JP2815686B2 - 耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工具材およびその製造法 - Google Patents

耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工具材およびその製造法

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JP2815686B2 JP2201717A JP20171790A JP2815686B2 JP 2815686 B2 JP2815686 B2 JP 2815686B2 JP 2201717 A JP2201717 A JP 2201717A JP 20171790 A JP20171790 A JP 20171790A JP 2815686 B2 JP2815686 B2 JP 2815686B2
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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、切刃部を構成するダイヤモンド基焼結材
料が粒径:1μm以下の微粒ダイヤモンドで構成され、特
にセラミック材の仕上切削ですぐれた耐チッピング性
(耐微小欠け性)を長期に亘って発揮する複合焼結切削
工具材、並びにその製造法に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、例えば特公昭52−12126号公報に記載される通
り、切刃部形成用の粒径:10μm以上のダイヤモンド粉
末集合体を、重量%で(以下%は重量%を示す)、結合
相形成成分としてCo:3〜20%含有の炭化タングステン
(以下WCで示す)基超硬合金の焼結体あるいはこれと同
じ配合組成をもった圧粉体で構成された基体と一緒に、 圧力:5GPa以上、温度:1400℃以上、 の条件で超高圧焼結することにより、 焼結時に基体から拡散移動してきたCoとWCによって形
成された結合相形成成分としてのCo−W−C合金:0.1〜
20%、 を含有し、残りが分散相形成成分としてのダイヤモンド
からなる組成を有するダイヤモンド基焼結材料で構成さ
れた切刃部が、結合相形成成分としてCo:3〜20%を有す
るWC基超硬合金で構成された基体に接合されてなる複合
焼結切削工具材を製造する方法が知られている。
また、上記従来複合焼結切削工具材が、AlやAl−Si合
金、さらに純銅などの非鉄金属の仕上切削などに用いら
れていることも良く知られるところである。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、上記の従来方法において、良好な仕上面を確
保する目的で、ダイヤモンド基焼結材料を構成するダイ
ヤモンド粒の微細化をはかる目的で、原料としてのダイ
ヤモンド粉末の粒径を0.5μm以下に微粉化して用いる
と、ダイヤモンド粉末が前記の通り微細であるために、
凝集し易く、焼結後にその粒径が10μm以上に粗大化し
たダイヤモンド粒が局部的に存在するようになり、この
結果、上記の非鉄金属の仕上切削ではチッピングの発生
はほとんど見られないものの、仕上げ面粗度が低下し、
さらにアルミナやジルコニア、さらに窒化けい素などの
焼結体(セラミック材)の仕上切削に用いた場合には、
局部的に粗大化したダイヤモンド粒の点在が原因で、切
刃部にチッピングが多発し、実用に供することができな
いのが現状である。
〔課題を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記
の従来複合焼結切削工具材に着目し、これの切刃部を構
成するダイヤモンド基焼結材料のダイヤモンド粒の均粒
化をはかるべく研究を行なった結果、複合焼結切削工具
材の製造に際して、ダイヤモンド粉末に、炭化けい素
(以下SiCで示す)粉末と、ポリエチレングリコール、
メチルセルロース、エチルセルロース、およびポリビニ
ールアルコールなどの有機化合物を配合して湿式混合す
ると、前記有機化合物が、SiC粉末は勿論のこと、ダイ
ヤモンド粉末を個々の粉末にばらす作用を発揮し、ダイ
ヤモンド粉末の粒径が0.5μm以下と微細であっても、
これが凝集することが防止され、この結果の湿式混合物
に炭化処理を施して、ダイヤモンド粉末とSiC粉末が炭
素で被覆された状態とした混合物の圧粉体に、WC基超硬
合金の基体と一緒に通常の条件で超高圧焼結を施すと、
前記炭素はダイヤモンド化するが、SiCにはダイヤモン
ド粒の粒成長を抑制する作用があることと相まって、均
粒にして、粒径:1μm以下の微細なダイヤモンド粒で構
成された切刃部が形成されるようになり、この切刃部に
よれば、上記の各種のセラミック材の仕上切削でもチッ
ピングの発生は著しく抑制されるようになり、長期に亘
ってすぐれた切削性能を発揮するという研究結果を得た
のである。
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたも
のであって、 粒径:0.5μm以下のSiC:1〜20%、 有機化合物:1〜10%、 粒径:0.5μm以下のダイヤモンド:残り、 からなる配合組成をもった湿式混合物を、非酸化性雰囲
