JP2001129703A - 切削工具用被覆焼結体 - Google Patents
切削工具用被覆焼結体Info
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- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 特に鋼の高速切削において、優れた耐摩耗性
と耐熱性を有する切削工具用被覆焼結体を提供する。 【解決手段】 立方晶窒化ホウ素を99.5体積％以上含む
焼結体からなる基材と、この基材表面に形成された被覆
層とを具える。この被覆層はAl２O３層を有し、Al２O３
層の厚さが0.5〜10μｍである。
と耐熱性を有する切削工具用被覆焼結体を提供する。 【解決手段】 立方晶窒化ホウ素を99.5体積％以上含む
焼結体からなる基材と、この基材表面に形成された被覆
層とを具える。この被覆層はAl２O３層を有し、Al２O３
層の厚さが0.5〜10μｍである。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、実質的に立方晶窒
化ホウ素（以下cBNと記す）のみからなる焼結体を基材
とし、この基材上にAl２O３層またはTiの炭化物、窒化
物、硼化物、炭窒化物とAl２O３とからなる複合層を被
覆した切削工具用焼結体に関するものである。
化ホウ素（以下cBNと記す）のみからなる焼結体を基材
とし、この基材上にAl２O３層またはTiの炭化物、窒化
物、硼化物、炭窒化物とAl２O３とからなる複合層を被
覆した切削工具用焼結体に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】Al２O３は優れた化学的安定性および硬
度の高さから、一般的な鉄系材料切削において適した材
料であり、靭性に比較的優れる超硬工具基材にAl２O３
を被覆した切削工具が製品化されている。また、Tiの炭
化物、窒化物、硼化物、炭窒化物は鉄系材料を切削する
際に耐摩耗性に優れており、これらを被覆した切削工具
や第一層にこれらを被覆し、第二層にAl２O３を被覆し
た切削工具も製品化されている。
度の高さから、一般的な鉄系材料切削において適した材
料であり、靭性に比較的優れる超硬工具基材にAl２O３
を被覆した切削工具が製品化されている。また、Tiの炭
化物、窒化物、硼化物、炭窒化物は鉄系材料を切削する
際に耐摩耗性に優れており、これらを被覆した切削工具
や第一層にこれらを被覆し、第二層にAl２O３を被覆し
た切削工具も製品化されている。
【０００３】さらに、cBNはダイヤモンドに次ぐ高硬度
物質であり、10〜60体積％のTiN、TiC、Al、Co等の結合
材を用いて超高圧下で焼結されたcBN焼結体が切削工具
用途として市販されている。これらは主に焼入鋼や鋳鉄
の切削加工用工具に使用されている。
物質であり、10〜60体積％のTiN、TiC、Al、Co等の結合
材を用いて超高圧下で焼結されたcBN焼結体が切削工具
用途として市販されている。これらは主に焼入鋼や鋳鉄
の切削加工用工具に使用されている。
【０００４】一方、cBN焼結体には結合材を含まないも
のとして、ホウ窒化マグネシウムなどの触媒を用いて六
方晶窒化ホウ素（hBN）を原料として、反応焼結させた
焼結体がある。この焼結体は熱伝導率が600〜700W/m・K
と高く、ヒートシンク材やTABボンディングツールなど
に用いられている。しかし、この焼結体の中には触媒が
いくらか残留しているため、熱を加えるとこの触媒とcB
Nとの熱膨張差による微細クラックが入りやすく、その
耐熱温度は700℃程度と低い。また、粒径が10μｍ前後
と大きいため、熱伝導率が高いものの、強度が十分でな
く、切削工具としては適用できなかった。
のとして、ホウ窒化マグネシウムなどの触媒を用いて六
方晶窒化ホウ素（hBN）を原料として、反応焼結させた
焼結体がある。この焼結体は熱伝導率が600〜700W/m・K
と高く、ヒートシンク材やTABボンディングツールなど
に用いられている。しかし、この焼結体の中には触媒が
いくらか残留しているため、熱を加えるとこの触媒とcB
Nとの熱膨張差による微細クラックが入りやすく、その
耐熱温度は700℃程度と低い。また、粒径が10μｍ前後
と大きいため、熱伝導率が高いものの、強度が十分でな
く、切削工具としては適用できなかった。
【０００５】他方、cBNは、hBNなどの常圧型BNを超高圧
高温下で、無触媒で合成（直接変換）することが可能で
ある。このhBN→cBN変換と同時に焼結させることで、バ
インダーを含まないcBN焼結体を作製できることが知ら
れている。例えば、特開昭47-34099号公報や特開平3-15
