JP2808725B2 - 高硬度工具用焼結体 - Google Patents
高硬度工具用焼結体Info
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- JP2808725B2 JP2808725B2 JP1246857A JP24685789A JP2808725B2 JP 2808725 B2 JP2808725 B2 JP 2808725B2 JP 1246857 A JP1246857 A JP 1246857A JP 24685789 A JP24685789 A JP 24685789A JP 2808725 B2 JP2808725 B2 JP 2808725B2
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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（cubic BN,以下cBNとい
う）を用いた鋳鉄切削に使用する高硬度工具用焼結体に
関するものである。
う）を用いた鋳鉄切削に使用する高硬度工具用焼結体に
関するものである。
＜従来の技術＞ cBNを含む高硬度焼結体は種々の切削工具に使用され
ている。
ている。
切削工具に適したこの種の焼結体の一例は、特開昭53
−77811号に開示されている。
−77811号に開示されている。
即ち、この先行技術には、cBNを体積％で80〜40％含
有し、残部が周期律表IV a、V a、VI a族遷移金属元素
の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれらの混
合物または相互固溶体化合物を主体としたものからな
り、この化合物が焼結体組織中で連続した結合相をなす
ものが開示されている。この高硬度工具用焼結体では、
結合化合物として、周期律表IV a、V a、VI a族遷移金
属元素の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれ
らの相互固溶体化合物が用いられているが、これらの化
合物は高硬度に優れるため、この焼結体は切削工具とし
て一般的に高い性能を示している。
有し、残部が周期律表IV a、V a、VI a族遷移金属元素
の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれらの混
合物または相互固溶体化合物を主体としたものからな
り、この化合物が焼結体組織中で連続した結合相をなす
ものが開示されている。この高硬度工具用焼結体では、
結合化合物として、周期律表IV a、V a、VI a族遷移金
属元素の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれ
らの相互固溶体化合物が用いられているが、これらの化
合物は高硬度に優れるため、この焼結体は切削工具とし
て一般的に高い性能を示している。
しかしながら、この焼結体においても、例えば高硬度
焼入鋼の断続切削のような特に厳しい衝撃力が加わる用
途では切削中に刃先が欠損し、その寿命が比較的短いと
いう問題がある。
焼入鋼の断続切削のような特に厳しい衝撃力が加わる用
途では切削中に刃先が欠損し、その寿命が比較的短いと
いう問題がある。
この刃先の欠損は刃先の強度不足によって生じたり、
摩耗、特にクレータ摩耗が刃先に発生するために生じる
ものである。
摩耗、特にクレータ摩耗が刃先に発生するために生じる
ものである。
このような刃先の強度不足や摩耗を改善した切削工具
を得るために焼結体としては、特開昭62−228450号公報
が知られている。
を得るために焼結体としては、特開昭62−228450号公報
が知られている。
＜発明が解決しようとする課題＞ 上記した特開昭53−77811号公報や特開昭62−228450
号公報に開示されている高硬度工具用焼結体が切削工具
に用いた場合に一般的に高い性能を示すことは、上記市
販品においても確かめられている。
号公報に開示されている高硬度工具用焼結体が切削工具
に用いた場合に一般的に高い性能を示すことは、上記市
販品においても確かめられている。
しかしながら、切削工具として用いた場合、その用途
によっては、なお問題点を有しているのである。
によっては、なお問題点を有しているのである。
例えば、高強度黒鉛鋳鉄の切削やねずみ鋳鉄の高速切
削加工においては、刃先の摩耗が急激に進行し、その寿
命が短かったり、あるいは刃先にクレータ摩耗が発生し
て刃先が欠損するという問題点が依然として残されてい
た。
