表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具
【課題】耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性に優れた表面被覆超硬合金製切削工具を提供する。
【解決手段】硬質相として少なくともＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した工具であって、超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、また、超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたとき、ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５，ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３，ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０，ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３の関係を満足する。
【解決手段】硬質相として少なくともＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した工具であって、超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、また、超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたとき、ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５，ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３，ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０，ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３の関係を満足する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼を、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング条件で行った場合であっても、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼や鋳鉄の切削工具としては、超硬合金製工具基体に硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金製インサートが広く知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されるように、ＷＣ基超硬合金からなる基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成した被覆超硬工具において、該ＷＣ基超硬合金の硬質成分として、ＴａＣ、（Ｔａ，Ｎｂ）ＣおよびＷＣを含有し、さらに、結合相形成成分としてＣｏ：５〜１５％、Ｃｒ：０．１〜２％を含有させるとともに、硬質相成分のスケルトン（連続相）構造を形成した被覆超硬工具が知られており、そして、この被覆超硬工具は、すぐれた耐熱衝撃性を有するため、加熱・冷却の繰り返しからなる熱衝撃が作用する切削条件において、熱亀裂に起因する切刃の欠損等が生じることはなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工はますます高速化、高効率化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具では、これを、通常条件の旋削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、例えば、高硬度鋼の高速高送りミーリング加工に用いた場合には、高速切削時に発生する高熱によって一段と熱衝撃が増大するため、熱亀裂が発生しやすくなり、また、高熱による切れ刃の熱塑性変形も発生しやすくなり、このため、チッピング、偏摩耗等の異常損傷で工具寿命が短命となっている。
したがって、高硬度鋼の高速高送りミーリング加工に用いた場合に、耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性に優れた被覆超硬工具の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、上記の課題に応えるため、軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング加工において、すぐれた耐熱衝撃性、耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具について鋭意研究したところ、次のような知見を得たのである。
【０００７】
すなわち、上記従来の被覆超硬工具は、ＷＣ基超硬合金の硬質相成分によるスケルトン構造を構成することにより、熱衝撃による熱亀裂の発生を抑制するものであるが、本発明では、ＷＣ基超硬合金の表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量よりそれぞれ高く維持することで、ＷＣ基超硬合金の強度の低下を招くことなく耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性を高めることができ、その結果、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工の切削条件においても、被覆超硬工具の熱亀裂の発生・進展を抑制するとともに、熱塑性変形による偏摩耗の発生を抑制し、もって、耐チッピング性、耐摩耗性を向上させ得ることを見出したのである。
【０００８】
そして、ＷＣ基超硬合金の表面領域、内部領域における結合相中のそれぞれの平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量の比の値が所定の値となる上記被覆超硬工具は、通常条件の焼結でＷＣ基超硬合金焼結体を作製し、
次いで、ＷＣ基超硬合金表面に、Ｗ濃度およびＣｒ濃度を富化する蒸着−熱処理（以下、（Ｗ，Ｃｒ）濃化処理という）を施した後、
通常条件で硬質被覆層を蒸着形成する
ことによって製造できることを見出したのである。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 硬質相成分としてＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆超硬合金製切削工具であって、
