JP2014144911A - 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、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と、第1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、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、立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の合計の含有量は、2体積%以上65体積%以下であり、第1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、焼結体中の第1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
上記の焼結体は、高い強度および硬度を維持しつつ、被加工材との反応性が小さいため、切削工具に用いた場合、耐摩耗性に優れた切削工具を得ることができる。
[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、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、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と、第1化合物とを含む。
立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の含有量の合計は、焼結体100体積%中、2体積%以上60体積%以下であることが好ましい。立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の含有量の合計を前記の範囲とすることで、切削時の被加工材との反応に起因する、焼結材の摩耗を抑制することができる。
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、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と、第2化合物とを含む。
立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の含有量の合計は、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。立方晶型サイアロンおよび立方晶型窒化珪素の含有量の合計を前記の範囲とすることで、切削時の被加工材との反応に起因する、焼結材の摩耗を抑制することができる。
実施の形態1の焼結体の製造方法は、たとえば以下である。立方晶型窒化硼素粒子を準備する。立方晶型サイアロン粒子および立方晶型窒化珪素粒子の少なくともいずれかを準備する。次に、立方晶型窒化硼素粒子と、立方晶型サイアロン粒子および立方晶型窒化珪素粒子の少なくともいずれかとを混合して混合物を得る。次に、混合物を焼結する。ここで、混合物は、得られた焼結体中の立方晶型窒化硼素が35体積%以上93体積%以下の割合となるように配合される。
(立方晶型サイアロン粒子の準備)
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。
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。
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、およびその他の成分として窒化チタン(TiN)粒子とアルミニウム(Al)粒子の混合粒子(TiN:Alの質量比4:1)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SNGA120412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。
切削速度:320m/min
切込み量:0.2mm
送り量:0.15mm/rev
クーラント:あり
結果を表1に示す。
参考例1〜3は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を45〜60体積%および、立方晶型窒化珪素または立方晶型サイアロンを55〜40体積%含む焼結体であった。参考例1〜3は加工時に欠損がなく、立方晶型窒化珪素および立方晶型サイアロンを含まない比較例2〜4に比べて、工具寿命の向上効果が顕著であった。
上記の実施例4,6、参考例2〜5および比較例2〜4の焼結体を用いて、上記の性能評価1で用いた切削用チップを作製し、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。
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2に示す。
参考例2,3は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を60体積%および、立方晶型窒化珪素または立方晶型サイアロンを40体積%含む焼結体であった。参考例2,3は、長寿命で加工できることが分かる。これは、立方晶型窒化珪素または立方晶型サイアロンを含有することにより焼結体強度が向上したためと考えられる。
参考例1と同様の方法で、表3に示す焼結体組成(体積%)となるように原料粉末を混合し、参考例7〜10、比較例5〜6の焼結体を得た。なお、参考例1で用いた窒化チタン粒子とアルミニウム粒子のかわりに、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)粒子の混合粒子(Co:Al:WCの質量比5:4:1)を用いた。
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。
切削速度:180m/min
切込み量:0.2mm
送り量:0.15mm/rev
クーラント:あり
結果を表3に示す。
参考例7は、立方晶型窒化硼素(平均粒径2μm)を90体積%および立方晶型サイアロンを10体積%含む焼結体であった。参考例7は、欠損がなく、長寿命で加工できることが分かる。
Claims (3)
- 立方晶型窒化硼素と、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と、第1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、
前記立方晶型サイアロンおよび前記立方晶型窒化珪素の合計の含有量は、2体積%以上65体積%以下であり、
前記第1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1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、
前記立方晶型サイアロンおよび前記立方晶型窒化珪素の合計の含有量は、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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