WO2025027677A1 - 超硬合金および切削工具 - Google Patents

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WO2025027677A1
WO2025027677A1 PCT/JP2023/027732 JP2023027732W WO2025027677A1 WO 2025027677 A1 WO2025027677 A1 WO 2025027677A1 JP 2023027732 W JP2023027732 W JP 2023027732W WO 2025027677 A1 WO2025027677 A1 WO 2025027677A1
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cemented carbide
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less
peak
tungsten
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好博 木村
保樹 城戸
アノンサック パサート
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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    • C22C2200/00—Crystalline structure

Definitions

  • This disclosure relates to cemented carbide and cutting tools.
  • cemented carbide alloys containing tungsten carbide (WC) particles and a binder phase mainly composed of cobalt, etc. have been used as materials for cutting tools (Patent Documents 1 and 2).
  • the cemented carbide of the present disclosure is A cemented carbide comprising a plurality of tungsten carbide particles and a binder phase,
  • the cemented carbide contains 80 volume % or more of the tungsten carbide particles and the binder phase in total,
  • the cemented carbide contains the binder phase in an amount of 0.1% by volume or more and 20% by volume or less,
  • the cemented carbide contains at least one first element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, cerium, yttrium, and boron;
  • the cemented carbide contains the first element in a total amount of 0.01 atomic % or more and 20 atomic % or less,
  • the binder phase contains 50% by mass or more of cobalt,
  • a first graph showing the results of line analysis performed using an energy dispersive X-ray spectrometer attached to a transmission electron microscope along a first direction from adjacent binder phases toward the tungsten carbide particles, the results being plotted on
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a cemented carbide according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows an example of a first graph of the cemented carbide according to the first embodiment.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a cutting tool according to a second embodiment.
  • the present disclosure therefore aims to provide a cemented carbide that, when used as a tool material, can provide a cutting tool with a long tool life, particularly in high-speed machining of difficult-to-cut materials, as well as a cutting tool with a long tool life.
  • the cemented carbide of the present disclosure is A cemented carbide comprising a plurality of tungsten carbide particles and a binder phase, The cemented carbide contains 80 volume % or more of the tungsten carbide particles and the binder phase in total, The cemented carbide contains the binder phase in an amount of 0.1% by volume or more and 20% by volume or less, The cemented carbide contains at least one first element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, cerium, yttrium, and boron; The cemented carbide contains the first element in a total amount of 0.01 atomic % or more and 20 atomic % or less, The binder phase contains 50% by mass or more of cobalt, A first graph showing the results of line analysis performed using an energy dispersive X-ray spectrometer attached to a transmission electron microscope along a first direction from adjacent binder phases
  • a cemented carbide that, when used as a cutting tool material, can provide a cutting tool with a long tool life, particularly in high-speed machining of difficult-to-cut materials, and a cutting tool with a long tool life.
  • the cemented carbide may contain 18 volume percent or less of the binder phase. This further improves the tool life.
  • the cutting tool disclosed herein is a cutting tool having a cutting edge made of the cemented carbide alloy described in (1) or (2) above.
  • the cutting tools disclosed herein can have a long tool life.
  • a ⁇ B means the upper and lower limits of a range (i.e., greater than or equal to A and less than or equal to B). If no unit is stated for A and only a unit is stated for B, the units of A and B are the same.
  • any one numerical value listed as the lower limit and any one numerical value listed as the upper limit is also considered to be disclosed.
  • a1 or more, b1 or more, and c1 or more are listed as the lower limit and a2 or less, b2 or less, and c2 or less are listed as the upper limit, a1 or more and a2 or less, a1 or more and b2 or less, a1 or more and c2 or less, b1 or more and a2 or less, b1 or more and b2 or less, b1 or more and c2 or less, c1 or more and a2 or less, c1 or more and b2 or less, and c1 or more and c2 or less are considered to be disclosed.
  • the cemented carbide according to one embodiment of the present disclosure (hereinafter also referred to as "embodiment 1") is A cemented carbide comprising a plurality of tungsten carbide particles and a binder phase, The cemented carbide contains 80 volume % or more of the tungsten carbide particles and the binder phase in total, The cemented carbide contains 0.1% by volume or more and 20% by volume or less of the binder phase, The cemented carbide comprises at least one first element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, cerium, yttrium, and boron; The cemented carbide contains the first element in a total amount of 0.01 atomic % or more and 20 atomic % or less, The binder phase contains at least 50% by weight of cobalt, a first graph showing the results of line analysis performed using an energy dispersive X-ray spectrometer attached to a transmission electron microscope along a first direction from
  • the cemented carbide of embodiment 1 When used as a tool material, the cemented carbide of embodiment 1 can provide a cutting tool with a long tool life, particularly in high-speed machining of difficult-to-cut materials, and can provide a cutting tool with a long tool life. The reason for this is not clear, but is presumed to be as follows.
  • the cemented carbide of the first embodiment comprises a plurality of tungsten carbide particles (hereinafter also referred to as "WC particles") and a binder phase, and the total content of the WC particles and binder phase in the cemented carbide is 80 volume % or more.
  • WC particles tungsten carbide particles
  • the cemented carbide has high hardness and strength, and a cutting tool using the cemented carbide can have excellent wear resistance and chipping resistance.
  • the cemented carbide of embodiment 1 contains a binder phase of 0.1 volume % or more and 20 volume % or less, and the binder phase contains cobalt of 50 mass % or more.
  • the cemented carbide has high hardness and strength, and a cutting tool using the cemented carbide can have excellent wear resistance and chipping resistance.
  • the cemented carbide of embodiment 1 contains at least one first element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, cerium, yttrium, and boron in a total amount of 0.01 atomic % to 20 atomic %.
  • the maximum peak M of each first element exists between the tungsten peak W1 closest to the origin and another tungsten peak W2 closest to peak W1. This indicates that a maximum concentration region of the first element exists in the surface layer portion of the tungsten carbide particle.
  • the ratio IB/IA of the intensity IB to the maximum peak intensity IA is 0.5 or less. This indicates that the first element exists only in the surface layer portion of the tungsten carbide particle and does not penetrate deep inside the tungsten carbide particle.
  • the first element is present only in the surface layer of the tungsten carbide particles, improving the adhesion resistance of the cemented carbide.
  • the cemented carbide of embodiment 1 when used in a cutting tool, the occurrence of damage such as chipping caused by adhesion during cutting is suppressed.
  • the first element does not penetrate deep into the tungsten carbide particles, so the basic physical properties of the tungsten carbide particles, such as high hardness and strength, do not change significantly and are maintained.
  • the cemented carbide 3 of the first embodiment includes a plurality of tungsten carbide particles 1 (hereinafter, also referred to as "WC particles") and a binder phase 2, and the total content of the WC particles and the binder phase of the cemented carbide 3 is 80% by volume or more.
  • the lower limit of the total content of the WC particles and the binder phase of the cemented carbide may be 82% by volume or more, 84% by volume or more, 85% by volume or more, or 86% by volume or more.
  • the upper limit of the total content of the WC particles and the binder phase of the cemented carbide may be 100% by volume or less.
  • the upper limit of the total content of the WC particles and the binder phase of the cemented carbide may be 99% by volume or less, or 98% by volume or less.
  • the total content of the WC particles and the binder phase of the cemented carbide may be 80% by volume or more and 100% by volume or less, 82% by volume or more and 100% by volume or less, or 84% by volume or more and 100% by volume or less.
  • the cemented carbide of the first embodiment can be composed of a plurality of tungsten carbide particles and a binder phase.
  • the cemented carbide of the present embodiment can include other phases in addition to the tungsten carbide particles and the binder phase.
  • the other phases can include at least one phase selected from the group consisting of TiCN, TiC, TiO 2 , TaC, Ta 2 O 5 , ZrC, ZrO 2 , CeC 2 , CeO 2 , YC, Y 2 O 3 , B 4 C and B 2 O 3 .
  • the cemented carbide of embodiment 1 may be composed of tungsten carbide particles, a binder phase, and other phases.
  • the content of other phases in the cemented carbide is acceptable within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
  • the content of other phases in the cemented carbide may be 0 vol.% or more and 20 vol.% or less, 0 vol.% or more and 18 vol.% or less, or 0 vol.% or more and 16 vol.% or less.
  • the total content of WC particles and binder phases in the cemented carbide may be 80 vol.% or more and less than 100 vol.%, 82 vol.% or more and less than 100 vol.%, or 84 vol.% or more and less than 100 vol.%.
  • the cemented carbide of the first embodiment may contain impurities.
  • impurities include manganese (Mn), magnesium (Mg), calcium (Ca), and sulfur (S).
  • the impurity content of the cemented carbide is acceptable within a range that does not impair the effects of the present disclosure.
  • the impurity content of the cemented carbide is preferably 0% by mass or more and less than 0.1% by mass.
