JP6756819B2 - 切削インサート及び切削工具 - Google Patents

Description

本開示は、切削加工に用いられる切削インサートに関する。

現在、切削工具に用いられる切削インサートの材料として、チタンを主成分とするサーメットが広く使われている。例えば、特開平１−３１９４９号公報（特許文献１）では、ショットピーニング法によって、表面に位置する硬質相に圧縮応力が残る（以下、圧縮残留応力と記載する場合がある。）サーメットからなる切削インサートが開示されている。また、特開２０１１−０８８２３９号公報（特許文献２）では、湿式ブラスト処理によって、表面に位置する硬質相に圧縮応力が残るサーメットからなる切削インサートが開示されている。

一態様の切削インサートは、すくい面を有する第１面と、該第１面に隣接し、逃げ面を有する第２面と、前記第１面及び前記第２面が交わる第１稜線の少なくとも一部に位置する第１切刃とを具備する基体を備える。該基体は、少なくともチタンと炭素と窒素とを含有する第１硬質相と、少なくともチタンと炭素と窒素とを含有する第２硬質相と、コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する結合相とを有する。前記第１硬質相のＸ線回折分析における（４２２）面のピークは、前記第２硬質相のＸ線回折分析における（４２２）面のピークよりも高角度に位置している。前記第２面における前記第２硬質相の圧縮残留応力が、前記第１面における前記第２硬質相の圧縮残留応力よりも小さい。

一実施形態の切削インサートを示す斜視図である。 図１の切削インサートにおけるＡ−Ａ断面の一部を拡大した拡大図である。 図１の切削インサートを構成するサーメットの組織の一例の模式図である。 図１の切削インサートにおける切刃を観察した状態を示す模式図である。 図１の切削インサートにおけるＡ−Ａ断面の別の一部を拡大した拡大図である。 一実施形態の切削工具を示す上面図である。

今般においては、切刃における耐欠損性および耐摩耗性に優れた切削インサートが望まれている。

一実施形態の切削インサート１について、図１〜５を基に説明する。

図１、２に示す切削インサート１（以下、インサート１と略す。）は、多角板状体の基体２を具備している。なお、基体２が被覆層（不図示）に覆われていないときには、基体２そのものがインサート１である。インサート１は、基体２のみによって構成されていても、また、基体２及び基体２を被覆する被覆層によって構成されていてもよい。

基体２は、図１に示すように、第１面３と、第１面３に隣接する第２面４と、第１面３及び第２面４が交わる第１稜線の少なくとも一部に位置する第１切刃５とを具備している。第１面３は、少なくとも一部がすくい面領域となるものであり、また、第２面４は、少なくとも一部が逃げ面領域となるものである。

基体２は、図３に示すように、チタン（Ｔｉ）の炭窒化物を含有する硬質相１１と、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結合相１２とを有している。基体２としては、例えば、サーメットが挙げられる。

硬質相１１は、互いに組成の異なる２種の相として第１硬質相１３及び第２硬質相１４を有している。２種の相は、硬質相１１をＸ線回折分析して（４２２）面のピークを比較した場合に、互いに異なる値となる。本実施形態では、Ｘ線回折分析における（４２２）面のピークの比較において、第１硬質相１３が高角度側に観察され、第２硬質相１４が低角度側に観測される。

本実施形態のインサート１では、第１硬質相１３における（４２２）面のピークが、第２硬質相１４における（４２２）面のピークよりも高角度側に観測されるため、第１硬質相１３の圧縮残留応力は、第２硬質相１４の圧縮残留応力よりも大きい。

そして、本実施形態のインサート１は、第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力が、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力よりも小さい。このような構成を満たしていることにより、第２面４の逃げ面領域における第２硬質相１４の脱粒が生じ易いため、第１切刃５を鋭い構成にし易く、切れ味を高めることができる。また、逃げ面領域における第２硬質相１４の脱落が生じ易いことから、被削材の形状になじみ易いため、切削加工においてより平滑な仕上げ面を得ることができる。

また、第１面３のすくい面領域においては、第２硬質相１４の脱粒が生じにくく、クレータ摩耗のような摩耗が生じにくい。そのため、すくい面領域を有する第１面３の耐摩耗性が高められる。

また、第２面４における第１硬質相１３の圧縮残留応力が、第１面３における第１硬質相１３の圧縮残留応力よりも大きい場合には、第１面３の耐摩耗性をさらに高めるとともに第１切刃５を鋭い構成にさらにし易くなる。これは、第１面３における第１硬質相１３の圧縮残留応力が相対的に小さい場合には、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力を大きくしやすく、また、第２面４における第１硬質相１３の圧縮残留応力が相対的に大きい場合には、第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力を小さくしやすいからである。

