JP2001240932A - Wear resistant tool material and its production method - Google Patents

Wear resistant tool material and its production method

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JP2001240932A
JP2001240932A JP2000052858A JP2000052858A JP2001240932A JP 2001240932 A JP2001240932 A JP 2001240932A JP 2000052858 A JP2000052858 A JP 2000052858A JP 2000052858 A JP2000052858 A JP 2000052858A JP 2001240932 A JP2001240932 A JP 2001240932A
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JP2000052858A
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Japanese (ja)
Inventor
Shuzo Fujiwara
藤原修三
Yozo Kakudate
角館洋三
Hiroshi Ishizuka
石塚博
Akira Hosomi
細見暁
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tomei Diamond Co Ltd
Original Assignee
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Tomei Diamond Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wear resistant tool material suitable for high speed cutting work for a metallic material, and to provide its production method. SOLUTION: This tool material is a sintered body composed of superabrasive grain components containing (high pressure phase) boron carbonitride having a diamond type crystal structure as superhard substance and a binder, and the binder is contained by 5 to <80% by volume ratio to the whole of the sintered body. The tool material can effectively be obtained particularly by mixing the high pressure phase boron carbonitride powder and the binder and performing sintering under the static pressure of >=4 GPa at 1,200 to <=1,600 deg.C.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明が属する技術分野】 本発明は、金属質材料の高
速度切削加工に適した、耐摩耗性の工具材料及びその製
造方法に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wear-resistant tool material suitable for high-speed cutting of a metallic material and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】超砥粒を焼結した切削加工用の工具材料
として、ダイヤモンドの焼結体、及び高圧相窒化ホウ素
焼結体が広く用いられている。ダイヤモンドの焼結体は
非鉄金属、セラミックス、石材など広い範囲の硬質材料
の加工に用いられ、最も硬い材料であるダイヤモンドの
特徴を生かした、生産性の高い加工作業を可能としてい
る。一方窒化ホウ素焼結体は、鉄系材料の切削加工に適
しており、鉄族金属との反応性がないことから、刃先が
赤熱状態でも鉄族金属の加工が可能であるという特徴を
有している。
2. Description of the Related Art A diamond sintered body and a high-pressure phase boron nitride sintered body are widely used as cutting tool materials obtained by sintering superabrasive grains. Sintered diamond is used for processing a wide range of hard materials such as non-ferrous metals, ceramics, and stones, and enables highly productive processing operations utilizing the characteristics of diamond, which is the hardest material. On the other hand, the boron nitride sintered body is suitable for cutting iron-based materials, and has no reactivity with iron group metals. ing.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ダイヤモンド焼結体製
の研磨工具は、硬さの点では広範な用途をカバーできる
可能性を持つ。しかし鉄族(第8族)金属の研磨加工につ
いては、被加工材の高温下での触媒作用によって、ダイ
ヤモンドのグラファイト化が促進されることから、鉄族
金属の加工には適さない、という欠点がある。
The polishing tool made of a sintered diamond has a possibility of covering a wide range of applications in terms of hardness. However, the polishing of iron group (group 8) metal is not suitable for the processing of iron group metal, because the catalytic action of the workpiece at high temperature promotes the graphitization of diamond. There is.

【0004】一方窒化ホウ素焼結体においては、窒化ホ
ウ素の硬度(ヌープ)がダイヤモンドの1/2程度と低く、
耐久性の見地からは問題が残る。即ち高速加工の際に
は、硬さの不足から刃物交換の頻度が増えるという煩わ
しさがあり、また鉄筋コンクリート構造物のような硬脆
性複合材への穴開け加工や、切断加工においては、加工
速度を犠牲にして窒化ホウ素焼結体を用いるか、工具コ
ストを無視してダイヤモンド焼結体を採用するかの選択
に迫られることが多かった。
On the other hand, in a boron nitride sintered body, the hardness (knoop) of boron nitride is as low as about 1/2 that of diamond,
Problems remain in terms of durability. That is, in the case of high-speed machining, there is an annoyance that the frequency of blade replacement is increased due to lack of hardness, and in the case of drilling and cutting a hard brittle composite material such as a reinforced concrete structure, the processing speed is increased. In many cases, a choice was made between using a boron nitride sintered body at the expense of sintering and using a diamond sintered body ignoring the tool cost.

