JP6633735B2

JP6633735B2 - 切削インサート

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Publication number: JP6633735B2
Application number: JP2018501749A
Authority: JP
Inventors: 涼馬野見山; 純也前川
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2017-02-23
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2037-02-23
Also published as: DE112017000984B4; CN108698135B; KR102182816B1; US20190061011A1; DE112017000984T5; CN108698135A; KR20180104710A; JPWO2017146131A1; US11311944B2; WO2017146131A1

Description

本開示は、サーメットを有す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。また、例えば、特開２００２−１２６９１４号公報（特許文献１）では、第２面をＲａが０．０８μｍ以下の面粗さに加工し、切刃を鋭くした切削インサートが開示されている。

しかしながら、上記の特許文献１に記載の切削インサートでは、切刃における切れ味を高める効果があるものの、被削材の加工面を平滑にする効果は不十分であった。

一態様の切削インサートは、すくい面である第１面と、該第１面に隣接する逃げ面である第２面と、前記第１面と前記第２面との交差稜部の少なくとも一部に位置する切刃とを有する基体を具備する。該基体は、チタン並びに周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上を含む炭窒化物を含有する硬質相と、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、前記硬質相は、第１硬質相及び第２硬質相を有している。

また、Ｘ線回折分析において、前記第１硬質相のピークが前記第２硬質相のピークよりも高角度側に観測され、前記第２面における前記第２硬質相が１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有し、前記第１面の最大高さ（Ｒｚ）が０．２〜１μｍであり、前記第２面の最大高さ（Ｒｚ）が０．２〜１．５μｍであり、前記第１面の最大高さ(Ｒｚ)は、前記第２面の最大高さ(Ｒｚ)より小さく、前記切刃の最大高さは、２μmを超え、６μm以下であり、前記第２面の最大高さの２〜３０倍である。

一実施形態の切削インサートについての概略斜視図である。図１の切削インサートにおける基体を構成するサーメットの組織の一例を説明するための模式図である。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。一実施形態の切削工具を示す上面図である。

一実施形態の切削インサートについて、図１〜３を基に説明する。

本実施形態の切削インサート（以下、インサートと略す。）１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。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と第２面４との交差稜部の少なくとも一部に位置する切刃５とを有している。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。

本実施形態の基体２は、図２に示すようにサーメットからなる。基体２は、チタン並びに周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上を含む炭窒化物を含有する硬質相１１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１５とを有している。

硬質相１１は、互いに組成の異なる２種の相を有している。ここで、硬質相１１をＸ線回折分析して、２種の相の最大ピークを比較した場合に、第１硬質相１２の最大ピークは、第２硬質相１３の最大ピークよりも高角度側に観測される。言い換えれば、第２硬質相１３の最大ピークは第１硬質相１２の最大ピークよりも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２面４における第２硬質相１３が１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有し、第２面４の最大高さ（Ｒｚ）が０．２〜１．５μｍである。そして、切刃５の最大高さが第２面４の最大高さの２〜３０倍である。

このように、第２面４と比較して切刃５の凹凸が相対的に大きく設定されることによって、インサート１で被削材を切削加工する際、加工後すぐに切刃５における凹凸が被削材によって研磨されて、切刃５が被削材の加工面の形状に合った構成になりやすい。その結果、切削加工の開始後すみやかに、平滑な加工面が形成できる。

加えて、切刃５と比較して第２面４の最大高さが相対的に小さく設定されることによって、切削加工時に第２面４が加工面に接触した場合であっても、加工面の面精度が低下しにくい。

また、第２硬質相１３が１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有するので、第２硬質相１３が脱粒しにくく、切刃５はチッピングが生じにくい鋭利な状態を保つことができる。その結果、被削材の加工面粗度を平滑にできる。

本実施形態において切刃５の最大高さ（Ｒｚ）を測定するには、第２面４が正面となる向きにインサート１を置いて、切刃５の凹凸を観察し、図３のように切刃５の形状を記録する。そして、最大値から最小値を差し引くことにより最大高さ（Ｒｚ）を算出する。

