CN102470512A

CN102470512A - 金属结合剂磨石及其制造方法

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Publication number: CN102470512A
Application number: CN2010800321394A
Authority: CN
Inventors: 氏桥正人; 平田俊也; 北中和彦; 海野直秀; 杉山宏; 难波规之
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-07-21
Filing date: 2010-07-21
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-07-21
Also published as: US8821606B2; WO2011010670A1; US20120137596A1; CN102470512B

Abstract

一种金属结合剂磨石，其是通过对包含磨粒、钴、二硫化钨和铜锡合金的材料进行加压加热获得烧结品后对所述烧结品进行急冷而制造的。

Description

金属结合剂磨石及其制造方法

技术领域

本发明涉及适用于平顶珩磨加工(plateau honing process)的金属结合剂磨石(メタルボンド砥石(metal bonded grinding stone))及其制造方法。

背景技术

近年来，在所有领域中，正在致力解决环境问题。在车辆中，提高燃料效率是一个应致力解决的重大事项。提高燃料效率的对策之一是，减小气缸与活塞之间的摩擦。该摩擦的减小不仅关系到燃料效率的提高而且关系到运动性能的提高。

为了实现上述的摩擦减小，有效的是平顶珩磨加工方法。图10为实施了平顶珩磨加工的气缸截面的放大示意图，在经平顶珩磨加工的气缸100的表面上，形成了多个平顶(山丘)101和低谷102，低谷102形成在相邻的平顶101、101之间。平顶101的顶面103的面粗糙度减小使磨耗降低，并用蓄积在低谷102中的油来维持顶面103与活塞之间的润滑。其结果，能够兼备滑动性和润滑性。

作为适于以上所述的平顶珩磨加工的磨石，有人提出了金属结合剂磨石(例如，参见专利文献1。)。

在专利文献1的段落编号[0049]中记载了，“制造条件为：含有硫酸钡(BaSO₄)的实施例的磨石的烧结温度为500℃，并且成型压力为15MPa。所有磨石均是对配制的混合粉末同时进行加热加压(热压机)而制作的。”。

本发明人在上述烧结条件(500℃、15MPa)下，对金属结合剂磨石材料进行加压烧结。烧结后，虽然在专利文献1中未说明，但通过停止向加热器的通电以进行冷却，由此得到金属结合剂磨石。此时的冷却速度为5.8℃/分钟。所得到的金属结合剂磨石的截面示意图如下。

图11为现有的金属结合剂磨石的截面示意图，在该金属结合剂磨石110中，基本体系是将钴(Co)颗粒111、约5μm的磨粒112和二硫化钨(WS₂)颗粒113分散于作为母材的金属系结合材料Mb中，但发现其中还包含约30μm的结块115。

该结块115是这样生成的：由于以提高机械特性的目的添加的填料的分散不充分，因此作为填料的钴颗粒111和二硫化钨颗粒113聚集在作为母材的金属系结合材料Mb的粗大结晶中，从而生成结块115。与周围区域相比，这样的结块115较脆弱。

图12为图11的说明图，用金属结合剂磨石110进行磨削片刻，结果结块115从表面脱落，形成约30μm径的较大的槽(pockets)116。因此，保持力降低，随着磨粒的脱落进行磨削量降低，并且随着结块脱落的进行磨耗激增，由此知道现有的金属结合剂磨石110有寿命短这样的问题。

此外，在专利文献1的权利要求1中记载了，“一种超磨粒金属结合剂磨石，其是在含有金属质颗粒和玻璃质颗粒的烧结性金属结合剂中分散含有超磨粒和硫酸钡的软质磨粒，然后通过烧结使其成为一体而形成的。”，在专利文献1的权利要求2中记载了，“烧结性金属结合剂的成分为25体积％～75体积％的金属质颗粒和25体积％～75体积％的玻璃质颗粒…”。

另外，对于金属质颗粒，在专利文献1段落编号[0046]第2行～第3行记载了，“…作为金属质颗粒，可以采用铜(Cu)和锡(Sn)的混合粉或合金粉。”

