JP2014111542A - 焼結体および焼結体を用いた切削工具 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】立方晶型窒化硼素と、第1化合物と、第2化合物と、第3化合物とを含む焼結体であって、立方晶型窒化硼素の含有量が35体積%以上93体積%以下であり、焼結体中の、第1化合物の体積γと前記第2化合物の体積αが、下記の関係、
0.2≦γ/(γ+α)<1
を示し、
第1化合物および第2化合物の合計の含有量が2体積%以上65体積%以下であり、第1化合物は、立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の少なくともいずれかであり、第2化合物は、α型サイアロン、β型サイアロン、α型窒化珪素およびβ型窒化珪素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物であり、立方晶型窒化硼素は、平均粒径が0.5μm以上5μm以下の粒子であり、第3化合物は、第4族元素、第5族元素、第6族元素およびアルミニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、窒素、硼素および炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とからなる1種以上の化合物であり、焼結体中の、前記第3化合物の含有量の合計は、10体積%以上60体積%以下である、焼結体。
【選択図】なし
Description
0.2≦γ/(γ+α)<1
を示す。
[実施の形態1]
本発明の一実施の形態において、焼結体は立方晶型窒化硼素と、第1化合物と、第2化合物とを含む。
第1化合物および第2化合物の合計の含有量は、焼結体100体積%中、2体積%以上65体積%以下であることが好ましい。焼結体の第1化合物および第2化合物の合計の含有量が前記の範囲であると、焼結体と被加工材との反応が抑制されると考えられる。
本発明の一実施の形態において、焼結体は立方晶型窒化硼素と、第1化合物と、第2化合物と、第3化合物とを含む。
本発明の一実施の形態において、焼結体は立方晶型窒化硼素と、第1化合物と、第2化合物と、第4化合物とを含む。
第4化合物の含有量の合計は、焼結体100体積%中、3体積%以上30体積%以下が好ましい。
(立方晶型サイアロンの準備)
β型サイアロン粒子をステンレス製容器に充填し、爆薬の爆発による衝撃圧縮法により、約40GPaの圧力および2000℃〜2500℃の温度で処理した。衝撃圧縮法による処理後に、ステンレス製容器および混入した部材等を酸溶解し、粉末を回収した。回収した粉末をX線回折で分析すると、立方晶型サイアロンおよびβ型サイアロンが含まれていた。
次に、焼結体が、表1に示す焼結体組成(体積%)になるように、原料粉末である、立方晶型窒化硼素粒子、立方晶型サイアロン粒子、β型サイアロン粒子およびα型サイアロン粒子を超硬合金製のポットおよびボールを用いてボールミル混合を行った。次に、混合粉末を超硬製容器に充填し、5GPaの圧力を加えながら1400℃で20分間焼結し、表1に示す焼結体を得た。
得られた焼結体をISO型番SNGN120408形状の切削用チップに加工し、以下の条件で切削試験を行い、工具寿命までの加工時間評価を行った。工具寿命は、欠損として判定を行った。
被削材:SCM415 浸炭焼入鋼(HRc62) 軸方向に4本U溝つき 外径旋削
切削速度:170m/min
切込み量:0.15mm
送り量:0.1mm/rev
クーラント:なし
結果を表1に示す。
参考例1〜4および6は、立方晶型窒化硼素(平均粒径1μm)を50体積%、立方晶型サイアロンを47.5〜10体積%、およびα型あるいはβ型サイアロンを2.5〜40体積%含む焼結体であった。参考例1〜4および6は、立方晶型サイアロン粒子またはα型あるいはβ型サイアロンのいずれか一方を含まない比較例1〜2に比べて、工具寿命の向上効果が顕著であった。
(立方晶型サイアロン粒子の準備)
参考例1と同様の方法で、立方晶型サイアロン粒子を準備した。
β型窒化珪素粒子をステンレス製容器に充填し、爆薬の爆発による衝撃圧縮法により、約40GPaの圧力および2000℃〜2500℃の温度で処理した。衝撃圧縮法による処理後に、ステンレス製容器を酸溶解し、粉末を回収した。回収した粉末をX線回折で分析すると、立方晶型窒化珪素およびβ型窒化珪素が含まれていた。回収した粉末を遠心分離法を用いて、立方晶型窒化珪素粒子とβ型窒化珪素粒子とに分離した。
参考例1と同様の方法で、焼結体が、表2に示す焼結体組成(体積%)になるように、原料粉末である、立方晶型窒化硼素粒子、立方晶型窒化珪素粒子、立方晶型サイアロン粒子、β型窒化珪素粒子、β型サイアロン粒子、α型サイアロン粒子と、その他の成分として窒化チタン(TiN)粒子およびアルミニウム(Al)粒子(TiN:Alの質量比4:1)とを混合し、実施例11〜13、16、参考例7〜12および比較例3〜6の焼結体を得た。
上記の実施例11〜13、16、参考例7〜12、比較例3〜6の焼結体を用いて、ISO型番SNGA120412形状の切削チップに加工し、以下の条件で切削試験を行い、工具寿命までの加工時間評価を行った。工具寿命は、欠損あるいは摩耗(逃げ面摩耗量0.2mmを超えた時点)として判定を行った。
被削材:Ni基耐熱合金(スペシャルメタル社製のインコネル718(登録商標)) 外径旋削
切削速度:280m/min
切込み量:0.2mm
送り量:0.15mm/rev
クーラント:あり
結果を表2に示す。