また、本実施形態において第２面４の最大高さ（Ｒｚ）を測定するには、カットオフ値を０．０８ｍｍに固定する以外はＪＩＳＢ０６０１−２００１規格に準じて、第１面３に平行な方向で第２面４の表面形状を測定すればよい。測定は、例えば、触針を用いた接触式表面粗さ測定機、あるいは、レーザを用いた非接触式表面粗さ測定機を利用すればよい。

なお、チャートから読み取るときには、最大値から最小値を差し引いて最大高さ（Ｒｚ）を算出すればよい。測定した結果に基づいて、図３と同様に第２面４の形状を記録する。そして、第２面４の最大高さ（Ｒｚ）を算出すればよい。

なお、第１面３及び第２面４は、それぞれ焼き肌面であっても研削面であってもよい。第１面３及び第２面４が研削面である場合には、これらの面の最大高さを調整することが容易になる。

また、本実施態様における基体２は、炭素の含有量をＣ、窒素の含有量をＮとしたとき、炭素及び窒素の含有量の総和に対する窒素の含有量の質量比（Ｎ／（Ｃ＋Ｎ））が０．４５〜０．５５である場合には、基体２の耐摩耗性及び耐欠損性がともに高いため、切削加工時の切刃５のチッピングを抑制できる。

基体２における炭素の含有量としては、例えば６〜６．５質量％に設定でき、窒素の含有量としては、例えば６．５〜７．４質量％に設定できる。基体２中の炭素及び窒素の含有比率は、基体２の表面から５００μｍ以上深い領域における組織の一部を粉末にして組成分析を行うことによって測定できる。

本実施形態における基体２は、平面視した場合における硬質相１１及び結合相１５の面積比は、例えば、硬質相１１を６５〜９５面積％、結合相１５を５〜３５面積％に設定できる。硬質相１１及び結合相１５の面積比は、基体２の顕微鏡写真から画像解析法にて算出できる。硬質相１１が６５〜８３面積％、結合相１５が１７〜３５面積％である場合には、基体２の剛性及び靭性を高いものにできる。

次に、硬質相１１の一例について説明する。本実施形態における第１硬質相１２は、ＴｉＣＮ相からなる。また、本実施形態における第２硬質相１３は、チタン並びに周期表第４、５及び６族金属（ただし、チタンを除く。）のうちの１種以上の複合炭窒化物からなる。

基体２の第２面４を観察した場合において、粒状の第１硬質相１２及び第２硬質相１３が分散している構成であってもよく、また、一方の硬質相を他方の硬質相が取り囲んだ構造（有芯構造相）であってもよい。例えば、第１硬質相１２の一部が、第２硬質相１３によって取り囲まれた構造であってもよい。

また、硬質相１１は、第１硬質相１２及び第２硬質相１３のみによって構成されていてもよいが、これらの相以外の相を若干（硬質相１１全体の面積に対して１０％以下程度）含んでいてもよい。第１硬質相１２及び第２硬質相１３以外の相としては、例えば、Ｔｉを含有しない硬質相、並びに、周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上の炭化物及び窒化物からなる硬質相が挙げられる。

第１硬質相１２の平均粒径ｄ１は、例えば０．０５〜０．５μｍであり、第２硬質相１３の平均粒径ｄ２は、例えば０．５〜２μｍである。第１硬質相１２及び第２硬質相１３の粒径の比率（ｄ２／ｄ１）が３〜１０である場合には、研削加工によって第１面３及び第２面４の最大高さを所定の範囲内に制御することが容易となる。

また、ｄ２／ｄ１が３〜１０である場合には、第２硬質相１３の平均粒径ｄ２が第１硬質相１２の平均粒径ｄ１よりも大きいため、第２硬質相１３のみならず第１硬質相１２の脱粒が抑制されやすくなる。