気中で加熱して前記有機化合物を炭化し、 ついで、この炭素含有の混合物から成形した切刃部形
成用圧粉体を、Co:3〜20%含有のWC基超硬合金の焼結
体、あるいはこれと同じ配合組成を有する圧粉体で構成
された基体と一緒にした状態で、 圧力:5GPa以上、温度:1400℃以上、 の通常の条件で超高圧焼結して、切刃部形成用圧粉体中
の炭素ダイヤモンド化すると共に、基体中のCoおよびWC
を切刃部形成用圧粉体中に拡散移動せしめることにより
複合焼結切削工具材を製造する方法、並びにこの方法で
製造された、 分散相形成成分として粒径:0.5μm以下のSiC:1〜20
%、 焼結時に基体から拡散移動してきたCoとWCによって形
成された結合相形成成分としてのCo−W−C合金:0.1〜
20%、 を含有し、残りが実質的に粒径:1μm以下の微粒ダイヤ
モンドからなる組成を有するダイヤモンド基焼結材料で
構成された切刃部を、結合相形成成分としてCo:3〜20%
を含有するWC基超硬合金で構成された基体に接合してな
る耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工具材に特徴
を有するものである。
つぎに、この発明の複合焼結切削工具材およびその製
造法において、成分組成および配合組成を上記の通りに
限定した理由を説明する。
(a) 基体のCo含有量および切刃部のCo−W−C合金
の含有量 基体のCo含有量が3%未満では所望の強度および靱性
を確保することができないばかりでなく、焼結時に基体
からの拡散移動によって切刃部を構成するダイヤモンド
基焼結材料に形成される結合相形成成分としてのCo−W
−C合金の含有量が0.1%未満となって、切刃部に所望
の強度および靱性を確保することができず、チッピング
が発生し易くなり、一方基体のCo含有量が20%を越える
と、切刃部のCo−W−C合金の割合も20%を越えて多く
なり、切刃部および基体とも硬さが著しく低下し、所望
の耐摩耗性が得られなくなることから、その含有量をそ
れぞれ上記の通りに限定した。
(b) SiCの割合 SiCには、焼結時にダイヤモンド粒が粒成長するのを
抑制するとともに、切刃部で分散相を形成して耐熱性を
向上させる作用があるが、その割合が1%未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が20%
を越えると、相対的に切刃部におけるダイヤモンドの割
合が減少するようになって耐摩耗性が低下することか
ら、その割合を1〜20%と定めた。
なお、この場合原料粉末としてのSiC粉末の粒径が0.5
μmを越えると、均一混合ができづらく、この結果焼結
後の均一分散が困難になることから、SiC粉末の粒径は
0.5μm以下とするのが望ましい。
(c) 有機化合物の配合量 有機化合物には、上記の通り湿式混合で微細なダイヤ
モンド粉末およびSiC粉末を個々の粉末にばらし、粉末
同志が凝集するのを防止する作用があるが、その割合が
1%未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の割合が10%を越えると、焼結時のダイヤモンド化で、
原料粉末として粒径:0.5μm以下の微細なダイヤモンド
粉末を用いても、焼結後に1μmを越えた大きな粒径と
なって、例えばセラミック材の仕上切削で所望の表面粗
さを得ることができなくなることから、その配合量を1
〜10%と定めた。
(d) ダイヤモンド粉末の粒径 原料粉末としてのダイヤモンド粉末の粒径が0.5μm
を越えると、上記の通り有機化合物のダイヤモンド化で
焼結後の切刃部におけるダイヤモンド粒の粒径が1μm
を越えて大きくなり、仕上切削での被削材の表面粗さが
低下するようになることから、ダイヤモンド粉末の粒径
を0.5μm以下と定めた。
〔実 施 例〕
つぎに、この発明の複合焼結切削工具材およびその製
造法を実施例により具体的に説明する。
第1表に示される割合に、ダイヤモンド粉末、SiC粉
末、および有機化合物を配合し、これをボールで溶媒と
してベンゼンを用いて20時間湿式混合し、乾燥した後、
有機化合物配合の混合物には、窒素雰囲気中、200℃と9
00℃にそれぞれ2時間づつ保持の条件で炭化処理を施し
て前記有機化合物を炭素化し、ついでこれらの混合物か
ら200MPaの圧力で直径:7mm×厚さ:1mmの寸法をもった切
刃部形成用圧粉体をプレス成形し、一方、同様に通常の
粉末冶金法にて第1表に示される組成および直径:7mm×
厚さ:3mmの寸法をもった各種のWC基超硬合金の基体形成
用圧粉体または焼結体を用意し、つぎにこれら両者を同
じく第1表に示される組合せで重ね合わせた状態で、通
常の超高圧焼結装置に装入し、圧力:5.5GPa、温度:1480
℃、保持時間:30分の条件で超高圧焼結することにより
本発明法1〜6および比較法1〜7をそれぞれ実施し、
本発明複合焼結切削工具材1〜6および比較複合焼結切
削工具材1〜7を製造した。
なお、比較法1が上記の従来法に相当し、また比較法
2〜7が構成条件のうちのいずれかの条件(第1表に※
印を付す)がこの発明の範囲から外れたものである。
つぎに、この結果得られた各種の複合焼結切削工具材