参考例7〜9は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を45〜60体積%と、第1化合物と第2化合物を合計で55〜40体積%含む焼結体であった。参考例7〜9は、加工時の欠損がなく、立方晶型窒化硼素の含有量が30体積%である比較例3に比べて、工具寿命が非常に長かった。
参考例7と同様の方法で、焼結体が、表3に示す焼結体組成(体積%)になるように、原料粉末である、立方晶型窒化硼素粒子、立方晶型サイアロン粒子、β型サイアロン粒子と、その他の成分として窒化チタン(TiN)粒子およびアルミニウム(Al)粒子(TiN:Alの質量比4:1)とを混合し、参考例13〜16、17〜19、実施例21〜23および比較例7,8の焼結体を得た。
得られた焼結体をISO型番CNGA120412形状の切削用チップに加工し、以下の条件で切削試験を行い、工具寿命までの加工時間評価を行った。工具寿命は、欠損あるいは摩耗(逃げ面摩耗量0.2mmを超えた時点)として判定を行った。
被削材:Ni基耐熱合金(スペシャルメタル社製のインコネル718(登録商標)) 外径旋削
切削速度:350m/min
切込み量:0.8mm
送り量:0.2mm/rev
クーラント:あり
結果を表3に示す。
参考例13〜15は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を60体積%、立方晶型サイアロンを30〜10体積%およびβ型サイアロンを10〜30体積%含む焼結体であった。参考例13〜15の工具寿命は、立方晶型サイアロンを含まない比較例7〜8に比べて向上した。
参考例1と同様の方法で、焼結体が、表4に示す焼結体組成(体積%)になるように、原料粉末である、立方晶型窒化硼素粒子、立方晶型窒化珪素粒子、立方晶型サイアロン粒子、β型窒化珪素粒子、β型サイアロン粒子と、その他の成分としてコバルト(Co)粒子、アルミニウム(Al)粒子および炭化タングステン(WC)粒子(Co:Al:WCの質量比5:4:1)とを混合し、参考例20〜23および比較例9,10の焼結体を得た。
得られた焼結体をISO型番CNGA120412形状の切削用チップに加工し、以下の条件で切削試験を行い、工具寿命までの加工時間評価を行った。工具寿命は、欠損あるいは摩耗(逃げ面摩耗量0.2mmを超えた時点)として判定を行った。
被削材:マルエージング鋼 外径旋削
切削速度:160m/min
切込み量:0.15mm
送り量:0.12mm/rev
クーラント:あり
結果を表4に示す。
参考例20は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を90体積%、第1化合物を7.5体積%、第2化合物を2.5体積%含む焼結体であった。参考例20は欠損がなく、加工寿命が長く、第1化合物および第2化合物を含まない比較例10に比べて加工寿命が向上した。
参考例20と同様の方法で、焼結体が、表5に示す焼結体組成(体積%)になるように、原料粉末である、立方晶型窒化硼素粒子、立方晶型サイアロン粒子、β型サイアロン粒子と、その他の成分としてコバルト(Co)粒子、アルミニウム(Al)粒子および炭化タングステン(WC)粒子(Co:Al:WCの質量比5:4:1)とを混合し、参考例24〜28および比較例11の焼結体を得た。
得られた焼結体をISO型番CNGA120412形状の切削用チップに加工し、以下の条件で切削試験を行い、工具寿命までの加工時間評価を行った。工具寿命は、欠損までの加工時間として判定を行った。
被削材:ねずみ鋳鉄 FC300 6本のV溝付丸棒 外径旋削
切削速度:800m/min
切込み量:0.5mm
送り量:0.15mm/rev
クーラント:なし
結果を表5に示す。
参考例24は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を90体積%、立方晶型サイアロンを7.5体積%、β型サイアロンを2.5体積%含む焼結体であった。参考例24の工具寿命は、立方晶型サイアロンを含まない比較例11より、若干向上した。
Claims (3)
- 立方晶型窒化硼素と、第1化合物と、第2化合物と、第3化合物とを含む焼結体であって、
前記立方晶型窒化硼素の含有量が35体積%以上93体積%以下であり、
前記焼結体中の、前記第1化合物の体積γと前記第2化合物の体積αが、下記の関係、
0.2≦γ/(γ+α)<1
を示し、
前記第1化合物および前記第2化合物の合計の含有量が2体積%以上65体積%以下であり、
前記第1化合物は、立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の少なくともいずれかであり、
前記第2化合物は、α型サイアロン、β型サイアロン、α型窒化珪素およびβ型窒化珪素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の化合物であり、
前記立方晶型窒化硼素は、平均粒径が0.5μm以上5μm以下の粒子であり、
前記第3化合物は、第4族元素、第5族元素、第6族元素およびアルミニウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素と、窒素、硼素および炭素よりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素とからなる1種以上の化合物であり、
前記焼結体中の、前記第3化合物の含有量の合計は、10体積%以上60体積%以下である、焼結体。 - 前記立方晶型窒化硼素の含有量が35体積%以上60体積%以下であり、
前記第1化合物および前記第2化合物の合計の含有量が2体積%以上20体積%以下である、請求項1に記載の焼結体。 - 請求項1または請求項2に記載の焼結体よりなる切削工具。
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