DE112021003456T5

DE112021003456T5 - Einsatz und schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE112021003456T5
Application number: DE112021003456.1T
Authority: DE
Inventors: Hiroyuki Nanahara; Futoshi Isobe; Yusuke Nagaoka
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2020-06-30
Filing date: 2021-06-23
Publication date: 2023-04-27
Also published as: WO2022004527A1; CN115916438A; JP7462045B2; JPWO2022004527A1; US20230249260A1

Abstract

Ein Einsatz (1) gemäß der vorliegenden Offenbarung weist einen cBN-Sinterkörper auf, der cBN und TiN enthält. Das cBN nimmt 60 % oder mehr der Querschnittsfläche des betrachteten cBN-Sinterkörpers ein. TiN (200) ist höher als cBN (111), wobei das TiN (200) eine Röntgenintensität auf einer (200)-Ebene des TiN ist und das cBN (111) eine Röntgenintensität auf einer (111)-Ebene des cBN ist, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Einsatz und ein Schneidwerkzeug.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Kubisches Bornitrid (cBN) ist härter als alles andere außer Diamant und weist eine ausgezeichnete chemische Stabilität auf. Daher wurde ein cBN-Sinterkörper weitläufig als Schneidwerkzeug für die Bearbeitung von Eisenmetallen wie gehärtetem Stahl, Gusseisen und Sinterlegierungen verwendet.
ZITIERLISTE
PATENTLITERATUR
Patentdokument 1: JP 2019-172477 A
KURZERLÄUTERUNG
Ein Einsatz gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung weist einen cBN-Sinterkörper auf, der cBN und TiN enthält. Das cBN nimmt 60 % oder mehr der Querschnittsfläche des betrachteten cBN-Sinterkörpers ein. TiN (200) ist höher als cBN (111), wobei das TiN (200) eine Röntgenintensität auf einer (200)-Ebene des TiN ist und das cBN (111) eine Röntgenintensität auf einer (111)-Ebene des cBN ist, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Einsatz gemäß einer Ausführungsform zeigt.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Beispiel für den Einsatz gemäß der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß der Ausführungsform zeigt.
4 ist eine Tabelle, die das Ergebnis der durch XRD-Messung erhaltenen Peakintensitätshöhe anhand der Anzahl der Zählungen eines Szintillationszählers pro Sekunde darstellt.
5 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der XRD-Messung an Probe Nr. 1 zeigt.
6 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der XRD-Messung an Probe Nr. 3 zeigt.
7 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse der Bewertung der Verschleißfestigkeit und Stabilität für jede Probe darstellt.

BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines Einsatzes und eines Schneidwerkzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung (im Folgenden als „Ausführungsformen“ bezeichnet) unter Bezugnahme auf die Zeichnungen. Es ist klar, dass der Einsatz und das Schneidwerkzeug gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht durch die Ausführungsformen beschränkt sind. Darüber hinaus können die Ausführungsformen in geeigneter Weise kombiniert werden, so dass sie sich inhaltlich nicht widersprechen. In den folgenden Ausführungsformen sind gleiche Abschnitte durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet, und sich überschneidende Erläuterungen werden ausgelassen.
In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können Ausdrücke wie „konstant“, „orthogonal“, „vertikal“ und „parallel“ verwendet werden, jedoch erfordern diese Ausdrücke nicht genau „konstant“, „orthogonal“, „vertikal“ und „parallel“. Mit anderen Worten lässt jeder der oben beschriebenen Ausdrücke Abweichungen zu, z.B. bei der Fertigungsgenauigkeit, der Positioniergenauigkeit und dergleichen.
Die vorliegende Offenbarung stellt eine Technik bereit, mit der die Bruchfestigkeit eines Einsatzes, der einen cBN-Sinterkörper aufweist, verbessert werden kann.
Einsatz
1 ist eine perspektivische Ansicht, die ein Beispiel für einen Einsatz gemäß einer Ausführungsform zeigt. Wie in 1 dargestellt, ist der Einsatz 1 gemäß der Ausführungsform ein Einsatz für ein Schneidwerkzeug und hat eine hexaedrische Form, bei der eine Form einer oberen Fläche und einer unteren Fläche (eine Fläche, die die in 1 dargestellte Z-Achse schneidet) beispielsweise ein Parallelogramm ist.
Der Einsatz 1 gemäß der Ausführungsform weist einen Körperabschnitt 2 und eine Basis 10 auf, die über ein später beschriebenes Verbindungsmaterial 40 an dem Körperabschnitt 2 befestigt ist (siehe 2).
