JP2007145667A - Cubic boron nitride sintered compact - Google Patents

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Kazuko Yamamoto
佳津子 山本
Takashi Hirao
隆 平尾
Takashi Harada
高志 原田
Naohiro Toda
直大 戸田
Hitoshi Sumiya
均 角谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a cubic boron nitride sintered compact by which a cutting tool being excellent in wearing resistance and lubricity, having high hardness and being suitable for high speed cutting can be served without film forming and the like. <P>SOLUTION: The cubic boron nitride sintered compact comprises cubic boron nitride and a binding material and is characterized in that carbon contained in the binding material is 0.01-3 mass% to the whole cubic boron nitride sintered compact. It is favorable that the particle diameter of the cubic boron nitride sintered compact is 30 nm or less when carbon is contained as graphite. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、耐摩耗性に優れる立方晶窒化硼素焼結体、または、耐摩耗性に加えて潤滑性を有する立方晶窒化硼素焼結体に関するものである。   The present invention relates to a cubic boron nitride sintered body excellent in wear resistance, or a cubic boron nitride sintered body having lubricity in addition to wear resistance.

立方晶窒化硼素(cBN)は、ダイヤモンドに次ぐ高い硬度を有する材料であり、主に金属の切削工具等の材料として利用されている。
前記立方晶窒化硼素の耐摩耗性を向上させるため、炭化チタンと窒化チタンとアルミニウムとが特定の比率となるような組成とすることが提案されている(特許文献1参照)。
しかしながら、近年、加工能率を一層向上させるために、切削速度の高速化がなされており、この様な高速度下では、上記組成においても、立方晶窒化硼素の耐摩耗性は十分ではなかった。
Cubic boron nitride (cBN) is a material having the second highest hardness after diamond, and is mainly used as a material for metal cutting tools and the like.
In order to improve the wear resistance of the cubic boron nitride, it has been proposed to have a composition in which titanium carbide, titanium nitride, and aluminum have a specific ratio (see Patent Document 1).
However, in recent years, in order to further improve the machining efficiency, the cutting speed has been increased. Under such a high speed, the wear resistance of cubic boron nitride was not sufficient even in the above composition.

また、立方晶窒化硼素焼結体に窒化チタンや炭化チタン等の被膜を設けることも提案されている(特許文献2及び特許文献3参照)が、被膜を設けるためには、蒸着等の工程が必要となり、切削工具の生産効率が低下することが問題であった。   In addition, it has also been proposed to provide a cubic boron nitride sintered body with a film such as titanium nitride or titanium carbide (see Patent Document 2 and Patent Document 3). The problem is that the production efficiency of the cutting tool is reduced.

一方、切削工具の刃先に用いられる焼結体には、固体潤滑剤を添加することによって潤滑性を付与することができる(特許文献4参照)が、固体潤滑剤を添加すると焼結を阻害し、焼結過程で生じる焼結体の収縮時に気孔が発生する原因となり、焼結体の緻密化が図れないという問題があった。   On the other hand, lubrication can be imparted to a sintered body used for the cutting edge of a cutting tool by adding a solid lubricant (see Patent Document 4), but adding a solid lubricant inhibits sintering. There is a problem that pores are generated when the sintered body contracts during the sintering process, and the sintered body cannot be densified.

特開平10−226575号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-226575 特開2004−291150号公報JP 2004-291150 A 特開2001−341006号公報JP 2001-341006 A 特開平8−295570号公報JP-A-8-295570

