JP7161670B2 - Cubic boron nitride-based sintered body and cutting tool - Google Patents

Cubic boron nitride-based sintered body and cutting tool Download PDF

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本発明は、すぐれた耐クラック伝播性と靱性を有する立方晶窒化ほう素(以下、「cBN」ともいう)基焼結体(以下、「cBN焼結体」ともいう)およびこのcBN焼結体からなる切削工具に関する。
特に、cBN焼結体の結合相として、Al化合物粒子を内包したTi化合物粒子が存在する結合相組織を形成することにより、靱性を低下させることなく耐クラック伝播性を向上させたcBN焼結体に関し、さらに、靱性と耐クラック伝播性の向上によって欠損の発生を抑制したcBN焼結体製切削工具に関する。
The present invention provides a cubic boron nitride (hereinafter also referred to as "cBN")-based sintered body (hereinafter also referred to as "cBN sintered body") having excellent crack propagation resistance and toughness, and this cBN sintered body It relates to a cutting tool consisting of
In particular, a cBN sintered body with improved crack propagation resistance without reducing toughness by forming a binder phase structure in which Ti compound particles containing Al compound particles are present as the binder phase of the cBN sintered body. Further, it relates to a cBN sintered compact cutting tool that suppresses the occurrence of fractures by improving toughness and crack propagation resistance.

cBN焼結体は、ダイヤモンドに次ぐ高硬度、熱伝導率を有し、さらに、鉄系材料との親和性が低いという点から、鋼、鋳鉄等の鉄系被削材の切削加工用の工具として、従来から広く利用されている。
そして、切削加工工具用材料としての性能の改善を図るという観点から、cBN焼結体の強度、耐熱性、靭性、硬さ等をさらに向上させるべく、従来からいくつかの提案がなされている。
The cBN sintered body has a high hardness and thermal conductivity next to diamond, and has a low affinity with iron-based materials, so it is a tool for cutting iron-based work materials such as steel and cast iron. has been widely used as a
From the viewpoint of improving performance as a material for cutting tools, several proposals have been made to further improve the strength, heat resistance, toughness, hardness, etc. of cBN sintered bodies.

例えば、特許文献1には、cBNと結合材とを含む複合焼結体であって、前記cBNは、前記複合焼結体中に25体積%以上80体積%以下含まれ、前記結合材は、Ti系化合物群を含み、前記Ti系化合物群は、少なくともTiを含む化合物を1種以上含むものであって、かつ互いに異なった平均粒径を有する2種以上の粒子成分から構成される、複合焼結体が提案されている。
より具体的には、例えば、前記Ti系化合物群は、少なくとも第1成分と第2成分とを含む2つ以上の成分により構成され、前記複合焼結体の少なくとも一断面における前記Ti系化合物群の粒度分布を、横軸を所定の粒径範囲で区分し、縦軸を前記各粒径範囲の粒子が占める割合とする粒度分布曲線で示した場合、前記粒度分布曲線は、極大値を2つ以上有し、その極大値のうち最大の極大値を示す場合の粒径をdとすると、前記第1成分は、平均粒径を前記dとし、前記dは、0.05μm以上0.15μm以下であり、また、2番目に大きい極大値を示す場合の粒径をdとすると、前記第2成分は、平均粒径を前記dとし、前記dは、0.15μm以上0.5μm以下である複合焼結体が提案されている。
そして、この複合焼結体をドリル、エンドミル、ドリル用刃先交換型切削チップ、エンドミル用刃先交換型切削チップ、フライス加工用刃先交換型切削チップ、旋削加工用刃先交換型切削チップ等の切削工具に用いた場合には、耐衝撃チッピング性と耐クレータ摩耗性との両者を十分に向上させることにより工具寿命を長くすることができるとされている。
For example, Patent Document 1 discloses a composite sintered body containing cBN and a binder, wherein the cBN is contained in the composite sintered body at 25% by volume or more and 80% by volume or less, and the binder is A composite comprising a group of Ti-based compounds, wherein the group of Ti-based compounds contains at least one compound containing Ti, and is composed of two or more particle components having different average particle sizes. Sintered bodies have been proposed.
More specifically, for example, the Ti-based compound group is composed of two or more components including at least a first component and a second component, and the Ti-based compound group in at least one cross section of the composite sintered body When the particle size distribution is shown by a particle size distribution curve in which the horizontal axis is divided into predetermined particle size ranges and the vertical axis is the proportion of particles in each particle size range, the particle size distribution curve has a maximum value of 2 When the particle size of the case where there are more than one and the maximum value among the maximum values is d1, the average particle size of the first component is d1, and d1 is 0.05 μm or more. 0.15 μm or less, and the particle diameter when the second largest maximum value is shown is d2, the second component has an average particle diameter of d2, and d2 is 0.15 μm A composite sintered body having a thickness of 0.5 μm or less has been proposed.
This composite sintered body is used in cutting tools such as drills, end mills, indexable cutting inserts for drills, indexable cutting inserts for end mills, indexable cutting inserts for milling, and indexable cutting inserts for turning. It is said that when used, both the impact chipping resistance and the crater wear resistance are sufficiently improved, thereby prolonging the tool life.

また、特許文献2には、耐欠損性と耐摩耗性とを高度に両立させた複合焼結体を提供することを目的として、cBNと結合材とを含む複合焼結体であって、前記cBNは、前記複合焼結体中に25体積%以上80体積%以下含まれ、前記結合材は、Ti系化合物群を含み、前記Ti系化合物群は、少なくともTiを含む化合物を1種以上含むものであって、かつ粒径が0.1μm以下の粒子で構成される第1微粒成分を含み、前記第1微粒成分は、前記複合焼結体の少なくとも一断面において、前記結合材が占める面積の10~60%を占め、また、前記Ti系化合物群は、前記第1微粒成分とともに第2微粒成分を含み、前記第2微粒成分は、粒径が0.1μmより大きく0.25μm以下の粒子で構成され、前記第1微粒成分および前記第2微粒成分は、これら両者を合わせて、前記複合焼結体の少なくとも一断面において、前記結合材が占める面積の90%以上を占める複合焼結体が提案されている。 Further, Patent Document 2 discloses a composite sintered body containing cBN and a binder for the purpose of providing a composite sintered body that achieves both fracture resistance and wear resistance at a high level, cBN is contained in the composite sintered body at 25% by volume or more and 80% by volume or less, the binding material includes a Ti-based compound group, and the Ti-based compound group includes at least one compound containing Ti. and includes a first fine grain component composed of particles having a grain size of 0.1 μm or less, wherein the first fine grain component is the area occupied by the binder in at least one cross section of the composite sintered body In addition, the Ti-based compound group includes a second fine particle component together with the first fine particle component, and the second fine particle component has a particle size of more than 0.1 μm and 0.25 μm or less. Composed of particles, the first fine grain component and the second fine grain component together occupy 90% or more of the area occupied by the binder in at least one cross section of the composite sintered body. body is suggested.

特開2011-207688号公報JP 2011-207688 A 特開2011-207689号公報JP 2011-207689 A

前記特許文献1、2に示されるcBN焼結体においては、cBN焼結体の結合相をTi系化合物群で構成するとともに、Ti系化合物群を粒径の異なる第1成分と第2成分で構成することによって、結合相を混粒組織とし、cBN焼結体を切削工具として使用した場合の耐衝撃チッピング性、耐クレータ摩耗性、耐欠損性、耐摩耗性を向上させようとしている。
しかし、結合相を構成する粒子を単に微細化しただけでは、結合相の粒子界面を伝播するクラックが直線的に伝播してしまい、逆に、結合相を構成する粒子を粗粒化した場合には、粒内を伝播する直線的なクラックが発生する。
そのため、前記特許文献1、2に示されるcBN焼結体を切削工具の切れ刃とし、これを強断続切削条件の加工に供した場合には、刃先に作用する断続的・衝撃的な高負荷によって発生したクラックがcBN焼結体中を直線的に伝播することで靱性が低下するため、これが欠損発生の原因となり、工具寿命が短命となるという課題があった。
したがって、耐クラック伝播性と靱性にすぐれたcBN焼結体の開発が望まれている。
In the cBN sintered bodies shown in Patent Documents 1 and 2, the binding phase of the cBN sintered body is composed of a Ti-based compound group, and the Ti-based compound group is composed of a first component and a second component having different particle sizes. By forming the composite, the binder phase has a mixed grain structure, and the impact chipping resistance, crater wear resistance, chipping resistance, and wear resistance are improved when the cBN sintered body is used as a cutting tool.
However, if the grains that make up the binder phase are simply made finer, the cracks that propagate along the grain boundaries of the binder phase will propagate linearly. , linear cracks propagating through grains occur.
Therefore, when the cBN sintered body shown in Patent Documents 1 and 2 is used as the cutting edge of a cutting tool and subjected to machining under heavy interrupted cutting conditions, intermittent and impactful high loads acting on the cutting edge Cracks generated by the sintered cBN propagate linearly in the cBN sintered body, which reduces the toughness, which causes chipping and shortens the tool life.
Therefore, the development of a cBN sintered body with excellent crack propagation resistance and toughness is desired.

そこで、本発明者等は、上記課題を解決し、cBN焼結体の靱性を低下させることなく耐クラック伝播性を高めるべく鋭意研究を重ねたところ、次のような知見を得た。 Therefore, the inventors of the present invention have made intensive studies to solve the above problems and improve the crack propagation resistance of the cBN sintered body without lowering the toughness thereof, and obtained the following findings.

従来のcBN焼結体は、通常、cBN焼結体の硬質相成分であるcBN粉末を、例えば、結合相形成成分であるTiN粉末、TiAl粉末、Al粉末等とともにボールミルで混合し、これを高圧高温条件下で焼結するという工程で作製されている。 A conventional cBN sintered body is usually produced by mixing cBN powder, which is a hard phase component of the cBN sintered body, with, for example, TiN powder, TiAl 3 powder, Al 2 O 3 powder, etc., which are binder phase forming components, in a ball mill. , which is sintered under high-pressure and high-temperature conditions.