顕微鏡観察における第１硬質相１２の面積比が、視野全体に対する面積比で２０〜３５面積％であり、第２硬質相１３の面積比が、視野全体に対する面積比で３５〜５０面積％である場合には、基体２の耐摩耗性を高くしつつ、耐欠損性を高めることができる。

本実施形態における結合相１５は、コバルト及びニッケルの少なくとも１種に加えてタングステンを含有していてもよい。結合相１５は、第１結合相１６及び第２結合相１７を有している。結合相１５は、コバルトの含有量をＣｏ、ニッケルの含有量をＮｉ、タングステンの含有量をＷで表わしたとき、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以下であり、第２結合相１７の質量比Ｗ／（Ｃｏ＋Ｎｉ）が１．２以上であってもよい。第１結合相１６、第２結合相１７の判別は、基体２の顕微鏡観察にて、電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）などによって各金属元素の分布を確認し、各位置における金属元素の比率の結果に基づいて行えばよい。

結合相１５が第１結合相１６及び第２結合相１７を有している場合には、基体２の放熱性が高く、切削時に切刃５の温度が高くなりにくいため、切刃５における耐摩耗性が向上する。また、第２結合相１７は、タングステン及びコバルトの複合炭窒化物に比べて弾性率が高く、インサート１に衝撃がかかったときに第２結合相１７の弾性変形により衝撃を吸収することができる。そのため、基体２の耐欠損性を高めることができ、切削中に切刃５に生じるチッピングを抑制することができる。

また、第１結合相１６は、硬質相１１との濡れ性が高く、クラックの進展を抑制し易いため、インサート１の耐欠損性を高めることができる。また、第１結合相１６及び第２結合相１７が存在することによって、所定の条件で加工した場合に、第２面４における第２硬質相１３の圧縮残留応力を１５０ＭＰａ以上にしやすく、切刃５の凹凸を所定の範囲内にしやすい。

本実施態様における基体２の各結合相の面積比は、例えば、第１結合相１６の面積が視野全体に対する面積比で１５〜２２面積％、第２結合相１７の面積が視野全体に対する面積比で２〜２０面積％であり、第１結合相１６及び第２結合相１７を含む結合相１５全体の面積比が１７〜３５面積％である。

第１結合相１６の面積に対する第２結合相１７の面積の比率（（第２結合相１７の面積）／（第１結合相１６の面積））は、特定の範囲に限定されるものではないが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、第１結合相１６の面積に対する第２結合相１７の面積の比率が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。

結合相１５は、第１結合相１６及び第２結合相１７のみを有していてもよく、また、これら以外の相を有していてもよい。図２では、結合相１５が第１結合相１６及び第２結合相１７のみによって構成され、その他の相が存在しない構成が示されている。なお、結合相１５全体に対する第１結合相１６及び第２結合相１７の面積の比率が０．９以上である場合には、基体２の放熱性が安定して高められるため、切刃５における耐摩耗性が安定して向上する。

基体２に含有される金属総量に対する各金属元素の含有量の一例としては、チタンが３０〜５５質量％、タングステンが１０〜３０質量％、ニオブが０〜２０質量％、モリブデンが０〜１０質量％、タンタルが０〜１０質量％、バナジウムが０〜５質量％、ジルコニウムが０〜５質量％、コバルトが５〜２５質量％、ニッケルが０〜１５質量％の比率からなる。各金属元素の含有量が上記の範囲であれば、基体２は耐摩耗性及び耐欠損性の高いものとなる。

硬質相１１及び結合相１５の組成は、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１２及び第２硬質相１３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。なお、第１硬質相１２の一部が第２硬質相１３によって取り囲まれた構造を硬質相１１が有している場合には、第１硬質相１２を取り囲んだ第２硬質相１３の粒径は、第１硬質相１２も第２硬質相１３の一部とみなして算出すればよい。

