本申請(qǐng)發(fā)明涉及一種以立方晶氮化硼(以下、由cBN表示)為主要成分，并對(duì)其在超高壓、高溫下進(jìn)行燒結(jié)成型而成的cBN燒結(jié)體為工具基體的切削工具，并涉及一種強(qiáng)度和韌性?xún)?yōu)異，尤其在合金鋼、軸承鋼等高硬度鋼的切削加工中，耐磨性和耐缺損性?xún)?yōu)異，且在長(zhǎng)期使用中能夠維持優(yōu)異的切削性能的cBN燒結(jié)體切削工具。

本申請(qǐng)主張基于2014年3月28日于日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2014-069233號(hào)、及2015年3月20日于日本申請(qǐng)的專(zhuān)利申請(qǐng)2015-58192號(hào)的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于此。

背景技術(shù)：

以往作為高硬度鋼的切削工具，已知有以cBN燒結(jié)體為工具基體的cBN燒結(jié)體切削工具等，并作為提高工具壽命為目的而進(jìn)行各種提案。

例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體工具，即，cBN燒結(jié)體含有cBN、絕熱相及結(jié)合相，在cBN燒結(jié)體中包含60體積％以上且小于99體積％的cBN，絕熱相包含由選自Al、Si、Ti、及Zr中的一種以上的元素和選自N、C、O、及B中的一種以上的元素構(gòu)成的一種以上的第1化合物，該第1化合物在cBN燒結(jié)體中含有1質(zhì)量％以上且20質(zhì)量％以下，且具有小于100nm的平均粒徑，并且cBN燒結(jié)體的導(dǎo)熱率為70W/m·K以下，由此，降低工具基體的導(dǎo)熱率的同時(shí)提高工具基體的硬度。

并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體，即，cBN燒結(jié)體包含cBN和結(jié)合相，cBN燒結(jié)體中包含25體積％以上且80體積％以下的該cBN，所述結(jié)合相包含Ti類(lèi)化合物組，該Ti類(lèi)化合物組至少包含一種以上包含有Ti的化合物，且包含由粒徑為0.1μm以下的粒子構(gòu)成的第1微粒成分，該第1微粒成分在所述cBN燒結(jié)體的至少一截面中占所述結(jié)合相所占的面積的10～60％，由此高度兼顧耐缺損性和耐磨性。

而且，專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體，即，其作為結(jié)合材料含有選自元素周期表第4a族元素、第5a族元素、第6a族元素的氮化物、碳化物、硼化物、氧化物及它們的固溶體中的至少一種、選自Zr、Si、Hf、Ge、W、Co的單體、化合物及固溶體中的至少一種、及Al化合物，該cBN燒結(jié)體中，W和/或Co的總計(jì)重量小于1重量％，Si或Zr為0.01重量％以上且小于0.5重量％，Si/(Si+W+Co)或Zr/(Zr+W+Co)為0.05以上且1.0以下，而且，作為T(mén)i化合物的TiN、TiB₂的平均粒徑為100nm以上且400nm以下，并且作為Al化合物的AlB₂、AlN的平均粒徑為50nm以上且150nm以下，由此提高強(qiáng)度、韌性、耐磨性。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特開(kāi)2011-189421號(hào)公報(bào)(A)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2011-207689號(hào)公報(bào)(A)

專(zhuān)利文獻(xiàn)3：日本專(zhuān)利第5189504號(hào)公報(bào)(B)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體，即，作為絕熱相成分該cBN燒結(jié)體中包含1質(zhì)量％以上且20質(zhì)量％以下的第1化合物，所述第1化合物由選自Al、Si、Ti及Zr中的一種以上的元素和選自N、C、O及B中的一種以上的元素構(gòu)成，且具有小于100nm的平均粒徑，由此，cBN燒結(jié)體的導(dǎo)熱率成為70W/m·K以下，但是在該燒結(jié)體中，存在cBN的含量小于60體積％時(shí)無(wú)法得到充分的切削性能，工具壽命較短的問(wèn)題。

并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體，即，該cBN燒結(jié)體包含cBN和結(jié)合相，cBN燒結(jié)體中包含25體積％以上且80體積％以下的該cBN，所述結(jié)合相包含Ti類(lèi)化合物組，該Ti類(lèi)化合物組至少包含一種以上包含有Ti的化合物，且包含由粒徑為0.1μm以下的粒子構(gòu)成的第1微粒成分，該第1微粒成分在所述cBN燒結(jié)體的至少一截面中占所述結(jié)合相所占的面積的10～60％，由此，高度兼顧耐缺損性和耐磨性，但是，該燒結(jié)體中，僅控制TiN類(lèi)化合物組的粒徑，因此沒(méi)能控制其他成分的結(jié)合相成分的粒徑，例如生成粗大的Al₂O₃、AlN、AlB₂，并以此為起點(diǎn)，龜裂容易發(fā)生并進(jìn)行擴(kuò)展，從而成為cBN燒結(jié)體的韌性降低的原因。

