｉＣＮ粉末は、製造方法によってはＴｉＣＮ粒子の内部に連続した転位、欠陥や粒界などを有する場合がある。本明細書においては、ＴｉＣＮ粒子の内部に存在する転位、欠陥や粒界などをまとめて転位と表記する。例えば、粉砕工程を経て製造されたＴｉＣＮ粉末を構成するＴｉＣＮ粒子には転位が存在する。このような転位を有するＴｉＣＮ粒子を用いると、焼成工程において、前記の転位にＷが移動してＴｉＣＮ粒子の内部にＷが多く含まれる領域が存在することがある。そして、このようなＴｉＣＮ粒子の内部にＷが多く含まれる領域を有するサーメットは耐欠損性に優れる。このような構造を有するサーメットは、少なくとも２０００年以前には流通していた。例えば、特許文献１では、ＴｉＣＮ粉末を予備粉砕したのち、ＷＣ粉末などと混合することが記載されている。しかしながら、サーメットの耐欠損性は十分とは言えず、非特許文献１には、サーメットは、例えば、金型としてはほとんど使用されておらず、その理由としてサーメットの破壊靭性が低いことが挙げられている。
　本開示は、耐欠損性に優れたインサート及びこれを備えた切削工具を提供する。
　＜インサート＞
　本開示のインサートは、複数の硬質粒子と、該複数の硬質粒子の間に位置する結合相と、を含有するサーメットを基体として有する。硬質粒子は、例えば、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＮ、（ＴｉＭ）ＣＮ（Ｍは、Ｗ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｖから選ばれる一種以上）である。結合相は、ＮｉやＣｏなどの鉄族金属を主成分とする。なお、主成分とは、構成成分のうち５０．０質量％以上を占めるものである。
　硬質粒子は、断面視したとき、第１領域と第２領域とを有する。第１領域は、ＴｉとＮとＣとを含有し、炭窒化チタン相を主成分とする領域である。第２領域は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素を前記第１領域よりも多く含有する領域である。さらに、第２領域における前記金属元素の含有量は、合量で９．５質量％以上である。このような構成を有するインサートは、高い耐欠損性を有する。以下では、第２領域における前記金属元素の含有量を省略して金属元素の合量ということもある。
　以下、本開示のインサートについて、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、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、本開示のインサートは、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などを忠実に表したものではない。これらの点は、後述する切削工具においても同様である。
　本開示のインサートは、前述のサーメットを基体として有する。図１に示すように、本開示のインサート１の形状は、例えば、四角板形状であってもよい。図１における上面である第１面５は、いわゆるすくい面である。また、インサート１は、第１面５に繋がる側面である第２面７を有している。
　インサート１は、第１面５の反対に位置する下面である第３面（図示せず）を有している。第２面７は、第１面５及び第３面のそれぞれにつながっている。
　本開示のインサート１は、第１面５と第２面７とが交わる稜線１１の少なくとも一部に位置する切刃１３を有している。言い換えれば、本開示のインサート１は、すくい面と逃げ面とが交わる稜線１１の少なくとも一部に位置する切刃１３を有している。
　インサート１においては、第１面５の外周の全体が切刃１３となっていてもよいが、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い。例えば、インサート１は、四角形のすくい面における一辺のみ、若しくは、部分的に切刃１３を有するものであってもよい。
　本開示のインサート１は、第１面５から第３面にわたり、基体３を貫通する貫通孔１５を有していてもよい。