上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒがそれぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１０】
（２） 結合相形成成分としてＣｏを５〜１５質量％およびＣｒを０．１〜２質量％含有することを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１１】
（３） 硬質相として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１２】
（４） 硬質被覆層がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、上記Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層からなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１３】
本発明の構成について、以下に説明する。
【００１４】
本発明の被覆超硬工具におけるＷＣ基超硬合金は、ＷＣを硬質相成分の主体として含有するが、この他に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することができる。
【００１５】
これらの硬質相成分の含有は、母材強度、高温硬度、耐摩耗性の向上に効果があるが、多量に含有した場合には、強度低下を招く恐れがあるので、これらの成分の合計含有量は５重量％以下とすることが望ましい。
【００１６】
本発明の被覆超硬工具におけるＷＣ基超硬合金は、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有する。
Ｃｏ：
Ｃｏ成分には、結合相を形成して基体の強度および靭性を向上させる作用があるが、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｏ含有量が５質量％未満では、特に靭性に所望の向上効果が得られず、一方、平均Ｃｏ含有量が１５質量％を越えると、塑性変形が起り易くなって、偏摩耗の進行が促進されるようになることから、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｏ含有量は５〜１５質量％とする。
Ｗ：
Ｗ成分は、基本的には、超硬合金中において、ＷＣとしての硬質相を形成し、耐摩耗性向上に寄与するが、一部は、結合相形成成分であるＣｏ中に固溶し、Ｃｒ成分同様、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性を高める作用があり、さらに、結合相の熱伝導性を高めることにより、耐熱塑性変形性を高める作用も有する。
Ｃｒ：
Ｃｒ成分には、Ｃｏ中に固溶して結合相を形成し、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性を高める作用があるが、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｒ含有量が０．１質量％未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方、平均Ｃｒ含有量が２質量％を越えると、基体の強度および靭性が低下するようになることから、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｒ含有量は、０．１〜２質量％とする。
【００１７】
なお、Ｗ成分、Ｃｒ成分の結合相中への含有は、ＷＣ基超硬合金の製造に際し、原料粉末としてのＷＣ粉末、金属Ｃｒ粉末あるいはＣｒ３Ｃ２粉末を用い、ＷＣ基超硬合金焼結体を作製した後、例えば、ＣＶＤコーティング炉を使用して、１１００〜１１５０℃、８ＫＰａの圧力条件下、ＷＦ６＋Ｈ２雰囲気中で６０分間処理を行い、引き続き、１１００〜１１５０℃、８ＫＰａの圧力条件下、ＣｒＣｌ３＋Ｈ２雰囲気中で３０分間処理を行った後、処理を行った焼結体を再び５Ｐａの真空雰囲気で１２００℃で３０分間熱処理を行い、焼結体表面から２００μｍまでの深さの表面領域の結合相中のＷ濃度、及び、１００μｍまでの深さの表面領域の結合相中のＣｒ濃度を高めることができる。
【００１８】
そして、本発明では、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体の表面から、所定の深さ領域におけるＷ含有量、Ｃｒ含有量を所定濃度にすることにより、被覆超硬工具の耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を高めることができる。
【００１９】
具体的にいえば、
ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷとし、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒが、それぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することが必要である。
【００２０】
本発明の被覆超硬工具において、ＣＷ１／ＣＷが１．２未満、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒが１．１未満では、被覆工具の耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性の向上が十分でなく、熱亀裂の発生、進展を抑制することができないばかりか、偏摩耗の発生を抑制することができず、一方、ＣＷ１／ＣＷが１．５を超える場合には、被覆工具の合金強度が低下し、耐欠損性が低下することが確認されており、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒが１．３を超える場合には、ＷＣ基超硬合金の硬度が上昇し、低欠損性が低下することから、ＣＷ１／ＣＷを１．２〜１．５、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒを１．１〜１．３と定めた。
【００２１】
また、ＣＷ２／ＣＷを１．１〜１．３、ＣＷ１／ＣＷ２を１．０以上としたのは、超硬合金表面から２００μｍの深さまでの表面領域におけるＷ濃度を高めることにより、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体の熱伝導性をより一層高め、もって、高熱発生を伴う切削条件下での熱塑性変形性の向上を図るためであるが、ＣＷ２／ＣＷが１．１未満では、被覆工具の耐熱衝撃性の向上が十分でなく、熱亀裂の発生、進展を抑制することができず、一方、ＣＷ２／ＣＷが１．３を超えると、基体の強度および靭性が低下することから、ＣＷ２／ＣＷを１．１〜１．３と定めた。