并且，專(zhuān)利文獻(xiàn)3中，公開(kāi)有如下cBN燒結(jié)體，即，作為結(jié)合材料含有規(guī)定量的W和/或Co、Si或Zr，并且，將TiN、TiB₂的平均粒徑、AlB₂、AlN的平均粒徑設(shè)定在規(guī)定范圍內(nèi)，從而改善了耐缺損性、耐磨性，但該燒結(jié)體中，在高硬度鋼的高負(fù)荷發(fā)揮作用的切削條件下，還不能斷言具備充分的耐缺損性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明所要解決的技術(shù)課題，即本發(fā)明的目的在于提供一種即使在進(jìn)行要求高負(fù)荷切削條件的高硬度鋼的切削加工時(shí)，也不易發(fā)生工具刀尖的破碎或缺損，且經(jīng)長(zhǎng)期維持優(yōu)異的切削性能的cBN燒結(jié)體切削工具。

為了解決所述課題，本發(fā)明人等著眼于構(gòu)成cBN工具的cBN燒結(jié)體的結(jié)合相成分，并進(jìn)行深入研究的結(jié)果，得到了如下見(jiàn)解。

(1)除了作為結(jié)合相的主要成分的Ti類(lèi)化合物之外，將與Ti類(lèi)化合物存在熱膨脹率差的Al₂O₃的粒徑控制為直徑10～100nm并均勻地分散在結(jié)合相中，由此，不降低結(jié)合相的耐磨性而抑制在使用工具時(shí)擴(kuò)展的龜裂的擴(kuò)散，從而提高強(qiáng)度和破壞韌性。

(2)具有如上所述的結(jié)合相的cBN燒結(jié)體在維持耐磨性的同時(shí)，耐缺損性得到大幅提高。

(3)其結(jié)果，將如上所述的cBN燒結(jié)體為切削工具的工具基體，因此不易缺損，并能夠延長(zhǎng)工具壽命。

根據(jù)前述見(jiàn)解，本發(fā)明人等通過(guò)重復(fù)多次實(shí)驗(yàn)，成功地制造了即使用于刀尖施加有高負(fù)荷及高溫的高硬度鋼的切削中也不易缺損且切削壽命較長(zhǎng)的工具。在本發(fā)明所涉及的cBN燒結(jié)體切削工具(稱(chēng)作“本發(fā)明的cBN燒結(jié)體切削工具”或“本申請(qǐng)發(fā)明的cBN切削工具”)中具有特有的結(jié)構(gòu)即結(jié)合相的cBN燒結(jié)體，例如能夠通過(guò)以下方法形成。

(a)結(jié)合相形成用原料粉末的粉碎工序：

首先，在結(jié)合相形成用原料粉末中，為了促進(jìn)微粒Al₂O₃的核生成和均勻分散化，添加超微粒(平均粒徑5～15nm)Al₂O₃，接著，以燒結(jié)體中的Al的總計(jì)含有比例的下限值為2質(zhì)量％，且將Y設(shè)為Al含有比例(質(zhì)量％)、將X設(shè)為cBN粒子含有比例(體積％)時(shí)，上限值滿(mǎn)足Y＝-0.1X+10的關(guān)系的方式，將添加有10～100nm的Al₂O₃和/或Al、Al₂O₃的結(jié)合相形成用原料粉末微細(xì)地進(jìn)行粉碎。

(b)成型工序：

以燒結(jié)體中的cBN粒子的含有比例成為40體積％以上且小于60體積％的方式，將cBN粒子和(a)中所得到的結(jié)合相粉末進(jìn)行混合并攪拌之后，制作規(guī)定大小的成型體，并將其在壓力1×10^-4Pa以下的真空氣氛中以900℃～1300℃進(jìn)行燒結(jié)來(lái)制作預(yù)燒結(jié)體。

(c)燒結(jié)工序：

并且，將該預(yù)燒結(jié)體以與WC基硬質(zhì)合金制支撐片重疊的狀態(tài)，裝入超高壓燒結(jié)裝置，例如以壓力：5GPa、溫度：1200℃～1400℃、保持時(shí)間：30分鐘的條件進(jìn)行超高壓高溫?zé)Y(jié)，并制作cBN燒結(jié)體。

