JP3605843B2

JP3605843B2 - ケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体

Info

Publication number: JP3605843B2
Application number: JP04082994A
Authority: JP
Inventors: 光宏後藤; 哲男中井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1994-03-11
Filing date: 1994-03-11
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2019-12-22
Also published as: JPH07252581A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、立方晶窒化硼素（以下ＣＢＮと称す）を用いたケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＢＮはダイヤモンドに次ぐ高硬度物質であり、その焼結体は主に鉄系材料の切削加工用工具として使用されている。この種の焼結体の一例は特開昭５３−７７８１１号公報や６２−２２８４５１号公報に開示されており、焼入鋼や鋳鉄の切削において高い切削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。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のＣＢＮ焼結体工具では例えば鋳鉄の高速切削においては刃先の摩耗の進展が速く、その寿命が短かったり刃先が欠損するという問題があった。従って、この発明の目的は上記のＣＢＮ焼結体よりもさらに耐摩耗性に優れた高硬度焼結体を提供することにある。
【０００４】
【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鋭意研究した結果、ＣＢＮの結合材の一成分としてケイ素含有化合物であるサイアロンを用いると優れた耐熱性と耐摩耗性が得られることを見出して本発明を完成した。すなわち、本発明は、ＣＢＮを体積％で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は（１）１０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、（２）２〜７重量％のＮｉ及び（３）残部はＣｏとＷの硼化物及び硼化アルミニウムから選択された化合物１種または２種以上の混合物および不可避不純物からなるケイ素化合物含有高硬度焼結体である。
【０００５】
【作用】
この発明の焼結体工具が耐摩耗性に優れるのは以下の理由によるものと推測し得る。本発明の用途であるねずみ鋳鉄の高速切削において、本発明者らは以下の興味深い現象を発見した。すなわち上記の切削を行なうと、工具刃先にケイ素（Ｓｉ）を含有する溶着物が生成し、これが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の摩耗を著しく抑制することである。Ｓｉは一般に被削材である鋳鉄に含有され、これが供給源となり、従来のＣＢＮ焼結体においても耐摩耗性が多少向上することを発見したがＳｉの含有率は微量であるため刃先の保護による耐摩耗性向上は不十分であった。さらにＳｉ化合物をＸ線回析により分析した結果、サイアロンであることが判明した。
このサイアロンは高温強度が高く耐摩耗性にも優れるこめ鋳鉄の高速切削のような刃先が高温となる場合に特に効果が現れたものと推測される。また、サイアロンはβ−サイアロンであることが望ましい。この理由は、β−サイアロンは特に高温強度に優れているからである。
【０００６】
本発明のＣＢＮ焼結体に用いられるＣＢＮは、この種の焼結体において通常用いられるものでよく、その結晶粒の大きさは数ミクロン以下とするのが好ましい。該焼結体中のＣＢＮ含有率は、体積％で通常６０％以上９０％未満、好ましくは６５〜８８％とする。３０％未満であると焼結体の硬度や強度が低下し、また、９０％をこえると相対的に結合材の量が減少し、高硬度の被削材や断続を有する被削材を切削した際に接触部に亀裂が発生し、欠損を生じ易くなる。
【０００７】
結合材としてはその主成分として１０〜６０重量％、好ましくは２０〜５０重量％のサイアロン、及び２〜７重量％、好ましくは４〜６重量％のＮｉと残部がＣｏとＷの硼化物及び硼化アルミニウムからなる群から選択される１種又は２種以上の混合物であることが好ましい。特にサイアロンとしてはβ−サイアロン（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８−ｚ、０＜Ｚ≦４．２）が高温強度に優れているので好ましい。このほか、α−Ｓｉ_３Ｎ_４のＳｉ，Ｎの一部がＡｌ，Ｏにて置換されたα−サイアロンも用いることができる。このサイアロンは市販品でもよく、またＳｉ_３Ｎ_４，ＡｌＮ，ＳｉＯ_２，Ａｌ_２Ｏ_３等の粉末を混合し熱処理することにより合成することができる。サイアロンは前記のごとく、鋳鉄の高速切削時にこれが保護膜となり刃先のすくい面および逃げ面の摩耗を著しく抑制する効果がある。このサイアロンが結合材中で１０重量％未満であるとその供給が不十分となり、十分な耐摩耗性向上の効果が得られない。一方、６０重量％を越えると、相対的に、ＣＢＮと強固な結合をせしめるＣｏとＷの硼化物及び／又は硼化アルミニウムの化合物の量が減少し、焼結体として十分な強度が得られない。上記ＣｏとＷの硼化物及び／又は硼化アルミニウムは超高圧焼結体にてＣＢＮ粒子と強固に結合するばかりでなく、優れた耐摩耗性も有する。
【０００８】
また結合材中には、２〜７重量％、好ましくは４〜６重量％のＮｉを含む。Ｎｉはその作用としては超高圧焼結中にＣＢＮ粒子との漏れ性が良いためにＣｏとＷの硼化物との結合を促進せしめるもので、２％未満では充分な結合強度が得られない。７％を越えると、ＣＢＮと結合材との結合強度が高くなるものの、結合材自体の耐摩耗性が悪くなるので好ましくない。
また、Ｎｉは焼結後のはＣｏとＷの硼化物に固溶しているものと思われる。さらに、不可避不純物としては、ＷＣ，Ａｌ_２Ｏ_３がＸ線回折によって確認された。
【０００９】
【実施例】
以下本発明を実施例によって更に詳細に説明する。
（実施例１）
表１に示すＣＢＮ含有率と組成の結合材を超硬合金製ポットおよびボールを用いて配合し、混合したあとＭｏ製容器に充填し圧力５０ｋｂ，１４５０℃で２５分間焼結し焼結体を得た。さらに、この焼結体を切削チップの形に加工し、切削工具とした。
この工具を用いて、ねずみ鋳鉄の板（１００×４００ｍｍ，３箇所にφ８０の穴）の上面のフライス切削テストを行った。
切削条件はＶ＝１２００ｍ／ｍｉｎ，ｄ＝０．１５ｍｍ，ｆ＝０．１０ｍｍ／刃、乾式で行った。この結果を表１に示す。表中、Ｎｏ．１〜６は本発明の実施例、Ｎｏ．７〜１０は比較例である。
【００１０】
【表１】