既に示したように、第２面４における第２硬質相１３が１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有することによって第２硬質相１３が脱粒しにくい。このとき、第２面４における第１硬質相１２が３０〜１４５ＭＰａの圧縮残留応力を有する場合には、第２硬質相１３に加えて第１硬質相１２も脱粒しにくくなるため、切削時の衝撃による切刃５のチッピングがさらに抑制される。

硬質相１１の残留応力を測定するには、例えば２Ｄ法を用いて測定すればよい。具体的には、基体２の第１面３及び第２面４における切刃５から１ｍｍ以上離れた部分をそれぞれ測定位置とする。これらの位置でＸ線回折ピークを測定する。残留応力の測定においては、２θの値が１３５〜１４０度の間に現れる（４２２）面のピークをＸ線回折ピークとして用いる。

その際、低角度側に現れるピークｐ_２（４２２）を第２硬質相１３に帰属されるピーク、高角度側に現れるピークｐ_１（４２２）を第１硬質相１２に帰属されるピークとして、第１硬質相１２及び第２硬質相１３の残留応力をそれぞれ測定する。

なお、残留応力の算出に際して必要な数値については、窒化チタンのポアソン比＝０．２、ヤング率＝４２３７２９ＭＰａを用いて算出する。また、Ｘ線回折測定の条件としては、Ｘ線の線源としてＣｕＫα線を用い、出力＝４５ｋＶ、１１０ｍＡであり、鏡面加工した第１面３及び第２面４に上記のＸ線を照射して残留応力の測定を行う。

本実施形態において、第２面４の最大高さが０．２〜１．５μｍであることから、切刃５の最大高さを所定の範囲内に制御し易い。ここで、第１面３の最大高さが０．２〜１μｍであり、且つ、切刃５の最大高さが１．５〜６μｍである場合には、切削中の切刃５を鋭利な状態に保ち易い。特に、第１面３の最大高さが第２面４の最大高さより小さい場合には、切刃５における凹凸を所定の範囲に制御し易いとともに、切削加工時に切屑が第１面３に溶着しにくい。

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、切屑の溶着が少ないため、加工面がくすみにくい。このとき、第２面４の算術平均粗さ（Ｒａ）は例えば０．０７〜０．２μｍに設定できる。第１面３及び第２面４の算術平均粗さ（Ｒａ）は、カットオフ値を０．０８ｍｍに固定する以外はＪＩＳＢ０６０１−２００１規格に準じて測定すればよい。

また、第２面４が、切刃５と平行な方向に延びた複数の溝を有する場合には、切刃５の最大高さが過度に大きくなることが避けられるとともに、加工面の面粗度をより平滑にすることができる。これは、第２面４が複数の溝を有する場合には、加工面への第２面４の接触面積を減らすことができるためである。また、複数の溝が切刃５と平行な方向に延びている場合には、加工面に第２面４が接触した場合であっても、溝の形状が加工面に転写されにくいため、加工面の面粗度がより平滑になる。なお、溝の深さとしては、例えば、０．２〜１．５μｍ程度に設定すればよい。

また、第１面３及び第２面４に直交する断面において、切刃５が１０μｍ以下の曲率半径を有する場合には、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、切刃５を鋭利にすることによって、切刃５を含む交差稜部の凹凸を所定の範囲内に制御し易くなる。

また、第１面３及び第２面４に直交する断面において、切刃５が１μｍ以上の曲率半径を有する場合には、切刃５の強度が過度に低下することが避けられる。そのため、例えばインサート１の保管時又は運搬時などにおいて、切刃５が欠けることが避けられ易い。

切刃５の曲率半径は、第１面３、第２面４及び切刃５が観察できる表面領域又は断面において、三次元形状測定器にて測定すればよい。そのため、上記した切刃５の曲率半径は必ずしも断面で評価しなくてもよい。