本発明者等は、前記従来のcBN焼結体の作製工程を変更することにより、cBN粒子と結合相からなるcBN焼結体において、例えば、Al粒子等からなるAl化合物粒子をその粒内に内包したTi化合物粒子が存在する結合相組織を有するcBN焼結体を作製した。
そして、このような結合相組織を有するcBN焼結体は、ほぼ同量のTi化合物粒子(但し、Ti化合物粒子に、Al化合物粒子は内包されていない)を含有する従来のcBN焼結体に比して、硬度、強度、耐熱性とともに、すぐれた耐クラック伝播性と靱性を備えることを見出したのである。
The present inventors have found that by changing the conventional cBN sintered body manufacturing process, the cBN sintered body composed of cBN particles and a binder phase, for example, Al compound particles composed of Al 2 O 3 particles, etc. A cBN sintered body having a binder phase structure in which Ti compound particles were included in the grains was produced.
And the cBN sintered body having such a binder phase structure is similar to the conventional cBN sintered body containing approximately the same amount of Ti compound particles (however, the Ti compound particles do not contain Al compound particles). In comparison, the inventors have found that it has not only hardness, strength and heat resistance, but also excellent crack propagation resistance and toughness.

本発明に係るcBN焼結体の作製工程と、従来の作製工程との大きな違いは、原料粉末の調整(詳細については後記する)にある。
例えば、図1に示すように、従来の一般的なcBN焼結体の作製工程としては、結合相形成用の原料粉末(例えば、Ti化合物粉末、金属Al粉末およびAl粉末等)をボールミルで混合し、乾燥した後真空焼結し、これをボールミルで粉砕して混合粉末(以下、この混合粉末を「混合粉末A」という)を作製し、その後、前記混合粉末Aと硬質成分であるcBN粒子を超硬製ポット中へ投入してボールミルで混合した後、高圧高温焼結することによってcBN焼結体を作製していた。
A major difference between the production process of the cBN sintered body according to the present invention and the conventional production process lies in the adjustment of raw material powder (details will be described later).
For example, as shown in FIG. 1, as a conventional general cBN sintered body manufacturing process, raw material powders for forming a binder phase (for example, Ti compound powder, metal Al powder, Al 2 O 3 powder, etc.) are prepared. Mixed in a ball mill, dried, vacuum sintered, pulverized in a ball mill to prepare a mixed powder (hereinafter, this mixed powder is referred to as "mixed powder A"), and then mixed powder A and a hard component. A cBN sintered body was produced by putting certain cBN particles into a cemented carbide pot, mixing them with a ball mill, and then sintering them at high pressure and high temperature.

しかし、本発明では、上記従来の工程とは別に、Al粒子等のAl化合物粒子をその粒内に内包したTiN粒子等のTi化合物粒子を含有する混合粉末(以下、この混合粉末を「混合粉末B」という)を作製する工程を新たに設け、上記従来の工程において、混合粉末AとcBN粒子を超硬製ポット中へ投入する段階で、前記で作製した混合粉末Bを超硬製ポット中へ同時に投入して、超音波法で混合し、その後、高圧高温焼結することによってcBN焼結体を作製する点が本発明の大きな特徴である。
図2に、本発明によるcBN焼結体の作製工程の概略説明図を示す。
そして、このような作製工程によってcBN焼結体を作製することによって、前述したように、Al粒子等のAl化合物粒子をその粒内に内包したTiN粒子等のTi化合物粒子が存在する結合相組織を有するcBN焼結体を作製することができ、そして、このような結合相組織を有するcBN焼結体は、硬度、強度、耐熱性とともにすぐれた耐クラック伝播性と靱性を備えるのである。
However, in the present invention, a mixed powder containing Ti compound particles such as TiN particles in which Al compound particles such as Al 2 O 3 particles are encapsulated (hereinafter, this mixed powder is referred to as A step of producing a mixed powder B) is newly provided, and in the above conventional process, at the stage of putting the mixed powder A and cBN particles into a cemented carbide pot, the mixed powder B prepared above is added to the cemented carbide pot. A major feature of the present invention is that the cBN sintered body is produced by putting them into a manufacturing pot at the same time, mixing them by an ultrasonic method, and then sintering them at high pressure and high temperature.
FIG. 2 shows a schematic illustration of the process for producing a cBN sintered body according to the present invention.
Then, by producing a cBN sintered body by such a production process, as described above, Ti compound particles such as TiN particles containing Al compound particles such as Al 2 O 3 particles are present. A cBN sintered body having a binder phase structure can be produced, and the cBN sintered body having such a binder phase structure has hardness, strength, heat resistance, as well as excellent crack propagation resistance and toughness. be.

さらに、切削工具の切れ刃を、硬度、強度、耐熱性とともに耐クラック伝播性及び靱性にすぐれる本発明のcBN焼結体で構成した場合には、高負荷が作用する合金鋼等の強断続切削加工等において、欠損の発生を抑制することができ、その結果、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する切削工具を得ることができる。 Furthermore, when the cutting edge of the cutting tool is composed of the cBN sintered body of the present invention, which has excellent crack propagation resistance and toughness as well as hardness, strength, and heat resistance, it can It is possible to suppress the occurrence of chipping in cutting and the like, and as a result, it is possible to obtain a cutting tool that exhibits excellent cutting performance over a long period of use.

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、
「(1)立方晶窒化ほう素粒子と結合相からなる立方晶窒化ほう素基焼結体において、前記結合相は平均粒径が150nm以上646nm以下のTi化合物粒子を含み、しかも、該Ti化合物粒子のうちで、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在する結合相組織を有することを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結体。
(2)立方晶窒化ほう素焼結体の結合相の全体積に対して、前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合が5体積%以上60体積%以下であることを特徴とする(1)に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。
(3)前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子に対する、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の体積割合は、3体積%以上15体積%以下であることを特徴とする(1)または(2)に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。
(4)前記Ti化合物粒子は、平均粒径が150nm以上500nm以下であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。
(5)前記Ti化合物粒子は、TiN粒子であることを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。
(6)切削工具の切れ刃が、(1)乃至(5)のいずれかに記載の立方晶窒化ほう素基焼結体から構成されていることを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結体製切削工具。」
を特徴とするものである。
The present invention has been made based on the above findings,
"(1) In a cubic boron nitride-based sintered body comprising cubic boron nitride particles and a binder phase, the binder phase contains Ti compound particles having an average particle size of 150 nm or more and 646 nm or less , and the Ti compound A cubic boron nitride-based sintered body characterized by having a binder phase structure in which, among particles, Ti compound particles containing Al compound particles are present.
(2) The volume ratio of the Ti compound particles containing the Al compound particles is 5% by volume or more and 60% by volume or less with respect to the total volume of the binding phase of the cubic boron nitride sintered body ( The cubic boron nitride-based sintered body according to 1).
(3) The volume ratio of the Al compound particles contained in the Ti compound particles to the Ti compound particles containing the Al compound particles is 3% by volume or more and 15% by volume or less (1) or ( The cubic boron nitride-based sintered body according to 2).
(4) The cubic boron nitride-based sintered body according to any one of (1) to (3), wherein the Ti compound particles have an average particle size of 150 nm or more and 500 nm or less.
(5) The cubic boron nitride-based sintered body according to any one of (1) to (4), wherein the Ti compound particles are TiN particles.
(6) A cubic boron nitride-based sintered body, wherein the cutting edge of the cutting tool is composed of the cubic boron nitride-based sintered body according to any one of (1) to (5). Solid cutting tool. ”
It is characterized by

本発明について、以下に説明する。 The present invention is described below.

本発明のcBN焼結体では、cBN粒子の平均粒径を特に規定するものではないが、cBN粒子の平均粒径は、0.3~12μmの範囲内とすることが好ましい。
これは、平均粒径が0.3μm~12μmのcBN粒子が焼結体内に分散することにより、工具使用中に工具表面のcBN粒子が脱落して生じる刃先の凹凸形状を起点とするチッピングを抑制するだけでなく、工具使用中に刃先に加わる応力により生じるcBN粒子と結合相との界面から進展するクラック、あるいはcBN粒を貫通して進展するクラックの伝播を焼結体中に分散したcBN粒子により抑制することにより、耐欠損性を向上させることができるからである。
また、本発明で用いるcBN粒子の平均粒径は、0.5~8μmの範囲内であることがより好ましく、また、さらに好ましくは、0.5~5μmの範囲内である。
なお、cBN粒子の平均粒径は、例えば、cBN焼結体の断面組織について、SEMを用いてcBN焼結体組織を観察し、二次電子像を取得し、得られた画像内のcBN粒子の部分を画像処理にて抜き出し、画像解析より求めた各cBN粒子の最大長を求め、それを各粒子の直径とし、複数個所においてcBN粒子の直径を測定し、これらの測定値を平均することによって、cBN粒子の平均粒径とする。
In the cBN sintered body of the present invention, the average particle size of the cBN particles is not particularly specified, but the average particle size of the cBN particles is preferably in the range of 0.3 to 12 μm.
By dispersing cBN particles with an average particle size of 0.3 μm to 12 μm in the sintered body, chipping caused by the uneven shape of the cutting edge caused by the falling off of the cBN particles from the tool surface during use of the tool is suppressed. In addition, cracks that develop from the interface between the cBN particles and the binder phase caused by the stress applied to the cutting edge during use of the tool, or cracks that propagate through the cBN grains are dispersed in the sintered body. This is because the chipping resistance can be improved by suppressing the
Further, the average particle size of the cBN particles used in the present invention is more preferably in the range of 0.5 to 8 μm, and still more preferably in the range of 0.5 to 5 μm.
Incidentally, the average particle size of the cBN particles, for example, for the cross-sectional structure of the cBN sintered body, the cBN sintered body structure is observed using SEM, the secondary electron image is obtained, and the cBN particles in the obtained image part is extracted by image processing, the maximum length of each cBN particle obtained by image analysis is obtained, this is used as the diameter of each particle, the diameter of the cBN particles is measured at multiple locations, and these measured values are averaged. is the average particle size of the cBN particles.

