JP2014237892A - 立方晶窒化ホウ素成形体 - Google Patents
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Abstract
Description
立方晶窒化ホウ素粒子の多結晶体30から70体積%、及び
マトリックス相70から30体積%を含み、該マトリックス相は、
遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの混合物から選択される第2の硬質相、並びに
超合金(superalloy)
を含む。
・ニッケル、鉄及びコバルトの群から選択される1種又は複数の第1の元素、少なくとも40、好ましくは50重量%、
・合金化元素、すなわちクロム、モリブデン、タングステン、ランタン、セリウム、イットリウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、アルミニウム及びチタンの群から選択される2種以上の第2の元素
を含有する。この群の元素は、一般に、合金の5から60重量%の間を構成する。
・超合金系金属相が、それ自体を粒界及び三重点に優先的に分布させ、それにより完全又は部分的な金属/金属間のリム構造が、cBN結晶粒の周り及び第2の硬質相結晶粒の間においてしばしば観察され、
・該金属/金属間のリムが、主に超合金系の相からなる、
という特徴的な微細構造を有する。
・cBN、
・遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの混合物から選択される第2の硬質相、
・超合金結合相、
・所望により、添加された遷移金属アルミナイド、並びに
・所望により、少量の適切な酸化物、好ましくは酸化アルミニウム又は酸化イットリウム
を含むPCBN成形体に関する。
・ニッケル、鉄及びコバルトの群から選択される1種又は複数の第1の元素、少なくとも40質量%、
・合金化元素、すなわちクロム、モリブデン、タングステン、ランタン、セリウム、イットリウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、アルミニウム及びチタンから選択される2種以上の第2の元素
を含有する。
本発明における、特にその好ましい形態における、第2のバインダー相の金属の性質は、複合体中における他の粒子間に改善された結合を提供することにより、焼結済みPCBN成形体の強度を改善するものと仮説付けられている。これは、主に、本質的に超合金である、出発合金により与えられる金属結着相の特有の化学的性質によるものである。
バインダー相の冶金のさらに好ましい要件は、これが、クロム、モリブデン、タングステン、ランタン、セリウム、イットリウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、アルミニウム及びチタンの群から選択される第2の元素を少なくとも含有することである。
本発明の、所望による要件は、マトリックスの主要な相の中の結晶粒微細化剤(grain refiner)として作用する適切な酸化物を添加することにより、PCBN材料の特性をさらに改善することである。
本発明の材料の改善された性能
材料A、「先行技術」のバインダーを用いた参照用の材料
<10μmの粒径を有するアルミニウム粉末を、〜5μmの平均微粒子径を有するTi(C0.5N0.5)0.8粉末に、10重量%の比率で添加した。粉末混合物を、ステンレス鋼ボールを用いて1時間、乱流混合した後に、真空下で20分間、1025℃で反応前熱処理をした。次に、熱処理済み粉末を破砕し、篩分けした後に、超硬合金(cemented carbide)の粉砕媒体を用いてヘキサン中で4時間、摩擦粉砕した。その後、〜1.2μmの平均結晶粒径を有するcBN粉末を、cBNの体積%が60になるように混合物に添加した。この混合物を、さらに1時間、摩擦粉砕した。このスラリーを、真空下で乾燥し、超硬合金基材により支持された未焼結成形体に形成した。この材料を、約5.5GPa及び約1480℃において焼結して、多結晶cBN成形体を生成した。このように形成されたcBN成形体を、以下において材料Aと呼ぶ。
超合金粉末を、反応前すなわち熱処理済みの主たるバインダー粉末に、これがマトリックス組成物全体の5重量%になるように添加した。反応前のバインダー粉末の組成及び製造は、材料Aについて記載した通りであった。この混合物を、材料Aのように4時間、摩擦粉砕(attrition mill)した。その後、cBN(平均結晶粒径〜1.2μm)を、このスラリーに添加し、この混合物を、材料Aのようにさらに1時間、摩擦粉砕した。cBN含有率を、60体積%に保った。最終的なPCBN生成物のための次の製造ステップは、材料Aの通りであった。合金粉末は、<1μmの平均結晶粒径を有し、この主な組成は以下の通りである。
材料Bにおいて用いた合金粉末と同じ合金粉末を、これがマトリックス組成物全体の10重量%になるようにバインダーに添加した。この材料の製造は、材料Bについてと同じであった。材料Cについて生成した微細構造のSEM顕微鏡写真を図1に示す。この画像中のcBN結晶粒は、非常に暗い領域として見える一方で、マトリックスは、その構造の残りの部分である。マトリックス領域中の非常に明るい領域がはっきりと見え、その例をAと標識した。これらは、本発明に特徴的な金属/金属間のリム構造である。図2は、同じ材料のより高倍率のSEM画像である。粒子間の粒界における、又は三重点における超合金系プールの好ましい分布がはっきりと分かる。