Der Körperabschnitt 2 ist beispielsweise aus Hartmetall hergestellt. Das Hartmetall enthält Wolfram (W), insbesondere Wolframkarbid (WC). Außerdem kann das Hartmetall Nickel (Ni) oder Kobalt (Co) enthalten. Alternativ kann der Körperabschnitt 2 aus einem Cermet gebildet sein. Das Cermet enthält z.B. Titan (Ti), insbesondere Titancarbid (TiC) oder Titannitrid (TiN). Darüber hinaus kann das Cermet auch Ni oder Co enthalten.
Ein Sitz 4 zur Befestigung der Basis 10 ist in einem Endabschnitt des Körperabschnitts 2 angeordnet. Ein Durchgangsloch 5, das den Körperabschnitt 2 vertikal durchdringt, ist im mittleren Abschnitt des Körperabschnitts 2 angeordnet. In das Durchgangsloch 5 wird eine Schraube 75 zur Befestigung des Einsatzes 1 an einem später beschriebenen Halter 70 eingesetzt (siehe 3).
Die Basis 10 ist am Sitz 4 des Körperabschnitts 2 befestigt. Somit ist die Basis 10 mit dem Körperabschnitt 2 integriert.
Die Basis 10 hat eine erste Fläche 6 (hier eine obere Fläche) und eine zweite Fläche 7 (hier eine Seitenfläche), die mit der ersten Fläche 6 verbunden ist. In der Ausführungsform fungiert die erste Fläche 6 als eine „Spanfläche“ zum Empfangen der beim Schneiden anfallenden Späne und fungiert die zweite Fläche 7 als eine „Freifläche“. Eine Schneidkante 8 ist zumindest an einem Teil einer Kammlinie angeordnet, an der sich die erste Fläche 6 und die zweite Fläche 7 schneiden, und der Einsatz 1 schneidet ein Werkstück durch Anlegen der Schneidkante 8 gegen das Werkstück.
Die Basis 10 ist ein Sinterkörper aus kubischem Bornitrid (cBN) (im Folgenden als „cBN-Sinterkörper“ bezeichnet), in dem eine Mehrzahl von cBN-Partikeln über eine Bindephase gebunden ist. Die spezifische Konfiguration der Basis 10 wird später beschrieben.
2 ist eine Seitenquerschnittsansicht, die ein Beispiel für den Einsatz 1 gemäß der Ausführungsform zeigt. An einer unteren Fläche der Basis 10 kann, wie in 2 dargestellt, ein Substrat 30, z.B. aus Hartmetall oder Cermet, angeordnet sein. In diesem Fall ist die Basis 10 über das Substrat 30 und ein Verbindungsmaterial 40 mit dem Sitz 4 des Körperabschnitts 2 verbunden. Bei dem Verbindungsmaterial 40 handelt es sich z.B. um ein Lotmaterial. In einem anderen Abschnitt als dem Sitz 4 des Körperabschnitts 2 kann die Basis 10 über das Verbindungsmaterial 40 mit dem Körperabschnitt 2 verbunden sein.
Es ist zu beachten, dass in der Ausführungsform nur die Basis 10, die ein Teil des Einsatzes 1 ist, durch den cBN-Sinterkörper ausgebildet ist, jedoch kann der gesamte Einsatz durch den cBN-Sinterkörper ausgebildet sein.
Die Basis 10 kann mit einer Beschichtungsschicht 20 überzogen sein. Die Beschichtungsschicht 20 wird auf die Basis 10 aufgebracht, um z.B. die Verschleißfestigkeit, die Wärmebeständigkeit usw. des Basiskörpers 10 zu verbessern. In dem Beispiel in 2 bedeckt die Beschichtungsschicht 20 den Körperabschnitt 2 und den Basiskörper 10 vollständig. Dies ist jedoch nicht einschränkend zu verstehen, und die Beschichtungsschicht 20 kann zumindest auf der Basis 10 angeordnet sein. Die Beschichtungsschicht 20 kann auf dem Körperabschnitt 2 angeordnet sein. Wenn die Beschichtungsschicht 20 auf der oberen Fläche der Basis 10 angeordnet ist, weist die erste Fläche 6 (siehe 1) eine hohe Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit auf. Wenn die Beschichtungsschicht 20 auf der Seitenfläche der Basis 10 angeordnet ist, weist die zweite Fläche 7 (siehe 1) eine hohe Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit auf.
Die Beschichtungsschicht 20 kann eine Metallschicht und eine Hartschicht aufweisen. Die Metallschicht ist zwischen der Basis 10 und der Hartschicht angeordnet. Die Metallschicht haftet stärker an der Basis 10 als an der Hartschicht. Beispiele für Metallelemente mit solchen Eigenschaften weisen Zr, V, Cr, W, Al, Si und Y auf. Die Metallschicht enthält zumindest ein Metallelement aus den oben beschriebenen Metallelementen.