本発明のcBN焼結体におけるcBN粒子の含有体積割合についても特に制限するものではないが、cBN焼結体に占めるcBN粒子の含有体積割合が40体積%未満となった場合には、cBN粒子同士が接触して結合相と十分に反応できない未焼結な部分は少なくなるが、その反面、cBN焼結体の硬さが低下し、耐摩耗性が劣化する。
一方、cBN粒子の含有体積割合が95体積%を超える場合には、切削加工用工具として使用した場合に、焼結体中にクラックの起点となる空隙が生成しやすくなり、耐欠損性が低下することから、cBN焼結体におけるcBN粒子の含有体積量は40~85体積%とすることが好ましい。
また、より好ましいcBN粒子の含有体積割合は50~80体積%であり。さらに好ましいのは50~75体積%である。
なお、cBN焼結体に占めるcBN粒子の含有体積割合は、cBN焼結体の断面組織をSEMによって観察し、得られた二次電子像内のcBN粒子の部分を画像処理によって抜き出し、画像解析によってcBN粒子が占める面積を算出し、1画像内のcBN粒子が占める割合を求め、少なくとも3画像を処理し求めた値の平均値をcBN粒子の含有体積割合として求める。なお、画像処理に用いる観察領域としては、例えば、cBN粒子の平均粒径3μmの場合、15μm×15μm程度の視野領域が望ましい。
The content volume ratio of the cBN particles in the cBN sintered body of the present invention is not particularly limited, but when the content volume ratio of the cBN particles in the cBN sintered body is less than 40% by volume, the cBN particles The amount of unsintered portions that are in contact with each other and cannot sufficiently react with the binder phase is reduced, but on the other hand, the hardness of the cBN sintered body is lowered and the wear resistance is deteriorated.
On the other hand, when the content volume ratio of the cBN particles exceeds 95% by volume, when used as a cutting tool, voids that act as starting points for cracks are likely to form in the sintered body, resulting in reduced fracture resistance. Therefore, the content volume of cBN particles in the cBN sintered body is preferably 40 to 85% by volume.
Further, the content volume ratio of the cBN particles is more preferably 50 to 80% by volume. More preferably 50 to 75% by volume.
The volume ratio of the cBN particles in the cBN sintered body was obtained by observing the cross-sectional structure of the cBN sintered body with an SEM, extracting the cBN particles in the obtained secondary electron image by image processing, and performing image analysis. The area occupied by the cBN particles is calculated by , the ratio of the cBN particles in one image is obtained, and the average value of the values obtained by processing at least 3 images is obtained as the content volume ratio of the cBN particles. For example, when the cBN particles have an average particle size of 3 μm, the viewing area used for image processing is preferably about 15 μm×15 μm.

本発明のcBN焼結体は、cBN粒子と主たる結合相であるTi化合物粒子(例えば、TiN粒子)から構成されるが、前記結合相には、Ti化合物粒子の内部に、例えばAl粒子等のAl化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在する結合相組織が形成されている。
本発明でいうTi化合物とは、例えば、TiN、TiCN、TiCであり、また、Al化合物とは、例えば、Al、AlNである。
本発明でいう「Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子」あるいは「Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子」とは、例えば、Al化合物粒子がAl、また、Ti化合物粒子がTiNである場合には、透過型電子顕微鏡(TEM)を用いた断面観察(図3(a)参照)において、まず、Al、O、Ti、Nについての元素マッピングを行い、次いで、2値化処理を行い(図3(b)~(e)参照)、AlとOとの重なった領域をAlであるとし、また、TiとNの重なった領域をTi化合物であるとする。次いで、TiNの連続している領域をTiN粒子であるとして、該TiN粒子の境界に接しておらず、かつ、TiN粒子の境界内に存在するAlを特定し、これを「Ti化合物粒子に内包されたAl粒子」であると定義し、また、該Al粒子を内包するTi化合物粒子を「Al粒子を内包するTi化合物粒子」と定義する。
The cBN sintered body of the present invention is composed of cBN particles and Ti compound particles (for example, TiN particles) as a main binder phase. The binder phase contains, for example, Al 2 O 3 A bonded phase structure is formed in which Ti compound particles containing Al compound particles such as particles are present.
The Ti compounds referred to in the present invention are, for example, TiN, TiCN, and TiC, and the Al compounds are, for example, Al 2 O 3 and AlN.
In the present invention, the “Al compound particles enclosed in Ti compound particles” or “Ti compound particles enclosing Al compound particles” are, for example, Al compound particles of Al 2 O 3 and Ti compound particles of TiN. In some cases, in cross-sectional observation using a transmission electron microscope (TEM) (see FIG. 3(a)), element mapping is first performed for Al, O, Ti, and N, and then binarization processing is performed. (see FIGS. 3(b) to 3(e)), the overlapping region of Al and O is assumed to be Al 2 O 3 , and the overlapping region of Ti and N is assumed to be a Ti compound. Next, assuming that the TiN continuous region is a TiN particle, Al 2 O 3 that is not in contact with the boundary of the TiN particle and is present within the boundary of the TiN particle is specified, and this is referred to as a "Ti compound Al 2 O 3 particles enclosed in particles”, and Ti compound particles enclosing the Al 2 O 3 particles are defined as “Ti compound particles enclosing Al 2 O 3 particles”.

Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が、結合相中に分散して存在する結合相組織を有する本発明のcBN焼結体は、ほぼ同量のTi化合物粒子(但し、Ti化合物粒子は、Al化合物粒子を内包していない)を含有するcBN焼結体に比して、すぐれた硬度、強度、耐熱性に加え、すぐれた耐クラック伝播性及び靱性を有する。
これは、cBN焼結体に発生したクラックは、結合相を構成するTi化合物粒子が微粒の場合には、クラックは主として粒界を伝播するが、Ti化合物粒子が粗粒である場合には、粒内を貫通して伝播する傾向がある。しかし、本発明においては、Ti化合物粒子を150nm~646nmの粗粒にして、クラックが粒界ではなく粒内を貫通して伝播・進展しようとする場合であっても、Ti化合物粒子に内包されているAl化合物によって、粒内を貫通しようとしたクラックの伝播・進展を停止・抑制することにより、靱性を低下させることなく耐クラック伝播性を向上させることができるからである。
The cBN sintered body of the present invention having a binder phase structure in which Ti compound particles containing Al compound particles are dispersed in the binder phase contains approximately the same amount of Ti compound particles (however, the Ti compound particles are Al In addition to excellent hardness, strength and heat resistance, it has excellent crack propagation resistance and toughness as compared with a cBN sintered body containing no compound particles.
This is because the cracks generated in the cBN sintered body propagate mainly through grain boundaries when the Ti compound particles constituting the binding phase are fine grains, but when the Ti compound grains are coarse grains, It tends to propagate through grains. However, in the present invention, even if the Ti compound particles are coarse grains of 150 nm to 646 nm and the cracks are propagated and propagated through the grains instead of the grain boundaries, they are included in the Ti compound particles. This is because the Al compound contained therein stops and suppresses the propagation and progress of cracks that attempt to penetrate through the grains, thereby improving the crack propagation resistance without reducing the toughness.

cBN焼結体の結合相全体積に占めるAl化合物(例えば、Al粒子)を内包するTi化合物粒子(例えば、TiN粒子)の体積割合が、結合相に対して5体積%以上60体積%以下であると、cBN焼結体を切れ刃とする切削工具において、例えば、強断続切削加工時の断続的かつ衝撃的な高負荷が作用することによってcBN焼結体にクラックが発生したとしても、耐クラック伝播性にすぐれるため、クラックの伝播・進展が抑制され、欠損発生、破断発生等が防止される。
ただ、前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合がcBN焼結体の結合相の5体積%未満であると、粒内のクラック伝播を抑制するAl化合物粒子を含むTi化合物粒子の数が少ないために、クラックの伝播抑制効果の向上が期待できず、一方、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合が60体積%を超えると、結合相中に存在するAl化合物粒子の量が過多になり、クラックがAl化合物粒子を起点にして伝播する恐れがあるため、cBN焼結体の結合相に対する前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合は5体積%以上60体積%以下とすることが好ましい。
The volume ratio of Ti compound particles (e.g., TiN particles) containing Al compounds (e.g., Al 2 O 3 particles) in the total volume of the binding phase of the cBN sintered body is 5% by volume or more and 60 volumes with respect to the binding phase. % or less, in a cutting tool using a cBN sintered body as a cutting edge, for example, a crack occurs in the cBN sintered body due to the intermittent and impactful high load during heavy interrupted cutting Also, since it is excellent in crack propagation resistance, the propagation and progress of cracks are suppressed, and the occurrence of defects and fractures is prevented.
However, if the volume ratio of the Ti compound particles containing the Al compound particles is less than 5% by volume of the binding phase of the cBN sintered body, the number of Ti compound particles containing Al compound particles that suppress crack propagation in the grains is small, an improvement in the effect of suppressing crack propagation cannot be expected. becomes excessive, and cracks may propagate starting from the Al compound particles, so the volume ratio of the Ti compound particles containing the Al compound particles to the binding phase of the cBN sintered body is 5% by volume or more and 60% by volume. It is preferable to:

