JP2767890B2 - 切削工具用焼結体 - Google Patents

切削工具用焼結体

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、立方晶型窒化硼素を主体とした切削工具
用焼結体に関するものであり、この切削工具用焼結体
は、鋼や鋳鉄等の鉄系部材、特に焼入れ鋼の切削に適し
たものである。
〔従来の技術〕
高圧相型窒化硼素にはダイヤモンド構造をとる立方晶
型窒化硼素(CubicBN、以下、CBNと記す。)があり、CB
Nはダイヤモンドと同じく超高圧装置にて合成され、硬
度、熱伝導性ともにダイヤモンドに次ぐ特性を示し、高
硬度で耐熱性および耐摩耗性に優れた物質である。
上記CBNは、ダイヤモンドと異なり、鉄と反応しにく
いため、その焼結体は、鋼や鋳鉄等の鉄系部材を削るこ
とが可能であり、そのなかでも焼入れを施した鋼の切削
に特に優れている。上記CBNの焼結体は、上記CBN粉末と
結合相となる粉末とを混合し、型押成型した後、超高圧
装置により高温高圧下において焼結することにより得ら
れる。結合相となる粉末としては、一般に、Co金属粉
末,TiC,TiN粉末のような高硬度金属化合物粉末およびAl
化合物粉末などが使われている。
たとえば、特開昭53−77811号公報には、CBNを硬質分
散相とし、残部にIV a,V a,VI a族の炭化物、窒化物、
硼化物、珪化物のうちの一種または二種以上からなる結
合相を有する切削工具用焼結体が記載されている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかしながら、上記従来のCBNを主相とする焼結体を
切削工具として用いて鋼や鋳鉄等の鉄系部材の切削を行
うと、切削表面仕上りが悪く、表面粗さ:6.3S以下の中
仕上げ領域の表面粗さしか得られず、これ以上に表面仕
上げを良くするには、ホーニングなどにより後加工を施
す必要があった。さらに、円柱体を上記従来のCBNを主
相とする焼結体を用いて切削すると、表面仕上りが悪い
と同時に、上記円柱体の切削始端部の径と終端部の径と
が相違し、長手方向にテーパーがつくという問題点があ
った。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者らは、かかる問題点を解決すべく研
究を行った結果、 平均粒径:2〜5μmのCBNを主硬質分散相とする焼結
体に、さらに上記平均粒径:2〜5μmの上記CBNの平均
粒径とほぼ等しい平均粒径を有するチタン炭化物、チタ
ン窒化物、チタン炭窒化物、チタン・バナジウム炭化
物、チタン・バナジウム炭窒化物のうちの一種または二
種以上(以下、硬質分散相という):10〜30容量%を含
有せしめることにより、表面粗さが1.6S以下の優れた表
面仕上りとなりしかも長手方向に生じるテーパーも極め
て小さくなるという知見を得たのである。
この発明は、かかる知見に基づいてなされたものであ
って、 平均粒径:2〜5μmの立方晶型窒化硼素からなる主硬
質分散相:50〜75容量%と、 平均粒径:2〜5μmのチタン炭化物、チタン窒化物、
チタン炭窒化物、チタン・バナジウム炭化物、チタン・
バナジウム炭窒化物のうちの一種または二種以上からな
る硬質分散相:10〜30容量%と、 アルミニウム窒化物、アルミニウム硼化物、アルミニ
ウム酸化物のうちの一種または二種以上からなる結合
相:5〜20容量%とからなり、かつ、上記硬質分散相の平
均粒径と主硬質分散相の平均粒径の比が0.8〜1.2である
組織を有する切削工具用焼結体に特徴を有するものであ
って、上記切削工具用焼結体における結合相には、さら
にチタンの硼化物:1〜10容量%が上記結合相の1/2以下
となるように含有することもできるものである。
つぎに、この発明の切削工具用焼結体の主硬質分散
相、硬質分散相および結合相を上記の如く限定した理由
について説明する。
(a) 主硬質分散相 主硬質分散相となるCBNの含有量が75容量%を越えて