(d)結(jié)合相組織的形成過(guò)程：

在(a)的粉碎工序中，添加促進(jìn)微粒Al₂O₃的核生成和均勻分散化的超微粒Al₂O₃，并且微細(xì)地進(jìn)行粉碎，由此，超高壓高溫?zé)Y(jié)而得到的cBN燒結(jié)體的結(jié)合相中形成有結(jié)合相組織，所述結(jié)合相組織為在結(jié)合相的截面1μm×1μm的范圍內(nèi)分散生成有30個(gè)以上以超微粒Al₂O₃作為核的直徑10～100nm的微粒Al₂O₃粒子的結(jié)合相組織。即，結(jié)合相中，直徑10～100nm的微粒Al₂O₃粒子均勻地分散而存在。

另外，本申請(qǐng)發(fā)明中，將粒徑100nm以下的Al₂O₃稱(chēng)作微粒Al₂O₃，其中，將平均粒徑5～15nm的Al₂O₃稱(chēng)作超微粒Al₂O₃。

由如此制作的cBN燒結(jié)體制作了cBN燒結(jié)體切削工具的結(jié)果，該cBN工具即使在切削刀尖中施加有高負(fù)荷及高溫的高硬度鋼時(shí)，也不易產(chǎn)生龜裂，并維持耐磨性的同時(shí)，耐崩刃性及耐缺損性也優(yōu)異，其結(jié)果，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。

即，在所述cBN燒結(jié)體切削工具中，cBN燒結(jié)體的結(jié)合相中的Al₂O₃粒子被控制成規(guī)定的粒度，由此不降低耐磨性而能夠提高強(qiáng)度和破壞韌性，因此，能夠?qū)⑵溆米髑邢鞴ぞ邅?lái)延長(zhǎng)工具壽命。

本申請(qǐng)發(fā)明是根據(jù)所述見(jiàn)解而完成的，

(1)一種立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其以包含立方晶氮化硼粒子和結(jié)合相的燒結(jié)體為工具基體，該立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具的特征在于，

所述燒結(jié)體含有40體積％以上且小于60體積％的立方晶氮化硼粒子以及Al，所述Al的范圍為如下：下限值為2質(zhì)量％，且將Y設(shè)為Al含有比例(質(zhì)量％)、將X設(shè)為立方晶氮化硼粒子含有比例(體積％)時(shí)，上限值滿(mǎn)足Y＝-0.1X+10的關(guān)系，

所述結(jié)合相至少含有Ti類(lèi)化合物、Al₂O₃及不可避免的雜質(zhì)，

所述Al₂O₃中，直徑10nm～100nm的微粒Al₂O₃分散生成于結(jié)合相中，

在所述結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域，生成有30個(gè)以上的所述微粒Al₂O₃。

(2)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述工具基體的表面蒸鍍形成有硬質(zhì)包覆層。

(3)根據(jù)所述(2)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，所述硬質(zhì)包覆層至少具有氮化鈦層。

(4)根據(jù)所述(3)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，所述硬質(zhì)包覆層由一層氮化鈦層構(gòu)成。

(5)根據(jù)所述(3)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，所述硬質(zhì)包覆層由一層氮化鈦層和一層氮化鈦鋁層構(gòu)成。

(6)根據(jù)所述(2)至(5)中任一個(gè)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，所述硬質(zhì)包覆層的層厚在1.0μm至2.5μm的范圍內(nèi)。

(7)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域，生成有60個(gè)以上的所述微粒Al₂O₃。

(8)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域，生成有90個(gè)以上的所述微粒Al₂O₃。

(9)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相中分散生成的所述微粒Al₂O₃的直徑在10nm～85nm的范圍內(nèi)。

(10)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相中分散生成的所述微粒Al₂O₃的直徑在10nm～60nm的范圍內(nèi)。

(11)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相中存在的Al₂O₃的中值粒徑的直徑在60nm～85nm的范圍內(nèi)。

(12)根據(jù)所述(1)所記載的立方晶氮化硼燒結(jié)體切削工具，其特征在于，在所述結(jié)合相中存在的Al₂O₃的中值粒徑的直徑在60nm～70nm的范圍內(nèi)。

本申請(qǐng)發(fā)明所涉及的切削工具(稱(chēng)作“本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具”)為以包含cBN粒子和結(jié)合相的燒結(jié)體為工具基體的cBN燒結(jié)體切削工具。本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具中，燒結(jié)體含有40體積％以上且小于60體積％的cBN粒子以及Al，所述Al的范圍為如下：下限值為2質(zhì)量％，且將Y設(shè)為Al含有比例(質(zhì)量％)、將X設(shè)為cBN粒子含有比例(體積％)時(shí)，上限值滿(mǎn)足Y＝-0.1X+10的關(guān)系。并且，結(jié)合相至少含有Ti類(lèi)化合物、Al₂O₃及不可避免的雜質(zhì)，Al₂O₃中，直徑10nm～100nm的微粒Al₂O₃分散生成(均勻分散并存在)于結(jié)合相中，在結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域生成有30個(gè)以上的微粒Al₂O₃。在這些本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具中具有特有的結(jié)構(gòu)，由此，本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具中，抑制缺損或崩刃，實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)工具壽命。