また、Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子の含有量、即ち、(Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子の体積)×100/(Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積)は、3体積%以上15体積%以下であることが好ましい。この含有量は、少なくとも10個、好ましくは50個以上のAl化合物粒子を内包するTi化合物粒子から算出した平均値とする。
これは、Ti化合物粒子がその内部に平均体積割合で3体積%以上15体積%以下のAl化合物粒子を内包することによって、Ti化合物粒子内を貫通するクラックの伝播・進展が抑制され、その結果として、cBN焼結体の靱性も向上するからである。
ただ、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の平均体積割合が3体積%未満であると、クラックの伝播を抑制する粒子数が少ないため、クラックの伝播を十分に抑制することができず、一方、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の平均体積割合が15体積%を超えるようになると、Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子の量が過多になるため、クラックがAl化合物粒子を起点にして伝播する恐れがある。
したがって、Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子の含有量は、3体積%以上15体積%以下とする。
In addition, the content of the Al compound particles contained in the Ti compound particles, that is, (the volume of the Al compound particles contained in the Ti compound particles) × 100/(the volume of the Ti compound particles containing the Al compound particles) is It is preferably 3% by volume or more and 15% by volume or less. This content is an average value calculated from Ti compound particles containing at least 10, preferably 50 or more Al compound particles.
This is because the Ti compound particles contain Al compound particles with an average volume ratio of 3% or more and 15% or less by volume in their interior, thereby suppressing the propagation and progress of cracks penetrating through the Ti compound particles. As a result, the toughness of the cBN sintered body is also improved.
However, if the average volume ratio of the Al compound particles included in the Ti compound particles is less than 3% by volume, the number of particles that suppress crack propagation is small, so crack propagation cannot be sufficiently suppressed, On the other hand, when the average volume ratio of the Al compound particles included in the Ti compound particles exceeds 15% by volume, the amount of the Al compound particles included in the Ti compound particles becomes excessive, so cracks form in the Al compound particles. There is a risk of spreading from the starting point.
Therefore, the content of the Al compound particles included in the Ti compound particles should be 3% by volume or more and 15% by volume or less.

cBN焼結体の結合相を構成するTi化合物粒子の平均粒径は、cBN焼結体の耐衝撃チッピング性、耐クレータ摩耗性、靱性に大きな影響を及ぼすが、クラックの伝播の仕方にも影響を及ぼす。
本発明では、Ti化合物粒子を粗粒とし、その平均粒径を150nm以上646nm以下とすることで、まず、cBN焼結体の耐クレータ摩耗性、靱性を確保し、結合相が粗粒であるために生じるクラックの粒内の伝播・進展を、Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子を結合相中に存在させる(好ましくは、5体積%以上60体積%以下)ことによって抑制することで、耐クラック伝播性の向上を図り、工具刃先に高負荷が作用する切削条件下での耐欠損性の向上を図る。
ここで、結合相を構成するTi化合物粒子の平均粒径が150nm未満であると、クラックは粒界を伝播・進展するようになることから、Ti化合物粒子に内包されたAl化合物粒子を存在させたとしても、クラックの伝播・進展を抑制する効果は少なくなり、一方、結合相を構成するTi化合物粒子の平均粒径が500nmを超えると、粒界が少なくなり、クラックの伝播を迂回させることによる伝播・進展の抑制効果が低下するため、cBN焼結体の結合相を構成するTi化合物粒子の平均粒径を150nm以上500nm以下とすることが好ましい
Ti化合物粒子の平均粒径の測定・算出は、例えば、以下のようにして求めることができる。
まず、cBN焼結体の断面の観察領域を、TEMに付属する結晶方位解析装置を用いて観察する。より具体的に言えば、透過型電子顕微鏡にTi化合物粒子を観察するために結晶粒径と同程度の厚さ(50nm)以下に研磨された切片をセットし、200kVに加速された電子線を前記切片に照射することで、400nm×500nmの範囲で観察を行う。
前記の範囲で結晶方位のマップデータを得る解析方法は以下の通りである。
前記の切片に、0.5~1.0度に傾けた電子線をPrecession照射しながら、電子線を任意のビーム径及び間隔でスキャンし、連続的に電子線回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。なお、本測定に用いた回折パターンの取得条件は、カメラ長20cm、ビームサイズ2.2nmで、測定ステップは2.0nmである。
次に、得られた電子線回折パターンから個々の結晶粒を判別するための解析方法は、以下の通りである。
まず、測定点の隣接点同士の結晶方位が5度以上離れている場合に粒界とし、粒界以外の部分を結晶粒、つまりTi化合物粒子と定義した。
この画像を縦4枚×横4枚で連結させて縦1600nm×横2000nmの画像とし、cBN粒子の平均粒径を求めるための前述の手順と同様の手順でTi化合物粒子の平均粒径を求める。
このような測定・算出を複数(3箇所以上)の観察領域で実施し、その平均値を、Ti系化合物粒子の平均粒径(nm)とする。
The average particle size of the Ti compound particles that make up the binder phase of the cBN sintered body has a great effect on the impact chipping resistance, crater wear resistance, and toughness of the cBN sintered body, but it also affects how cracks propagate. effect.
In the present invention, the Ti compound particles are coarse grains and the average grain size is 150 nm or more and 646 nm or less, so that the cBN sintered body has crater wear resistance and toughness. By suppressing the intragranular propagation and development of cracks caused by the presence of Al compound particles contained in Ti compound particles in the binder phase (preferably 5% by volume or more and 60% by volume or less). , Crack propagation resistance is improved, and chipping resistance is improved under cutting conditions where a high load acts on the cutting edge of the tool.
Here, if the average particle diameter of the Ti compound particles constituting the binder phase is less than 150 nm, the cracks will propagate and progress along the grain boundaries. Even so, the effect of suppressing the propagation and progress of cracks is reduced. On the other hand, when the average particle size of the Ti compound particles constituting the binder phase exceeds 500 nm, the grain boundaries are reduced, and the crack propagation can be bypassed. Since the effect of suppressing the propagation and progress of the cBN sintered body is reduced, it is preferable that the average particle size of the Ti compound particles constituting the binding phase of the cBN sintered body is 150 nm or more and 500 nm or less.
The average particle size of the Ti compound particles can be measured and calculated, for example, as follows.
First, a cross-sectional observation region of the cBN sintered body is observed using a crystal orientation analyzer attached to the TEM. More specifically, in order to observe the Ti compound particles in a transmission electron microscope, a piece polished to a thickness (50 nm) or less similar to the crystal grain size is set, and an electron beam accelerated to 200 kV is applied. Observation is performed in the range of 400 nm×500 nm by irradiating the section.
An analysis method for obtaining crystal orientation map data in the above range is as follows.
While precession irradiating the section with an electron beam inclined at 0.5 to 1.0 degrees, the electron beam is scanned at an arbitrary beam diameter and interval, and the electron beam diffraction pattern is continuously captured to perform individual measurements. Analyze the crystal orientation of a point. The diffraction pattern acquisition conditions used in this measurement are a camera length of 20 cm, a beam size of 2.2 nm, and a measurement step of 2.0 nm.
Next, the analysis method for distinguishing individual crystal grains from the obtained electron beam diffraction pattern is as follows.
First, when the crystal orientations of adjacent points of measurement points are separated by 5 degrees or more, it is defined as a grain boundary, and the portion other than the grain boundary is defined as a crystal grain, that is, a Ti compound particle.
This image is connected with 4 vertical × 4 horizontal images to form an image of 1600 nm long × 2000 nm wide, and the average particle size of the Ti compound particles is obtained in the same procedure as described above for obtaining the average particle size of the cBN particles. .
Such measurements and calculations are performed in a plurality of (three or more) observation areas, and the average value is taken as the average particle diameter (nm) of the Ti-based compound particles.