  • the impurity content of the cemented carbide is measured by ICP optical emission spectroscopy (measuring device: Shimadzu Corporation "ICPS-8100" (trademark)).
  • the lower limit of the content of tungsten carbide particles in the cemented carbide of embodiment 1 may be 60 volume% or more, 65 volume% or more, 66 volume% or more, or 68 volume% or more.
  • the upper limit of the content of tungsten carbide particles in the cemented carbide may be 99.9 volume% or less, 99.8 volume% or less, 99 volume% or less, 98 volume% or less, 96 volume% or less, or 94 volume% or less.
  • the content of tungsten carbide particles in the cemented carbide may be 60 volume% or more and 99.9 volume% or less, 65 volume% or more and 99.8 volume% or less, 66 volume% or more and 99 volume% or less, or 68 volume% or more and 98 volume% or less.
  • the cemented carbide of embodiment 1 contains a binder phase of 0.1 volume % or more and 20 volume % or less.
  • the lower limit of the binder phase content of the cemented carbide is 0.1 volume % or more, 1 volume % or more, 2 volume % or more, 3 volume % or more, 5 volume % or more, or 8 volume % or more, from the viewpoint of improving toughness.
  • the upper limit of the binder phase content of the cemented carbide is 20 volume % or less, 19 volume % or less, 18 volume % or less, 17 volume % or less, 16 volume % or less, or 15 volume % or less, from the viewpoint of improving hardness.
  • the binder phase content of the cemented carbide may be 0.1 volume % or more and 18 volume % or less, 1 volume % or more and 18 volume % or less, 3 volume % or more and 17 volume % or less, 5 volume % or more and 16 volume % or less, or 8 volume % or more and 15 volume % or less.
  • content of the binder phase in the cemented carbide is 18 volume percent or less, the hardness and wear resistance of the cemented carbide are further improved, and the tool life of cutting tools using the cemented carbide as a material is further improved.
  • the method for measuring the tungsten carbide particle content (volume %) of the cemented carbide and the binder phase content (volume %) of the cemented carbide is as follows.
  • the mirror-finished surface of the cemented carbide is photographed with a scanning electron microscope (SEM) to obtain a backscattered electron image.
  • the area photographed for the image is set to the center of the cross section of the cemented carbide, that is, a position that does not include areas with properties that are clearly different from the bulk part, such as near the surface of the cemented carbide (a position where the entire imaged area is the bulk part of the cemented carbide).
  • the observation magnification is 5000x.
  • the measurement conditions are an acceleration voltage of 3 kV, a current value of 2 nA, and a working distance (WD) of 5 mm.
  • (D1) The photographed area of (C1) above is analyzed using an energy dispersive X-ray analyzer (SEM-EDX) attached to a SEM to determine the distribution of the elements identified in (B1) above in the photographed area, and an element mapping image is obtained.
  • SEM-EDX energy dispersive X-ray analyzer
  • the above measurement (G1) is performed in five different non-overlapping measurement fields.
  • the average of the area percentages of tungsten carbide particles in the five measurement fields corresponds to the content (volume %) of tungsten carbide particles in the cemented carbide
  • the average of the area percentages of the binder phase in the five measurement fields corresponds to the content (volume %) of the binder phase in the cemented carbide.
  • the content of the other phases in the cemented carbide can be obtained by subtracting the content (volume %) of the tungsten carbide grains and the content (volume %) of the binder phase measured by the above procedure from the total cemented carbide (100 volume %).
  • the cut-out location of the cemented carbide cross section, the photographed area described in (C1) above, and the measurement field described in (G1) above can be arbitrarily set, and even when the tungsten carbide particle content and binder phase content of the cemented carbide are measured multiple times according to the above procedure, there is little variation in the measurement results, and it has been confirmed that the cut-out location of the cemented carbide cross section, the photographed area, and the measurement field can be arbitrarily set without being arbitrary.
  • the tungsten carbide particles include tungsten carbide and a first element.
  • the inclusion of the first element in the tungsten carbide particles is indicated by confirming that the maximum peak M of each of the first elements is between the tungsten peak W1 closest to the origin and another tungsten peak W2 closest to the peak W1 in a first graph obtained by performing line analysis on the cemented carbide.
  • the tungsten carbide particles may contain impurity elements other than carbon, tungsten, and the first element.
  • the impurity content of the tungsten carbide particles (if the impurity elements are two or more types, the total concentration of the elements) is less than 0.1 mass%.
  • the impurity element content of the tungsten carbide particles is measured by ICP emission spectrometry.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles is not particularly limited.
  • the average particle size of the tungsten carbide particles can be, for example, 0.1 ⁇ m or more and 3.5 ⁇ m or less. It has been confirmed that the cemented carbide of the first embodiment can have a long tool life regardless of the average particle size of the tungsten carbide particles.
  • the binder phase contains 50% by mass or more of cobalt. This can impart excellent toughness to the cemented carbide.
  • the lower limit of the cobalt content of the binder phase may be 55% by mass or more, 60% by mass or more, or 65% by mass or more.
  • the upper limit of the cobalt content of the binder phase may be 100% by mass or less, less than 100% by mass, 99% by mass or less, 98% by mass or less, 95% by mass or less, or 90% by mass or less.
  • the cobalt content of the binder phase may be 50% by mass or more and less than 100% by mass, 60% by mass or more and 99% by mass or less, 65% by mass or more and 98% by mass or less, 65% by mass or more and 95% by mass or less, or 65% by mass or more and 90% by mass or less.
  • the method for measuring the cobalt content of the binder phase is as follows. Using the same method as (A1) to (F1) for measuring the tungsten carbide particle content and binder phase content of the cemented carbide above, the area where the binder phase exists is identified on the image after binarization processing. The area where the binder phase exists is analyzed using SEM-EDX to measure the cobalt content of the binder phase.
  • the bonding phase may contain, in addition to cobalt, at least one second element selected from the group consisting of boron (B), aluminum (Al), silicon (Si), iron (Fe), nickel (Ni), germanium (Ge), ruthenium (Ru), rhenium (Re), osmium (Os), iridium (Ir), platinum (Pt), tantalum (Ta) and niobium (Nb).
  • the bonding phase may be composed of cobalt, a second element and unavoidable impurities. Examples of the unavoidable impurities include manganese (Mn), magnesium (Mg), calcium (Ca) and sulfur (S).
  • the content of the unavoidable impurities in the bonding phase is less than 0.1% by mass.
  • the content of the impurity elements in the bonding phase is measured by ICP emission spectrometry.
  • the cemented carbide of the first embodiment contains at least one first element selected from the group consisting of titanium, tantalum, niobium, zirconium, cerium, yttrium, and boron.
  • the total content of the first elements in the cemented carbide is 0.01 atomic % or more and 20 atomic % or less.
  • the total content of the first elements means the content of one type of first element when the cemented carbide contains one type of first element, and means the total content of all first elements contained in the cemented carbide when the cemented carbide contains two or more types of first elements.
  • the lower limit of the total content of the first element in the cemented carbide is 0.01 atomic % or more, may be 0.07 atomic % or more, may be 0.09 atomic % or more, may be 0.10 atomic % or more, may be 0.50 atomic % or more, may be 1.0 atomic % or more, may be 3.0 atomic % or more, may be 5.0 atomic % or more, or may be 7.0 atomic % or more, from the viewpoint of improving adhesion resistance.
  • the upper limit of the content of the first element in the cemented carbide is 20.0 atomic % or less, may be 17.0 atomic % or less, may be 15.0 atomic % or less, may be 14.0 atomic % or less, or may be 10.0 atomic % or less, from the viewpoint of suppressing deterioration of the basic physical properties of the cemented carbide.
  • the total content of the first element in the cemented carbide may be 0.07 atomic % or more and 17.0 atomic % or less, 0.09 atomic % or more and 15.0 atomic % or less, 0.10 atomic % or more and 15.0 atomic % or less, 0.50 atomic % or more and 15.0 atomic % or less, 1.0 atomic % or more and 14.0 atomic % or less, 3.0 atomic % or more and 14.0 atomic % or less, 5.0 atomic % or more and 10.0 atomic % or less, or 7.0 atomic % or more and 10.0 atomic % or less.
  • the type of the first element contained in the cemented carbide and the content of the first element contained in the cemented carbide are determined by ICP optical emission spectrometry.
  • FIG. 2 is an example of a first graph showing the results obtained by performing line analysis on the cemented carbide of the first embodiment, tungsten, cobalt, and the first element (titanium in FIG. 2), which are elements contained in the cemented carbide, in a coordinate system in which the X axis is the distance [nm] from the position where cobalt shows the maximum intensity, and the Y axis is the normalized intensity (normalized intensity) [a.u.].
  • the binder phase is cobalt.