【００２２】
さらに、ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３の条件を満足していても、ＣＷ１／ＣＷ２が１．０未満では、熱発生を伴う切削条件下にて十分な耐塑性変形性を確保することが困難であるため、ＣＷ１／ＣＷ２を１以上と定めた。
【００２３】
ＷＣ基超硬合金の表面領域、内部領域における結合相中のＷ含有量、Ｃｒ含有量は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置により測定することができる。
【００２４】
本発明の被覆超硬工具は、例えば、以下の製造法により製造することができる。
（ａ）まず、いずれも平均粒径１〜３μｍのＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、および、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の粉末を用意し、所定の配合組成に配合し、ボールミル混合し、乾燥後、所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空雰囲気中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持して真空焼結することにより、ＷＣ基超硬合金焼結体を得る。
（ｂ）次いで、上記焼結体をＣＶＤ装置に装入し、例えば、
処理温度：１１００〜１１５０℃、
処理圧力：８ｋＰａ、
処理雰囲気：ＷＦ６＋Ｈ２、
処理時間：６０分間
の条件で蒸着処理し、
（ｃ）次いで、上記焼結体を同じくＣＶＤ装置内で、例えば、
処理温度：１１００〜１１５０℃、
処理圧力：８ｋＰａ、
処理雰囲気：ＣｒＣｌ３＋Ｈ２、
処理時間：３０分間
の条件で蒸着処理し、
（ｄ）次いで、これを、５Ｐａの真空雰囲気中、１２００℃で３０分間熱処理するＷ濃化処理、Ｃｒ濃化処理を施すことにより、
ＷＣ基超硬合金の表面から２００μｍまでの深さの表面領域（正確には、ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域と１００〜２００μｍまでの深さ領域の二つの領域）の結合相中におけるＷ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域におけるそれよりも高めることができ、また、ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域の結合相中におけるＣｒ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域におけるそれよりも高めることができる。
（ｅ）その後、通常条件で、所定の硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明の被覆超硬工具、即ち、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング切削加工で、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を製造することができる。
【００２５】
本発明でいう硬質被覆層としては、例えば、Ｔｉ化合物層の単層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層等からなる硬質被覆層を、例えば、３〜２０μｍの平均層厚で蒸着形成すればよい。
【００２６】
なお、Ｔｉ化合物層とは、当業者に広く知られているように、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１層または２層以上からなる層をいう。
【００２７】
硬質被覆層の平均層厚が３μｍ未満では、長期の使用にわたって、耐摩耗性を発揮することができず、一方、その平均層厚が２０μｍを超えると、チッピング、欠損が発生しやすくなるので、硬質被覆層の平均層厚は３〜２０μｍとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具によれば、ＷＣ基超硬合金の表面領域の結合相中の平均Ｗ含有量ＣＷ１、ＣＷ２及び平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１が、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足する（但し、ＣＷ、ＣＣｒは、それぞれ、ＷＣ基超硬合金の内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量および平均Ｃｒ含有量）ことから、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング切削加工において、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮するを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】切削試験Ａ終了後のＷＣ基超硬合金基体のすくい面に平行な断面における熱亀裂発生状況を示す光学顕微鏡写真（倍率：１００倍）であり、（ａ）は比較例４、（ｂ）は実施例３、（ｃ）は比較例１０を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明の表面被覆超硬合金製切削工具（被覆超硬工具）について、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００３１】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＣｒ３Ｃ２粉末を、表１に示す割合に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形した。
【００３２】
このプレス成形により得た圧粉体を、表２に示す焼結条件で焼結した後、表３に示されるＷ濃化処理、Ｃｒ濃化処理を施し、本発明のＷＣ基超硬合金１〜１０を製造した。
【００３３】
これらのＷＣ基超硬合金に、Ｒ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１に規定される形状の本発明工具基体１〜１０を製造した。
【００３４】
さらに、上記本発明の工具基体１〜１０の表面に、表５に示す各種の硬質被覆層を形成し、本発明の被覆超硬工具１〜１０以下、実施例１〜１０というを製造した。
【００３５】