本発明に係るcBN焼結体の作製工程は、既述のように、従来のcBN焼結体の結合相形成用の原料粉末Aの作製工程(以下、「工程A」という)とは別に、Al化合物粒子をその粒内に内包したTi化合物粒子を含有する混合粉末Bを作製する工程(以下、「工程B」という)を新たに設けるとともに、混合粉末Aと混合粉末BとcBN粒子とを超音波法によって混合する工程(以下、「工程C」という)を設けたところを特徴とするものである。
図2とともに、それぞれの工程をより具体的に説明すれば、以下のとおりである。
≪工程A≫
図2の「従来工程(工程A)」として示すように、cBN焼結体の結合相形成成分であるTi化合物粉末、金属Al粉末およびAl粉末をボールミルで湿式混合し、乾燥・成型した後、1Pa以下の真空雰囲気中で800-1200℃の温度範囲(例えば、1000℃)で所定時間(例えば、30分)真空焼結する。
ボールミルによる湿式粉砕で所望の粒径(例えば、平均粒径100~1000nm)まで粉砕・乾燥させて、これを混合粉末Aとする。
≪工程B≫
図2の「Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子を作製する工程(工程B)」として示すように、例えば、メタル法により、Al化合物粒子を内包するTi化合物粉末を作製する。
具体的にいえば、図2において、Ti粉末をまず水素化して水素化チタンを作製し、これを粉砕した後、Al化合物粉末(例えば、Al粉末)とともにボールミルで混合し、スラリー溶液を得る。
得られたスラリー溶液を取り出し、乾燥させてから成形し、所定の焼結雰囲気中で800-1200℃の温度範囲(例えば、1000℃)で所定時間(例えば、30分)焼結する。
ここで、TiNを結合相主成分とするcBN焼結体を作製しようとする場合には、メタル法で知られているように、前記雰囲気を窒化処理雰囲気とすればよく、また、TiCを結合相主成分とする場合には、炭化処理雰囲気にすればよい。
なお、TiCNを結合相主成分とするcBN焼結体を作製しようとする場合には、例えば、前記メタル法で作製したTiN粉末とTiC粉末を混合し、真空雰囲気中において1800℃で熱処理することにより、TiCN粉末を合成することができる。
ついで、この焼結体を、再びボールミルなどで粉砕したのち分級することにより平均粒径100~1000nmのAl化合物を内包したTi化合物粒子からなる混合粉末Bを作製する。
≪工程C≫
図2の「工程C」として示すように、工程Aで作製した混合粉末Aと、工程Bで作製した混合粉末Bと、cBN焼結体の硬質相成分であるcBN粒子を、Al化合物(例えば、Al)を内包したTi化合物(例えば、TiN)粒子を壊さないように超音波法で混合し(なお、従来のボールミル法では、Al化合物を内包したTiN粒子を破壊する)、乾燥させ、その後、例えば、3~8GPaの圧力、かつ、1000~1800℃の温度範囲の焼結条件で所定時間高圧高温焼結する。
ここで、超音波法による混合条件は、例えば、スラリー濃度7wt%で出力180Wにより30秒ごとに15秒のインターバルをおいて15分間混合する。
As described above, the process of producing the cBN sintered body according to the present invention is, apart from the process of producing the raw material powder A for forming the binder phase of the conventional cBN sintered body (hereinafter referred to as "process A"), A step of producing mixed powder B containing Ti compound particles in which Al compound particles are encapsulated (hereinafter referred to as “step B”) is newly provided, and mixed powder A, mixed powder B and cBN particles are combined. It is characterized by providing a step of mixing by an ultrasonic method (hereinafter referred to as "step C").
A more specific description of each step with reference to FIG. 2 is as follows.
≪Step A≫
As shown as "conventional process ( process A)" in FIG . After that, vacuum sintering is performed for a predetermined time (eg, 30 minutes) at a temperature range of 800 to 1200° C. (eg, 1000° C.) in a vacuum atmosphere of 1 Pa or less.
A mixed powder A is obtained by wet pulverizing with a ball mill to a desired particle size (for example, an average particle size of 100 to 1000 nm) and drying.
≪Step B≫
As shown in FIG. 2 as "the step of producing Ti compound particles containing Al compound particles (process B)", a Ti compound powder containing Al compound particles is produced by, for example, a metal method.
Specifically, in FIG. 2, Ti powder is first hydrogenated to produce titanium hydride, which is pulverized and then mixed with Al compound powder (for example, Al 2 O 3 powder) in a ball mill to obtain a slurry solution. get
The obtained slurry solution is taken out, dried, molded, and sintered in a predetermined sintering atmosphere at a temperature range of 800-1200° C. (eg, 1000° C.) for a predetermined time (eg, 30 minutes).
Here, when trying to produce a cBN sintered body having TiN as the main component of the binder phase, as is known in the metal method, the atmosphere may be a nitriding atmosphere, and TiC is used as a binder. When it is used as a phase main component, a carbonization treatment atmosphere may be used.
In the case of producing a cBN sintered body having TiCN as the main component of the binder phase, for example, TiN powder and TiC powder produced by the metal method are mixed and heat-treated at 1800 ° C. in a vacuum atmosphere. can synthesize TiCN powder.
Next, the sintered body is pulverized again with a ball mill or the like and then classified to prepare a mixed powder B composed of Ti compound particles containing an Al compound and having an average particle size of 100 to 1000 nm.
≪Step C≫
As shown as "process C" in FIG. 2, the mixed powder A prepared in step A, the mixed powder B prepared in step B, and the cBN particles that are the hard phase component of the cBN sintered body are mixed with an Al compound (for example, , Al 2 O 3 ) are mixed by an ultrasonic method so as not to break the Ti compound (for example, TiN) particles (the conventional ball mill method destroys the TiN particles including the Al compound), and dried. Then, for example, high pressure and high temperature sintering is performed for a predetermined time under sintering conditions of a pressure of 3 to 8 GPa and a temperature range of 1000 to 1800°C.
Here, the mixing conditions for the ultrasonic method are, for example, a slurry concentration of 7 wt % and an output of 180 W, and mixing is performed for 15 minutes at intervals of 15 seconds every 30 seconds.

本発明では、前述のとおり、図2に示す工程Bにおいて、Al化合物粒子を粒内に内包したTiN粒子からなる混合粉末Bを別工程で作製し、工程Cにおいて、(工程Aで作製した)混合粉末Aと前記混合粉末BとcBN粒子を超音波法で混合した後、高圧高温焼結することによって、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在する結合相組織を備えたcBN焼結体を作製することができる。
そして、このような結合相組織を備えたcBN焼結体は、硬度、強度、耐熱性にすぐれるとともに、すぐれた靱性、すぐれた耐クラック伝播性を有する。
In the present invention, as described above, in step B shown in FIG. 2, a mixed powder B composed of TiN particles containing Al compound particles in the grains is produced in a separate step, and in step C, (produced in step A). After mixing the mixed powder A, the mixed powder B and cBN particles by an ultrasonic method, high pressure and high temperature sintering is performed to obtain a cBN sintered body having a binder phase structure in which Ti compound particles containing Al compound particles are present. can be made.
A cBN sintered body having such a binder phase structure has excellent hardness, strength and heat resistance, as well as excellent toughness and crack propagation resistance.

したがって、切削工具の切れ刃を、硬度、強度、耐熱性、靱性、耐クラック伝播性にすぐれる前記本発明のcBN焼結体で構成した場合には、高負荷が作用する合金鋼等の強断続切削加工等においても、クラックの伝播・進展に起因する欠損の発生を抑制することができ、その結果、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する切削工具を提供することができる。
本発明のcBN焼結体を切削工具材料として用いる場合には、例えば、cBN焼結体をWC基超硬合金製インサート本体のろう付け部(コーナー部)にろう付けし、必要に応じ、研磨加工、ホーニング加工を施すことにより、cBN焼結体を切れ刃とする所望のインサート形状をもった切削工具を作製することができる。
Therefore, when the cutting edge of a cutting tool is made of the cBN sintered body of the present invention, which is excellent in hardness, strength, heat resistance, toughness, and crack propagation resistance, it can be used as a strong material such as alloy steel, which is subjected to a high load. Even in interrupted cutting, it is possible to suppress the occurrence of chipping due to the propagation and development of cracks, and as a result, it is possible to provide a cutting tool that exhibits excellent cutting performance over long-term use.
When using the cBN sintered body of the present invention as a cutting tool material, for example, the cBN sintered body is brazed to the brazing part (corner part) of the WC-based cemented carbide insert body, and if necessary, polished. By applying processing and honing processing, a cutting tool having a desired insert shape with a cBN sintered body as a cutting edge can be produced.

本発明のcBN焼結体の結合相に分散して存在するTi化合物粒子に、Al化合物粒子が内包されているか否か、また、Al化合物粒子を内包しているTi化合物粒子の体積が、結合相の全体積に占める体積割合、さらに、Ti化合物粒子に内包されているAl化合物粒子の平均体積割合は、次のようにして求めることができる。
cBN焼結体の断面を試料厚みが100nm以下になるように研磨し、cBN焼結体の結合相領域をTEMにより観察する。ここで試料厚みを100nm以下にするのはTEM観察時に粒子が重なっていると内包された粒子か重なっただけの粒子か判断できなくなるからである。
観察倍率は、観察視野の対角線長が、求めたTi化合物粒子の平均粒径の10倍になるように調整し(観察倍率1)、Al化合物粒子を内包しているTi化合物粒子の結合相に対する含有量を測定する。Ti化合物粒子の平均粒径を求めるにあたり、Ti化合物粒子が少なくとも10個観察できる視野よりTi化合物粒子の粒径を算出し、その平均値とする。観察倍率1の観察倍率ではTi化合物粒子にAl化合物粒子が内包されているか正確に特定できないため、観察倍率をTi化合物粒子の外接円の直径が観察視野の対角線長の1/4倍以上になるように調整した視野(観察倍率2)において、Ti化合物粒子にAl化合物粒子が内包されているかの特定と内包された粒子の含有量の測定を行う。
図3(a)は、TiN粒子にAl粒子が内包された結合組織を有するcBN焼結体の断面のTEM観察の一例を示すが、Ti,Al,O,Nの元素マッピングを行い、2値化処理して得られたマッピング像(図3(b)~(e)参照)のTiとN、AlとOを重ね合わせて重なった部分をそれぞれTiNとAlとする。
TiN粒子に内包されたAl粒子においては、観察倍率2の重ね合わせた像から、TiNの連続している領域をTiN粒子であるとして、該TiN粒子の境界に接しておらず、かつ、TiN粒子の境界内に存在するAl粒子を特定し、これを、TiN粒子に内包されたAl粒子であると特定する。また、2値化処理した像から前記cBN粒子の体積を求めた測定方法と同様な測定方法で、TiN粒子とAl粒子の含有量を測定し、観察倍率1の視野内のTiN粒子に内包されているAl粒子の含有量を算出する。Al粒子を内包しているTiN粒子の結合相に対する含有量は、観察倍率1を用いて、前記2値化処理した像からAl粒子を内包しているTiN粒子のみを抽出し、前記cBN粒子の体積を求めた測定方法と同様な測定方法で、含有量を算出する。
2値化処理には画像処理ソフト『imageJ』を用いて、元素がある領域を黒として2値化処理を行った。また2値化処理した画像の重ね合わせ画像は、例えば、TiとNの画像を重ねる場合、Nの画像の白と黒の領域を反転させ、Tiの画像からNの画像を引くことで得られる。
Whether or not Al compound particles are included in the Ti compound particles dispersed in the bonding phase of the cBN sintered body of the present invention, and whether the volume of the Ti compound particles including Al compound particles is determined by the bonding The volume ratio of the phase to the total volume and the average volume ratio of the Al compound particles contained in the Ti compound particles can be obtained as follows.
A cross section of the cBN sintered body is polished so that the thickness of the sample becomes 100 nm or less, and the binder phase region of the cBN sintered body is observed by TEM. The reason why the thickness of the sample is set to 100 nm or less is that if the particles are overlapped during TEM observation, it is impossible to determine whether the particles are contained particles or just overlapped particles.
The observation magnification is adjusted so that the diagonal length of the observation field is 10 times the obtained average particle diameter of the Ti compound particles (observation magnification 1), and the binding phase of the Ti compound particles containing the Al compound particles is measured. Measure the content. In determining the average particle diameter of the Ti compound particles, the particle diameters of the Ti compound particles are calculated from a field of view in which at least 10 Ti compound particles can be observed, and the average value is used. At an observation magnification of 1, it is not possible to accurately identify whether Al compound particles are included in the Ti compound particles, so the observation magnification is adjusted so that the diameter of the circumscribed circle of the Ti compound particles is 1/4 or more times the diagonal length of the observation field. In the field of view (observation magnification 2) adjusted as above, it is determined whether the Al compound particles are included in the Ti compound particles and the content of the included particles is measured.
FIG. 3A shows an example of TEM observation of a cross section of a cBN sintered body having a bond structure in which Al 2 O 3 particles are included in TiN particles. , TiN and Al 2 O 3 are the overlapping portions of Ti and N and Al and O in the mapping images obtained by binarization (see FIGS. 3B to 3E), respectively.
In the Al 2 O 3 particles contained in the TiN particles, from the superimposed image at an observation magnification of 2, the continuous region of TiN is regarded as the TiN particle, and is not in contact with the boundary of the TiN particle, and , identify the Al 2 O 3 grains present within the boundaries of the TiN grains and identify them as Al 2 O 3 grains encapsulated in the TiN grains. In addition, the content of TiN particles and Al 2 O 3 particles was measured by the same measurement method as the measurement method for obtaining the volume of the cBN particles from the binarized image, and the TiN particles in the field of view at an observation magnification of 1 Calculate the content of Al 2 O 3 particles included in the . The content of TiN particles containing Al 2 O 3 particles in the binder phase was obtained by extracting only TiN particles containing Al 2 O 3 particles from the binarized image using an observation magnification of 1. Then, the content is calculated by the same measuring method as that for determining the volume of the cBN particles.
The image processing software "imageJ" was used for the binarization processing, and the binarization processing was performed by setting the region including the element to black. A superimposed image of binarized images is obtained by, for example, when superimposing the images of Ti and N, by inverting the white and black regions of the image of N and subtracting the image of N from the image of Ti. .

