WO2022004530A1 - インサートおよび切削工具 - Google Patents

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WO2022004530A1
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sample
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cbn
compound particles
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太志 磯部
広之 七原
佑脩 永岡
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京セラ株式会社
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    • C22C1/0416—Aluminium-based alloys

Definitions

  • This disclosure relates to inserts and cutting tools.
  • Cubic boron nitride (cBN: cubic Boron Nitride) has the hardness next to diamond and is excellent in chemical stability. Therefore, the cBN-quality sintered body is widely used as a cutting tool for processing iron-based metals such as hardened steel, cast iron, and sintered alloys.
  • the insert according to one aspect of the present disclosure has a cBN-quality sintered body in which a plurality of cBN particles are bonded via a bonded phase.
  • the cBN particles In the cross section of the cBN material sintered body, the cBN particles occupy 60 area% or more.
  • the binding phase contains an Al compound particles containing at least one of AlN and Al 2 O 3.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more is 5% or more in the cumulative distribution based on the number of Al compound particles.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.5 ⁇ m or more is less than 5%.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an insert according to an embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the insert according to the embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic view of the cross-sectional structure of the cBN material sintered body according to the embodiment.
  • FIG. 4 is a front view showing an example of a cutting tool according to an embodiment.
  • FIG. 5 shows the sample No. 1 is an SEM observation photograph.
  • FIG. 6 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 5 and shown in black.
  • FIG. 7 shows the sample No. 2 is an SEM observation photograph.
  • FIG. 8 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 7 and shown in black.
  • FIG. 9 shows the sample No. 3 is an SEM observation photograph.
  • FIG. 10 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 9 and shown in black.
  • FIG. 11 shows the sample No. 4 is an SEM observation photograph.
  • FIG. 12 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 11 and shown in black.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a histogram extracted using ImageJ.
  • FIG. 14 is an example of a binarized image of an SEM observation photograph.
  • FIG. 15 shows the sample No. It is a graph which shows the particle size distribution of the 1st ceramic particle in 1.
  • FIG. 16 shows the sample No.
  • FIG. 17 shows the sample No. It is a graph which shows the particle size distribution of the 1st ceramic particle in 3.
  • FIG. 18 shows the sample No. It is a graph which shows the particle size distribution of the 1st ceramic particle in 4.
  • FIG. 19 is a table summarizing the analysis results of the cross-sectional structure of each sample.
  • FIG. 20 is a table summarizing the evaluation results of wear resistance and stability for each sample.
  • the embodiment a mode for carrying out the insert and the cutting tool according to the present disclosure (hereinafter referred to as “the embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. It should be noted that this embodiment does not limit the cutting tool according to the present disclosure. In addition, each embodiment can be appropriately combined as long as the contents do not contradict each other. Further, in each of the following embodiments, the same parts are designated by the same reference numerals, and duplicate explanations are omitted.
  • cBN is a difficult-to-sinter body
  • a method of obtaining a cBN-quality sintered body by adding ceramic particles as a sintering aid to boron nitride particles is known.
  • Al aluminum
  • AlN aluminum nitride
  • AlN is known to have relatively low mechanical properties.
  • the present disclosure provides inserts and cutting tools with excellent mechanical properties.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of an insert according to an embodiment.
  • the insert 1 according to the embodiment is an insert for a cutting tool, and for example, a hexahedron shape in which the shapes of the upper surface and the lower surface (the surface intersecting the Z axis shown in FIG. 1) are parallelograms. Have.
  • the insert 1 has a main body portion 2 and a substrate 10 attached to the main body portion 2 via a joining material 40 (see FIG. 2) described later.
  • the main body 2 is formed of, for example, cemented carbide.
  • the cemented carbide contains W (tungsten), specifically WC (tungsten carbide). Further, the cemented carbide may contain Ni (nickel) or Co (cobalt). Further, the main body portion 2 may be formed of cermet.
  • the cermet contains, for example, Ti (titanium), specifically TiC (titanium carbide) or TiN (titanium nitride). Further, the cermet may contain Ni or Co.
  • a seat surface 4 for mounting the substrate 10 is located at the end of the main body 2. Further, in the central portion of the main body portion 2, a through hole 5 that vertically penetrates the main body portion 2 is located. A screw 75 for attaching the insert 1 to the holder 70, which will be described later, is inserted into the through hole 5 (see FIG. 4).
  • the substrate 10 is attached to the seat surface 4 of the main body 2. As a result, the substrate 10 is integrated with the main body 2.
  • the substrate 10 has a first surface 6 (here, an upper surface) and a second surface 7 (here, a side surface) connected to the first surface 6.
  • the first surface 6 functions as a "rake surface” for scooping chips generated by cutting
  • the second surface 7 functions as a "floating surface”.
  • the cutting edge 8 is located at least a part of the ridgeline where the first surface 6 and the second surface 7 intersect, and the insert 1 cuts the work material by applying the cutting edge 8 to the work material. do.
  • the substrate 10 is a cubic boron nitride (cBN: cubic Boron Nitride) quality sintered body (hereinafter referred to as “cBN quality sintered body”), and a plurality of cBN particles are bonded via a bonding phase. There is. The specific configuration of the substrate 10 will be described later.
  • cBN quality sintered body cubic boron nitride
  • FIG. 2 is a side sectional view showing an example of the insert 1 according to the embodiment.
  • a substrate 30 made of, for example, a cemented carbide or a cermet may be located on the lower surface of the substrate 10.
  • the substrate 10 is bonded to the seat surface 4 of the main body 2 via the substrate 30 and the bonding material 40.
  • the joining material 40 is, for example, a brazing material.
  • the substrate 10 may be joined to the main body portion 2 via the joining material 40.
  • the substrate 10 which is a part of the insert 1 is composed of the cBN material sintered body, but the entire insert may be composed of the cBN material sintered body.
  • the substrate 10 may be covered with a coating film 20.
  • the coating film 20 is coated on the substrate 10 for the purpose of improving the wear resistance, heat resistance, etc. of the substrate 10, for example.
  • the coating film 20 covers the main body 2 and the substrate 10 as a whole.
  • the coating film 20 may be located at least on the substrate 10. Further, the coating film 20 may be located on the main body 2.
  • the first surface 6 see FIG. 1
  • the wear resistance and heat resistance of the second surface 7 are high.
  • the coating film 20 may have a metal layer and a hard layer.
  • the metal layer is located between the substrate 10 and the hard layer.
  • the metal layer has higher adhesion to the substrate 10 than the hard layer.
  • Examples of the metal element having such characteristics include Zr, V, Cr, W, Al, Si, and Y.
  • the metal layer contains at least one of the above metal elements.
  • the hard layer has excellent wear resistance as compared with the metal layer.
  • the hard layer may have one or more metal nitride layers.
  • the hard layer includes a plurality of first metal nitride layers and a plurality of second metal nitride layers, and has a structure in which the first metal nitride layers and the second metal nitride layers are alternately laminated. You may be doing it.
  • the first metal nitride layer is located on the metal layer.
  • the metal layer may contain Al and Cr.
  • the first metal nitride layer may contain Al.
  • the first metal nitride layer may be an AlTiN layer containing AlTiN, which is a nitride of Al and Ti.
  • the second metal nitride layer may be an AlCrN layer containing AlCrN which is a nitride of Al and Cr.
  • the adhesion between the metal layer and the hard layer is high. This makes it difficult for the hard layer to peel off from the metal layer, so that the durability of the coating film 20 is high.
  • the first metal nitride layer that is, the AlTiN layer is excellent in, for example, wear resistance in addition to the adhesion with the above-mentioned metal layer.
  • the second metal nitride layer that is, the AlCrN layer is excellent in heat resistance and oxidation resistance, for example.
  • the coating film 20 can control the properties such as wear resistance and heat resistance of the hard layer. .. As a result, the tool life of the insert 1 can be extended.