【0005】従ってダイヤモンド並の硬さと、窒化ホウ
素のような鉄族金属に対する不活性とを兼ね備えること
により、長時間の使用を可能とし、かつ耐摩耗性の大き
な切削刃物材料、並びに鉄と脆性材料との複合材の同時
加工(例えば鉄筋コンクリートの切断加工)に適用可能な
刃物(乃至研磨工具)材料の開発が待たれていた。
[0005] Accordingly, by combining the hardness of diamond with the inertness to iron group metals such as boron nitride, it is possible to use the cutting tool for a long time and have high abrasion resistance, as well as iron and brittle materials. Development of a cutting tool (or polishing tool) material applicable to the simultaneous processing of a composite material (for example, cutting of reinforced concrete) with the above has been awaited.

【0006】なお、ダイヤモンドや窒化ホウ素の外に、
ダイヤモンド型結晶構造を持つ高圧相炭窒化ホウ素の焼
結体も公知である。例えば特公昭62-20149号公報には、
これを低圧相の炭窒化ホウ素との混合粉末として焼結す
る法が記載されている。しかし発明者等の知る限り、こ
の材質が実用に供された形跡はなく、実用に耐える品質
の製品が得られなかったものと推測される。
[0006] In addition to diamond and boron nitride,
High-pressure phase boron carbonitride sintered bodies having a diamond-type crystal structure are also known. For example, in Japanese Patent Publication No. 62-20149,
A method of sintering this as a mixed powder with low-pressure phase boron carbonitride is described. However, to the knowledge of the inventors, there is no evidence that this material has been put to practical use, and it is presumed that a product of practically acceptable quality could not be obtained.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題の解
決方法として、硬さにおいてダイヤモンドに匹敵し、鉄
族金属に対する不活性において窒化ホウ素と同等に扱え
る材料である炭窒化ホウ素を、刃物用の焼結体の形で提
供することによって、特に鉄族金属の高負荷加工を容易
にし、生産性の向上と加工コストの低減とを可能にする
ものである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention solves the above-mentioned problem by using boron carbonitride, which is a material comparable in hardness to diamond and inactive against iron group metals and equivalent to boron nitride. By providing it in the form of a sintered body for use, it is possible to facilitate high-load processing, particularly of iron group metals, and to improve productivity and reduce processing costs.

【0008】ダイヤモンド型構造の炭窒化ホウ素(BC
N)は、本発明者らが初めて合成に成功した物質であっ
て(特開平6-316411)、ダイヤモンドの特徴である高い硬
度(体積弾性率約400GPa)と、立方晶窒化ホウ素(c-B
N)の耐熱性並びに鉄族金属に対する非反応性とを兼ね
備えており、特に鉄系材料の加工に威力を発揮すること
が期待されている。
[0008] Boron carbonitride (BC) having a diamond type structure
N) is the first material successfully synthesized by the present inventors (JP-A-6-316411), and has the high hardness (bulk modulus of about 400 GPa) characteristic of diamond and the cubic boron nitride (c-B
N) has both heat resistance and non-reactivity with iron group metals, and is expected to exert its power particularly in the processing of iron-based materials.

【0009】ダイヤモンド型構造の炭窒化ホウ素は、熱
力学的に準安定な物質であり、1600℃を超える温度では
分解してダイヤモンド相と、c-BN相とに分離するこ
とが知られている。従って現在までに静的超高圧力を用
いてこの物質を合成する方法は完成されておらず、合成
には衝撃波を利用した動的加圧・加熱法が用いられてい
る。得られた高圧相の炭窒化ホウ素粉末は、通常、粒子
径が10〜1000Åの、球状を呈した多結晶体となっている
ことが認められている。
[0009] Boron carbonitride having a diamond-type structure is a thermodynamically metastable substance, and is known to decompose and separate into a diamond phase and a c-BN phase at a temperature exceeding 1600 ° C. . Therefore, a method of synthesizing this substance using static ultrahigh pressure has not been completed to date, and a dynamic pressurization / heating method using a shock wave has been used for the synthesis. It has been recognized that the obtained boron carbonitride powder of the high-pressure phase is usually a spherical polycrystalline body having a particle diameter of 10 to 1000 °.

【0010】このような微粉末で得られることは、焼結
のための結合材との混合に困難を伴うものの、微細で緻
密な組織を有し、耐摩耗性が大きく、靭性の高い焼結体
の製作には好都合である。
Although it is difficult to obtain such a fine powder with a binder for sintering, it has a fine and dense structure, high wear resistance and high toughness. It is convenient for body production.