  • the origin O is 0 nm away from the X axis, and corresponds to the position where cobalt shows the maximum intensity in the line analysis results.
  • the normalized intensity is the intensity shown relatively to the maximum intensity in the area where the line analysis was performed, which is 100.
  • the maximum peak M of the first element is between the peak W1 of tungsten closest to the origin O of the first graph and another peak W2 of tungsten closest to the peak W1.
  • the peak W2 is located farther from the origin O than the peak W1. That is, the distance Pw1 at the maximum peak intensity Iw1 of the peak W1, the distance Pw2 at the maximum peak intensity Iw2 of the peak W2, and the distance P1 at the maximum peak intensity IA of the maximum peak M show a relationship of Pw1 ⁇ P1 ⁇ Pw2 .
  • the peak intensity of the peak of each element in the first graph means the normalized intensity of the peak of each element.
  • the ratio IB/IA of the intensity IB to the maximum peak intensity IA of the maximum peak M is 0.5 or less.
  • the intensity IB is the intensity of the first element at position P2, which is 0.2 nm away from the position P1 of the maximum peak intensity toward the opposite side of the origin.
  • the first element is one type of element (titanium), so there is one peak M.
  • the maximum peaks of the first element exist in the same number as the types of elements, all peaks exist between peaks W1 and W2, and the ratio IB/IA for each peak is 0.5 or less.
  • the upper limit of the ratio IB/IA is 0.5 or less, and may be 0.4 or less, 0.3 or less, 0.2 or less, or 0.1 or less.
  • the lower limit of the ratio IB/IA may be 0 or more, 0.001 or more, 0.002 or more, 0.003 or more, 0.005 or more, 0.01 or more, 0.02 or more, or 0.05 or more.
  • the ratio IB/IA may be 0 or more and 0.5 or less, 0.001 or more and 0.5 or less, 0.005 or more and 0.4 or less, 0.01 or more and 0.3 or less, or 0.05 or more and 0.2 or less.
  • the line analysis of the cemented carbide and the acquisition of the first graph based on the analysis results are performed as follows.
  • the cemented carbide is sliced to a thickness of 30 to 100 nm using an argon ion slicer ("Cryo Ion Slicer IB-09060BCIS” (trademark) manufactured by JEOL Ltd.) at an accelerating voltage of 6 kV and finishing voltage of 2 kV to prepare a measurement sample.
  • the measurement sample is then observed at 200,000 times magnification using a TEM (Transmission Electron Microscopy) ("JEM-ARM300F2" (trademark) manufactured by JEOL Ltd.) at an accelerating voltage of 200 V to obtain a first image (not shown).
  • TEM Transmission Electron Microscopy
  • the tungsten carbide particles are observed as white areas and the binder phase is observed as black areas.
  • the interface between the tungsten carbide particles and the binder phase is arbitrarily selected.
  • the selected interface is positioned so as to pass through the center of the image, and the observation magnification is adjusted so that the field of view size is 10 nm x 10 nm, and a second image is obtained (not shown).
  • the extension direction of the interface is confirmed.
  • Line analysis is performed using an energy dispersive X-ray spectrometer (TEM-EDX) attached to a transmission electron microscope along a first direction perpendicular to the extension direction and extending from a position X1 in the bonding phase to a position X2 in a tungsten carbide particle adjacent to the bonding phase, and the distribution of tungsten, cobalt, and the first element is measured.
  • TEM-EDX energy dispersive X-ray spectrometer
  • the direction perpendicular to the extension direction of the interface means the direction along a straight line that intersects with the tangent of the extension direction at an angle of 90° ⁇ 5°.
  • the position X1 in the bonding phase is set to a position in the first graph where the distance from the distance P1 of the peak M to the origin side is 0.5 nm or more and 5 nm or less, and where the peak of cobalt can be confirmed.
  • Position X2 in the tungsten carbide particle is set to a position in the first graph where the distance from the distance P1 of the peak M to the opposite side of the origin is 2 nm or more and 5 nm or less.
  • the conditions for performing EDX are an acceleration voltage of 200 kV, a camera length of 10 cm, a pixel count of 128 x 128 pixels, and a dwell time of 0.02 to 3 s/pixel.
  • the first graph is obtained by plotting the measurement results for tungsten, cobalt, and the first element in a coordinate system in which the X-axis represents the distance from the position where cobalt shows the maximum intensity, and the Y-axis represents the normalized intensity.
  • first images of non-overlapping fields of view are arbitrarily obtained for a cemented carbide, and the above-mentioned analysis is performed based on each of the first images to obtain five first graphs. If, in four or more first graphs, "the maximum peak M of each of the first elements is between peak W1 and peak W2, and the ratio IB/IA is 0.5 or less," it is determined that, in the first graph of the cemented carbide, "the maximum peak M of each of the first elements is between peak W1 and peak W2, and the ratio IB/IA is 0.5 or less.” In order to obtain this judgment criterion, the inventors performed multiple line analyses for each of multiple cemented carbide.
  • the cemented carbide exhibits the effect of the present disclosure.
  • the manufacturing method of cemented carbide it is presumed that the presence of tungsten and the first element in the interface region between the WC grains and the binder phase will be roughly the same within the same cemented carbide.
  • the cemented carbide of this embodiment can be manufactured by carrying out the steps of preparing raw material powder, mixing, molding, sintering, cooling and HIP in the above-mentioned order. Each step will be described below.
  • the preparation step is a step of preparing raw material powders of materials constituting the cemented carbide material.
  • raw material powders include tungsten carbide powder (hereinafter also referred to as "WC powder"), cobalt (Co) powder, and first element-containing powder.
  • first element-containing powders include TiCN powder, TaC powder, NbC powder , ZrC powder, CeC2 powder, Y2O3 powder, and B4C powder .
  • nickel (Ni) powder and the like can be prepared. These raw material powders can be commercially available.
  • the average particle size of these raw material powders is not particularly limited and can be, for example, 0.1 to 3.0 ⁇ m.
  • the average particle size of the raw material powder means the average particle size measured by the FSSS (Fisher Sub-Sieve Sizer) method. The average particle size is measured using a "Sub-Sieve Sizer Model 95" (trademark) manufactured by Fisher Scientific.
  • the mixing step is a step of mixing the raw material powders prepared in the preparation step in a predetermined ratio.
  • a mixed powder in which the raw material powders are mixed is obtained by the mixing step.
  • the mixing ratio of the raw material powders is appropriately adjusted depending on the composition of the target cemented carbide.
  • a ball mill can be used to mix the raw material powders.
  • the mixing conditions can be, for example, a media diameter of 6 mm, a rotation speed of 100 rpm, and a mixing time of 20 hours.
  • the mixed powder may be granulated as necessary. Granulating the mixed powder makes it easier to fill the mixed powder into a die or mold during the molding step described below.
  • a known granulation method can be used for granulation, and for example, a commercially available granulator such as a spray dryer can be used.
  • the molding step is a step of molding the mixed powder obtained in the mixing step into a shape for a cutting tool to obtain a molded body.
  • the molding method and molding conditions in the molding step are not particularly limited and may be general methods and conditions.
  • the compact obtained in the molding step is sintered to obtain a cemented carbide.
  • the compact is first sintered in Ar gas at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1400° C. for 400 minutes (hereinafter also referred to as the “first sintering step”), and then sintered in Ar gas at a pressure of 5 MPa and a temperature of 1350° C. for 300 minutes (hereinafter also referred to as the “second sintering step”) to obtain a cemented carbide intermediate.
  • the cooling step is a step of cooling the cemented carbide intermediate body after the sintering step.
  • the cemented carbide intermediate body can be quenched in Ar gas under a pressure condition of 100 to 400 MPaG.
  • ⁇ HIP process> The cooled cemented carbide intermediate is subjected to a pressure of 10 MPa for 60 minutes in a hot isostatic pressing (HIP) apparatus, thereby obtaining a cemented carbide.
  • HIP hot isostatic pressing
  • the mixing step is performed using a ball mill for 20 hours, and the sintering step is performed in two stages, firstly by holding at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1400°C for 400 minutes (first sintering step), and then by holding at a pressure of 5 MPa and a temperature of 1350°C for 300 minutes (second sintering step).
  • first sintering step a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1400°C for 400 minutes
  • second sintering step a pressure of 5 MPa and a temperature of 1350°C for 300 minutes
  • the inventors have newly found that the cemented carbide of the present disclosure can be realized under such mixing and sintering conditions as a result of intensive research. Note that the mixing and sintering conditions used in this embodiment would not have been adopted by those skilled in the art because they would reduce production efficiency.
  • the mixing time is about 10 hours, and the sintering process is carried out in one step by raising the temperature to a specified temperature and maintaining it for a specified time.
  • the first element is randomly arranged in the interface region between the WC particles and the binder phase, and in the first graph, there is no maximum peak M of each of the first elements between peaks W1 and W2.