Die Hartschicht hat im Vergleich zur Metallschicht eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Die Hartschicht kann eine oder mehrere Metallnitridschichten aufweisen. Zum Beispiel kann die Hartschicht eine Mehrzahl von ersten Metallnitridschichten und eine Mehrzahl von zweiten Metallnitridschichten aufweisen, wobei die ersten Metallnitridschichten und die zweiten Metallnitridschichten abwechselnd gestapelt sind. Die erste Metallnitridschicht ist auf der Metallschicht angeordnet.
Die Metallschicht kann zum Beispiel Al und Cr enthalten. In diesem Fall kann die erste Metallnitridschicht Al enthalten. Insbesondere kann die erste Metallnitridschicht eine AlTiN-Schicht sein, die AlTiN enthält, das ein Nitrid aus Al und Ti ist. Die zweite Metallnitridschicht kann eine AlCrN-Schicht sein, die AlCrN enthält, das ein Nitrid aus Al und Cr ist.
Auf diese Weise ist die erste Metallnitridschicht, die das in der Metallschicht enthaltene Metall enthält, auf der Metallschicht angeordnet, so dass die Adhäsion zwischen der Metallschicht und der Hartschicht hoch ist. Dies erschwert das Ablösen der Hartschicht von der Metallschicht, so dass die Haltbarkeit der Beschichtungsschicht 20 hoch ist.
Die erste Metallnitridschicht, d.h. die AlTiN-Schicht, weist neben der oben beschriebenen Haftung an der Metallschicht auch hervorragende Eigenschaften auf, z.B. in Bezug auf die Verschleißfestigkeit. Die zweite Metallnitridschicht, d.h. die AlCrN-Schicht, hat zum Beispiel eine ausgezeichnete Wärmebeständigkeit und Oxidationsbeständigkeit. Auf diese Weise weist die Beschichtungsschicht 20 die erste Metallnitridschicht und die zweite Metallnitridschicht mit unterschiedlichen Zusammensetzungen auf, so dass Eigenschaften wie Verschleißfestigkeit und Wärmebeständigkeit der Hartschicht gesteuert werden können. Dementsprechend kann die Lebensdauer des Einsatzes 1 verlängert werden. Zum Beispiel können in der Hartschicht gemäß der Ausführungsform die mechanischen Eigenschaften wie die Haftung mit der Metallschicht und die Verschleißfestigkeit verbessert werden, während die ausgezeichnete Wärmebeständigkeit von AlCrN erhalten bleibt.
<Spezifische Konfiguration des cBN-Sinterkörpers>
In dem cBN-Sinterkörper, der gemäß der Ausführungsform die Basis 10 bildet, reicht es aus, wenn die cBN Partikel zumindest 60 % oder mehr der Querschnittsfläche des cBN-Sinterkörpers einnehmen. Darüber hinaus können die cBN Partikel 11 sogar 65% oder mehr der Fläche einnehmen. Die Flächenbelegung der cBN Partikel kann z.B. durch die Analyse einer REM-Beobachtungsaufnahme eines Querschnitts des cBN-Sinterkörpers ermittelt werden. Der andere Teil des cBN-Sinterkörpers, der nicht aus cBN-Partikeln ist, wird als Bindephase bezeichnet.
Der cBN-Sinterkörper gemäß der Ausführungsform enthält TiN. TiN ist in der Bindephase enthalten.
Hier ist cBN (111) eine Röntgenintensität auf einer (111)-Ebene des cBN und ist TiN (200) eine Röntgenintensität auf einer (200)-Ebene des TiN, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten wird. In dem cBN-Sinterkörper gemäß dieser Ausführungsform ist TiN (200) höher als cBN (111).
Der cBN-Sinterkörper mit einem hohen TiN-Anteil hat eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit. Andererseits hat ein cBN-Sinterkörper mit einem geringen cBN-Anteil eine geringe Härte und Festigkeit. Daher besteht das Problem, dass die Bruchfestigkeit gering ist. Der cBN-Sinterkörper gemäß dieser Ausführungsform enthält eine vorbestimmte Menge an TiN-Partikeln und cBN-Partikeln oder mehr und hat daher ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit.
Der cBN-Sinterkörper gemäß der Ausführungsform kann AlN und Al₂O₃ enthalten. AIN und Al₂O₃ sind in der Bindephase enthalten.
Hier ist AIN (100) eine Röntgenintensität auf einer (100)-Ebene des AIN und ist Al₂O₃ (104) eine Röntgenintensität auf einer (104)-Ebene des Al₂O₃, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten wird. In dem cBN-Sinterkörper gemäß dieser Ausführungsform kann AIN (100) höher sein als Al₂O₃ (104).
