CN115243814A

CN115243814A - 切削工具

Info

Publication number: CN115243814A
Application number: CN202180019577.5A
Authority: CN
Inventors: 山西贵翔; 津田圭一
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2020-05-26
Filing date: 2021-04-07
Publication date: 2022-10-25
Also published as: JPWO2021241021A1; EP4104957A4; EP4104957B1; WO2021241021A1; JP7111262B2; EP4104957A1; US20230114244A1

Abstract

本公开的一个方式涉及的切削工具由包含第1硬质相和结合相的硬质合金构成。第1硬质相由WC粒子构成。结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。切削工具具备主体部和设置于主体部的表面的表层部。表层部的厚度为第1硬质相的平均粒径以下。在前刀面中的平面部的表面，对第1硬质相赋予1.0GPa以上的压缩残余应力。前刀面中的平面部的表面的第1硬质相的平均粒径(B)相对于主体部的剖面的第1硬质相的平均粒径(A)的比率(B/A)为0.7以上且小于1。

Description

切削工具

技术领域

本公开涉及切削工具。本申请要求基于2020年5月26日提交的日本专利申请特愿2020-091490号的优先权。该日本专利申请中所记载的全部记载内容通过参照援引在本说明书中。

背景技术

近年来，钛合金已被广泛用于以飞机零件为首的各种用途，其加工需求也在提高。钛合金具有作为结构材料的高的特性，但因此而难以加工，特别是由高温引起的磨损和熔接而导致的崩裂(chipping)容易成为问题。关于通过控制硬质合金制的工具表面来提高工具寿命的技术，虽然进行了很多尝试，但还没有达到充分满足钛合金加工需求的程度。

例如，专利文献1(日本特开2003-1505号公报)公开了涉及以下工具材料的技术：通过向非钛合金对象而是存在于硬质合金的表层部的WC赋予高压缩应力而实现了性能提高的工具材料、以及通过将氧化物埋入表面而抑制了因与钛合金的熔接而导致的崩裂的工具材料。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-1505号公报

发明内容

本公开的一个方式涉及的切削工具由包含第1硬质相和结合相的硬质合金构成。

所述第1硬质相由WC粒子构成。

所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。

所述切削工具具备主体部和设置于所述主体部的表面的表层部。

在所述切削工具的前刀面中的平面部的表面，对所述第1硬质相赋予1.0GPa以上的压缩残余应力。

所述表层部的厚度为所述前刀面中的平面部的表面的所述第1硬质相的平均粒径以下。

所述前刀面中的平面部的表面的所述第1硬质相的平均粒径(B)相对于所述主体部的剖面的所述第1硬质相的平均粒径(A)的比率(B/A)为0.7以上且小于1。

附图说明

[图1]图1是实施方式涉及的切削工具的剖面示意图。

[图2]图2是用于说明实施方式涉及的切削工具的表层部的概念图。

[图3]图3是传统的切削工具的剖面放大图。

[图4]图4是传统的其他切削工具的剖面放大图。

[图5]图5是切削工具的表面(前刀面中的平面部的表面)的SEM照片的一个例子。

[图6]图6是实施例1的切削工具的表面的SEM照片。

[图7]图7是比较例101的切削工具的表面的SEM照片。

具体实施方式

[本公开所要解决的课题]

钛合金因其高反应性而容易熔接到切削工具的切削刃上，并且重复进行熔接的形成和剥离，容易产生工具切削刃的崩裂或反应磨损。

由于熔接受工具切削刃的形状和表面的状态的影响较大，因此为了减少熔接本身或提高对崩裂的耐受性，尝试了控制切削工具的表面的组成和结构。但是，在钛合金的加工中，通常使用的切削工具的被覆技术有时难以发挥效果，因此需要进一步改善满足市场要求的工具寿命。

特别是，在近年来需求提高的高速条件下的切削中，工具与被切削物的界面的温度容易上升，反应磨损引起的切削工具的损伤扩大成为大问题。

需要说明的是，切削工具1中具有预定厚度的表面层13的形成(参照图3和图4)会导致与要提高的特性(耐磨损性)有权衡关系的特性的降低，例如在硬度提高的情况下韧性不足。因此，不希望通过形成具有预定厚度的表面层13的方法来提高对钛合金的耐磨损性。