9964号公報に、hBNを超高圧高温下でcBNに変換させ、cB
N焼結体を得る方法が示されている。また、特公昭63-39
4号公報や特開平8-47801号公報には熱分解窒化ホウ素
（pBN）原料にして、cBN焼結体を作製する方法が示され
ており、比較的被削性の良いねずみ鋳鉄の高速切削に用
いることが提案されている。
高温下で、無触媒で合成（直接変換）することが可能で
ある。このhBN→cBN変換と同時に焼結させることで、バ
インダーを含まないcBN焼結体を作製できることが知ら
れている。例えば、特開昭47-34099号公報や特開平3-15
9964号公報に、hBNを超高圧高温下でcBNに変換させ、cB
N焼結体を得る方法が示されている。また、特公昭63-39
4号公報や特開平8-47801号公報には熱分解窒化ホウ素
（pBN）原料にして、cBN焼結体を作製する方法が示され
ており、比較的被削性の良いねずみ鋳鉄の高速切削に用
いることが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年の加工能
率向上を目的とした鋼の高速切削化や環境問題に伴う乾
式高速切削化の進む中、コーティング超硬合金をはじめ
とする従来工具では、切削時の刃先の高温、高負荷化に
ともなう基材の塑性変形や、熱衝撃による亀裂の発生、
耐熱強度の不足による損傷が問題となっていた。
率向上を目的とした鋼の高速切削化や環境問題に伴う乾
式高速切削化の進む中、コーティング超硬合金をはじめ
とする従来工具では、切削時の刃先の高温、高負荷化に
ともなう基材の塑性変形や、熱衝撃による亀裂の発生、
耐熱強度の不足による損傷が問題となっていた。
【０００７】これを解決するための手段として、特開昭
59-8679号公報において高温硬度に優れるcBN基焼結体に
Al２O３やTiC、TiN、TiBとAl２O３との複合層を被覆す
る方法が提案されている。しかし、Al２O３の結晶性の
最適化が不充分であることや、基材のcBN基焼結体の耐
熱性や高温強度が低いことにより、鋼の高速切削におい
ては、切削温度の上昇により膜が剥離し、急激に摩耗が
進行する。特に、高速断続切削では、基材の熱伝導率が
低く、熱膨張係数が高いために激しい熱衝撃によって基
材に熱亀裂が発生するなど、顕著な耐摩耗性および耐欠
損性の向上がみられていなかった。
59-8679号公報において高温硬度に優れるcBN基焼結体に
Al２O３やTiC、TiN、TiBとAl２O３との複合層を被覆す
る方法が提案されている。しかし、Al２O３の結晶性の
最適化が不充分であることや、基材のcBN基焼結体の耐
熱性や高温強度が低いことにより、鋼の高速切削におい
ては、切削温度の上昇により膜が剥離し、急激に摩耗が
進行する。特に、高速断続切削では、基材の熱伝導率が
低く、熱膨張係数が高いために激しい熱衝撃によって基
材に熱亀裂が発生するなど、顕著な耐摩耗性および耐欠
損性の向上がみられていなかった。
【０００８】また、結合材を含まないcBN焼結体は鋳鉄
の高速切削では優れた耐熱性を示すが、硬度の低い鋼や
焼入鋼の切削においてはcBNと鋼との反応によって刃先
の摩耗の進行が速く工具寿命が著しく低下する。
の高速切削では優れた耐熱性を示すが、硬度の低い鋼や
焼入鋼の切削においてはcBNと鋼との反応によって刃先
の摩耗の進行が速く工具寿命が著しく低下する。
【０００９】従って、本発明の主目的は、特に鋼の高速
切削において、優れた耐摩耗性と耐熱性を有する切削工
具用被覆焼結体を得ることにある。
切削において、優れた耐摩耗性と耐熱性を有する切削工
具用被覆焼結体を得ることにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、基材とな
るcBN焼結体に必要な耐摩耗性と耐熱衝撃性とを検討し
た結果、従来のcBN焼結体は結合材の軟化や劣化によっ
て耐熱性や耐熱衝撃性が低下するとの知見を得た。そこ
で、本発明では、実質的にcBNのみからなる基材に Al２
O３層を含む被覆層を形成して、この被覆層の厚みを特
定することで上記の目的を達成する。
るcBN焼結体に必要な耐摩耗性と耐熱衝撃性とを検討し
た結果、従来のcBN焼結体は結合材の軟化や劣化によっ
て耐熱性や耐熱衝撃性が低下するとの知見を得た。そこ
で、本発明では、実質的にcBNのみからなる基材に Al２
O３層を含む被覆層を形成して、この被覆層の厚みを特
定することで上記の目的を達成する。
【００１１】すなわち、本発明は、立方晶窒化ホウ素を
99.5体積％以上含む焼結体からなる基材と、この基材表
面に形成された被覆層とを具える切削工具用被覆焼結体
において、前記被覆層はAl２O３層を有し、Al２O３層の