本発明は、耐摩耗性や潤滑性に優れ、かつ高い硬度を有し、高速度の切削に好適に使用される切削工具を、被膜形成等を要することなく提供することができる立方晶窒化硼素焼結体を得ることを目的とするものである。   The present invention provides a cubic boron nitride that is excellent in wear resistance and lubricity, has a high hardness, and can be suitably used for high-speed cutting without requiring film formation. The object is to obtain a sintered body.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、上記目的を達成するためになされたものであり、以下のような構成を有する。
(1)立方晶窒化硼素及び、結合材からなる立方晶窒化硼素焼結体であって、前記結合材中における炭素の含有量が、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して、0.01〜3質量%であることを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体である。
(2)炭素の含有量が、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して、0.1〜1質量%である前記(1)に記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(3)結合材は、周期律表の4〜6族元素、Fe、Co、Ni及びAlからなる群より選択される一種以上の元素を含み、
前記元素は、単体、相互固溶体、炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物及び酸化物からなる群より選択される一つ以上の状態で含有されている前記(1)又は(2)に記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(4)結合材は、炭素と、炭素以外の周期律表における4族元素の窒化物の一種以上とを含有し、前記炭素は、前記周期律表の4族元素の窒化物と相互固溶体を形成している前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(5)炭素以外の周期律表における4族元素が、Ti及び/又はHfである前記(3)又は(4)に記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(6)結合材としてTiNを含有し、前記TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置が、それぞれ、36.10〜36.60及び41.90〜42.50の範囲にあることを特徴とする前記(1)〜(5)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(7)立方晶窒化硼素の粒径が、0.2〜10μmである前記(1)〜(6)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(8)立方晶窒化硼素焼結体中における立方晶窒化硼素含有率が、40〜75体積%である前記(1)〜(7)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(9)炭素がグラファイトとして含有されている前記(1)〜(3)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(10)グラファイトの粒径が30nm以下である前記(9)に記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(11)立方晶窒化硼素の粒径が、0.2〜10μmである前記(9)又は(10)に記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
(12)立方晶窒化硼素焼結体中における立方晶窒化硼素含有率が、40〜95体積%である前記(9)〜(11)のいずれか一つに記載の立方晶窒化硼素焼結体である。
The cubic boron nitride sintered body of the present invention has been made to achieve the above object, and has the following configuration.
(1) A cubic boron nitride sintered body made of cubic boron nitride and a binder, wherein the carbon content in the binder is 0.01 with respect to the entire cubic boron nitride sintered body. It is a cubic boron nitride sintered body characterized by being ˜3 mass%.
(2) The cubic boron nitride sintered body according to (1), wherein the carbon content is 0.1 to 1% by mass with respect to the entire cubic boron nitride sintered body.
(3) The binder includes one or more elements selected from the group consisting of Group 4 to 6 elements of the periodic table, Fe, Co, Ni, and Al,
The element is contained in one or more states selected from the group consisting of simple substances, mutual solid solutions, carbides, nitrides, carbonitrides, borides, and oxides. This is a cubic boron nitride sintered body.
(4) The binder contains carbon and one or more nitrides of group 4 elements in the periodic table other than carbon, and the carbon contains a nitride and a mutual solid solution of the group 4 elements in the periodic table. The cubic boron nitride sintered body according to any one of (1) to (3), which is formed.
(5) The cubic boron nitride sintered body according to (3) or (4), wherein the group 4 element in the periodic table other than carbon is Ti and / or Hf.
(6) TiN is contained as a binder, and in the diffraction pattern of the TiN by Cu-Kα X-ray, the 2111 positions of (111) and (200) reflections are 36.10 to 36.60 and 41.90 to respectively. The cubic boron nitride sintered body according to any one of (1) to (5), which is in a range of 42.50.
(7) The cubic boron nitride sintered body according to any one of (1) to (6), wherein the cubic boron nitride has a particle size of 0.2 to 10 μm.
(8) The cubic boron nitride sintered body according to any one of (1) to (7), wherein a cubic boron nitride content in the cubic boron nitride sintered body is 40 to 75% by volume. It is.
(9) The cubic boron nitride sintered body according to any one of (1) to (3), wherein carbon is contained as graphite.
(10) The cubic boron nitride sintered body according to (9), wherein the graphite has a particle size of 30 nm or less.
(11) The cubic boron nitride sintered body according to (9) or (10), wherein the particle size of cubic boron nitride is 0.2 to 10 μm.
(12) The cubic boron nitride sintered body according to any one of the above (9) to (11), wherein the cubic boron nitride content in the cubic boron nitride sintered body is 40 to 95% by volume. It is.

