CN107107204A - 复合烧结体切削工具及表面包覆复合烧结体切削工具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复合烧结体切削工具，其为由TiCN基金属陶瓷层(2)和WC基硬质合金层(3)的复合烧结体构成的切削工具(1)，其中，TiCN基金属陶瓷层以质量％计含有4～25质量％的铁族金属成分、小于15质量％的W、2～15质量％的Mo、2～10质量％的Nb及0.2～2质量％的Cr，并且Co相对于铁族金属成分的Co与Ni的合计含量的含有比例以质量比计为0.5～0.8，WC基硬质合金层以质量％计含有4～17质量％的铁族金属成分及75质量％以上的W，以WC为主要硬质相成分，前刀面(4)与后刀面(5)所成的角度为90度，包括切削刃的前刀面由上述WC基硬质合金层构成，上述WC基硬质合金层的厚度为上述复合烧结体的厚度的0.05～0.3倍，穿过上述切削工具的前刀面中央的剖面中的从后刀面的上端至下端的高度变化的最大高低差(10)相对于上述复合烧结体的厚度为0.01以下。

Description

复合烧结体切削工具及表面包覆复合烧结体切削工具

技术领域

本申请发明涉及一种由TiCN基金属陶瓷和WC基硬质合金的复合烧结体构成的切削工具，尤其涉及一种实现稀有金属即钨的使用量的减少，并且减少了烧结时的烧结体的变形量的耐热龟裂性优异的切削工具。

本申请主张基于2014年12月25日于日本申请的专利申请2014-263582号及2015年12月23日于日本申请的专利申请2015-250733号的优先权，并将其内容援用于此。

背景技术

作为钢或铸铁的切削加工用工具，广泛利用WC基硬质合金，但为了减少稀有金属即钨的使用量并获得所希望的切削性能，以往提出有各种方案。

例如，专利文献1中提出有如下复合烧结体制切削工具：在由层叠有硬质合金层和金属陶瓷层的基材构成的切削工具中，所述金属陶瓷层包括以合计15～65质量％以下的WC及W，且结合相中的铁族金属的80质量％以上为Co，关于基材，当将层叠方向上的最大厚度设为h1，将切削刃部分的硬质合金层的层叠方向上的最大厚度设为h2时，通过将h2/h1设为0.002～0.02，改善了耐冲击性及精加工面光泽度。

并且，例如，专利文献2中提出有如下复合烧结体制切削工具：在由层叠有硬质合金层和金属陶瓷层的基材构成的切削工具中，所述金属陶瓷层包括以合计15～65质量％以下的WC及W，且结合相中的铁族金属的80质量％以上为Co，在硬质合金层与金属陶瓷层的边界形成最大落差为50μm～500μm的凹凸部，且当将基材的层叠方向上的最大厚度设为h1，将配置在前刀面一侧的硬质合金层的层叠方向上的最大厚度设为h2时，通过将h2/h1设为大于0.02且0.4以下，改善了硬质合金层与金属陶瓷层之间的接合性，并且抑制了烧结后的基材的变形。

并且，例如，专利文献3中提出有如下内容：以硬质合金粉末及金属陶瓷粉末分别形成冲压成型体，对该冲压成型体进行层叠，在真空气氛中以1300～1500℃×0.5～3小时的条件保持并进行烧结而制作工具基体的情况下，将硬质合金层与金属陶瓷层的边界的凹凸状态设为特定范围，或者将两层的结合相量调整为特定范围，由此提高硬质合金与金属陶瓷的接合性，并且抑制烧结时所产生的变形，改善复合烧结体制切削工具的耐磨性及韧性。

专利文献1：日本专利第5185032号公报(B)

专利文献2：日本专利第5297381号公报(B)

专利文献3：日本专利第5413047号公报(B)

如上述专利文献1、2中所示那样的复合烧结体制切削工具中，虽然可以实现钨使用量的某种程度的减少，但在金属陶瓷中需要15质量％以上的W、WC，从而钨使用量的减少并不充分，并且当这种切削工具用于湿式断续切削加工时，不仅强度、韧性不充分，而且耐热龟裂性也不充分，因此存在容易产生崩刀、缺损等异常损伤的问题。

并且，在上述专利文献3中所示的由硬质合金及金属陶瓷构成的复合烧结体中，不仅需要在硬质合金层与金属陶瓷层的边界形成凹凸，而且为了获得烧结时变形较少的复合烧结体，需要在异种材料之间使烧结冲压体时的收缩特性一致，因此在由该复合烧结体制作的切削工具中，钨使用量的减少最多也只能停留在30％左右，这从节省资源的观点上不仅不能充分满足，而且在承受湿式断续切削等强烈的热过程的切削条件下，可能因龟裂的扩展等而会破坏刀片的硬质合金，不能说具有充分的可靠性。