Al₂O₃ und AIN sind Partikel, die Al enthalten. Al₂O₃ weist eine hohe Oxidationsbeständigkeit auf. Wenn die Menge an Al₂O₃ groß ist, kann die Festigkeit des cBN-Sinterkörpers gering sein. Der cBN-Sinterkörper mit AIN hat eine hohe Festigkeit. Wenn der AIN-Anteil groß ist, kann die Härte des cBN-Sinterkörpers gering sein.
Der cBN-Sinterkörper hat ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Härte, wenn AIN (100) höher ist als der Al₂O₃-Anteil (104).
Die Bindephase des cBN-Sinterkörpers kann 0,5 - 3,0 Atom-% AI enthalten. Der cBN-Sinterkörper mit einer solchen Zusammensetzung enthält eine ausreichende Menge an AIN und Al₂O₃ und hat daher ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Festigkeit und Härte. Der Al-Gehalt im cBN-Sinterkörper kann mit einem energiedispersiven Röntgenmikroanalysator (EDS), der mit einem Rasterelektronenmikroskop (SEM) oder einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) ausgestattet ist, einem wellenlängendispersiven Röntgenmikroanalysator (WDS), induktiv gekoppelter Plasmaemissionsspektroskopie (ICP) und Sekundärionenmassenspektrometrie (SIMS) gemessen werden.
Der cBN-Sinterkörper gemäß der Ausführungsform kann TiB₂ enthalten. TiB₂ ist in der Bindephase enthalten.
Hier wird die Röntgenintensität auf einer TiB₂ (101)-Ebene als TiB₂ (101) bezeichnet. In dem cBN-Sinterkörper gemäß der Ausführungsform kann TiB₂ (101) 1/4 von cBN (111) oder mehr betragen.
Wenn der TiB₂-Gehalt so festgelegt ist, dass er in einem Bereich liegt, der die obige Bedingung erfüllt, wird die Bindungskraft zwischen der Bindephase und den cBN-Partikeln verbessert. Somit weist der cBN-Sinterkörper gemäß dieser Ausführungsform eine ausgezeichnete Härte und Festigkeit auf.
Schneidwerkzeug
Als nächstes wird die Konfiguration eines Schneidwerkzeugs, das den oben beschriebenen Einsatz 1 aufweist, unter Bezugnahme auf 3 beschrieben. 3 ist eine Vorderansicht, die ein Beispiel für ein Schneidwerkzeug gemäß der Ausführungsform zeigt.
Wie in 3 dargestellt, weist ein Schneidwerkzeug 100 gemäß der Ausführungsform den Einsatz 1 und einen Halter 70 zur Befestigung des Einsatzes 1 auf.
Der Halter 70 ist ein stabförmiges Element, das sich von einem ersten Ende (oberes Ende in 3) zu einem zweiten Ende (unteres Ende in 3) erstreckt. Der Halter 70 ist z.B. aus Stahl oder Gusseisen ausgebildet. Insbesondere ist es bevorzugt, unter diesen Elementen Stahl zu verwenden, welcher eine hohe Zähigkeit hat.
Der Halter 70 weist an einem Abschnitt an der ersten Endseite eine Tasche 73 auf. Die Tasche 73 ist ein Abschnitt, in dem der Einsatz 1 angeordnet ist, und hat eine Auflagefläche, die die Drehrichtung des Werkstücks schneidet, und hat eine gegenüber der Auflagefläche geneigte Verbindungsseitenfläche. An der Sitzfläche ist ein Schraubenloch vorgesehen, in das eine später beschriebene Schraube 75 eingeschraubt wird.
Der Einsatz 1 ist in der Tasche 73 des Halters 70 angeordnet und ist mit der Schraube 75 am Halter 70 befestigt. Das heißt, die Schraube 75 wird in das Durchgangsloch 5 des Einsatzes 1 eingesetzt, und das spitze Ende der Schraube 75 wird in das in der Sitzfläche der Tasche 73 ausgebildete Schraubenloch eingeführt, und die Schraubenabschnitte werden zusammengeschraubt. Auf diese Weise wird der Einsatz 1 so am Halter 70 angebracht, dass die Schneidkante 8 (siehe 1) aus dem Halter 70 vorsteht.
In der Ausführungsform wird ein Schneidwerkzeug für einen sogenannten Drehvorgang verwendet. Beispiele für den Drehvorgang weisen das Bohren, das Außendrehen und das Nutenformen auf. Es ist zu beachten, dass ein Schneidwerkzeug nicht auf solche beschränkt ist, die bei der Drehbearbeitung verwendet werden. So kann der Einsatz 1 beispielsweise als ein Schneidwerkzeug für die Fräsbearbeitung verwendet werden.