附圖說(shuō)明

圖1表示通過(guò)cBN燒結(jié)體截面的基于SEM的二次電子圖像的圖像分析來(lái)抽出的cBN。

圖2A表示cBN燒結(jié)體截面的基于AES的二次電子圖像。

圖2B表示cBN燒結(jié)體截面的Al的元素映射圖像。

圖2C表示cBN燒結(jié)體截面的O(氧)元素映射圖像。

圖2D表示cBN燒結(jié)體截面的抽出Al₂O₃的圖像。

圖3A表示本申請(qǐng)發(fā)明切削工具的硬質(zhì)包覆層的形成中所使用的電弧離子蒸鍍裝置1的概略俯視圖。

圖3B表示本申請(qǐng)發(fā)明切削工具的硬質(zhì)包覆層的形成中所使用的電弧離子蒸鍍裝置1的概略側(cè)視圖。

具體實(shí)施方式

以下對(duì)用于實(shí)施本申請(qǐng)發(fā)明的方式進(jìn)行說(shuō)明。

cBN燒結(jié)體中cBN粒子所占的含有比例：

通常，cBN燒結(jié)體由作為硬質(zhì)相成分的cBN粒子和結(jié)合相成分構(gòu)成，但構(gòu)成本申請(qǐng)發(fā)明的cBN燒結(jié)體切削工具的工具基體的cBN燒結(jié)體作為結(jié)合相成分含有Ti的氮化物、碳化物、碳氮化物、硼化物、氧化物及它們的固溶體的至少一種以上的Ti類(lèi)化合物和Al₂O₃。

cBN燒結(jié)體中cBN粒子所占的含有比例小于40體積％時(shí)，燒結(jié)體中硬質(zhì)物質(zhì)較少，因此，作為cBN燒結(jié)體工具的硬度不充分，且用作工具時(shí)，耐缺損性降低。另一方面，若成為60體積％以上，則燒結(jié)體中的結(jié)合相的比例相對(duì)較少，無(wú)法充分得到結(jié)合相所發(fā)揮的韌性提高效果。因此，為了進(jìn)一步發(fā)揮本申請(qǐng)發(fā)明所發(fā)揮的效果，cBN燒結(jié)體中cBN粒子所占的含有比例優(yōu)選設(shè)在40體積％以上且小于60體積％的范圍。

關(guān)于cBN燒結(jié)體中cBN粒子所占的含有比例(體積％)，能夠通過(guò)掃描電子顯微鏡(Scanning Electron Microscopy：SEM)觀察cBN燒結(jié)體的截面組織，并根據(jù)所得到的二次電子圖像算出。所得到的二次電子圖像內(nèi)的cBN粒子的一部分能夠通過(guò)圖像處理來(lái)抽出。對(duì)cBN粒子的一部分進(jìn)行確定之后，獲取通過(guò)圖像分析來(lái)算出cBN粒子所占的面積的值，并由圖像總面積除以該值，從而能夠算出cBN粒子的面積比率。并且，將該面積比率視為體積％，從而能夠測(cè)定cBN粒子的含有比例(體積％)。該測(cè)定中，將對(duì)通過(guò)掃描電子顯微鏡得到的倍率5,000的二次電子圖像的至少3個(gè)圖像進(jìn)行處理并求出的值的平均值作為cBN粒子的含有比例(體積％)。作為在圖像處理中使用的觀察區(qū)域，當(dāng)cBN粒子的平均粒徑為3μm時(shí)，優(yōu)選20μm×20μm左右的視場(chǎng)區(qū)域。

cBN粒子的平均粒徑：

本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具的制作中使用的cBN粒子的平均粒徑并沒(méi)有特別限定，但優(yōu)選平均粒徑為0.5～8.0μm的范圍。