发明内容

因此，本申请发明的目的在于提供一种如下的切削工具：在将由TiCN基金属陶瓷及WC基硬质合金构成的复合烧结体作为工具基体的切削工具中，实现稀有金属即钨的使用量的减少，并且即使在间断的冲击性高负荷作用于切削刃的断续切削中使用的情况下，也具备龟裂扩展抑制作用，且耐异常损伤性优异。

本申请发明人们，从如上所述的观点出发，在将由TiCN基金属陶瓷及WC基硬质合金构成的复合烧结体作为工具基体的复合烧结体切削工具中，不仅实现了钨使用量的减少，而且即便在间断的冲击性高负荷作用于切削刃的断续切削中使用的情况下，龟裂的传播、扩展抑制作用也优异，而且对在长期使用中不发生崩刀、缺损、剥离等异常损伤的切削工具进行了深入研究，其结果得出了如下见解。

在TiCN基金属陶瓷和WC基硬质合金的复合烧结体切削工具中，在将工具的包括切削刃的前刀面以WC基硬质合金层来形成的情况下，通过因烧结复合烧结体时的热膨胀系数差而产生压缩应力，从而工具的断续切削性能得以改善，但进行烧结时的TiCN基金属陶瓷的变形运动在TiCN基金属陶瓷与WC基硬质合金层的界面部分和TiCN基金属陶瓷中央部分不同，在金属陶瓷中央部分，与WC基硬质合金层之间的界面部分相比收缩量较多，因此在复合烧结体的金属陶瓷中央部分出现较大的变形(凹部)。

然而，本申请发明人等发现，通过调整所使用的TiCN基金属陶瓷的成分组成，能够减少上述金属陶瓷中央部分的变形，由此能够防止工件材料的精加工面精度的下降，并且能够改善切削工具的耐热龟裂性，进而能够减少稀有金属即钨的使用量。

其结果发现，在将上述复合烧结体作为工具基体的切削工具中，即使在间断的冲击性高负荷及热负荷作用于切削刃的合金钢等湿式断续切削中，龟裂的传播、扩展被防止，并且在长期使用中发挥优异的耐异常损伤性、耐磨性。

本申请发明是根据上述见解而完成的，其具有以下方式。

(1)一种复合烧结体切削工具，其为由TiCN基金属陶瓷层和WC基硬质合金层的复合烧结体构成的切削工具，所述复合烧结体切削工具的特征在于，

(a)上述切削工具的前刀面与后刀面所成的角度为90度，

(b)上述切削工具的包括切削刃的前刀面由WC基硬质合金层构成，所述WC基硬质合金层含有4～17质量％的铁族金属成分及75质量％以上的W，且由以WC为主要硬质相成分，

(c)上述WC基硬质合金层的厚度为上述复合烧结体的厚度的0.05～0.3倍，

(d)上述TiCN基金属陶瓷层由一层TiCN基金属陶瓷层构成，在将该金属陶瓷层的构成成分的含有比例以金属成分的含有比例来表现的情况下，至少含有4～25质量％的铁族金属成分、小于15质量％的W、2～15质量％的Mo、2～10质量％的Nb及0.2～2质量％的Cr，且关于铁族金属成分即Co及Ni，Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例满足0.5～0.8(其中，以质量比计)，

(e)在穿过上述切削工具的前刀面中央且与前刀面及后刀面这两面正交的面内，将穿过前刀面与后刀面交叉的棱线且与前刀面正交的线设为基准线，而在从后刀面的上端至下端测定了高度廓线时，所述高度廓线的最大高低差的值相对于上述复合烧结体中的从前刀面的表面至背面的厚度为0.01以下的比例。

(2)根据所述(1)中所述的复合烧结体切削工具，其特征在于，

上述复合烧结体切削工具的前刀面的平面形状为多边形状或圆形状。

(3)根据所述(1)或(2)中所述的复合烧结体切削工具，其特征在于，

构成上述复合烧结体切削工具的前刀面的WC基硬质合金层形成在上述TiCN基金属陶瓷层的表面，或形成在上述TiCN基金属陶瓷层的表面及背面。

(4)根据所述(1)至(3)中任一项所述的表面包覆复合烧结体切削工具，其特征在于，

在由上述TiCN基金属陶瓷层及WC基硬质合金层构成的复合烧结体切削工具的至少构成前刀面的WC基硬质合金的表面形成有硬质包覆层。

本申请发明的一方式的复合烧结体切削工具(以下，称为“本申请发明的复合烧结体切削工具”或“本申请发明的切削工具”)为由TiCN基金属陶瓷和WC基硬质合金的复合烧结体构成的负前角刀片，通过对TiCN基金属陶瓷及WC基硬质合金的成分组成范围进行适当化，并且对构成包括切削刃的前刀面的WC基硬质合金层的厚度比率进行适当化，进而抑制TiCN基金属陶瓷层的中央部分的变形、收缩，即使减少了钨的使用量，也不会使耐热龟裂性下降，从而在间断的冲击性高负荷作用于切削刃且热负荷也作用于切削刃的合金钢等湿式断续切削中，起到龟裂的传播、扩展得到抑制且在长期使用中发挥优异的耐异常损伤性、耐磨性的效果。