【0011】焼結助剤としては、ダイヤモンド焼結体、
c-BN焼結体の製造に用いられる各種公知材料の中か
ら選ばれる。焼結助剤には、炭窒化ホウ素粒子との結合
力が大きく、粒子間に介在して強固な固定作用を発揮す
ることが要求される。これらは焼結時における液相の出
現の有無によって、液相焼結と固相焼結とに区分され、
一般に前者では後者に比べて(所要)焼結助剤量が少ない
ものの、炭窒化ホウ素粒子同士の直接結合は、実質的に
生じないと見られる。
As a sintering aid, a diamond sintered body,
The material is selected from various known materials used for manufacturing a c-BN sintered body. The sintering aid is required to have a large bonding force with the boron carbonitride particles and to exhibit a strong fixing action by being interposed between the particles. These are classified into liquid phase sintering and solid phase sintering according to the presence or absence of a liquid phase during sintering.
Generally, although the former requires a smaller amount of (required) sintering aid than the latter, it is considered that the direct bonding between boron carbonitride particles does not substantially occur.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】前述したように、ダイヤモンド型
構造の炭窒化ホウ素は、常圧下においては準安定相であ
り、常圧の高温下では容易に低圧相のBC2Nに転移し
たり、低圧相のBNとグラファイトとに分解することか
ら、焼結は加圧下で行う。焼結時の圧力は4GPa以上、好
ましくは6GPa以上である。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS As described above, boron carbonitride having a diamond type structure is a metastable phase under normal pressure, and easily transitions to a low pressure phase BC 2 N under normal pressure and high temperature, The sintering is performed under pressure because it decomposes into low pressure BN and graphite. The pressure during sintering is 4 GPa or more, preferably 6 GPa or more.

【0013】液相焼結用の焼結助剤としては、コバルト
またはニッケルを主体とする金属、あるいはWC系の超
硬合金が好適である。主原料の炭窒化ホウ素が微粉であ
り、溶浸によって粉末間に結合剤をを導入することが実
質的に不可能であることから、液相焼結用の焼結助剤
は、予め炭窒化ホウ素粉末と均一に混合しておく必要が
ある。WC系の超硬合金を結合材として用いる場合に
は、サブミクロン粉を用い、同時に粒成長阻止のために
VC、TiC、TaCのいずれかを添加することが望まし
い。液相焼結の焼結助剤に加えて、5wt%以下のCuを混
合すると、緻密化に有効である。
As a sintering aid for liquid phase sintering, a metal mainly composed of cobalt or nickel, or a WC-based cemented carbide is suitable. Since the main material, boron carbonitride, is a fine powder, and it is practically impossible to introduce a binder between the powders by infiltration, the sintering aid for liquid phase sintering is preliminarily carbonitrided. It must be uniformly mixed with the boron powder. When a WC cemented carbide is used as a binder, it is desirable to use a submicron powder and simultaneously add any of VC, TiC and TaC to prevent grain growth. Mixing 5 wt% or less of Cu in addition to the sintering aid for liquid phase sintering is effective for densification.

【0014】固相焼結用の焼結助剤としては、周期律表
4〜6族の炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物を主成
分とする構成が好ましい。好適な例としては(Ti、Z
r、Hf、Ta、Cr、Mo)-(C、N、CN、B)相互の組合わせ
が挙げられ、TiC、TiN、TiCNを特に好適な例として挙げ
ることができる。これらは必要に応じてそれぞれ単独で
用いる場合、混合して用いる場合、さらにはこれらの1
種類以上に他の物質を添加する場合など、多種の組合わ
せが可能である。
As the sintering aid for solid phase sintering, a structure mainly composed of carbides, nitrides, carbonitrides, and borides of Groups 4 to 6 of the periodic table is preferable. Preferred examples include (Ti, Z
Combinations of r, Hf, Ta, Cr, Mo)-(C, N, CN, B) can be mentioned, and TiC, TiN, TiCN can be mentioned as particularly preferred examples. These may be used alone or as a mixture if necessary, or may be used in combination.
Various combinations are possible, such as when other substances are added in addition to the types.