【００１１】
以下に本発明の好ましい実施態様を要約して示す。
（１）β−サイアロンを結合材中２０〜５０重量％の割合で含有させる請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
（２）ＣＢＮを含有する焼結体であって、ＣＢＮを体積％で６５〜８８％含有し、残部の結合材が
（イ）サイアロン２０〜５０重量％
（ロ）Ｎｉ４〜６重量％
（ハ）ＣｏとＷの硼化物、窒化アルミニウム及び硼化アルミニウムからなる群から選択される少なくとも１種
（ニ）不可避的不純物残部
からなることを特徴とするケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
（３）サイアロンがβ−サイアロンである上記（２）記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
【００１２】
【発明の効果】
以上の説明のごとく、この発明ではＣＢＮの他に結合材中に１０〜６０重量％のサイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）および２〜７重量％Ｎｉおよび残部はＣｏとＷの硼化物及び硼化アルミニウムからなる群から選択された化合物の１種または２種以上の混合物および不可避不純物から構成される焼結体を得ことができ、さらにこの焼結体をもちいて作製した工具は優れた耐摩耗性を得ることが出来る。よって、例えば、ねずみ鋳鉄の切削速度１０００ｍ／ｍｉｎ，を越える高速切削において有効である。さらに、鋼等の鉄系金属切削においても、本発明の工具は優れた耐摩耗性を示すことが確認された。

Claims

立方晶窒化硼素を含有した焼結体工具において、該焼結体は立方晶窒化硼素を体積％で６０％以上９０％未満含有し、残部の結合材は（１）１０〜６０重量％のサイアロン（２）２〜７重量％のＮｉ及び（３）残部はＣｏとＷの硼化物及び硼化アルミニウムから選択された化合物１種または２種以上の混合物および不可避不純物からなるケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。
前記結合材のサイアロンの組成がβ−サイアロン（Ｓｉ_６−ｚＡｌ_ｚＯ_ｚＮ_８−ｚ、０＜Ｚ≦４．２）である請求項１に記載のケイ素化合物含有高硬度工具用焼結体。