実施例１〜１０の被覆超硬工具の縦断面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、ＷＣ基超硬合金の所定の深さの表面領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ１，ＣＷ２、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１および内部領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒを測定し、ＣＷ１／ＣＷ，ＣＷ２／ＣＷ，ＣＷ１／ＣＷ２，ＣＣｒ１／ＣＣｒの値を求めた。
【００３６】
これらの結果を、表４に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
比較のため、原料粉末を、表６に示す割合に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表２に示す焼結条件で焼結し、表７に示す（Ｗ，Ｃｒ）濃化処理することにより、比較例のＷＣ基超硬合金１〜１０を製造した。
【００４２】
これらのＷＣ基超硬合金に、Ｒ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１に規定される形状の比較例工具基体１〜１０を製造した。
【００４３】
さらに、上記比較例の超硬基体１〜１０の表面に、表５に示す各種の硬質被覆層を形成し、表８に示す比較例の被覆超硬工具１〜１０以下、比較例１〜１０というを製造した。
【００４４】
比較例１〜１０の被覆超硬工具の縦断面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、ＷＣ基超硬合金の所定の深さの表面領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ１，ＣＷ２、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１および内部領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒを測定し、ＣＷ１／ＣＷ，ＣＷ２／ＣＷ，ＣＷ１／ＣＷ２，ＣＣｒ１／ＣＣｒの値を求めた。
【００４５】
これらの結果を、表８に示す。
【００４６】
【表６】
【００４７】
【表７】
【００４８】
【表８】
【００４９】
つぎに、上記の実施例１〜１０および比較例１〜１０について、次の切削条件Ａ、Ｂにより、ミーリング加工試験を実施した。
【００５０】
[切削条件Ａ]
被削材： ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９のブロック材
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ４．０ ｍｍ、
一刃送り量：０．５０ ｍｍ／刃、
切削時間： ５ 分、
の条件での合金鋼の焼入れ材の湿式高速高送りミーリング切削試験（通常の切削速度および送りは、１５０ｍ／ｍｉｎ、０．２０ｍｍ／刃）、
[切削条件Ｂ]
被削材： ＪＩＳ・ＳＵＪ２のブロック材
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ３．０ ｍｍ、
一刃送り量：０．４５ ｍｍ／刃、
切削時間： ５ 分、
の条件での軸受鋼の焼入れ材の乾式高速高送りミーリング切削試験（通常の切削速度および送りは、１３０ｍ／ｍｉｎ、０．２０ｍｍ／刃）、
そして、上記の各切削試験Ａ、Ｂにおける切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、この測定結果を表９に示した。
【００５１】
【表９】
また、切削試験Ａ終了後のＷＣ基超硬合金基体のすくい面に平行な断面について、熱亀裂発生状況を光学顕微鏡（倍率：１００）により観察した。
【００５２】
図１に、その観察結果の一例（実施例３，比較例４，１０）を図１に示す。
【００５３】
図１（ｂ）として示す本発明３のすくい面断面状況からもわかるように、本発明３は、高熱発生を伴い、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工に用いられた場合でも、超硬合金表面での熱塑性変形の発生がなく、また、熱亀裂の発生が抑制され、熱亀裂の進展を原因とするチッピング発生、欠損発生が防止されている。
【００５４】
これに対して、例えば、図１（ａ）に示す比較例４（表面領域のＷ濃化、Ｃｒ濃化がない）では、熱塑性変形、および熱亀裂の進展によりチッピングの発生がみられ、また、図１（ｃ）に示す比較例１０（Ｃｒ濃化処理によってＷＣ超硬合金表面から１００〜２００μｍの深さ領域の結合相中に過剰のＣｒを含有する）では、合金強度の低下によって欠損がみられる。
【００５５】
表４、８、９の結果および図１から、本発明の被覆超硬工具は、高熱発生を伴い、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工においても、超硬合金表面での熱塑性変形の発生がなく、また、熱亀裂の発生が抑制され、熱亀裂の進展を原因とするチッピング発生、欠損発生を防止することができ、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮することが分かる。
【００５６】
これに対して、比較例の被覆超硬工具では、熱塑性変形の発生による偏摩耗、熱亀裂の発生・進展によるチッピング、欠損等の発生、あるいは、耐摩耗性の低下によって、短時間で寿命に至ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、高速高送りミーリング加工に用いられた場合、長期間の使用にわたってすぐれた切削性能を維持することができるばかりでなく、工具寿命の延命化も図られ、さらに、本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性、耐チッピング性、耐欠損性、耐摩耗性が求められる各種被削材の切削工具として用いることが可能であり、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼を、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング条件で行った場合であっても、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具（以下、被覆超硬工具という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、鋼や鋳鉄の切削工具としては、超硬合金製工具基体に硬質被覆層を形成した表面被覆超硬合金製インサートが広く知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１に示されるように、ＷＣ基超硬合金からなる基体の表面に、硬質被覆層を蒸着形成した被覆超硬工具において、該ＷＣ基超硬合金の硬質成分として、ＴａＣ、（Ｔａ，Ｎｂ）ＣおよびＷＣを含有し、さらに、結合相形成成分としてＣｏ：５〜１５％、Ｃｒ：０．