【0015】前述したように、ダイヤモンド型構造の炭
窒化ホウ素は、1600℃以上の温度に曝されるとダイヤモ
ンドとc-BNとの混合物に変化する場合があることか
ら、1600℃を超えない温度で焼結する必要があり、焼結
助剤は液相焼結においてはこの温度条件で熔融状態にな
る材料から選ばれる。しかし1200℃以下で液相を生じる
焼結助剤は、切削加工の際の高温で軟化し、刃先強度の
低下を招くことがあるので好ましくない。
As described above, the boron-carbonitride having a diamond-type structure may change to a mixture of diamond and c-BN when exposed to a temperature of 1600 ° C. or higher. In the liquid phase sintering, the sintering aid is selected from materials that become molten under these temperature conditions. However, a sintering aid that generates a liquid phase at 1200 ° C. or lower is not preferred because it softens at high temperatures during cutting and may cause a decrease in blade edge strength.

【0016】一方固相焼結に用いられる焼結助剤は一般
に高融点材料であることから、微粉の状態で用いること
によって反応性を高め、焼結温度を低下させる処置が必
要である。また主原料の炭窒化ホウ素が微粉であり、焼
結操作に先立って焼結助剤と十分に混合する必要もある
ことから、炭窒化ホウ素と同じオーダーの粒径品を用い
ることが望ましい。従って助剤用の粉末には、主として
CVD技術やプラズマ応用技術によって製造された品種
が用いられる。
On the other hand, since the sintering aid used for solid-phase sintering is generally a high melting point material, it is necessary to increase the reactivity and reduce the sintering temperature by using it in the form of fine powder. Further, since boron carbonitride as a main raw material is a fine powder, and it is necessary to sufficiently mix it with a sintering aid prior to the sintering operation, it is desirable to use a product having the same particle size as boron carbonitride. Therefore, as the powder for the auxiliary agent, a variety produced mainly by a CVD technique or a plasma application technique is used.

【0017】固相焼結用の焼結助剤には前記に加えて、
金属系成分としてAl、Cu、Si、耐熱性、焼結性向上のた
めにアルミナ、炭化ケイ素を添加することができる。
In addition to the above, sintering aids for solid-phase sintering include:
Al, Cu, Si, alumina and silicon carbide can be added as metal components to improve heat resistance and sinterability.

【0018】本発明における焼結体の耐熱性をさらに高
めるために、主成分として用いる高圧相炭窒化ホウ素に
加えて、超砥粒成分として高圧相の窒化ホウ素の微粉を
用いることができる。この高圧相としては、静圧法で合
成し粉砕したc-BN粉末よりも、高圧相炭窒化ホウ素と
同じレベルの粒径を有する、衝撃圧下で合成されたw-
BNを用いる方が、組織の偏析を小さくすることができ
るので、好ましい。但しw-BN成分の割合が増加する
のに伴って焼結体の硬度が低くなり、耐久性が低下する
ことから、超砥粒成分中におけるw-BNの割合は、40v
ol%以下であることが望ましい。
In order to further improve the heat resistance of the sintered body in the present invention, in addition to the high-pressure phase boron carbonitride used as a main component, fine powder of high-pressure phase boron nitride can be used as a superabrasive component. As the high-pressure phase, w- synthesized under impact pressure, having the same level of particle size as high-pressure phase boron carbonitride, than c-BN powder synthesized and pulverized by the static pressure method.
It is preferable to use BN because segregation of the structure can be reduced. However, as the ratio of the w-BN component increases, the hardness of the sintered body decreases and the durability decreases. Therefore, the ratio of the w-BN in the superabrasive component is 40 v
ol% or less is desirable.

【0019】十分に混合された焼結原料は、Ti、Ta、M
o、Zr等の高融点金属製のカプセル内に充填し、高真空
で脱ガスを行い、粉末表面に吸着されている水分、酸素
を除き、焼結性を高める前処理を行ったのち、焼結に供
する。この金属カプセルは、粉末材料の容器であると同
時に、焼結反応の高温下において粉末表面から脱離する
ガスのゲッターとしても機能している。
The sufficiently mixed sintering raw materials are Ti, Ta, M
o, Zr, etc., filled in a high melting point metal capsule, degassed under high vacuum, remove water and oxygen adsorbed on the powder surface, perform pretreatment to improve sintering properties, and then fire Serve for closing. This metal capsule is not only a container for the powder material, but also functions as a getter for the gas desorbed from the powder surface under the high temperature of the sintering reaction.