铜(Cu)和锡(Sn)的混合粉或合金粉为烧结时熔融的物质。本发明人进行研究的结果发现，该熔融物质的含量对磨石的寿命产生较大影响。即，如专利文献1所示，如果在25体积％～75体积％的宽范围内选择熔融物质的含量，则寿命会发生变化。由于磨石的寿命对磨削工序中的生产率和生产计划产生较大影响，因此有必要稳定地延长寿命。

此外，在专利文献1段落编号[0051]中示出了表。在该表的第10行～第12行中记载了磨石体积比(％)，示出实施例1～7中的硬质磨粒为6.2体积％、18.8体积％、软质磨粒为12.2体积％～34.7体积％、粘合剂(binder)为59.1体积％～81.6体积％。进而，在该表第3行记录了，硬质磨粒为CBN或SD(金刚石)，在该表第4行记录了，软质磨粒为BaSO₄(硫酸钡)。

在专利文献1段落编号[0031]中记载了，以CBN和金刚石为代表的超磨粒的优选粒径为1μm～200μm。此外，在专利文献1段落编号[0034]第6行中记载了，硫酸钡的更优选的粒径为5μm～10μm。

在专利文献1段落编号[0035]中记载了，混合金属质颗粒和玻璃质颗粒作为结合剂(binding agent)，并且金属质颗粒的粒径为1μm～50μm。此外，在专利文献1段落编号[0037]的末行中记载了，玻璃质颗粒的平均粒径为3μm～5μm。

此外，在专利文献1段落编号[0046]第2行中记载了，金属质颗粒可以采用铜和锡的混合粉或合金粉。并且，在专利文献1中记载了，软质磨粒、金属质颗粒、玻璃质颗粒的混合目的。为了方便，将以上的记载事项汇总于一览表。

表1

即，为了提高切削粉的排出性能，混合软质磨粒，金属质颗粒发挥增强耐磨耗性的作用，玻璃质颗粒发挥促进容屑槽的生成的作用。

顺便提及，专利文献1的金属结合剂磨石为汽车用铸铁制的发动机气缸的内面精加工珩磨而准备(段落编号[0030])。本发明人对作为被削材的铸铁的莫氏硬度及构成磨石的物质的莫氏硬度进行检测。这是为了预测在不同的物质相接触滑动时发生何种现象。如果知道硬度，则可以推测哪一个物质发生磨耗。铸铁的莫氏硬度为4，硫酸钡的莫氏硬度为3～3.5，铜锡合金的莫氏硬度为3～4，玻璃的莫氏硬度为5～7。

通常，对容屑槽(chip pockets)的生成和生长的过程进行如下说明。即，如果利用磨粒磨削铸铁，则产生铸铁粉(切削粉)。当该铸铁粉被排出时，攻击并磨耗磨粒周围的结合剂。结果，容屑槽在磨粒周围生成、生长。在专利文献1中，容屑槽促进目标物质——玻璃质颗粒硬于铸铁(铸铁：4、玻璃：5～7)。因此，无法期待在使切削粉与玻璃质颗粒相接触滑动时所产生的磨耗，并且无法期望容屑槽的充分的生成和生长。

对于平顶珩磨加工而言，在粗珩磨工序中生成谷部和山部，其后，在精加工工序中仅去除山部而形成山丘形状。因此，精加工中的加工余量非常小，为几微米。精加工中的加工余量超过几微米时，在前工序的粗珩磨工序中所生成的谷部被除去，仅仅形成一般的珩磨面。

此处，需要使对应于数微米的加工余量的超磨粒为10μm以下、最大15μm以下，但在专利文献1的记载中，超磨粒径为1μm～200μm。如果超磨粒径如此大，则磨削量增加，将会除去谷部，因此不能形成良好的山丘形状。

此外，硫酸钡用于提高切削粉排出性能，关于硫酸钡的粒径，在专利文献1中记载了，硫酸钡的粒径为5μm～10μm。这会最终导致发挥实质性的磨削作用的超磨粒的脱粒。下面进行详细说明。超磨粒包含并保持在作为复合体的金属结合剂中。如果考虑该状态，则超磨粒的露出(突出量)比例最大为50％(直径比、50％＝半径)。换言之，不论金属结合剂的保持力多么强固，在露出(突出量)比例超过50％的时刻超磨粒都会脱粒。