厚さが0.5〜10μｍであることを特徴とする。
99.5体積％以上含む焼結体からなる基材と、この基材表
面に形成された被覆層とを具える切削工具用被覆焼結体
において、前記被覆層はAl２O３層を有し、Al２O３層の
厚さが0.5〜10μｍであることを特徴とする。
【００１２】（基材）上記構成のうち、まず基材に関し
て説明する。基材におけるcBNの含有率は99.5体積％以
上とする。99.5体積％未満であると、不純物などcBN以
外の構成物質はcBNに比べて耐熱性が低いことが多く、
切削温度が高温となる条件においてcBN粒子以外の構成
物質が劣化し、高温強度が低下するためである。cBNの
含有率が99.5体積％以上であれば高温条件下でも硬度低
下が少なく、被覆層の高硬度を維持させる効果も発揮す
るため、工具の耐摩耗性を著しく向上させる。さらにcB
N本来の優れた耐熱性を得るため、cBNの含有率は99.9体
積％以上が一層望ましい。
て説明する。基材におけるcBNの含有率は99.5体積％以
上とする。99.5体積％未満であると、不純物などcBN以
外の構成物質はcBNに比べて耐熱性が低いことが多く、
切削温度が高温となる条件においてcBN粒子以外の構成
物質が劣化し、高温強度が低下するためである。cBNの
含有率が99.5体積％以上であれば高温条件下でも硬度低
下が少なく、被覆層の高硬度を維持させる効果も発揮す
るため、工具の耐摩耗性を著しく向上させる。さらにcB
N本来の優れた耐熱性を得るため、cBNの含有率は99.9体
積％以上が一層望ましい。
【００１３】基材におけるcBNの平均粒径は１μm以下で
あることが好ましい。cBNの結晶粒径をこのように微細
にすることで、より一層焼結体の強度を向上させること
ができる。平均粒径が１μmを超えると、cBN粒子の粒界
面積が減少し、亀裂の伝播が速くなるために強度が低下
する。
あることが好ましい。cBNの結晶粒径をこのように微細
にすることで、より一層焼結体の強度を向上させること
ができる。平均粒径が１μmを超えると、cBN粒子の粒界
面積が減少し、亀裂の伝播が速くなるために強度が低下
する。
【００１４】また、基材の任意方向のＸ線回折線におい
て、cBNの（220）面のＸ線回折強度I(220)とcBNの（11
1）面のＸ線回折強度I(111)との比I(220)/I(111)が0.05
以上であることが好ましい。それによりへき開による欠
損を抑制して、切削工具としての強度を維持することが
できる。
て、cBNの（220）面のＸ線回折強度I(220)とcBNの（11
1）面のＸ線回折強度I(111)との比I(220)/I(111)が0.05
以上であることが好ましい。それによりへき開による欠
損を抑制して、切削工具としての強度を維持することが
できる。
【００１５】さらに、基材の熱伝導率を250〜1000W/m・
Kとしたり、基材の20〜600℃の温度範囲における熱膨張
係数を3.0〜4.0×10−６の範囲とすることが好適であ
る。このような高い熱伝導率と低い熱膨張係数により、
熱衝撃による亀裂の発生を抑制することができる。
Kとしたり、基材の20〜600℃の温度範囲における熱膨張
係数を3.0〜4.0×10−６の範囲とすることが好適であ
る。このような高い熱伝導率と低い熱膨張係数により、
熱衝撃による亀裂の発生を抑制することができる。
【００１６】そして、20〜1000℃の間の温度で３点曲げ
測定における上記基材の抗折力を80kgf/mm２以上とした
り、基材の室温での硬度をHv4000kgf/mm２以上とするこ
とで、高温下での機械的強度を改善し、刃先温度が上昇
する高速断続切削時の欠損を低減することができる。
測定における上記基材の抗折力を80kgf/mm２以上とした
り、基材の室温での硬度をHv4000kgf/mm２以上とするこ
とで、高温下での機械的強度を改善し、刃先温度が上昇
する高速断続切削時の欠損を低減することができる。
【００１７】上述の基材の製造方法としては、低結晶性
もしくは微粒の高純度な常圧型BNを出発原料として、高
圧・高温下で直接変換することが挙げられる。常圧型BN
とは、熱力学的に常圧で安定な窒化ホウ素で、六方晶BN
（hBN）、菱面体BN(rBN)、乱層構造のBN(tBN)、および
非晶質のBN(aBN)が含まれる。ただし、もともと配向性
の高いpBNや結晶粒度の大きいhBNを原料に用いると、(1
11)方向に配向したcBN焼結体となり易い。この配向性の
ため、切削工具として使用した場合、層状亀裂、剥離な
どの不具合が生じることがある。低結晶性もしくは微粒
の高純度な常圧型BNを出発原料とすれば、得られるcBN
焼結体は配向し難く、かつ結晶粒子も大きくならない。