  • FIG. 3 is a schematic view of the cross-sectional structure of the cBN material sintered body according to the embodiment.
  • the substrate 10 has a plurality of cBN particles 11 and a binding phase 12.
  • the plurality of cBN particles 11 are bound by the binding phase 12.
  • the area occupancy of the cBN particles 11 in the cross section of the substrate 10 may be at least 60% or more. Further, the area occupancy of the cBN particles 11 may be 65% or more. The area occupancy of the cBN particles 11 can be obtained, for example, by analyzing an SEM observation photograph described later.
  • the bonded phase 12 contains a plurality of first ceramic particles 12a.
  • the first ceramic particles 12a is AlN (aluminum nitride) and Al 2 O 3 (aluminum oxide). Note that the first ceramic particles 12a are not necessarily requiring that contain both AlN and Al 2 O 3, it is sufficient to contain at least one of the Al compound of AlN and Al 2 O 3.
  • the area occupancy of the first ceramic particles 12a in the cross section of the substrate 10 is 4% or more, preferably 6% or more.
  • the first ceramic particles include not only simple substances of Al compound particles but also aggregates of Al compound particles.
  • an aggregate of Al compound particles is treated as one particle.
  • the simple substance of Al compound particles means Al compound particles that are not in contact with other Al compound particles.
  • the aggregate of Al compounds is an aggregate of a plurality of Al compound particles, and is a larger mass formed by aggregating the plurality of Al compound particles into one.
  • the bonded phase 12 contains a plurality of second ceramic particles in addition to the first ceramic particles 12a.
  • the second ceramic particles are TiN (titanium nitride) and TiB 2 (titanium diboride).
  • the second ceramic particles are not limited to TiN and TiB 2.
  • the first ceramic particles 12a exist in the bonded phase 12 as an aggregate in which one particle or a plurality of particles are gathered.
  • the cumulative distribution based on the number of the first ceramic particles 12a obtained when the particle size distribution of the first ceramic particles 12a is measured based on the SEM observation photograph of the cross section (mirror surface) of the substrate 10 is the particle size.
  • the proportion of the first ceramic particles 12a having a particle size of 0.3 ⁇ m or more is 5% or more, and the proportion of the first ceramic particles 12a having a particle size of 0.5 ⁇ m or more is less than 5%.
  • the Al compound contained in the bonded phase 12, especially AlN is relatively inferior in mechanical properties among ceramics.
  • the substrate 10 according to the embodiment contains an Al compound having inferior mechanical properties, but is excellent in mechanical properties by controlling the size of aggregates of Al compound particles within the above range. Further, in the substrate 10 according to the embodiment, the variation in mechanical properties is small by controlling the size of the aggregate of Al compound particles within the above range.
  • the ratio of the first ceramic particles 12a having a particle size of 0.3 ⁇ m or more is 7% or more, and the particle size is 0.5 ⁇ m or more.
  • the proportion of the first ceramic particles 12a is less than 2%.
  • FIG. 4 is a front view showing an example of a cutting tool according to an embodiment.
  • the cutting tool 100 has an insert 1 and a holder 70 for fixing the insert 1.
  • the holder 70 is a rod-shaped member extending from the first end (upper end in FIG. 4) to the second end (lower end in FIG. 4).
  • the holder 70 is made of, for example, steel or cast iron. In particular, it is preferable to use steel having high toughness among these members.
  • the holder 70 has a pocket 73 at the end on the first end side.
  • the pocket 73 is a portion to which the insert 1 is mounted, and has a seating surface that intersects the rotation direction of the work material and a restraining side surface that is inclined with respect to the seating surface.
  • the seating surface is provided with a screw hole for screwing a screw 75, which will be described later.
  • the insert 1 is located in the pocket 73 of the holder 70 and is attached to the holder 70 by the screw 75. That is, the screw 75 is inserted into the through hole 5 of the insert 1, and the tip of the screw 75 is inserted into the screw hole formed on the seating surface of the pocket 73 to screw the screw portions together. As a result, the insert 1 is mounted on the holder 70 so that the cutting edge 8 (see FIG. 1) protrudes outward from the holder 70.
  • a cutting tool used for so-called turning is exemplified.
  • the turning process include inner diameter processing, outer diameter processing, and grooving processing.
  • the cutting tool is not limited to the one used for turning.
  • the insert 1 may be used as a cutting tool used for milling.
  • the manufacturing method of the insert 1 is not limited to the method shown below.
  • the cBN powder having an average particle size of 2.5 to 4.5 ⁇ m and the cBN powder having an average particle size of 0.5 to 1.5 ⁇ m are mixed in a volume ratio of 8 to 9: 1 to 2.
  • an organic solvent is added.
  • alcohols such as acetone and IPA can be used.
  • grind and mix for 20 to 24 hours After grinding and mixing, the solvent is evaporated to give a second mixed powder.
  • the obtained first mixed powder and the second mixed powder are mixed in a volume ratio of 68 to 78: 22 to 32%.
  • An organic solvent and an organic binder are added to the prepared powder.
  • the organic solvent alcohols such as acetone and IPA can be used.
  • the organic binder paraffin, an acrylic resin or the like can be used.
  • the powder is pulverized and mixed in a ball mill for 20 to 24 hours, and then the organic solvent is evaporated to obtain a third mixed powder.
  • a dispersant may be added as needed.
  • a molded product can be obtained by molding this third mixed powder into a predetermined shape.
  • Known methods such as uniaxial pressure press, cold isotropic press (CIP) and the like can be used for molding.
  • the molded product is heated at a predetermined temperature in the range of 500 to 1000 ° C. to evaporate and remove the organic binder.
  • the molded product is charged into an ultra-high pressure heating device and heated at 1200 to 1500 ° C. for 15 to 30 minutes under a pressure of 4 to 6 GPa.
  • the cBN-quality sintered body according to the embodiment can be obtained.
  • a TiN raw material powder, an Al raw material powder, and an Al 2 O 3 raw material powder were prepared. Then, each prepared raw material powder and acetone as a solvent were mixed at a predetermined ratio, and then the solvent was evaporated to obtain a first mixed powder. A ball mill was used for mixing each raw material powder. The pulverization and mixing time by the ball mill is 20 to 24 hours.
  • the cBN powder having an average particle size of 3.5 ⁇ m and the cBN powder having an average particle size of 1.0 ⁇ m are mixed at a volume ratio of 9: 1, and further, acetone as a solvent is added and mixed. Then, it was further dried to obtain a second mixed powder. Then, the obtained first mixed powder, the second mixed powder, the solvent acetone and the organic binder are pulverized and mixed in a ball mill for 20 to 24 hours, and then the solvent is evaporated to obtain a third mixed powder. rice field. Then, this third mixed powder was molded into a predetermined shape to obtain a molded body. The molded product was heated at a predetermined temperature in the range of 500 to 1000 ° C. for degreasing. In the process using the ball mill, a dispersant is added.
  • the molded product was charged into an ultra-high pressure heating device and heated at 1300 ° C. for 15 minutes under a pressure of 4.5 GPa.
  • the cBN quality sintered body according to the example was obtained.
  • the TiN raw material powder, Al raw material powder and Al 2 O 3 were mixed at a volume ratio of 77%, 18% and 6% to prepare a first mixed powder. Then, the prepared first mixed powder and the above-mentioned second mixed powder were mixed so as to have a volume ratio of 73:27 to prepare a cBN-quality sintered body. This sample is referred to as "Sample No. 1".
  • sample No. 2 corresponds to an example of the cBN quality sintered body according to the present disclosure.
  • sample No. 3 a commercially available cBN-quality sintered body
  • the comparative product is referred to as "Sample No. 4”.
  • Sample No. 3 and sample No. 4 corresponds to a comparative example of the cBN quality sintered body according to the present disclosure.
  • sample No. 1 and sample No. The difference between 2 and the comparative product lies in the difference in raw materials. Specifically, the sample No. 1 and sample No. In No. 2, metal Al powder was used as the raw material powder, whereas AlN powder was used in the comparative product.