在专利文献1的段落编号[0022]中记载了，当在烧结性金属结合剂的玻璃质成分崩溃而生成容屑槽时，由于崩溃的颗粒片的流动，通过将硫酸钡混合，提高了排出性能。

在此，将描述超磨粒、硫酸钡和玻璃质颗粒的粒径。玻璃质颗粒崩溃而脱落的痕迹形成为至少3μm～5μm(玻璃质颗粒径)的槽。这样的槽大量存在，其结果使硫酸钡脱落(在专利文献1中描述为，提高流动性)。但是，硫酸钡的粒径为5μm～10μm，如果硫酸钡脱落，则也生成5μm～10μm的容屑槽。该尺寸与进行磨削的超磨粒的粒径大致相同。

即，存在与实际上进行加工的超磨粒(需要说明的是，如专利文献1段落编号[0010]中所示，硫酸钡不具有切削性。)的直径相同的容屑槽。通过切削粉的攻击生成的、具有促进该切削粉排出的作用的容屑槽自然地生成在超磨粒的周边。但是，超磨粒的突出极限为粒径的50％，与此相对，硫酸钡的5μm～10μm的脱落痕过大，因此超磨粒容易进行脱粒。

作为切削刃的超磨粒的脱粒使磨削比(磨石寿命)降低，进而，如果脱粒进行，则磨石会在超磨粒的数量少的状态下进行加工，而导致磨削效率(每单位加工时间的磨削体积)的降低。

进而，如表1所示，结合剂的混合比59.1体积％～81.6体积％为金属质颗粒与玻璃质颗粒之和，但金属质颗粒与玻璃质颗粒以6∶4的比例混合(专利文献1、实施例)。那么，玻璃质颗粒的混合比变成23.6体积％左右～32.6体积％左右。如果对于每一个实施例，分别将该玻璃质颗粒的混合比与硫酸钡的混合比12.2体积％～34.7体积％相加一起，则所述混合比变成41.7体积％～58.3体积％。

如此，由于玻璃质颗粒和硫酸钡如以上说明的那样大量脱落，磨石发生磨耗，因而有磨削比(磨石寿命)降低之虞。

但是，磨石的寿命对磨削工序中的生产率和生产计划产生较大影响，因而有必要稳定地延长磨石的寿命。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2008-229794号公报

发明内容

本发明的一个以上的实施例提供长寿命的金属结合剂磨石及其制造方法。

根据本发明的一个以上的实施例，金属结合剂磨石具备磨粒、钴、二硫化钨和金属系结合材料。上述二硫化钨、钴和金属系结合材料聚集而成的结块包含在金属结合剂磨石中。上述结块的最大粒径不超过15μm。

需要说明的是，上述结块的最大粒径可以不超过10μm。

在上述的结构中，金属结合剂磨石包含二硫化钨、钴和金属系结合材料聚集而成的结块，该结块的平均尺寸(最大粒径的平均值)不超过15μm。如果结块的尺寸为15μm以下，则可以得到高磨削比，从而延长了磨石的寿命。

此外，如果结块的尺寸为10μm以下，则可以得到更高的磨削比，从而进一步延长了磨石的寿命。

此外，根据本发明的一个以上的实施例，金属结合剂磨石具备磨粒、钴、二硫化钨和作为结合材料的铜锡合金。上述铜锡合金的含量为整体的20体积％～40体积％。

在上述的结构中，将铜锡合金的含量限制在整体的20体积％～40体积％的范围内。熔融物质(铜锡合金)为连接非熔融物质(磨粒、钴颗粒、二硫化钨颗粒)之间的结合材料。熔融物质最优选为30体积％。由此可以推测，非熔融物质的空间率(与结合材料的占有空间一致)相当于30体积％。

如果在该30体积％的空间内，存在不足20体积％的熔融物质，则会产生10体积％量的空隙(气孔)。该空隙(气孔)越多，磨石的性能越降低。此外，如果超过40体积％的熔融物质试图进入30体积％的空间内，则10体积％的量成为多余，因此该多余量成为有害的夹杂物。该夹杂物导致非熔融物质的均匀分散受到阻碍。因此，磨石的性能降低。