本発明は、上記の構成を採用することにより、耐摩耗性を向上させ、滑性が高く、且つ硬度の高い立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。
このため、本発明では、高速の切削速度においても十分実用に耐えうる切削工具に適した立方晶窒化硼素焼結体を提供することができる。
In the present invention, a cubic boron nitride sintered body having improved wear resistance, high slipperiness and high hardness can be obtained by adopting the above-described configuration.
Therefore, the present invention can provide a cubic boron nitride sintered body suitable for a cutting tool that can withstand practical use even at a high cutting speed.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素及び結合材からなる。
(立方晶窒化硼素)
前記立方晶窒化硼素としては、特に制限はなく、種々の立方晶窒化硼素を使用することができ、例えば、熱分解窒化硼素を原料として得られた立方晶窒化硼素、六方晶窒化硼素を原料として得られた立方晶窒化硼素などが挙げられる。
前記立方晶窒化硼素の粒径としては、0.2〜10μmが好ましく、0.2〜6μmがより好ましい。立方晶窒化硼素の粒径が小さすぎると、得られる立方晶窒化硼素焼結体の熱伝導率が低下し、耐熱性が悪くなる傾向があり、高速切削時の耐摩耗性が低下する場合がある。また、立方晶窒化硼素の粒径が大きすぎると、得られた立方晶窒化硼素焼結体を切削工具等に使用した場合に、粒径の大きな立方晶窒化硼素に応力が集中しやすく、クラック発生の起点となりやすく、切削工具等の寿命が短くなる場合がある。
The cubic boron nitride sintered body of the present invention comprises cubic boron nitride and a binder.
(Cubic boron nitride)
The cubic boron nitride is not particularly limited, and various cubic boron nitrides can be used. For example, cubic boron nitride obtained using pyrolytic boron nitride as a raw material and hexagonal boron nitride as a raw material. Examples thereof include cubic boron nitride obtained.
The cubic boron nitride preferably has a particle size of 0.2 to 10 μm, more preferably 0.2 to 6 μm. If the particle size of the cubic boron nitride is too small, the thermal conductivity of the resulting cubic boron nitride sintered body tends to decrease, heat resistance tends to deteriorate, and wear resistance during high-speed cutting may decrease. is there. Also, if the cubic boron nitride particle size is too large, when the obtained cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool or the like, stress tends to concentrate on the cubic boron nitride having a large particle size, and cracks will occur. It tends to be the starting point of occurrence and may shorten the life of cutting tools and the like.

(結合材)
本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、その結合材中に、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して0.01〜3質量%の炭素を含有することが必要である。
前記炭素の含有量が少なすぎると、本発明の技術的効果を得られず、前記炭素の含有量が多すぎると、得られる立方晶窒化硼素焼結体の耐摩耗性は向上するが、耐欠損性が悪化して切削工具としての性能に劣る場合がある。
(Binder)
The cubic boron nitride sintered body of the present invention needs to contain 0.01 to 3% by mass of carbon in the binder, based on the entire cubic boron nitride sintered body.
If the carbon content is too low, the technical effect of the present invention cannot be obtained.If the carbon content is too high, the wear resistance of the resulting cubic boron nitride sintered body is improved, Defectability may deteriorate and performance as a cutting tool may be inferior.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体の結合材は、炭素を含有するが、炭素以外の結合材の組成としては特に制限はされず、一般的に立方晶窒化硼素焼結体の結合材として用いられている結合材が使用できる。中でも、周期律表の4〜6族元素、Fe、Co、Ni及びAlからなる群より選択される一種以上の元素を含むことが好ましい。
周期律表の4〜6族元素、Fe、Co、Ni及びAlは、いずれも、立方晶窒化硼素の粒子を強固に結合させる作用を有している。よって、前記結合材の組成として、周期律表の4〜6族元素、Fe、Co、Ni及びAlからなる群より選択される一種以上の元素を含有することにより、立方晶窒化硼素の粒子同士が強固に結合した耐摩耗性に優れた立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。
The binder of the cubic boron nitride sintered body of the present invention contains carbon, but the composition of the binder other than carbon is not particularly limited, and is generally used as a binder of the cubic boron nitride sintered body. The binder used can be used. Among them, it is preferable to include one or more elements selected from the group consisting of Group 4 to 6 elements of the periodic table, Fe, Co, Ni, and Al.
All of Group 4 to 6 elements of the periodic table, Fe, Co, Ni, and Al have a function of firmly bonding cubic boron nitride particles. Therefore, the composition of the binder includes one or more elements selected from the group consisting of Group 4 to 6 elements of the periodic table, Fe, Co, Ni and Al, so that the cubic boron nitride particles Thus, a cubic boron nitride sintered body excellent in wear resistance in which is firmly bonded can be obtained.