　図２に、本開示のインサート１における硬質粒子２１を断面視した模式図を示す。硬質粒子２１の断面の観察は、ＴＥＭ写真観察により行うとよい。硬質粒子２１は第１領域２１ａと第２領域２１ｂとを有する。図２において黒色で示す部分が第１領域２１ａである。図２において硬質粒子２１の中に線状に位置する白色で示す部分が第２領域２１ｂである。
　ＴＥＭ観察では、例えば、１０万倍～５０万倍の倍率に拡大すれば第１領域２１ａおよび第２領域２１ｂを確認することができる。なお、この倍率は、硬質粒子２１の大きさに合わせて適宜調整するとよい。
　以下に、本開示のインサート１における硬質粒子２１について説明する。例えば、硬質粒子２１は、ＴｉとＮとＣとを含有し、炭窒化チタン相を主成分とする第１領域２１ａを有する。また、硬質粒子２１は、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素を第１領域２１ａよりも多く含有する第２領域２１ｂを有する。第１領域２１ａは、硬質粒子２１における大部分を占めている。第１領域２１ａは、マトリックス部分と言い換えてもよい。第２領域２１ｂは、硬質粒子２１において第１領域２１ａに取り囲まれるように存在している。断面視において、第２領域２１ｂは、線状あるいは網目状に位置している。本開示のインサート１の第２領域２１ｂにおける前記金属元素の含有量は、合量で９．５質量％以上である。このような構成を有するインサート１は、耐欠損性に優れる。
　また、本開示のインサート１は、第２領域２１ｂにＮｂを含有していてもよい。第２領域２１ｂにおけるＮｂの含有量は２．５質量％以上であってもよい。このような構成を有するインサート１は耐欠損性に優れる。
　また、本開示のインサート１は、第２領域２１ｂにＶを含有していてもよい。第２領域２１ｂにおけるＶの含有量は１．０質量％以上であってもよい。このような構成を有するインサート１は、耐欠損性に優れる。
　また、本開示のインサート１におけるサーメットは、ＮｉおよびＣｏを合量で１４．０質量％以上、２２．０質量％以下含有していてもよい。このような構成を有するサーメットは、高い靭性と、高い硬度を有する。
　本開示のインサート１におけるサーメットの破壊靭性は、１０．０ＭＰａ・ｍ０．５以上であってもよい。このような構成を有するインサート１は、特に耐欠損性に優れる。
　本開示のインサート１におけるサーメットは、ビッカース硬度がＨＶ１４００以上であってもよい。このような構成を有するサーメットは、特に耐摩耗性に優れる。なお、硬度はビッカース硬度であり、荷重１９６Ｎの条件で測定したものである。
　本開示のインサート１は、サーメットからなる基体の上に被覆層（図示しない）を有していてもよい。被覆層は、例えば、立方晶結晶を含有するものであってもよい。立方晶結晶は、例えば、ＡｌＴｉＮやＴｉＮが挙げられる。被覆層は、例えば、ＰＶＤ法によって製膜されてもよい。また、被覆層はＣＶＤ法によって製膜されてもよい。被覆層は、単層であってもよく、複数の層を有していてもよい。
　インサート１の大きさは特に限定されるものではないが、例えば、すくい面の一辺の長さが３～２０ｍｍ程度に設定される。また、インサート１の厚みは、例えば１～２０ｍｍ程度に設定される。また、図１においては、四角形状のインサート１を例示したが、例えば、三角形状や円盤状であってもよい。
　＜インサートの製造方法＞
　以下に本開示のインサートの製造方法を説明する。
　本開示のインサートの製造ではＴｉＣＮ粉末を利用する。このＴｉＣＮの原料粉末は、一般的にサーメットの製造で用いられるものを用いてもよい。ＴｉＣＮの原料粉末は、すでに、粉砕工程を経たものであってもよい。また、ＴｉＣＮの原料粉末が粉砕工程を経たものでない場合には、回転ミルとメディアを用いて粉砕するとよい。
　ＴｉＣＮの原料粉末が粉砕工程を経ることで、ＴｉＣＮの原料粉末の内部に転位が生じ、この転位がある位置にＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素が移動する。
　このような転位を有するＴｉＣＮの原料粉末と、上記金属の炭化物、結合相となるＣｏやＮｉを原料として用いるとよい。
　転位を有するＴｉＣＮの原料粉末を用い、ＣｏやＮｉなどの結合相成分は１４．０～２２．０質量％としてもよい。結合相成分を上記の範囲とすると、基体であるサーメットは高い靭性と、高い硬度を有する。