通過(guò)在燒結(jié)體內(nèi)包含硬質(zhì)cBN粒子，提高耐缺損性的效果，并且，通過(guò)將平均粒徑為0.5～8.0μm的cBN粒子分散于燒結(jié)體內(nèi)，不僅抑制在使用工具時(shí)工具表面的cBN粒子脫落而產(chǎn)生的以刀尖的凹凸形狀為起點(diǎn)的缺損、崩刃，而且，通過(guò)分散于燒結(jié)體中的規(guī)定粒徑的cBN粒子來(lái)抑制在使用工具時(shí)因施加于刀尖的應(yīng)力而產(chǎn)生的從cBN粒子和結(jié)合相的界面擴(kuò)展的龜裂、或cBN粒子破裂而擴(kuò)展的龜裂的擴(kuò)散，由此，能夠具有優(yōu)異的耐缺損性。

因此，本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具的制作中使用的cBN粒子的平均粒徑優(yōu)選設(shè)為0.5～8.0μm的范圍。

在此，cBN粒子的平均粒徑能夠根據(jù)通過(guò)SEM觀察所制作的cBN燒結(jié)體的截面組織而得到的二次電子圖像來(lái)求出。首先，將所得到的圖像內(nèi)的cBN粒子的一部分，如圖1所示那樣通過(guò)圖像處理進(jìn)行二值化并抽出。對(duì)cBN粒子的一部分進(jìn)行確定之后，通過(guò)圖像分析求出各cBN粒子的最大長(zhǎng)度，將其作為各cBN粒子的直徑。并且，根據(jù)通過(guò)該直徑計(jì)算并求出的各粒子的容積，將縱軸為累計(jì)容積比例(容積％)、將橫軸為直徑(μm)來(lái)繪制圖表，并將累計(jì)容積比例成為50容積％的值的直徑作為cBN粒子的粒徑。該測(cè)定中，將對(duì)通過(guò)SEM得到的倍率5,000的二次電子圖像的至少3個(gè)圖像進(jìn)行處理并求出的值的平均值作為cBN粒子的平均粒徑(μm)。作為在圖像處理中使用的觀察區(qū)域，當(dāng)cBN粒子的平均粒徑為3μm時(shí)，優(yōu)選20μm×20μm左右的視場(chǎng)區(qū)域。

cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例：

若cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例小于2質(zhì)量％，則生成于結(jié)合相中的Al₂O₃的量變少，無(wú)法充分抑制龜裂的擴(kuò)展，無(wú)法充分得到提高cBN燒結(jié)體的韌性的效果。另一方面，將Y設(shè)為Al含有比例(質(zhì)量％)、將X設(shè)為cBN粒子含有比例(體積％)時(shí)，若cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例大于Y＝-0.1X+10的值，則生成于結(jié)合相中的AlN、Al₂O₃的量變多，并且，這些粒子生長(zhǎng)并成為粗粒，從而cBN燒結(jié)體的韌性降低。

因此，優(yōu)選cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例的下限值為2質(zhì)量％，且將Y設(shè)為Al含有比例(質(zhì)量％)、將X設(shè)為cBN粒子含有比例(體積％)時(shí)，上限值滿(mǎn)足Y＝-0.1X+10的關(guān)系范圍。

另外，上述中所提到的Al的含有比例是指結(jié)合相形成用原料粉末的粉碎工序中使用的所有Al、Al₂O₃、TiAl中含有的Al的總計(jì)含有比例。

cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例的測(cè)定方法：

使用電子射線顯微分析儀(Electron Probe Micro Analyser：EPMA)對(duì)cBN燒結(jié)體進(jìn)行定性定量分析，針對(duì)由定性分析檢測(cè)出的元素，根據(jù)ZAF定量分析法得出cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例(質(zhì)量％)。

結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的粒徑和每個(gè)單位面積的個(gè)數(shù)：

若結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的粒徑的直徑小于10nm，則氧、水分等雜質(zhì)的混入變得較多，因此有可能降低cBN燒結(jié)體的韌性。另一方面，若結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的粒徑的直徑大于100nm，則Al₂O₃粒子的個(gè)數(shù)相對(duì)減少，因此無(wú)法充分發(fā)揮抑制龜裂擴(kuò)展的作用。并且，若結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域中Al₂O₃粒子的個(gè)數(shù)少于30個(gè)，則無(wú)法充分發(fā)揮抑制龜裂擴(kuò)展的作用。

因此，對(duì)于結(jié)合相中的Al₂O₃，設(shè)為直徑10nm～100nm，在結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域中為30個(gè)以上。

在結(jié)合相中分散生成的微粒Al₂O₃的優(yōu)選直徑范圍為10nm～85nm。

在結(jié)合相中分散生成的微粒Al₂O₃的更優(yōu)選直徑為10nm～60nm。

在結(jié)合相中存在的Al₂O₃的優(yōu)選中值粒徑范圍為直徑60nm～85nm。

在結(jié)合相中存在的Al₂O₃的更優(yōu)選中值粒徑范圍為直徑60nm～70nm。

在結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域中的優(yōu)選微粒Al₂O₃的個(gè)數(shù)為60個(gè)以上。