【0020】炭窒化ホウ素の大きな特徴として、ダイヤ
モンドの硬さとc-BNの耐酸化性とを兼ね備えている
ことが挙げられる。この特徴は焼結体中においても維持
されていることから、刃先が赤熱状態となる高速切削を
実施しても、酸化による摩損は僅かであった。この現象
はc-BNの場合と同じように、表面がホウ素の酸化物
で覆われることによる効果と理解される。
A major feature of boron carbonitride is that it has both the hardness of diamond and the oxidation resistance of c-BN. Since this feature was maintained even in the sintered body, even when high-speed cutting in which the cutting edge was in a red-hot state was performed, the abrasion due to oxidation was slight. This phenomenon is understood to be the effect of covering the surface with boron oxide, as in the case of c-BN.

【0021】切削工具としての取扱い、特にホルダーへ
のろう付や、刃物の研ぎ出しを容易にするため、焼結反
応時に炭窒化ホウ素の焼結層を超硬合金の基材上に形成
することができる。この場合には、上記の金属製のカプ
セル内に焼結原料と共に、超硬合金のブロックを充填
し、焼結操作と同時に焼結層と基材との接着を行う。
In order to facilitate handling as a cutting tool, in particular, brazing to a holder and sharpening of a blade, a sintered layer of boron carbonitride may be formed on a cemented carbide substrate during a sintering reaction. it can. In this case, the above-mentioned metal capsule is filled with a block of cemented carbide together with the sintering raw material, and the sintering operation and the bonding between the sintered layer and the base material are performed.

【0022】[0022]

【実施例1】衝撃加圧・加熱法によって合成されたダイ
ヤモンド型構造の炭窒化ホウ素を用いて焼結体の作製を
行った。この原料粉末は濃い藍色を呈しており、B:C:N
の原子比はほぼ 1:2:1であった。
Example 1 A sintered body was produced using diamond-type boron carbonitride synthesized by an impact pressure / heating method. This raw material powder has a deep blue color and B: C: N
Was about 1: 2: 1.

【0023】焼結助剤として炭窒化ホウ素に対して質量
比で8%のコバルトを、塩化コバルトの形で用いた。秤
量した炭窒化ホウ素粉末と塩化コバルトとを、アセトン
とコバルトボールとを入れた遊星ボールミル中で湿式混
合した後、取り出して乾燥し、次いで過剰のアンモニア
水を滴下して、コバルトを水酸化物に変え、乾燥後水素
還元することにより、金属コバルトが一様に分散した原
料粉末とした。
As a sintering aid, cobalt at a mass ratio of 8% to boron carbonitride was used in the form of cobalt chloride. The weighed boron carbonitride powder and cobalt chloride were wet-mixed in a planetary ball mill containing acetone and cobalt balls, taken out and dried, and then excess ammonia water was dropped to convert cobalt to hydroxide. The raw material powder in which metallic cobalt was uniformly dispersed was obtained by changing, drying and reducing with hydrogen.

【0024】この混合粉末を直径13mm、 深さ5mmのタン
タル製容器の底部へ約 1mmの厚さに充填し、この上へ直
径13mm、 厚さ2.5mmの超硬合金板を置き、タンタル容器
の縁を折り曲げて固定した。
This mixed powder is filled into a bottom of a tantalum container having a diameter of 13 mm and a depth of 5 mm to a thickness of about 1 mm, and a cemented carbide plate having a diameter of 13 mm and a thickness of 2.5 mm is placed on top of the tantalum container. The edge was bent and fixed.

【0025】焼結反応にはベルト型高圧高温装置を用
い、6GPa、1400℃の条件に5分間保持した。得られた焼
結品から切断、研摩の加工工程を経て一辺6mm、先端角
度60゜の切削チップを作製し、ダイス鋼(SKD-11、 HRC
=61)の切削加工を行った。加工条件は、切り込み0.5m
m、送り0.2 mm/rev、切削速度100m/minとした。
For the sintering reaction, a belt-type high-pressure high-temperature apparatus was used, and kept at 6 GPa and 1400 ° C. for 5 minutes. The resulting sintered product is cut and polished to produce a cutting tip with a side of 6 mm and a tip angle of 60 °. The die is made of die steel (SKD-11, HRC
= 61). Processing conditions are 0.5m depth of cut
m, feed 0.2 mm / rev, cutting speed 100 m / min.