　基体の調合組成は、例えば、硬質粒子であるＴｉＣＮを４０．０～６０．０質量％含有し、結合相であるＣｏやＮｉを合量で１４．０～２２．０質量％、含有するものであってもよい。また、残部は、ＷＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＶＣ、ＺｒＣのうち１種以上としてもよい。
　ＷＣを１０．０～２５．０質量％含有してもよい。ＮｂＣを１．０～１５．０質量％含有してもよい。ＶＣを０．５～１０．０質量％含有してもよい。
　なお、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗを含有する成分として、それぞれの金属元素の炭化物を用いるとよい。
　このような組成を有する原料を用いる場合、調合時の原料において、原料中のＣの量は６．５～７．５質量％であってもよい。ここで示す調合時のＣの量とは、原料組成全体に含まれるＣの質量／組成全体の質量、で求められる質量％である。調合時のＣとは、原料として用いた炭化物に含まれるＣのほかに、炭素として添加するＣも含まれる。つまり、調合時のＣの量を増加させるには、添加するＣの量を調整すればよい。添加するＣとしては例えば、カーボンブラックが挙げられる。また、調合時のＣの量を減少させるには、炭化物として例示した原料の一部または全てを炭化物ではなく、金属として添加するとよい。原料中のＣの量を６．５質量％以下とすると、脆化相が生成する可能性があり、原料中のＣの量を７．５質量％以上とすると、結合相中への金属成分の固溶量が減少し、ＴｉＣＮ相中の金属富裕相が９．５質量％未満となりやすい。
　また、原料粉末として、Ｎｂを含有する化合物を用いてもよい。Ｎｂを含有する化合物としてＮｂＣが挙げられる。ＮｂＣを原料として用い、調合組成でＮｂＣを８．０～１５．０質量％、Ｃを６．５～７．０質量％で調合すると、第２領域にＮｂが含有されやすい。
　また、原料粉末として、Ｖを含有する化合物を用いてもよい。Ｖを含有する化合物としてＶＣが挙げられる。ＶＣを原料として用い、調合組成でＶＣを２．０～１０．０質量％、Ｃを６．５～７．０質量％で調合すると、第２領域にＶが含有されやすい。
　上述の組成を有する原材料を混合した後、焼成する。焼成工程は、例えば、以下の行程としてもよい。
（ａ）真空中にて室温から１１００℃まで昇温する工程
（ｂ）真空中にて１１００℃にて１．０～２．５時間保持する工程
（ｃ）１１００℃にて焼成炉内にＮ２ガスを導入し、焼成炉内の圧力を５００～３０００Ｐａである圧力Ｐ１に変更し、その後１１００℃から１１５０～１３００℃の温度Ｔ１まで０．１～２℃／分の昇温速度ｒ１で昇温する工程
（ｄ）温度Ｔ１にて０．５～２．０時間保持する工程
（ｅ）温度Ｔ１で、焼成炉内の圧力を圧力Ｐ１よりも低い３００～２０００Ｐａである圧力Ｐ２に変更し、その後、温度Ｔ１から１３００～１４５０℃である温度Ｔ２まで１．０～５．０℃／分の昇温速度ｒ２で昇温する工程
（ｆ）温度Ｔ２にて０．２５～１．５時間保持する工程
（ｇ）焼成炉内の圧力を圧力Ｐ２よりも低い、３０～１０００Ｐａの圧力Ｐ３に変更し、その後、温度Ｔ２から１４５０～１６００℃の温度Ｔ３まで２．０～１０．０℃／分の昇温速度ｒ３で昇温する工程
（ｈ）温度Ｔ３にて０．１～１．０時間保持する工程
（ｉ）温度Ｔ３から１００℃以下の温度Ｔ４まで１０～５０℃／分の降温速度ｒ４降温しながら、１０００００Ｐａ～８０００００Ｐａの圧力Ｐ４のＡｒガス雰囲気に変更する工程
　前述の組成を有する成形体を、上記の焼成工程で焼成することにより、本開示のインサートに用いられるサーメットを作製することができる。
　その後、必要に応じて被覆層（図示しない）を設けてもよい。被覆層は、いわゆる、硬質膜であればよく、例えば、ＰＶＤ法やＣＶＤ法で形成するとよい。被覆膜は単層であってもよく、積層膜であってもよい。
　被覆膜としては、例えば、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＴｉＣＮＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＡｌＮなどの公知の材質を用いることができる。上述の例以外の材質の被覆膜を用いてもよい。
　また、焼成後の時点で、貫通孔以外の領域、例えば、第１面、第２面や第３面において結合相富化層が存在する場合があるが、必要に応じて結合相富化層を除去してもよい。