削加工においては、刃先の摩耗が急激に進行し、その寿
命が短かったり、あるいは刃先にクレータ摩耗が発生し
て刃先が欠損するという問題点が依然として残されてい
た。
従って、この発明は上記した従来のcBN焼結体よりも
さらに強度並びに耐摩耗性に優れて鋳鉄の切削用刃先と
して好適な高硬度工具用焼結体を提供することを目的と
するものである。
さらに強度並びに耐摩耗性に優れて鋳鉄の切削用刃先と
して好適な高硬度工具用焼結体を提供することを目的と
するものである。
＜課題を解決するための手段＞ 本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討し
た結果、60〜85容量％のcBNと残部が下記の結合材より
なる混合粉末をcBNが安定な条件下で超高圧焼結すれ
ば、従来のcBN焼結体よりも耐摩耗性に優れた高硬度工
具用焼結体が得られることを見出したのである。
た結果、60〜85容量％のcBNと残部が下記の結合材より
なる混合粉末をcBNが安定な条件下で超高圧焼結すれ
ば、従来のcBN焼結体よりも耐摩耗性に優れた高硬度工
具用焼結体が得られることを見出したのである。
即ち、３〜15重量％のAlを含み、残部がTiCz、（Ti、
Ｍ）Czで表わされる化合物（但し、ＭはTiを除く周期律
表第IV a、V a、VI a族遷移金属元素であり、0.55≦Ｚ
≦0.8）１種以上および不可避的不純物からなる結合材
を上記割合でcBNと混合して得られた混合粉末を超高圧
焼結することにより得られた焼結体である。
Ｍ）Czで表わされる化合物（但し、ＭはTiを除く周期律
表第IV a、V a、VI a族遷移金属元素であり、0.55≦Ｚ
≦0.8）１種以上および不可避的不純物からなる結合材
を上記割合でcBNと混合して得られた混合粉末を超高圧
焼結することにより得られた焼結体である。
＜作用＞ この発明の焼結体が強度に優れ、かつ耐摩耗性に優れ
ているのは以下の理由によるものと推測される。
ているのは以下の理由によるものと推測される。
焼結体の強度並びに耐摩耗性を向上するには、cBNの
含有率が高く、かつcBNと結合材が強固に接合し、さら
に焼結後の結合相が耐摩耗性に優れる必要がある。
含有率が高く、かつcBNと結合材が強固に接合し、さら
に焼結後の結合相が耐摩耗性に優れる必要がある。
この発明では結合材中に３〜15重量％Alならびに化学
量論組成より過剰なTi化合物を含有させることにより高
温高圧下での焼結時にAlとTi化合物がcBNと反応し、硼
化アルミニウムや硼化チタンに変化したり、アルミニウ
ム化合物またはアルミニウムがTiの炭化物や硼化物と反
応し、cBNと結合材、あるいは結合材同志を強固に接合
するものと考えられる。
量論組成より過剰なTi化合物を含有させることにより高
温高圧下での焼結時にAlとTi化合物がcBNと反応し、硼
化アルミニウムや硼化チタンに変化したり、アルミニウ
ム化合物またはアルミニウムがTiの炭化物や硼化物と反
応し、cBNと結合材、あるいは結合材同志を強固に接合
するものと考えられる。
この発明において、cBN含有量を60〜85容量％とする
のは、60容量％未満では焼結体中の強度および硬度が低
下するためである。また相対的に結合相が多くなること
で、例えば被削材である鋳鉄に含有される高硬度の黒鉛
やマトリックス中のパーライト素地等の高硬度の部分の
切削時に結合相部分の機械的摩耗や進展が早くなった
り、衝撃によるクラックが入りやすくなったりする。
のは、60容量％未満では焼結体中の強度および硬度が低
下するためである。また相対的に結合相が多くなること
で、例えば被削材である鋳鉄に含有される高硬度の黒鉛
やマトリックス中のパーライト素地等の高硬度の部分の
切削時に結合相部分の機械的摩耗や進展が早くなった
り、衝撃によるクラックが入りやすくなったりする。
一方、cBN含有量が85容量％を超えると、cBN粒子同志
が殆ど接触し、高強度の被削材や刃先に高圧力が負荷さ
れる断続切削の場合に、粒子同志の接触部にクラックが
発生し、焼結体の強度が低下するためである。
が殆ど接触し、高強度の被削材や刃先に高圧力が負荷さ
れる断続切削の場合に、粒子同志の接触部にクラックが
発生し、焼結体の強度が低下するためである。
また、Alの結合材中における含有量は、３〜15重量％
が好ましい。
が好ましい。
Alの含有量が３重量％未満の場合には、AlとcBNとの
反応が不十分であり、結合材によるcBN結晶の保持力が
弱くなる。他方、Alの含有量が結合材中の15重量％を超
えると、cBNと結合材との結合強度が高くなるものの、
結合材自体の硬度が低下し、耐摩耗性が低下するため好