本発明のcBN焼結体は、結合相にTi化合物粒子を含み、しかも、該Ti化合物粒子のうちで、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在する結合相組織を有し、好ましくは、cBN焼結体の結合相の全体積に対して、前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の含有量が5体積%以上60体積%以下であり、また、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子に対するTi化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の含有量は、好ましくは、3体積%以上15体積%以下であることから、硬度、強度、耐熱性とともに靱性、耐クラック伝播性にもすぐれる。
したがって、切削工具の切れ刃部を、本発明のcBN焼結体で構成した場合には、高負荷が作用する合金鋼等の断続切削加工等において、クラックの伝播・進展等に起因する欠損の発生を抑制することができ、その結果、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
The cBN sintered body of the present invention contains Ti compound particles in the binder phase, and has a binder phase structure in which Ti compound particles containing Al compound particles are present among the Ti compound particles. The content of the Ti compound particles containing the Al compound particles is 5% by volume or more and 60% by volume or less with respect to the total volume of the binding phase of the cBN sintered body, and the Ti compound particles containing the Al compound particles The content of the Al compound particles contained in the Ti compound particles is preferably 3% by volume or more and 15% by volume or less, so that hardness, strength, heat resistance, toughness, and crack propagation resistance are excellent.
Therefore, when the cutting edge of a cutting tool is made of the cBN sintered body of the present invention, it is possible to prevent defects caused by crack propagation and development in intermittent cutting of alloy steel, etc., where high loads are applied. The occurrence can be suppressed, resulting in excellent cutting performance over long-term use.

従来法によるcBN焼結体の作製工程の一例を示す。An example of the manufacturing process of a cBN sintered body by a conventional method is shown. 本発明によるcBN焼結体の作製工程の一例を示す。An example of the production process of the cBN sintered body according to the present invention is shown. (a)は、本発明cBN焼結体のTEM像(観察倍率2)の一例を示し、(b)~(e)は、それぞれ、Al、N、O、Tiについての2値化処理後のマッピング像を示す。(a) shows an example of a TEM image (observation magnification of 2) of the cBN sintered body of the present invention, and (b) to (e) are respectively Al, N, O, Ti after binarization treatment A mapping image is shown.

以下に、本発明のcBN焼結体を実施例に基づいて説明する。 The cBN sintered body of the present invention will be described below based on examples.

以下に示す工程A~Cによって、本発明のcBN焼結体を作製した。
≪工程A≫
cBN焼結体の結合相の原料粉末として、5~50μmの範囲内の平均粒径を有するTi化合物(表1の種別参照)粉末、金属Al粉末、Al粉末を用意し、これらの原料粉末をボールミル中で湿式混合し、乾燥した後、成形体を作製した。
この成形体を、1Pa以下の真空中で、1000℃で30分間保持して真空焼結した。
ついで、この焼結体を、ボールミル中で湿式粉砕し、乾燥することにより、平均粒径
150~700nmの混合粉末Aを作製した(図2の「工程A」参照)。
なお、上記工程Aおよび後記する工程Bにおけるボールミルでの混合あるいは粉砕は、超硬合金製ポットに、超硬合金製ボールと有機溶剤とともに被処理粉末を封入して混合あるいは粉砕を行った。
≪工程B≫
上記工程Aとは別工程の工程Bで、次のとおり、原料粉末Bを作製した。
まず、Ti粉末を水素化して水素化Ti粉末を作製し、これをAl化合物(表1の種別参照)粉末と混合し、この混合粉末をNガス雰囲気中で窒化処理し、Al化合物粒子を内包するTiN粒子を作製した。同様に混合粉末を炭化処理し、Al化合物粒子を内包するTiC粒子を作製した。
また、Al化合物粒子を内包するTiN粒子とAl化合物粒子を内包するTiC粒子をそれぞれ作製した後、これを混合粉末とし、これを、1800℃の真空中で熱処理することにより、Al化合物粒子を内包するTiCN粒子を作製した。
次いでこの混合粉末をボールミル中で湿式粉砕し、乾燥し、ついで、遠心分離を行い、粒径が150~700nmの粉末を採取し、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子を含有する混合粉末Bを作製した(図2の「工程B」参照)。
≪工程C≫
工程Aで作製した前記混合粉末Aと、工程Bで作製した前記混合粉末Bと、平均粒径3μmのcBN粒子を、cBN含有量が50vol%になるように配合し、例えば、スラリー濃度7wt%で出力180Wにより30秒ごとに15秒のインターバルをおいて15分間混合するという条件の超音波法で混合し、乾燥させ、その後、3~6GPaの圧力、かつ、1000~1600℃の温度範囲の焼結条件として、6GPaかつ1500℃で高圧高温焼結することによって、表1に示す本発明のcBN焼結体1~9(「実施例1~9」という)を作製した(図2の「工程C」参照)。
A cBN sintered body of the present invention was produced by steps A to C shown below.
≪Step A≫
As raw material powders for the binder phase of the cBN sintered body, Ti compound (see type in Table 1) powder, metal Al powder, and Al 2 O 3 powder having an average particle size in the range of 5 to 50 μm were prepared. Raw material powders were wet-mixed in a ball mill, dried, and then molded.
This compact was vacuum sintered by holding it at 1000° C. for 30 minutes in a vacuum of 1 Pa or less.
Next, this sintered body was wet pulverized in a ball mill and dried to prepare a mixed powder A having an average particle size of 150 to 700 nm (see "Step A" in Fig. 2).
The mixing or pulverization in the ball mill in the above step A and step B described later was carried out by enclosing the powder to be treated together with the cemented carbide balls and the organic solvent in a pot made of cemented carbide and then mixing or pulverizing.
≪Step B≫
In step B, which is a separate step from step A, raw material powder B was prepared as follows.
First, Ti powder is hydrogenated to produce hydrogenated Ti powder, which is mixed with Al compound (see type in Table 1) powder, and this mixed powder is nitrided in a N2 gas atmosphere to obtain Al compound particles. TiN particles to be encapsulated were produced. Similarly, the mixed powder was carbonized to produce TiC particles containing Al compound particles.
Further, after TiN particles encapsulating Al compound particles and TiC particles encapsulating Al compound particles are prepared respectively, this is made into a mixed powder, and this is heat-treated in a vacuum at 1800 ° C. to encapsulate Al compound particles. TiCN particles were produced.
Next, this mixed powder is wet-pulverized in a ball mill, dried, and then centrifuged to collect a powder having a particle size of 150 to 700 nm to obtain a mixed powder B containing Ti compound particles encapsulating Al compound particles. (See “Step B” in FIG. 2).
≪Step C≫
The mixed powder A prepared in step A, the mixed powder B prepared in step B, and cBN particles having an average particle size of 3 μm are blended so that the cBN content is 50 vol%, for example, the slurry concentration is 7 wt%. Mix by an ultrasonic method under the condition that the output is 180 W and mix for 15 minutes at intervals of 15 seconds every 30 seconds. As sintering conditions, high pressure and high temperature sintering was performed at 6 GPa and 1500 ° C. to produce cBN sintered bodies 1 to 9 (referred to as "Examples 1 to 9") of the present invention shown in Table 1 (" Process C”).

比較のために、以下の従来工程(図1の「工程A」参照)により、比較例のcBN焼結体1~5(「比較例1~5」という)を作製した。
まず、Ti化合物(表1の種別参照)粉末、金属Al粉末、Al粉末を用意し、これらの原料粉末をボールミル中で湿式混合し、乾燥した後、成形体を作製した。
この成形体を、1Pa以下の真空中で、1000℃で30分間保持して真空焼結した。
ついで、この焼結体を、ボールミル中で湿式粉砕し、乾燥することにより、平均粒径0.3~0.9μmの混合粉末(便宜上、この粉末を「混合粉末A」とよぶ)を作製した。
この混合粉末Aと平均粒径3μmのcBN粒子を、cBN含有量が50vol%になるようにボールミルで混合し、乾燥させ、その後、3~6GPaの圧力、かつ、1000~1600℃の温度範囲の焼結条件で高圧高温焼結することによって、表に示す比較例1~を作製した。
即ち、比較例1~5の製法は、本発明焼結体1~9の製法における前記工程Bを設けていない点、cBN粒子との混合を超音波法ではなくボールミルで行っている点で異なっている。
For comparison, comparative cBN sintered bodies 1 to 5 (referred to as “Comparative Examples 1 to 5”) were produced by the following conventional steps (see “Step A” in FIG. 1).
First, Ti compound (see type in Table 1) powder, metal Al powder, and Al 2 O 3 powder were prepared, and these raw material powders were wet-mixed in a ball mill, dried, and then formed into a compact.
This compact was vacuum sintered by holding it at 1000° C. for 30 minutes in a vacuum of 1 Pa or less.
Next, this sintered body was wet pulverized in a ball mill and dried to prepare a mixed powder having an average particle size of 0.3 to 0.9 μm (for convenience, this powder will be referred to as “mixed powder A”). .
This mixed powder A and cBN particles having an average particle size of 3 μm are mixed in a ball mill so that the cBN content is 50 vol%, dried, and then subjected to a pressure of 3 to 6 GPa and a temperature range of 1000 to 1600 ° C. Comparative Examples 1 to 5 shown in Table 1 were produced by high pressure and high temperature sintering under sintering conditions.
That is, the manufacturing methods of Comparative Examples 1 to 5 are different in that the step B in the manufacturing method of the sintered bodies 1 to 9 of the present invention is not provided, and the mixing with cBN particles is performed by a ball mill instead of an ultrasonic method. ing.