通过将铜锡合金的含量限制在整体的20体积％～40体积％的范围内，可以得到长寿命的磨石。

此外，根据本发明的一个以上的实施例，金属结合剂磨石具备磨粒、钴、二硫化钨和金属系结合材料。上述二硫化钨的含量为整体的0.25体积％～0.5体积％。另外，上述金属系结合材料可以包含铜锡合金。此外，上述铜锡合金的含量可以为整体的20体积％～40体积％。进而，上述铜锡合金可以包含磷青铜。

在上述的结构中，二硫化钨的含量限制在0.25体积％～0.5体积％。如果二硫化钨的含量不足0.25体积％，则磨削比和磨削效率同时降低。如果二硫化钨的含量超过0.5体积％，则磨削比和磨削效率还是同时降低。通过将二硫化钨的含量限制在0.25体积％～0.5体积％，可以得到良好的磨削比和磨削效率。

此外，根据本发明的一个以上的实施例，金属结合剂磨石是通过如下方式获得：对由磨粒、钴、二硫化钨和铜锡合金组成的材料进行加压加热以获得烧结品；对上述烧结品进行急冷来制造的。

在上述的方法中，对烧结品进行急冷，因此可以抑制在缓慢冷却烧结品时所产生的有害的结块，从而制造出具有坚实的组织的磨石。

另外，可以对烧结品以10℃/分钟～20℃/分钟的降温速度进行急冷。

如果冷却速度为10℃/分钟以上，则可以抑制产生结块。另一方面，如果冷却速度为20℃/分钟以下，则不用安装额外的设备。

另外，上述铜锡合金的含量可以为磨石整体的20体积％～40体积％。此外，上述二硫化钨的含量可以为磨石整体的0.25体积％～0.5体积％。

由实施例的记载和附带的权利要求可知其他的特征和效果。

附图说明

图1为本发明的典型实施例中所用的热压机的截面图。

图2为炉内压力与降温速度之间的相关图。

图3为磨石截面的放大示意图。

图4为使用后的磨石截面的放大示意图。

图5中，图5(a)～图5(e)为由实验1～5得到的磨石中的结块的放大3000倍的概观图。

图6中，图6(a)为结块的尺寸与磨削比之间的相关图。图6(b)为降温速度与结块的尺寸之间的相关图。

图7中，图7(a)和图7(b)为显示实验6～8的结果的曲线图，图7(a)为溶解物质的量与磨削比之间的相关图，图7(b)为溶解物质的量与磨削效率之间的相关图。

图8中，图8(a)和图8(b)为显示实验9～12的结果的曲线图，图8(a)为溶解物质的量与磨削比之间的相关图，图8(b)为溶解物质的量与磨削效率之间的相关图。

图9中，图9(a)和图9(b)为显示实验13～17的结果的曲线图，图9(a)为二硫化钨的量与磨削比之间的相关图，图9(b)为二硫化钨的量与磨削效率之间的相关图。

图10为经平顶珩磨加工的气缸截面的放大示意图。

图11为现有的磨石截面的放大示意图。

图12为使用后的磨石截面的放大示意图。

符号的说明

10…热压机、11…冷却水套、31…惰性气体供给源、40…金属结合剂磨石、41…磨粒、42…钴颗粒、43…二硫化钨颗粒、44…金属系结合材料、48～52…结块、L1～L5…结块的尺寸(平均尺寸)。

具体实施方式

下面，基于附图对本发明的典型的实施例进行说明。需要说明的是，附图应该沿符号方向观察。此外，关于压力，采用下面所记载的压力。对于减压状态，使用以绝对真空为零的绝对压，单位的后面标注(a)。对于加压状态，使用以大气压为零的表压，单位的后面标注(G)。

如图1所示，热压机10是一种烧结炉，其具备冷却水套11、经受内压高达0.98MPa(G)的炉壳12、从该炉壳12的底部向上插入的下冲杆(lower punch)13、装载于该下冲杆13的圆筒状阴模14、从炉壳12的顶部向下插入而插入到阴模14的上冲杆15、设置在阴模14的周围的石墨加热器16、以及包围该石墨加热器16的绝热室17。