　＜切削工具＞
　次に、本開示の切削工具について図面を用いて説明する。
　本開示の切削工具１０１は、図３に示すように、例えば、第１端（図３における上端）から第２端（図３における下端）に向かって延びる棒状体である。切削工具１０１は、図３に示すように、第１端側（先端側）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１とを備えている。
　ポケット１０３は、インサート１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１が位置している。このとき、インサート１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１とポケット１０３との間にシート（不図示）が挟まれていてもよい。
　インサート１は、すくい面及び逃げ面が交わる稜線における切刃１３として用いられる部分の少なくとも一部がホルダ１０５から外方に突出するようにホルダ１０５に装着される。本実施形態においては、インサート１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１の貫通孔１５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（図示せず）に挿入してネジ部同士を螺合させる。これにより、インサート１は、ホルダ１０５に装着される。
　ホルダ１０５の材質としては、鋼、鋳鉄などを用いることができる。これらの部材の中で靱性の高い鋼を用いてもよい。
　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１０１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、溝入れ加工及び端面加工などが挙げられる。なお、切削工具１０１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１０１に上記の実施形態のインサート１を用いてもよい。
　以下に、本開示のインサートについて、説明する。
　原料粉末として、粉砕工程を経ているＴｉＣＮ粉末を用いた。また、粉砕工程を経ていないＴｉＣＮ粉末を用いた。表１に示す試料Ｎｏ．１０では、粉砕工程を経ていないＴｉＣＮ粉末を用いた。その他の試料はいずれも粉砕工程を経ているＴｉＣＮ粉末を用いた。
　組成は、ＴｉＣＮ粉末を５０．０質量％、ＮｂＣ粉末を８．５質量％、ＶＣ粉末を２．５質量％、ＷＣ粉末を２１．０質量％とした。この組成を基本として、表１に示すＣ量となるように、カーボンブラックを添加したり、ＷＣ粉末の一部をＷ粉末に置き換えて調合時のＣ量を表１に示すように調整した。つまり、表１に示す試料Ｎｏ．１～１０の調合組成は、Ｃの量は異なるがその他の組成は同じである。
　その他不可避炭化物を含む原料粉末原料粉末にバインダを添加した後、プレス成型によって、所望の形状に整え、工具形状の成形体を作製した。
　具体的には、ＣＮＭＧ１２０４０８の形状に成形した。なお、成形にあたっては、原料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してもよい。その後、例えば、以下の行程で焼成した。
（ａ）真空中にて室温から１１００℃まで昇温する工程
（ｂ）真空中にて１１００℃にて２．０時間保持する工程
（ｃ）１１００℃にて焼成炉内にＮ２ガスを導入し、焼成炉内の圧力を表１に示す圧力Ｐ１に変更し、その後１１００℃から１２５０℃の温度Ｔ１まで１．５℃／分の昇温速度ｒ１で昇温する工程
（ｄ）温度Ｔ１にて１．５時間保持する工程
（ｅ）温度Ｔ１で、焼成炉内の圧力を表１に示す圧力Ｐ２に変更し、その後、温度Ｔ１から１４００℃である温度Ｔ２まで３．０℃／分の昇温速度ｒ２で昇温する工程
（ｆ）温度Ｔ２にて１．０時間保持する工程
（ｇ）焼成炉内の圧力を表１に示す圧力Ｐ３に変更し、その後、温度Ｔ２から１５００℃の温度Ｔ３まで５．０℃／分の昇温速度ｒ３で昇温する工程
（ｈ）温度Ｔ３にて０．５時間保持する工程
（ｉ）温度Ｔ３から１００℃以下の温度Ｔ４まで３０．０℃／分の降温速度ｒ４降温しながら、５０００００Ｐａの圧力Ｐ４のＡｒガス雰囲気に変更する工程