Als nächstes wird ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung des Einsatzes 1 gemäß der Ausführungsform beschrieben. Es ist zu beachten, dass das Verfahren zur Herstellung des Einsatzes 1 nicht auf das nachfolgend beschriebene Verfahren beschränkt ist.
Zunächst werden 72 bis 82 Vol.-% TiN-Rohpulver, 13 bis 23 Vol.-% Al-Rohpulver und 1 bis 11 Vol.-% Al₂O₃-Rohpulver hergestellt. Dann wird jedem Rohpulver ein organisches Lösungsmittel hinzugegeben. Als organisches Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und Isopropylalkohol (IPA) verwendet werden. Anschließend wird die entstandene Mischung 20 bis 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen und gemischt. Nach dem Mahlen und Mischen wird das Lösungsmittel verdampft, wodurch das erste Mischungspulver entstanden ist.
Als nächstes werden cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 2,5 bis 4,5 µm und cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,5 bis 1,5 µm in einem Volumenverhältnis von 8:2 bis 9:1 gemischt. Weiterhin wird ein organisches Lösungsmittel zugegeben. Als organisches Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und IPA verwendet werden. Anschließend wird die entstandene Mischung 20 bis 24 Stunden lang in einer Kugelmühle gemahlen und gemischt. Nach dem Mahlen und Mischen wird das Lösungsmittel verdampft, wodurch das zweite Mischungspulver entsteht.
Das resultierende erste Mischungspulver und das zweite Mischungspulver werden in einem Volumenverhältnis von 68% : 32% bis 78% : 22% gemischt. Dem Mischungspulver werden ein organisches Lösungsmittel und ein organisches Bindemittel hinzugegeben. Als organisches Lösungsmittel können Alkohole wie Aceton und IPA verwendet werden. Als das organische Bindemittel kann Paraffin, Acrylharz oder ähnliches verwendet werden. Die Mischung wird in der Kugelmühle 20 bis 24 Stunden lang gemahlen und gemischt, dann wird das organische Lösungsmittel verdampft, wodurch ein drittes Mischungspulver entsteht. Es ist zu beachten, dass ein Dispergiermittel nach Bedarf im Schritt mit der Kugelmühle zugegeben werden kann.
Das dritte Mischungspulver wird zu einem Formkörper mit einer vorbestimmten Form geformt. Für die Formgebung kann ein bekanntes Verfahren wie uniaxiales Pressen oder kaltisostatisches Pressen (CIP) verwendet werden. Der geformte Gegenstand wird auf eine vorbestimmte Temperatur in einem Bereich von 500 bis 1000°C erhitzt, wodurch das organische Bindemittel verdampft und entfernt wird.
Anschließend wird der geformte Gegenstand in einer Ultrahochdruck-Heizvorrichtung 15 bis 30 Minuten lang bei 1200 bis 1500 °C und einem Druck von 4 bis 6 GPa erhitzt. Als Ergebnis erhält man den cBN-Sinterkörper gemäß der Ausführungsform.
BEISPIELE
Nachfolgend werden Beispiele der vorliegenden Offenbarung beschrieben; die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die folgenden Beispiele beschränkt.
Zunächst wurden TiN-Rohpulver, Al-Rohpulver und Al₂O₃-Rohpulver hergestellt. Diese Arten von vorbereiteten Rohpulvern und ein Lösungsmittel, nämlich Aceton, wurden in einem vorbestimmten Verhältnis gemischt, und dann wurde das Lösungsmittel verdampft. Als das Ergebnis wurde das erste Mischungspulver hergestellt. Diese Arten von Rohpulver wurden mit einer Kugelmühle gemischt. Die Mahl- und Mischzeit in der Kugelmühle betrug 20 bis 24 Stunden.
Als nächstes wurden das cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 3,5 µm und das cBN-Pulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1,0 µm in einem Volumenverhältnis von 9:1 gemischt, und dann wurde ein Lösungsmittel, nämlich Aceton, weiter als Lösungsmittel hinzugegeben. Die resultierende Mischung wurde getrocknet, und das zweite Mischungspulver wurde hergestellt. Dann wurden das hergestellte erste Mischungspulver und das zweite Mischungspulver sowie ein Lösungsmittel, nämlich Aceton, und ein organisches Bindemittel in einer Kugelmühle 20 bis 24 Stunden lang gemahlen und gemischt. Danach wurde das Lösungsmittel verdampft, wodurch das dritte Mischungspulver hergestellt wurde. Dann wurde das dritte Mischungspulver zu einem Formkörper mit vorbestimmter Form geformt. Der geformte Gegenstand wurde zum Entfetten auf eine vorbestimmte Temperatur im Bereich von 500 bis 1000°C erhitzt. Es ist zu beachten, dass in dem Schritt mit der Kugelmühle ein Dispergiermittel hinzugefügt wird.