【0026】この条件で、チップの逃げ面摩耗が0.2mm
に達するまでの加工時間は30分間であった。一方比較の
ために、c-BN粉末を用いて同様に製作した切削チップ
の場合の切削加工時間は20分間に過ぎなかった。
Under these conditions, the flank wear of the tip is 0.2 mm.
Processing time to reach was 30 minutes. On the other hand, for comparison, the cutting time in the case of a cutting tip similarly manufactured using c-BN powder was only 20 minutes.

【0027】[0027]

【実施例2】B:C:Nの原子比がほぼ1:2.5:1の炭窒
化ホウ素粉末と、実施例1の場合と同じサイズの焼結容
器とを用いて、超硬合金系結合材による焼結体を製作し
た。粒径0.6ミクロンのWC粉末とTaC粉末との質量比
9:1混合粉に対して、10質量%のCo粉を添加した超硬
合金原料を用意し、容積比でこの超硬合金原料4部と、
炭窒化ホウ素原料6部とを、アセトン入りの遊星ボール
ミルを用いた湿式混合によって、十分に混合した。実施
例1で用いたのと同じサイズの超硬合金板を、焼結層の
裏打材として用いた。焼結反応条件は6GPa、1400℃と
し、保持時間は10分間とした。
Example 2 A cemented carbide based bonding material was prepared using a boron carbonitride powder having an atomic ratio of B: C: N of about 1: 2.5: 1 and a sintering vessel having the same size as in Example 1. A sintered body was produced by Prepare a cemented carbide material in which 10% by mass of Co powder was added to a 9: 1 mass ratio of WC powder and TaC powder having a particle size of 0.6 micron, and 4 parts by volume of this cemented carbide material When,
Six parts of the boron carbonitride material was sufficiently mixed by wet mixing using a planetary ball mill containing acetone. A cemented carbide plate having the same size as that used in Example 1 was used as a backing material for the sintered layer. The sintering reaction conditions were 6 GPa and 1400 ° C., and the holding time was 10 minutes.

【0028】得られた焼結品から切断、研摩の加工工程
を経て製作した3mm×5mmのチップを、丸鋸基板の刃先部
にろう付けし、コンクリート、タイル用のドライカッタ
ーとして用いたところ、特に鉄筋入りコンクリート構造
物の切断に有用であることが見出された。
A 3 mm × 5 mm chip manufactured from the obtained sintered product through a cutting and polishing process was brazed to the cutting edge of a circular saw substrate and used as a dry cutter for concrete and tiles. In particular, it has been found to be useful for cutting concrete structures with reinforcing bars.

【0029】[0029]

【実施例3】超砥粒として、実施例2で用いた炭窒化ホ
ウ素原料と、呼称0-1ミクロンのウルツ鉱型窒化ホウ素
との質量比7:3の混合物を用いた。容積比においてこの
混合粉末5部に3部のTiCN、各1部のTiNとAl23
を加え、遊星ボールミルを用いてアセトン中で湿式混合
して、焼結原料粉末を調製した。
Example 3 As a superabrasive, a mixture of the boron carbonitride raw material used in Example 2 and a wurtzite-type boron nitride of nominally 0-1 micron in a mass ratio of 7: 3 was used. By volume ratio, 3 parts of TiCN, 5 parts of TiN and Al 2 O 3 were added to 5 parts of the mixed powder.
Was added and wet-mixed in acetone using a planetary ball mill to prepare a sintering raw material powder.

【0030】実施例1の場合と同じ方式で、タンタル製
の容器中に原料粉末と超硬合金板とを仕込み、ベルト型
高圧高温装置を用いて、6GPa、1500℃の条件に10分間保
持して焼結を行った。
In the same manner as in Example 1, the raw material powder and the cemented carbide plate were charged into a container made of tantalum, and kept at 6 GPa and 1500 ° C. for 10 minutes using a belt-type high-pressure high-temperature apparatus. Sintering.

【0031】性能の評価のために、実施例1と同じ方法
でダイス鋼(SKD-11、HRC=61)の切削加工を行った結果、
チップの逃げ面摩耗が0.2mmに達するまでに、40分間の
使用が可能であった。
In order to evaluate the performance, a die steel (SKD-11, HRC = 61) was cut by the same method as in Example 1, and as a result,
It was possible to use for 40 minutes before the flank wear of the tip reached 0.2 mm.