  • Sample No. 1 to No. 4 a mirror-polished cross section was observed using an FE-SEM (field emission scanning electron microscope) at an acceleration voltage of 5 kV, an irradiation current of 3 nA, and a magnification of 5000 times.
  • the device used is JSM-7100F manufactured by JEOL Ltd.
  • FIG. 5 shows the sample No. 1 is an SEM observation photograph
  • FIG. 7 shows a sample No. 2 is an SEM observation photograph
  • FIG. 9 shows the sample No. 3 is an SEM observation photograph
  • FIG. 11 shows a sample No. 4 is an SEM observation photograph.
  • the SEM observation photograph was imported into the image analysis software "ImageJ" (1.52e). Subsequently, a histogram of the color tone of black-and-white contrast was obtained using ImageJ. The color tone was divided into 256. In this histogram, the horizontal axis is the color tone, and the number of pixels exhibiting each color tone is the vertical axis. Therefore, a large value on the vertical axis means that the number of pixels exhibiting the color tone is large.
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a histogram extracted using ImageJ.
  • the first peak P1 located on the leftmost side is derived from cBN
  • the second peak P2 located in the middle is derived from Al
  • the third peak P3 located on the rightmost side is derived from Ti. ..
  • the cBN particles occupy the largest area
  • the Ti-derived bonded phase occupies the largest area
  • the first ceramic particles occupy the smallest area. Recognize.
  • the substance corresponding to each peak can be specified by using, for example, EDS (Energy Dispersive X-ray Spectrometer).
  • FIG. 14 is an example of a binarized image of an SEM observation photograph. In other words, in FIG. 14, pixels having pixel values of 1st threshold value or more and 2nd threshold value or less are displayed as black, and pixels having pixel values less than the 1st threshold value and more than the 2nd threshold value are displayed as white. be.
  • FIG. 6 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 5 and shown in black
  • FIG. 8 is an image in which the portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. It is an image shown in black. Further, FIG.
  • FIG. 10 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 9 and shown in black.
  • FIG. 12 is an image in which a portion corresponding to the Al compound is extracted from the SEM observation image shown in FIG. 11 and shown in black. That is, it can be said that the first ceramic particles are present at the points shown in black in FIGS. 6, 8, 10, and 12.
  • the images shown in FIGS. 6, 8, 10 and 12 do not contain information on the first ceramic particles having a particle size of about 0.05 ⁇ m or less.
  • the particle size of each first ceramic particle was calculated. Specifically, the diameter of the particles when the acquired area information is assumed to be a circular area was calculated as the particle size. Then, the average particle size of the first ceramic particles was obtained by arithmetically averaging the particle sizes of the obtained first ceramic particles. That is, the average particle size in the so-called circle equivalent diameter was obtained.
  • the particle size of the first ceramic particles means the particle size of the first ceramic particles existing as a single substance, and constitutes an agglomerate of the agglomerates of the first ceramic particles. It means the particle size when a plurality of first ceramic particles are regarded as one particle.
  • FIG. 15 shows the sample No. 1 is a graph showing the particle size distribution of the first ceramic particles in No. 1
  • FIG. 16 shows the sample No. It is a graph which shows the particle size distribution of the 1st ceramic particle in 2.
  • FIG. 17 shows the sample No. 3 is a graph showing the particle size distribution of the first ceramic particles in No. 3, and
  • FIG. 18 shows the sample No. It is a graph which shows the particle size distribution of the 1st ceramic particle in 4.
  • the graphs shown in FIGS. 15 to 18 show a frequency distribution (histogram) and a cumulative distribution (under the sieve) for the particle size of the first ceramic particles.
  • the horizontal axis of the graphs shown in FIGS. 15 to 18 is the particle size ( ⁇ m) of the first ceramic particles (indicated as “first ceramic particle size ( ⁇ m)” in the figure), and the vertical axis is the frequency (pieces). ) And cumulative (%).
  • the "frequency” is the number of first ceramic particles existing in each particle size section.
  • “cumulative” is a ratio of the number of particles having a certain particle size or less to the total number of particles.
  • the values on the vertical axis corresponding to "> 0.50 ( ⁇ m)" on the horizontal axis are the frequency (pieces) and cumulative number of the first ceramic particles having a particle size larger than 0.50 ⁇ m. (%) Is shown.
  • the aggregates of the first ceramic particles are counted as one particle. Further, as described above, the graphs shown in FIGS. 15 to 18 do not include information on the first ceramic particles having a particle size of 0.05 ⁇ m or less.
  • the sample No. 1 to No. 4 the ratio of the first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more to the total number of Al compounds was obtained. Specifically, the value obtained by subtracting the cumulative (%) at a particle size of 0.3 ⁇ m from 100 (%) is the ratio of the first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more to the total number of particles. Similarly, for each sample, the ratio of the first ceramic particles having a particle size of 0.5 ⁇ m or more to the total number of particles was obtained.
  • FIG. 19 is a table summarizing the analysis results of the cross-sectional structure of each sample.
  • average particle size ( ⁇ m) is the average particle size of the first ceramic particles
  • area fraction (%) is the area fraction of the first ceramic particles
  • cBN area ratio is the area fraction of the cBN particles.
  • cumulative 0.3 ⁇ m or more is the ratio of the first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more to the total number of particles
  • “cumulative 0.5 ⁇ m or more” has a particle size of 0. It is a ratio to the total number of first ceramic particles having a size of .5 ⁇ m or more.
  • the average particle size is the sample No. 1 is 0.15 ⁇ m, sample No. 2 is 0.12 ⁇ m, sample No. 3 is 0.10 ⁇ m, sample No. 4 was 0.18 ⁇ m.
  • the average particle size of No. 2 is the sample No. 2 which is a comparative example.
  • Sample No. 3 which is larger than the average particle size of 3 and is a comparative example. It is smaller than the average particle size of 4.
  • the first ceramic particles contained in 2 are the sample No.
  • the particle size is larger as a whole as compared with the first ceramic particles contained in 3 (see FIG. 10). Further, as is clear from FIGS. 6, 8 and 12, the sample No. 1 and sample No. The first ceramic particles contained in 2 are sample No. The particle size is smaller as a whole as compared with the first ceramic particles contained in 4 (see FIG. 12).
  • the surface integral is the sample No. 1 is 6.065%, sample No. 2 is 4.553%, sample No. 3 is 2.892%, sample No. 4 was 8.345%.
  • the particle size distribution data shown in FIGS. 15 to 18 does not include information on the first ceramic particles having a particle size of 0.05 ⁇ m or less. This effect is due to the sample No. having the smallest average particle size. It is the most prominent in No. 3, and the sample No. The surface integral ratio in No. 3 was actually higher than 2.892%, and the sample No. It is considered to be about the same as the surface integral in 1. Then, the sample No. 1 and sample No. The surface integral of 3 is about the same, and the average particle size is the sample No. 1 is larger. This is the sample No.
  • No. 1 is the sample No. It means that more first ceramic particles are agglomerated as compared with 3.
  • the fact that the first ceramic particles are agglomerated can be said to mean that the particles tend to be relatively separated from each other.
  • the strength of the first ceramic particles is lower than that of TiN. Therefore, when the distance between the first ceramic particles is short, cracks are likely to propagate along the first ceramic particles.
  • the sample No. In No. 1 since the first ceramic particles are relatively separated from each other, cracks transmitted through the first ceramic particles are unlikely to occur. As a result, the sample No. which is an example.
  • the cBN-quality sintered body according to No. 1 is considered to have high mechanical properties.
  • the cBN area ratio is the sample No. 1 is 68.1%, and the sample No. 2 is 71.1%, and the sample No. 3 is 70.7%, and the sample No. 4 was 69.2%.
  • the cumulative total of 0.3 ⁇ m or more is the sample No. 1 is 10.8%, sample No. 2 is 5.5%, sample No. 3 is 0.87%, sample No. 4 was 13.5%.
