JP5512044B2 - Pcbn材料、それを含む工具要素及びその使用方法 - Google Patents
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Description
米国特許第7524785号は、立方晶窒化ホウ素(cBN)焼結体を開示し、これは、立方晶窒化ホウ素粒子と、cBN粒子を互いに接合する接合材料とを含む:但し、cBN粒子は、70体積%から98体積%の範囲で含まれ;また、残りの接合材料は、Co化合物、Al化合物、及びWC、並びにこれらの固溶体によって構成される。
特開昭61−142003は、cBN及び超硬合金基板(cemented carbide substrate)からなる多結晶焼結体から作り上げられる複合切削体を開示する。この多結晶焼結体は、70%〜95%の量のcBNからなり、残りの部分は、金属成分からなるバインダー材料である。バインダー材料は、Moと、Ni、Co、及びFeのいずれかと、Alとを含み得る。
第2の態様によれば、工作物を機械加工するための工具要素が提供でき、この工具要素は、超硬合金基材に接合された、開示されているPCBN材料を含むPCBN構造体を含むPCBN材料を含む。例えば、工具要素は、機械工具のためのスローアウェイチップであり得る。
第3の態様によれば、開示されているPCBN材料を用いる方法が提供でき、この方法は、開示されている工具要素を準備すること、及び工作物を機械加工する(例えば、切削する)ために工具要素を用いること、を含む。工作物は、少なくとも約10重量パーセントのCrの比較的高いクロム含有量を有する鋳鉄を含んでいても、或いは、工作物は、高マンガン鉄若しくは鋼(これは、高クロム鋳鉄と同じように機械加工が困難であり得る)を含んでいてもよい。高クロム鋳鉄は、約20重量パーセントまで、又は30重量パーセントまでのクロムを含み得る。高マンガン鉄若しくは鋼は、少なくとも約12重量パーセントで、多くても約20重量パーセントのマンガンを含み得る。
図1を参照すると、例としてのPCBN材料10は、cBNの粒12の集団、及びcBN粒12の間の間隙14を含み、これらの間隙は、バインダー材料により、実質的に満たされており、cBN粒12の含有量は、材料の少なくとも約50体積パーセントである。
非限定的な例が、下でより詳細に説明される。例としてのPCBN材料及び参考のPCBN材料の組成の要約、更には、試験における試料のそれぞれの寿命の測定値が、下の表に要約されている。
PCBNディスクは、86重量%のcBN粒と、70.0重量%のAl、11.7重量%のCo及び18.3重量%のWを含むバインダー材料とを含む粉末ブレンドを焼結することによって製造した。Co:Wのモル比は2:1であった。cBN粒は、円相当径に換算して、約12μmから約17μmの範囲の平均の大きさを有していた。当技術分野において知られているように、粉末を、Turbula(登録商標)ミキサーによってドライブレンドし、約5GPaの超高圧及び約1,300℃の温度で焼結して、PCBNディスクを形成した。
このPCBNインサートは、工作物を平均で約28回通過した後で、使用不能になった。
PCBNディスクは、86重量%のcBN粒と、90.0重量%のAl、3.9重量%のCo及び6.1重量%のWを含むバインダー材料とを含む粉末ブレンドを焼結することによって製造した。Co:Wのモル比は、2:1であった。cBN粒は、円相当径に換算して、約12μmから約17μmの範囲の平均の大きさを有していた。当技術分野において知られているように、粉末を、Turbula(登録商標)ミキサーによってドライブレンドし、約5GPaの超高圧及び約1,300℃の温度で焼結して、PCBNディスクを形成した。
PCBNディスクをカットし、加工して、金属を機械加工するためのインサートを形成し、例1に記載されているように、これらに機械加工試験を行った。PCBNインサートは、工作物を平均で約28回通過した後で、使用不能になった。
PCBNディスクは、86重量%のcBN粒と、95.0重量%のAl、2.0重量%のCo及び3.0重量%のWを含むバインダー材料とを含む粉末ブレンドを焼結することによって製造した。Co:Wのモル比は、2:1であった。cBN粒は、円相当径に換算して、約12μmから約17μmの範囲の平均の大きさを有していた。当技術分野において知られているように、粉末を、Turbula(登録商標)ミキサーによってドライブレンドし、約5GPaの超高圧及び約1,300℃の温度で焼結して、PCBNディスクを形成した。
PCBNディスクをカットし、加工して、金属を機械加工するためのインサートを形成し、例1に記載されているように、これらに機械加工試験を行った。PCBNインサートは、工作物を平均で約23回通過した後で、使用不能になった。