なお、上述したインサート１は、サーメットからなる基体２のみを備えているが、インサート１は基体２だけでなく、基体２の上に位置して基体２を被覆する被覆層を備えていてもよい。なお、インサート１が、サーメットからなる基体２のみを備えている場合には、被削材の加工面に溶着等が生じることを抑制でき、良好な加工面が得られる。

（製造方法）
次に、上述したインサート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。

本実施態様においては、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。本実施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、本実施形態によれば、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。本実施態様によれば、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１７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１２及び第２硬質相１３に所定の残留応力を付与できる。その結果、上述した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。

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及び第１面３と反対側に位置する面の２つの面がそれぞれ砥石に接するように、焼結体を砥石に挟んで研削加工する。次に、所望により、第１面３の最大高さ（Ｒｚ）が０．２〜１．０μｍとなるように、♯１０００〜＃８０００番の砥石を用いてブレーカ面を加工する。次に、基体２の側面である第２面４に対して、♯４００〜＃８００番の砥石を用い、砥石回転数５００〜５０００ｒｐｍ、ワーク送り０．５〜５ｍｍ／分として研削加工する。このとき、第２面４の最大高さＲｚが０．２〜１．５μｍとなるとともに、第１面３の最大高さ（Ｒｚ）が第２面４の最大高さ（Ｒｚ）よりも平滑になる加工条件で加工する。

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４に示すように、第１端（図４における上端）から第２端（図４における下端）に向かって延びる棒状体であり、第１端側にポケット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、交差稜部における切刃５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、平均粒径１．１μｍのＷＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＴｉＮ粉末、平均粒径２μｍのＴａＣ粉末、平均粒径１．５μｍのＮｂＣ粉末、平均粒径２μｍのＭｏＣ粉末、平均粒径１．８μｍのＺｒＣ粉末、平均粒径１μｍのＶＣ粉末、平均粒径２．４μｍのＮｉ粉末及び平均粒径１．９μｍのＣｏ粉末、並びに、Ｗ粉末又はＷＣ_０．５粉末を表１に示す比率で調整し、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℃から表１に示す第２焼成温度まで１０℃／分で昇温し、（ｄ）１０００ＰａのＮ_２ガス雰囲気中にて第２焼成温度にて１時間保持した後、（ｅ）Ｎ_２ガス雰囲気において、表１に示す降温速度及び圧力で降温する焼成条件で焼成した。

そして、砥石♯１０００、砥石回転数２０００ｒｐｍ、ワーク送り３ｍｍ／ｍｉｎにて第１面を加工した後、砥石♯５００と加工条件砥石回転数２０００ｒｐｍ、ワーク送り２ｍｍ／ｍｉｎにて第２面を研削加工し、切刃の曲率半径が５μｍのインサートを得た。

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を測定した。結果は表２に示した。

また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察を行い、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。

以下、視野全体に対する第１硬質相の面積の比率をＳ１、視野全体に対する第２硬質相の面積の比率をＳ２、視野全体に対する第１結合相の面積の比率をｓ１、視野全体に対する第２結合相の面積の比率をｓ２とする。

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い、第１結合相の面積比ｓ１、第２結合相の面積比ｓ２及びその他の結合相の面積比（表中、その他と記載）視野内での面積比を確認し、比率ｓ２／ｓ１を表記した。また、結合相全体に対するｓ１及びｓ２の合計の面積比（表中、ｓ１＋ｓ２比と記載）を算出した。

硬質相については、第１硬質相及び第２硬質相の平均粒径（ｄ１、ｄ２）とその比率ｄ２／ｄ１、視野内での第１硬質相の面積比Ｓ１、第２硬質相の面積比Ｓ２を測定した。結果は表３に示した。

さらに、第１面、第２面、切刃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硬質相の残留応力を測定した。また、第２面において、顕微鏡を用いて溝の有無及び方向を確認した。

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った。結果は表５に合わせて併記した。
（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：寿命に至った切削長を測定した。