第１面３及び第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力は、それぞれ特定の値に限定される必要はなく、第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力が、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力よりも小さければよい。

特に、第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力が１０〜４００ＭＰａである場合には、第１切刃５をさらに鋭利な状態にすることが可能であり、切れ味をさらに高めることができる。また、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力が４５０〜１０００ＭＰａである場合には、すくい面領域における第２硬質相１４の脱粒がさらに生じにくくなるため、第１面３の耐摩耗性がさらに高められる。

図１に示す基体２は、四角板状体であり、第１面３及び第２面４がそれぞれ四角形であるが、基体２の形状はこのような構成に限定されるものではない。例えば、第１面３が三角形であって基体２が三角板状体であっても何ら問題無い。また、第１面３が円形であって基体２が円板状体であっても何ら問題無い。

第１面３及び第２面４が交わる第１稜線の少なくとも一部には第１切刃５が位置している。このとき、第１面３及び第２面４が交わる第１稜線の全体に第１切刃５が位置していても、また、第１面３及び第２面４が交わる第１稜線の一部のみに第１切刃５が位置していてもよい。

本実施形態における基体２は、複数の硬質相１１及び複数の結合相１２を有している。また、複数の硬質相１１は、複数の第１硬質相１３及び複数の第２硬質相１４によって構成されている。基体２を構成する、第１硬質相１３、第２硬質相１４及び結合相１２は、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）又はオージェ分析にて各元素の分布状態及び含有比を確認することによって判別できる。また、第１硬質相１３及び第２硬質相１４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。

硬質相１１は、チタンの炭窒化物（ＴｉＣＮ）を含有している。第１硬質相１３及び第２硬質相１４は、それぞれチタンの炭窒化物のみを含有している構成であってもよく、また、チタン以外に周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上を含んでいてもよい。例えば、第１硬質相１３がＴｉＣＮ相からなり、第２硬質相１４がチタン並びに周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上の複合炭窒化物の相からなっていてもよい。

第１硬質相１３及び第２硬質相１４は、例えば、第１硬質相１３が芯部として位置し、第２硬質相１４が周辺部として芯部を取り囲んで位置する。

Ｘ線回折分析における（４２２）面のピークは、２θの値が１３５〜１４０度の間に現れる。上記の角度範囲における低角度側に現れるピークｐ_２（４２２）が第２硬質相１４に帰属されるピーク、高角度側に現れるピークｐ_１（４２２）が第１硬質相１３に帰属されるピークである。

ただし、上記のＸ線回折分析は、精度の高いものとするため、測定位置は基体２における切刃から１ｍｍ以上離れた位置とする。また、上記のＸ線回折分析は、例えば、鏡面加工した第１面３及び第２面４に、Ｘ線の線源としてＣｕＫα線を用い、出力＝４５ｋＶ、１１０ｍＡの条件で照射して行なえばよい。

上記のＸ線回折分析を行なうことによって、硬質相１１の残留応力を測定することが可能である。なお、硬質相１１における残留応力の算出に際して、窒化チタンのポアソン比＝０．２０、ヤング率＝４２３７２９ＭＰａを用いて算出すればよい。

硬質相１１は、上記の第１硬質相１３及び第２硬質相１４を主として有している。そのため、硬質相１１が第１硬質相１３及び第２硬質相１４以外の相、例えば周期表第４、５及び６族金属のうちのチタン以外の１種以上の炭化物や窒化物からなる相を有していてもよい。ただし、顕微鏡を用いた観察において、硬質相１１全体の面積における第１硬質相１３及び第２硬質相１４の面積の比率は、９０面積％以上であることが望ましい。

硬質相１１を構成する第１硬質相１３の大きさは、例えば、平均粒径ｄ１を０．０５〜０．５μｍに設定できる。また、硬質相１１を構成する第２硬質相１４の大きさは、例えば、平均粒径ｄ２を０．５〜２μｍに設定できる。

ただし、第１硬質相１３及び第２硬質相１４の大きさは、上記の値に限定されるものではない。さらに、粒径比（ｄ２／ｄ１）が３〜１０であるときには、第１面３及び第２面４の最大高さを所定の範囲内に制御しやすい。また、粒径比が上記の範囲である場合には、第１硬質相１３及び第２硬質相１４の脱粒を抑制し易い。

結合相１２は、コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有している。すなわち、結合相１２は、コバルト又はニッケルのいずれか一方のみを含有していてもよく、また、コバルト及びニッケルの両方を含有していてもよい。

また、コバルト及びニッケルに加えてタングステン（Ｗ）を含有していてもよい。このとき、結合相１２が、タングステンの質量比が異なる２種の相として第１結合相１５及び第２結合相１６を有していてもよい。一例として、コバルト及びニッケルの総量に対するタングステンの質量比（Ｗ／（Ｃｏ＋Ｎｉ））が０．８以下の第１結合相１５と、Ｗ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）が１．２以上の第２結合相１６とを含有していてもよい。