【0032】[0032]

【実施例4】実施例1の場合と同じ炭窒化ホウ素原料、
同じサイズの焼結容器を用いて、Ti系のセラミックス
結合材を用いた焼結体を製作した。表1に掲げた配合材
料は、すべてアセトンを用いた遊星ボールミル中での湿
式混合によって、十分に混合した。焼結条件は6GPa、15
00℃とし、保持時間は20分間とした。
Example 4 The same boron carbonitride raw material as in Example 1,
Using a sintered container of the same size, a sintered body using a Ti-based ceramics binder was manufactured. All of the ingredients listed in Table 1 were thoroughly mixed by wet mixing in a planetary ball mill using acetone. Sintering conditions are 6GPa, 15
The temperature was set to 00 ° C., and the holding time was set to 20 minutes.

【表1】 [Table 1]

【0033】焼結品から切断、研摩の加工工程を経て一
辺6mm、先端角度60゜の切削チップを作製し、 鋳鉄(FCD
450)の切削加工を行った。加工条件は、切り込み0.5m
m、送り0.2mm/rev、切削速度230m/minとし、逃げ面摩耗
が 0.2mmに達するまでの加工時間で評価した。
A cutting tip of 6 mm on a side and a tip angle of 60 ° is produced from a sintered product through a cutting and polishing process.
450). Processing conditions are 0.5m depth of cut
m, feed 0.2 mm / rev, cutting speed 230 m / min, and the processing time until flank wear reached 0.2 mm was evaluated.

【0034】なお比較用に用いた市販品のc-BN焼結
体チップ(結合剤はTiN系)による加工では、逃げ面摩
耗が0.2mmに達するまでの加工時間は6分間であった。
In the case of processing with a commercially available c-BN sintered body tip (the binder is TiN-based) used for comparison, the processing time until the flank wear reached 0.2 mm was 6 minutes.

【0035】[0035]

【発明の効果】高圧相の炭窒化ホウ素を、周期律表4〜
6族の炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物、あるいは
Ni、Co、Cu、Al、Siを含む焼結助剤を用いて焼結
することによって、ダイヤモンドの硬さと、窒化ホウ素
の鉄族金属に対する不活性とを兼ね備えた、金属、セラ
ミックスを含む硬質材料の加工に適した、汎用性の切削
工具の作製が可能となった。
According to the present invention, boron carbonitride in the high-pressure phase is replaced with the periodic table 4 to
By sintering using a group 6 carbide, nitride, carbonitride, boride, or a sintering aid containing Ni, Co, Cu, Al, Si, the hardness of diamond and the iron group of boron nitride It has become possible to produce a versatile cutting tool that is inert to metals and is suitable for processing hard materials including metals and ceramics.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) C22C 29/04 C22C 29/04 D 29/12 29/12 C 29/14 29/14 C 29/16 29/16 A 32/00 32/00 Q B Z N P // B23B 27/14 B23B 27/14 B (72)発明者 石塚博 栃木県小山市城東四丁目5番1号 トーメ イダイヤ株式会社内 (72)発明者 細見暁 栃木県小山市城東四丁目5番1号 トーメ イダイヤ株式会社内 Fターム(参考) 3C046 FF35 FF37 FF39 FF42 FF43 FF47 FF53 FF55 FF57 HH04 4K018 AB03 AB04 AB10 AC01 AD14 BA02 BA04 BA08 BA20 BC13 KA15 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI theme coat ゛ (Reference) C22C 29/04 C22C 29/04 D 29/12 29/12 C 29/14 29/14 C 29/16 29 / 16 A 32/00 32/00 QBZNP // B23B 27/14 B23B 27/14 B (72) Inventor Hiroshi Ishizuka 4-1-1, Joto, Oyama-shi, Tochigi Pref. ) Inventor Akatsuki Hosomi 4-5-1 Joto, Oyama-shi, Tochigi Pref. Tome Idia Co., Ltd. F-term (reference)