  • the cutting tool of this embodiment includes a cutting edge made of the cemented carbide of embodiment 1.
  • the cutting edge means a portion involved in cutting. More specifically, the cutting edge means a region surrounded by a cutting edge ridge and a virtual surface that is 0.5 nm or 2 mm away from the cutting edge ridge toward the cemented carbide side.
  • Cutting tools include, for example, cutting tools, drills, end mills, indexable cutting tips for milling, indexable cutting tips for turning, metal saws, gear cutting tools, reamers, taps, etc.
  • the cutting tool 10 of this embodiment can be highly effective in the case of a small diameter drill for machining printed circuit boards.
  • the cutting edge 11 of the cutting tool 10 shown in FIG. 3 is made of the cemented carbide of embodiment 1.
  • the cemented carbide of this embodiment may constitute the entirety of these tools, or may constitute only a part of them.
  • "constitute a part” refers to a mode in which the cemented carbide of this embodiment is brazed to a predetermined position of any substrate to form a cutting edge.
  • the cutting tool of this embodiment may further include a hard film that covers at least a portion of the surface of the substrate made of cemented carbide.
  • a hard film that covers at least a portion of the surface of the substrate made of cemented carbide.
  • diamond-like carbon or diamond can be used as the hard film.
  • the cutting tool of this embodiment can be obtained by forming the cemented carbide of embodiment 1 into a desired shape.
  • WC powder (average particle size 0.5 ⁇ m), Co powder (average particle size 1.0 ⁇ m), TiCN powder (average particle size 0.1 ⁇ m), TaC powder (average particle size 0.3 ⁇ m), NbC powder (average particle size 0.3 ⁇ m), ZrC powder (average particle size 0.5 ⁇ m), CeC2 powder (average particle size 0.5 ⁇ m), Y2O3 powder (average particle size 0.5 ⁇ m), and B4C powder (average particle size 0.5 ⁇ m) were prepared in the proportions shown in the "Raw Powder" column of Tables 1 to 3.
  • the raw material powders were mixed in a bead mill to obtain a mixed powder.
  • the mixing conditions were as follows.
  • "Packing ratio” refers to the bead packing ratio. ⁇ Samples 1 to 48> Media diameter 6 mm, rotation speed 100 rpm, filling rate 40%, mixing time 20 hours. ⁇ Samples 49 to 76> Media diameter 6 mm, rotation speed 100 rpm, filling rate 40%, mixing time 10 hours.
  • the sintering conditions for each sample were as follows: ⁇ Samples 1 to 48> First sintering step: maintained in Ar gas at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1400° C. for 400 minutes. Second sintering step: maintained in Ar gas at a pressure of 5 MPa and a temperature of 1,350° C. for 300 minutes. ⁇ Samples 49 to 76> First sintering step: maintained in Ar gas at a pressure of 0.1 MPa and a temperature of 1400° C. for 60 minutes. Second sintering step: None.
  • the "first sintering step” refers to the sintering step carried out immediately after the start of sintering.
  • the “second sintering step” refers to the second sintering step carried out after the first sintering step.
  • the entry “none" for the second sintering step indicates that the second sintering step was not carried out.
  • the cemented carbide intermediate was quenched in Ar gas at a pressure of 200 MPaG. After cooling, a pressure of 10 MPa was applied to the cemented carbide intermediate for 60 minutes in a hot isostatic pressing (HIP) device. This resulted in the cemented carbide samples.
  • HIP hot isostatic pressing
  • ⁇ Total content of first element in cemented carbide The type and total content of the first element in each sample of cemented carbide were measured. The specific measurement method is as described in embodiment 1. The results are shown in the "Type of first element” and “Total content of first element” columns of "Cemented carbide” in Tables 7 to 9.
  • Damage width refers to the maximum length of damage on the flank caused by wear or chipping. In the case of wear, the maximum length corresponds to the maximum amount of wear, and in the case of chipping, it corresponds to the maximum loss length.
  • the cutting distance at which the damage width reaches 0.1 mm is taken as the tool life. The results are shown in the "Cutting test" column of Tables 7 to 9. A longer cutting distance indicates a longer tool life.
  • the cemented carbide and cutting tools of Samples 1 to 48 correspond to Examples.
  • the cemented carbide and cutting tools of Samples 49 to 76 correspond to Comparative Examples. It was confirmed that the cutting tools of Samples 1 to 48 (Examples) exhibited longer tool life in high-speed machining of difficult-to-cut materials than the cutting tools of Samples 49 to 76 (Comparative Examples). This is presumably because the cemented carbide of Samples 1 to 48 (Examples) has a peak M and a ratio IB/IA of 0.5 or less, improving adhesion resistance and suppressing the occurrence of wear and chipping due to adhesion.

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Abstract

複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であり、前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。

Description

超硬合金および切削工具
　本開示は、超硬合金および切削工具に関する。
　従来から、炭化タングステン（ＷＣ）粒子と、コバルト等を主成分とする結合相とを備える超硬合金が、切削工具の素材に利用されている（特許文献１、２）。
特開２０１６－０９８３９３号公報 特開２０２１－１１００１０号公報
　本開示の超硬合金は、
　複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