なお、cBNの平均結晶粒径を微細にするには、焼結温度
を2200℃未満、特に1800〜2000℃程度とすることが好適
である。
もしくは微粒の高純度な常圧型BNを出発原料として、高
圧・高温下で直接変換することが挙げられる。常圧型BN
とは、熱力学的に常圧で安定な窒化ホウ素で、六方晶BN
（hBN）、菱面体BN(rBN)、乱層構造のBN(tBN)、および
非晶質のBN(aBN)が含まれる。ただし、もともと配向性
の高いpBNや結晶粒度の大きいhBNを原料に用いると、(1
11)方向に配向したcBN焼結体となり易い。この配向性の
ため、切削工具として使用した場合、層状亀裂、剥離な
どの不具合が生じることがある。低結晶性もしくは微粒
の高純度な常圧型BNを出発原料とすれば、得られるcBN
焼結体は配向し難く、かつ結晶粒子も大きくならない。
なお、cBNの平均結晶粒径を微細にするには、焼結温度
を2200℃未満、特に1800〜2000℃程度とすることが好適
である。
【００１８】低結晶性で高純度の常圧型BNは、ホウ素と
酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元
することにより得られる。さらに、このような常圧型BN
からcBNへの直接変換は、前記ホウ素と酸素とを含む化
合物の沸点以上の温度で、常圧型BNを非酸化性雰囲気で
加熱した後に行うことが好適である。
酸素を含む化合物を、炭素と窒素とを含む化合物で還元
することにより得られる。さらに、このような常圧型BN
からcBNへの直接変換は、前記ホウ素と酸素とを含む化
合物の沸点以上の温度で、常圧型BNを非酸化性雰囲気で
加熱した後に行うことが好適である。
【００１９】（被覆層）次に、被覆層に関して説明す
る。被覆層は耐熱性の観点からAl２O３層を含む構成と
する。すなわち、基材上に直接Al２O３層を形成しても
良いし、基材とAl ２O３層との間に、これら両者との密
着性に優れる介在層を形成しても良い。介在層の材質と
しては、TiN、TiC、TiB、TiCNより選ばれる１種以上が
挙げられる。TiN、TiC、TiB、TiCNを介在層として用い
た場合、基材とAl２O３層との密着性を改善すると共に
基材における被覆個所の耐摩耗性をさらに高めることが
できる。そして、被覆層の最外層としてTiN、TiC、TiB
およびTiCNより選ばれる１種以上を被覆することで、一
層の耐摩耗性を実現できる。
る。被覆層は耐熱性の観点からAl２O３層を含む構成と
する。すなわち、基材上に直接Al２O３層を形成しても
良いし、基材とAl ２O３層との間に、これら両者との密
着性に優れる介在層を形成しても良い。介在層の材質と
しては、TiN、TiC、TiB、TiCNより選ばれる１種以上が
挙げられる。TiN、TiC、TiB、TiCNを介在層として用い
た場合、基材とAl２O３層との密着性を改善すると共に
基材における被覆個所の耐摩耗性をさらに高めることが
できる。そして、被覆層の最外層としてTiN、TiC、TiB
およびTiCNより選ばれる１種以上を被覆することで、一
層の耐摩耗性を実現できる。
【００２０】Al２O３層は化学的に安定なα-Al２O３を
主成分とすることが好ましい。これにより、高温下でも
チッピングや剥離を起こすことがなく、逃げ面摩耗量お
よびクレータ摩耗量が抑制され工具寿命が増加する。そ
して、既存の工具では適用不可能であった鋼の高速切削
用途において優れた工具寿命を有する。κ-Al２O３を密
着力良く被覆した場合にもクレータ摩耗量が抑制されて
工具寿命は向上するが、特に高速切削では逃げ面摩耗量
が抑制されない。
主成分とすることが好ましい。これにより、高温下でも
チッピングや剥離を起こすことがなく、逃げ面摩耗量お
よびクレータ摩耗量が抑制され工具寿命が増加する。そ
して、既存の工具では適用不可能であった鋼の高速切削
用途において優れた工具寿命を有する。κ-Al２O３を密
着力良く被覆した場合にもクレータ摩耗量が抑制されて
工具寿命は向上するが、特に高速切削では逃げ面摩耗量
が抑制されない。
【００２１】被覆層の形成個所は、切削工具の少なくと
もすくい面とすることが望ましい。特に、切削に作用す
るすくい面と逃げ面の両方に設けると最も効果的であ
る。ただし、すくい面のみに被覆した場合でも、特にク
レータ摩耗の発達が著しく抑制できる。
もすくい面とすることが望ましい。特に、切削に作用す
るすくい面と逃げ面の両方に設けると最も効果的であ
る。ただし、すくい面のみに被覆した場合でも、特にク
レータ摩耗の発達が著しく抑制できる。
【００２２】被覆層の形成手段は、無電界めっき、化学
的蒸着法（CVD法）および物理的蒸着法（PVD法）等の公
知のコーティング技術が利用できる。特に、イオンプレ