因此，本公开的目的在于提供对钛合金具有高耐磨损性的切削工具。

[本公开的效果]

根据上述，可以提供对钛合金具有高耐磨损性的切削工具。

[本公开的实施方式的说明]

首先列举本公开的实施方式并进行说明。

需要说明的是，在本说明书中，“A～B”形式的表述是指范围的上限下限(即A以上B以下)，在对A没有记载单位而仅对B记载单位的情况下，A的单位与B的单位相同。

[1]本公开的一个方式涉及的切削工具由包含第1硬质相和结合相的硬质合金构成。

所述第1硬质相由WC粒子构成。

所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。

在本公开中，由于在切削工具的表面(前刀面)赋予了充分的压缩残余应力，并且抑制了第1硬质相(WC粒子)的破碎，因此能够提高切削工具的耐磨损性。由此，上述切削工具对钛合金具有高耐磨损性。因此，在用于钛合金等的切削的情况下，能够延长切削工具的寿命。

[2]硬质合金优选进一步包含第2硬质相。第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。

在构成切削工具的硬质合金包含第2硬质相的情况下，有望提高切削工具的耐热性等各种特性。

[3]切削工具优选在表面的至少一部分具备覆膜。

通过具备覆膜，可以进一步提高切削工具的耐磨损性等，可以进一步延长切削工具的寿命。

[本公开的实施方式的详细内容]

以下对本公开的实施方式(以下记为“本实施方式”)进行说明。但是，以下的说明并不限定本公开。另外，在本说明书中用化学式表示化合物等的情况下，其原子比在没有特别限定的情况下可以是以往已知的所有原子比，不一定限定于化学计量范围内的原子比。

<切削工具>

参照图1，本实施方式的切削工具1由包含第1硬质相和结合相的硬质合金构成。第1硬质相由WC粒子构成。结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。

切削工具1具备主体部11和设置于主体部11的表面的表层部12。

在切削工具1的前刀面中的平面部的表面，对第1硬质相121赋予1.0GPa以上的压缩残余应力。

表层部12的厚度为前刀面中的平面部的表面的第1硬质相121的平均粒径以下。

前刀面中的平面部的表面的第1硬质相的平均粒径(B)相对于主体部的剖面的第1硬质相的平均粒径(A)的比率(B/A)为0.7以上且小于1。

(主体部和表层部)

参照图1，切削工具1具备主体部11和设置于主体部11的表面的表层部12。

参照图2，主体部11由结合相110和第1硬质相(WC粒子)111等构成。表层部12也由结合相120和第1硬质相(WC粒子)121等构成，但是结合相的比例与主体部11不同。

表层部12的厚度可以通过以下方法测定。

使用SEM，例如将倍率设为3000倍至5000倍，并将视野设为18μm×25μm，沿着从切削工具的表面侧向内部侧的在上述切削工具的厚度方向上延伸的预定的线，连续测定切削工具的预定的剖面，测定从切削工具的表面直至结合相的面积比例即将首次低于0.05的视野之前的厚度方向上的距离。然后，在切削工具的任意3个位置处进行同样的测定，将测定所得的距离的平均值设为表层部12的厚度。

在本实施方式中，在切削工具的前刀面中的平面部的表面，对第1硬质相赋予1.0GPa以上的压缩残余应力。

另外，切削工具的前刀面中的平面部的表面的第1硬质相的平均粒径(B)相对于切削工具的主体部的剖面的第1硬质相的平均粒径(A)的比率(B/A)为0.7以上且小于1。需要说明的是，主体部的剖面是主体部11的任意剖面。对于主体部11的任意1个剖面，如果第1硬质相的平均粒径(A)满足上述要件，则能够得到本公开的效果。需要说明的是，根据本发明人进行的实验，可知主体部11的剖面的选择对本公开的效果没有影响(即使在主体部11的剖面不同的情况下也能够得到同样的效果)。