例えば、顕微鏡を用いて基体２を観察し、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）で各金属元素の分布を確認するとともに、各位置における金属元素の比率の結果に基づくことで、第１結合相１５及び第２結合相１６の判別が可能である。

結合相１２が、上記の第１結合相１５及び第２結合相１６を有する場合には、基体２の放熱性を高めることができる。そのため、切削加工時における第１切刃５の温度の上昇が抑えられ、第１切刃５における耐摩耗性が向上する。

また、タングステンの質量比が相対的に大きい第２結合相１６を有する場合には、比較的弾性が高いため、インサート１に衝撃がかかったときに第２結合相１６が弾性変形することによって衝撃を吸収しやすい。そのため、基体２の耐欠損性を高めることができ、切削加工中に第１切刃５においてチッピングが生じるおそれを小さくできる。

タングステンの質量比が相対的に小さい第１結合相１５を有する場合には、第１硬質相１３及び第２硬質相１４と結合相１２との濡れ性が高められる。そのため、基体２中にクラックが進展するおそれが小さくなり、インサート１の耐欠損性を高めることができる。

また、結合相１２が第１結合相１５及び第２結合相１６を有する場合には、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力が４５０〜１０００ＭＰａであるとともに第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力が１０〜４００ＭＰａである基体２を容易に製造できる。

結合相１２は、上記の第１結合相１５及び第２結合相１６を主として有している。そのため、図３には特に図示しないが、結合相１２が第１結合相１５及び第２結合相１６以外の相、例えばＷ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）が０．８より大きく１．２未満（０．８＜Ｗ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）＜１．２）である第３結合相を有していてもよい。ただし、顕微鏡を用いた観察において、結合相１２全体の面積における第１結合相１５及び第２結合相１６の面積の比率は、９０面積％以上であることが望ましい。

上記の第３結合相が第１結合相１５及び第２結合相１６の連結部分に位置している場合には、第１結合相１５及び第２結合相１６の間に両者の熱膨張差に起因するクラックが生じる可能性を小さくできる。また、第３結合相が第１硬質相１３及び第２硬質相１４に接している場合には、硬質相１１及び結合相１２の接合性を高めることができる。

基体２に含有される金属総量（炭素、窒素を除く）に対する各金属元素の含有量は、例えば、Ｔｉが３０〜５５質量％、Ｗが１０〜３０質量％、ニオブ（Ｎｂ）が０〜２０質量％、モリブデン（Ｍｏ）が０〜１０質量％、タンタル（Ｔａ）が０〜１０質量％、バナジウム（Ｖ）が０〜５質量％、ジルコニウム（Ｚｒ）が０〜５質量％、Ｃｏが５〜２５質量％、Ｎｉが０〜１５質量％に設定できる。基体２に含有される各金属元素の含有量が上記の範囲である場合には、基体２の耐摩耗性及び耐欠損性を高めることができる。

また、基体２に含有される炭素及び窒素の含有量は、例えば、炭素及び窒素の含有量の総量に対する窒素の質量での含有比（Ｎ／（Ｃ＋Ｎ））を０．４５〜０．５５に設定できる。Ｎ／（Ｃ＋Ｎ）が上記の範囲である場合には、基体２の耐摩耗性及び耐欠損性をともに高めることができ、切削加工中において第１切刃５にチッピングが生じるおそれを小さくできる。基体２に含有される炭素及び窒素の具体的な量としては、例えば、基体２における炭素含有量として６〜６．５質量％、窒素含有量として６．５〜７．４質量％に設定できる。

なお、基体２における炭素及び窒素の含有量を評価する場合には、基体２の表面から５００μｍ以上深い部分を取り出せばよい。この部分のサーメットを粉末にするとともに、ＥＰＭＡ又はオージェ分析によって、炭素及び窒素の含有比率を評価できる。

基体２を構成する、第１硬質相１３、第２硬質相１４、第１結合相１５及び第２結合相１６の比率は、特定の値に限定されるものではないが、例えば、基体２における各相の視野全体に対する面積比に関して、硬質相１１の面積比を６５〜９５面積％、結合相１２の面積比を５〜３５面積％に設定できる。面積比は、顕微鏡を用いて基体２を観察した結果の写真などから周知の画像解析法を用いて算出できる。特に、硬質相１１の面積比が６５〜８５面積％、結合相１２の面積比が１５〜３５面積％である場合には、基体２の耐久性が高められる。