１〜２％を含有させるとともに、硬質相成分のスケルトン（連続相）構造を形成した被覆超硬工具が知られており、そして、この被覆超硬工具は、すぐれた耐熱衝撃性を有するため、加熱・冷却の繰り返しからなる熱衝撃が作用する切削条件において、熱亀裂に起因する切刃の欠損等が生じることはなく、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮することが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２１６５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年の切削加工装置の高性能化はめざましく、一方で切削加工に対する省力化および省エネ化、さらに低コスト化の要求は強く、これに伴い、切削加工はますます高速化、高効率化の傾向にあるが、上記の従来被覆超硬工具では、これを、通常条件の旋削加工に用いた場合には特段の問題は生じないが、これを、例えば、高硬度鋼の高速高送りミーリング加工に用いた場合には、高速切削時に発生する高熱によって一段と熱衝撃が増大するため、熱亀裂が発生しやすくなり、また、高熱による切れ刃の熱塑性変形も発生しやすくなり、このため、チッピング、偏摩耗等の異常損傷で工具寿命が短命となっている。
したがって、高硬度鋼の高速高送りミーリング加工に用いた場合に、耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性に優れた被覆超硬工具の開発が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者等は、上記の課題に応えるため、軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング加工において、すぐれた耐熱衝撃性、耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具について鋭意研究したところ、次のような知見を得たのである。
【０００７】
すなわち、上記従来の被覆超硬工具は、ＷＣ基超硬合金の硬質相成分によるスケルトン構造を構成することにより、熱衝撃による熱亀裂の発生を抑制するものであるが、本発明では、ＷＣ基超硬合金の表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量よりそれぞれ高く維持することで、ＷＣ基超硬合金の強度の低下を招くことなく耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性を高めることができ、その結果、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工の切削条件においても、被覆超硬工具の熱亀裂の発生・進展を抑制するとともに、熱塑性変形による偏摩耗の発生を抑制し、もって、耐チッピング性、耐摩耗性を向上させ得ることを見出したのである。
【０００８】
そして、ＷＣ基超硬合金の表面領域、内部領域における結合相中のそれぞれの平均Ｗ含有量、平均Ｃｒ含有量の比の値が所定の値となる上記被覆超硬工具は、通常条件の焼結でＷＣ基超硬合金焼結体を作製し、
次いで、ＷＣ基超硬合金表面に、Ｗ濃度およびＣｒ濃度を富化する蒸着−熱処理（以下、（Ｗ，Ｃｒ）濃化処理という）を施した後、
通常条件で硬質被覆層を蒸着形成する
ことによって製造できることを見出したのである。
【０００９】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「（１） 硬質相成分としてＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆超硬合金製切削工具であって、
上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒがそれぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１０】
（２） 結合相形成成分としてＣｏを５〜１５質量％およびＣｒを０．１〜２質量％含有することを特徴とする前記（１）に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１１】
（３） 硬質相として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することを特徴とする前記（１）または（２）に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【００１２】
（４） 硬質被覆層がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、上記Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層からなることを特徴とする前記（１）乃至（３）のいずれかに記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。」
を特徴とするものである。
【００１３】
本発明の構成について、以下に説明する。
【００１４】
本発明の被覆超硬工具におけるＷＣ基超硬合金は、ＷＣを硬質相成分の主体として含有するが、この他に、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することができる。
【００１５】
これらの硬質相成分の含有は、母材強度、高温硬度、耐摩耗性の向上に効果があるが、多量に含有した場合には、強度低下を招く恐れがあるので、これらの成分の合計含有量は５重量％以下とすることが望ましい。
【００１６】
本発明の被覆超硬工具におけるＷＣ基超硬合金は、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有する。
Ｃｏ：
Ｃｏ成分には、結合相を形成して基体の強度および靭性を向上させる作用があるが、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｏ含有量が５質量％未満では、特に靭性に所望の向上効果が得られず、一方、平均Ｃｏ含有量が１５質量％を越えると、塑性変形が起り易くなって、偏摩耗の進行が促進されるようになることから、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｏ含有量は５〜１５質量％とする。
Ｗ：