在本实施方式中，通过喷砂(blast)处理等对切削工具的表面(前刀面)的第1硬质相(WC粒子)赋予1.0GPa以上的压缩残余应力，同时将切削工具的表面的第1硬质相的平均粒径维持在内部(主体部)的第1硬质相的平均粒径的0.7倍以上。

在现有技术中，利用喷砂等赋予压缩残余应力伴随着表面(前刀面)的第1硬质相(WC粒子)的破碎，表面的第1硬质相的平均粒径与主体部的平均粒径相比大幅降低。平均粒径的降低与表面积的增大同义，表面积越大熔接的面积越多，切削工具的表面(前刀面)越容易与被切削材料反应。因此，促进了在钛合金的加工中成为问题的切削工具与被切削材料的反应而引起的损伤。另一方面，在WC粒子不破碎的喷砂处理条件下，无法赋予充分的压缩残余应力，由崩裂(WC粒子的脱落或工具内部产生的裂缝的发展引起的缺口)等引起的损伤容易进行。

与此相对，在本实施方式中，对切削工具的表面(前刀面)赋予了充分的压缩残余应力，能够抑制由切削工具的表面处的崩裂引起的损伤，并且，即使在能够赋予充分的压缩残余应力的喷砂条件下，也能够抑制第1硬质相(WC粒子)的破碎，因此能够抑制由第1硬质相的破碎引起的切削工具的(前刀面的)表面积的增加所伴随的因钛合金(被切削材料)与切削工具的前刀面反应而引起的磨损。

由此，本实施方式的切削工具特别是在用于高反应性引起的损伤成为问题的钛合金的切削时，能够实现切削工具的寿命的延长。本实施方式的切削工具特别是在反应引起的损伤容易进行、相对高速的切削环境下发挥优势。

需要说明的是，在通过喷砂处理等对切削工具赋予压缩残余应力时，表层部的第1硬质相(WC粒子)被压碎，因此B/A通常小于1。

即使在B/A为0.7以上的情况下，当在表层部与主体部之间等存在与表层部或主体部的组成等不同的其他层时，由于扩散磨损或熔接增大，切削工具的耐磨损性可能降低。因此，优选在表层部与主体部之间等不存在与表层部和主体部的组成等不同的其他层。

切削工具的前刀面中的平面部的表面中的第1硬质相的平均粒径(B)是相对于切削工具的该表面，从与该表面垂直的方向(该表面的法线方向)观察时的第1硬质相的平均粒径。

切削工具的主体部的剖面中的第1硬质相的平均粒径(A)是相对于切削工具的任意剖面，从与该剖面垂直的方向(该剖面的法线方向)观察时的平面图像(二维图像)中的第1硬质相的平均粒径。这里，主体部的剖面(与表面垂直的剖面)是切削工具的剖面当中除去表层部的剖面(从切削工具的表面至与前刀面中的平面部的表面中的第1硬质相的平均粒径相同的深度的范围)的部分。

在本说明书中，上述的表面或剖面(平面图像)等中的第1硬质相的平均粒径(A和B)是通过使用后述的“<切削工具的物性评价方法>”中说明的图像分析软件的方法算出的Heywood直径。

需要说明的是，在本实施方式中，优选主体部的结构是均匀的。在主体部的结构是均匀的情况下，在通过SEM观察切削工具的任意剖面时，在切削工具的除了与外部具有界面的区域(表层部)以外的部分即主体部中，不存在除表层部以外的能够明确分离的区域。

(第1硬质相)

第1硬质相由WC粒子构成。

切削工具的主体部的剖面中的第1硬质相的平均粒径优选为0.1μm以上5.0μm以下、更优选为0.5μm以上3.0μm以下。在该范围内，容易得到具有足够的硬度、且致密的硬质合金。

(结合相)

结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素。需要说明的是，结合相还可以在得到本公开的效果的范围内进一步包含其他元素。

(第2硬质相)

硬质合金优选进一步包含第2硬质相。第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。通过包含第2硬质相，可以提高耐氧化性和耐反应性，并且可以对切削工具赋予抑制因对切削工具的冲击而产生裂缝的效果。

作为选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素，例如可以列举出钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)。作为化合物，例如可以列举出TiC、NbC、TaC、ZrC、ZrCN、VC、TaNbC、TiN、TiCN。