Als nächstes wurde der geformte Gegenstand in eine Ultrahochdruck-Heizvorrichtung gegeben, um 15 Minuten lang bei 1300°C und einem Druck von 4,5 GPa erhitzt zu werden. Als das Ergebnis wurde der cBN-Sinterkörper gemäß jedem der Beispiele gewonnen.
Das Verfahren zur Herstellung wird im Folgenden näher beschrieben. Das erste Mischungspulver wurde durch Mischen des TiN-Rohpulvers, des Al-Rohpulvers und des Al₂O₃ in einem Volumenverhältnis von 77% : 18% : 6% hergestellt. Anschließend wurden das so hergestellte erste Mischungspulver und das zweite Mischungspulver in einem Volumenverhältnis von 73:27 gemischt, um einen cBN-Sinterkörper zu erhalten. Diese Probe wird als „Probe Nr. 1“ bezeichnet.
Das erste Mischungspulver wurde durch Mischen des TiN-Rohpulvers, des Al-Rohpulvers und des Al₂O₃ in einem Volumenverhältnis von 76% : 13% : 11% hergestellt. Anschließend wurden das erste Mischungspulver und das zweite Mischungspulver in einem Volumenverhältnis von 73:27 gemischt, um einen cBN-Sinterkörper zu erhalten. Diese Probe wird als „Probe Nr. 2“ bezeichnet. Probe Nr. 1 und Probe Nr. 2 korrespondieren zu den Beispielen für den cBN-Sinterkörper gemäß der vorliegenden Offenbarung.
Im Folgenden wird ein handelsüblicher cBN-Sinterkörper als „Probe Nr. 3“ bezeichnet. Ein Vergleichsprodukt wird als „Probe Nr. 4“ bezeichnet. Probe Nr. 3 und Probe Nr. 4 korrespondieren zu den Vergleichsbeispielen für den cBN-Sinterkörper gemäß der vorliegenden Offenbarung. Probe Nr. 1 und Probe Nr. 2 unterscheiden sich von den Vergleichsprodukten im Rohmaterial. Insbesondere wurde für Probe Nr. 1 und Probe Nr. 2 das Metall Al-Pulver als Rohpulver verwendet, während für das Vergleichsprodukt AIN-Pulver verwendet wurde.
Jede der Proben Nr. 1 bis Nr. 4 wurde gemahlen und dann mit einem Röntgendiffraktometer (XRD) gemessen, und mit dem erhaltenen 2θ (2θ ist der Beugungswinkel) wurde die Identifizierung mit einer JCPDS-Karte durchgeführt. Die Nummern der für cBN, TiN, TiB₂, AIN und Al₂O₃ verwendeten JCPDS-Karten lauteten 01-077-8873, 01-087-0632, 01-085-2083, 00-025-1133 bzw. 01-075-0784. Die Ergebnisse sind in 4 dargestellt. 4 ist eine Tabelle, in der das Ergebnis der Peakintensitätshöhe, die durch XRD-Messung erhalten wurde, durch die Anzahl der Zählungen eines Szintillationszählers pro Sekunde ausgedrückt wird. In 4 ist „AIN/Al₂O₃(%)” ein Wert, der durch Division von AIN (100) durch Al₂O₃ (104) und Multiplikation des resultierenden Wertes mit 100 erhalten wird, und „TiB2/cBN (%)“ ist ein Wert, der durch Division von TiB₂ (101) durch cBN (111) und Multiplikation des resultierenden Wertes mit 100 erhalten wird.
5 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der XRD-Messung an Probe Nr. 1 zeigt. 6 ist ein Diagramm, das ein Ergebnis der XRD-Messung an Probe Nr. 3 zeigt.
Wie in 4 dargestellt, ist in Probe Nr. 1 und Probe Nr. 2, die die Beispiele sind, TiN (200) höher als cBN (111). Andererseits ist in Probe Nr. 3 und Probe Nr. 4, die die Vergleichsbeispiele sind, TiN (200) niedriger als cBN (111).
In Probe Nr. 1, die eines der Beispiele ist, ist AIN (100) höher als Al₂O₃ (104). Genauer gesagt ist AIN (100) in Probe Nr. 1 1,41-mal so hoch wie Al₂O₃ (104). Andererseits ist in Probe Nr. 3, die eines der Vergleichsbeispiele ist, AIN (100) niedriger als Al₂O₃ (104).