特に、前記結合材の原料として、周期律表の4族元素及び/又は周期律表の4族元素の窒化物を含有することが好ましい。周期律表の4族元素(Ti、Zr、Hf)の窒化物は炭素と相互固溶体を形成しやすく、炭素を含有する結合材の組織が高温下でも安定な傾向にある。このため、得られた立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に用いた場合に、高速度の切削速度においても、より優れた耐摩耗性や滑性を有する立方晶窒化硼素焼結体を得られる傾向がある。
上記の結合材の原料の中でも、Ti、Hf、TiN及びHfNからなる群から選ばれる一種以上を含有することがより好ましい。結合材が、Ti、Hf、TiN及びHfNからなる群から選ばれる一種以上を含有することによって、高温域における立方晶窒化硼素焼結体の結合相を安定させることができる。また、得られた立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に用いた場合に、高速度の切削速度においても、特に優れた耐摩耗性や滑性を有する立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。
In particular, the raw material of the binder preferably contains a group 4 element of the periodic table and / or a nitride of a group 4 element of the periodic table. The nitrides of group 4 elements (Ti, Zr, Hf) in the periodic table tend to form mutual solid solutions with carbon, and the structure of the binder containing carbon tends to be stable even at high temperatures. Therefore, when the obtained cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool, a cubic boron nitride sintered body having superior wear resistance and lubricity even at a high cutting speed is obtained. Tend to be.
Among the raw materials for the binder, it is more preferable to contain one or more selected from the group consisting of Ti, Hf, TiN, and HfN. When the binder contains one or more selected from the group consisting of Ti, Hf, TiN, and HfN, the binder phase of the cubic boron nitride sintered body in the high temperature range can be stabilized. In addition, when the obtained cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool, a cubic boron nitride sintered body having particularly excellent wear resistance and lubricity even at a high cutting speed can be obtained. Can do.

上記の結合材の原料の中でも、TiNを含有することがさらに好ましく、前記TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置が、それぞれ、36.10〜36.60及び41.90〜42.50の範囲にあることが最も好ましい。結合材が、TiNを含有することにより、得られた立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に用いた場合に、高速度の切削速度においても、特に優れた耐摩耗性や滑性を有する立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。中でも、TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置が、それぞれ、36.10〜36.60及び41.90〜42.50の範囲にあることが好ましい。
TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置は、TiNに炭素が固溶し、炭素の固溶量に応じてシフト幅が変わってくることが知られている。TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置が、それぞれ、36.10〜36.60及び41.90〜42.50の範囲にある場合に、TiNと炭素が適度に固溶しており、特に耐摩耗性に優れる立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。
Among the raw materials for the binder, it is more preferable to contain TiN. In the diffraction pattern of TiN by Cu—KαX rays, the 2θ positions of (111) and (200) reflections are 36.1 to 36, respectively. Most preferably in the range of .60 and 41.90-42.50. When the obtained cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool because the binder contains TiN, the cubic material has excellent wear resistance and lubricity even at a high cutting speed. A sintered boron nitride sintered body can be obtained. Among them, in the diffraction pattern of TiN by Cu—KαX-ray, the 2θ positions of (111) and (200) reflections are preferably in the range of 36.10 to 36.60 and 41.90 to 42.50, respectively. .
In the diffraction pattern of TiN by Cu-Kα X-rays, it is known that the 2θ positions of (111) and (200) reflections are such that carbon is solid-dissolved in TiN, and the shift width varies depending on the solid-solution amount of carbon. ing. When the 2θ positions of (111) and (200) reflections are in the range of 36.10 to 36.60 and 41.90 to 42.50, respectively, in the diffraction pattern of TiN by Cu—KαX-ray, A cubic boron nitride sintered body in which carbon is appropriately solid-solved and particularly excellent in wear resistance can be obtained.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体の結合材中の炭素は、炭素と他の元素との相互固溶体として存在してもよいが、グラファイトとして存在してもよい。
前記炭素が、結合材中において、他の元素との相互固溶体として存在する場合には、被膜形成のための別工程を経ることなく、立方晶窒化硼素焼結体の耐摩耗性を向上させることができる。
また、前記炭素が、結合材中において、グラファイトとして存在する場合には、滑性が高く且つ硬度の高い立方晶窒化硼素焼結体を得ることができる。前記グラファイトの粒径としては特に限定されないが、30nm以下であることが好ましい。前記グラファイトの粒径が大きすぎると、立方晶窒化硼素焼結体の摩耗を急激に進行させる起点となる場合があり、立方晶窒化硼素焼結体の耐摩耗性が悪くなる場合がある。また、前記グラファイトの粒径が大きすぎると、立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に使用した場合に、応力の集中が起こる場合があり、立方晶窒化硼素焼結体にクラックが生じやすくなる場合がある。
Carbon in the binder of the cubic boron nitride sintered body of the present invention may exist as a mutual solid solution of carbon and other elements, or may exist as graphite.
When the carbon is present as a mutual solid solution with other elements in the binder, the wear resistance of the cubic boron nitride sintered body is improved without going through a separate process for forming a film. Can do.
Further, when the carbon is present as graphite in the binder, a cubic boron nitride sintered body having high lubricity and high hardness can be obtained. The particle size of the graphite is not particularly limited, but is preferably 30 nm or less. If the particle size of the graphite is too large, it may become a starting point for abruptly advancing the wear of the cubic boron nitride sintered body, and the wear resistance of the cubic boron nitride sintered body may deteriorate. In addition, if the particle size of the graphite is too large, stress concentration may occur when the cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool, and cracks are likely to occur in the cubic boron nitride sintered body. There is a case.