また、顕微鏡を用いた観察において、第１硬質相１３の面積比Ｓ１が視野全体に対する面積比で２０〜３５面積％であるとともに、第２硬質相１４の面積比Ｓ２が視野全体に対する面積比で３５〜５０面積％であるときには、基体２の耐摩耗性を維持しつつ、耐欠損性を高めることができる。

顕微鏡を用いた観察における第１結合相１５及び第２結合相１６の面積比は、一例として、第１結合相１５の面積比Ｂ１を視野全体に対する面積比で１５〜２２面積％、第２結合相１６の面積比Ｂ２を視野全体に対する面積比で２〜２０面積％に設定できる。

このとき、面積比Ｂ１に対する面積比Ｂ２の比率（Ｂ２／Ｂ１）が０．１〜２である場合には、基体２の耐摩耗性及び耐欠損性をともに高めることができる。特に、Ｂ２／Ｂ１が０．３〜１．５である場合には、基体２の耐摩耗性及び耐欠損性をより一層高めることができる。

本実施形態における基体２は、第１面３を含む第１領域６と、第１領域６よりも第１面３から離れて位置する第２領域７とを有している。例えば図２においては、第２領域７が基体２におけるベースを構成しており、この第２領域７の上に、第１面３を含むように層状の第１領域６が位置する構成となっている。このとき、第１領域６の厚みｔｓが２０〜１００μｍである場合には、クレータ摩耗の進行を抑制する効果が高い。

ここで、第１領域６における結合相１２の含有比率が、第２領域７における結合相１２の含有比率よりも小さい場合には、第１面３におけるクレータ摩耗がさらに生じにくくなる。これは、第１面３を含む第１領域６における結合相１２の含有比率が相対的に小さいことによって、第１領域６における硬質相１１の含有比率を高めることができるからである。

図２に示す基体２においては、第２領域７の上に第１領域６が位置していることから、第２面４は、少なくとも一部に第２領域７を含んでいる。このとき、第２面４における第２領域７の結合相１２の含有比率が、第２領域７のうち第２面４から５００μｍ以上深い位置における結合相１２の含有比率よりも小さい場合には、基体２の耐久性を高めつつ第１切刃５を鋭い構成にし易い。

これは、第２領域７における結合相１２の含有比率が第１領域６における結合相１２の含有比率と比較して高いことによって基体２の耐久性を高めつつ、第２領域７における第２面４から５００μｍ以上深い位置と比較して第２面４における第２領域７の結合相１２の含有比率が小さいことによって逃げ面領域における第２硬質相１４の脱落が生じ易くなるからである。

本実施形態のインサート１においては、第２面４における第２硬質相１４の圧縮残留応力が、第１面３における第２硬質相１４の圧縮残留応力よりも小さい。ここで、第２領域７における第２硬質相１４の圧縮残留応力が、第１領域６における第２硬質相１４の圧縮残留応力よりも小さい場合には、切削加工を長時間行なった場合においても、第１面３の耐摩耗性を高く維持できるとともに、安定して第１切刃５を鋭い構成にし易くなる。

第２硬質相１４のうち第１面３に位置するものだけでなく第１領域６に位置するものの圧縮残留応力が相対的に大きいときには、切削加工を長時間行なうことによって第１面３に位置する第２硬質相１４の一部が脱粒した場合であっても、第１領域６の全体で安定してクレータ摩耗の進行を抑えることができる。

また、第２硬質相１４のうち第２面４に位置するものだけでなく第２領域７に位置するものの圧縮残留応力が相対的に小さいときには、切削加工を長時間行なうことによって第２面４に位置する第２硬質相１４の一部が脱粒した場合であっても、この脱粒によって第２面４に露出する別の第２硬質相１４をさらに脱粒させることができる。そのため、安定して第１切刃５を鋭い構成にし易くなる。

第１切刃５が位置する第１稜線は、巨視的には線形状であるが、厳密に線形状である必要はない。第１面３及び第２面４が交わる第１稜線は、いわゆる面取り加工或いはホーニング加工によって、微視的には曲面形状であってもよい。第１稜線が曲面形状である場合には、第１切刃５にかけが生じるおそれが小さくなり、第１切刃５の耐久性が高められる。

第１稜線が曲面形状である場合には、第１面３及び第２面４に直交するとともに第１切刃５と交差する断面において、第１面３及び第２面４が凸曲線によって接続されていてもよい。このとき、第１切刃５に沿った部分における第１面３に直交する方向での第１領域６の厚みが、第１面３の中央部分における第１面３に直交する方向での第１領域６の厚みよりも小さい場合には、上記の凸曲線によって示される第１切刃５が第１領域６の範囲内に位置することになる。そのため、第１切刃５の耐摩耗性を高めることができる。