ーティング法やプラズマCVD法を用いて基材との密着性
に優れた被覆を形成れば、切削時における被覆層の弾塑
性変形が基材との界面で拘束され、被覆層の高硬度をさ
らに向上すると共に、剥離のない密着強度の高い膜を作
ることができる。
的蒸着法（CVD法）および物理的蒸着法（PVD法）等の公
知のコーティング技術が利用できる。特に、イオンプレ
ーティング法やプラズマCVD法を用いて基材との密着性
に優れた被覆を形成れば、切削時における被覆層の弾塑
性変形が基材との界面で拘束され、被覆層の高硬度をさ
らに向上すると共に、剥離のない密着強度の高い膜を作
ることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。 （試験例１）酸化ホウ素（B２O３）とメラミン（C３N６
H６）をモル比で3：1で配合し、乳鉢で均一に混合し
た。これを、管状炉で、窒素ガス雰囲気中、合成温度85
0℃で２時間処理した。得られた粉末をエタノールで洗
浄して未反応のB２O３を除去し、さらに、高周波炉で、
窒素ガス中、2100℃で２時間処理した。得られた窒化ホ
ウ素粉末の酸素含有量を、ガス分析で測定すると0.75重
量％であった。窒素ガス中、2100℃の熱処理でB２O３や
吸着ガスは完全に除去されているため、この酸素はhBN
に固溶した不純物と思われる。こうして得られた窒化ホ
ウ素のX線回折図形は、hBNの（102）回折線がなく、hBN
の（002）回折線が非常にブロードで、結晶性がかなり
低いことを示した。hBN（002）回折線の半値幅より結晶
粒子サイズLcを計算すると8nmであった。
する。 （試験例１）酸化ホウ素（B２O３）とメラミン（C３N６
H６）をモル比で3：1で配合し、乳鉢で均一に混合し
た。これを、管状炉で、窒素ガス雰囲気中、合成温度85
0℃で２時間処理した。得られた粉末をエタノールで洗
浄して未反応のB２O３を除去し、さらに、高周波炉で、
窒素ガス中、2100℃で２時間処理した。得られた窒化ホ
ウ素粉末の酸素含有量を、ガス分析で測定すると0.75重
量％であった。窒素ガス中、2100℃の熱処理でB２O３や
吸着ガスは完全に除去されているため、この酸素はhBN
に固溶した不純物と思われる。こうして得られた窒化ホ
ウ素のX線回折図形は、hBNの（102）回折線がなく、hBN
の（002）回折線が非常にブロードで、結晶性がかなり
低いことを示した。hBN（002）回折線の半値幅より結晶
粒子サイズLcを計算すると8nmであった。
【００２４】この低結晶性常圧型BN粉末を６ton/cm２で
型押し成型し、この成型体を再度、高周波炉で、窒素ガ
ス中、2100℃で２時間処理した。次に、これをMoカプセ
ルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で6.5GPa、1800℃〜
2000℃の温度条件で15分処理した。得られた焼結体の組
成、粒度、X線回折におけるcBNの（220）回折強度のcBN
（111）回折強度に対する比率を表１に示す。
型押し成型し、この成型体を再度、高周波炉で、窒素ガ
ス中、2100℃で２時間処理した。次に、これをMoカプセ
ルに入れ、ベルト型超高圧発生装置で6.5GPa、1800℃〜
2000℃の温度条件で15分処理した。得られた焼結体の組
成、粒度、X線回折におけるcBNの（220）回折強度のcBN
（111）回折強度に対する比率を表１に示す。
【００２５】
【表１】
【００２６】次に、上記のcBN焼結体を切削チップの形
に加工し、このcBN焼結体のすくい面と逃げ面にプラズ
マCVD法によりAl２O３を厚み3μｍ被覆した。比較例と
しては、次の各々を準備した。
に加工し、このcBN焼結体のすくい面と逃げ面にプラズ
マCVD法によりAl２O３を厚み3μｍ被覆した。比較例と
しては、次の各々を準備した。
【００２７】比較例１：前記低結晶性常圧型BN粉末を18
80℃で15分間処理して得た被覆なしのチップ。 比較例２：前記低結晶性常圧型BN粉末を2200℃の温度で
15分間処理して得たcBN焼結体に3μｍのAl２O３を被覆
したチップ。 比較例３：原料としてpBNを用いて6.5GPa、1880℃で15
分処理して得たcBN焼結体に3μｍのAl２O３を被覆した
チップ。 比較例４：TiNを結合材とした市販の焼入鋼切削用cBN焼
結体工具に3μmのA120 3を被覆したチップ。
80℃で15分間処理して得た被覆なしのチップ。 比較例２：前記低結晶性常圧型BN粉末を2200℃の温度で
15分間処理して得たcBN焼結体に3μｍのAl２O３を被覆
したチップ。 比較例３：原料としてpBNを用いて6.5GPa、1880℃で15