  • the sample No. 1 and No. Accumulation of 0.3 ⁇ m or more in 2 is the sample No. It is larger than the cumulative value of 0.3 ⁇ m or more in 3.
  • the sample No. 1 and No. 2 means that the first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more are contained in a larger proportion. Further, as is clear from this result, the sample No. No. 3 contains almost no first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more.
  • sample No. 1 and No. Accumulation of 0.3 ⁇ m or more in 2 is the sample No. It is smaller than the cumulative total of 0.3 ⁇ m or more in 4. This is the sample No. 1 and No. Compared with 2, sample No. 4 means that the first ceramic particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more are contained in a larger proportion.
  • sample No. 1 The cumulative total of 0.5 ⁇ m or more is the sample No. 1 is 1.6%, sample No. 2 is 0.4%, sample No. 3 is 0.14%, sample No. 4 was 9.3%.
  • FIG. 20 is a table summarizing the evaluation results of wear resistance and stability for each sample.
  • sample No. 1 is sample No. 1 which is a comparative example. 3 and No. Compared with 4, it is excellent in all of wear resistance and stability.
  • sample No. Reference numeral 1 is sample No. 1 which is an example. It is superior in wear resistance and stability to 2.
  • sample No. Reference numeral 2 is sample No. 2 which is a comparative example. Compared with 4, it is excellent in all of wear resistance and stability.
  • sample No. Reference numeral 2 is sample No. 2 which is a comparative example. Compared with No. 3, it is excellent in wear resistance and stability.
  • the cBN-quality sintered body according to the embodiment contains Al compound particles having inferior mechanical properties, but the size of the Al compound particles is controlled within an appropriate range, so that the size of the Al compound particles is controlled mechanically. Excellent characteristics and small variation in mechanical characteristics.
  • a plurality of cBN particles (as an example, cBN particles 11) are bound via a binding phase (as an example, a binding phase 12). It has a quality sintered body. In the cross section of the cBN material sintered body, the cBN particles occupy 60 area% or more.
  • the binding phase contains an Al compound particles containing at least one of AlN and Al 2 O 3.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more is 5% or more in the cumulative distribution based on the number of Al compound particles.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.5 ⁇ m or more is less than 5%.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.3 ⁇ m or more is 7% or more in the cumulative distribution based on the number of Al compound particles.
  • the proportion of Al compound particles having a particle size of 0.5 ⁇ m or more is less than 1%.
  • the insert according to the embodiment contains Al compound particles having inferior mechanical properties, but the size of the aggregates of the Al compound particles is controlled within the above range, so that the mechanical properties are excellent. Further, in the insert according to the embodiment, the variation in mechanical properties is small by controlling the size of the aggregate of Al compound particles within the above range.
  • the insert according to the embodiment may further have a coating film (as an example, a coating film 20) located on the cBN material sintered body.
  • a coating film as an example, a coating film 20 located on the cBN material sintered body.
  • the shapes of the upper surface and the lower surface of the cutting tool 100 are parallelograms, but the shapes of the upper surface and the lower surface of the cutting tool 100 may be rhombuses, squares, or the like. Further, the shape of the upper surface and the lower surface of the cutting tool 100 may be a triangle, a pentagon, a hexagon, or the like.
  • the shape of the cutting tool 100 may be a positive type or a negative type.
  • the positive type is a type in which the side surface is inclined with respect to the central axis passing through the center of the upper surface and the center of the lower surface of the cutting tool 100
  • the negative type is a type in which the side surface is parallel to the central axis.