比較のために、PCBNディスクは、86重量%のcBN粒と、50.0重量%のAl、19.5重量%のCo及び30.5重量%のWを含むバインダー材料とを含む粉末ブレンドを焼結することによって製造した。Co:Wのモル比は、2:1であった。cBN粒は、円相当径に換算して、約12μmから約17μmの範囲の平均の大きさを有していた。当技術分野において知られているように、粉末を、Turbula(登録商標)ミキサーによってドライブレンドし、約5GPaの超高圧及び約1,300℃の温度で焼結して、PCBNディスクを形成した。
PCBNディスクをカットし、加工して、金属を機械加工するためのインサートを形成し、例1に記載されているように、これらに機械加工試験を行った。PCBNインサートは、工作物を18回通過した後で、使用不能になった。
比較のために、PCBNディスクは、86重量%のcBN粒と、100.0重量%のAlを含み、Co及びWを含まないバインダー材料とを含む粉末ブレンドを焼結することによって製造した。cBN粒は、円相当径に換算して、約5μmから約20μmの範囲の平均の大きさを有していた。当技術分野において知られているように、粉末を、Turbula(登録商標)ミキサーによってドライブレンドし、約5GPaの超高圧及び約1,300℃の温度で焼結して、PCBNディスクを形成した。
本明細書において用いられている特定の用語及び概念が、下で手短に説明される。
粗機械加工作業において、供給速度及び切削の深さは、比較的大きく、工具の切れ刃への負荷は、たいてい約5から10kNの範囲にあり、大きい。粗機械加工は、「断続させる」特徴を含む工作物でしばしば行われ、この特徴は、意図的であることも、意図していないこともある。例えば、断続させるものは、「V」溝、鋳造の間に発生するガスによるポロシティ、スラグ又は砂粒子の形で存在し得る。粗機械加工において、寸法公差は、仕上げ作業におけるほど重要でなく、1mmに達する、また1mmを上回る逃げ面摩耗値が許容され得る。その結果として、粗機械加工では、摩耗よりもむしろ耐チッピング性が、使用不能となる主たる表れ方であると予想される。
本明細書において用いられる場合、特定の成分「から本質的になる」材料は、その材料が、避けることのできない少量の不純物は別として、それらの成分からなることを意味する。
Claims (13)
- 立方晶窒化ホウ素(cBN)粒及びバインダー材料から本質的になり、該cBN粒の含有量が、PCBN材料の少なくとも80重量パーセントであり;バインダー材料が、50重量パーセントを超えるAl、少なくとも1重量パーセントのW、且つ多くても25重量パーセントのW、並びに、合わせた含有量として少なくとも5重量パーセントの鉄族元素とWとを含み;鉄族元素が、Co、Fe、Ni及びMnからなる群から選択される、PCBN材料。
- バインダー材料が、多くても90重量パーセントのAlを含む、請求項1に記載のPCBN材料。
- バインダー材料が、少なくとも1重量パーセントのCo、且つ多くても12重量パーセントのCoを含む、請求項1又は2に記載のPCBN材料。
- バインダー材料が、鉄族元素及びWを含み、鉄族元素:Wのモル比が、バインダー材料において、少なくとも1:1で、大きくても3:1である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のPCBN材料。
- バインダー材料が、鉄族元素及びWを含み、PCBN材料が、cBN、Al、鉄族元素及びWから本質的になる、請求項1〜4のいずれか1項に記載のPCBN材料。
- バインダー材料が、窒化アルミニウム若しくはホウ化タングステン、又はこれらの両方を含む、請求項1〜4のいずれか1項に記載のPCBN材料。
- バインダー材料が、二ホウ化アルミニウムを実質的に含まない、請求項1〜6のいずれか1項に記載のPCBN材料。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のPCBN材料を含む、工作物を機械加工するための工具要素。
- 鉄含有材料を含む工作物の断続切削、旋削、フライス加工又は穿孔における使用のための、請求項8に記載の工具要素。
- 請求項1〜7のいずれか1項に記載のPCBN材料の使用方法であって、請求項8又は9に記載の工具要素を準備すること、及び、工具要素を、鉄含有材料を含む工作物を機械加工するために使用すること、を含む上記方法。
- 工作物が、少なくとも10重量パーセントのCrを含む鋳鉄材料、少なくとも12重量パーセントのMnを含む鋼、又は工具鋼を含む、請求項10に記載の方法。
- 工作物が炭化タングステンを含む、請求項10又は11のいずれか1項に記載の方法。
- 工作物を粗旋削することを含む、請求項10〜12のいずれか1項に記載の方法。
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