　前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
　前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
　前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
　前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
　前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
　互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
　　原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
　　前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であり、
　　前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
図１は、実施形態１に係る超硬合金の模式的断面図である。 図２は、実施形態１に係る超硬合金の第１グラフの一例を示す。 図３は、実施形態２に係る切削工具の模式図である。
　［本開示が解決しようとする課題］
　近年、切削加工において被削材の難削化が進んでいる。さらに、加工能率の向上の要求から、切削速度が増加するなど、加工条件が厳しくなっている。
　そこで、本開示は、工具材料として用いた場合に、特に難削材の高速加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、ならびに、長い工具寿命を有する切削工具を提供することを目的とする。
　［本開示の効果］
　本開示によれば、切削工具の材料として用いられた場合に、特に難削材の高速加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、および、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　［本開示の実施形態の説明］
　最初に本開示の実施態様を列記して説明する。
　（１）本開示の超硬合金は、
　複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
　前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
　前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
　前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
　前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
　前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
　互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
　　原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
　　前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であり、
　　前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金である。
　本開示によれば、切削工具の材料として用いられた場合に、特に難削材の高速加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、および、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。
　（２）上記（１）において、前記超硬合金は、前記結合相を１８体積％以下含んでもよい。これによると、工具寿命がさらに向上する。
　（３）本開示の切削工具は、上記（１）または（２）に記載の超硬合金からなる刃先を備える切削工具である。
　本開示の切削工具は、長い工具寿命を有することができる。
　［本開示の実施形態の詳細］
　本開示の超硬合金および切削工具の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。本開示の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表すものである。また、長さ、幅、厚さ、深さなどの寸法関係は図面の明瞭化と簡略化のために適宜変更されており、必ずしも実際の寸法関係を表すものではない。
　本開示において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。
　本開示において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。
　本開示において、数値範囲の下限及び上限として、それぞれ１つ以上の数値が記載されている場合は、下限に記載されている任意の１つの数値と、上限に記載されている任意の１つの数値との組み合わせも開示されているものとする。例えば、下限として、ａ１以上、ｂ１以上、ｃ１以上が記載され、上限としてａ２以下、ｂ２以下、ｃ２以下が記載されている場合は、ａ１以上ａ２以下、ａ１以上ｂ２以下、ａ１以上ｃ２以下、ｂ１以上ａ２以下、ｂ１以上ｂ２以下、ｂ１以上ｃ２以下、ｃ１以上ａ２以下、ｃ１以上ｂ２以下、ｃ１以上ｃ２以下が開示されているものとする。
　［実施形態１：超硬合金］
　本開示の一実施形態（以下、「実施形態１」とも記す。）に係る超硬合金は、
　複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
　該超硬合金は、該炭化タングステン粒子および該結合相を合計で８０体積％以上含み、
　該超硬合金は、該結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
　該超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
　該超硬合金は、該第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
　該結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
　互いに隣接する該結合相から該炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
　　原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、該ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、該第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
　　該第１元素のそれぞれにおいて、該最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であり、
　　該強度ＩＢは、該最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、該原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における該第１元素の強度である、超硬合金である。
　実施形態１の超硬合金は、工具材料として用いた場合に、特に難削材の高速加工においても、長い工具寿命を有する切削工具を提供することのできる超硬合金、ならびに、長い工具寿命を有する切削工具を提供することができる。この理由は明らかではないが、以下の通りと推察される。
　実施形態１の超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）と、結合相と、を備え、超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は８０体積％以上である。これによると、超硬合金は高い硬度および強度を有し、該超硬合金を用いた切削工具は、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
　実施形態１の超硬合金は、結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、結合相はコバルトを５０質量％以上含む。これによると、超硬合金は高い硬度および強度を有し、超硬合金を用いた切削工具は、優れた耐摩耗性および耐欠損性を有することができる。
　実施形態１の超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含む。実施形態１の超硬合金に対してライン分析を行って得られた第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在する。これは、炭化タングステン粒子の表層部分に、第１元素の最大濃度領域が存在することを示す。さらに、最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下である。これは、第１元素が炭化タングステン粒子の表層部分のみに存在しており、炭化タングステン粒子の内部深くまで侵入していないことを示す。
　実施形態１の超硬合金では、第１元素が炭化タングステン粒子の表層部分のみに存在しるため、超硬合金の耐溶着性が向上する。これにより、実施形態１の超硬合金を切削工具に用いた場合、切削時に溶着に起因する欠損などの損傷の発生が抑制される。なお、実施形態１の超硬合金では、第１元素が炭化タングステン粒子の内部深くまで侵入していないため、炭化タングステン粒子の高い硬度および強度という基本的物性は大きく変化せず、維持されている。
　＜超硬合金の組成＞
　図１に示されるように、実施形態１の超硬合金３は、複数の炭化タングステン粒子１（以下、「ＷＣ粒子」とも記す。）と、結合相２と、を備え、超硬合金３のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は８０体積％以上である。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の下限は、８２体積％以上でもよく、８４体積％以上でもよく、８５体積％以上でもよく、８６体積％以上でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、１００体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率の上限は、製造上の観点から、９９体積％以下でもよく、９８体積％以下でもよい。該超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は、８０体積％以上１００体積％以下でもよく、８２体積％以上１００体積％以下でもよく、８４体積％以上１００体積％以下でもよい。
　実施形態１の超硬合金は、複数の炭化タングステン粒子と、結合相とからなることができる。本実施形態の超硬合金は、炭化タングステン粒子および結合相に加えて、他の相を含むことができる。他の相としては、例えば、ＴｉＣＮ、ＴｉＣ、ＴｉＯ２、ＴａＣ、Ｔａ２Ｏ５、ＺｒＣ、ＺｒＯ２、ＣｅＣ２、ＣｅＯ２、ＹＣ、Ｙ２Ｏ３、Ｂ４ＣおよびＢ２Ｏ３からなる群より選ばれる少なくとも１種からなる相が挙げられる。
　実施形態１の超硬合金は、炭化タングステン粒子と、結合相と、他の相とからなることができる。超硬合金の他の相の含有率は、本開示の効果を損なわない範囲において許容される。例えば、超硬合金の他の相の含有率は、０体積％以上２０体積％以下でもよく、０体積％以上１８体積％以下でもよく、０体積％以上１６体積％以下でもよい。この場合、超硬合金のＷＣ粒子および結合相の合計含有率は、８０体積％以上１００体積％未満でもよく、８２体積％以上１００体積％未満でもよく、８４体積％以上１００体積％未満でもよい。