  • Insert 2 Main body 4: Seat surface 5: Through hole 6: First surface 7: Second surface 8: Cutting edge 10: Base 11: cBN particles 12: Bonding phase 12a: First ceramic particles 20: Coating Film 30: Substrate 40: Joining material 70: Holder 73: Pocket 75: Screw 100: Cutting tool

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Abstract

本開示によるインサート（１）は、複数のｃＢＮ粒子（１１）が結合相（１２）を介して結合されたｃＢＮ質焼結体を有する。ｃＢＮ質焼結体の断面において、ｃＢＮ粒子（１１）は、６０面積％以上を占める。また、結合相（１２）は、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも一方を含有するＡｌ化合物粒子を含有する。また、ｃＢＮ質焼結体の断面におけるＡｌ化合物粒子の粒度分布は、Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、粒径が０．３μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％以上であり、粒径が０．５μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％未満である。

Description

インサートおよび切削工具
　本開示は、インサートおよび切削工具に関する。
　立方晶窒化硼素（ｃＢＮ：cubic　Boron　Nitride）は、ダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、化学的安定性に優れる。このため、ｃＢＮ質焼結体は、たとえば焼入鋼や鋳鉄、焼結合金等の鉄系金属を加工するための切削工具として広く用いられている。
特開２０１９－１７２４７７号公報
　本開示の一態様によるインサートは、複数のｃＢＮ粒子が結合相を介して結合されたｃＢＮ質焼結体を有する。ｃＢＮ質焼結体の断面において、ｃＢＮ粒子は、６０面積％以上を占める。また、結合相は、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも一方を含有するＡｌ化合物粒子を含有する。また、ｃＢＮ質焼結体の断面におけるＡｌ化合物粒子の粒度分布は、Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、粒径が０．３μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％以上であり、粒径が０．５μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％未満である。
図１は、実施形態に係るインサートの一例を示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るインサートの一例を示す側断面図である。 図３は、実施形態に係るｃＢＮ質焼結体の断面組織の模式図である。 図４は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。 図５は、試料Ｎｏ．１のＳＥＭ観察写真である。 図６は、図５に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。 図７は、試料Ｎｏ．２のＳＥＭ観察写真である。 図８は、図７に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。 図９は、試料Ｎｏ．３のＳＥＭ観察写真である。 図１０は、図９に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。 図１１は、試料Ｎｏ．４のＳＥＭ観察写真である。 図１２は、図１１に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。 図１３は、ＩｍａｇｅＪを用いて抽出したヒストグラムの一例を示す図である。 図１４は、ＳＥＭ観察写真を二値化した画像の一例である。 図１５は、試料Ｎｏ．１における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。 図１６は、試料Ｎｏ．２における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。 図１７は、試料Ｎｏ．３における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。 図１８は、試料Ｎｏ．４における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。 図１９は、各試料の断面組織の分析結果をまとめた表である。 図２０は、各試料についての耐摩耗性および安定性の評価結果をまとめた表である。
　以下に、本開示によるインサートおよび切削工具を実施するための形態（以下、「実施形態」と記載する）について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態により本開示による切削工具が限定されるものではない。また、各実施形態は、内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。また、以下の各実施形態において同一の部位には同一の符号を付し、重複する説明は省略される。
　また、以下に示す実施形態では、「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」といった表現が用いられる場合があるが、これらの表現は、厳密に「一定」、「直交」、「垂直」あるいは「平行」であることを要しない。すなわち、上記した各表現は、例えば製造精度、設置精度などのずれを許容するものとする。
　ｃＢＮは、難焼結体であるため、焼結助剤としてのセラミックス粒子を窒化硼素粒子に添加することによってｃＢＮ質焼結体を得る手法が知られている。焼結助剤にＡｌ（アルミニウム）が含有される場合、ｃＢＮ質焼結体にはＡｌＮ（窒化アルミニウム）が含有されることがある。ＡｌＮは、機械的特性が比較的低いことが知られている。
　本開示は、機械的特性に優れたインサートおよび切削工具を提供する。
＜インサート＞
　図１は、実施形態に係るインサートの一例を示す斜視図である。図１に示すように、実施形態に係るインサート１は、切削工具用のインサートであり、たとえば、上面および下面（図１に示すＺ軸と交わる面）の形状が平行四辺形である六面体形状を有する。
　実施形態に係るインサート１は、本体部２と、後述する接合材４０（図２参照）を介して本体部２に取り付けられた基体１０とを有する。
　本体部２は、たとえば超硬合金で形成される。超硬合金は、Ｗ（タングステン）、具体的には、ＷＣ（炭化タングステン）を含有する。また、超硬合金は、Ｎｉ（ニッケル）やＣｏ（コバルト）を含有していてもよい。また、本体部２は、サーメットで形成されてもよい。サーメットは、たとえばＴｉ（チタン）、具体的には、ＴｉＣ（炭化チタン）またはＴｉＮ（窒化チタン）を含有する。また、サーメットは、ＮｉやＣｏを含有していてもよい。
　本体部２の端部には、基体１０を取り付けるための座面４が位置する。また、本体部２の中央部には、本体部２を上下に貫通する貫通孔５が位置する。貫通孔５には、後述するホルダ７０にインサート１を取り付けるためのネジ７５が挿入される（図４参照）。
　基体１０は、本体部２の座面４に取り付けられる。これにより、基体１０は、本体部２と一体化される。
　基体１０は、第１面６（ここでは、上面）と、第１面６に連接する第２面７（ここでは、側面）とを有する。実施形態において、第１面６は切削により生じた切屑をすくい取る「すくい面」として機能し、第２面７は「逃げ面」として機能する。第１面６と第２面７とが交わる稜線の少なくとも一部には、切刃８が位置しており、インサート１は、かかる切刃８を被削材に当てることによって被削材を切削する。
　基体１０は、立方晶窒化硼素（ｃＢＮ：cubic　Boron　Nitride）質焼結体（以下、「ｃＢＮ質焼結体」と記載する。）であり、複数のｃＢＮ粒子が結合相を介して結合されている。基体１０の具体的な構成については、後述する。
　図２は、実施形態に係るインサート１の一例を示す側断面図である。図２に示すように、基体１０の下面には、たとえば超硬合金またはサーメットからなる基板３０が位置していてもよい。この場合、基体１０は、基板３０および接合材４０を介して本体部２の座面４に接合される。接合材４０は、たとえばロウ材である。なお、本体部２の座面４以外の部分では、基体１０は接合材４０を介して本体部２と接合されてもよい。
　なお、実施形態では、インサート１の一部である基体１０のみがｃＢＮ質焼結体で構成されるが、インサート全体がｃＢＮ質焼結体で構成されてもよい。
　基体１０は、被覆膜２０に覆われていてもよい。被覆膜２０は、例えば、基体１０の耐摩耗性、耐熱性等を向上させることを目的として基体１０に被覆される。図２の例では、被覆膜２０が本体部２および基体１０を全体的に被覆している。これに限らず、被覆膜２０は、少なくとも基体１０の上に位置していればよい。また、被覆膜２０は、本体部２の上に位置していてもよい。被覆膜２０が基体１０の上面に位置する場合、第１面６（図１参照）の耐摩耗性、耐熱性が高い。また、被覆膜２０が基体１０の側面に位置する場合、第２面７（図１参照）の耐摩耗性、耐熱性が高い。
　被覆膜２０は、金属層と硬質層とを有していてもよい。金属層は、基体１０と硬質層との間に位置する。金属層は、基体１０との密着性が硬質層と比べて高い。このような特性を有する金属元素としては、たとえば、Ｚｒ、Ｖ、Ｃｒ、Ｗ、Ａｌ、Ｓｉ、Ｙが挙げられる。金属層は、上記金属元素のうち少なくとも１種以上の金属元素を含有する。