第2硬质相的平均粒径优选为0.1μm以上3.0μm以下、更优选为0.2μm以上0.5μm以下。在这种情况下，容易得到致密的硬质合金。

优选的是，上述第1硬质相、第2硬质相以及结合相以第1硬质相和第2硬质相分散在结合相中的状态被包含。由此，切削工具在高温下的耐磨损性提高。更优选的是，第1硬质相、第2硬质相以及结合相以均匀分散在硬质合金中的状态被包含。这里，均匀分散的状态是指在第1硬质相(以及第2硬质相)与结合相接触、且同种相之间的接触较少的状态下存在于硬质合金中。

需要说明的是，硬质合金还可以包含除上述以外的成分。例如，硬质合金可以在不损害本公开的效果的范围内包含不可避免的杂质(B、N、O等)。在这种情况下，例如，硬质合金由第1硬质相(或第1硬质相和第2硬质相)、结合相以及不可避免的杂质构成。另外，硬质合金也可以在其织构中包含游离碳或被称为η相的异常层。

本实施方式涉及的切削工具可以被广泛用作各种用途的切削工具，其能够在被切削材料的表面上长时间形成平滑的切削表面。特别是，能够适合用作用于切削包含钛合金的被切削材料的切削工具。

<切削工具的物性评价方法>

切削工具的表面(前刀面中的平面部的表面)和剖面中的第1硬质相的平均粒径例如可以通过以下方法求出。

对于切削工具的前刀面中的平面部的表面、或使用聚焦离子束装置、横截面抛光装置等得到的切削工具的任意剖面，利用SEM(扫描电子显微镜，Scanning ElectronMicroscope)从与表面或剖面垂直的方向以5000倍的倍率进行摄像，获得10个视野以上的任意数量的视野(例如，10个视野)的电子图像(参照图5)。接着，使用附带的EPMA(电子探针微分析，Probe Micro-Analysis)或EDX(能量色散X射线光谱，Energy Dispersive X-rayspectrometry)，对于各个电子图像中的预定区域(12μm×9μm)进行元素映射。

需要说明的是，这里所说的切削工具的前刀面中的平面部是指在前刀面中未形成断屑器(chip breaker)的凹部的部分，是被前端(连接前刀面和后刀面的切削刃棱线部)的珩磨区域与平面部的边界、和通过从该边界向上述前端的相反方向远离5mm的地点的虚拟线A所夹持的区域的任意的部分。需要说明的是，“切削工具的前刀面中的平面部的表面”是上述切削工具的表层部12的表面(与主体部11相反一侧的面)中与切削工具的前刀面相对应的部分。

基于所获得的元素映射，将包含WC的粒子设为第1硬质相，将不包含WC而包含Co和Ni中的至少一者的相设为结合相。另外，将不包含WC而包含预定的周期表第4族元素和第5族元素中的至少1种和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种的粒子设为第2硬质相。

对于该SEM图像(元素映射)，例如通过使用图像分析软件(“Mac-View I”、株式会社Mountech制造)进行图像分析，从而可以算出切削工具的表面或剖面中的第1硬质相的平均粒径(Heywood直径：具有与粒子的面积相同的面积的虚拟圆的直径的平均值)。

首先，对于图像中的第1硬质相(WC粒子)的每一个，求出水平方向的feret直径和垂直方向的feret直径的平均值。第1硬质相的平均粒径通过将各WC粒子的两个feret直径的平均值相加，并除以测定的第1硬质相的数量而求出。上述观察视野中的硬质相的个数优选多、更优选为100个以上、进一步优选为200个以上。需要说明的是，也可以在不影响图像分析的精度的范围内改变摄像倍率。

需要说明的是，通过这样的分析，也可以测定第2硬质相等的平均粒径，也可以确认在切削工具中硬质相(第1硬质相和第2硬质相)和结合相包含在哪个部分，以及各相的组成。

(压缩残余应力的测定)