附图说明

图1A表示本申请发明的复合烧结体切削工具的概略示意图，且表示本申请发明的复合烧结体切削工具的一例的侧视图。

图1B表示本申请发明的复合烧结体切削工具的概略示意图，且表示本申请发明的复合烧结体切削工具的另一例的侧视图。

图1C表示本申请发明的复合烧结体切削工具的前刀面的平面形状的一例(多边形状)。

图1D表示本申请发明的复合烧结体切削工具的前刀面的平面形状的另一例(圆形状)。

图2A表示在本申请发明的复合烧结体切削工具的表面蒸镀形成有硬质包覆层的表面包覆复合烧结体切削工具的概略示意图，且表示本申请发明的表面包覆复合烧结体切削工具的一例的侧视图。

图2B表示在本申请发明的复合烧结体切削工具的表面蒸镀形成有硬质包覆层的表面包覆复合烧结体切削工具的概略示意图，且表示本申请发明的表面包覆复合烧结体切削工具的另一例的侧视图。

图3表示关于本申请发明中所规定的后刀面的高度廓线、最大高低差的示意图。

具体实施方式

以下，参考附图对本申请发明进行详细的说明。

图1A至图1D表示本申请发明的复合烧结体切削工具1的概略示意图。图1A表示本申请发明的复合烧结体切削工具1的一例的侧视图。图1B表示本申请发明的复合烧结体切削工具1的另一例的侧视图。而且，图1C表示本申请发明的复合烧结体切削工具1的前刀面的一例平面形状(多边形状)6。并且，图1D表示本申请发明的复合烧结体切削工具1的前刀面的另一例平面形状(圆形状)7。

如图1A及图1B所示，本申请发明的切削工具1不是以WC基硬质合金构成工具基体整体，而是成为将TiCN基金属陶瓷层2作为母体且在包括切削刃的前刀面4设置有WC基硬质合金层3的结构，尤其在图1A所示的结构的情况下，在TiCN基金属陶瓷层2的表面及背面形成有由WC基硬质合金层3构成的前刀面4，因此在一侧的前刀面的损伤、磨损量较严重的情况下，通过反转工具的表面和背面，使包括新切削刃的前刀面4显露，从而能够继续切削加工。另外，在本申请发明的切削工具1中，无需一定在TiCN基金属陶瓷层2的表面及背面这两面形成前刀面4，在表面或背面中的至少一侧形成前刀面4即可。

并且，本申请发明的切削工具1中，如图1C所示，当前刀面4的平面形状为多边形状(图1C中为四边形或菱形)时，能够将多边形的各顶点用作切削刃，并且，如图1D所示，当前刀面4的平面形状为圆形(也包括椭圆形)时，也能够将圆周上的任意位置用作切削刃。

后刀面5为与前刀面4以90°正交的切削工具的侧面，在后刀面5与前刀面4交叉的棱线上形成有切削工具的切刃。

图2A及图2B表示在本申请发明的复合烧结体切削工具1的表面蒸镀形成有硬质包覆层8的表面包覆复合烧结体切削工具的概略示意图，图2A表示本申请发明的表面包覆复合烧结体切削工具1的一例的侧视图。并且，图2B表示本申请发明的表面包覆复合烧结体切削工具1的另一例的侧视图。

如图2A及图2B所示，在本申请发明的切削工具中，通过在切削工具的表面蒸镀形成硬质包覆层8，也能够用作表面包覆复合烧结体切削工具。另外，在图2A中示出了仅在TiCN基金属陶瓷的一侧的面形成有由WC基硬质合金构成的前刀面4的切削工具，且在该前刀面4蒸镀形成有硬质包覆层8。

图3是关于本申请发明的切削工具中所规定的后刀面的高度廓线、最大高低差10的示意图。

本申请发明的复合烧结体切削工具(以下，将“复合烧结体切削工具”也称为“切削工具”)及表面包覆复合烧结体切削工具(以下，将“表面包覆复合烧结体切削工具”也称为“包覆工具”)大致能够以以下的制造方法制作。

首先，准备规定组成的TiCN基金属陶瓷粉末及同样为规定组成的WC基硬质合金粉末，并通过对这些粉末进行冲压，制作层叠有TiCN基金属陶瓷与WC基硬质合金的复合成型体，接着，对该复合成型体在例如0.1kPa的氮气氛中，并在1420℃×1hr的条件下进行烧结而制作复合烧结体，接着将所得到的复合烧结体加工成规定的形状，从而能够制作出本申请发明的复合烧结体切削工具。