　硬質層は、金属層と比較して耐摩耗性に優れている。硬質層は、１層以上の金属窒化物層を有していてもよい。たとえば、硬質層は、複数の第１金属窒化物層と複数の第２金属窒化物層とを含み、第１金属窒化物層と第２金属窒化物層とが交互に積層された構成を有していてもよい。金属層の上には、第１金属窒化物層が位置する。
　一例として、金属層は、ＡｌおよびＣｒを含有してもよい。この場合、第１金属窒化物層は、Ａｌを含有してもよい。具体的には、第１金属窒化物層は、ＡｌおよびＴｉの窒化物であるＡｌＴｉＮを含有するＡｌＴｉＮ層であってもよい。また、第２金属窒化物層は、ＡｌおよびＣｒの窒化物であるＡｌＣｒＮを含有するＡｌＣｒＮ層であってもよい。
　このように、金属層に含まれる金属を含有する第１金属窒化物層を金属層の上に位置させることで、金属層と硬質層との密着性が高い。これにより、硬質層が金属層から剥離し難くなるため、被覆膜２０の耐久性が高い。
　第１金属窒化物層すなわちＡｌＴｉＮ層は、上述した金属層との密着性の他、たとえば耐摩耗性に優れる。また、第２金属窒化物層すなわちＡｌＣｒＮ層は、たとえば耐熱性、耐酸化性に優れる。このように、被覆膜２０は、互いに異なる組成の第１金属窒化物層および第２金属窒化物層を含むことで、硬質層の耐摩耗性や耐熱性等の特性を制御することができる。これにより、インサート１の工具寿命を延ばすことができる。たとえば、実施形態に係る硬質層においては、ＡｌＣｒＮが持つ優れた耐熱性を維持しつつ、金属層との密着性や耐摩耗性といった機械的性質を向上させることができる。
＜ｃＢＮ質焼結体の具体的構成＞
　次に、基体１０を構成するｃＢＮ質焼結体の具体的構成について説明する。図３は、実施形態に係るｃＢＮ質焼結体の断面組織の模式図である。
　図３に示すように、基体１０は、複数のｃＢＮ粒子１１と結合相１２とを有している。複数のｃＢＮ粒子１１は、結合相１２によって結合されている。
　基体１０の断面におけるｃＢＮ粒子１１の面積占有率は、少なくとも６０％以上であればよい。さらにｃＢＮ粒子１１の面積占有率は、６５％以上であってもよい。ｃＢＮ粒子１１の面積占有率は、たとえば、後述するＳＥＭ観察写真を分析することによって得ることができる。
　結合相１２は、複数の第１セラミック粒子１２ａを含有する。実施形態において、第１セラミック粒子１２ａは、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）およびＡｌ２Ｏ３（酸化アルミニウム）である。なお、第１セラミック粒子１２ａは、必ずしもＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３の両方を含有することを要さず、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも一方のＡｌ化合物を含有していればよい。
　基体１０の断面における第１セラミック粒子１２ａの面積占有率は、４％以上、好ましくは、６％以上である。
　ここで、本明細書において、第１セラミック粒子には、Ａｌ化合物粒子の単体だけでなく、Ａｌ化合物粒子の凝集体も含まれるものとする。言い換えれば、本明細書では、Ａｌ化合物粒子の凝集体を１つの粒子として扱う。Ａｌ化合物粒子の単体とは、他のＡｌ化合物粒子と接していないＡｌ化合物粒子のことをいう。また、Ａｌ化合物の凝集体とは、複数のＡｌ化合物粒子の集合体であって、複数のＡｌ化合物粒子が一つに集まることによってより大きな塊となったもののことをいう。
　結合相１２は、第１セラミック粒子１２ａ以外に、複数の第２セラミック粒子を含有する。実施形態において、第２セラミック粒子は、ＴｉＮ（窒化チタン）およびＴｉＢ２（二硼化チタン）である。なお、第２セラミック粒子は、ＴｉＮおよびＴｉＢ２に限定されない。
　第１セラミック粒子１２ａは１個の粒子または複数の粒子が集まった凝集体として結合相１２中に存在している。
　具体的には、基体１０の断面（鏡面）のＳＥＭ観察写真に基づく第１セラミック粒子１２ａの粒度分布測定を行った場合に得られる第１セラミック粒子１２ａの個数基準での累積分布は、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子１２ａの割合が５％以上であり、粒径が０．５μｍ以上である第１セラミック粒子１２ａの割合が５％未満である。
　結合相１２に含有されるＡｌ化合物、特にＡｌＮは、セラミックスの中では、比較的、機械的特性に劣ることが知られている。実施形態に係る基体１０は、機械的特性が劣るＡｌ化合物を含有しているが、Ａｌ化合物粒子の凝集体の大きさを上記範囲に制御することで、機械的特性に優れる。また、実施形態に係る基体１０は、Ａｌ化合物粒子の凝集体の大きさを上記範囲に制御することで、機械的特性のばらつきが小さい。
　より好ましくは、第１セラミック粒子１２ａの個数基準での累積分布は、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子１２ａの割合が７％以上であり、粒径が０．５μｍ以上である第１セラミック粒子１２ａの割合が２％未満である。Ａｌ化合物粒子の凝集体の大きさを上記範囲に制御することで、基体１０の機械的特性をさらに向上させることができる。
＜切削工具＞
　次に、上述したインサート１を備えた切削工具の構成について図４を参照して説明する。図４は、実施形態に係る切削工具の一例を示す正面図である。
　図４に示すように、実施形態に係る切削工具１００は、インサート１と、インサート１を固定するためのホルダ７０とを有する。
　ホルダ７０は、第１端（図４における上端）から第２端（図４における下端）に向かって伸びる棒状の部材である。ホルダ７０は、たとえば、鋼、鋳鉄製である。特に、これらの部材の中で靱性の高い鋼が用いられることが好ましい。
　ホルダ７０は、第１端側の端部にポケット７３を有する。ポケット７３は、インサート１が装着される部分であり、被削材の回転方向と交わる着座面と、着座面に対して傾斜する拘束側面とを有する。着座面には、後述するネジ７５を螺合させるネジ孔が設けられている。
　インサート１は、ホルダ７０のポケット７３に位置し、ネジ７５によってホルダ７０に装着される。すなわち、インサート１の貫通孔５にネジ７５を挿入し、このネジ７５の先端をポケット７３の着座面に形成されたネジ孔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、切刃８（図１参照）がホルダ７０から外方に突出するようにホルダ７０に装着される。
　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インサート１を用いてもよい。
　次に、実施形態に係るインサート１の製造方法の一例について説明する。なお、インサート１の製造方法は、以下に示す方法に限定されない。
　まず、ＴｉＮ原料粉末７２～８２体積％と、Ａｌ原料粉末１３～２３体積％と、Ａｌ２Ｏ３原料粉末１～１１体積％とを準備する。そして、準備した各原料粉末に有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、イソプロピルアルコール（ＩＰＡ）等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、２０～２４時間、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第１混合粉末が得られる。
　次に、平均粒径が２．５～４．５μｍであるｃＢＮ粉末と、平均粒径が０．５～１．５μｍであるｃＢＮ粉末とを、体積比で８～９：１～２の割合で調合する。さらに、有機溶媒を添加する。有機溶媒としては、アセトン、ＩＰＡ等のアルコール類が用いられ得る。その後、ボールミルにて、２０～２４時間、粉砕および混合する。粉砕および混合後、溶媒を蒸発させることにより、第２混合粉末が得られる。
　次に、得られた第１混合粉末と第２混合粉末とを、体積比で６８～７８：２２～３２％の割合で調合する。調合した粉末に有機溶媒と有機バインダーとを添加する。有機溶媒としては、アセトン、ＩＰＡ等のアルコール類が用いられ得る。また、有機バインダーとしては、パラフィン、アクリル系樹脂等が用いられ得る。その後、ボールミルにて２０～２４時間粉砕混合し、さらにその後、有機溶媒を蒸発させることにより、第３混合粉末が得られる。なお、ボールミルを用いた工程では必要に応じて分散剤を添加しても良い。
　そして、この第３混合粉末を所定形状に成形することによって成形体が得られる。成形には、一軸加圧プレス、冷間等方圧プレス（ＣＩＰ）等の既知の方法が使用され得る。この成形体を５００～１０００℃の範囲内の所定の温度にて加熱し、有機バインダーを蒸発除去する。
　次に、成形体を超高圧加熱装置に装入し、４～６ＧＰａの圧力下において１２００～１５００℃で１５～３０分間加熱する。これにより、実施形態に係るｃＢＮ質焼結体が得られる。
　以下、本開示の実施例を説明するが、本開示は以下の実施例に限定されるものではない。
　まず、ＴｉＮ原料粉末と、Ａｌ原料粉末と、Ａｌ２Ｏ３原料粉末とを準備した。そして、準備した各原料粉末と溶媒であるアセトンとを所定の割合で混合し、その後、溶媒を蒸発させることにより、第１混合粉末を得た。各原料粉末の混合には、ボールミルを用いた。ボールミルによる粉砕混合時間は、２０～２４時間である。
　次に、平均粒径が３．５μｍであるｃＢＮ粉末と、平均粒径が１．０μｍであるｃＢＮ粉末とを体積比で９：１の割合で混合し、さらに溶媒であるアセトンを加えて混合し、さらに乾燥することにより、第２混合粉末を得た。そして、得られた第１混合粉末と第２混合粉末と溶媒であるアセトンと有機バインダーとをボールミルにて２０～２４時間粉砕混合し、その後、溶媒を蒸発させることにより、第３混合粉末を得た。そして、この第３混合粉末を所定形状に成形して成形体を得た。この成形体を脱脂のために５００～１０００℃の範囲内の所定の温度にて加熱した。なお、ボールミルを用いた工程では分散剤を添加している。
　次に、成形体を超高圧加熱装置に装入し、４．５ＧＰａの圧力下において１３００℃で１５分間加熱した。これにより、実施例に係るｃＢＮ質焼結体を得た。