表１〜５より、切刃の最大高さが第２面の最大高さの２〜３０倍で、第２面における第２硬質相が圧縮残留応力１５０ＭＰａ以上である試料Ｎｏ．Ｉ−１〜３では、いずれも、加工面の面粗度が平滑で、加工面にくすみがなく、かつ切削長が長いものであった。

特に、第２面における第１硬質相の圧縮残留応力が３０〜１４５ＭＰａの範囲に含まれる、試料Ｎｏ．Ｉ−２及び３では、切刃のチッピングが抑制されたため、加工面の面粗度が特に優れた値となっていた。

また、第１面の最大高さが第２面の最大高さより小さい、試料Ｎｏ．Ｉ−１及び３では、切削加工時に切屑が第１面に溶着しにくかったため、安定して切削を行うことができ、切削長が特に長かった。

実施例１の試料Ｎｏ．１を用いて、表６に示す研削方法に変更して加工し、切刃を作製した。得られたインサートについて、実施例１と同様に、最大高さ及び算術平均粗さ、第１硬質相及び第２硬質相の残留応力、第２面における溝の有無及び方向を測定した。また、実施例１と同じ切削条件で切削性能を評価した。

表６〜７より、切刃の最大高さが第２面の最大高さの２〜３０倍で、第２面における第２硬質相が圧縮残留応力１５０ＭＰａ以上である試料Ｎｏ．ＩＩ−１〜３では、いずれも、加工面の面粗度が平滑で、加工面にくすみがなく、かつ切削長が長いものであった。

また、第２面が切刃と平行な方向に延びた複数の溝を有している、試料Ｎｏ．ＩＩ−１及び２では、溝の形状が加工面に転写されにくいため、加工面の面粗度及び切削長が優れた値となっていた。

第１面の最大高さが第２面の最大高さより小さい、試料Ｎｏ．ＩＩ−１では、切削加工時に切屑が第１面に溶着しにくかったため、安定して切削を行うことができ、加工面の面粗度及び切削長が特に優れた値となっていた。

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切刃
１１硬質相
１２第１硬質相
１３第２硬質相
１５結合相
１６第１結合相
１７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

すくい面である第１面と、該第１面に隣接する逃げ面である第２面と、前記第１面と前記第２面との交差稜部の少なくとも一部に位置する切刃とを有する基体を具備し、
該基体は、チタン並びに周期表第４、５及び６族金属のうちの１種以上を含む炭窒化物を含有する硬質相と、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、
前記硬質相は、第１硬質相及び第２硬質相を有し、
Ｘ線回折分析において、前記第１硬質相のピークが前記第２硬質相のピークよりも高角度側に観測され、
前記第２面における前記第２硬質相が１５０ＭＰａ以上の圧縮残留応力を有し、
前記第１面の最大高さ(Ｒｚ)が０．２〜１μｍであり、
前記第２面の最大高さ(Ｒｚ)が０．２〜１．５μｍであり、
前記第１面の最大高さ(Ｒｚ)は、前記第２面の最大高さ(Ｒｚ)より小さく、
前記切刃の最大高さ(Ｒｚ)は、２μmを超え、６μm以下であり、前記第２面の最大高さの２〜３０倍である切削インサート。
前記基体における炭素及び窒素の含有量の総和に対する窒素の含有量の質量比（Ｎ／（Ｃ＋Ｎ））が０．４５〜０．５５である請求項１に記載の切削インサート。
前記第２面における前記第１硬質相が３０〜１４５ＭＰａの圧縮残留応力を有する請求項１または２に記載のインサート。
前記第２面は、前記切刃と平行な方向に延びた複数の溝を有する請求項１〜３のいずれか１つに記載のインサート。
前記交差稜部に直交する断面において、前記切刃が１〜１０μｍの曲率半径を有する請求項１〜４のいずれか１つに記載のインサート。
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１〜５のいずれか１つに記載のインサートとを備えた切削工具。