Ｗ成分は、基本的には、超硬合金中において、ＷＣとしての硬質相を形成し、耐摩耗性向上に寄与するが、一部は、結合相形成成分であるＣｏ中に固溶し、Ｃｒ成分同様、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性を高める作用があり、さらに、結合相の熱伝導性を高めることにより、耐熱塑性変形性を高める作用も有する。
Ｃｒ：
Ｃｒ成分には、Ｃｏ中に固溶して結合相を形成し、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性を高める作用があるが、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｒ含有量が０．１質量％未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方、平均Ｃｒ含有量が２質量％を越えると、基体の強度および靭性が低下するようになることから、ＷＣ基超硬合金中の平均Ｃｒ含有量は、０．１〜２質量％とする。
【００１７】
なお、Ｗ成分、Ｃｒ成分の結合相中への含有は、ＷＣ基超硬合金の製造に際し、原料粉末としてのＷＣ粉末、金属Ｃｒ粉末あるいはＣｒ３Ｃ２粉末を用い、ＷＣ基超硬合金焼結体を作製した後、例えば、ＣＶＤコーティング炉を使用して、１１００〜１１５０℃、８ＫＰａの圧力条件下、ＷＦ６＋Ｈ２雰囲気中で６０分間処理を行い、引き続き、１１００〜１１５０℃、８ＫＰａの圧力条件下、ＣｒＣｌ３＋Ｈ２雰囲気中で３０分間処理を行った後、処理を行った焼結体を再び５Ｐａの真空雰囲気で１２００℃で３０分間熱処理を行い、焼結体表面から２００μｍまでの深さの表面領域の結合相中のＷ濃度、及び、１００μｍまでの深さの表面領域の結合相中のＣｒ濃度を高めることができる。
【００１８】
そして、本発明では、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体の表面から、所定の深さ領域におけるＷ含有量、Ｃｒ含有量を所定濃度にすることにより、被覆超硬工具の耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を高めることができる。
【００１９】
具体的にいえば、
ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷとし、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒが、それぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することが必要である。
【００２０】
本発明の被覆超硬工具において、ＣＷ１／ＣＷが１．２未満、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒが１．１未満では、被覆工具の耐熱衝撃性、耐熱塑性変形性の向上が十分でなく、熱亀裂の発生、進展を抑制することができないばかりか、偏摩耗の発生を抑制することができず、一方、ＣＷ１／ＣＷが１．５を超える場合には、被覆工具の合金強度が低下し、耐欠損性が低下することが確認されており、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒが１．３を超える場合には、ＷＣ基超硬合金の硬度が上昇し、低欠損性が低下することから、ＣＷ１／ＣＷを１．２〜１．５、また、ＣＣｒ１／ＣＣｒを１．１〜１．３と定めた。
【００２１】
また、ＣＷ２／ＣＷを１．１〜１．３、ＣＷ１／ＣＷ２を１．０以上としたのは、超硬合金表面から２００μｍの深さまでの表面領域におけるＷ濃度を高めることにより、ＷＣ基超硬合金からなる工具基体の熱伝導性をより一層高め、もって、高熱発生を伴う切削条件下での熱塑性変形性の向上を図るためであるが、ＣＷ２／ＣＷが１．１未満では、被覆工具の耐熱衝撃性の向上が十分でなく、熱亀裂の発生、進展を抑制することができず、一方、ＣＷ２／ＣＷが１．３を超えると、基体の強度および靭性が低下することから、ＣＷ２／ＣＷを１．１〜１．３と定めた。
【００２２】
さらに、ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３の条件を満足していても、ＣＷ１／ＣＷ２が１．０未満では、熱発生を伴う切削条件下にて十分な耐塑性変形性を確保することが困難であるため、ＣＷ１／ＣＷ２を１以上と定めた。
【００２３】
ＷＣ基超硬合金の表面領域、内部領域における結合相中のＷ含有量、Ｃｒ含有量は、例えば、エネルギー分散型Ｘ線分析装置により測定することができる。
【００２４】
本発明の被覆超硬工具は、例えば、以下の製造法により製造することができる。
（ａ）まず、いずれも平均粒径１〜３μｍのＷＣ粉末、Ｃｏ粉末、Ｃｒ３Ｃ２粉末、および、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物の粉末を用意し、所定の配合組成に配合し、ボールミル混合し、乾燥後、所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を５Ｐａの真空雰囲気中、１３７０〜１４７０℃の範囲内の所定の温度に１時間保持して真空焼結することにより、ＷＣ基超硬合金焼結体を得る。
（ｂ）次いで、上記焼結体をＣＶＤ装置に装入し、例えば、
処理温度：１１００〜１１５０℃、
処理圧力：８ｋＰａ、
処理雰囲気：ＷＦ６＋Ｈ２、
処理時間：６０分間
の条件で蒸着処理し、
（ｃ）次いで、上記焼結体を同じくＣＶＤ装置内で、例えば、
処理温度：１１００〜１１５０℃、
処理圧力：８ｋＰａ、
処理雰囲気：ＣｒＣｌ３＋Ｈ２、
処理時間：３０分間
の条件で蒸着処理し、
（ｄ）次いで、これを、５Ｐａの真空雰囲気中、１２００℃で３０分間熱処理するＷ濃化処理、Ｃｒ濃化処理を施すことにより、
ＷＣ基超硬合金の表面から２００μｍまでの深さの表面領域（正確には、ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さ領域と１００〜２００μｍまでの深さ領域の二つの領域）の結合相中におけるＷ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域におけるそれよりも高めることができ、また、ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域の結合相中におけるＣｒ含有量を、ＷＣ基超硬合金の内部領域におけるそれよりも高めることができる。
（ｅ）その後、通常条件で、所定の硬質被覆層を蒸着形成することにより、本発明の被覆超硬工具、即ち、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング切削加工で、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮する被覆超硬工具を製造することができる。