　実施形態１の超硬合金は、不純物を含むことができる。該不純物としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、硫黄（Ｓ）、が挙げられる。超硬合金の不純物の含有率は、本開示の効果を損なわない範囲において許容される。例えば、超硬合金の不純物の含有率は、０質量％以上０．１質量％未満が好ましい。超硬合金の不純物の含有率は、ＩＣＰ発光分析（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ　Ｃｏｕｐｌｅｄ　Ｐｌａｓｍａ　Ｅｍｉｓｓｉｏｎ　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ（測定装置：島津製作所「ＩＣＰＳ－８１００」（商標））により測定される。
　実施形態１の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率の下限は、６０体積％以上でもよく、６５体積％以上でもよく、６６体積％以上でもよく、６８体積％以上でもよい。該超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率の上限は、９９．９体積％以下でもよく、９９．８体積％以下でもよく、９９体積％以下でもよく、９８体積％以下でもよく、９６体積％以下でもよく、９４体積％以下でもよい。該超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率は、６０体積％以上９９．９体積％以下でもよく、６５体積％以上９９．８体積％以下でもよく、６６体積％以上９９体積％以下でもよく、６８体積％以上９８体積％以下でもよい。
　実施形態１の超硬合金は、結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含む。該超硬合金の結合相の含有率の下限は、靱性向上の観点から、０．１体積％以上であり、１体積％以上でもよく、２体積％以上でもよく、３体積％以上でもよく、５体積％以上でもよく、８体積％以上でもよい。該超硬合金の結合相の含有率の上限は、硬度向上の観点から、２０体積％以下であり、１９体積％以下でもよく、１８体積％以下でもよく、１７体積％以下でもよく、１６体積％以下でもよく、１５体積％以下でもよい。該超硬合金の結合相の含有率は、０．１体積％以上１８体積％以下でもよく、１体積％以上１８体積％以下でもよく、３体積％以上１７体積％以下でもよく、５体積％以上１６体積％以下でもよく、８体積％以上１５体積％以下でもよい。超硬合金の結合相の含有率が１８体積％以下であると、超硬合金の硬度が更に向上し、耐摩耗性が更に向上するため、超硬合金を材料として用いた切削工具の工具寿命が更に向上する。
　超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および超硬合金の結合相の含有率（体積％）の測定方法は以下の通りである。
　（Ａ１）超硬合金の任意の位置を切り出して断面を露出させる。該断面をクロスセクションポリッシャ（日本電子社製）により鏡面加工する。
　（Ｂ１）超硬合金の鏡面加工面に対して、走査電子顕微鏡－エネルギー分散型Ｘ線分光法（ＳＥＭ－ＥＤＸ）を用いて分析を行い（装置：Ｃａｒｌ　Ｚｅｉｓｓ社製　Ｇｅｍｉｎｉ４５０（商標））、超硬合金に含まれる元素を特定する。
　（Ｃ１）超硬合金の鏡面加工面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で撮影して反射電子像を得る。撮影画像の撮影領域は、超硬合金の断面の中央部、すなわち、超硬合金の表面近傍などバルク部分とは明らかに性状が異なる部分を含まない位置（撮像領域がすべて超硬合金のバルク部分となる位置）に設定する。観察倍率は５０００倍である。測定条件は、加速電圧３ｋＶ、電流値２ｎＡ、ワーキングディスタンス（ＷＤ）５ｍｍである。
　（Ｄ１）上記（Ｃ１）の撮影領域に対して、ＳＥＭ付帯のエネルギー分散型Ｘ線分析装置（ＳＥＭ－ＥＤＸ）を用いて分析を行い、該撮影領域における上記（Ｂ１）で特定された元素の分布を特定し、元素マッピング像を得る。
　（Ｅ１）上記（Ｃ１）で得られた反射電子像をコンピュータに取り込み、画像解析ソフトウェア（ＯｐｅｎＣＶ、ＳｃｉＰｙ）を用いて二値化処理を行う。二値化処理後の画像において、炭化タングステン粒子は白色で示され、結合相は灰色～黒色で示される。なお、二値化の閾値はコントラストにより変化するため、画像ごとに設定する。
　（Ｆ１）上記（Ｄ１）で得られた元素マッピング像と上記（Ｅ１）で得られた二値化処理後の画像とを重ねることにより、該二値化処理後の画像上で炭化タングステン粒子および結合相のそれぞれの存在領域を特定する。具体的には、二値化処理後の画像において白色で示され、元素マッピング像においてタングステン（Ｗ）および炭素（Ｃ）の存在する領域が、炭化タングステン粒子の存在領域に該当する。二値化処理後の画像において灰色～黒色で示され、元素マッピング像においてコバルト（Ｃｏ）の存在する領域が、結合相の存在領域に該当する。
　（Ｇ１）上記二値化処理後の画像中に、２４．９μｍ×１８．８μｍの矩形の１つの測定視野を設定する。上記画像解析ソフトウェアを用いて、該測定視野全体の面積を分母として炭化タングステン粒子および結合相のそれぞれの面積百分率を測定する。
　（Ｈ１）上記（Ｇ１）の測定を、５つの互いに重複しない異なる測定視野において行う。本明細書において、５つの測定視野における炭化タングステン粒子の面積百分率の平均が、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）に相当し、５つの測定視野における結合相の面積百分率の平均が、超硬合金の結合相の含有率（体積％）に相当する。
　超硬合金がＷＣ粒子および結合相に加えて、他の相を含む場合は、超硬合金の他の相の含有率は、超硬合金全体（１００体積％）から、上記の手順で測定された炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）を減ずることにより得ることができる。
　出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、超硬合金の断面の切り出し箇所、上記（Ｃ１）に記載される撮影領域、上記（Ｇ１）に記載される測定視野を任意に設定し、上記の手順に従い、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきは少なく、超硬合金の断面の切り出し箇所、撮影領域、測定視野を任意に設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　＜炭化タングステン粒子＞
　実施形態１において、炭化タングステン粒子は、炭化タングステンと、第１元素とを含む。本開示において、炭化タングステン粒子が第１元素を含むことは、超硬合金に対してライン分析を行って得られた第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在することを確認することにより示される。
　本開示の効果を損なわない限りにおいて、炭化タングステン粒子は、炭素、タングステンおよび第１元素以外の不純物元素を含むことができる。炭化タングステン粒子の不純物の含有率（不純物を構成する元素が２種類以上の場合は、それらの合計濃度。）は、０．１質量％未満である。炭化タングステン粒子の不純物元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
　実施形態１において、炭化タングステン粒子の平均粒径は特に制限されない。炭化タングステン粒子の平均粒径は、例えば、０．１μｍ以上３．５μｍ以下とすることができる。実施形態１の超硬合金は、炭化タングステン粒子の平均粒径によらず、長い工具寿命を有することができることが確認されている。
　＜結合相＞
　実施形態１において、結合相は、コバルトを５０質量％以上含む。これによって、超硬合金に優れた靱性を付与することができる。結合相のコバルト含有率の下限は、５５質量％以上でもよく、６０質量％以上でもよく、６５質量％以上でもよい。結合相のコバルト含有率の上限は１００質量％以下でもよく、１００質量％未満でもよく、９９質量％以下でもよく、９８質量％以下でもよく、９５質量％以下でもよく、９０質量％以下でもよい。結合相のコバルト含有率は、５０質量％以上１００質量％未満でもよく、６０質量％以上９９質量％以下でもよく、６５質量％以上９８質量％以下でもよく、６５質量％以上９５質量％以下でもよく、６５質量％以上９０質量％以下でもよい。
　結合相のコバルトの含有率の測定方法は、以下の通りである。上記の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の測定方法の（Ａ１）～（Ｆ１）と同様の方法で、二値化処理後の画像上で結合相の存在領域を特定する。結合相の存在領域に対して、ＳＥＭ－ＥＤＸを用いて分析を行い、結合相のコバルト含有率を測定する。
　出願人が測定した限りでは、同一の試料において測定する限りにおいては、超硬合金の断面の切り出し箇所、上記（Ｃ１）に記載される撮影領域を任意に設定して、上記の手順に従い、結合相のコバルトの含有率の測定を複数回行っても、測定結果のばらつきは少なく、超硬合金の断面の切り出し箇所および撮影領域を任意に設定しても恣意的にはならないことが確認された。
　実施形態１において、結合相は、コバルトに加えて、硼素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、珪素（Ｓｉ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、レニウム（Ｒｅ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、タンタル（Ｔａ）およびニオブ（Ｎｂ）からなる群より選ばれる少なくとも１つの第２元素を含むことができる。該結合相は、コバルトと、第２元素と、不可避不純物と、からなることができる。該不可避不純物としては、例えば、マンガン（Ｍｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、硫黄（Ｓ）などが挙げられる。結合相の不可避不純物の含有率は０．１質量％未満である。結合相の不純物元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により測定される。
　＜第１元素＞
　実施形態１の超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含む。超硬合金の第１元素の合計含有率は、０．０１原子％以上２０原子％以下である。ここで、第１元素の合計含有率とは、超硬合金が１種類の第１元素を含む場合は、１種類の第１元素の含有率を意味し、超硬合金が２種類以上の第１元素を含む場合は、超硬合金に含まれるすべての第１元素の合計含有率を意味する。
　超硬合金の第１元素の合計含有率の下限は、耐溶着性向上の観点から、０．０１原子％以上であり、０．０７原子％以上でもよく、０．０９原子％以上でもよく、０．１０原子％以上でもよく、０．５０原子％以上でもよく、１．０原子％以上でもよく、３．０原子％以上でもよく、５．０原子％以上でもよく、７．０原子％以上でもよい。超硬合金の第１元素の含有率の上限は、超硬合金の基礎物性低下抑制の観点から、２０．０原子％以下であり、１７．０原子％以下でもよく、１５．０原子％以下でもよく、１４．０原子％以下でもよく、１０．０原子％以下でもよい。超硬合金の第１元素の合計含有率は、０．０７原子％以上１７．０原子％以下でもよく、０．０９原子％以上１５．０原子％以下でもよく、０．１０原子％以上１５．０原子％以下でもよく、０．５０原子％以上１５．０原子％以下でもよく、１．０原子％以上１４．０原子％以下でもよく、３．０原子％以上１４．０原子％以下でもよく、５．０原子％以上１０．０原子％以下でもよく、７．０原子％以上１０．０原子％以下でもよい。
　超硬合金に含まれる第１元素の種類および超硬合金に含まれる第１元素の含有率は、ＩＣＰ発光分析により特定される。
　＜ライン分析＞
　実施形態１の超硬合金において、互いに隣接する結合相から炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果について、図２を用いて説明する。図２は、実施形態１の超硬合金に対して、超硬合金に含まれる元素であるタングステン、コバルトおよび第１元素（図２では、チタン）についてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離［ｎｍ］、かつ、Ｙ軸が規格化された強度（規格化強度）［ａ．ｕ．］である座標系に示した第１グラフの一例である。図２の第１グラフに示される超硬合金では、結合相はコバルトである。第１グラフにおいて、原点ＯはＸ軸の距離が０ｎｍであり、ライン分析結果において、コバルトが最大強度を示す位置に該当する。規格化された強度とは、各元素の強度を、ライン分析が行われた領域内で最も大きい強度を１００として、相対的に示した強度である。