ましくない。
反応が不十分であり、結合材によるcBN結晶の保持力が
弱くなる。他方、Alの含有量が結合材中の15重量％を超
えると、cBNと結合材との結合強度が高くなるものの、
結合材自体の硬度が低下し、耐摩耗性が低下するため好
ましくない。
即ち、焼結体中の結合相に窒化アルミニウムや硼化ア
ルミニウムを多く含有すれば、特開昭62−228450号公報
に開示されているように、すぐれた結合強度が得られて
はいるが、耐摩耗性については、Al量を多く含有するこ
とにより生成される上記の窒化アルミニウムや硼化アル
ミニウムより耐摩耗性にすぐれるTiCz、（Ti、Ｍ）Czで
表わされるTiの化合物の相対的な含有率が低下して鋳鉄
切削等の場合のすぐれた耐摩耗性が十分に得られない。
ルミニウムを多く含有すれば、特開昭62−228450号公報
に開示されているように、すぐれた結合強度が得られて
はいるが、耐摩耗性については、Al量を多く含有するこ
とにより生成される上記の窒化アルミニウムや硼化アル
ミニウムより耐摩耗性にすぐれるTiCz、（Ti、Ｍ）Czで
表わされるTiの化合物の相対的な含有率が低下して鋳鉄
切削等の場合のすぐれた耐摩耗性が十分に得られない。
このために結合材中のAl量の最適量として３〜15重量
％とするものである。
％とするものである。
また、Alは上記窒化アルミニウムや硼化アルミニウム
の化合物のほかにも酸化アルミニウムとしても微量の存
在がＸ線回折によって確認されたが、この発明に何ら支
障を与えるものではない。
の化合物のほかにも酸化アルミニウムとしても微量の存
在がＸ線回折によって確認されたが、この発明に何ら支
障を与えるものではない。
Tiの炭化物TiCz、（Ti、Ｍ）Czについては、遊離Tiは
TiB2等の硼化物を形成し、cBNと強固に結合するものと
考えられる。
TiB2等の硼化物を形成し、cBNと強固に結合するものと
考えられる。
上記TiCz、（TiM）Czにおけるｚの値は0.55≦ｚ≦0.8
の範囲内であることが好ましい。このｚ値が0.55未満で
は遊離Tiの量が増え、結合力は高くなるが、結合材自体
の強度および硬度が低下し、好ましくない。
の範囲内であることが好ましい。このｚ値が0.55未満で
は遊離Tiの量が増え、結合力は高くなるが、結合材自体
の強度および硬度が低下し、好ましくない。
また、ｚ値が0.8を超えると結合材自体の硬度は高く
なるが、遊離Tiの量が不足し、結合力が低下する。
なるが、遊離Tiの量が不足し、結合力が低下する。
更に、結合材に含まれる周期率表第IV a、V a、VI a
族遷移金属元素の中でWCを結合材中に２〜10重量％含有
することにより、耐摩耗性が向上することが認められ
た。
族遷移金属元素の中でWCを結合材中に２〜10重量％含有
することにより、耐摩耗性が向上することが認められ
た。
さらに、結合材中に鉄族金属元素を１種以上含有させ
ることにより結合材の強度および硬度はさらに高くな
り、焼結体の特性は一層改善される。これは鉄族金属元
素とTiB2、AlB2などの硼化物とのぬれ性が高いため、焼
結体中の硼化物がより強く結合するためと考えられる。
ることにより結合材の強度および硬度はさらに高くな
り、焼結体の特性は一層改善される。これは鉄族金属元
素とTiB2、AlB2などの硼化物とのぬれ性が高いため、焼
結体中の硼化物がより強く結合するためと考えられる。
特に上記TiCz、（TiM）Czにおいて、ＭとしてＷを用
いた場合には、結合材の耐摩耗性および強度が改善さ
れ、良好な特性を示すことが解った。
いた場合には、結合材の耐摩耗性および強度が改善さ
れ、良好な特性を示すことが解った。
この発明の焼結体では上述のような結合材よりなる結
合相を介してcBN結晶が相互に接合しており、微粒のcBN
が充填されている組織を有する。
合相を介してcBN結晶が相互に接合しており、微粒のcBN
が充填されている組織を有する。
一般にcBN焼結体の摩耗はcBNの耐摩耗性が優れている
ため、結合材が優先的に摩耗し、cBNが脱落する形態を
とるものと考えられる。
ため、結合材が優先的に摩耗し、cBNが脱落する形態を
とるものと考えられる。
従って、好ましくはcBN粒子と結合材の粒子径の比率
が3:1以下のcBN粒子に対し、微粒の結合材を用いること
により結合相が均一に分散していることが好ましい。
が3:1以下のcBN粒子に対し、微粒の結合材を用いること
により結合相が均一に分散していることが好ましい。
また、cBNの平均粒度は４μｍを超えると結合相の大
きさが大きくなり、この部分が優先的に摩耗してしまう
ため、４μｍ以下であることが好ましい。