含有するとCBN同士の接触が多くなり、結合強度が低下
し、そのためCBN粒子の脱落が多くなる。一方、CBNの含
有量が50容量%未満であると、硬度が低下する。
したがって、主相としてのCBNの含有量は50〜75容量
%に定めた。また、上記CBNの平均粒径が5μmを越え
るとその焼結体の表面の凹凸が大きくなり、したがって
その焼結体を用いて切削した被切削材の表面仕上げ制度
が低下する。一方、上記CBNの平均粒径が2μm未満で
はCBN粉末を焼結する工程において上記CBNの表面が結合
相と反応しCBNが変質してCBN本来の硬度が得られず、耐
摩耗性が低下する。したがって、上記CBNの平均粒径は
2〜5μmに定めた。
(b) 硬質分散相 硬質分散相としては、いろいろな硬質粉末の内でもTi
N,TiC,TiCN,TiVC,TiVCNなどのチタン化合物が特に好ま
しい。上記チタン化合物はCBNほどの硬度はないが、CBN
よりも結合相であるAl化合物と強固に結合し、切削中の
CBNの脱落を防止する作用があり、その含有量が10容量
%未満であると切削中のCBNの脱落防止の十分な作用が
得られず、したがって切削工具のシャープな刃先を形成
することができない。一方、その含有量が30容量%を越
えると、必然的にCBNの含有量が少なくなり焼結体の硬
度が低下し、耐摩耗性が低下する。したがって、上記硬
質分散相としてチタン化合物の含有量は10〜30容量%に
定めた。その場合、上記チタン化合物は粉末として含有
されるが、その平均粒径はCBNの平均粒径の0.8〜1.2倍
でありかつ2〜5μmであることが好ましい。
(c) 結合相 結合相としては、Bと同じIII b族のAl化合物:AlN,Al
B2,Al2O3を用いることが特に好ましい。この結合相の含
有量は、主相および硬質分散相を除いた残部であるが5
〜20容量%は必要である。そしてその平均粒径は、微細
であるほど焼結体の靭性が向上し、CBNおよび硬質分散
相の切削中の脱落防止に効果があるが、0.5μm以下で
あればそれ等の機能を十分に発揮する。この結合相には
上記Alの化合物のほかにさらにTiB2を添加すると上記結
合相の機能が大幅に向上する。その含有量は1〜10容量
%で結合相の1/2以下となるように含有することが好ま
しい。
この発明の切削工具用焼結体を用いて切削した被削材
の表面は従来の切削工具用焼結体で切削した被削材の表
面よりも表面粗さの精度が向上する理由として下記の理
由が考えられる。
すなわち、従来のCBNと結合相のみからなる組織を有
する切削工具用焼結体で切削すると、切削中にCBNを残
して結合相のすきとり摩耗が進行し、上記すきとり摩耗
がさらに進行してくると上記CBNが脱落し、そのため焼
結体逃げ面凹凸の発生が激しくなり、上記焼結体逃げ面
の凹凸が被削材に転写されて被削材切削面が粗くなる。
一方、この発明の切削工具用焼結体のようにCBNよりは
硬度は低いが結合相と特に接着強度のすぐれた硬質分散
相を結合相の中に分散して存在せしめると、結合相のす
きとり摩耗が減少し、したがってCBN粒子の脱落および
凹凸の発生も減少し、そのため被削材の寸法精度が向上
するとともに切削表面粗さの精度が向上するものと考え
られる。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明を実施例にもとづいて具体的に説明
する。
実施例 1 原料粉末として、いずれも平均粒径:3μmのCBN粉
末、TiN粉末、TiC粉末、TiCN粉末、TiVC粉末、およびTi
VCN粉末 を用意し、さらに、いずれも平均粒径:0.3μmのAlN粉
末、AlB2粉末、Al2O3粉末、および TiB2粉末、 を用意し、 これら原料粉末を第1表に示される組成となるように
配合し、アセトンを溶媒としてボールミルにより24時間
混合したのち乾燥し、ついでこれら混合粉末をプレス成
形して、直径:10mm×厚さ:1.5mmの寸法を有する圧粉体
を作製した。
得られた圧粉体を、さらに同形の直径:10mm×厚さ:1.
5mmの寸法を有し、WC:10重量%、残部Coの組成を有する
超硬合金製円板と重ねたのち、 圧 力:55kb、 温 度:1400℃、 保持時間:30分、 の条件で焼結し、第1表に示される本発明焼結体1〜2
1、比較焼結体1〜14、および従来焼結体を作製した。
これら焼結体から切削チップを作製し、この切削チッ
プを用いて下記の条件で乾式切削試験を20分間行ない、
表面粗さおよび円筒度を測定し、それらの測定結果を第
1表に示した。
なお、円筒度とは、切削された円柱状被削材の外径の
均一性を示す値であって、切削された円柱状被削材の外
径を測定し、さらに上記測定個所から軸方向に10cm離れ
た個所の被削材の外径を測定し、上記2個所の外径の差
をもって表わした値である。
切削条件 被 削 材:外径:80mm、長さ:250mmの寸法を有する
浸炭焼入れクロムモリブデン鋼SCM415(HRC60)製丸
棒、 切削速度 :150m/min.、 送 り:0.07mm/rev.、 切込み深さ:0.1mm、 第1表の結果から、この発明の条件をみたす配合組成
を有する本発明焼結体からなる切削チップを用いて切削
された被削材の表面粗さおよび円筒度は、優れた精度を
有するが、一方、この発明の条件から外れた配合組成を
有する比較焼結体(この発明の条件から外れた配合組成
を※印を付して第1表に示した)および硬質分散相成分
を全く含まない従来焼結体からなる切削チップを用いて
切削された被削材の表面粗さおよび円筒度の精度は大幅
に劣化することがわかる。
実施例 2 原料粉末として、 平均粒径:0.5μm、1μm、2μm、3μm、4μ
m、5μmおよび8μmのCBN粉末、 平均粒径:0.5μm、1μm、3μm、3.6μm、4.5μ
m、および6μmのTiN粉末、 平均粒径:3μmのTiC粉末、 平均粒径:0.5μm、3μm、5μmおよび7μmのTi
CN粉末、 平均粒径:2.4μmおよび3μmのTiVC粉末、 平均粒径:0.5μm、3μmおよび6.5μmのTiVCN粉
末、 いずれも平均粒径:0.3μmを有するAlN粉末、AlB2
末、およびAl2O3粉末を用意した。
これら原料粉末を、第2表に示される割合に配合し、
以下、実施例1と全く同様にして本発明焼結体22〜29お
よび比較焼結体15〜24を作製し、 これら焼結体から作製された切削チップを用いて実施例
1と全く同一の切削条件にて被削材を切削し、切削され
た被削材表面粗さおよび円筒度を測定して、それらの結
果を第2表に示した。
第2表の結果から、主硬質分散相成分粉末であるCBN
粉末の平均粒径が2〜5μmであると同時に硬質分散相
粉末の平均粒径が2〜5μmであり、かつ である本発明焼結体からなる切削チップを用いて被削材
を切削加工すると、その表面粗さおよび円筒度の精度は
優れたものであるが、この発明の条件を外れた比較焼結
体からなる切削チップを用い切削加工された被削材の表
面粗さおよび円筒度の精度は大幅に低下していることが
わかる。
〔発明の効果〕
CBNからなる従来よりも優れた表面仕上りが得られる
切削工具用焼結体を提供することができ、産業上優れた
効果をもたらすものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 植田 文洋 埼玉県大宮市北袋町1―297 三菱金属 株式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 平1−122971(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C04B 35/58 C22C 29/16 B23B 27/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】平均粒径:2〜5μmの立方晶型窒化硼素か
    らなる主硬質分散相:50〜75容量%と、 平均粒径:2〜5μmのチタン炭化物、チタン窒化物、チ
    タン炭窒化物、チタン・バナジウム炭化物、チタン・バ
    ナジウム炭窒化物のうちの一種または二種以上からなる
    硬質分散相:10〜30容量%と、 アルミニウム窒化物、アルミニウム硼化物、アルミニウ
    ム酸化物のうちの一種または二種以上からなる結合相:5
    〜20容量%とからなり、 かつ、上記硬質分散相の平均粒径と主硬質分散相の平均
    粒径の比が0.8〜1.2である組織を有することを特徴とす
    る切削工具用焼結体。
  2. 【請求項2】上記切削工具用焼結体における結合相に
    は、さらにチタン硼化物:1〜10容量%が上記結合相の1/
    2以下となるように含有している組織を有することを特
    徴とする請求項1記載の切削工具用焼結体。
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