　図２に示されるように、第１グラフの原点Ｏに最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素の最大ピークＭが存在する。ピークＷ２は、ピークＷ１よりも原点Ｏから離れた位置に存在する。すなわち、ピークＷ１の最大ピーク強度Ｉｗ１での距離Ｐｗ１と、ピークＷ２の最大ピーク強度Ｉｗ２での距離Ｐｗ２と、最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡでの距離Ｐ１とは、Ｐｗ１＜Ｐ１＜Ｐｗ２の関係を示す。本開示において、第１グラフにおける各元素のピークのピーク強度とは、各元素のピークの規格化された強度を意味する。
　最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下である。強度ＩＢは、最大ピーク強度の位置Ｐ１から、原点と反対側への距離が０．２ｎｍである位置Ｐ２における第１元素の強度である。図２では、第１元素が１種類の元素（チタン）であるため、ピークＭは一つである。第１元素が２種類以上の元素を含む場合、第１元素の最大ピークは元素の種類と同一の数で存在し、全てのピークがピークＷ１とＷ２との間に存在し、それぞれのピークにおいて、割合ＩＢ／ＩＡが０．５以下である。
　割合ＩＢ／ＩＡの上限は、０．５以下であり、０．４以下でもよく、０．３以下でもよく、０．２以下でもよく、０．１以下でもよい。割合ＩＢ／ＩＡの下限は、０以上でもよく、０．００１以上でもよく、０．００２以上でもよく、０．００３以上でもよく、０．００５以上でもよく、０．０１以上でもよく、０．０２以上でもよく、０．０５以上でもよい。割合ＩＢ／ＩＡは、０以上０．５以下でもよく、０．００１以上０．５以下でもよく、０．００５以上０．４以下でもよく、０．０１以上０．３以下でもよく、０．０５以上０．２以下でもよい。
　本開示において、超硬合金のライン分析および分析結果に基づく第１グラフの取得は、以下の手順で行われる。超硬合金をアルゴンイオンスライサー（日本電子社製の「クライオイオンスライサーＩＢ－０９０６０ＢＣＩＳ」（商標））を用いて、加速電圧６ｋＶ、仕上げ２ｋＶの条件で、３０～１００ｎｍの厚みに薄片化して測定用試料を作製する。次いで、該測定用試料をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）（日本電子社製の「ＪＥＭ－ＡＲＭ３００Ｆ２」（商標））を用いて、加速電圧２００Ｖの条件で、２０万倍で観察することにより、第１画像を得る（図示なし）。
　第１画像において、炭化タングステン粒子は白色領域として観察され、結合相は黒色領域として観察される。第１画像において、炭化タングステン粒子と結合相との界面を任意に選択する。
　次に、選択された界面が、画像の中央付近を通るように位置決めを行い、視野サイズが１０ｎｍ×１０ｎｍとなるように観察倍率を調整して観察することにより、第２画像を得る（図示なし）。第２画像において、界面の伸長する伸長方向を確認する。伸長方向に垂直な方向、かつ、結合相内に設けられた位置Ｘ１から、該結合相に隣接する炭化タングステン粒子内に設けられた位置Ｘ２に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置（ＴＥＭ－ＥＤＸ）を用いてライン分析を実施し、タングステン、コバルトおよび第１元素の分布を測定する。ここで、界面の伸長方向に対して垂直な方向とは、伸長方向の接線に対して９０°±５°の角度で交差する直線に沿う方向を意味する。結合相内の位置Ｘ１は、第１グラフにおいて、ピークＭの距離Ｐ１から、原点側への距離が０．５ｎｍ以上５ｎｍ以下となる位置であって、コバルトのピークを確認できる位置に設定される。炭化タングステン粒子内の位置Ｘ２は、第１グラフにおいて、ピークＭの距離Ｐ１から、原点の反対側への距離が２ｎｍ以上５ｎｍ以下となる位置に設定される。ＥＤＸ実施時の条件は、加速電圧２００ｋＶ、カメラ長１０ｃｍ、画素数１２８×１２８ｐｉｘｅｌ、デュエルタイム０．０２～３ｓ／ｐｉｘｅｌである。
　タングステン、コバルトおよび第１元素のそれぞれの測定結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示すことにより、第１グラフを得る。
　超硬合金において、互いに重複しない５視野の第１画像を任意に取得し、それぞれの第１画像に基づき上述の分析を実施して、５つの第１グラフを得る。４つ以上の第１グラフにおいて、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５以下」の場合、該超硬合金の第１グラフにおいて、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５以下である」と判断される。この判断基準を得るために、本発明者らは複数の超硬合金のそれぞれにおいて、複数のライン分析を行った。その結果、超硬合金のうち、８０％以上の第１グラフにおいて「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５以下」が示された場合、該超硬合金は本開示の効果を示すことを確認した。超硬合金の製造方法を考慮すると、ＷＣ粒子と結合相との界面領域におけるタングステンおよび第１元素の存在形態は、同一の超硬合金内ではほぼ同様になるものと推察される。
　＜超硬合金の製造方法＞
　本実施形態の超硬合金は、原料粉末の準備工程、混合工程、成型工程、焼結工程、冷却工程およびＨＩＰ工程を前記の順で行うことにより製造することができる。以下、各工程について説明する。
　＜準備工程＞
　準備工程は、超硬合金素材を構成する材料の原料粉末を準備する工程である。原料粉末としては、炭化タングステン粉末（以下、「ＷＣ粉末」とも記す）、コバルト（Ｃｏ）粉末、第１元素含有粉末が挙げられる。第１元素含有粉末としては、ＴｉＣＮ粉末、ＴａＣ粉末、ＮｂＣ粉末、ＺｒＣ粉末、ＣｅＣ２粉末、Ｙ２Ｏ３粉末、Ｂ４Ｃ粉末が挙げられる。これらの原料粉末に加えて、ニッケル（Ｎｉ）粉末などを準備することができる。これらの原料粉末は、市販のものを用いることができる。これらの原料粉末の平均粒径は特に制限されず、例えば、０．１～３．０μｍとすることができる。原料粉末の平均粒径とは、ＦＳＳＳ（Ｆｉｓｈｅｒ　Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ　Ｓｉｚｅｒ）法により測定される平均粒径を意味する。該平均粒径は、Ｆｉｓｈｅｒ　Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ社製の「Ｓｕｂ－Ｓｉｅｖｅ　Ｓｉｚｅｒ　モデル９５」（商標）を用いて測定される。
　＜混合工程＞
　混合工程は、準備工程で準備した各原料粉末を所定の割合で混合する工程である。混合工程により、各原料粉末が混合された混合粉末が得られる。各原料粉末の混合割合は、狙いとする超硬合金の組成に応じて適宜調整する。
　各原料粉末の混合は、ボールミルを用いることができる。混合条件は、例えば、メディア径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、混合時間２０時間とすることができる。
　混合工程の後、必要に応じて混合粉末を造粒してもよい。混合粉末を造粒することで、後述する成形工程の際にダイまたは金型へ混合粉末を充填し易い。造粒には、公知の造粒方法が適用でき、例えば、スプレードライヤー等の市販の造粒機を用いることができる。
　＜成形工程＞
　成形工程は、混合工程で得られた混合粉末を切削工具用の形状に成形して、成形体を得る工程である。成形工程における成形方法および成形条件は、一般的な方法および条件を採用すればよく、特に制限されない。
　＜焼結工程＞
　焼結工程において、成形工程で得られた成形体を焼結して、超硬合金を得る。本開示の超硬合金の製造方法においては、まず、Ａｒガス中で圧力０．１ＭＰａ、温度１４００℃で４００分保持し（以下、「第１焼結工程」とも記す。）、その後、Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持（以下、「第２焼結工程」とも記す。）して、成形体を焼結させて超硬合金中間体を得る。
　＜冷却工程＞
　冷却工程は、焼結工程後の超硬合金中間体を冷却する工程である。例えばＡｒガス中で上記超硬合金中間体を圧力１００～４００ＭＰａＧの条件下で急冷することができる。
　＜ＨＩＰ工程＞
　冷却後の超硬合金中間体に対して、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置で、１０ＭＰａの圧力を６０分間負荷する。これにより、超硬合金を得ることができる。
　＜本実施形態の超硬合金の製造方法の特徴＞
　本実施形態において、混合工程は、ボールミルを用いて２０時間行われ、焼結工程は、まず、圧力０．１ＭＰａ、温度１４００℃で４００分保持し（第１焼結工程）、その後、圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持する（第２焼結工程）という二段階で行われる。これにより、得られた超硬合金の第１グラフは、「ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡが０．５以下」を示すものになると推察される。このような混合条件および焼結条件により、本開示の超硬合金を実現できることは、本発明者らが鋭意検討の結果、新たに見いだしたものである。なお、本実施形態で用いられる混合条件および焼結条件は、生産効率が低下するため、当業者が採用するものではなかった。
　従来の一般的な超硬合金の製造方法において、混合時間は１０時間程度であり、焼結工程は、所定の温度に昇温後、所定時間維持するという一段階で行われていた。従来の超硬合金の製造方法で得られた超硬合金では、ＷＣ粒子と結合相との界面領域において、第１元素はランダムに配置されており、第１グラフにおいて、ピークＷ１と、ピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在しない。
　［実施形態２：切削工具］
　本実施形態の切削工具は、実施形態１の超硬合金からなる刃先を含む。本開示において、刃先とは、切削に関与する部分を意味する。より具体的には、刃先とは、刃先稜線と、該刃先稜線から超硬合金側への距離が０．５ｎｍまたは２ｍｍである仮想の面と、に囲まれる領域を意味する。
　切削工具としては、例えば、切削バイト、ドリル、エンドミル、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ、メタルソー、歯切り工具、リーマまたはタップ等を例示できる。特に、図３に示されるように、本実施形態の切削工具１０は、プリント回路基板加工用の小径ドリルの場合に、優れた効果を発揮することができる。図３に示される切削工具１０の刃先１１は、実施形態１の超硬合金からなる。
　本実施形態の超硬合金は、これらの工具の全体を構成していてもよいし、一部を構成するものであってもよい。ここで「一部を構成する」とは、任意の基材の所定位置に本実施形態の超硬合金をロウ付けして刃先部とする態様等を示している。
　本実施形態の切削工具は、超硬合金からなる基材の表面の少なくとも一部を被覆する硬質膜を更に備えてもよい。硬質膜としては、例えば、ダイヤモンドライクカーボンやダイヤモンドを用いることができる。
　本実施形態の切削工具は、実施形態１の超硬合金を所望の形状に成形して得ることができる。
　本実施の形態を実施例によりさらに具体的に説明する。ただし、これらの実施例により本実施の形態が限定されるものではない。
　［超硬合金の作製］
　以下の手順で各試料の超硬合金を作製した。