另外，切削工具的平面部的表面的第1硬质相的压缩残余应力例如可以通过使用了X射线的

(侧倾法)求出。测定条件如下所述。需要说明的是，例如，求出从切削工具的前刀面的珩磨位置朝向工具的中心位置5mm以内的任意3点以上的位置处的压缩残余应力的平均值。

(测定条件)

X射线输出功率：10keV

X射线源：放射光

测定面：最表面部WC的(211)面

检测器：平面控制板(flat panel)

聚光尺寸：140nm×230nm

扫描轴：2θ/θ

扫描模式：CONTINUOUS

<切削工具的制造>

本实施方式的切削工具例如可以通过包括以下详述的混合工序、成形工序、烧结工序、冷却工序以及加工工序的制造方法来制造。需要说明的是，为了实现本实施方式的切削工具的特征性构成，烧结工序中液相出现后的压力以及冷却工序中的冷却速度的控制是重要的。

(原料粉末)

作为构成结合相的原料粉末，使用选自Co和Ni中的至少1种元素的粉末。另外，作为构成硬质相的原料粉末，使用构成第1硬质相的WC和构成第2硬质相的化合物等其本身的粉末。这些粉末的Fsss(Fisher Sub-Sieve Sizer)粒径优选为0.5μm以上10μm以下。需要说明的是，可以通过激光衍射法等测定Fsss粒径。

在构成硬质合金的原料粉末当中，构成第1硬质相的WC粒子的比例优选为70质量％以上95质量％以下、更优选为85质量％以上95质量％以下。

在构成硬质合金的原料粉末当中，构成结合相的Co和Ni的合计比例优选为5质量％以上15质量％以下、更优选为5质量％以上10质量％以下。

另外，在硬质合金包含第2硬质相的情况下，在构成硬质合金的原料粉末当中，构成第2硬质相的化合物的合计比例优选为0质量％以上15质量％以下、更优选为0质量％以上5质量％以下。

在硬质合金包含第1硬质相、结合相以及第2硬质相的情况下，在用于钛合金用的切削工具的应用上，为了确保充分的硬度和致密性，优选的是，在配合时的硬质合金的原料组成中，构成第1硬质相的WC的比例为70质量％以上95质量％以下，构成结合相的Co和Ni的合计比例为5质量％以上15质量％以下，构成第2硬质相的化合物的合计比例为0质量％以上15质量％以下。

进一步，为了良好地保持硬质合金的硬度与韧性的平衡，更优选的是，在配合时的硬质合金的原料组成中，构成第1硬质相的WC的比例为85质量％以上95质量％以下，构成结合相的Co和Ni的合计比例为5质量％以上10质量％以下，构成第2硬质相的化合物的合计比例为0质量％以上5质量％以下。

需要说明的是，这样的原料粉末的组成比会反映在最终获得的切削工具的组成比中。

(混合工序)

在混合工序中，通过混合上述原料粉末从而获得混合粉末。

混合可以使用磨碎机、球磨机、珠磨机、研钵、喷磨机等。

混合时间优选为0.1小时以上48小时以下，从无偏颇地均匀混合原料粉末的观点来看，更优选为2小时以上15小时以下。

(成形工序)

在成形工序中，通过将在混合工序中所得的混合粉末放入模具中并压制，从而得到加压成形体(烧结前的切削工具)。

作为模具，例如可以使用硬质合金制的模具(Ta胶囊等)。成形方法只要是一般条件就没有特别地限定。压制的压力优选为10MPa以上16GPa以下。

(烧结工序)

在烧结工序中，烧结在成形工序中所得的加压成形体。

烧结的最高温度优选为1400℃以上1600℃以下。在最高温度下的保持时间例如为0.5小时以上2小时以下。这些条件只要是能够制作硬质合金的通常范围内的条件，就没有特别地限定。

烧结工序优选在氩气等惰性气体气氛中实施。这里，无论最高温度如何，优选的是，从升温中超过1350℃的时间点(液相出现后)开始，将烧结的气氛设为100kPaG以上400kPaG以下的加压气氛。

(冷却工序)