前記結合材に炭素を含有させる方法としては、立方晶窒化硼素焼結体の結合材の原料に炭素化合物や高分子有機物を添加して焼結させる方法が挙げられる。
前記炭素化合物としては、例えば、グラファイト、アモルファスカーボン、フラーレン、カーボンナノチューブ、4〜6族元素の炭化物等が挙げられる。
前記高分子有機物としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン等が挙げられる。
Examples of the method of containing carbon in the binder include a method in which a carbon compound or a polymer organic substance is added to the raw material of the binder of the cubic boron nitride sintered body and sintered.
Examples of the carbon compound include graphite, amorphous carbon, fullerene, carbon nanotubes, and carbides of group 4 to 6 elements.
Examples of the polymer organic material include polyethylene, polypropylene, polystyrene, and the like.

(立方晶窒化硼素焼結体)
本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、立方晶窒化硼素及び、結合材からなり、前記結合材中に炭素を特定量含有するものである。
結合材中の炭素の含有量は、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して、0.01〜3質量%である必要があり、立方晶窒化硼素焼結体の耐摩耗性、滑性及び硬度の面から、0.1〜1質量%であるのが好ましい。
前記炭素の含有量が少なすぎると、耐摩耗性が十分でなく、また、滑性が十分でない。また、前記炭素の含有量が多すぎると、立方晶窒化硼素焼結体の硬度が低くなる傾向がある。
(Cubic boron nitride sintered body)
The cubic boron nitride sintered body of the present invention is made of cubic boron nitride and a binder, and contains a specific amount of carbon in the binder.
The carbon content in the binding material needs to be 0.01 to 3% by mass with respect to the entire cubic boron nitride sintered body. From the viewpoint of hardness, it is preferably 0.1 to 1% by mass.
If the carbon content is too small, the wear resistance is not sufficient, and the lubricity is not sufficient. Moreover, when there is too much content of the said carbon, there exists a tendency for the hardness of a cubic boron nitride sintered compact to become low.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体中において、結合材中の炭素が他の元素と相互固溶体を形成している場合には、立方晶窒化硼素焼結体中の立方晶窒化硼素の割合が40〜75体積%であることが好ましく、50〜70体積%であることがより好ましい。立方晶窒化硼素の割合が少なすぎると、十分な耐摩耗性が得られない場合があり、多すぎると、立方晶窒化硼素の粒子が欠損しやすくなり、立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に使用した場合に工具の寿命が短くなる傾向がある。
また、本発明の立方晶窒化硼素焼結体中において、結合材中の炭素がグラファイトとして存在している場合には、立方晶窒化硼素が40〜95体積%であることが好ましく、50〜95体積%であることがより好ましい。結合材中の炭素がグラファイトとして存在している場合において、立方晶窒化硼素の割合が少なすぎると、十分な耐摩耗性が得られない場合があり、多すぎると、立方晶窒化硼素の粒子が欠損しやすくなり、立方晶窒化硼素焼結体を切削工具に使用した場合に工具の寿命が短くなる傾向がある。
In the cubic boron nitride sintered body of the present invention, when the carbon in the binder forms a mutual solid solution with other elements, the ratio of the cubic boron nitride in the cubic boron nitride sintered body is It is preferable that it is 40-75 volume%, and it is more preferable that it is 50-70 volume%. If the proportion of cubic boron nitride is too small, sufficient wear resistance may not be obtained. If the proportion is too large, particles of cubic boron nitride are liable to be lost, and the cubic boron nitride sintered body is cut into a cutting tool. The tool life tends to be shortened when used.
Further, in the cubic boron nitride sintered body of the present invention, when carbon in the binder exists as graphite, the cubic boron nitride is preferably 40 to 95% by volume, and 50 to 95%. More preferably, it is volume%. When the carbon in the binder is present as graphite, if the proportion of cubic boron nitride is too small, sufficient wear resistance may not be obtained, and if it is too large, cubic boron nitride particles are formed. When the cubic boron nitride sintered body is used for a cutting tool, the tool life tends to be shortened.