Außerdem ist in Probe Nr. 1 TiB2 (101) 0,303-mal so hoch wie cBN (111), und ist in Probe Nr. 2 TiB₂ (101) 0,302-mal so hoch wie cBN (111). In den Beispielen Probe Nr. 1 und Probe Nr. 2 beträgt TiB₂ (101) also 1/4 von cBN (111) oder mehr. In diesem Zusammenhang ist in Probe Nr. 3 TiB₂ (101) 0,203-mal so hoch wie cBN (111) und ist in Probe Nr. 4 TiB₂ (101) 0,134 mal so hoch wie cBN (111). Somit ist in Probe Nr. 3 und Probe Nr. 4, die die Vergleichsbeispiele sind, TiB₂ (101) weniger als 1/4 von cBN (111).
Als nächstes wurde der Schneidetest mit jeder der Proben durchgeführt, und Verschleißfestigkeit, Stabilität und Bruchfestigkeit wurden unter den folgenden Schnittbedingungen bewertet. Die Ergebnisse sind in 7 dargestellt. 7 ist eine Tabelle, die die Ergebnisse der Bewertung der Verschleißfestigkeit und Stabilität für jede Probe zeigt.
Schnittbedingungen
(Test zur Bewertung der Verschleißfestigkeit)

Schneidverfahren: Drehen/Außendrehen
Werkstück: SCM415 (aufgekohltes Härtungsmaterial)
Schnittgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,1 mm/Umdrehung
Schnitttiefe: 0,2 mm
Bewertet nach: Zeit, die benötigt wird, um den Verschleißbetrag von 0,15 mm zu erreichen, oder Zeit, zu der festgestellt wurde, dass die Bewertung aufgrund eines Zustands der Schneidkante heraus gestoppt wurde

(Test zur Stabilitätsbewertung)

Verfahren: Drehen/Endseitenbearbeitung
Werkstück: SCM415 (aufgekohlt) 8 Löcher (φ10)
Schnittgeschwindigkeit: 150 m/min
Vorschub: 0,2 mm/Umdrehung
Schnitttiefe: 0,2 mm
Bewertet durch: die Anzahl der Stöße, die einen Defekt an der Schneidkante verursachen

Wie in 7 gezeigt, waren sowohl die Verschleißfestigkeit als auch die Stabilität von Probe Nr. 1, die eines der Beispiele ist, höher als die von Probe Nr. 3 und Probe Nr. 4, die die Vergleichsbeispiele sind. Die Verschleißfestigkeit und die Stabilität der Probe Nr. 1 waren höher als die der Probe Nr. 2, die eines der Beispiele ist. Sowohl die Verschleißfestigkeit als auch die Stabilität der Probe Nr. 2, die eines der Beispiele ist, waren höher als die der Probe Nr. 4, die eines der Vergleichsbeispiele ist. Sowohl die Verschleißfestigkeit als auch die Stabilität der Probe Nr. 2, die eines der Beispiele ist, waren höher als die der Probe Nr. 3, die eines der Vergleichsbeispiele ist.
Wie oben beschrieben enthält der cBN-Sinterkörper gemäß jedem der Beispiele die Al-Verbundpartikel mit minderwertigen mechanischen Eigenschaften, jedoch wird die Größe der Al-Verbundpartikel so gesteuert, dass sie innerhalb eines geeigneten Bereichs liegt, und weist daher ausgezeichnete mechanische Eigenschaften mit kleinen Schwankungen auf.
Wie oben beschrieben weist der Einsatz der Ausführungsform (z.B. der Einsatz 1) den cBN-Sinterkörper auf, in dem eine Mehrzahl von cBN-Partikeln (z.B. die cBN-Partikel 11) über die Bindephase (z.B. die Bindephase 12) gebunden ist. Die Mehrzahl der cBN Partikel nimmt 60 % oder mehr der Querschnittsfläche des cBN-Sinterkörpers ein. Die Bindephase enthält die Al-Verbundpartikel, die zumindest eines der Elemente AIN oder Al₂O₃ enthält. Die Partikelverteilung der Al-Verbundpartikel in einem Querschnitt des cBN-Sinterkörpers, die eine kumulative Verteilung auf der Grundlage der Anzahl der Al-Verbundpartikel darstellt, ist wie folgt. Insbesondere beträgt der Anteil der AI-Verbundpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 0,3 µm oder größer 5 % oder mehr, und der Anteil der Al-Verbundpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 0,5 µm oder größer beträgt weniger als 5 %.
Eine Partikelverteilung der Al-Verbundpartikel in einem Querschnitt des cBN-Sinterkörpers, die eine kumulative Verteilung basierend auf der Anzahl der Al-Verbundpartikel ist, ist wie folgt. Insbesondere beträgt der Anteil der Al-Verbundpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 0,3 µm oder größer 7 % oder mehr, und der Anteil der Al-Verbundpartikel mit einem Partikeldurchmesser von 0,5 µm oder größer beträgt weniger als 2 %.