また、上記のように第１切刃５に沿った部分における第１面３に直交する方向での第１領域６の厚みが相対的に小さい場合には、凸曲線の曲率半径を小さくし易い。すなわち、第１切刃５の曲率半径が小さく、第１切刃５を鋭利な刃先とすることができるため、第１切刃５の形状をより早く加工面に合った形状にできるとともに、加工面の面粗度をより平滑にすることができる。また、第１切刃５を鋭利な刃先にすることによって、切刃５を含む第１稜線の凹凸を所定の範囲内に制御しやすい。

上記の断面における第１切刃５の曲率半径は、例えば、１〜１０μｍに設定できる。なお、第１切刃５の曲率半径は、基体２を切断し、その断面における切刃を観察することで評価できる。また、第１切刃５の曲率半径は、基体２を切断することなく、触針を用いた接触式表面粗さ測定機、レーザを用いた非接触式表面粗さ測定機、或いは三次元形状測定器を利用することによって測定してもよい。

第１面３の最大高さは、例えば０．３〜１．５μｍに設定でき、第２面４の最大高さは、例えば０．２〜１μｍに設定でき、第２面４の正面視における第１稜線の最大高さは、例えば１．５〜６μｍに設定できる。

第１面３、第２面４及び第１稜線の最大高さが上記の範囲である場合には、被削材を切削加工する際に、加工を開始した後すぐに、第１稜線における第１切刃５となる部分の凹凸が慣らされて、第１切刃５が被削材の加工面の形状に合った形状になりやすい。その結果、切削加工の開始後すぐに、平滑な加工面が形成できる。第１面３の最大高さが０．４〜１．３μｍ、第２面４の最大高さが０．３〜０．５μｍ、第２面４の正面視における第１稜線の最大高さが２．５〜５μｍである場合には、平滑な加工面の形成がさらに容易となる。

本実施形態において、第１稜線の最大高さ（Ｒｚ）は、第２面４が正面となる向きで視認される第１稜線の部位を測定すればよい。図４は、本実施形態のインサート１における第１稜線の表面性状の一例を示す模式図である。山の最も高い部分と谷の最も深い部分との差が最大高さ（Ｒｚ）である。なお測定にあたっては、カットオフ値を０．０８ｍｍに固定すること以外はＪＩＳＢ０６０１−２００１規格に準じて測定すればよい。測定は、例えば、上記の接触式表面粗さ測定機、或いは、非接触式表面粗さ測定機を利用すればよい。

また、第１面３の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０３〜０．１μｍである場合には、切屑の溶着が少なく、加工面がくすむことを抑制できる。また、第２面４の算術平均粗さ（Ｒａ）が０．０７〜０．２μｍである場合には、第１切刃５における最大高さを第２面４における最大高さの２〜３０倍とすることができる。第１面３および第２面４の算術平均粗さ（Ｒａ）は、カットオフ値を０．０８ｍｍに固定すること以外は、ＪＩＳＢ０６０１−２００１規格に準じて測定すればよい。測定は、例えば、上記の機器を利用すればよい。

なお、第２面４が、第１切刃５に平行な方向に延びた研磨筋などの微小な溝を有する場合には、第２面４が正面となる向きでの第１稜線の凹凸を所定の範囲内に制御し易い。そのため、加工面の面粗度をより平滑にできる。

なお、第２面４は、最大高さを調整するにあたっては、研削加工で行なうのがよい。また、第１面３は焼き肌面であってもよいが、第１面３にブラシ加工やブラスト加工による研磨を施すことによって、第１稜線の最大高さを所定の範囲内に容易に調整しやすい。

本実施形態の基体２は、上記の第１面３、第２面４及び第１切刃５に加えて、第３面８及び第２切刃９をさらに有している。第３面８は、第１面３の反対に位置するとともに第２面４に隣接している。すなわち、本実施形態における第２面４は、第１面３及び第３面８の間に位置しており、第１面３及び第３面８のそれぞれに接続されている。

第２切刃９は、第２面４及び第３面８が交わる第２稜線の少なくとも一部に位置している。このとき、第２面４及び第３面８が交わる第２稜線の全体に第２切刃９が位置していても、また、第２面４及び第３面８が交わる第２稜線の一部のみに第２切刃９が位置していてもよい。一般的には、第１面３が上面、第２面４が側面、第３面８が下面、第１切刃５が上切刃、第２切刃９が下切刃と呼ばれる。

第１切刃５及び第２切刃９は、通常、一つの加工においていずれか一方が用いられ、長時間の使用によって劣化した場合に、インサート１の向きを変えることによってもう一方が用いられる。

本実施形態の基体２は、第１領域６及び第２領域７に加えて、第３面８を含む第３領域１０を有している。例えば図５においては、第２領域７が基体２におけるベースを構成しており、この第２領域７の下に、第３面８を含むように層状の第３領域１０が位置する構成となっている。