在結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域中的更優(yōu)選微粒Al₂O₃的個(gè)數(shù)為90個(gè)以上。

對(duì)于結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域中的優(yōu)選微粒Al₂O₃的個(gè)數(shù)的上限值，若考慮性?xún)r(jià)比，則為200個(gè)。更優(yōu)選微粒Al₂O₃的個(gè)數(shù)的上限值為150個(gè)。進(jìn)一步更優(yōu)選微粒Al₂O₃的個(gè)數(shù)的上限值為130個(gè)。

結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的粒徑、中值粒徑、及每單位面積的個(gè)數(shù)的測(cè)定方法：

對(duì)于結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的粒徑和每單位面積的個(gè)數(shù)，利用俄歇電子能譜法(Auger Electron Spectroscopy：AES)觀察cBN燒結(jié)體的結(jié)合相組織，并獲取Al、O元素的元素映射圖像(參考圖2A、圖2B、圖2C、及圖2D)。通過(guò)圖像分析對(duì)所得到的Al映射圖像和O(氧)映射圖像重疊的部分進(jìn)行分析，并通過(guò)圖像處理抽出Al₂O₃粒子(參考圖2D)。抽出Al₂O₃粒子的一部分之后，通過(guò)圖像分析求出各Al₂O₃粒子的最大長(zhǎng)度。提及每個(gè)Al₂O₃粒子的粒徑(Al₂O₃粒子的粒徑)時(shí)，將其作為各Al₂O₃粒子的直徑。提及多個(gè)Al₂O₃粒子的平均粒徑(Al₂O₃粒子的中值粒徑)時(shí)，將其作為各Al₂O₃粒子的直徑，并根據(jù)通過(guò)該直徑計(jì)算并求出的各粒子的容積，將縱軸為累計(jì)容積比例(容積％)、將橫軸為直徑(nm)而繪制圖表，且將累計(jì)容積比例成為50容積％的值的直徑作為成為對(duì)象的多個(gè)Al₂O₃粒子的中值粒徑。該測(cè)定中，將對(duì)通過(guò)SEM得到的倍率5,000的二次電子圖像的至少3個(gè)圖像進(jìn)行處理并求出的值、及其平均值分別作為Al₂O₃粒子的粒徑(nm)、及Al₂O₃的中值粒徑(nm)。而且，通過(guò)經(jīng)圖像分析的元素映射圖像，算出結(jié)合相中的截面1μm×1μm區(qū)域中的粒徑10nm～100nm的Al₂O₃粒子的個(gè)數(shù)。

在本申請(qǐng)發(fā)明的cBN切削工具的基體表面，可以蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層。

硬質(zhì)包覆層可以至少具有氮化鈦層。

硬質(zhì)包覆層可以由一層氮化鈦層構(gòu)成。

硬質(zhì)包覆層可以由一層氮化鈦層和一層氮化鈦鋁層構(gòu)成。

硬質(zhì)包覆層的層厚可以在1.0μm至2.5μm的范圍內(nèi)。

以下，基于實(shí)施例，對(duì)本申請(qǐng)發(fā)明的cBN燒結(jié)體切削工具具體地進(jìn)行說(shuō)明。

實(shí)施例

作為結(jié)合相形成用原料粉末，準(zhǔn)備Ti化合物粉末(例如，TiN粉末、TiC粉末、TiCN粉末、TiAl粉末等)、及粒徑100nm以下的微粒Al₂O₃(另外，微粒Al₂O₃中也包含平均粒徑5～15nm超微粒Al₂O₃)、或Al粉末、粒徑大于100nm的Al₂O₃粉末。接著，將這些原料粉末配合成表1所示的配合組成，例如，對(duì)用硬質(zhì)合金內(nèi)襯的瓶?jī)?nèi)一同填充碳化鎢制的硬質(zhì)合金球和丙酮。而且，為了促進(jìn)微粒Al₂O₃及超微粒Al₂O₃的分散，根據(jù)需要添加了胺類(lèi)或羧酸類(lèi)的分散劑。并且，蓋上蓋子之后，通過(guò)旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)進(jìn)行如表2所示的旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)處理時(shí)間的粉碎、混合，從而粉碎了原料粉。

接著，將具有0.5～8.0μm的平均粒徑的cBN粉末添加表2所示的質(zhì)量％，由此將燒結(jié)后的cBN含量調(diào)整為40體積％以上且小于60體積％，并通過(guò)旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)混合24小時(shí)。