并且，通过物理蒸镀法、化学蒸镀法等，至少在上述中制作的本申请发明的复合烧结体切削工具的WC基硬质合金一侧的表面，以单层或作为多层的层叠皮膜蒸镀形成Ti化合物层、Ti和Al的复合氮化物层及Al₂O₃层等硬质包覆层，从而能够制造出本申请发明的表面包覆复合烧结体切削工具。

TiCN基金属陶瓷层的成分组成：

本申请发明中所使用的TiCN基金属陶瓷层2是将TiCN设为主要硬质成分且将4～25质量％的铁族金属(例如，Co、Ni、Fe)成分设为主要结合相成分的金属陶瓷。当将其他含有成分以金属成分元素换算时，含有小于15质量％的W、2～15质量％的Mo、2～10质量％的Nb及0.2～2质量％的Cr，且关于铁族金属成分中的Co及Ni，将Co相对于Co和Ni的合计含量的含量比设为0.5～0.8。

W：

W在TiCN基金属陶瓷中的含量越增加，TiCN基金属陶瓷的特性越接近WC基硬质合金，因此作为复合体的烧结变得容易，但如在本申请发明中作为目的那样，W是要求减少含量的成分元素，因此本申请发明中，将W含量设定为小于15质量％。

W含量优选为0质量％～12质量％，更优选为0质量％～8质量％，但并不以此特别限定。

Mo：

Mo是在TiCN基金属陶瓷中具有提高硬质相与结合相的润湿性且提高烧结性的作用的成分元素，但若其含量小于2质量％，则润湿性的提高效果不充分，另一方面，若含量超过15质量％，则Mo熔入于硬质相中，从而使强度、韧性下降，因此将Mo的含量设定为2～15质量％。

Mo含量优选为3质量％～14质量％，更优选为7质量％～10质量％，但并不以此特别限定。

Nb：

Nb具有使TiCN基金属陶瓷的高温抗氧化性提高的效果，但当其含量小于2质量％时，或超过10质量％时，高温抗氧化性的提高效果下降，因此将Nb的含量设定为2～10质量％。

Nb含量优选为3质量％～9质量％，更优选为4质量％～8质量％，但并不以此特别限定。

Cr：

Cr具有使TiCN基金属陶瓷的烧结温度接近WC基硬质合金的烧结温度的效果，但若其含量小于0.2质量％，则其效果不充分，另一方面，若其含量超过2质量％，则Cr₃C₂的游离相可能会析出并使烧结体的韧性下降，因此将Cr的含量设定为0.2～2质量％。

Cr含量优选为0.5质量％～1.7质量％，更优选为0.8质量％～1.4质量％，但并不以此特别限定。

Co：

Co为铁族金属成分且为TiCN基金属陶瓷中的结合相成分，但在与同样为铁族金属成分的Ni的关联上，需要将Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例(Co/(Co+Ni))设在0.5～0.8(其中，以质量比计)的范围内。若Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例(Co/(Co+Ni))小于0.5，则对TiCN基金属陶瓷和WC基硬质合金的复合成型体进行烧结时，TiCN基金属陶瓷层2中的Ni成分向WC基硬质合金层3扩散，从而使WC基硬质合金层3的高温硬度下降，另一方面，若Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例(Co/(Co+Ni))超过0.8，则TiCN基金属陶瓷层2的韧性下降，从而可能会导致复合烧结体的破损。

因此，关于TiCN基金属陶瓷层2中所含有的成分即Co及Ni，将Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例(Co/(Co+Ni))设在0.5～0.8(其中，以质量比计)的范围内。

以质量比计Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例优选为0.6～0.7，但并不以此特别限定。

WC基硬质合金的成分组成：

与TiCN基金属陶瓷构成复合烧结体的WC基硬质合金由主要硬质相成分的WC及主要结合相成分的铁族金属(例如，Co、Ni、Fe)构成。结合相成分与硬质相成分牢固地结合且具有使工具基体的强度及韧性提高的作用，但若其含量小于4质量％，则不能在所述作用方面获得所希望的效果，另一方面，若其含量超过17质量％，则耐磨性将会下降，因此将结合相成分即铁族金属(例如，Co、Ni、Fe)的含量合计设为4～17质量％。

结合相成分即铁族金属(例如，Co、Ni、Fe)的含量合计优选为8质量％～13质量％，但并不以此特别限定。

主要硬质相成分的WC是担保工具基体的硬度的成分，但若WC基硬质合金中的W的含量小于75质量％，则不能发挥所希望的硬度，从而耐磨性将会下降，因此将WC基硬质合金中的W含量设为75质量％以上。

并且，Ti、Zr、Nb、Ta及Cr各成分形成碳化物、氮化物及碳氮化物等而提高WC基硬质合金的硬度，从而具有提高耐磨性的作用，但若这些硬质相成分的含量合计超过10质量％(其中，以金属成分换算)，则韧性将会下降，因此将Ti、Zr、Nb、Ta及Cr的各成分的含量合计优选设为10质量％以下。