切削速度(m/分) 150
切削深さ(mm) 0.2
送り(mm) 0.1
インサートの形状 SNMN 090308 T0202(照合用)
すくい角(rake angle) 75°
進み角(leading angle) 15°
同じ超合金を添加しているが、マトリックス全体の含有率に対して量が異なる、すなわちそれぞれ5重量%及び10重量%である、表1における材料B及びCについての結果を比較すると、5重量%のより少ない添加で、断続旋盤加工性能を改善するのに十分であることが示される。10重量%のより高い合金含有率において、材料の性能は劣っていたが、超合金を添加していない参照の材料、材料Aの性能に比べて依然としてより良好である。
Claims (19)
- 立方晶窒化ホウ素粒子の多結晶体30から70体積%、並びに
マトリックス相70から30体積%を含み、該マトリックス相は、
遷移金属の炭化物、窒化物、炭窒化物及びこれらの混合物から選択される第2の硬質相、並びに
超合金
を含む、立方晶窒化ホウ素成形体。 - 前記立方晶窒化ホウ素粒子の多結晶体が、35から65体積%の量で存在する、請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記立方晶窒化ホウ素粒子の多結晶体が、50から60体積%の量で存在する、請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素。
- 前記超合金が、前記マトリックス相の1から10体積%の量で存在する、請求項1から3までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記超合金が、前記マトリックス相の1から5体積%の量で存在する、請求項1から3までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記超合金が、前記マトリックス相の1から3体積%の量で存在する、請求項1から3までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記超合金が、
ニッケル、鉄及びコバルトの群から選択される1種又は複数の第1の元素、少なくとも40重量%、並びに
合金化元素、すなわちクロム、モリブデン、タングステン、ランタン、セリウム、イットリウム、ニオブ、タンタル、ジルコニウム、バナジウム、ハフニウム、アルミニウム及びチタンの群から選択される2種以上の第2の元素
を含有する、請求項1から6までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。 - 前記第1の元素が、前記超合金の少なくとも50重量%の量で存在する、請求項7に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記第2の元素が、前記超合金の5から60重量%の量で存在する、請求項7又は請求項8に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記超合金が、炭素、マンガン、硫黄、ケイ素、銅、リン、ホウ素、窒素及びスズの群から選択される第3の元素を含有する、請求項7から9までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 超合金が、前記立方晶窒化ホウ素粒子の多結晶体の中の粒界及び三重点において分布しており、金属/金属間のリム構造が少なくともいくつかの該立方晶窒化ホウ素結晶粒の周りにおいて、及び/又は前記第2の硬質相の少なくともいくつかの粒の間において存在する、請求項7から10までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記金属/金属間のリムが、主に超合金からなる、請求項11に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記マトリックス相が、コバルト、チタン、ニッケル、タングステン又はクロムのアルミナイド(aluminide)を含む、請求項1から12までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記アルミナイドがTiAl3である、請求項13に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記マトリックス相が酸化物を含む、請求項1から14までのいずれか一項に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記酸化物が、希土類金属の酸化物、酸化イットリウム、4、5、6族の酸化物、酸化アルミニウム及び窒化酸化ケイ素アルミニウムから選択される、請求項15に記載の立方晶窒化ホウ素。
- 前記酸化物が、微細に分割された微粒の形態で存在する、請求項15又は請求項16に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 前記酸化物の粒子が、サブミクロンの粒子である、請求項17に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
- 実質的に本明細書に記載又は例示された、請求項1に記載の立方晶窒化ホウ素成形体。
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