CN116568434A - 刀片和切削刀具 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及刀片和切削刀具。在相对于与第一面(7)垂直的氮化硼烧结体的截面的、透射型X射线衍射中，设与第一面(7)垂直方向的立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)v。设压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)v。设与第一面(7)平行方向的立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)h。设压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)h。根据这些X射线强度求得的压缩型氮化硼含有值大于0.002并小于0.01。立方晶取向值大于0.5，压缩型氮化硼取向值大于立方晶取向值。另外，相对于氮化硼烧结体的第一面垂直方向的维氏硬度，在1000℃下为40.0GPa以上。

Description

刀片和切削刀具
技术领域
本发明涉及刀片和切削刀具。
背景技术
氮化硼烧结体具有高硬度。利用这一特性，氮化硼烧结体被用于粉碎构件和工具的刀片等。
专利文献1中记述有含有立方晶氮化硼的氮化硼烧结体。另外，在专利文献1中记述有一种立方晶氮化硼复合多晶体，其含有纤维锌矿型氮化硼，并且具备立方晶氮化硼的(220)面的X射线衍射强度I(220)相对于立方晶氮化硼的(111)面的X射线衍射强度I(111)之比I(220)/I(111)低于0.1的取向面。换言之，在该立方晶氮化硼复合多晶体的取向面中，I(111)是I(220)的10倍以上。即，可以说在取向面中，(111)面很强地进行取向。此立方晶氮化硼复合多晶体，能够使用作为原料取向后的pBN而取得。另外还记述，作为比较例，在包含六方晶氮化硼时，立方晶氮化硼在取向面中，即使(111)面很强地进行取向，磨损量也较大，作为切削刀具的性能差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第5929655号公报
发明内容
本发明的一个方式的刀片，具备有着第1面、第2面、位于第1面和第2面的棱部的至少一部分上的刃口的氮化硼烧结体。氮化硼烧结体，含有立方晶氮化硼和压缩型氮化硼。在相对于垂直于第1面的氮化硼烧结体截面的、透射型X射线衍射中，设与第1面垂直的方向上的、立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)v，压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)v，设与第1面平行的方向上的、立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)h，压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)h。由(IhBN(002)v+IhBN(002)h)/(IcBN(111)v+IcBN(111)h)表示的压缩型氮化硼含有值，大于0.002并小于0.01。由IcBN(111)v/(IcBN(111)v+IcBN(111)h)表示的立方晶取向值大于0.5。由IhBN(002)v/(IhBNv(002)+IhBN(002)h)表示的压缩型氮化硼取向值，大于立方晶取向值。另外，相对于氮化硼烧结体的第一面垂直方向的维氏硬度，在1000℃下为40.0GPa以上。
本发明的一个方式的切削刀具具备：具有从第1端延伸到第2端的长度，并在第1端侧具有卡槽的刀柄；位于卡槽的上述的刀片。
附图说明
图1是表示本发明的刀片的一例的立体图。
图2是表示本发明的刀片的另一例的立体图。
图3是表示本发明的切削刀具的一例的图。
图4是表示高温硬度测量结果的图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的刀片和切削刀具的方式(以下，表述为“实施方式”)进行详细说明。还有，本发明不受此实施方式限定。另外，各实施方式，可以在不与处理内容发生矛盾的范围内适宜组合。另外，在以下的各实施方式中，对相同部位附加相同符号，并省略重复说明。
另外，在以下所示的实施方式中，有时使用“一定”、“正交”、“垂直”或“平行”这种表达，但这些表达不需要是严格意义上的“一定”、“正交”、“垂直”或“平行”。即，上述各表达，例如允许制造精度、设置精度等的偏差。
另外，以下所参照的各图，为了便于说明，只简化显示必要的主要部分。
已知有由氮化硼烧结体形成的刀片。这种刀片，在提高耐磨损性方面存在进一步改善的余地。
＜刀片＞
图1中显示本发明的刀片1的一例。在图1所示的例子中，刀片1是多边形的氮化硼烧结体3。图2中显示本发明的刀片1的另一例。在图2中显示氮化硼烧结体3接合在例如由硬质合金形成的基体5上的例。基体5与氮化硼烧结体3一起形成多边形的刀片。若具有这样的结构，则能够减少价格比较高的氮化硼烧结体3在刀片1中所占的比例。在图2所示的例子中，氮化硼烧结体3位于刀片1具有的多个角部之中的一角上。不限于此，氮化硼烧结体3也可以位于刀片1所具有的多个角部之中的两个以上的角上。
在氮化硼烧结体3与基体5之间，例如，可以设置含有Ti和Ag的接合材(未图示)。氮化硼烧结体3与基体5，能够使用现有公知的接合法经由接合材而一体化。
氮化硼烧结体3具有第一面7和第二面9。在图1和图2所示的例子中，第一面7是刀片1的上表面，第二面是刀片1的侧面。另外，在图1和图2所示的例子中，第一面7相当于前刀面，第二面9相当于后刀面。以后，有时将第一面7称为前刀面7。另外，有时将第二面9称为后刀面9。刀片1在第一面7与第二面9的棱部的至少一部分具有刃口13。
本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，含有立方晶氮化硼和压缩型氮化硼。
在相对于氮化硼烧结体3中的垂直于第1面7的截面的、透射型X射线衍射中，所取得的数据之中，设垂直于第1面7的方向上的、立方晶氮化硼的111衍射的X射线强度为IcBN(111)v。另外，设垂直于第1面7的方向上的、压缩型氮化硼的002衍射的X射线强度为IhBN(002)v。另外，在相对于氮化硼烧结体3中的垂直于第1面7的截面的、透射型X射线衍射中，所得到的数据之中，设平行于第1面7的方向上的、立方晶氮化硼的111衍射的X射线强度为IcBN(111)h。另外，设平行于第1面7的方向上的、压缩型氮化硼的002衍射的X射线强度为IhBN(002)h。
还有，上述的各面的特别指定，关于立方晶氮化硼，以JCPDS卡No.01－075－6381为基础。另外，关于压缩型氮化硼，以JCPDS卡No.18－251为基础。关于六方晶氮化硼，以JCPDS卡No.00―045―0893为基础。另外，关于后述的纤维锌矿型氮化硼，以JCPDS卡No.00－049－1327为基础。
透射型X射线衍射，例如，使用株式会社Rigaku制的弯曲IPX射线衍射装置RINTRAPID2进行即可。
将以上述的各X射线强度为基础得到的(IhBN(002)v+IhBN(002)h)/(I(111)v+IcBN(111)h)称为压缩型氮化硼含有值。压缩型氮化硼含有值，是与氮化硼烧结体3所含的压缩型氮化硼的量相关的指标。该值越大，氮化硼烧结体3所含的压缩型氮化硼的量越多。压缩型氮化硼含有值不是含量本身。
本发明的刀片1的氮化硼烧结体3中，压缩型氮化硼含有值大于0.002并小于0.01。即，本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，以满足该条件的程度含有压缩型氮化硼。
另外，将以上述的各X射线强度为基础得到的IcBN(111)v/(IcBN(111)v+IcBN(111)h)称为立方晶取向值。若立方晶取向值为0.5，则立方晶氮化硼的111面朝向随机方向，是无取向的状态。立方晶取向值越大，氮化硼烧结体3所含的立方晶氮化硼的111面与第1面7平行取向的程度越大。
本发明的刀片1的氮化硼烧结体3中，立方晶取向值大于0.5。换言之，垂直方向的立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度，大于平行方向的立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度。即，也可以说立方晶氮化硼的111面，沿着第1面7的法线方向取向。
将以上述的各X射线强度为基础得到的IhBN(002)v/(IhBN(002)v+IhBN(002)h)称为压缩型氮化硼取向值。若压缩型氮化硼取向值为0.5，则压缩型氮化硼的002面朝向随机方向，是无取向的状态。压缩型氮化硼取向值越大，氮化硼烧结体3所含的压缩型氮化硼的002面，与第1面7平行地取向的程度越大。
本发明的刀片1的氮化硼烧结体3中，压缩型氮化硼取向值大于立方晶取向值。即，压缩型氮化硼的002面与第一面7平行取向的程度，大于立方晶氮化硼的111面。
本发明的刀片1，通过具有上述结构，从而具有优异的耐磨损性。该效果被推测是由于本发明的刀片1含有少量的压缩型氮化硼，此外，在第1面中压缩型氮化硼的002面大量取向，因此粘结在第1面的被切削物与压缩型氮化硼一起被剥离。
本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，压缩型氮化硼含有值可以为0.004以上且0.008以下。若具有这样的结构，则刀片1的硬度高。
另外，本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，立方晶取向值可以为0.55以上。若具有这样的结构，则第一面7的硬度高。
另外，本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，压缩型氮化硼取向值可以为0.8以上。若具有这样的结构，则刀片1的寿命长。
另外，本发明的刀片1的氮化硼烧结体3，可以含有纤维锌矿型氮化硼。具有这样结构的氮化硼烧结体3的硬度高。
另外，本发明的刀片1，立方晶氮化硼的平均粒径可以为200nm以下。若具有这样的结构，则刀片1的强度高。还有，立方晶氮化硼的平均粒径可以为100nm以下。
另外，本发明的刀片1，可以在氮化硼烧结体3的表面具有硬质涂层(未图示)。
＜维氏硬度＞
在本发明的刀片1中，相对于氮化硼烧结体3的第一面7垂直方向的维氏硬度，在1000℃下为40.0GPa以上。
另外，相对于氮化硼烧结体3的第一面7垂直方向的维氏硬度，在700℃下大于45.0GPa。
另外，相对于氮化硼烧结体3的第一面7的垂直方向的维氏硬度，在400℃下大于47.0GPa。
这样，因为本发明的刀片1在高温下具有高硬度，所以高温切削时的耐磨损性优异。
＜切削刀具＞
接着，参照图3对于本发明的切削刀具进行说明。图3是表示本发明的切削刀具的一例的图。
本发明的切削刀具101，如图3所示，例如，是从第一端(图3中的上端)朝向第二端(图3中的下端)延伸的棒状体。
切削刀具101，如图3所示，具备：刀柄105，其具有从第一端(前端)延伸到第二端的长度，并具有位于第一端侧的卡槽103；位于卡槽103的上述刀片1。因为切削刀具101具备刀片1，所以能够长期进行稳定的切削加工。
卡槽103是安装刀片1的部分，具有相对于刀柄105的下表面平行的支承面、和相对于支承面垂直或倾斜的限制侧面。另外，卡槽103在刀柄105的第一端侧开口。
刀片1位于卡槽103。这时，刀片1的下表面可以与卡槽103直接相接，另外，也可以在刀片1与卡槽103之间夹隔垫片(未图示)。
刀片1以使前刀面7和后刀面9相交的棱部的作为刃口13使用部分的至少一部分从刀柄105向外方突出的方式被安装在刀柄105上。在本实施方式中，刀片1由固定螺栓107安装在刀柄105上。即，在刀片1的贯通孔55中插入固定螺栓107，将该固定螺栓107的前端插入形成于卡槽103的螺丝孔(未图示)中，使螺纹部之间拧紧，由此刀片1被安装在刀柄105上。
作为刀柄105的材质，能够使用钢、铸铁等。这些构件之中可以使用韧性高的钢。
在本实施方式中，例示的是用于所谓车削加工的切削刀具。作为车削加工，例如，可列举内径加工、外径加工和开槽加工等。还有，作为切削刀具，不限定用于车削加工。例如，用于铣削加工的切削刀具也可以使用上述实施方式的刀片1。
＜制造方法＞
以下，对于本发明的刀片的氮化硼烧结体的制造方法进行说明。首先，准备作为原料粉末的扁平形状的六方晶氮化硼粉末。使用平均粒径为0.7μm以上，市售的原料之中氧杂质量低于0.5质量％的。所谓六方晶氮化硼粉末的平均粒径，意思是以电子显微镜测量的氮化硼粉末的长轴方向的长度的平均值。六方晶氮化硼粉末，平均粒径可以为0.2μm以上且30μm以下。六方晶氮化硼粉末也可以是具有99％以上纯度的高纯度。另外，也可以含有制造立方晶的氮化硼粉末时使用的催化剂成分。另外，也可以使用纯度低于99％的原料粉末。
原料粉末的成形以单轴压制进行，通过控制成形时的压力，能够控制烧成后的立方晶取向值和压缩型氮化硼取向值。以单轴压制成形时，扁平的六方晶氮化硼粉末进行取向，六方晶氮化硼粉末的002面以垂直于压制的加压轴方向的方式进行取向。单轴压制时，若对同一成形体以反复施加压力的方式进行，则成形体的六方晶氮化硼粉末的取向性高。
接着，将经由上述方法制作的成形体，以1800～2200度的温度，在8～10GPa的压力下烧成，由此能够得到本发明的氮化硼烧结体。氮化硼烧结体中包含的压缩型氮化硼的比例，能够由烧成时的温度与压力进行控制。
以上，对于本发明的氮化硼烧结体、刀片和切削刀具进行了说明，但不限于上述的实施方式，在不脱离本发明要旨的范围，可以进行各种改良和变更。
实施例
对于平均粒径为0.3μm、6μm、16μm，氧杂质量为0.3质量％的扁平形状的六方晶氮化硼粉末，以单轴压制进行成形，得到成形体。另外，对于相同的六方晶氮化硼粉末进行等压加压而制作成形体。以表1所示的条件烧成这些成形体。
接着，将得到的烧结体沿着与烧结体的第一面垂直的方向切断，制作具有相对于第1面以直角相交的面的厚约0.5mm的试验片。以此试验片的垂直于第一面的截面为基准，使用株式会社Rigaku制的弯曲IPX射线衍射装置RINT RAPID2，求得压缩型氮化硼含有值、立方晶取向值、压缩型氮化硼取向值。得到的各值显示在表1中。
[表1]
此外，截取得到的烧结体的一部分，制作刀片。以此刀片的第一面作为前刀面进行切削试验。以下显示切削试验的条件。
＜切削试验的条件＞
被切削材：Ti合金(Ti－6Al－4V)
切削条件：Vc＝100m/min，f＝0.1mm/rev，ap＝0.4mm，Wet
使用工具：CNGA120408
由等压成形的成形体得到的作为试料的试料No.1～3、7、11、15，均没有本发明的刀片中的氮化硼烧结体的结构。另外，即便使用单轴加压的成形体时，在烧成温度为2100℃，烧成压力为11GPa的试料No.8～10中，也不包含压缩型氮化硼。使用单轴加压的成形体，烧成温度为2300℃，烧成压力为7.7GPa的试料No.16中，虽然含有压缩型氮化硼，但压缩型氮化硼取向值小于立方晶取向值。
另一方面，经单轴压制而成形的试料之中，试料No.4～6、12～14的压缩型氮化硼含有值小于0.005，立方晶取向值大于0.5，压缩型氮化硼取向值大于立方晶取向值，寿命长。还有，试料No.4～6、12～14的立方晶氮化硼的平均粒径，均为200nm以下。特别是使用了平均粒径小的原料粉末的试料No.4和试料No.12的平均粒径为100nm以下。
立方晶取向值为0.55以上的试料No.5、6、12、13、14，寿命比立方晶取向值低于0.55的试料No.4长。压缩型氮化硼取向值为0.8以上的试料No.13、14，寿命比压缩型氮化硼取向值低于0.8的试料No.12长。
不满足本发明的刀片的构成要件的试料，寿命比作为本发明刀片的试料No.4～6、12～14的短。
＜高温硬度测量＞
对于平均粒径为0.3μm、6μm、16μm，氧杂质量为0.3质量％的扁平形状的六方晶氮化硼粉末，以单轴压制进行成形，得到成形体。对此成形体，以烧成温度2100～2200℃，压力9GPa的条件进行烧成。
然后，对于得到的烧结体，分别在25℃、400℃、700℃和1000℃的温度环境下进行维氏硬度的测量。维氏硬度使用如下公知的试验法评价，将金刚石所制的棱锥形(正四棱锥形)的压头压入烧结体的第一面(前刀面)，测量解除载荷之后留下的凹痕。测量条件如下述。
＜测量条件＞
当前例装置：Nikon(株)制高温硬度计QM型
压头压入载荷：4.9N
压头压入时间：15sec
测量气氛：真空
图4是表示高温硬度测量结果的图。如图4所示，相对于得到的烧结体的第一面垂直方向的维氏硬度，在1000℃下约42.0GPa，在700℃下约46.0GPa，在400℃下约48.0GPa。
本次公开的实施方式，应该视为所有方面均为例示而非限制性的。实际上，上述实施方式可以由各种方式体现。另外，上述的实施方式以不脱离附加的权利要求范围及其宗旨为前提，可由各种方式进行省略、置换、变更。
符号说明
1…刀片
3…氮化硼烧结体
5…基体
7…前刀面
9…后刀面
13…刃口
101…切削刀具
103…卡槽
105…刀柄

Claims (8)

1.一种刀片，是具备具有第一面、第二面、位于所述第一面和所述第二面的棱部的至少一部分上的刃口的氮化硼烧结体的刀片，其中，
所述氮化硼烧结体含有立方晶氮化硼和压缩型氮化硼，
在相对于与所述第1面垂直的氮化硼烧结体截面的、透射型X射线衍射中，
设与所述第1面垂直的方向上的、所述立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)v，所述压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)v，
设与所述第1面平行的方向上的、所述立方晶氮化硼的111衍射的峰的顶点的X射线强度为IcBN(111)h，所述压缩型氮化硼的002衍射的峰的顶点的X射线强度为IhBN(002)h时，
由(IhBN(002)v+IhBN(002)h)/(IcBN(111)v+IcBN(111)h)表示的压缩型氮化硼含有值，大于0.002并小于0.01，
由IcBN(111)v/(IcBN(111)v+IcBN(111)h)表示的立方晶取向值大于0.5，
由IhBN(002)v/(IhBN(002)v+IhBN(002)h)表示的压缩型氮化硼取向值，大于所述立方晶取向值，
相对于所述氮化硼烧结体的所述第一面垂直方向的维氏硬度，在1000℃下为40.0GPa以上。
2.根据权利要求1所述的刀片，其中，所述立方晶取向值为0.55以上。
3.根据权利要求1或2所述的刀片，其中，所述压缩型氮化硼取向值为0.8以上。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的刀片，其中，所述氮化硼烧结体含有纤维锌矿型氮化硼。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的刀片，其中，所述截面中的所述立方晶氮化硼的平均粒径为200nm以下。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的刀片，其中，所述维氏硬度在700℃下大于45.0GPa。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的刀片，其中，所述维氏硬度在400℃下大于47.0GPa。
8.一种切削刀具，其具备：具有从第一端延伸到第二端的长度，并在所述第一端侧具有卡槽的刀柄；
位于所述卡槽的权利要求1～7中任一项所述的刀片。
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