ここで、第３領域１０における結合相１２の含有比率が、第２領域７における結合相１２の含有比率よりも小さい場合には、第３面８におけるクレータ摩耗がさらに生じにくくなる。これは、第３面８を含む第３領域１０における結合相１２の含有比率が相対的に小さいことによって、第３領域１０における硬質相１１の含有比率を高めることができるからである。

（製造方法）
次に、一態様の切削インサート１の製造方法について説明する。

まず、平均粒径０．１〜１．２μｍ、特に０．３〜０．９μｍのＴｉＣＮ粉末と、平均粒径０．１〜２．５μｍの炭化タングステン（ＷＣ）粉末と、炭窒化チタン（ＴｉＣＮ）及びＷＣ以外の、周期表４〜６族金属の炭化物粉末、窒化物粉末及び炭窒化物粉末の少なくとも１種と、平均粒径０．５〜５μｍの所定量の金属コバルト粉末及び金属ニッケル粉末と、平均粒径３〜１５μｍの金属タングステン粉末及びＷＣ_１−ｘ（０＜ｘ≦１）粉末の少なくとも１種を１〜２０質量％と、所望により炭素粉末を添加して混合し混合粉末を調整する。

本態様においては、上記した周期表４〜６族金属の炭化物粉末、窒化物粉末及び炭窒化物粉末の少なくとも１種として、平均粒径０．１〜３μｍの、窒化チタン（ＴｉＮ）粉末、炭化ニオブ（ＮｂＣ）粉末、炭化モリブデン（ＭｏＣ）粉末、炭化タンタル（ＴａＣ）粉末、炭化バナジウム（ＶＣ）粉末及び炭化ジルコニウム（ＺｒＣ）粉末が適用可能である。

混合粉末の調整は、上記秤量した原料粉末にバインダ及び溶媒などを添加して、ボールミル、振動ミル、ジェットミル及びアトライタミルなどの公知の混合方法で混合する。本態様ではアトライタミルを採用する。

アトライタミルによる粉末混合によって、原料粉末は粉砕されて粒径が小さくなるが、金属粉末は延性が高いので、粉砕されにくい傾向にある。そして、この混合粉末をプレス成形、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に成形して成形体を作製する。

次に、本態様によれば、上記の成形体を、真空又は不活性ガス雰囲気中にて焼成する。本態様によれば、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サーメットからなる基体２を作製することができる。具体的な焼成条件としては、（ａ）室温から１１００℃まで昇温し、（ｂ）真空中にて１１００℃から１３３０〜１３８０℃の第１焼成温度まで０．１〜２℃／分の昇温速度で昇温し、（ｃ）真空中又は３０〜２０００Ｐａの不活性ガス雰囲気中にて第１焼成温度から１５００〜１６００℃の第２焼成温度まで４〜１５℃／分の昇温速度で昇温し、（ｄ）真空又は３０〜２０００Ｐａの不活性ガス雰囲気中にて第２焼成温度にて０．５〜２時間保持した後、（ｅ）１０００〜５０００Ｐａの窒素ガス雰囲気中にて５〜１５℃／分の降温速度で降温する焼成条件で焼成する。

上記の原料粉末におけるＷＣ粉末及び金属Ｗ粉末の平均粒径を調整するとともに、上記焼成時の昇温パターン、及び所定量の不活性ガスを導入するタイミングを制御することによって、金属Ｃｏ粉末及び金属Ｎｉ粉末は互いに固溶しながら溶解して、硬質相１１の周囲に回り込み、硬質相１１同士を結合する。

また、成形体中に他の原料粉末よりも平均粒径が大きい状態で存在する金属Ｗ粉末及びＷＣ_１−ｘ（０＜ｘ≦１）粉末の少なくとも１種は、焼成によってその一部が硬質相１１内に拡散するが、一部は第２結合相１６を形成する。また、冷却パターンを調整することによって、第１硬質相１３及び第２硬質相１４に所定の残留応力を付与できる。

本態様においては、第１硬質相１３に加わる圧縮残留応力が第２硬質相１４に加わる圧縮残留応力よりも大きくなっており、また、第２硬質相１４のうち焼結体の表面に位置するものの圧縮残留応力が、第２硬質相１４のうち焼結体の内部に位置するものの圧縮残留応力よりも大きくなっている。

次に、得られた焼結体の表面を研磨加工する。まず、焼結体の第１面３に対してブラスト加工を施す。これによって、第１面３のすくい面領域における硬質相１１の圧縮残留応力を高めることができる。このとき、切刃として第１切刃５及び第２切刃９を有するネガチップの場合には、上述したブラスト加工を第１面３と反対側に位置する第３面８に対しても施す。