下冲杆13的下部插入气缸18，压力油从油压泵19输送到该气缸18时，下冲杆13上升。用压力检测单元21来检测油压。用水泵22向冷却水套11供水。该水排出到冷却器23，经温度调节后，返回到水泵22。

石墨加热器16由炉温控制部25来控制。即，由炉温检测单元26检测的温度低于设定值的情况下，增加向石墨加热器16的供电量，温度高于设定值的情况下，减少向石墨加热器16的供电量，由此可以进行包括升温速度控制在内的炉温控制。

此外，在炉壳12内，设置有检测炉内压力的炉压检测单元27及排气和加压时兼用的管28，该管28与真空泵或喷射器等排气单元29和惰性气体供给源31相连接。容易购得的惰性气体为氩气或氮气。其中，排气单元29与惰性气体供给源31不能同时使用。

此外，优选分别设置减压用和加压用的炉压检测单元27，但在此，为了方便，本发明共用一个炉压检测单元。使用以上说明的热压机10，进行下述的实验。

(实验例)

下面描述本发明的实验例。需要说明的是，本发明并不限于实验例。

○材料：

磨粒(平均粒径5μm)：8.75体积％

钴：56体积％

二硫化钨：5.25体积％

结合材料(磷青铜)：30体积％

○材料填充：

将上述材料填充到图1的阴模(die)14内。需要说明的是，阴模14的最大径为120mm。

○排气：

为了排除炉内的空气，利用图1的排气单元29，对炉内进行减压至20Pa(a)或该压力以下的压力。由此，氧基本上被除去。

○惰性气体填充：

将氩气从图1的惰性气体供给源31吹入到炉内，以将炉压维持在预定的压力

○压制：

利用图1的冲杆13、15，向材料提供30MPa的压制压力。

○加热和升温速度：

以12.5℃/分钟的升温速度从大气温度(25℃)加热至烧结温度(740℃)。通过在740℃保持一定时间，以进行烧结处理。

○加热停止：

停止图1的石墨加热器16运行。由此，炉内和材料的温度下降。降温时，由炉压检测单元27监控压力，控制排气单元29以及惰性气体供给源31，以使炉内的惰性气体的压力得到维持。

降温速度如下图所示。

如图2所示，炉内压力为0.01MPa(G)时，降温速度为11.9℃/分钟；炉内压力为0.10MPa(G)时，降温速度为12.8℃/分钟；炉内压力为0.49MPa(G)时，降温速度为16.0℃/分钟；炉内压力为0.69MPa(G)时，降温速度为17.5℃/分钟；炉内压力为0.80MPa(G)时，降温速度为18.7℃/分钟；炉内压力为0.92MPa(G)时，降温速度为19.3℃/分钟。

需要说明的是，计测从740℃降至600℃的所需时间，并由(740-600)/所需时间＝降温速度的计算式，求出降温速度。

对降温速度的差异可以进行如下说明。

冷却是指，热从温度高的炉中心部传(逃)到温度低的外周部。发挥该中介作用的传递物质为气氛。换言之，热的传递是通过气体分子的碰撞来进行的。

通常的热压制法中，对炉内进行减压或者进行气体置换，降低氧分压后进行烧结。这是为了防止由氧化导致的劣化。在减压气氛下，传递热的物质(气体分子)变少。此外，对于气体置换而言，即使气体的种类改变，气体分子数也几乎不变。因此，在通常的热压的气氛下，降温速度不会提高。

在本发明的典型的实施例中，通过使炉内的气氛为加压状态，该状态下实施热压制法，从而提高降温速度。通过将高压气体封入炉内，增加气体的分子的数量。即，通过增加分子的碰撞，成功地加速放热。

○在0.92MPa(G)下的评价：

在0.92MPa(G)的炉内压力下制作的磨石的截面(示意图)如下图所示。如图3所示，磨石40由磨粒41、钴颗粒42、二硫化钨颗粒43以及将它们结合的金属系结合材料44组成，同时小黑点所示的钴颗粒42、二硫化钨颗粒43和磨粒41被均匀地分散。