Wie oben beschrieben weist der Einsatz gemäß der Ausführungsform (Einsatz 1 als Beispiel) einen cBN-Sinterkörper auf, der cBN und TiN enthält, wobei cBN 60 % oder mehr einer Fläche eines Querschnitts des beobachteten cBN-Sinterkörpers einnimmt. TiN (200) ist höher als cBN (111), wobei das TiN (200) eine Röntgenintensität auf einer (200)-Ebene des TiN ist und das cBN (111) eine Röntgenintensität auf einer (111)-Ebene des cBN ist, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten wird.
Wie oben beschrieben enthält der cBN-Sinterkörper gemäß jedem der Beispiele eine bestimmte Menge an TiN und cBN oder mehr und hat daher ein ausgezeichnetes Gleichgewicht zwischen Verschleißfestigkeit und Bruchfestigkeit.
Der Einsatz gemäß der Ausführungsform kann eine Beschichtungsschicht (z.B. die Schicht 20) aufweisen, die sich auf dem cBN-Sinterkörper befindet. Mit der Beschichtungsschicht können die Verschleißfestigkeit und die Wärmebeständigkeit weiter verbessert werden.
In der oben beschriebenen Ausführungsform ist die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des Schneidwerkzeugs 100 beispielsweise ein Parallelogramm, aber die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des Schneidwerkzeugs 100 kann auch rautenförmig, quadratisch oder ähnlich sein. Darüber hinaus kann die Form der oberen Fläche und der unteren Fläche des Schneidwerkzeugs 100 dreieckig, fünfeckig, sechseckig, usw. sein.
Die Form des Schneidwerkzeugs 100 kann vom positiven oder negativen Typ sein. Der positive Typ ist ein Typ, bei dem die Seitenfläche in Bezug auf die Zentralachse, die durch die Mitte der oberen Fläche und die Mitte der unteren Fläche des Schneidwerkzeugs 100 verläuft, geneigt ist, und der negative Typ ist ein Typ, bei dem die Seitenfläche parallel zur oben beschriebenen Zentralachse verläuft.
Weitere Effekte und Variationen können von Fachmann ohne weiteres abgeleitet werden. Daher ist eine Vielzahl von Aspekten der vorliegenden Erfindung nicht auf die oben dargestellten und beschriebenen spezifischen Details und repräsentativen Ausführungsformen beschränkt. Dementsprechend sind verschiedene Änderungen möglich, ohne vom Geist oder Umfang der allgemeinen erfinderischen Konzepte abzuweichen, die durch die angehängten der Ansprüche und ihre Äquivalente definiert sind.
Bezugszeichenliste

1: Einsatz
2: Körperabschnitt
4: Sitz
5: Durchgangsloch
6: Erste Fläche
7: Zweite Fläche
8: Schneidkante
10: Basis
20: Beschichtungsschicht
30: Substrat
40: Verbindungsmaterial
70: Halter
73: Tasche
75: Schraube
100: Schneidwerkzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019172477 A [0003]

Claims

Ein Einsatz, der einen cBN-Sinterkörper aufweist, der cBN- und TiN enthält, wobei das cBN 60 % oder mehr einer Querschnittsfläche des betrachteten cBN-Sinterkörpers einnimmt und TiN (200) höher ist als cBN (111), wobei das TiN (200) eine Röntgenintensität auf einer (200)-Ebene des TiN ist und das cBN (111) eine Röntgenintensität auf einer (111)-Ebene des cBN ist, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten werden.
Der Einsatz gemäß Anspruch 1, wobei der cBN-Sinterkörper AIN und Al₂O₃ enthält und AIN (100) höher ist als Al₂O₃ (104), wobei das AIN (100) eine Röntgenintensität auf einer (100)-Ebene des AIN ist und das Al₂O₃ (104) eine Röntgenintensität auf einer (104)-Ebene des Al₂O₃ ist, die durch Röntgenbeugung an dem cBN-Sinterkörper erhalten werden.
Der Einsatz gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei eine Bindephase des cBN-Sinterkörpers 0,5 - 3,0 Atom-% AI enthält.
Der Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der cBN-Sinterkörper TiB₂ enthält und TiB₂ (101) 1/4 des cBN (111) oder mehr beträgt, wobei das TiB₂ (101) eine Röntgenintensität auf einer (101)-Ebene des TiB₂ ist.
Der Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner eine Beschichtungsschicht aufweisend, die sich auf dem cBN-Sinterkörper befindet.
Ein Schneidwerkzeug, aufweisend: einen Halter, der eine Stabform hat und eine Tasche an einem Endabschnitt des stabförmigen Halters aufweist; und den Einsatz gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der in der Tasche angeordnet ist.