次に、ブラスト加工を施した第１面３に隣接し、逃げ面領域を有する第２面４を、砥石を用いて研削加工する。このとき、例えば、♯１０００〜＃８０００番の砥石を用いればよい。この研削加工によって、焼結体の内部に位置して圧縮残留応力が相対的に小さい第２硬質相１４が第２面４の表面に露出する。その後、所望により、第１切刃５に対して、ブラスト加工又はブラシ加工を行なう。これによって、第１切刃５に所望量のホーニングをつける。

なお、所望により、基体２の表面に被覆層を成膜してもよい。被覆層の成膜方法として、イオンプレーティング法やスパッタリング法等の物理蒸着（ＰＶＤ）法が好適に適応可能である。

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６に示すように、第１端（図６における上端）から第２端（図６における下端）に向かって延びる棒状体であり、第１端の側にポケット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との間にシートを挟んでいてもよい。

インサート１は、第１稜線における第１切刃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１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１を用いてもよい。

マイクロトラック法による測定にて、平均粒径０．６μｍのＴｉＣＮ粉末を３５質量％、平均粒径１．１μｍのＷＣ粉末を１５質量％、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末を１１質量％、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末を１１質量％、平均粒径１．８μｍのＺｒＣ粉末を１質量％、平均粒径１μｍのＶＣ粉末を１質量％、平均粒径２．４μｍのＮｉ粉末を１０質量％、平均粒径１．９μｍのＣｏ粉末を１０質量％、平均粒径７μｍのＷ粉末を６質量％の比率で調製し、混合粉末を作製した。

混合粉末に、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）及びパラフィンを添加するとともに、ステンレス製ボールミル及び超硬ボールを添加して、アトライタミルで混合してスラリーを作製した。このスラリーを用いてスプレードライで造粒して造粒粉を作製し、造粒粉を用いて１５０ＭＰａで四角板形状にプレス成形した。

そして、（ａ）室温から１１００℃まで昇温し、（ｂ）真空中にて１１００℃から第１焼成温度である１３５０℃まで０．７℃／分で昇温し、（ｃ）１０００ＰａのＮ_２ガス雰囲気中にて１３５０℃から第２焼成温度である１５７５℃まで１０℃／分で昇温し、（ｄ）１０００ＰａのＮ_２ガス雰囲気中にて１５７５℃にて１時間保持した後、（ｅ）圧力３０００ＰａのＮ_２ガス雰囲気にて、１０℃／分の降温速度で降温する焼成条件で焼成した。そして、第１面及び第２面に対して、表１に示す加工を施してインサートを得た。

得られたインサートについて、ＩＣＰ分析にて、基体中に含有される金属元素の組成を分析し、金属元素の総量に対する各金属元素の含有量を算出した。また、炭素分析装置を用い、炭素含有量が既知のサーメットを標準試料として、基体の表面から５００μｍ以上研磨した中心側の部分についての炭素含有量及び窒素含有量を測定した。

サーメットの組成は、金属総量に対して、Ｔｉが３７．７質量％、Ｗが２４．３質量％、Ｎｂが１１．８質量％、Ｚｒが１．１質量％、Ｖが１質量％、Ｃｏが１２．１質量％、Ｎｉが１２．１質量％であった。また、サーメット総量に対して、炭素含有量は６．１５質量％、窒素含有量は６．４３質量％であった。

また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行ない、任意５箇所について組織を確認し、５００００倍の写真にて電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）にて硬質相及び結合相のタイプを特定し、第１硬質相、第２硬質相、第１結合相及び第２結合相の存在の有無を確認した。なお、各試料とも、有芯構造相は、硬質相全体に対して１０面積％以下の割合で存在していることがわかった。

市販の画像解析ソフトを用いて２５００ｎｍ×２０００ｎｍの領域で画像解析を行なったところ、第１結合相の面積比Ｂ１が２０面積％、第２結合相の面積比Ｂ２が９面積％、その他の結合相の面積比が２面積％であり、比率Ｂ２／Ｂ１は０．４５であった。また、結合相全体に対するＢ１とＢ２との合計の面積比は０．９４であった。

さらに、第１硬質相の平均粒径（ｄ１）は０．４３μｍであり、第２硬質相の平均粒径（ｄ２）は１．８μｍであり、その比率ｄ２／ｄ１は、４．１９であった。また、視野内での第１硬質相の面積比Ｓ１は２５面積％であり、第２硬質相の面積比Ｓ２は４４面積％であった。

さらに、第１面、第２面、第１稜線の最大高さ及び算術平均粗さを測定した。また、２Ｄ法にて、第１面及び第２面における第１硬質相及び第２硬質相の圧縮残留応力を測定した。なお、表１には、圧縮残留応力をプラス表記で表した。さらに、第１面及び第２面を含む基体の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にてそれぞれ観察し、ＥＰＭＡにて金属元素の分布状態を確認した。そして、第２領域と比較して結合相の含有比率が低い第１領域の有無、及び厚みを測定した。結果は表１に示した。