　以下、さらに詳細に製造方法について説明する。ＴｉＮ原料粉末、Ａｌ原料粉末およびＡｌ２Ｏ３を体積比で７７％、１８％および６％の割合で混合して第１混合粉末を作製した。そして、作製した第１混合粉末と上述の第２混合粉末とを体積比で７３：２７の割合になるように混合してｃＢＮ質焼結体を作製した。この試料を「試料Ｎｏ．１」と称する。
　また、ＴｉＮ原料粉末、Ａｌ原料粉末およびＡｌ２Ｏ３を体積比で７６％、１３％および１１％の割合で混合して第１混合粉末を作製した。そして、作製した第１混合粉末と上述の第２混合粉末とを体積比で７３：２７の割合になるように混合してｃＢＮ焼結体を作製した。この試料を「試料Ｎｏ．２」と称する。試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２は、本開示によるｃＢＮ質焼結体の実施例に相当する。
　また、以下では、市販のｃＢＮ質焼結体を「試料Ｎｏ．３」と称する。また、比較品を「試料Ｎｏ．４」とする。試料Ｎｏ．３および試料Ｎｏ．４は、本開示によるｃＢＮ質焼結体の比較例に相当する。なお、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２と比較品との違いは、原料の違いにある。具体的には、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２は、原料粉末として金属Ａｌ粉末を用いたのに対し、比較品では、ＡｌＮ粉末を用いた。
　試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．４について、鏡面研磨した断面をＦＥ－ＳＥＭ（電界放出型走査電子顕微鏡）を用いて加速電圧５ｋＶ、照射電流３ｎＡ、倍率５０００倍で観察した。用いた装置は、日本電子株式会社製のＪＳＭ－７１００Ｆである。図５は、試料Ｎｏ．１のＳＥＭ観察写真であり、図７は、試料Ｎｏ．２のＳＥＭ観察写真である。また、図９は、試料Ｎｏ．３のＳＥＭ観察写真であり、図１１は、試料Ｎｏ．４のＳＥＭ観察写真である。
　そして、これらのＳＥＭ観察写真に基づき、上記各試料の断面におけるＡｌ化合物の粒度分布の測定を行った。粒度分布測定の手順は、以下の通りである。
　まず、ＳＥＭ観察写真を画像解析ソフト「ＩｍａｇｅＪ」（１．５２ｅ）に取り込んだ。つづいて、ＩｍａｇｅＪを用いて白黒コントラストの色調のヒストグラムを取得した。色調は２５６に分割した。なお、このヒストグラムは、横軸を色調とし、各色調を呈する画素の数を縦軸としたものである。従って、縦軸の値が大きいということは、その色調を呈する画素の数が多いということである。
　図１３は、ＩｍａｇｅＪを用いて抽出したヒストグラムの一例を示す図である。図１３に示すヒストグラムには、３つのピークが存在する。これら３つのピークのうち、最も左側に位置する第１ピークＰ１はｃＢＮ由来であり、真ん中に位置する第２ピークＰ２はＡｌ由来であり、最も右側に位置する第３ピークＰ３はＴｉ由来である。図１３より、ｃＢＮ焼結体の断面において、ｃＢＮ粒子が最も多くの面積を占めており、次に、Ｔｉ由来の結合相の占める面積が多く、第１セラミック粒子が占める面積が最も少ないことがわかる。各ピークに対応する物質の特定は、たとえばＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線分光器）を用いて行うことができる。
　次いで、第１ピークと第２ピークとの間に存在する頻度の最小値を第１閾値として決定し、第２ピークと第３ピークとの間に存在する頻度の最小値を第２閾値として決定した。そして、決定した第１閾値および第２閾値を用いてＳＥＭ観察写真を二値化した。具体的には、第１閾値以上第２閾値以下の画素値を持つ画素の画素値を２５５に変換し、第１閾値未満および第２閾値を超える画素値を持つ画素の画素値を０に変換した。図１４は、ＳＥＭ観察写真を二値化した画像の一例である。言い換えると、第１閾値以上第２閾値以下の画素値を持つ画素を黒として表示し、かつ、第１閾値未満および第２閾値を超える画素値を持つ画素を白として表示したものが図１４である。
　次いで、二値化画像からｃＢＮ粒子と結合相との界面の情報を削除した。具体的には、二値化画像に含まれる画素値「２５５」の画素（黒画素）のうち、他の黒画素と２画素以上繋がっていない黒画素を二値化画像から削除した。これにより、図６、図８、図１０および図１２に示す画像を得た。図６は、図５に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像であり、図８は、図７に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。また、図１０は、図９に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。図１２は、図１１に示すＳＥＭ観察画像からＡｌ化合物に相当する部分を抽出して黒色で示した画像である。すなわち、図６、図８、図１０および図１２において黒色に示されている点には第１セラミック粒子が存在していると言える。
　なお、ｃＢＮ粒子と結合相との界面の情報を削除することにより、２画素以上繋がっていない黒画素の情報は失われることとなる。１画素は、０．０２７μｍに相当する。したがって、図６、図８、図１０および図１２に示す画像には、粒径がおよそ０．０５μｍ以下である第１セラミック粒子の情報が含まれていない。
　次いで、図６、図８、図１０および図１２に示す画像から、断面における各第１セラミック粒子の面積の情報を取得し、取得した面積情報に基づき、第１セラミック粒子の面積分率（断面積に対する第１セラミック粒子の面積の割合）の情報を取得した。
　また、取得した第１セラミック粒子の面積情報に基づき、各第１セラミック粒子の粒径を算出した。具体的には、取得した面積情報が円面積であると仮定したときの粒子の直径を粒径として算出した。そして、得られた各第１セラミック粒子の粒径を算術平均することにより、第１セラミック粒子の平均粒径を得た。すなわち、いわゆる円相当径における平均粒径を求めた。
　ここで、第１セラミック粒子の凝集体が存在する場合、凝集体を構成する個々の第１セラミック粒子の面積の情報は取得されず、凝集体としての面積の情報が取得されることとなる。したがって、本開示において、第１セラミック粒子の粒径とは、単体で存在している第１セラミック粒子については単体の粒径を意味し、第１セラミック粒子の凝集体については、凝集体を構成する複数の第１セラミック粒子を１つの粒子とみなした場合の粒径を意味する。
　また、得られた第１セラミック粒子の平均粒径の情報を用いて、刻み幅０．０１μｍの粒度分布のグラフ（ヒストグラム）を作成した。作成したヒストグラムを図１５～図１８に示す。図１５は、試料Ｎｏ．１における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフであり、図１６は、試料Ｎｏ．２における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。また、図１７は、試料Ｎｏ．３における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフであり、図１８は、試料Ｎｏ．４における第１セラミック粒子の粒度分布を示すグラフである。
　図１５～図１８に示すグラフには、第１セラミック粒子の粒径についての頻度分布（ヒストグラム）と累積分布（ふるい下）とが示されている。図１５～図１８に示すグラフの横軸は、第１セラミック粒子の粒径（μｍ）であり（図中、「第１セラミック粒子径（μｍ）」と記載）、縦軸は、頻度（個）および累積（％）である。ここで、「頻度」とは、各粒径区間に存在する第１セラミック粒子の個数のことである。また、「累積」とは、ある粒径以下の粒子数の全粒子数に対する割合のことである。なお、図１５～図１８において、横軸の「＞０．５０（μｍ）」に対応する縦軸の値は、粒径が０．５０μｍよりも大きい第１セラミック粒子の頻度（個）および累積（％）を示している。
　図１５～図１８に示すグラフでは、第１セラミック粒子の凝集体を１つの粒子としてカウントしている。また、上述したように、図１５～図１８に示すグラフには、粒径が０．０５μｍ以下である第１セラミック粒子の情報が含まれていない。
　そして、図１５～図１８に示すグラフの累積分布に基づき、試料Ｎｏ．１～Ｎｏ．４について、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子のＡｌ化合物の全粒子数に対する割合を取得した。具体的には、粒径０．３μｍにおける累積（％）を１００（％）から差し引いた値が、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子の全粒子数に対する割合である。同様に、各試料について、粒径が０．５μｍ以上である第１セラミック粒子の全粒子数に対する割合を取得した。
　図１９は、各試料の断面組織の分析結果をまとめた表である。図１９において、「平均粒径（μｍ）」は、第１セラミック粒子の平均粒径であり、「面積分率（％）」は、第１セラミック粒子の面積分率であり、「ｃＢＮ面積率（％）」は、ｃＢＮ粒子の面積分率である。また、図１９において、「０．３μｍ以上累積」は、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子の全粒子数に対する割合であり、「０．５μｍ以上累積」は、粒径が０．５μｍ以上である第１セラミック粒子の全粒子数に対する割合である。