在冷却工序中，冷却烧结完成后的烧结体(切削工具)。

在冷却工序中，将切削工具的温度从最高温度下降到1300℃所花费的时间优选为0.2小时以上1小时以下。对小于1300℃的区域的冷却速度没有特别的限制。

冷却工序优选在氩气等惰性气体气氛下实施。另外，冷却工序的气氛气体的分压优选为400kPaG以上、更优选为400kPaG以上650kPaG以下。特别是，通过在400kPaG以上的加压气氛下实施从最高温度开始的冷却，能够以充分的冷却速度进行冷却。

(加工工序)

在加工工序中，进行对切削工具的表面(前刀面)赋予1.0GPa以上的压缩残余应力的处理。需要说明的是，赋予1.0GPa以上的压缩残余应力的处理可以兼作切削工具的前端的珩磨处理。

作为赋予压缩残余应力的处理，例如可以列举出喷砂处理等。作为喷砂处理，例如可以列举出湿式喷砂等。

作为在湿式喷砂等喷砂处理中使用的介质(向工具投射的物体)的材料，例如可以列举出氧化铝等非金属、钢铁等。需要说明的是，作为介质，通常多使用球体，但是不一定必须是真球。

喷砂处理的条件只要是能够赋予1.0GPa以上(优选为1.0GPa以上2GPa以下)的压缩残余应力的条件就没有特别限制。在通过湿式喷砂赋予1.0GPa以上的压缩残余应力的情况下，例如，介质的投射口与切削工具的表面(前刀面)的直线距离为80mm以上120mm以下，施加在介质上的压力(也称为投射压)为0.1MPa以上0.3MPa以下，投射时间为10秒以上45秒以下，相对于前刀面法线的投射角度为30°以上90°以下，介质的直径为0.1mm以上1.0mm以下。

(原理)

以下，对通过上述制造方法实现本实施方式的切削工具的特征性构成的原理进行说明。

通常，在烧结硬质合金时，结合相元素(Co、Ni)在1320℃左右(根据含碳量而不同)成为液相，合金的致密化进行，但是此时，由于合金的内部与表面的温度差或气氛，液相发生移动。作为其结果，在表面和内部结合相的量和硬质相的粒度发生变化。因此，在本实施方式中，通过在烧结工序中液相出现温度(约1320℃)以上的温度形成预定的加压气氛，来控制切削工具的表层部的结合相量。

需要说明的是，在许多现有技术中，除了促进合金的致密化的理由以外，不对气氛气体进行加压而是对气氛气体进行减压，以便形成具有某种功能的层。但是，在这样的减压气氛下，结合相元素和碳容易从切削工具的表面挥发，从而切削工具的表面的结合相量相对较少。

另一方面，当在加压下施加过大的压力时，会阻碍液相和碳向表面的元素扩散以及由液相流动引起的移动，从而切削工具的表面的结合相量减少。

这样，在切削工具的表面的结合相量少的情况下，在进行喷砂等赋予压缩应力的处理时，WC粒子的保持力不足，容易产生粒子的破碎和脱落。在这种情况下，切削工具的表面积相对增大，促进了由钛合金(被切削材料)与切削工具的反应引起的磨损。

与此相对，在本实施方式中，通过在烧结工序中液相出现温度以上的温度下形成预定的加压气氛，从而将切削工具的表层部的结合相量控制为适当的量。由此，在进行喷砂等赋予压缩应力的处理时，能够抑制切削工具的表面的WC粒子的破碎和脱落，切削工具的表面积相对变小。因此，能够抑制由钛合金(被切削材料)与切削工具的反应引起的磨损。

另外，在本实施方式中，在冷却工序中，通过在加压气氛下进行急冷，能够使切削工具的表层部的WC粒子的尺寸均匀，并且成为形状接近于球形的状态。由此，切削工具的表面积相对变小。因此，能够抑制由钛合金(被切削材料)与切削工具的反应引起的磨损。

需要说明的是，在液相出现的温度区域的冷却中，在冷却速度慢的情况下(例如，10℃/分钟)，促进了WC粒子的粒子生长，切削工具的表层部的WC粒子的尺寸(粒径)变得不均匀，并且形状成为四方的形状。本发明人发现，在存在许多这样粒子生长被促进的WC粒子的表层部，在喷砂等赋予压缩残余应力的处理时，容易发生WC粒子的破碎，并且发现通过以使WC粒子的粒子生长不进行的较快速度进行冷却，能够抑制WC颗粒的破碎。