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　得られたインサートをホルダのポケットに入れ、インサートの貫通孔に固定ネジを挿入して、この固定ネジでインサートを固定した。そして、以下の条件で、切削試験を行った。
　＜耐欠損試験＞
被削材：ＳＣＭ４３５　４本溝(５ｍｍ幅)付き
切削速度：２００ｍ／ｍｉｎ
送り：０．３ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：チッピングや欠損の発生時の衝撃回数で判断した。
　また、サーメットの断面をＴＥＭ観察して、第２領域の有無を確認した。そして第２領域の組成をＥＤＳで測定した。表１に各試料の金属元素の合量と、各金属元素の含有量を示す。第２領域の組成は、サーメットの表面から３～１０μｍの深さの領域で測定した。
　また、各試料の破壊靭性とビッカース硬度を、サーメットの表面から約５００μｍの深さで測定し、表１に示した。破壊靭性値については、ＪＩＳ　Ｒ　１６０７（１９９５）に準拠して求めればよい。また、ビッカース硬度の測定は、ＪＩＳ　Ｒ　１６１０（２００３）に準拠して求めればよい。なお、ビッカース硬度の測定時の押し込み荷重は荷重１９６Ｎとした。
　粉砕工程を経ていないＴｉＣＮ粉末を用いた試料Ｎｏ．１０では、第２領域がほとんど存在せず破壊靭性値が低く、耐欠損性が低かった。
　粉砕工程を経たＴｉＣＮ粉末を用いた試料では、いずれも第２領域が確認された。試料Ｎｏ．１、２、８、９では、第２領域は存在するものの、金属元素の合量は、９．５質量％を下回り、耐欠損性が低かった。
　一方、粉砕工程を経たＴｉＣＮ粉末を用いて作製し、第２領域におけるＶ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素の含有量の合量が９．５質量％以上の試料Ｎｏ．３～７は耐欠損性が優れていた。また、第２領域の金属元素の合量が多いほど、高い耐欠損性を有していた。
　以上説明した、本開示のインサート及びこれを備えた切削工具は、一例であり、本願の要旨を逸脱しない限り、異なる構成を有していてもよい。
　　１・・・インサート
　　３・・・基体
　　５・・・第1面
　　７・・・第２面
　１１・・・稜線
　１３・・・切刃
　１５・・・貫通孔
　２１・・・硬質粒子
　２１ａ・・第１領域
　２１ｂ・・第２領域
１０１・・・切削工具
１０３・・・ポケット
１０５・・・ホルダ
１０７・・・固定ネジ

Claims (7)

  1. 　複数の硬質粒子と、
    　該複数の硬質粒子の間に位置する結合相と、を含有するサーメットを基体として有するインサートであって、
    　前記硬質粒子は、
    　　断面視したとき、
    　　　ＴｉとＮとＣとを含有し、炭窒化チタン相を主成分とする第１領域と、
    　　　Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｎｉのうちの１種以上の金属元素を前記第１領域よりも多く含有する第２領域と、を有し、
    　該第２領域における前記金属元素の含有量の合量は、９．５質量％以上であるインサート。
  2. 　前記第２領域は、前記Ｎｂを２．５質量％以上含有する請求項１に記載のインサート。
  3. 　前記第２領域は、前記Ｖを１．０質量％以上含有する請求項１または２に記載のインサート。
  4. 　前記サーメットは、前記ＮｉおよびＣｏを合量で、１４．０質量％以上、２２．０質量％以下含有する請求項１～３のいずれか一つに記載のインサート。
  5. 　前記サーメットは、破壊靭性が１０．０ＭＰａ・ｍ０．５以上である請求項１～４のいずれか一つに記載のインサート。
  6. 　前記サーメットは、ビッカース硬度がＨＶ１４００以上である請求項１～５のいずれか一つに記載のインサート。
  7. 　第１端から第２端に亘る長さを有し、前記第１端側に位置する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１～６のいずれか一つに記載のインサートと、を有する切削工具。
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