次に、得られたインサートを用いて以下の切削条件にて旋削試験を行なった。結果は表２に示した。
（仕上げ面評価）
被削材：Ｓ１０Ｃ
切削速度：５０ｍ／分
送り：０．０７ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：３０秒間加工した後、被削材の加工面の算術平均粗さ及びくすみの程度を確認した。
（寿命評価）
被削材：ＳＣＭ４３５
切削速度：２５０ｍ／分
送り：０．１２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み：０．５ｍｍ
切削状態：湿式
評価方法：１００ｍ切削後におけるクレータ摩耗量と、寿命に至った切削長を測定した。

表１〜２より、第２面における第２硬質相の圧縮残留応力が第１面における第２硬質相の圧縮残留応力よりも小さい試料Ｎｏ．１−３では、いずれも、加工面の面粗度が平滑で、加工面にくすみが確認されなかった。また、試料Ｎｏ．１−３では、いずれも、第１面におけるクレータ摩耗が小さく、切削長が長くなっていた。

１ 切削インサート（インサート）
２ 基体
３ 第１面
４ 第２面
５ 第１切刃
６ 第１領域
７ 第２領域
８ 第３面
９ 第２切刃
１０ 第３領域
１１ 硬質相
１２ 結合相
１３ 第１硬質相
１４ 第２硬質相
１５ 第１結合相
１６ 第２結合相
１０１ 切削工具
１０３ ポケット
１０５ ホルダ
１０７ 固定ネジ

Claims (11)

1. すくい面を有する第１面と、該第１面に隣接し、逃げ面を有する第２面と、前記第１面及び前記第２面が交わる第１稜線の少なくとも一部に位置する第１切刃とを具備する基体を備え、
   該基体は、
   少なくともチタンと炭素と窒素とを含有する第１硬質相と、
   少なくともチタンと炭素と窒素とを含有する第２硬質相と、
   コバルト及びニッケルの少なくとも一方を含有する結合相とを有し、
   前記第１硬質相のＸ線回折分析における（４２２）面のピークは、前記第２硬質相のＸ線回折分析における（４２２）面のピークよりも高角度に位置しており、
   前記第２面における前記第２硬質相の圧縮残留応力が、前記第１面における前記第２硬質相の圧縮残留応力よりも小さい、切削インサート。
2. 前記基体は、前記第１面を含む第１領域と、該第１領域よりも前記第１面から離れて位置する第２領域とを有し、
   前記第１領域における前記結合相の含有比率が、前記第２領域における前記結合相の含有比率よりも小さい、請求項１に記載の切削インサート。
3. 前記第２面は、前記第２領域を含み、
   前記第２面における前記第２領域の前記結合相の含有比率が、前記第２領域のうち前記第２面から５００μｍ以上深い位置における前記結合相の含有比率よりも小さい、請求項２に記載の切削インサート。
4. 前記第２領域における前記第２硬質相の圧縮残留応力が、前記第１領域における前記第２硬質相の圧縮残留応力よりも小さい、請求項２又は３に記載の切削インサート。
5. 前記第１切刃に沿った部分における前記第１面に直交する方向での前記第１領域の厚みが、前記第１面の中央部分における前記第１面に直交する方向での前記第１領域の厚みよりも小さい、請求項２〜４のいずれか１つに記載の切削インサート。
6. 前記基体は、前記第１面の反対に位置するとともに前記第２面に隣接し、すくい面を有する第３面と、前記第３面及び前記第２面が交わる第２稜線の少なくとも一部に位置する第２切刃とをさらに具備し、
   前記基体は、前記第３面を含む第３領域を有し、
   前記第３領域における前記結合相の含有比率が、前記第２領域における前記結合相の含有比率よりも小さい、請求項２〜５のいずれか１つに記載の切削インサート。
7. 前記第２面における前記第１硬質相の圧縮残留応力が、前記第１面における前記第１硬質相の圧縮残留応力よりも大きい、請求項１〜６のいずれか１つに記載の切削インサート。
8. 前記第１面の最大高さが０．３〜１．５μｍであり、前記第２面の最大高さが０．２〜１μｍであり、前記第２面の正面視における前記第１稜線の最大高さが１．５〜６μｍである、請求項１〜７のいずれか１つに記載の切削インサート。
9. 前記第２面における前記第２硬質相の圧縮残留応力が１０〜４００ＭＰａである、請求項１〜８のいずれか１つに記載の切削インサート。
10. 前記第１面における前記第２硬質相の圧縮残留応力が４５０〜１０００ＭＰａである、請求項１〜９のいずれか１つに記載の切削インサート。
11. 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１〜１０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。