如上所述，通过烧制工序中的压力控制以及冷却工序中的冷却速度的控制，本实施方式的切削工具的表面积相对变小，因此能够抑制由钛合金(被切削材料)与切削工具的反应引起的切削工具的磨损。

需要说明的是，作为切削工具，可以示例钻头、端铣刀、钻头用切削刃可转位切削刀片、端铣刀用切削刃可转位切削刀片、铣削加工用切削刃可转位切削刀片、车削加工用切削刃可转位切削刀片、金属锯、齿轮切削工具、铰刀、丝锥等。

(覆膜)

另外，切削工具也可以在表面的至少一部分具备覆膜。通过具备覆膜，可以进一步提高切削工具的耐磨损性等，可以进一步延长切削工具的寿命。另外，也可以在切削工具中赋予覆膜的特性。

作为覆膜，优选使用具有7×10^-6/K以上9×10^-6/K以下的热膨胀系数的覆膜。作为覆膜的组成，优选选自由Ti、Al、Cr、Si、Hf、Zr、Mo、Nb、Ta、V以及W组成的组中的一种以上的元素的氮化物或碳氮化物。

此外，覆膜优选具有1000℃以上的耐氧化性。这里，“具有1000℃以上的耐氧化性”是指通过热分析-差示热/热重量同时测定(TG/DTA：Thermogravimetry/DifferentialThermal Analysis)装置在大气中对覆膜进行评价，产生重量增加的温度为1000℃以上。作为构成具有这种耐氧化性的覆膜的组成的优选例子，可以列举出AlTiSiN、AlCrN、TiZrSiN、CrTaN、HfWSiN、CrAlN等。

上述这样的覆膜可以通过物理气相沉积(PVD)法和化学气相沉积(CVD)法的任一方法来形成。当通过CVD法形成覆膜时，容易得到与硬质合金(切削工具)的密合性优异的覆膜。作为CVD法，例如可以列举出热CVD法。当通过PVD法形成覆膜时，会赋予压缩残余应力，容易提高其韧性。从覆膜与硬质合金(切削工具)的密合性显著提高的方面来看，也可以使用阴极电弧离子镀法。

本实施方式涉及的切削工具中的覆膜优选被覆在切削工具中的作为切削刃的部分及其附近，也可以被覆在切削工具的整个表面。另外，覆膜可以是单层，也可以是多层。覆膜的厚度优选为1μm以上20μm以下、更优选为1.5μm以上15μm以下。

实施例

以下列举实施例并对本公开进行更详细地说明，但是本公开不限于这些实施例。

<实施例1～13和比较例101～108>

首先，使用由表1所记载的配合组成(WC、NbC、TaC、Co及Ni)表示的多种化合物粉和金属粉作为原料粉末，与上述实施方式所记载的切削工具的制造方法同样地制作了由实施例1～13和比较例101～108涉及的硬质合金构成的CNMG 432形状(住友电工硬质合金公司制造)的不重磨刀片(throwaway chip)(切削工具)。

需要说明的是，在混合工序中，使用磨碎机混合12小时。另外，将成形工序的压制的压力设为100MPa。将烧结工序中的最高温度设为1450℃，最高温度的保持时间设为1小时。冷却工序的气氛气体是氩气，将气氛气体的分压设为400kPaG。烧结工序中的气氛压力、以及冷却工序的冷却时间(从最高温度下降到1300℃的时间)设为如表1所示。

另外，在加工工序(通过湿式喷砂对切削工具的前刀面赋予1.0GPa以上的压缩残余应力的工序)中，介质的投射口与切削工具的表面(前刀面)的直线距离为100mm，施加在介质上的压力(投射压)为0.2MPa，投射时间为30秒，相对于前刀面法线的投射角度为45°，介质(氧化铝制的球体)的直径为1.0mm。但是，在实施例2中，投射时间为20秒，在比较例102中，投射时间为10秒。另外，仅在实施例4中，在上述加工工序(喷砂处理)的条件中，通过将投射压设为0.10MPa，从而对切削工具的前刀面赋予1.0GPa的压缩残余应力。