通過(guò)旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)進(jìn)行濕式混合，并進(jìn)行干燥之后，以120MPa的壓力沖壓成型為具有直徑：50mm×厚度：1.5mm的尺寸的壓粉體。接著將該壓坯在壓力：1×10^-4Pa以下的真空氣氛中，以900～1300℃的范圍內(nèi)的條件進(jìn)行燒結(jié)并作為預(yù)燒結(jié)體。另外，從粉碎至成型的工序優(yōu)選在惰性氣體氣氛下進(jìn)行。在該預(yù)燒結(jié)體與另外準(zhǔn)備的具有Co：8質(zhì)量％、WC：剩余組分、及直徑：50mm×厚度：2mm尺寸的WC基硬質(zhì)合金制支撐片重疊的狀態(tài)下，裝入超高壓燒結(jié)裝置中，并在壓力：5GPa、溫度：1200～1400℃、保持時(shí)間30min的條件下進(jìn)行超高壓燒結(jié)，從而制作了本申請(qǐng)發(fā)明的cBN燒結(jié)體1～8(稱(chēng)作本發(fā)明品1～8)。

本申請(qǐng)發(fā)明中，粉碎所述結(jié)合相形成用原料粉末時(shí)，添加0.1～2質(zhì)量％的平均粒徑5～15nm的超微粒Al₂O₃，由此促進(jìn)微粒Al₂O₃的核生成及均勻分散化，并如圖2B～圖2D所示，直徑10nm～100nm的微粒Al₂O₃分散分布于結(jié)合相中。

為了進(jìn)行比較，以與本發(fā)明品同樣的方法，或不添加超微粒Al₂O₃或微粒Al₂O₃的方法，配合成表1所示的配合組成，以表2所示的旋轉(zhuǎn)球磨機(jī)處理時(shí)間進(jìn)行粉碎并混合之后，添加表2所示的cBN粉末，并以規(guī)定的條件進(jìn)行超高壓燒結(jié)，從而制造了比較用cBN燒結(jié)體1～7(稱(chēng)作比較品1～7)。

[表1]

[表2]

對(duì)于所述本發(fā)明品1～8及比較品1～7，測(cè)定了cBN燒結(jié)體中Al所占的含有比例、結(jié)合相中的Al₂O₃粒子的中值粒徑、直徑10～100nm的微粒Al₂O₃的每單位面積的個(gè)數(shù)、cBN燒結(jié)體中cBN所占的含有比例。將其結(jié)果示于表3。

另外，利用X射線衍射裝置對(duì)本發(fā)明品1～8及比較品1～7的結(jié)合相組織進(jìn)行分析的結(jié)果，確認(rèn)到TiN、TiB₂、AlN的衍射峰，因此，看到了它們的存在，但未能確認(rèn)到AlB₂的衍射峰，因此AlB₂不存在于結(jié)合相中。

[表3]

接著，利用金剛石砂輪對(duì)所述本發(fā)明品1～8及比較品1～7的燒結(jié)體上下表面進(jìn)行研磨，并通過(guò)電火花加工裝置分割成一個(gè)邊為3mm的正三角形狀，而且，在具有Co：5質(zhì)量％、TaC：5質(zhì)量％、WC：剩余組成及ISO標(biāo)準(zhǔn)CNGA120408的形狀(厚度：4.76mm×一個(gè)邊長(zhǎng)：12.7mm的菱形)的WC基硬質(zhì)合金制刀片主體的釬焊部(刀尖部)，使用具有以質(zhì)量％計(jì)Cu：25％、Ti：5％、Ni：2.5％、Ag：由剩余部分構(gòu)成的組成的Ag合金的釬料進(jìn)行釬焊，進(jìn)一步通過(guò)實(shí)施精磨，分別制作了具有ISO標(biāo)準(zhǔn)CNGA120408的刀片形狀的本發(fā)明切削工具1～8及比較切削工具1～7。

對(duì)于本發(fā)明切削工具2、4、6、8，進(jìn)一步通過(guò)圖3A及圖3B所示的物理蒸鍍裝置，同樣地以表4中所示的層厚來(lái)進(jìn)行包覆形成表4中所示的硬質(zhì)包覆層，從而制造了本發(fā)明的表面包覆cBN基超高壓燒結(jié)體切削工具(稱(chēng)作本發(fā)明包覆切削工具)2、4、6、8。

所述物理蒸鍍裝置(電弧離子蒸鍍裝置1)具備在腔室內(nèi)的中央進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)臺(tái)2。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上設(shè)有多根沿垂直方向延伸的旋轉(zhuǎn)軸(圖示的例中為4根)，每一根旋轉(zhuǎn)軸上以成串的方式保持有多個(gè)硬質(zhì)基體3。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2旋轉(zhuǎn)，進(jìn)一步設(shè)置在旋轉(zhuǎn)臺(tái)2上的多個(gè)旋轉(zhuǎn)軸也同時(shí)旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的下方設(shè)有偏置電源4。