分処理して得たcBN焼結体に3μｍのAl２O３を被覆した
チップ。 比較例４：TiNを結合材とした市販の焼入鋼切削用cBN焼
結体工具に3μmのA120 3を被覆したチップ。
【００２８】切削試験は硬度HB160のSCM420の丸棒連続
旋削にて、V＝800/min、f＝0.2mm/rev、d＝0.5mm、乾式
の条件下で10分間切削し、工具の逃げ面摩耗量を測定し
た。その結果も表１に示す。
旋削にて、V＝800/min、f＝0.2mm/rev、d＝0.5mm、乾式
の条件下で10分間切削し、工具の逃げ面摩耗量を測定し
た。その結果も表１に示す。
【００２９】表１に示すように、cBNの含有率が99.5体
積％以上で、その結晶粒径が１μm以下、回析強度比が
0.05以上である全ての実施例は比較例に比べて切削時間
が長く、欠損も生じていない。また、被覆のない比較例
１と比べても各段に逃げ面摩耗量が少ない。
積％以上で、その結晶粒径が１μm以下、回析強度比が
0.05以上である全ての実施例は比較例に比べて切削時間
が長く、欠損も生じていない。また、被覆のない比較例
１と比べても各段に逃げ面摩耗量が少ない。
【００３０】さらに、上記全ての実施例および比較例2
〜4の基材について、硬度、抗折力、熱膨張係数、熱伝
導率を測定した。硬度はビッカース硬度を測定した。ま
た、抗折力は３点曲げ測定において、雰囲気温度を20〜
1000℃の間で変化させて計測した。試験片のサイズは６
×３×0.7mm（スパン４mm）である。さらに、熱膨張係
数は20〜600℃の間で温度を変化させて測定した。その
結果を表２に示す。
〜4の基材について、硬度、抗折力、熱膨張係数、熱伝
導率を測定した。硬度はビッカース硬度を測定した。ま
た、抗折力は３点曲げ測定において、雰囲気温度を20〜
1000℃の間で変化させて計測した。試験片のサイズは６
×３×0.7mm（スパン４mm）である。さらに、熱膨張係
数は20〜600℃の間で温度を変化させて測定した。その
結果を表２に示す。
【００３１】
【表２】
【００３２】（試験例２）試験例１と同様に、原料とし
て高純度処理をした低結晶性常圧型BN粉末をMoカプセル
に入れ、ベルト型高圧発生装置で圧力6.5GPa、温度1880
℃の条件で15分処理し、cBNに直接変換焼結した。さら
に、この焼結体を切削チップの形に加工し、このcBN焼
結体の表面である工具すくい面と逃げ面にCVD法により
表３に示す構成と厚みの膜を被覆し、実施例切削工具お
よび比較例切削工具とした。比較例10は市販の被覆超硬
合金工具を基材としている。
て高純度処理をした低結晶性常圧型BN粉末をMoカプセル
に入れ、ベルト型高圧発生装置で圧力6.5GPa、温度1880
℃の条件で15分処理し、cBNに直接変換焼結した。さら
に、この焼結体を切削チップの形に加工し、このcBN焼
結体の表面である工具すくい面と逃げ面にCVD法により
表３に示す構成と厚みの膜を被覆し、実施例切削工具お
よび比較例切削工具とした。比較例10は市販の被覆超硬
合金工具を基材としている。
【００３３】これらの工具を用いて硬度がHs35に調整さ
れたSCM435の丸棒連続切削を行い、切削性能を評価し
た。切削条件はV＝400m/min、d＝0.5mm、f＝0.12mm/re
v、乾式で行い、10分切削後の工具の逃げ面摩耗量を測
定した。結果を表３に示す。
れたSCM435の丸棒連続切削を行い、切削性能を評価し
た。切削条件はV＝400m/min、d＝0.5mm、f＝0.12mm/re
v、乾式で行い、10分切削後の工具の逃げ面摩耗量を測
定した。結果を表３に示す。
【００３４】
【表３】
【００３５】表３に示すように、Al２O３層の厚みが0.5
〜10μmの範囲内であれば優れた耐摩耗性を示してい
る。特に、被覆層を多層構造とした実施例の耐摩耗性が
優れている。中でも最外層にTiNを被覆した実施例14、1
5の耐摩耗性が優れている。
〜10μmの範囲内であれば優れた耐摩耗性を示してい
る。特に、被覆層を多層構造とした実施例の耐摩耗性が
優れている。中でも最外層にTiNを被覆した実施例14、1
5の耐摩耗性が優れている。
【００３６】これに対して、Al２O３層の厚みが10μm超
もしくは被覆層全体の厚みが0.5μm未満または20μm超
のものは耐摩耗性に劣っている。
もしくは被覆層全体の厚みが0.5μm未満または20μm超
のものは耐摩耗性に劣っている。
【００３７】（試験例３）試験例1と同様に、原料とし
て高純度処理をした低結晶性常圧型BN粉末をMoカプセル
に入れベルト型高圧発生装置で圧力6.5GPa、温度1880℃
の条件で15分処理し、cBNに直接変換焼結した。さら
に、この焼結体を切削チップの形に加工し、このcBN焼