Ti、Zr、Nb、Ta及Cr的各成分的含量合计优选为1质量％～5质量％，但并不以此特别限定。

构成包括切削刃的前刀面的WC基硬质合金：

由TiCN基金属陶瓷层2及WC基硬质合金层3构成的复合烧结体中，TiCN基金属陶瓷层2成为工具基体，在其上作为包括切削刃的前刀面形成有WC基硬质合金层3而构成切削工具1。

并且，关于本申请发明，工具的前刀面4与后刀面5所成的角度为90度，是属于所谓的称为负前角刀片的切削工具。

在本申请发明的切削工具1中，将作为包括切削刃的前刀面4的WC基硬质合金层3的厚度设为复合烧结体的厚度的0.1～0.3倍的厚度。另外，在此，当在TiCN基金属陶瓷层2的表面及背面的两面形成有前刀面4时，“作为前刀面4的WC基硬质合金层3的厚度”是指表面及背面的WC基硬质合金层3的合计厚度。

其理由在于，当WC基硬质合金层3的厚度小于复合烧结体的厚度的0.1倍时，对切削加工时韧性差的TiCN基金属陶瓷层施加较大的负荷，从而容易产生缺损，另一方面，当WC基硬质合金层3的厚度超过复合烧结体的厚度的0.3倍时，形成于WC基硬质合金层3中的残余压缩应力变小，从而不仅耐崩刀性、耐缺损性下降，而且也与减少W使用量这一本申请发明的目的不符。

因此，在本申请发明中，将WC基硬质合金层3的厚度设为复合烧结体的厚度的0.1～0.3倍的厚度。

离基准面的高度廓线的最大高低差：

本申请发明的切削工具1中的TiCN基金属陶瓷层2的成分组成、WC基硬质合金层3的成分组成及构成前刀面4的WC基硬质合金层3的厚度如前述说明，但在本申请发明中，为了减少在间断的冲击性高负荷作用于切削刃的断续切削中由TiCN基金属陶瓷层2和WC基硬质合金层3的复合烧结体构成的切削工具的后刀面磨损，而且为了防止工件材料的精加工面精度的下降，在测定后刀面的高度廓线时，需要将离基准线9的高度廓线的最大高低差10抑制在工具厚度的1％以下。

如图3所示，在穿过本申请发明切削工具1的前刀面4中央且与前刀面4及后刀面5这两面正交的面内，将穿过前刀面4与后刀面5交叉的棱线且与前刀面正交的线设为基准线9，而在从后刀面5的上端至下端测定了高度廓线时，所述高度廓线的最大高低差的值相对于上述复合烧结体1中的从前刀面4的表面至背面的厚度的比例必须为0.01以下。

这是因为，若最大高低差的比例超过0.01，则因切削工具的前刀面4的残余应力成为较大的值而耐热龟裂性得以改善，但另一方面，后刀面的耐磨性劣化，而且工件材料的精加工面精度也会下降。

这种后刀面的高度廓线的变化在重合TiCN基金属陶瓷与WC基硬质合金而进行烧结时，例如在1400～1440℃程度的温度范围内，WC基硬质合金与TiCN基金属陶瓷发生致密化的同时开始收缩，虽然WC基硬质合金层3与TiCN基金属陶瓷层2的界面部分的TiCN基金属陶瓷结束致密化而变得不易发生变形、收缩，但是在TiCN基金属陶瓷层2的中央部分变形、收缩不会受到较大地阻碍而继续收缩，其结果，如图3所示，因WC基硬质合金与TiCN基金属陶瓷的收缩运动的差异，在TiCN基金属陶瓷层2的中央部分形成较大的凹部。

硬质包覆层：

本申请发明的切削工具1通过将复合烧结体的WC基硬质合金作为包括切削刃的前刀面4，能够直接用作切削工具，但通过物理蒸镀法、化学蒸镀法等，至少在构成包括切削刃的前刀面4的WC基硬质合金层3的表面，作为硬质包覆层8来包覆形成例如Ti和Al的复合氮化物层，由此能够进一步提高切削性能。

另外，作为硬质包覆层8，不仅能够包覆形成Ti和Al的复合氮化物层，还能够分别以单层或以多层的层叠方式来包覆形成Ti的氮化物层、碳化物层、碳氮化物层、Al和Cr的复合氮化物层及Al₂O₃层等已知的各种硬质包覆层。

以下，根据实施例对本申请发明进行具体说明。

实施例1

在实施例1中，对仅在TiCN基金属陶瓷的一面形成有平面形状为多边形状的由WC基硬质合金构成的前刀面的工具进行说明。

首先，准备表1中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的WC基硬质合金原料粉末。

并且，准备表2中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的TiCN基金属陶瓷原料粉末。

对上述WC基硬质合金原料粉末及TiCN基金属陶瓷原料粉末，以表3中所示的组合用ISO刀片形状SNMN120408的原材料用模具进行层叠压制，制作出复合成型体1～6。