について、 工具形状:TNGA332、 被削材 :アルミナ焼結体、 切削速度:10m/min、 切込み :0.2mm、 送 り:0.05mm/rev.、 の条件でセラミック材の乾式仕上切削試験を行ない、使
用寿命に至るまでの切削時間を測定した。また切削開始
1分経過後の被削材の表面粗さ(JIS)も測定した。こ
れらの測定結果を第2表に示した。さらに第2表には切
刃部および基体の成分組成も示した。
〔発明の効果〕 第1表および第2表に示される通り、本発明法1〜6
で製造された本発明複合焼結切削工具材1〜6は、いず
れも切刃部を構成するダイヤモンド粒の粒径が1μm以
下と微細(この結果として均粒となる)なので、チッピ
ングの発生なく、長時間に亘ってすぐれた切削性能を発
揮し、かつ被削材の仕上面の表面粗さもきわめてすぐれ
ているのに対して、従来法に相当する比較法1で製造さ
れた比較複合焼結切削工具材1は、切刃部におけるダイ
ヤモンド粒が凝集による粗成長によって著しく粗大化
し、これが不規則に点在することから、この粗大化した
ダイヤモンド粒が原因で、仕上切削開始後きわめて短時
間でチッピングが発生し、使用寿命に至るものであり、
また被削材の仕上面の表面粗さも低く、さらに比較法2
〜7で製造された比較複合焼結切削工具材2〜7に見ら
れるように、構成条件のうちのいずれかの条件でもこの
発明の範囲から外れると、表面粗さ、チッピング、およ
び切削時間のうちの少なくともいずれかの点で満足な結
果が得られないことが明らかである。
上述のように、この発明の方法によれば、切刃部が微
細にして均粒のダイヤモンド粒で構成された複合焼結切
削工具材を製造することができ、かつこの結果得られた
本発明複合焼結切削工具材によれば、これを非鉄金属は
勿論のこと、例えばセラミック材の仕上切削に用いても
切刃部にチッピングの発生が著しく抑制され、かつきわ
めてすぐれた表面粗さの仕上面を形成することができる
など工業上有用な効果がもたらされるのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22C 26/00 C22C 26/00 A 29/08 29/08 (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 (72)発明者 笹野 益生 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 昭61−293705(JP,A) 特開 昭56−55506(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B22F 7/00 - 7/08 C22C 26/00,29/08,1/05 B23B 27/14

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】結合相形成成分としてCo:3〜20重量%を含
    有する炭化タングステン基超硬合金で構成された基体
    に、ダイヤモンド基焼結材料で構成された切刃部を接合
    してなる複合焼結切削工具材にして、 上記切刃部を構成するダイヤモンド基焼結材料が、重量
    %で、 分散相形成成分として粒径:0.5μm以下の炭化けい素:1
    〜20%、 結合相形成成分として焼結時に上記基体から拡散移動し
    てきたCo−W−C合金:0.1〜20%、 を含有し、残りが実質的に粒径:1μm以下の微粒ダイヤ
    モンドからなる組成を有することを特徴とする耐チッピ
    ング性にすぐれた複合焼結切削工具材。
  2. 【請求項2】粒径:0.5μm以下の炭化けい素:1〜20%、 有機化合物:1〜10%、 粒径:0.5μm以下のダイヤモンド:残り、 からなる配合組成(以上重量%)をもった湿式混合物
    を、非酸化性雰囲気中で加熱して前記有機化合物を炭化
    し、 ついで、この炭素含有の混合物から成形した切刃部形成
    用圧粉体を、Co:3〜20重量%含有の炭化タングステン基
    超硬合金焼結体または同じ配合組成を有する圧粉体で構
    成された基体と一緒にした状態で、 圧力:5GPa以上、温度:1400℃以上、 の通常の条件で超高圧焼結して、切刃部形成用圧粉体中
    の炭素をダイヤモンド化すると共に、基体中のCoおよび
    炭化タングステンを切刃部形成用圧粉体中に拡散移動せ
    しめて、切刃部を構成するダイヤモンド基焼結材料の結
    合相を形成させること、 を特徴とする耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工
    具材の製造法。
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JP3102427B1 (ja) * 1999-05-18 2000-10-23 住友電気工業株式会社 多結晶ダイヤモンド工具
CN1299860C (zh) * 2004-10-26 2007-02-14 中国科学院长春应用化学研究所 碳缺位型碳化钨铝烧结体的制备方法

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