在腔室內(nèi)以從左右?jiàn)A住旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的方式設(shè)有一對(duì)金屬Ti或Ti-Al合金靶9(陰極電極)。在各金屬Ti或Ti-Al合金靶9的從旋轉(zhuǎn)臺(tái)2觀察的背面?zhèn)?，設(shè)有多個(gè)磁力產(chǎn)生源8(永磁體)。各金屬Ti或Ti-Al合金靶9連接于電弧電源6。未連接于電弧電源6的金屬Ti或Ti-Al合金靶9的一側(cè)，與陽(yáng)極電極5連接。一對(duì)陽(yáng)極電極5以從左右?jiàn)A住旋轉(zhuǎn)臺(tái)2的方式，設(shè)置于腔室內(nèi)。

在腔室內(nèi)且未設(shè)有金屬Ti或Ti-Al合金靶9的一面，以與旋轉(zhuǎn)臺(tái)側(cè)面對(duì)置的方式設(shè)有加熱器7。

腔室上部設(shè)有反應(yīng)氣體導(dǎo)入口10。腔室下部設(shè)有排氣口11。

[表4]

接著，在通過(guò)固定夾具將所述各種切削工具均緊固在工具鋼制車(chē)刀的前端部的狀態(tài)下，對(duì)本發(fā)明切削工具1～8、本發(fā)明包覆切削工具2、4、6、8及比較切削工具1～7，通過(guò)以下所示的切削條件1、2進(jìn)行了連續(xù)切削試驗(yàn)。

[切削條件1]

工件材料：JIS·SCr420的滲碳淬火材料(硬度：HRC61)的圓棒

切削速度：220m/min.

切削深度：0.2mm

進(jìn)給速度：0.15mm/rev.

將切削工具的刀尖缺損為止的切削時(shí)間作為工具壽命。

[切削條件2]

工件材料：JIS·SCr420的滲碳淬火材料(硬度：HRC61)的長(zhǎng)邊方向上有1個(gè)10mm寬的槽

切削速度：150m/min.

切削深度：0.2mm

進(jìn)給速度：0.2mm/rev.

將切削工具的刀尖缺損為止的切削時(shí)間作為工具壽命。

在表5中示出切削條件1及切削條件2的切削試驗(yàn)結(jié)果。

[表5]

根據(jù)表5所示的結(jié)果，關(guān)于本發(fā)明切削工具1～8及本發(fā)明包覆切削工具2、4、6、8，在結(jié)合相中分散生成(均勻分散并存在)有以中值粒徑計(jì)直徑10nm～100nm的微粒Al₂O₃，在結(jié)合相的截面1μm×1μm的區(qū)域，生成有30個(gè)以上的微粒Al₂O₃，由此，即使在對(duì)高硬度鋼進(jìn)行切削時(shí)，也不易產(chǎn)生缺損、崩刃，因此，在長(zhǎng)期使用中發(fā)揮優(yōu)異的切削性能。并且，本發(fā)明包覆工具通過(guò)在工具基體的表面蒸鍍形成硬質(zhì)包覆層，由此，不損害前述的特性而進(jìn)一步改善了切削工具性能。

相對(duì)于此，關(guān)于比較切削工具1～7，結(jié)合相中的Al₂O₃不滿(mǎn)足本申請(qǐng)發(fā)明的切削工具所具有的特征，因此，明顯在高硬度鋼的切削加工中，均在較短時(shí)間內(nèi)到達(dá)壽命。

產(chǎn)業(yè)上的可利用性

如上所述，本申請(qǐng)發(fā)明的cBN切削工具的耐崩刃性、耐缺損性?xún)?yōu)異，因此不僅可適用于高硬度鋼的切削，而且還可適用于各種切削條件的切削，能夠充分滿(mǎn)足的方式應(yīng)對(duì)切削加工裝置的高性能化及切削加工的省力化及節(jié)能化、低成本化。

符號(hào)說(shuō)明

1-電弧離子蒸鍍裝置，2-旋轉(zhuǎn)臺(tái)，3-硬質(zhì)基體，4-偏置電源，5-陽(yáng)極電極，6-電弧電源，7-加熱器，8-磁力產(chǎn)生源(永磁體)，9-金屬Ti或Ti-Al合金靶(陰極電極)，10-反應(yīng)氣體導(dǎo)入口，11-排氣口。