图4为图3的作用图，用这样的磨石40进行磨削的结果，二硫化钨颗粒43从表面脱落，形成微小的槽47。

即，提高磨粒的耐磨耗性的钴颗粒42停留在磨石内，发挥抑制磨石磨耗的作用。进而，微小的槽47防止切削粉堆积在磨粒前面，脱落的二硫化钨颗粒43发挥固体润滑剂的作用，而促进切削粉的排出性能，因此，防止由切削粉导致的堵塞。通过这些作用，维持良好的切削性。

○在大气压(0.01MPa(G))下的评价：

另一方面，在0.01MPa(G)的炉内压力下制作的磨石的截面(示意图)与现有技术中所述的图8中所示的截面大致相同，具有如图9那样的问题。

如本发明的典型的实施例那样，烧结后，以高降温速度进行冷却，由此可以减小结块(图11、符号115)的尺寸。

如上所述可知，可以随着降温速度的增加，结块的尺寸成正比地减小。

下面，将进行研究降温速度与结块的尺寸的相关性的追加实验。

○实验1～5：

如表2所示，将降温速度设定为5.8℃/分钟～26.4℃/分钟，在上述(实验例)的项中所示的实验条件下，制作磨石。其中，在图2中，降温速度为11.9℃/分钟～19.3℃/分钟。但是，通过使用尺寸大的阴模(die)，可以降低降温速度，通过使用尺寸小的阴模，可以提高降温速度。此外，通过改变构成绝热室17的绝热材料的厚度和种类，也可以调整降温速度。通过实施这样的处理，实现5.8℃/分钟～26.4℃/分钟的降温速度。

表2

实验编号	降温速度	结块的大小	磨削比
				实验1	5.8℃/分钟	30μm	502
实验2	7.8℃/分钟	25μm	754
				实验3	10.8℃/分钟	16μm	992
实验4	18.6℃/分钟	8μm	2569
				实验5	26.4℃/分钟	8μm	2442

对于所得到的磨石的最外表面，在SEM下观察3000倍的显微镜照片。图5(a)～图5(e)为由实验1～5得到的磨石中的结块的3000倍放大的概观图。图5(a)为实验1的概观图，其中，发现了相当大的结块48。该结块48的尺寸(＝最大粒径)L1为30μm。该尺寸大致等于分布着的多个结块48的尺寸的平均值。于是，在表2中记载了30μm。

图5(b)为实验2的概观图，结块49的平均尺寸L2为25μm。图5(c)为实验3的概观图，结块50的平均尺寸L3为16μm。图5(d)为实验4的概观图，结块51的平均尺寸L4为8μm。图5(e)为实验5的概观图，结块52的平均尺寸L5为8μm。

但是，用磨石磨削工件时，工件仅仅被磨削除去预定体积。将该体积称为磨削体积。此外，磨石侧也会磨耗一定体积。将该体积称为磨耗体积。磨削比定义为：(磨削体积/磨耗体积)＝磨削比。磨削比表示磨石本身的寿命，因此优选磨削比大的磨石，即，优选磨石的磨耗量少、工件的磨削量大的磨石。

使用实验1～5中的磨石研究磨削比的结果，得到表2所示的值。将表2所记载的结块的尺寸与磨削比之间的相关性绘成曲线图，示于图6(a)。如图6(a)所示可知，结块的尺寸越小磨削比越变大。还可知，曲线图中，在横轴刻度为16、即结块的尺寸为16μm处存在奇异点，如果结块的尺寸为16μm以下，则可以得到高磨削比。

如果结块的尺寸为15μm以下，即比16μm小约1μm，则可以得到磨削比1000。进而，如果结块的尺寸为10μm以下，则可以得到磨削比2000以上。因此，若将不可避免地分布在磨石中的结块尺寸为15μm以下、优选设定为10μm以下，则可以得到良好的磨削比。