上記で作製した実施例1~9および比較例1~5においては、結合相の切削性能への影響を評価しやすくするために、cBN粒子の平均粒径を3μmの一定とし、また、cBN粒子の含有割合は50体積%と少なめにして、結合相の含有割合を高めている。
しかし、cBN粒子の平均粒径および含有割合については、上記に限定されるものではなく、各種の値をとることができる。
なお、cBN焼結体におけるcBN粒子の平均粒径(μm)、cBN粒子の含有割合(vol%)は、次のようにして算出した。
cBN粒子の平均粒径については、cBN焼結体の断面組織を走査型電子顕微鏡(SEM)にて観察して、二次電子像を得て、得られた画像内のcBN粒子の部分を画像処理にて抜き出し、画像解析より求めた各粒子の最大長を求め、それを各粒子の直径とし各粒子が理想球であると仮定しての体積を計算した。
少なくとも3画像から求めたcBN粒子の直径の平均値をcBNの平均粒径(μm)として、cBN粒子の体積%を算出した。なお、画像処理に用いる観察領域は、15μm×15μmが好適である。
また、実施例では焼結条件を6GPa1500℃と一定にしているが、焼結条件によって切削性能の優劣は変化しない。
In Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 prepared above, in order to facilitate evaluation of the influence of the binder phase on the cutting performance, the cBN particles had a constant average particle size of 3 μm. The content of the binder phase is increased to 50% by volume.
However, the average particle size and content of the cBN particles are not limited to the above, and can take various values.
The average particle diameter (μm) of the cBN particles in the cBN sintered body and the content ratio (vol %) of the cBN particles were calculated as follows.
Regarding the average particle size of the cBN particles, the cross-sectional structure of the cBN sintered body is observed with a scanning electron microscope (SEM) to obtain a secondary electron image, and the cBN particles in the obtained image are imaged. Extracted in the process, the maximum length of each particle obtained by image analysis was obtained, and the diameter of each particle was assumed to be the diameter of each particle, and the volume was calculated assuming that each particle was an ideal sphere.
The volume % of cBN particles was calculated using the average value of the diameters of cBN particles obtained from at least three images as the average particle size (μm) of cBN. The observation area used for image processing is preferably 15 μm×15 μm.
In addition, although the sintering conditions are constant at 6 GPa and 1500° C. in the examples, the superiority or inferiority of the cutting performance does not change depending on the sintering conditions.

Ti化合物粒子の平均粒径の測定・算出は、以下のようにして行った。
まず、cBN焼結体の断面の観察領域を、TEMに付属する結晶方位解析装置を用いて観察する。より具体的に言えば、透過型電子顕微鏡にTi化合物粒子を観察するために結晶粒径と同程度の厚さ(50nm)以下に研磨された切片をセットし、200kVに加速された電子線を前記切片に照射することで、400nm×500nmの範囲で観察を行う。
次に、以下のようにして、前記の範囲で結晶方位のマップデータを得た。
前記の切片に、0.5~1.0度に傾けた電子線をPrecession照射しながら、電子線を任意のビーム径及び間隔でスキャンし、連続的に電子線回折パターンを取り込み、個々の測定点の結晶方位を解析する。なお、本測定に用いた回折パターンの取得条件は、カメラ長20cm、ビームサイズ2.2nmで、測定ステップは2.0nmである。
次に、得られた電子線回折パターンから個々の結晶粒を判別するための解析方法は、以下の通りである。
まず、測定点の隣接点同士の結晶方位が5度以上離れている場合に粒界とし、粒界以外の部分を結晶粒、つまりTi化合物粒子と定義した。
この画像を縦4枚×横4枚で連結させて縦1600nm×横2000nmの画像とし、cBN粒子の平均粒径を求めるための前述の手順と同様の手順でTi化合物粒子の平均粒径を求めた。
このような測定・算出を複数(3箇所以上)の観察領域で実施し、その平均値を、Ti系化合物粒子の平均粒径(nm)とした。
The measurement and calculation of the average particle size of the Ti compound particles were performed as follows.
First, a cross-sectional observation region of the cBN sintered body is observed using a crystal orientation analyzer attached to the TEM. More specifically, in order to observe the Ti compound particles in a transmission electron microscope, a piece polished to a thickness (50 nm) or less similar to the crystal grain size is set, and an electron beam accelerated to 200 kV is applied. Observation is performed in the range of 400 nm×500 nm by irradiating the section.
Next, map data of crystal orientation was obtained in the above range as follows.
While precession irradiating the section with an electron beam inclined at 0.5 to 1.0 degrees, the electron beam is scanned at an arbitrary beam diameter and interval, and the electron beam diffraction pattern is continuously captured to perform individual measurements. Analyze the crystal orientation of a point. The diffraction pattern acquisition conditions used for this measurement are a camera length of 20 cm, a beam size of 2.2 nm, and a measurement step of 2.0 nm.
Next, the analysis method for distinguishing individual crystal grains from the obtained electron beam diffraction pattern is as follows.
First, when the crystal orientations of adjacent points of measurement points are separated by 5 degrees or more, it is defined as a grain boundary, and the portion other than the grain boundary is defined as a crystal grain, that is, a Ti compound particle.
This image is connected with 4 vertical × 4 horizontal images to form an image of 1600 nm long × 2000 nm wide, and the average particle size of the Ti compound particles is obtained in the same procedure as described above for obtaining the average particle size of the cBN particles. rice field.
Such measurements and calculations were performed in a plurality of (three or more) observation areas, and the average value was taken as the average particle size (nm) of the Ti-based compound particles.

また、結合相におけるAl化合物粒子を内包するTi化合物粒子の特定、cBN焼結体の結合相に対するAl化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合の測定、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子に対する、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の体積割合の測定は、次のように行った。
cBN焼結体の断面を試料厚みが100nm以下になるように研磨し、cBN焼結体の結合相領域をTEMにより観察した。ここで試料厚みを100nm以下にしたのはTEM観察時に粒子が重なっていると内包した粒子か重なっただけの粒子か判断できなくなるからである。
観察倍率は、観察視野の対角線長が、求めたTi化合物粒子の平均粒径の10倍になるように調整し(観察倍率1)、Al化合物粒子を内包しているTi化合物粒子の結合相に対する含有量を測定した。ただし、この観察倍率1の観察倍率ではTi化合物粒子にAl化合物粒子が内包されているか正確に特定できないため、観察倍率をTi化合物粒子の外接円の直径が観察視野の対角線長の1/4倍以上になるように調整した視野(観察倍率2)において、Ti化合物粒子にAl化合物粒子が内包されているかの特定と内包された粒子の含有量の測定をTEM観察で行った。
例えば、Ti化合物粒子がTiNであり、また、Al化合物粒子がAlの場合には、TEM観察でTi,Al,O,Nの元素マッピングを行い、2値化処理して得られたマッピング像のTiとN、AlとOを重ね合わせて重なった部分をそれぞれTiNとAlとした。TiN粒子に内包されたAl粒子においては、観察倍率2の重ね合わせた像から、TiNの連続している領域をTiN粒子であるとして、該TiN粒子の境界に接しておらず、かつ、TiN粒子の境界内に存在するAl粒子を特定し、これを、TiN粒子に内包されたAl粒子であると特定した。
また、2値化処理した像から前記cBN粒子の体積割合を求めた測定方法と同様な測定方法で、Al粒子とTiN粒子の体積割合を測定し、観察倍率1の視野内のTiN粒子に内包されているAl粒子の体積割合を算出した。Al粒子を内包しているTiN粒子の結合相に対する体積割合は、観察倍率1を用いて、前記2値化処理した像からAl粒子を内包しているTiN粒子のみを抽出し、前記cBN粒子の体積を求めた測定方法と同様な測定方法で、体積割合を算出した。
表1に、これらの値を示す。
In addition, identification of Ti compound particles containing Al compound particles in the binder phase, measurement of the volume ratio of Ti compound particles containing Al compound particles to the binding phase of the cBN sintered body, and Ti compound particles containing Al compound particles , the volume ratio of the Al compound particles included in the Ti compound particles was measured as follows.
The cross section of the cBN sintered body was polished so that the thickness of the sample became 100 nm or less, and the binder phase region of the cBN sintered body was observed by TEM. The reason why the thickness of the sample is set to 100 nm or less is that if the particles overlap during TEM observation, it is impossible to determine whether the particles are contained particles or just overlapped particles.
The observation magnification is adjusted so that the diagonal length of the observation field is 10 times the obtained average particle diameter of the Ti compound particles (observation magnification 1), and the binding phase of the Ti compound particles containing the Al compound particles is measured. Content was measured. However, at this observation magnification of 1, since it is not possible to accurately identify whether Al compound particles are included in the Ti compound particles, the observation magnification is set so that the diameter of the circumscribed circle of the Ti compound particles is 1/4 times the diagonal length of the observation field of view. In the field of view adjusted as above (observation magnification 2), TEM observation was performed to determine whether Al compound particles were included in the Ti compound particles and to measure the content of the included particles.
For example, when the Ti compound particles are TiN and the Al compound particles are Al 2 O 3 , elemental mapping of Ti, Al, O, and N is performed by TEM observation, and binarization is performed. The overlapped portions of the mapping images of Ti and N and Al and O were defined as TiN and Al 2 O 3 , respectively. In the Al 2 O 3 particles contained in the TiN particles, from the superimposed image at an observation magnification of 2, the continuous region of TiN is regarded as the TiN particle, and is not in contact with the boundary of the TiN particle, and , identified Al 2 O 3 particles present within the boundaries of the TiN grains, which were identified as Al 2 O 3 grains encapsulated within the TiN grains.
In addition, the volume ratio of Al 2 O 3 particles and TiN particles was measured by the same measurement method as the measurement method for obtaining the volume ratio of the cBN particles from the binarized image, and the TiN in the field of view at an observation magnification of 1 The volume ratio of Al 2 O 3 particles included in the particles was calculated. The volume ratio of the TiN particles encapsulating Al 2 O 3 particles to the binder phase is obtained by extracting only the TiN particles encapsulating Al 2 O 3 particles from the binarized image using an observation magnification of 1. Then, the volume ratio was calculated by the same measurement method as that for determining the volume of the cBN particles.
Table 1 shows these values.