【００２５】
本発明でいう硬質被覆層としては、例えば、Ｔｉ化合物層の単層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層等からなる硬質被覆層を、例えば、３〜２０μｍの平均層厚で蒸着形成すればよい。
【００２６】
なお、Ｔｉ化合物層とは、当業者に広く知られているように、Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１層または２層以上からなる層をいう。
【００２７】
硬質被覆層の平均層厚が３μｍ未満では、長期の使用にわたって、耐摩耗性を発揮することができず、一方、その平均層厚が２０μｍを超えると、チッピング、欠損が発生しやすくなるので、硬質被覆層の平均層厚は３〜２０μｍとすることが望ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具によれば、ＷＣ基超硬合金の表面領域の結合相中の平均Ｗ含有量ＣＷ１、ＣＷ２及び平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１が、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足する（但し、ＣＷ、ＣＣｒは、それぞれ、ＷＣ基超硬合金の内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量および平均Ｃｒ含有量）ことから、高熱発生を伴い、かつ、切れ刃に高負荷が作用する軸受鋼、合金鋼の焼入れ材等の高硬度鋼の高速高送りミーリング切削加工において、すぐれた耐熱亀裂性、耐熱塑性変形性、耐チッピング性を発揮するを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】切削試験Ａ終了後のＷＣ基超硬合金基体のすくい面に平行な断面における熱亀裂発生状況を示す光学顕微鏡写真（倍率：１００倍）であり、（ａ）は比較例４、（ｂ）は実施例３、（ｃ）は比較例１０を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
次に、本発明の表面被覆超硬合金製切削工具（被覆超硬工具）について、実施例により具体的に説明する。
【実施例】
【００３１】
原料粉末として、いずれも１〜３μｍの平均粒径を有するＷＣ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、Ｃｏ粉末およびＣｒ３Ｃ２粉末を、表１に示す割合に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形した。
【００３２】
このプレス成形により得た圧粉体を、表２に示す焼結条件で焼結した後、表３に示されるＷ濃化処理、Ｃｒ濃化処理を施し、本発明のＷＣ基超硬合金１〜１０を製造した。
【００３３】
これらのＷＣ基超硬合金に、Ｒ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１に規定される形状の本発明工具基体１〜１０を製造した。
【００３４】
さらに、上記本発明の工具基体１〜１０の表面に、表５に示す各種の硬質被覆層を形成し、本発明の被覆超硬工具１〜１０以下、実施例１〜１０というを製造した。
【００３５】
実施例１〜１０の被覆超硬工具の縦断面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、ＷＣ基超硬合金の所定の深さの表面領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ１，ＣＷ２、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１および内部領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒを測定し、ＣＷ１／ＣＷ，ＣＷ２／ＣＷ，ＣＷ１／ＣＷ２，ＣＣｒ１／ＣＣｒの値を求めた。
【００３６】
これらの結果を、表４に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】
【表２】
【００３９】
【表３】
【００４０】
【表４】
【００４１】
【表５】
比較のため、原料粉末を、表６に示す割合に配合し、さらにワックスを加えてアセトン中で２４時間ボールミル混合し、減圧乾燥した後、９８ＭＰａの圧力で所定形状の圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、表２に示す焼結条件で焼結し、表７に示す（Ｗ，Ｃｒ）濃化処理することにより、比較例のＷＣ基超硬合金１〜１０を製造した。
【００４２】
これらのＷＣ基超硬合金に、Ｒ：０．０７ｍｍのホーニング加工を施すことにより、ＩＳＯ・ＳＥＥＮ１２０３ＡＦＥＮ１に規定される形状の比較例工具基体１〜１０を製造した。
【００４３】
さらに、上記比較例の超硬基体１〜１０の表面に、表５に示す各種の硬質被覆層を形成し、表８に示す比較例の被覆超硬工具１〜１０以下、比較例１〜１０というを製造した。
【００４４】
比較例１〜１０の被覆超硬工具の縦断面について、エネルギー分散型Ｘ線分析装置を用いて、ＷＣ基超硬合金の所定の深さの表面領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ１，ＣＷ２、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒ１および内部領域の結合相における平均Ｗ含有量ＣＷ、平均Ｃｒ含有量ＣＣｒを測定し、ＣＷ１／ＣＷ，ＣＷ２／ＣＷ，ＣＷ１／ＣＷ２，ＣＣｒ１／ＣＣｒの値を求めた。
【００４５】
これらの結果を、表８に示す。
【００４６】
【表６】
【００４７】
【表７】
【００４８】
【表８】
【００４９】
つぎに、上記の実施例１〜１０および比較例１〜１０について、次の切削条件Ａ、Ｂにより、ミーリング加工試験を実施した。
【００５０】
[切削条件Ａ]
被削材： ＪＩＳ・ＳＮＣＭ４３９のブロック材
切削速度： ２５０ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ４．０ ｍｍ、
一刃送り量：０．５０ ｍｍ／刃、
切削時間： ５ 分、
の条件での合金鋼の焼入れ材の湿式高速高送りミーリング切削試験（通常の切削速度および送りは、１５０ｍ／ｍｉｎ、０．２０ｍｍ／刃）、
[切削条件Ｂ]
被削材： ＪＩＳ・ＳＵＪ２のブロック材
切削速度： ２００ ｍ／ｍｉｎ、
切り込み： ３．０ ｍｍ、
一刃送り量：０．４５ ｍｍ／刃、
切削時間： ５ 分、
の条件での軸受鋼の焼入れ材の乾式高速高送りミーリング切削試験（通常の切削速度および送りは、１３０ｍ／ｍｉｎ、０．２０ｍｍ／刃）、