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】超硬質物質としてダイヤモンド型結晶構造
の(高圧相)炭窒化ホウ素を含有する超砥粒成分と結合材
とで構成された焼結体であって、この結合材が(焼結体
全体に対する)容積比において5%以上80%未満含有され
ていることを特徴とする、耐摩耗工具材料。
1. A sintered body comprising a superabrasive component containing a diamond-type crystal structure (high-pressure phase) boron carbonitride as a superhard material and a binder. A wear-resistant tool material characterized by being contained in a volume ratio of 5% or more and less than 80% (based on the whole body).
【請求項2】上記結合材が容積比において10%以上60%
未満含有されている、請求項1に記載の耐摩耗工具材
料。
(2) The binder has a volume ratio of 10% or more and 60% or more.
The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein the wear-resistant tool material contains less than.
【請求項3】上記超砥粒成分が本質的に上記高圧相炭窒
化ホウ素のみからなる、請求項1に記載の耐摩耗工具材
料。
3. The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein said superabrasive component consists essentially of said high-pressure phase boron carbonitride.
【請求項4】上記超砥粒成分が第二の超硬質物質を含有
する、請求項1に記載の耐摩耗工具材料。
4. The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein said superabrasive component contains a second superhard material.
【請求項5】上記第二の超硬質物質が本質的に高圧相窒
化ホウ素からなる、請求項4に記載の耐摩耗工具材料。
5. The wear-resistant tool material according to claim 4, wherein said second super-hard material consists essentially of high-pressure phase boron nitride.
【請求項6】上記結合材の主成分が周期律表4〜6族元素
の炭化物、窒化物、炭窒化物、ホウ化物である請求項1
に記載の耐摩耗工具材料。
6. The binder according to claim 1, wherein a main component of the binder is a carbide, nitride, carbonitride, or boride of an element of Groups 4 to 6 of the periodic table.
2. A wear-resistant tool material according to item 1.
【請求項7】上記結合材がさらにAl、Cu及び Siから選
ばれる1種以上の金属元素、乃至アルミナ又は炭化ケイ
素を含有する、請求項6に記載の耐摩耗工具材料。
7. The wear-resistant tool material according to claim 6, wherein the binder further contains at least one metal element selected from Al, Cu and Si, or alumina or silicon carbide.
【請求項8】上記結合材の主成分がNi、Co、Cu並びにこ
れらの金属を含む合金から選ばれる1種である、請求項
1に記載の耐摩耗工具材料。
8. The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein a main component of the binder is one selected from Ni, Co, Cu, and an alloy containing these metals.
【請求項9】上記高圧相炭窒化ホウ素の組成が、Bxy
zの表示において、実質的にx=zであり、かつx=1
に対して0.5≦y≦4である、請求項1に記載の耐摩耗工
具材料。
9. The high-pressure phase boron carbonitride having a composition of B x C y
In the representation of N z , substantially x = z and x = 1
2. The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein 0.5 ≦ y ≦ 4.
【請求項10】上記高圧相炭窒化ホウ素の組成が、実質
的にx=zであり、かつx=1に対して2≦y≦3である、
請求項9に記載の耐摩耗工具材料。
10. The composition of the high pressure phase boron carbonitride is substantially x = z and 2 ≦ y ≦ 3 for x = 1.
A wear-resistant tool material according to claim 9.
【請求項11】上記高圧相炭窒化ホウ素が、一次粒子サ
イズが実質的に10〜1000Åの、衝撃圧力合成多結晶微粉
からなる、請求項1に記載の耐摩耗工具材料。
11. The wear-resistant tool material according to claim 1, wherein the high-pressure phase boron carbonitride comprises an impact-pressure synthesized polycrystalline fine powder having a primary particle size of substantially 10 to 1000 °.
【請求項12】上記第二の超硬質材がウルツ鉱型窒化ホ
ウ素(w-BN)であり、超砥粒成分全体に対する容積比
において40%以下含有されている、請求項5に記載の耐
摩耗工具材料。
12. The resistant material according to claim 5, wherein the second super hard material is wurtzite-type boron nitride (w-BN), which is contained in a volume ratio of not more than 40% with respect to the entire superabrasive component. Wear tool material.
【請求項13】ダイヤモンド型結晶構造を有する高圧相
炭窒化ホウ素粉末と結合材とを混合し、4GPa以上の静的
圧力、1200℃以上かつ1600℃を超えない温度に供して焼
結することを特徴とする、耐摩耗工具材料の製造方法。
13. A high-pressure phase boron carbonitride powder having a diamond-type crystal structure and a binder are mixed and subjected to a sintering at a static pressure of 4 GPa or more and a temperature of 1200 ° C. or more and not more than 1600 ° C. A method for producing a wear-resistant tool material, characterized by:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014237892A (en) * 2008-06-09 2014-12-18 エレメント シックス (プロダクション)(プロプライエタリィ) リミテッド Cubic boron nitride compact

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