ついで、前記実施例1~9および比較例1~5の焼結体上下面をダイヤモンド砥石を用いて研磨し、ワイヤー放電加工装置にて分割し、さらに、Co:5質量%、TaC:5質量%、WC:残りの組成およびISO規格CNGA120408の形状をもったWC基超硬合金製インサート本体のろう付け部(コーナー部)に、質量%で、Cu:26%、Ti:5%、Ag:残りからなる組成を有するAg合金のろう材を用いてろう付けし、さらに上下面および外周研磨、ホーニング加工を施すことによりISO規格CNGA120408のインサート形状をもった本発明のcBN焼結体切削工具1~9および比較例のcBN焼結体切削工具1~5をそれぞれ作製した。 Next, the upper and lower surfaces of the sintered bodies of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were polished using a diamond grindstone, divided by a wire electric discharge machine, and further Co: 5% by mass and TaC: 5% by mass. %, WC: Cu: 26%, Ti: 5%, Ag: 26%, Ti: 5%, and Ag: The cBN sintered cutting tool 1 of the present invention having an insert shape conforming to ISO standard CNGA120408 is obtained by brazing with an Ag alloy brazing material having a composition consisting of the remainder, polishing the upper and lower surfaces and the outer circumference, and performing honing. 9 and cBN sintered cutting tools 1 to 5 of comparative examples were produced.

つぎに、前記各種の切削工具を、いずれも工具鋼製バイトの先端部に固定治具にてネジ止めした状態で、各工具について、以下に示す切削条件で乾式強断続切削加工試験を実施し、cBN焼結体の刃先が欠損するまでの衝撃回数を調べ、靱性、耐クラック伝播性の良否を評価した。
切削条件:
被削材:JIS・SCr420の(HRC58-62)丸棒(ただし、被削材の軸方向に等間隔で4本のスリットあり)
切削速度: 240 m/min、
送り量:0.15mm/rev、
切込量:0.10mm
条件:乾式
上記の乾式強断続切削加工試験において、切削工具の切れ刃がチッピングを発生するまでの断続回数(衝撃回数)あるいは欠損発生により寿命に至るまでの断続回数(衝撃回数)を工具寿命とし、断続回数300回毎に刃先を観察し、刃先の状態を確認した。
表1に、本発明のcBN焼結体切削工具1~9および比較例のcBN焼結体切削工具1~5の切削試験結果を示す。
Next, each of the various cutting tools described above was screwed to the tip of the tool steel bit with a fixing jig, and each tool was subjected to a dry heavy interrupted cutting test under the following cutting conditions. , the number of impacts until the cutting edge of the cBN sintered body was chipped, and the toughness and crack propagation resistance were evaluated.
Cutting conditions:
Work material: JIS SCr420 (HRC58-62) round bar (However, there are 4 slits at equal intervals in the axial direction of the work material)
Cutting speed: 240 m/min,
feed amount: 0.15mm/rev,
Cutting depth: 0.10mm
Condition: Dry In the above dry heavy interrupted cutting test, the number of interruptions (number of impacts) until chipping occurs on the cutting edge of the cutting tool or the number of interruptions (number of impacts) until the tool life expires due to chipping is defined as the tool life. , and the state of the cutting edge was confirmed by observing the cutting edge every 300 times of interruption.
Table 1 shows the cutting test results of cBN sintered cutting tools 1 to 9 of the present invention and cBN sintered cutting tools 1 to 5 of comparative examples.

Figure 0007161670000001
Figure 0007161670000001

表1に示されるように、本発明のcBN焼結体切削工具1~9はいずれも、切れ刃を構成するcBN焼結体の靱性、耐クラック伝播性に優れるため、チッピングの発生はみられるものの、欠損にまでは至らず、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
特に、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合が5体積%以上60体積%以下、かつ、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の体積割合が3体積%以上15体積%以下、さらに、Ti化合物粒子の平均粒径が150nm以上500nm以下である実施例1~5においては、寿命に至るまでの衝撃回数が際立って多く、長寿命であることが分かる。
As shown in Table 1, the cBN sintered body cutting tools 1 to 9 of the present invention are all excellent in toughness and crack propagation resistance of the cBN sintered body constituting the cutting edge, so chipping is observed. However, it does not break and exhibits excellent cutting performance over long-term use.
In particular, the volume ratio of the Ti compound particles containing the Al compound particles is 5% by volume or more and 60% by volume or less, and the volume ratio of the Al compound particles contained in the Ti compound particles is 3% by volume or more and 15% by volume or less, and further In Examples 1 to 5, in which the average particle size of the Ti compound particles was 150 nm or more and 500 nm or less, the number of impacts until reaching the end of life was remarkably large, indicating a long life.

これに対して、比較例のcBN焼結体切削工具1~5においては、cBN焼結体の靱性、耐クラック伝播性が劣るため、欠損の発生により、短期間で寿命に至ることが明らかである。
特に、比較例1、2、4、5は、Ti化合物の平均粒径が本発明で好ましいとされる150nm以上500nm以下の範囲内であるにもかかわらず、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在しないため、靱性、耐クラック伝播性が劣り、このため、欠損により短時間で寿命に至っていることが分かる。
On the other hand, in the cBN sintered cutting tools 1 to 5 of the comparative examples, since the toughness and crack propagation resistance of the cBN sintered body are inferior, it is clear that the life is shortened due to the occurrence of defects. be.
In particular, in Comparative Examples 1, 2, 4, and 5, although the average particle diameter of the Ti compound is within the range of 150 nm or more and 500 nm or less, which is preferable in the present invention, Ti compound particles containing Al compound particles It can be seen that the toughness and crack propagation resistance are inferior due to the absence of , and therefore the life is shortened due to chipping.

上述のように、この発明のcBN焼結体は、硬度、強度、耐熱性とともに耐クラック伝播性、靱性にもすぐれる。したがって、例えば、切れ刃に高負荷が作用するcBN製切削加工用工具として用いた場合に、チッピング、欠損等の耐異常損傷性にすぐれ、長期の使用にわたってすぐれた切削性能を発揮する。
As described above, the cBN sintered body of the present invention is excellent in hardness, strength, heat resistance, crack propagation resistance and toughness. Therefore, for example, when used as a cBN cutting tool in which a high load acts on the cutting edge, it exhibits excellent resistance to abnormal damage such as chipping and breakage, and exhibits excellent cutting performance over a long period of use.

Claims (6)

立方晶窒化ほう素粒子と結合相からなる立方晶窒化ほう素基焼結体において、前記結合相は平均粒径が150nm以上646nm以下のTi化合物粒子を含み、しかも、該Ti化合物粒子のうちで、Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子が存在する結合相組織を有することを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結体。 In a cubic boron nitride-based sintered body composed of cubic boron nitride particles and a binder phase, the binder phase contains Ti compound particles having an average particle size of 150 nm or more and 646 nm or less , and moreover, among the Ti compound particles, A cubic boron nitride-based sintered body characterized by having a binder phase structure in which Ti compound particles containing Al compound particles are present. 立方晶窒化ほう素焼結体の結合相の全体積に対して、前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子の体積割合が5体積%以上60体積%以下であることを特徴とする請求項1に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。 2. The method according to claim 1, wherein the volume ratio of the Ti compound particles containing the Al compound particles is 5% by volume or more and 60% by volume or less with respect to the total volume of the binding phase of the cubic boron nitride sintered body. The cubic boron nitride-based sintered body described above. 前記Al化合物粒子を内包するTi化合物粒子に対する、Ti化合物粒子に内包されるAl化合物粒子の体積割合は、3体積%以上15体積%以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。 3. The volume ratio of the Al compound particles contained in the Ti compound particles to the Ti compound particles containing the Al compound particles is 3% by volume or more and 15% by volume or less. A cubic boron nitride-based sintered body. 前記Ti化合物粒子は、平均粒径が150nm以上500nm以下であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか一項に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。 The cubic boron nitride-based sintered body according to any one of claims 1 to 3, wherein the Ti compound particles have an average particle size of 150 nm or more and 500 nm or less. 前記Ti化合物粒子は、TiN粒子であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか一項に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体。 5. The cubic boron nitride-based sintered body according to claim 1, wherein said Ti compound particles are TiN particles. 切削工具の切れ刃が、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の立方晶窒化ほう素基焼結体から構成されていることを特徴とする立方晶窒化ほう素基焼結体製切削工具。 Cutting made of cubic boron nitride-based sintered body, characterized in that the cutting edge of the cutting tool is composed of the cubic boron nitride-based sintered body according to any one of claims 1 to 5 tool.
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