そして、上記の各切削試験Ａ、Ｂにおける切刃の逃げ面摩耗幅を測定し、この測定結果を表９に示した。
【００５１】
【表９】
また、切削試験Ａ終了後のＷＣ基超硬合金基体のすくい面に平行な断面について、熱亀裂発生状況を光学顕微鏡（倍率：１００）により観察した。
【００５２】
図１に、その観察結果の一例（実施例３，比較例４，１０）を図１に示す。
【００５３】
図１（ｂ）として示す本発明３のすくい面断面状況からもわかるように、本発明３は、高熱発生を伴い、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工に用いられた場合でも、超硬合金表面での熱塑性変形の発生がなく、また、熱亀裂の発生が抑制され、熱亀裂の進展を原因とするチッピング発生、欠損発生が防止されている。
【００５４】
これに対して、例えば、図１（ａ）に示す比較例４（表面領域のＷ濃化、Ｃｒ濃化がない）では、熱塑性変形、および熱亀裂の進展によりチッピングの発生がみられ、また、図１（ｃ）に示す比較例１０（Ｃｒ濃化処理によってＷＣ超硬合金表面から１００〜２００μｍの深さ領域の結合相中に過剰のＣｒを含有する）では、合金強度の低下によって欠損がみられる。
【００５５】
表４、８、９の結果および図１から、本発明の被覆超硬工具は、高熱発生を伴い、切れ刃に高負荷が作用する高速高送りミーリング加工においても、超硬合金表面での熱塑性変形の発生がなく、また、熱亀裂の発生が抑制され、熱亀裂の進展を原因とするチッピング発生、欠損発生を防止することができ、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮することが分かる。
【００５６】
これに対して、比較例の被覆超硬工具では、熱塑性変形の発生による偏摩耗、熱亀裂の発生・進展によるチッピング、欠損等の発生、あるいは、耐摩耗性の低下によって、短時間で寿命に至ることは明らかである。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、高速高送りミーリング加工に用いられた場合、長期間の使用にわたってすぐれた切削性能を維持することができるばかりでなく、工具寿命の延命化も図られ、さらに、本発明の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具は、耐熱衝撃性、耐熱亀裂性、耐チッピング性、耐欠損性、耐摩耗性が求められる各種被削材の切削工具として用いることが可能であり、切削加工の省エネ化、低コスト化に十分満足に対応できるものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
硬質相成分としてＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆超硬合金製切削工具であって、
上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒがそれぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項２】
ＷＣ基超硬合金における結合相形成成分として、Ｃｏを５〜１５質量％およびＣｒを０．１〜２質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項３】
硬質相として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項４】
硬質被覆層がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、上記Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【請求項１】
硬質相成分としてＷＣを含有し、結合相形成成分としてＣｏおよびＣｒを含有するＷＣ基超硬合金からなる工具基体表面に、硬質被覆層を蒸着形成した表面被覆超硬合金製切削工具であって、
上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ１、１００μｍから２００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ２、２００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｗ含有量をＣＷ、
また、上記ＷＣ基超硬合金の表面から１００μｍまでの深さの表面領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒ１、１００μｍ以上の深さの内部領域における結合相中の平均Ｃｒ含有量をＣＣｒとしたときに、
ＣＷ１、ＣＷ２、ＣＷ、ＣＣｒ１およびＣＣｒがそれぞれ、
ＣＷ１／ＣＷ＝１．２〜１．５、
ＣＷ２／ＣＷ＝１．１〜１．３、
ＣＷ１／ＣＷ２≧１．０、
ＣＣｒ１／ＣＣｒ＝１．１〜１．３、
の関係を満足することを特徴とする表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項２】
ＷＣ基超硬合金における結合相形成成分として、Ｃｏを５〜１５質量％およびＣｒを０．１〜２質量％含有することを特徴とする請求項１に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項３】
硬質相として、Ｔｉ、Ｔａ、Ｎｂの内から選ばれる１種または２種以上の炭化物、窒化物および炭窒化物をさらに含有することを特徴とする請求項１または２に記載の表面被覆超硬合金製切削工具。
【請求項４】
硬質被覆層がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、炭酸化物、炭窒酸化物のうちの１種または２種以上からなるＴｉ化合物層、または、Ａｌ２Ｏ３層の単層、または、上記Ｔｉ化合物層とＡｌ２Ｏ３層との複層からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の表面被覆ＷＣ基超硬合金製切削工具。
【図１】
【公開番号】特開２０１２−１４３８２９（Ｐ２０１２−１４３８２９Ａ）
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８３６（Ｐ２０１１−２８３６）
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月２日（２０１２．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１１日（２０１１．１．１１）
【出願人】（０００００６２６４）三菱マテリアル株式会社 (4,417)
【Ｆターム（参考）】
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