需要说明的是，图6(b)为将表2的降温速度与结块的尺寸的相关性绘成的曲线图，如虚线所示，为了将结块的平均尺寸控制为16μm，需要使降温速度为10℃/分钟以上。只是，实验4中的降温速度18.6℃/分钟以上时，结块的尺寸几乎不变。如果想要提高降温速度，则需要额外的设备，因此，优选将20℃/分钟设定为上限。因此，优选的降温速度为10℃/分钟～20℃/分钟。

进而，为了确定熔融物质(磷青铜)的合适含量比例，进行了追加实验。

○实验6～8：

如表3所示，在实验6中，磷青铜(Cu-Sn-P)为20体积％、磨粒为8.75体积％、钴颗粒为57.70体积％、二硫化钨为13.55体积％，在上述(实验例)的项中所示的实验条件(材料填充、排气、惰性气体填充、压制、加热和升温速度、加热停止)下，制作了磨石(其中，气氛为0.92MPa(G)、降温速度为18.2℃/分钟)。

顺便提及，用一定时间对工件进行加工时，磨削体积越大，生产率越高。因此，磨削效率定义为：磨削效率＝(磨削体积/加工时间)。磨削效率的单位为mm³/sec。

[表3]

在实验6中，磨削比为660、磨削效率为7.9mm³/sec。在减少二硫化钨的含量后实施的实验7和8中，得到如表3所示的结果。将实验6～8中的磨削比和磨削效率绘图，示于后面。

如图7(a)、图7(b)所示，磨削比和磨削效率同时在熔融物质为30体积％时出现峰值。据说，图7(a)中，现有的磨石的磨削比为210。如果在该值的3倍的地方绘制横线，则磨削比为630的熔融物质的范围为20体积％～40体积％。进而，在4倍的地方绘制横线，则磨削比为840的熔融物质的范围为24体积％～36体积％。

在实验6～8中，由WS₂/Co表示的二硫化钨/钴为9.0％以上。将二硫化钨的含量减少后，实施实验9～12。

○实验9～12：

如表4所示，在实验9中，磷青铜(Cu-Sn-P)为20体积％、磨粒为8.75体积％、钴颗粒为67.70体积％、二硫化钨为3.55体积％，上述(实验)的项中所示的实验条件下，制作了磨石(其中，气氛为0.92MPa(G)、降温速度为18.2℃/分钟)。

[表4]

在实验9中，磨削比为920、磨削效率为7.5mm³/sec。在进一步减少二硫化钨的含量后实施的实验10～12中，得到如表4所示的结果。将实验9～12中的磨削比和磨削效率绘图，示于后面。

如图8(a)、图8(b)所示，磨削比和磨削效率同时在熔融物质为30体积％时达到峰值。据说，图8(a)中，现有的磨石的磨削比为210。如果在该值的3倍的地方绘制横线，则磨削比为630的熔融物质的范围为18体积％～40体积％。进而，在4倍的地方绘制横线，则磨削比为840的熔融物质的范围为20体积％～38体积％。

如果将图7(a)和图8(a)重叠，则能够确认到，只要熔融物质的范围为20体积％～40体积％，就可以得到现有磨削比的3倍的磨削比。对该确认事项进行探讨。表3、4所示的熔融物质(磷青铜)为将非熔融物质(磨粒、钴颗粒、二硫化钨颗粒)之间连接的结合材料(binder)。由于熔融物质为30体积％时最佳，因此可以推测到非熔融物质的空间率(与结合材料的占有空间一致)相当于30体积％。

如果在该30体积％的空间内存在不足20体积％的熔融物质，则会产生10体积％份的空隙(气孔)。该空隙(气孔)越多，磨石的性能越降低。此外，如果超过40体积％的熔融物质试图进入30体积％的空间内，则10体积％的量成为多余，因此该多余量成为有害的夹杂物。该夹杂物导致非熔融物质的均匀分散受到阻碍。因此，磨石的性能降低。

需要说明的是，除了磷青铜之外，铜锡合金也可以为易切削磷青铜(free-machiningphosphor bronze)，关键是，只要为铜与锡的合金或铜、锡与其他的元素的合金，就不追究种类。