結体の表面である工具すくい面と逃げ面にCVD法により
表４に示す構成と厚みの膜を被覆し、実施例切削工具お
よび比較例切削工具とした。比較例16は市販の被覆超硬
合金工具を基材としている。
て高純度処理をした低結晶性常圧型BN粉末をMoカプセル
に入れベルト型高圧発生装置で圧力6.5GPa、温度1880℃
の条件で15分処理し、cBNに直接変換焼結した。さら
に、この焼結体を切削チップの形に加工し、このcBN焼
結体の表面である工具すくい面と逃げ面にCVD法により
表４に示す構成と厚みの膜を被覆し、実施例切削工具お
よび比較例切削工具とした。比較例16は市販の被覆超硬
合金工具を基材としている。
【００３８】これらの工具を用いて硬度HB150で、直径3
00mmの丸棒の外周に12箇所のV字形状の溝を有するSCM41
5の丸棒断続切削を行った。切削条件はV＝1000m/min、d
＝0.5mm、f＝0.15mm/rev、湿式で行い、工具摩耗幅と欠
損寿命を測定した。結果も表４に示す。
00mmの丸棒の外周に12箇所のV字形状の溝を有するSCM41
5の丸棒断続切削を行った。切削条件はV＝1000m/min、d
＝0.5mm、f＝0.15mm/rev、湿式で行い、工具摩耗幅と欠
損寿命を測定した。結果も表４に示す。
【００３９】
【表４】
【００４０】表４に示すように、いずれの実施例も比較
例に比べて欠損寿命が格段に長い。特に、被覆層を多層
構造にした実施例は10分切削後の逃げ面摩耗量が非常に
少なくなっている。
例に比べて欠損寿命が格段に長い。特に、被覆層を多層
構造にした実施例は10分切削後の逃げ面摩耗量が非常に
少なくなっている。
【００４１】尚、本発明の切削工具用被覆硬質焼結体
は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。
は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得
ることは勿論である。
【００４２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明被覆焼結体
によれば、実質的にcBNのみからなる基材にAl２O３層を
含む被覆層を形成することで、優れた耐摩耗性と耐熱性
を実現でき、特に鋼の高速切削に有効利用することがで
きる。
によれば、実質的にcBNのみからなる基材にAl２O３層を
含む被覆層を形成することで、優れた耐摩耗性と耐熱性
を実現でき、特に鋼の高速切削に有効利用することがで
きる。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C046 FF02 FF10 FF13 FF16 FF17 FF25 4K030 BA02 BA18 BA36 BA38 BA41 BA43 BA49 BB11 CA05 FA01 JA01 JA20 LA22
Claims (11)
- 【請求項１】 立方晶窒化ホウ素を99.5体積％以上含む
焼結体からなる基材と、この基材表面に形成された被覆
層とを具える切削工具用被覆焼結体において、 前記被覆層はAl２O３層を有し、Al２O３層の厚さが0.5
〜10μｍであることを特徴とする切削工具用被覆焼結
体。 - 【請求項２】 Al２O３層と基材との間に、TiN、TiC、T
iBおよびTiCNより選ばれる１種以上からなる介在層を有
し、 Al２O３層と介在層との合計厚さが0.5〜20μｍであるこ
とを特徴とする請求項１に記載の切削工具用被覆硬質焼
結体。 - 【請求項３】 Al２O３層のAl２O３がα-Al２O３を主成
分とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記
載の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項４】 上記基材を構成する立方晶窒化ホウ素の
平均粒径が１μｍ以下であることを特徴とする請求項１
または請求項２に記載の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項５】 上記基材における立方晶窒化ホウ素の
（220）面のＸ線回折強度I(220)と立方晶窒化ホウ素の
（111）面のＸ線回折強度I(111)との比I(220)/I(111)が
0.05以上であることを特徴とする請求項１または請求項
２に記載の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項６】 上記基材が99.9体積％以上の立方晶窒化
ホウ素からなることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項７】 上記基材の熱伝導率が250〜1000W/m・K
であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載
の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項８】 上記基材の20〜600℃の温度範囲におけ
る熱膨張係数が3.0〜4.0×10−６の範囲にあることを特
徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具用被
覆硬質焼結体。 - 【請求項９】 20〜1000℃の間の温度で、３点曲げ測定
における上記基材の抗折力が80kgf/mm２以上であること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具
用被覆硬質焼結体。 - 【請求項１０】 上記基材の室温での硬度がHv4000kgf/
mm２以上であることを特徴とする請求項１〜５のいずれ
かに記載の切削工具用被覆硬質焼結体。 - 【請求項１１】 被覆層の最外層としてTiN、TiC、TiB
およびTiCNより選ばれる１種以上が被覆されていること
を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の切削工具
用被覆硬質焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31444099A JP2001129703A (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | 切削工具用被覆焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31444099A JP2001129703A (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | 切削工具用被覆焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001129703A true JP2001129703A (ja) | 2001-05-15 |
Family
ID=18053392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31444099A Pending JP2001129703A (ja) | 1999-11-04 | 1999-11-04 | 切削工具用被覆焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001129703A (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598679A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-17 | 住友電気工業株式会社 | 被覆硬質焼結体 |
| JPH10158065A (ja) * | 1996-11-28 | 1998-06-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法 |
| JPH10277831A (ja) * | 1997-04-04 | 1998-10-20 | Sumitomo Electric Ind Ltd | フライス用切削工具 |
| JPH11246271A (ja) * | 1998-02-28 | 1999-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法 |
-
1999
- 1999-11-04 JP JP31444099A patent/JP2001129703A/ja active Pending
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS598679A (ja) * | 1982-07-07 | 1984-01-17 | 住友電気工業株式会社 | 被覆硬質焼結体 |
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| JPH11246271A (ja) * | 1998-02-28 | 1999-09-14 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 立方晶窒化ホウ素焼結体およびその製造方法 |
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