TiN粉末とAl粉末を85:15の質量比で均一混合した後、真空炉を用いて、1200℃で20分間熱処理を行い結合材Aを得た。
この結合材AにCo,W,Fe,Ni,Hfなどの金属元素と粒径8μmのグラファイトまたはアモルファスカーボンを加えて、いくつかの結合材原料となる混合粉を作成し、超硬合金製の容器と超硬合金製ボールとからなるボールミルを用いて均一に混合し数種類の結合材を作成した。
また、結合材Aを用いる代わりに複数の金属及びセラミクス材料を混合し、これに粒径1μmのカーボンナノチューブを添加してボールミルを用いて均一に混合しいくつかの結合材を作成した。
TiN powder and Al powder were uniformly mixed at a mass ratio of 85:15, and then heat-treated at 1200 ° C. for 20 minutes using a vacuum furnace to obtain a binder A.
A metal powder such as Co, W, Fe, Ni, and Hf and graphite or amorphous carbon with a particle size of 8 μm are added to this binder A to create a mixed powder that is a raw material for some binders. Using a ball mill consisting of a container and cemented carbide balls, uniform mixing was performed to prepare several types of binders.
Further, instead of using the binder A, a plurality of metals and ceramic materials were mixed, carbon nanotubes having a particle diameter of 1 μm were added thereto, and uniformly mixed using a ball mill to prepare several binders.

これらの結合材にさまざまな粒径に渡るcBN粉末を40〜90体積%の配合比になるように加えて、超硬合金製の容器と超硬合金製ボールとからなるボールミルを用いて均一に混合した。得られた混合粉末を超硬合金製のカプセルに充填した後、超高圧装置を用いて圧力6GPa、温度1700℃にて約15分間保持して実施例1〜7及び、比較例2〜8の立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。
更に、結合材AにcBN粉末を加えてボールミルにより均一に混合し、得られた混合粉末を超硬合金製のカプセルに充填した後、超高圧装置を用いて圧力6GPa、温度1700℃にて約15分間保持して比較例1の立方晶窒化ホウ素焼結体を得た。
CBN powders with various particle sizes are added to these binders so that the mixing ratio is 40 to 90% by volume, and uniformly using a ball mill comprising a cemented carbide container and a cemented carbide ball. Mixed. After the obtained mixed powder was filled into a cemented carbide capsule, it was held at a pressure of 6 GPa and a temperature of 1700 ° C. for about 15 minutes using an ultrahigh pressure apparatus, and Examples 1 to 7 and Comparative Examples 2 to 8 A cubic boron nitride sintered body was obtained.
Furthermore, cBN powder is added to the binder A and mixed uniformly by a ball mill. After the resulting mixed powder is filled into a cemented carbide capsule, the pressure is about 6 GPa and the temperature is about 1700 ° C. using an ultrahigh pressure apparatus. The cubic boron nitride sintered body of Comparative Example 1 was obtained by holding for 15 minutes.