进而，为了确定二硫化钨的优选含量，进行追加实验。

○实验13～17：

如后述的表5所示，磨粒为8.75体积％、钴颗粒为58.50体积％～61.25体积％、二硫化钨为0体积％～2.75体积％、磷青铜(Cu-Sn-P)为30体积％，在上述(实验例)的项中所示的实验条件(材料填充、排气、惰性气体填充、压制、加热和升温速度、加热停止)下，制作了磨石(其中，0.92MPa(G)、降温速度为18.2℃/分钟)。

需要说明的是，在烧结品中虽然不可避免地包含微细气孔，但若该气孔较大或者数量较多，则磨石的寿命减少。气孔的含量可以用气孔率来评价。气孔率(体积比例：单位为％)是指(气孔的体积之和)/(磨石的表观体积)，用理论密度和磨石密度的实测值来进行计算。

[表5]

在二硫化钨的含量为0的实验13中，磨削比为2202、磨削效率为6.6mm³/sec、气孔率为1.07％。在增加二硫化钨的含量后实施的实验14～17中，得到如表5所示的结果。将实验13～17中的磨削比和磨削效率绘图，示于后面。

如图9(a)所示，在二硫化钨的含量为0体积％～0.25体积％时，磨削比与二硫化钨的含量成正比地激增。另外，在二硫化钨的含量为0.5体积％～2.75体积％时，磨削比与二硫化钨的含量成正比地减少。即，在二硫化钨的含量为0.25体积％～0.5体积％的范围时，得到最大的磨削比。

此外，如图9(b)所示，在二硫化钨的含量为0体积％～0.25体积％时，磨削效率与二硫化钨的含量成正比地激增。另外，在二硫化钨的含量为0.5体积％～2.75体积％时，磨削效率与二硫化钨的含量成正比地减少。即，在二硫化钨的含量为0.25体积％～0.5体积％的范围时，得到高磨削效率。

如果将二硫化钨的含量设定在0.25体积％～0.5体积％的范围内，则可以确认到，二硫化钨有效发挥促进容屑槽形成和促进切屑排出的2个作用。

进而，如表5所示，实验14～17的气孔率在0.72％～0.76％的范围内，与实验13相比，改善了约30％。因此，二硫化钨发挥了抑制气孔的产生的效果。

工业实用性

本发明适用于平顶珩磨加工中所用的金属结合剂磨石。

Claims

1.一种金属结合剂磨石，其具备磨粒、钴以及二硫化钨和金属系结合材料，所述二硫化钨、钴和金属系结合材料聚集而成的结块包含在金属结合剂磨石中，所述结块的最大粒径不超过15μm。

2.如权利要求1所述的金属结合剂磨石，其中，所述结块的最大粒径不超过10μm。

3.一种金属结合剂磨石，其具备磨粒、钴、二硫化钨和作为结合材料的铜锡合金，所述铜锡合金的含量为整体的20体积％～40体积％。

4.一种金属结合剂磨石，其具备磨粒、钴、二硫化钨和金属系结合材料，所述二硫化钨的含量为整体的0.25体积％～0.5体积％。

5.如权利要求4所述的金属结合剂磨石，其中，所述金属系结合材料包含铜锡合金，所述铜锡合金的含量为整体的20体积％～40体积％。

6.如权利要求5所述的金属结合剂磨石，其中，所述铜锡合金包含磷青铜。

7.一种金属结合剂磨石的制造方法，该制造方法包括：对包含磨粒、钴、二硫化钨和铜锡合金的材料进行加压加热以获得烧结品，并且对所述烧结品进行急冷。

8.如权利要求7所述的金属结合剂磨石的制造方法，其中，对烧结品以10℃/分钟以上的降温速度进行急冷。

9.如权利要求8所述的金属结合剂磨石的制造方法，其中，对烧结品以20℃/分钟以下的降温速度进行急冷。

10.如权利要求7～9任一项所述的金属结合剂磨石的制造方法，其中，所述铜锡合金的含量为整体的20体积％～40体积％。

11.如权利要求7～10任一项所述的金属结合剂磨石的制造方法，其中，所述二硫化钨的含量为整体的0.25体积％～0.5体积％。