对于得到的各实施例和比较例的切削工具，通过上述实施方式中说明的方法测定主体部的剖面的第1硬质相的平均粒径(A)、以及前刀面中的平面部的表面的第1硬质相的平均粒径(B)。另外，算出前刀面中的平面部的表面的第1硬质相的平均粒径(B)相对于主体部的剖面的第1硬质相的平均粒径(A)的比率(B/A)。这些测定结果如表1所示。

另外，图6是实施例1的切削工具的表面(前刀面中的平面部的表面)的SEM照片，图7是比较例101的切削工具的表面的SEM照片。从这些照片可知，在实施例1中，加工工序导致的切削工具的表面的第1硬质相的压碎少于比较例101。

需要说明的是，对于各实施例和比较例的切削工具，表层部的厚度通过上述实施方式中说明的方法测定。根据测定结果，在实施例1～13和比较例101～107中，表层部的厚度为切削工具的前刀面中的平面部的表面中的第1硬质相(WC粒子)的平均粒径以下。另一方面，在比较例108中，表层部的厚度大于切削工具的前刀面中的平面部的表面中的第1硬质相(WC粒子)的平均粒径。需要说明的是，比较例108由于冷却时间相对较长，表层部相对变厚。通过上述实施方式中说明的方法测定第1硬质相和第2硬质相的平均粒径而得的结果如表1所示。

<耐磨损性评价>

对于上述各实施例和比较例中所得的不重磨刀片(切削工具)，实施以下的耐磨损性评价。

对于各切削工具，在以下切削条件下的高负荷切削试验(耐磨损性试验)中，测定了切削工具的切削刃的后刀面的磨损量直至达到0.2mm的切削时间。切削时间的测定结果如表1所示。需要说明的是，表1所示的切削时间是各切削工具的4个角的平均值。切削时间越长，表示耐磨损性越优异。

(切削条件)

被切削材料：Ti合金(Ti-6Al-4V)

切削速度(Vc)：100m/分钟

切入量(ap)：2.0mm

进给量(f)：0.1mm/rev

切削环境：WET(湿式)

[表1]

从表1所示的结果可知，与不满足本公开的切削工具的要件的比较例相比，在全部满足本公开的切削工具的要件的实施例1～13中，切削时间长，耐磨损性优异。

需要说明的是，从比较例102的结果可知，如现有技术那样，在为了抑制WC的破碎而只使喷砂条件减弱的情况下，B/A的值虽然满足本公开的要件，但是由于没有赋予满足本公开的要件的1.0GPa以上的压缩残余应力，因此切削时间不会延长。

应当认为，本次公开的实施方式和实施例在所有方面都是示例性的，而非限定性的。本公开的范围不由上述实施方式表示，而是由权利要求书表示，并且旨在包括与权利要求书等同的意义和范围内的所有变化。

符号的说明

1切削工具、11主体部、110主体部的结合相、111主体部的第1硬质相、12、14表层部、120表层部的结合相、121表层部的第1硬质相、13表面层。

Claims

1.一种切削工具，其由包含第1硬质相和结合相的硬质合金构成，

所述第1硬质相由WC粒子构成，

所述结合相包含选自Co和Ni中的至少1种元素，

所述切削工具具备主体部和设置于所述主体部的表面的表层部，

在所述切削工具的前刀面中的平面部的表面，对所述第1硬质相赋予1.0GPa以上的压缩残余应力，

所述表层部的厚度为所述前刀面中的平面部的表面的所述第1硬质相的平均粒径以下，

所述前刀面中的平面部的表面的所述第1硬质相的平均粒径相对于所述主体部的剖面的所述第1硬质相的平均粒径的比率为0.7以上且小于1。

2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，

所述硬质合金进一步包含第2硬质相，

所述第2硬质相由选自周期表第4族元素和第5族元素组成的组中的至少1种元素和选自C、N、O及B组成的组中的至少1种元素的化合物、或其固溶体构成。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的切削工具，其中，

在表面的至少一部分具备覆膜。