接着，对该复合成型体1～6进行烧结而制作出复合烧结体1～6。

在任意情况下，均为如下烧结条件。

在将复合成型体升温至烧结温度时，从室温至1280℃以5℃/min的升温速度进行升温，从出现液相的1280℃至1380℃的温度范围均以30℃/min以上的升温速度进行快速升温，从1380℃至规定的1420℃以5℃/min的升温速度进行升温，并在0.1kPa的氮气氛中，在1420℃的烧结温度下保持1个小时后，进行了冷却。

接着，关于所得到的复合烧结体1～6，将WC基硬质合金作为前刀面，对前刀面的平面形状为多边形状的刀片进行R＝0.04的刃口修磨加工，制作出SNMN120408形状的复合烧结体切削工具1～6(以下，称为本发明工具1～6)。

对于平行于上述本发明工具1～6的WC基硬质合金层和TiCN基金属陶瓷层的层叠方向的剖面，使用电子射线显微分析仪，分别对从WC基硬质合金层与TiCN基金属陶瓷层的界面向WC基硬质合金层一侧100μm的位置和向TiCN基金属陶瓷层一侧100μm的位置进行组成分析，求出测定10个点的平均值，由此求出WC基硬质合金层及TiCN基金属陶瓷层的成分组成。

在表4中示出这些值。

并且，用光学显微镜进行观察并测定了本发明工具1～6的WC基硬质合金层及TiCN基金属陶瓷层的厚度。在不同的5个点测定厚度，并对其进行平均而作为厚度。

在表4中示出这些值。

接着，关于本发明工具4～6，在WC基硬质合金的表面，通过电弧离子镀蒸镀形成了由Ti和Al的复合氮化物(另外，Ti和Al的含量分别为50原子％)构成的硬质包覆层。

在表4中示出已蒸镀形成的硬质包覆层的层厚。

为了比较，将表1中所示的配合组成的WC基硬质合金原料粉末及表2中所示的配合组成的TiCN基金属陶瓷原料粉末以表5中所示的组合进行层叠压制，制作比较例复合成型体1～6之后，在与实施例相同的条件下对该复合成型体进行烧结而制作出比较例复合烧结体1～6。

并且，不使用TiCN基金属陶瓷原料粉末而仅以表1中所示的配合组成的WC基硬质合金原料粉末制作出仅由WC基硬质合金构成的比较例烧结体7～9(为了方便，称为比较例复合烧结体7～9)。

接着，关于所得到的比较例复合烧结体1～6及7～9，将WC基硬质合金作为前刀面，对刀片进行R＝0.04的刃口修磨加工，制作出SNMN120408形状的复合烧结体切削工具1～6及7～9(以下，称为比较例工具1～6及7～9)。

接着，与本发明工具1～12的情况同样地，关于比较例工具1～6，使用电子射线显微分析仪，对从WC基硬质合金层与TiCN基金属陶瓷层的界面向WC基硬质合金层一侧100μm的位置，并且向TiCN基金属陶瓷层一侧100μm的位置分别进行组成分析而求出测定10个点的平均值，由此求出WC基硬质合金层及TiCN基金属陶瓷层的成分组成。

而且，关于比较例工具1～6，用光学显微镜观察并测定了WC基硬质合金层及TiCN基金属陶瓷层的厚度。另外，在不同的5个点测定厚度，并对其进行平均而作为厚度。

在表6中示出这些值。

并且，以以下方式进行将与前刀面正交的线设为基准线的后刀面的高度廓线的测定、及该廓线的离基准线的最大高低差的测定，并求出相对于工具厚度的最大高低差的比例。使用触针式表面形状测定装置，并将后刀面中的一面作为下面而设置在装置中，且以对穿过前刀面的中心且与前刀面正交的面内进行探头扫描的方式进行设定。接着将探头前端对准前刀面与后刀面交叉的棱线，在后刀面上进行扫描至另一侧的棱线，以得到高度廓线。关于所得到的高度廓线，将连结棱线两个点的线设为高度为零的基准线，由离基准线高度成为最大的点与成为最低的点这两点的高度差求出最大高低差。用游标卡尺测定复合烧结体切削工具的厚度，并通过除上述最大高低差来求出相对于工具厚度的最大高低差的比例。

接着，关于比较例工具4～9，在WC基硬质合金的表面，通过电弧离子镀蒸镀形成了由Ti和Al的复合氮化物(另外，Ti和Al的含量分别为50原子％)构成的硬质包覆层。

在表6中示出已蒸镀形成的硬质包覆层的层厚。

[表1]

[表2]

[表3]

[表4]

[表5]

[表6]

接着，关于上述本发明工具1～6及比较例工具1～9，在以下记载的切削条件1及切削条件2下，对耐磨性及耐异常损伤性进行了平均。

[切削条件1]