　平均粒径は、試料Ｎｏ．１が０．１５μｍ、試料Ｎｏ．２が０．１２μｍ、試料Ｎｏ．３が０．１０μｍ、試料Ｎｏ．４が０．１８μｍであった。このように、実施例である試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２の平均粒径は、比較例である試料Ｎｏ．３の平均粒径よりも大きく、比較例である試料Ｎｏ．４の平均粒径よりも小さい。このことは、図６、図８、図１０および図１２からも明らかである。すなわち、図６、図８および図１０から明らかなように、試料Ｎｏ．１（図６参照）および試料Ｎｏ．２（図８参照）に含有される第１セラミック粒子は、試料Ｎｏ．３（図１０参照）に含有される第１セラミック粒子と比較して全体的に粒径が大きい。また、図６、図８および図１２から明らかなように、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．２に含有される第１セラミック粒子は、試料Ｎｏ．４（図１２参照）に含有される第１セラミック粒子と比較して全体的に粒径が小さい。
　面積分率は、試料Ｎｏ．１が６．０６５％、試料Ｎｏ．２が４．５５３％、試料Ｎｏ．３が２．８９２％、試料Ｎｏ．４が８．３４５％であった。ここで、上述したように、図１５～図１８に示す粒度分布のデータには、粒径が０．０５μｍ以下である第１セラミック粒子の情報が含まれていない。この影響は、平均粒径が最も小さい試料Ｎｏ．３において最も顕著であり、試料Ｎｏ．３における面積分率は、実際には２．８９２％よりも高く、試料Ｎｏ．１における面積分率と同程度であると考えられる。そうすると、試料Ｎｏ．１および試料Ｎｏ．３の面積分率は同程度であり、平均粒径は試料Ｎｏ．１の方が大きいことになる。これは、試料Ｎｏ．１の方が、試料Ｎｏ．３と比べてより多くの第１セラミック粒子が凝集していることを意味している。第１セラミック粒子が凝集しているということは、言い換えれば、粒子同士が比較的離れている傾向にあると言える。第１セラミック粒子は、ＴｉＮと比べると強度が低い。このため、第１セラミック粒子同士の距離が近いと、第１セラミック粒子を伝ってクラックが伝搬しやすくなる。これに対し、試料Ｎｏ．１では、第１セラミック粒子同士が比較的離れていることにより、第１セラミック粒子を伝ったクラックが発生しにくい。これにより、実施例である試料Ｎｏ．１に係るｃＢＮ質焼結体は、機械的特性が高いと考えられる。
　ｃＢＮ面積率は、試料Ｎｏ．１が６８．１％であり、試料Ｎｏ．２が７１．１％であり、試料Ｎｏ．３が７０．７％であり、試料Ｎｏ．４が６９．２％であった。
　０．３μｍ以上累積は、試料Ｎｏ．１が１０．８％、試料Ｎｏ．２が５．５％、試料Ｎｏ．３が０．８７％、試料Ｎｏ．４が１３．５％であった。このように、試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２における０．３μｍ以上累積は、試料Ｎｏ．３における０．３μｍ以上累積よりも大きい。これは、試料Ｎｏ．３と比較して、試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２が、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子をより多くの割合で含んでいることを意味している。また、この結果から明らかなように、試料Ｎｏ．３は、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子を殆ど含んでいない。
　また、試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２における０．３μｍ以上累積は、試料Ｎｏ．４における０．３μｍ以上累積よりも小さい。これは、試料Ｎｏ．１およびＮｏ．２と比較して、試料Ｎｏ．４が、粒径が０．３μｍ以上である第１セラミック粒子をより多くの割合で含んでいることを意味している。
　０．５μｍ以上累積は、試料Ｎｏ．１が１．６％、試料Ｎｏ．２が０．４％、試料Ｎｏ．３が０．１４％、試料Ｎｏ．４が９．３％であった。
　次に、各試料を用いて切削試験を行い、下記切削条件にて、耐摩耗性および安定性を評価した。その結果を図２０に示す。図２０は、各試料についての耐摩耗性および安定性の評価結果をまとめた表である。
＜切削条件＞
（耐摩耗性評価試験）
切削方法：旋削・外径加工
被削材　：ＳＣＭ４１５（浸炭焼き入れ材）
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．１ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：０．２ｍｍ
評価方法：摩耗量０．１５ｍｍに到達するまでの時間、もしくは、刃先状態から評価の中止を判断した時間
（安定性評価試験）
切削方法：旋削・端面加工
被削材　：ＳＣＭ４１５（浸炭焼き入れ材）　８穴(φ１０)
切削速度：１５０ｍ／ｍｉｎ
送り速度：０．２ｍｍ／ｒｅｖ
切込み量：０．２ｍｍ
評価方法：刃先欠損時の衝撃回数
　図２０に示すように、実施例である試料Ｎｏ．１は、比較例である試料Ｎｏ．３およびＮｏ．４と比較して、耐摩耗性および安定性の全てにおいて優れている。また、試料Ｎｏ．１は、実施例である試料Ｎｏ．２よりも耐摩耗性および安定性に優れている。また、試料Ｎｏ．２は、比較例である試料Ｎｏ．４と比較して、耐摩耗性および安定性の全てにおいて優れている。また、試料Ｎｏ．２は、比較例である試料Ｎｏ．３と比較して、耐摩耗性および安定性に優れている。
　このように、実施例に係るｃＢＮ質焼結体は、機械的特性が劣るＡｌ化合物粒子を含有しているが、Ａｌ化合物粒子の大きさが適切な範囲に制御されていることで、機械的特性に優れ、機械的特性のばらつきが小さい。
　上述してきたように、実施形態に係るインサート（一例として、インサート１）は、複数のｃＢＮ粒子（一例として、ｃＢＮ粒子１１）が結合相（一例として、結合相１２）を介して結合されたｃＢＮ質焼結体を有する。ｃＢＮ質焼結体の断面において、ｃＢＮ粒子は、６０面積％以上を占める。また、結合相は、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも一方を含有するＡｌ化合物粒子を含有する。また、ｃＢＮ質焼結体の断面におけるＡｌ化合物粒子の粒度分布は、Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、粒径が０．３μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％以上であり、粒径が０．５μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が５％未満である。
　また、ｃＢＮ質焼結体の断面におけるＡｌ化合物粒子の粒度分布は、Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、粒径が０．３μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が７％以上であり、粒径が０．５μｍ以上であるＡｌ化合物粒子の割合が１％未満である。
　このように、実施形態に係るインサートは、機械的特性が劣るＡｌ化合物粒子を含有しているが、Ａｌ化合物粒子の凝集体の大きさを上記範囲に制御することで、機械的特性に優れる。また、実施形態に係るインサートは、Ａｌ化合物粒子の凝集体の大きさを上記範囲に制御することで、機械的特性のばらつきが小さい。
　また、実施形態に係るインサートは、ｃＢＮ質焼結体の上に位置する被覆膜（一例として、被覆膜２０）をさらに有していてもよい。被覆膜を有することで、耐摩耗性や耐熱性をさらに向上させることができる。
　上述した実施形態では、切削工具１００の上面および下面の形状が平行四辺形である場合の例を示したが、切削工具１００の上面および下面の形状は、ひし形や正方形等であってもよい。また、切削工具１００の上面および下面の形状は、三角形、五角形、六角形等であってもよい。
　また、切削工具１００の形状は、ポジティブ型であってもよいしネガティブ型であってもよい。ポジティブ型は、切削工具１００の上面の中心および下面の中心を通る中心軸に対して側面が傾斜しているタイプであり、ネガティブ型は、上記中心軸に対して側面が平行なタイプである。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
１　　　：インサート
２　　　：本体部
４　　　：座面
５　　　：貫通孔
６　　　：第１面
７　　　：第２面
８　　　：切刃
１０　　：基体
１１　　：ｃＢＮ粒子
１２　　：結合相
１２ａ　：第１セラミック粒子
２０　　：被覆膜
３０　　：基板
４０　　：接合材
７０　　：ホルダ
７３　　：ポケット
７５　　：ネジ
１００　：切削工具

Claims (4)

  1. 　複数のｃＢＮ粒子が結合相を介して結合されたｃＢＮ質焼結体を有し、
    　前記ｃＢＮ質焼結体の断面において、前記ｃＢＮ粒子は、６０面積％以上を占め、
    　前記結合相は、ＡｌＮおよびＡｌ２Ｏ３のうち少なくとも一方を含有するＡｌ化合物粒子を含有し、
    　前記ｃＢＮ質焼結体の断面における前記Ａｌ化合物粒子の粒度分布は、前記Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、
    　　粒径が０．３μｍ以上である前記Ａｌ化合物粒子の割合が５％以上であり、
    　　粒径が０．５μｍ以上である前記Ａｌ化合物粒子の割合が５％未満である、インサート。
  2. 　前記ｃＢＮ質焼結体の断面における前記Ａｌ化合物粒子の粒度分布は、前記Ａｌ化合物粒子の個数基準での累積分布において、
    　　粒径が０．３μｍ以上である前記Ａｌ化合物粒子の割合が７％以上であり、
    　　粒径が０．５μｍ以上である前記Ａｌ化合物粒子の割合が２％未満である、請求項１に記載のインサート。
  3. 　前記ｃＢＮ質焼結体の上に位置する被覆膜をさらに有する、請求項１または２に記載のインサート。
  4. 　端部にポケットを有する棒状のホルダと、
    　前記ポケット内に位置する、請求項１～３の何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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