次に得られた焼結体のCu-Kα線を使用したX線回折装置(XRD)による分析を行い組成を同定し、TiNの(111)及び(200)ピークの2θ値を計測した。また、グラファイトのピークがXRDで認められたものについては、ピークの半値幅より平均粒径を求めた。
更に焼結体のICP分析を行い、焼結対中に含まれる炭素の焼結体全体に対する重量比率を求めた。
これらの結果を表1に示す。
Next, the obtained sintered body was analyzed by an X-ray diffractometer (XRD) using Cu—Kα rays, the composition was identified, and the 2θ values of the (111) and (200) peaks of TiN were measured. For those in which the graphite peak was observed by XRD, the average particle diameter was determined from the half width of the peak.
Further, ICP analysis of the sintered body was performed, and the weight ratio of the carbon contained in the sintered pair to the entire sintered body was determined.
These results are shown in Table 1.

表1中、XRD組成は、X線回折装置を用いて分析した立方晶窒化硼素焼結体の組成を示し、グラファイト粒径は、立方晶窒化硼素焼結体において、炭素がグラファイトとして析出している場合のグラファイトの粒径を測定したものである。また、結合材含有元素として標記した元素は、立方晶窒化硼素焼結体の製造時に、結合材とすべく添加した元素を示す。   In Table 1, the XRD composition indicates the composition of the cubic boron nitride sintered body analyzed using an X-ray diffractometer, and the graphite particle size indicates that carbon is precipitated as graphite in the cubic boron nitride sintered body. In this case, the particle size of graphite is measured. The element marked as a binder-containing element is an element added to be a binder during the production of a cubic boron nitride sintered body.

Figure 2007145667
Figure 2007145667


上記のようにして得られた立方晶窒化硼素焼結体を超硬合金製の基材にロウ付けしてISO型番 SNGA120408 形状の切削工具を作成した。
実施例1〜6及び、比較例1,2,4〜8の焼結体から作成したこれらの工具を用いて、下記の条件にて焼入鋼を高速で連続切削する切削試験を実施した。結果を表2に示す。
切削試験の条件は、切削速度:V=200mm/min、送り:f=0.1mm/rev、切り込み:d=0.2mm、乾式切削、被削材:SUJ2で行った。
なお、表2において、工具の逃げ面磨耗量が0.1mmを越えた場合若しくは、刃先が大きくかけ落ちる様な欠損が生じ、加工面の品質に変化を生じた場合を工具寿命と定義し、比較例1の焼結体を使用した工具の寿命を1としてこれとの相対比較で表記した。
The cubic boron nitride sintered body obtained as described above was brazed to a cemented carbide base material to prepare a cutting tool having an ISO model number SNGA120408.
Using these tools prepared from the sintered bodies of Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1, 2, 4 to 8, a cutting test for continuously cutting hardened steel at high speed was performed under the following conditions. The results are shown in Table 2.
The cutting test conditions were as follows: cutting speed: V = 200 mm / min, feed: f = 0.1 mm / rev, cutting: d = 0.2 mm, dry cutting, work material: SUJ2.
In Table 2, the tool life is defined as the tool life when the flank wear amount of the tool exceeds 0.1 mm, or when the cutting edge is damaged and the quality of the machined surface changes. The life of a tool using the sintered body of Example 1 is set as 1, and the relative comparison with this is shown.

Figure 2007145667
Figure 2007145667

また、実施例7,8及び、比較例3、9、10の焼結体から作成した上記の工具を用いて下記の条件にて焼入鋼を高速で連続切削する切削試験を実施した。結果を表3に示す。
切削試験の条件は、切削速度:V=400mm/min、送り:f=0.12mm/rev、切り込み:d=0.2mm、
湿式切削、被削材:ダクタイル鋳鉄FCD450で行った。
表3において、工具の逃げ面磨耗量が0.1mmを越えた場合若しくは、刃先が大きくかけ落ちる様な欠損が生じ、加工面の品質に変化を生じた場合を工具寿命と定義し、比較例3の焼結体を使用した工具の寿命を1としてこれとの相対比較で表記した。
Moreover, the cutting test which cuts hardened steel continuously at high speed on the following conditions using said tool created from the sintered compact of Example 7, 8 and Comparative Example 3, 9, 10 was implemented. The results are shown in Table 3.
The cutting test conditions were cutting speed: V = 400mm / min, feed: f = 0.12mm / rev, cutting: d = 0.2mm,
Wet cutting, work material: Ductile cast iron FCD450 was used.
In Table 3, the tool life is defined as the tool life when the flank wear amount of the tool exceeds 0.1 mm, or when the cutting edge is damaged and the quality of the machined surface is changed. The life of a tool using the sintered body was expressed as a relative comparison with this as 1.