工件材料：JIS·SCM440的长度方向等间隔4根带槽圆棒；

切削速度：315m/min.；

切深量：1.0mm；

进给速度：0.15mm/rev.；

切削时间：10分钟。

在上述条件下，进行了合金钢的湿式断续切削加工试验，并测定了后刀面磨损量或达到寿命为止的切削时间。

[切削条件2]

工件材料：JIS·S45C的长度方向等间隔4根带槽圆棒；

切削速度：330m/min.；

切深量：2.0mm；

进给速度：0.2mm/rev.；

切削时间：3分钟。

在上述条件下，进行了碳钢的湿式断续切削加工试验，并对耐异常损伤性进行了评价。当切削刃中出现龟裂、崩刀、缺损时，设为异常损伤“有”，当未出现龟裂、崩刀、缺损时，设为异常损伤“无”。

而且，关于本发明工具1～6及比较例工具1～6，从表4、表5中所示的(WC基硬质合金的厚度)/(工具的厚度)的值计算出假设在各工具中不层叠金属陶瓷的将整体作为WC基硬质合金的情况下的使用W量减少率(质量％)。

在表7中示出这些结果。

[表7]

比较例工具的“*”标记表示因发生崩刀等异常损伤而达到寿命的切削时间(分钟)。

从表4、6及7中所示的结果可知，即使减少了钨的使用量，本发明包覆工具通过对TiCN基金属陶瓷及WC基硬质合金的成分组成范围进行适当化，并且对构成包括切削刃的前刀面的WC基硬质合金层的厚度比率进行适当化，从而也不会降低耐崩刀性，在间断的冲击性高负荷作用于切削刃且热负荷也作用于切削刃的合金钢等湿式断续切削中，龟裂的传播、扩展得到抑制，且在长期使用中发挥优异的耐异常损伤性、耐磨性，从而显示出不逊于仅由WC基硬质合金制作的比较例工具7～9(即，使用W量减少率为0％的工具)的切削性能。

而且，从耐异常损伤性的观点上看，本发明工具1～6与比较例工具7～9相比，具有优异的耐异常损伤性。

相对于此，比较例工具1～6虽然减少了钨使用量，但耐热龟裂性较差，从而在短时间内达到使用寿命的情况是显而易见的。

实施例2

在实施例1中，对前刀面的平面形状为多边形状且仅在TiCN基金属陶瓷的一面形成有由WC基硬质合金构成的前刀面的工具进行了说明，但作为实施例2，接着对在TiCN基金属陶瓷的两面形成有前刀面的工具进行说明。

与实施例1的情况同样地，准备表1中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的WC基硬质合金原料粉末及表2中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的TiCN基金属陶瓷原料粉末。

从上述TiCN基金属陶瓷原料粉末的上下面用WC基硬质合金原料粉末形成夹层状态，以表8中所示的组合用ISO刀片形状SNMN120408的原材料用模具进行层叠压制，制作出复合成型体11～13。

在与实施例1相同的条件下，对上述复合成型体11～13进行烧结，接着，对刀片进行R＝0.04的刃口修磨加工，制造出SNMN120408形状的复合烧结体切削工具11～13(以下，称为本发明工具11～13)。

接着，关于本发明工具23，通过电弧离子镀，在WC基硬质合金的表面蒸镀形成了由Ti和Al的复合氮化物(另外，Ti和Al的含量分别为50原子％)构成的硬质包覆层。

关于上述本发明工具11～13，以与实施例1相同的方法，求出WC基硬质合金及TiCN基金属陶瓷的成分组成、厚度、离后刀面的高度廓线的基准面的最大高低差及硬质包覆层的层厚。

在表9及表10中示出这些值。

接着，关于上述本发明工具11～13，在与实施例1相同的条件下，进行合金钢的湿式断续切削加工试验，测定后刀面磨损量，并且进行碳钢的湿式断续切削加工试验，确认了有无异常损伤。并且，从表10中所示的(WC基硬质合金的厚度)/(工具的厚度)的值计算出假设在各工具中不层叠金属陶瓷的将整体作为WC基硬质合金的情况下的使用W量减少率(质量％)。

在表10中示出这些结果。

[表8]

[表9]

[表10]

实施例3

接着，在实施例3中，对前刀面的平面形状为圆形状的工具进行说明。

准备表1中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的WC基硬质合金原料粉末及表2中所示的配合组成的平均粒径0.5～3μm的TiCN基金属陶瓷原料粉末。

对上述WC基硬质合金原料粉末及TiCN基金属陶瓷原料粉末，以表11中所示的组合用ISO刀片形状RNMG120400的原材料用模具进行层叠压制，制作出复合成型体21～24。