　ＷＣ粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｃｏ粉末（平均粒径１．０μｍ）、ＴｉＣＮ粉末（平均粒径０．１μｍ）、ＴａＣ粉末（平均粒径０．３μｍ）、ＮｂＣ粉末（平均粒径０．３μｍ）、ＺｒＣ粉末（平均粒径０．５μｍ）、ＣｅＣ２粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｙ２Ｏ３粉末（平均粒径０．５μｍ）、Ｂ４Ｃ粉末（平均粒径０．５μｍ）を、表１～表３の「原料粉末」欄に記載の割合で準備した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　原料粉末をビーズミルで混合して混合粉末を得た。混合条件（メディア径、回転数、充填率、時間）は、以下の通りである。「充填率」とは、ビーズ充填率を意味する。
　≪試料１～試料４８≫
　メディア径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間２０時間。
　≪試料４９～試料７６≫
　メディア径６ｍｍ、回転数１００ｒｐｍ、充填率４０％、混合時間１０時間。
　次に、混合粉末をプレス成形することにより、切削チップ形状の成形体を作製した。次に、成形体を焼結し、超硬合金中間体を得た。各試料の焼結条件は、以下の通りである。
　≪試料１～試料４８≫
　第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力０．１ＭＰａ、温度１４００℃で４００分保持。
　第２焼結工程：Ａｒガス中で圧力５ＭＰａ、温度１３５０℃で３００分保持。
　≪試料４９～試料７６≫
　第１焼結工程：Ａｒガス中で圧力０．１ＭＰａ、温度１４００℃で６０分保持。
　第２焼結工程：なし。
　「第１焼結工程」とは、焼結開始直後に行われる焼結工程である。「第２焼結工程」とは、第１焼結工程後に行われる二段階目の焼結工程である。第２焼結工程の「なし」との記載は、第２焼結工程を行わなかったことを示す。次に、超硬合金中間体をＡｒガス中で圧力２００ＭＰａＧの条件下で急冷した。冷却後の超硬合金中間体に対して、熱間等方圧加圧（ＨＩＰ）装置で、１０ＭＰａの圧力を６０分間負荷した。これにより、各試料の超硬合金を得た。
　［切削工具の作製］
　得られた超硬合金を加工し、刃先交換型切削工具（形状：エンドミル）を作製した。
　［超硬合金の評価］
　＜超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）＞
　各試料の超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率（体積％）および結合相の含有率（体積％）を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子含有率」および「結合相含有率」欄に示す。更に、超硬合金の炭化タングステン粒子の含有率および結合相の含有率の合計を表４～表６の「超硬合金」の「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄に示す。表４～表６において、「ＷＣ粒子＋結合相含有率」欄が１００体積％未満の超硬合金は、第１元素を含む化合物の析出物や固溶体（例えば、ＴｉＣＮやＴａＣ）などを含むことが確認された。
　＜結合相中のコバルト含有率＞
　各試料の超硬合金において、結合相中のコバルト含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表４～表６の「超硬合金」の「結合相中のＣｏ含有率」欄に示す。
　＜超硬合金の第１元素の合計含有率＞
　各試料の超硬合金において、超硬合金の第１元素の種類および合計含有率を測定した。具体的な測定方法は実施形態１に記載の通りである。結果を表７～表９の「超硬合金」の「第１元素種類」および「第１元素合計含有率」欄に示す。
　＜ライン分析＞
　各試料の超硬合金において、実施形態１に示されるライン分析を行い、第１グラフを得た。各試料の第１グラフにおいて、原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在するか否かを確認した。結果を表７～表９の「超硬合金」の「最大ピークＭ」欄に示す。「有」とは、最大ピークＭが存在することを示し、「無」とは、最大ピークＭが存在しないことを示す。最大ピークＭが複数存在する場合は、全ての最大ピークがＷ１とＷ２との間に存在する場合「有」と示す。
　「最大ピークＭ」が存在する試料において、最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡを測定した。ここで強度ＩＢは、最大ピーク強度の位置Ｐ１から、第１グラフの原点と反対側への距離が０．２ｎｍである位置Ｐ２における第１元素の規格化された強度である。結果を表７～表９の「超硬合金」の「ＩＢ／ＩＡ」欄に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000009
　＜切削試験＞
　各試料の切削工具を用いて以下の条件でエンドミル加工を行い、切削距離０．０１ｍ毎に、逃げ面の損傷幅を測定した。損傷幅とは、摩耗やチッピングにより生じる逃げ面の損傷の最大長さを意味する。最大長さは、摩耗の場合は、最大摩耗量に該当し、チッピングの場合は、最大欠損長さに該当する。損傷幅が０．１ｍｍに到達した時点の切削距離を工具寿命とする。結果を表７～表９の「切削試験」欄に示す。切削距離が長いほど、工具寿命が長いことを示す。
　≪切削条件≫
　被削材：インコネル
　加工：側面加工
　切削速度：１２０ｍ／ｍｉｎ
　１刃当たりの送り量ｆｚ：０．１ｍｍ／ｔ
　軸方向の切込み深さａｐ：０．２ｍｍ
　半径方向の切込み深さａｅ：０．２ｍｍ
　切削液：水溶性切削油
　上記の切削条件は、難削材の高速加工に該当する。
　＜考察＞
　試料１～試料４８の超硬合金および切削工具は、実施例に該当する。試料４９～試料７６の超硬合金および切削工具は、比較例に該当する。試料１～試料４８（実施例）の切削工具は、試料４９～試料７６（比較例）の切削工具に比べて、難削材の高速加工において、長い工具寿命を示すことが確認された。これは、試料１～試料４８（実施例）の超硬合金は、ピークＭを有し、かつ、割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であるため、耐溶着性が向上し、溶着に伴う摩耗や欠損の発生が抑制されたためと推察される。
　以上のように本開示の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせたり、様々に変形することも当初から予定している。
　今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　炭化タングステン粒子、２　結合相、３　超硬合金、１０　切削工具、１１　刃先。

Claims (3)

  1. 　複数の炭化タングステン粒子と、結合相と、を備える超硬合金であって、
    　前記超硬合金は、前記炭化タングステン粒子および前記結合相を合計で８０体積％以上含み、
    　前記超硬合金は、前記結合相を０．１体積％以上２０体積％以下含み、
    　前記超硬合金は、チタン、タンタル、ニオブ、ジルコニウム、セリウム、イットリウムおよび硼素からなる群より選ばれる少なくとも１つの第１元素を含み、
    　前記超硬合金は、前記第１元素を合計で０．０１原子％以上２０原子％以下含み、
    　前記結合相は、コバルトを５０質量％以上含み、
    　互いに隣接する前記結合相から前記炭化タングステン粒子に向かう第１方向に沿って、透過型電子顕微鏡に付属のエネルギー分散型Ｘ線分光装置を用いてライン分析を行って得られた結果を、Ｘ軸がコバルトが最大強度を示す位置からの距離、かつ、Ｙ軸が規格化された強度である座標系に示した第１グラフにおいて、
    　　原点に最も近いタングステンのピークＷ１と、前記ピークＷ１に最も近いタングステンの他のピークＷ２との間に、前記第１元素のそれぞれの最大ピークＭが存在し、
    　　前記第１元素のそれぞれにおいて、前記最大ピークＭの最大ピーク強度ＩＡに対する、強度ＩＢの割合ＩＢ／ＩＡは、０．５以下であり、
    　　前記強度ＩＢは、前記最大ピーク強度ＩＡの距離Ｐ１から、前記原点と反対側への距離が０．２ｎｍである距離Ｐ２における前記第１元素の強度である、超硬合金。
  2. 　前記超硬合金は、前記結合相を１８体積％以下含む、請求項１に記載の超硬合金。
  3. 　請求項１または請求項２に記載の超硬合金からなる刃先を備える、切削工具。
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Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336451A (ja) * 1999-05-28 2000-12-05 Toshiba Tungaloy Co Ltd 改質焼結合金、被覆焼結合金及びその製造方法
JP2005068515A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Hitachi Tool Engineering Ltd 微粒超硬合金
JP2016020540A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016098393A (ja) 2014-11-20 2016-05-30 日本特殊合金株式会社 超硬合金
WO2019116614A1 (ja) * 2017-12-11 2019-06-20 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2021110010A (ja) 2020-01-14 2021-08-02 日本特殊合金株式会社 超微粒超硬合金，およびこれを用いた切断用もしくは切削用工具または耐摩耗用工具
JP2022109485A (ja) * 2021-01-15 2022-07-28 株式会社Moldino Ｗｃ基超硬合金および該合金を用いた切削工具
WO2022172729A1 (ja) * 2021-02-15 2022-08-18 住友電気工業株式会社 超硬合金及びそれを基材として含む切削工具
JP7311826B1 (ja) * 2022-03-15 2023-07-20 住友電気工業株式会社 超硬合金

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7251691B1 (ja) * 2022-01-20 2023-04-04 住友電気工業株式会社 超硬合金およびそれを含む工具

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000336451A (ja) * 1999-05-28 2000-12-05 Toshiba Tungaloy Co Ltd 改質焼結合金、被覆焼結合金及びその製造方法
JP2005068515A (ja) * 2003-08-26 2005-03-17 Hitachi Tool Engineering Ltd 微粒超硬合金
JP2016020540A (ja) * 2014-06-17 2016-02-04 住友電気工業株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2016098393A (ja) 2014-11-20 2016-05-30 日本特殊合金株式会社 超硬合金
WO2019116614A1 (ja) * 2017-12-11 2019-06-20 住友電工ハードメタル株式会社 超硬合金及び切削工具
JP2021110010A (ja) 2020-01-14 2021-08-02 日本特殊合金株式会社 超微粒超硬合金，およびこれを用いた切断用もしくは切削用工具または耐摩耗用工具
JP2022109485A (ja) * 2021-01-15 2022-07-28 株式会社Moldino Ｗｃ基超硬合金および該合金を用いた切削工具
WO2022172729A1 (ja) * 2021-02-15 2022-08-18 住友電気工業株式会社 超硬合金及びそれを基材として含む切削工具
JP7311826B1 (ja) * 2022-03-15 2023-07-20 住友電気工業株式会社 超硬合金

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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