Figure 2007145667
Figure 2007145667

表2及び表3の結果より、本発明のcBN焼結体は、優れた切削性能を示すことがわかる。   From the results of Table 2 and Table 3, it can be seen that the cBN sintered body of the present invention exhibits excellent cutting performance.

本発明の立方晶窒化硼素焼結体は、切削工具として有用である。

The cubic boron nitride sintered body of the present invention is useful as a cutting tool.

Claims (12)

立方晶窒化硼素及び、結合材からなる立方晶窒化硼素焼結体であって、前記結合材中における炭素の含有量が、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して、0.01〜3質量%であることを特徴とする立方晶窒化硼素焼結体。   A cubic boron nitride sintered body made of cubic boron nitride and a binder, wherein the carbon content in the binder is 0.01 to 3 mass with respect to the entire cubic boron nitride sintered body. %. Cubic boron nitride sintered body characterized by being%. 炭素の含有量が、立方晶窒化硼素焼結体全体に対して、0.1〜1質量%である請求項1に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   2. The cubic boron nitride sintered body according to claim 1, wherein the content of carbon is 0.1 to 1 mass% with respect to the entire cubic boron nitride sintered body. 結合材は、周期律表の4〜6族元素、Fe、Co、Ni及びAlからなる群より選択される一種以上の元素を含み、
前記元素は、単体、相互固溶体、炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物及び酸化物からなる群より選択される一つ以上の状態で含有されている請求項1又は2に記載の立方晶窒化硼素焼結体。
The binder includes one or more elements selected from the group consisting of Group 4 to 6 elements of the periodic table, Fe, Co, Ni, and Al,
The cubic element according to claim 1 or 2, wherein the element is contained in one or more states selected from the group consisting of simple substances, mutual solid solutions, carbides, nitrides, carbonitrides, borides, and oxides. Boron nitride sintered body.
結合材は、炭素と、炭素以外の周期律表における4族元素の窒化物の一種以上とを含有し、前記炭素は、前記周期律表の4族元素の窒化物と相互固溶体を形成している請求項1〜3のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The binder contains carbon and one or more nitrides of group 4 elements in the periodic table other than carbon, and the carbon forms a mutual solid solution with the nitrides of group 4 elements of the periodic table. The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 3. 炭素以外の周期律表における4族元素が、Ti及び/又はHfである請求項3又は4に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to claim 3 or 4, wherein the group 4 element in the periodic table other than carbon is Ti and / or Hf. 結合材としてTiNを含有し、前記TiNのCu−KαX線による回折パターンにおいて、(111)及び(200)反射の2θ位置が、それぞれ、36.10〜36.60及び41.90〜42.50の範囲にあることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   TiN is contained as a binder, and in the diffraction pattern of TiN by Cu-Kα X-ray, the 2111 positions of (111) and (200) reflections are 36.10 to 36.60 and 41.90 to 42.50, respectively. The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 5, wherein the sintered body is in the range of 立方晶窒化硼素の粒径が、0.2〜10μmである請求項1〜6のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 6, wherein a particle diameter of the cubic boron nitride is 0.2 to 10 µm. 立方晶窒化硼素焼結体中における立方晶窒化硼素含有率が、40〜75体積%である請求項1〜7のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 7, wherein a cubic boron nitride content in the cubic boron nitride sintered body is 40 to 75% by volume. 炭素がグラファイトとして含有されている請求項1〜3のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein carbon is contained as graphite. グラファイトの粒径が30nm以下である請求項9に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to claim 9, wherein the particle diameter of graphite is 30 nm or less. 立方晶窒化硼素の粒径が、0.2〜10μmである請求項9又は10に記載の立方晶窒化硼素焼結体。   The cubic boron nitride sintered body according to claim 9 or 10, wherein the particle diameter of the cubic boron nitride is 0.2 to 10 µm. 立方晶窒化硼素焼結体中における立方晶窒化硼素含有率が、40〜95体積%である請求項9〜11のいずれか一項に記載の立方晶窒化硼素焼結体。

The cubic boron nitride sintered body according to any one of claims 9 to 11, wherein a cubic boron nitride content in the cubic boron nitride sintered body is 40 to 95% by volume.

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