并且，已制作的复合成型体23、24是从TiCN基金属陶瓷原料粉末的上下面用WC基硬质合金原料粉末形成为夹层状态的复合成型体。

接着，对该复合成型体21～24进行烧结而制作出复合烧结体21～24。

烧结条件与实施例1相同。

对所得到的复合烧结体21～24的由WC基硬质合金构成的前刀面的刀片进行R＝0.04的刃口修磨加工，制作出前刀面的平面形状为圆形状的本发明的复合烧结体切削工具21～24(以下，称为本发明工具21～24)。

接着，关于本发明工具22、24，在WC基硬质合金的表面，通过电弧离子镀蒸镀形成了由Ti和Al的复合氮化物(另外，Ti和Al的含量分别为50原子％)构成的硬质包覆层。

关于上述本发明工具21～24，以与实施例1相同的方法，求出WC基硬质合金及TiCN基金属陶瓷的成分组成、厚度、离后刀面的高度廓线的基准面的最大高低差以及硬质包覆层的层厚。

在表12及表13中示出这些值。

接着，关于上述本发明工具21～24，在与实施例1相同的条件下，进行合金钢的湿式断续切削加工试验，测定后刀面磨损量，并且进行碳钢的湿式断续切削加工试验，确认了有无异常损伤。并且，从表13中所示的(WC基硬质合金的厚度)/(工具的厚度)的值计算出假设在各工具中不层叠金属陶瓷的将整体作为WC基硬质合金的情况下的使用W量减少率(质量％)。

在表13中示出这些结果。

[表11]

[表12]

[表13]

从表示实施例2的结果的表10及表示实施例3的结果的表13也可知，本发明工具11～13及21～24在间断的冲击性高负荷作用于切削刃且热负荷也作用于切削刃的合金钢等的湿式断续切削中，在长期使用中发挥优异的耐异常损伤性、耐磨性，并且也可实现W使用量的减少。

并且，与实施例1的情况同样地，从耐异常损伤性的观点上看，本发明工具11～13及21～24与比较例工具7～9相比，具有优异的耐异常损伤性。

产业上的可利用性

将复合烧结体作为工具基体的本申请发明的切削工具能够实现稀有金属即钨使用量的减少，并且即使在间断的冲击性高负荷及热负荷作用于切削刃的湿式断续切削中使用的情况下，耐热龟裂性优异，不会发生崩刀、缺损及剥离等异常损伤，且能够在长期使用中发挥优异的切削性能，从而能够充分满足应对切削加工的节能化、低成本化。

符号说明

1-复合烧结体切削工具，2-TiCN基金属陶瓷层，3-WC基硬质合金层，4-前刀面，5-后刀面，6-平面形状为多边形状的复合烧结体切削工具，7-平面形状为圆形状的复合烧结体切削工具，8-硬质包覆层，9-基准面，10-最大高低差。

Claims (4)

1.一种复合烧结体切削工具，其为由TiCN基金属陶瓷层和WC基硬质合金层的复合烧结体构成的切削工具，所述复合烧结体切削工具的特征在于，

(a)上述切削工具的前刀面与后刀面所成的角度为90度，

(b)上述切削工具的包括切削刃的前刀面由WC基硬质合金层构成，所述WC基硬质合金层含有4～17质量％的铁族金属成分及75质量％以上的W，且以WC为主要硬质相成分，

(c)上述WC基硬质合金层的厚度为上述复合烧结体的厚度的0.05～0.3倍，

(d)上述TiCN基金属陶瓷层由一层TiCN基金属陶瓷层构成，在将该金属陶瓷层的构成成分的含有比例以金属成分的含有比例来表现的情况下，至少含有4～25质量％的铁族金属成分、小于15质量％的W、2～15质量％的Mo、2～10质量％的Nb及0.2～2质量％的Cr，且关于铁族金属成分即Co及Ni，Co相对于Co和Ni的合计含量的含有比例以质量比计满足0.5～0.8，

(e)在穿过上述切削工具的前刀面中央且与前刀面及后刀面这两面正交的面内，将穿过前刀面与后刀面交叉的棱线且与前刀面正交的线设为基准线，而在从后刀面的上端至下端测定了高度廓线时，所述高度廓线的最大高低差的值相对于上述复合烧结体中的从前刀面的表面至背面的厚度为0.01以下的比例。

2.根据权利要求1所述的复合烧结体切削工具，其特征在于，

上述复合烧结体切削工具的前刀面的平面形状为多边形状或圆形状。

3.根据权利要求1或2所述的复合烧结体切削工具，其特征在于，

构成上述复合烧结体切削工具的前刀面的WC基硬质合金层形成在上述TiCN基金属陶瓷层的表面，或形成在上述TiCN基金属陶瓷层的表面及背面。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的表面包覆复合烧结体切削工具，其特征在于，在由上述TiCN基金属陶瓷层及WC基硬质合金层构成的复合烧结体切削工具的至少构成前刀面的WC基硬质合金的表面形成有硬质包覆层。