きさが大きくなり、この部分が優先的に摩耗してしまう
ため、４μｍ以下であることが好ましい。
更に、１μｍ以下のcBN粉末を35〜80重量％、３μｍ
以上６μｍ以下のcBN粉末を20〜65重量％含有すること
により、粗いcBN粒子の間隙に微粒のcBN粒子が充填され
て組織が均一化され、結合相の優先的摩耗が回避され、
さらに耐摩耗性が向上するのである。
以上６μｍ以下のcBN粉末を20〜65重量％含有すること
により、粗いcBN粒子の間隙に微粒のcBN粒子が充填され
て組織が均一化され、結合相の優先的摩耗が回避され、
さらに耐摩耗性が向上するのである。
＜実施例＞ 以下、実施例によりこの発明を詳細に説明する。
実施例１ Tiを含有する炭化物または炭窒化物粉末と、Al粉末と
を混合し、これを超硬合金製ポットおよびボールを用い
て平均粒径0.8μｍ以下の第１表に示す組成を有する結
合材粉末を作製した。
を混合し、これを超硬合金製ポットおよびボールを用い
て平均粒径0.8μｍ以下の第１表に示す組成を有する結
合材粉末を作製した。
第１表中、試料No.1〜８は本実施例の試料を示し、試
料No.9〜15は比較例の試料を示す。
料No.9〜15は比較例の試料を示す。
尚、比較例においてアンダーラインを引いた数値はこ
の発明の組成から外れているものを示す。
の発明の組成から外れているものを示す。
上表に示した夫々の結合材粉末と平均粒径が2.5〜4.0
μｍのcBN粉末とを体積比で32:68となるように混合し
た。
μｍのcBN粉末とを体積比で32:68となるように混合し
た。
次に、得られた混合粉末をMo製の容器に挿入し、この
容器を真空炉内で10-4Torrの真空度で1000℃の温度で20
分間加熱して脱気した。次に、55Kbの圧力ならびに1400
℃の温度で焼結を行なった。
容器を真空炉内で10-4Torrの真空度で1000℃の温度で20
分間加熱して脱気した。次に、55Kbの圧力ならびに1400
℃の温度で焼結を行なった。
次いで、得られた焼結体をＸ線回折により同定したと
ころ、すべての焼結体において、cBNとTiを含む炭化物
または炭窒化物のピークが観察された。上記の物質以外
に、TiB2、AlB2、AlNとＷの硼化物、炭化物もしくはＷ
と思われるピークが認められた。
ころ、すべての焼結体において、cBNとTiを含む炭化物
または炭窒化物のピークが観察された。上記の物質以外
に、TiB2、AlB2、AlNとＷの硼化物、炭化物もしくはＷ
と思われるピークが認められた。
次に、これらの焼結体の組成を走査型電子顕微鏡で観
察したところ、微細なcBN粒子は結合相を介して相互に
接合していることが認められた。
察したところ、微細なcBN粒子は結合相を介して相互に
接合していることが認められた。
次に、上記各焼結体を切削加工用チップに加工し、球
状黒鉛鋳鉄FCD45の被削材を旋削した。切削条件は切削
速度:320m/min、切込み:0.3mm、送り0.18mm/revであ
り、水溶性の切削油剤を用いて湿式にて30分の切削を行
なった。この結果は第２表の通りである。
状黒鉛鋳鉄FCD45の被削材を旋削した。切削条件は切削
速度:320m/min、切込み:0.3mm、送り0.18mm/revであ
り、水溶性の切削油剤を用いて湿式にて30分の切削を行
なった。この結果は第２表の通りである。
実施例２ TiC0.791重量％、Al粉末９重量％を超硬合金製ポット
およびボールを用いて混合し、第３表に示す平均粒径の
結合材を作製した。次にこの結合材と第３表に示す粒径
および含有率のcBN粉末とを配合したのち、Mo製の容器
に充填し、圧力45Kb、1300゜にて20分間焼結を行なっ
た。
およびボールを用いて混合し、第３表に示す平均粒径の
結合材を作製した。次にこの結合材と第３表に示す粒径
および含有率のcBN粉末とを配合したのち、Mo製の容器
に充填し、圧力45Kb、1300゜にて20分間焼結を行なっ
た。
次いで、得られた焼結体を切削加工用チップに加工
し、外周の２ヶ所に断面Ｕ字状の溝を有する球状黒鉛鋳
鉄FCD65材（硬度HB＝240）の円筒体の被削材を切削速
度:250m/min、切込み:0.3mm、送り0.15mm/rev、水溶性
切削油剤使用、の切削条件で湿式旋削を行なった。
し、外周の２ヶ所に断面Ｕ字状の溝を有する球状黒鉛鋳
鉄FCD65材（硬度HB＝240）の円筒体の被削材を切削速
度:250m/min、切込み:0.3mm、送り0.15mm/rev、水溶性
切削油剤使用、の切削条件で湿式旋削を行なった。
その結果は第３表に示した。
＜発明の効果＞ 以上説明したように、この発明によれば、cBNに高温
強度に優れるTiの炭化物とAlを混合し、超高圧下で焼結
することにより、cBNを60〜85容量％含有し、Tiの炭化
物、炭窒化物や硼化アルミニウムを含む高硬度工具用焼
結体を得ることができ、この焼結体を高強度黒鉛鋳鉄の
切削やねずみ鋳鉄の高速切削に使用する切削加工用チッ
プとして有効である。
強度に優れるTiの炭化物とAlを混合し、超高圧下で焼結
することにより、cBNを60〜85容量％含有し、Tiの炭化
物、炭窒化物や硼化アルミニウムを含む高硬度工具用焼
結体を得ることができ、この焼結体を高強度黒鉛鋳鉄の
切削やねずみ鋳鉄の高速切削に使用する切削加工用チッ
プとして有効である。
また、この発明の焼結体は高硬度であるため、焼入鋼
や耐熱合金の切削にも好適に使用することができる。
や耐熱合金の切削にも好適に使用することができる。
Claims (3)
- 【請求項１】立方晶型窒化硼素粉末60〜85容量％と残部
結合材とよりなる混合粉末を超高圧焼結して得られる焼
結体であって、前記結合材が３〜15重量％のAlを含み、
残部がTiCz、（Ti、Ｍ）Cz（但し、ＭはTiを除く周期律
表IV a、V a、VI a族の遷移金属元素であり、0.55≦Ｚ
≦0.8である。）で表わされる化合物１種以上および不
可避的不純物からなることを特徴とする高硬度工具用焼
結体。 - 【請求項２】前記焼結体の立方晶型窒化硼素粉末の平均
粒径が４μｍ以下であって、少なくとも１μｍ以下の立
方晶型窒化硼素粉末を35〜80重量％、３〜６μｍの立方
晶型窒化硼素粉末を20〜65重量％含むことを特徴とする
請求項（１）記載の高硬度工具用焼結体。 - 【請求項３】結合材の平均粒径が立方晶型窒化硼素粉末
の粒径の1/3未満であることを特徴とする請求項（１）
または（２）記載の高硬度工具用焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1246857A JP2808725B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 高硬度工具用焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1246857A JP2808725B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 高硬度工具用焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03107441A JPH03107441A (ja) | 1991-05-07 |
| JP2808725B2 true JP2808725B2 (ja) | 1998-10-08 |
Family
ID=17154755
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1246857A Expired - Fee Related JP2808725B2 (ja) | 1989-09-21 | 1989-09-21 | 高硬度工具用焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2808725B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2006046125A1 (en) * | 2004-10-29 | 2006-05-04 | Element Six (Production) (Pty) Ltd. | Cubic boron nitride compact |
| CN104941520A (zh) * | 2006-12-13 | 2015-09-30 | 戴蒙得创新股份有限公司 | 具有提高的机械加工性的研磨压实体 |
| GB201307800D0 (en) * | 2013-04-30 | 2013-06-12 | Element Six Ltd | PCBN material, method for making same, tools comprising same and method of using same |
-
1989
- 1989-09-21 JP JP1246857A patent/JP2808725B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
| JPH03107441A (ja) | 1991-05-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |