JPH0122233B2

JPH0122233B2 -

Info

Publication number: JPH0122233B2
Application number: JP59219490A
Authority: JP
Inventors: Tadahiko Watanabe; Kazuhisa Shobu; Takeshi Michitsu; Senzo Hayashi; Shinichi Kono; Kusuhiko Sakagami
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1989-04-25
Also published as: JPS6197169A

Description

【発明の詳細な説明】

産業上の利用分野本発明は、切削工具材料、特に木工用切削工具
材料として好適な、強じん性を有する新規金属ホ
ウ化物基超硬耐熱材料に関するものである。従来の技術これまで、切削工具材料としては、主としてタ
ングステンカーバイトが用いられてきたが、最近
資源的に原料不足の傾向があるため、これに代わ
るべき材料として金属ホウ化物、例えば二ホウ化
チタン焼結体が注目を浴びるようになつてきた。ところで、この金属ホウ化物焼結体は、耐熱
性、耐酸化性、高温における強度及び硬度が優
れ、資源的にも入手しやすいものであるが、焼結
性に難点がある上に、切削工具とするには強度が
低いという欠点がある。本発明者らは、このような金属ホウ化物焼結体
の焼結性及び抗折強度を向上させるために、先に
種々の結合剤を配合することを提案し（特公昭56
−41690号公報、特公昭56−45984号公報、特開昭
54−72779号公報、特開昭56−23246号公報、特開
昭56−32379号公報）、それぞれある程度の効果を
得たが、さらに耐熱性、硬度、抗折強度を高める
ために研究を続け、Ti、Cr、Ｖ、Ta、Nb、
Mn、Mo、Hf、Al、Zrなどの金属の一ホウ化
物、二ホウ化物の中から選ばれた少なくとも１種
と結合剤用金属化合物の少なくとも１種とを基本
成分とし、これに金属炭化物及び金属窒化物の中
から選ばれた添加剤を配合し、焼結したものが、
さらに優れた物性を示すことを見出した（特開昭
57−42578号公報）。しかしながら、このものは、金属用切削工具と
しては、満足しうる物性を示すが、木工切削用と
しては、じん性が不足し、満足しうるものとはい
えない。発明が解決しようとする問題点本発明の目的は、高い硬度、破壊じん性、耐熱
性を示すとともに、さらに優れた強じん性を有す
る、一般の切削工具材料としてはもちろん、木工
用切削工具材料としても適したホウ化金属基超硬
耐熱材料を提供することである。問題点を解決するための手段本発明者らは、ホウ化金属基超硬耐熱材料に強
じん性を付与することによつて鋭意研究を重ねた
結果、意外にも炭窒化チタンの配合が有効である
ことを見出し、この知見に基づいて本発明をなす
に至つた。すなわち、本発明は、(A)TiB₂、CrB₂、VB₂、
TaB₂、NbB₂、MnB₂、MoB₂、HfB₂、YB₂、
AlB₂、MgB₂、ZrB₂、CrB、VB、TaB、NbB、
MoB、HfB、YB、AlB、MgB、W₂B₅及び
Mo₂B₅の中から選ばれた少なくとも１種と(B)ホ
ウ化コバルト、ホウ化ニツケル、ホウ化鉄、リン
化ニツケル、リン化コバルトよりなる群の中から
選ばれた結合剤用金属化合物の少なくとも１種と
を基本成分として、これに(C)炭素と窒素との原子
比Ｃ／Ｎが１／９よりも大きく９よりも小さい範
囲にある炭窒化チタンを全量当り0.01重量％を超
える量で、及び所望に応じ炭素又はホウ素を全量
当り10重量％以下の量で添加した混合物の焼結体
から成る強じん性金属ホウ化物基超硬耐熱材料を
提供するものである。本発明の主成分である(A)成分は、TiB₂、
CrB₂、VB₂、TaB₂、NbB₂、MnB₂、MoB₂、
HfB₂、YB₂、AlB₂、MgB₂、ZrB₂などの金属二
ホウ化物、CrB、VB、TaB、NbB、MoB、
HfB、YB、AlB、MgBなどの金属一ホウ化物、
W₂B₅、Mo₂B₅などの金属五二ホウ化物の中から
選ばれた金属ホウ化物である。これらは、単独で
用いてもよいし、また２種以上組み合せて用いて
もよいが、特に好適なのは前記の金属二ホウ化物
と金属一ホウ化物又は金属五二ホウ化物の組み合
せである。次に、(B)成分として用いられる結合剤用金属化
合物は、これまでの金属ホウ化物基焼結体の結合
剤として通常使用されているものであつて、例え
ばCoB、Co₂B、Co₃Bのようなホウ化コバルト、
NiB、Ni₂B、Ni₃B、Ni₄B₃のようなホウ化ニツ
ケル、FeB、Fe₂Bのようなホウ化鉄、Ni₂P、
Ni₅P、NiP₂、非晶質Ni−Ｐのようなリン化ニツ
ケル、Co₃P、Co₅P、Co₂P、CoP₂、非晶質Co−
Ｐのようなリン化コバルトなどがある。特に好適
なのは、CoB、Ni₄B₃、NiB、FeB、Ni−Ｐ化合
物、Co−Ｐ化合物であるこれらは単独で用いて
もよいし、また２種以上組み合わせて用いてもよ
い。この結合剤用金属化合物の添加量は、原料組成
物全量に基づき0.01〜30重量％の範囲で選ばれ
る。この量が0.01重量％未満又は30重量％よりも
多い場合には、炭窒化チタンを添加しても、十分
なじん性が得られない。本発明においては、前記した(A)成分と(B)成分と
から成る基本成分に炭窒化チタンを添加すること
が必要である。この炭窒化チタンとしては炭素と窒素の原子比
Ｃ／Ｎが１よりも大きく、９より小さいものが用
いられる。この原子比Ｎ／Ｃが１／９以下のもの
を用いると窒化チタンを添加した場合と同じよう
な結果になるし、またこの原子比Ｃ／Ｎが９以上
のものを用いると炭化チタンを添加した場合と同
じような結果になり、いずれもじん性の改良はな
されない。この炭窒化チタンは単独で用いてもよ
いし、２種以上の混合物で用いてもよい。この炭
窒化チタンは全量当り0.01重量％を超える量で用
いる必要があり、これよりも少ない量では、じん
性の改良が不十分になる。また、この量の上限は
80重量％までであり、これよりも多くするとち密
な焼結体が得られなかつたり、強度が著しく低下
する。本発明においては、前記した(A)ないし(C)成分に
加えて、さらに焼結中に不足した炭素やホウ素を
補うために、炭素又はホウ素を配合することがで
きる。このものは、全量に基づき10重量％以下の
割合で用いられる。これよりも多い量にすると焼
結体中に遊離炭素や遊離ホウ素が含まれ、物性劣
化の原因になる。本発明の耐熱材料は、前記した各成分を平均粒
径2μｍ以下、好ましくは1μｍ以下の微粉状で混
合しこれまで知られている金属ホウ化物基耐熱材
料の場合と同じような方法によつて製造すること
ができる。例えば原料粉末混合物を、型に充てんして0.5
〜10ton／cm²程度のプレス圧により冷間圧縮し、
次いでラバープレスによりさらに0.5〜10ton／cm²
程度の静水圧で成形する。もちろんどちらか一方
で成形してもよいし、また泥漿法により成形して
もよい。次に、このようにして得られた圧粉体を
真空中又はアルゴン、水素、二酸化炭素ガスなど
非酸化性雰囲気中において、1300〜2000℃、好ま
しくは1400〜1700℃の温度で30〜300分間焼結す
る。さらに必要であれば、熱間静水圧焼成法によ
りアルゴンガスなどによる2ton／cm²以下程度の圧
力のもとで1200〜1700℃で５〜300分間焼結する。
この際、圧粉体を金属罐中に入れることにより普
通焼結過程を省略することもできる。また、別の方法によると、原料粉末混合物を例
えば黒鉛型などの型に充てんしたのち、真空中又
はアルゴン、水素、二酸化炭素ガスなどの中性若
しくは還元性雰囲気中において、ダイ圧力50〜
300Kg／cm²、温度1300〜2000℃、好ましくは1400
〜1800℃の条件で、10〜200分間加熱焼結する、
いわゆるホツトプレス法を用いて焼結する。このようにして、各種切削工具として好適な超
硬耐熱材料が得られる。発明の効果本発明によると、穏やかな焼結条件により、切
削工具用、特に木工切削工具用として好適な高硬
度、高強度でしかも強じん性を備えたち密な金属
ホウ化物基超硬耐熱材料が得られる。実施例次に実施例により本発明をさらに詳細に説明す
る。例１ TiB₂粉末を主体とし、これに全量当り６重量
％のTaB₂粉末と２重量％のCoB粉末と、種々の
割合のTiC_0.5N_0.5粉末とを配合した原料混合物
を、冷間圧縮により成形したのち、真空焼結炉に
入れ、1550℃で90分間焼成し、さらに熱間静水圧
焼結炉（以下H.I.Pと略記する）を用いて1500℃、
1000Kg／cm²の条件下で40分間処理した。このようにして、高密度でじん性の優れた耐熱
材料が得られた。この結果を第１表に示す。なお
比較のために、炭窒化チタンを加えない場合の結
果も併記した。

【表】例２炭窒化チタンとしてTiC_0.7N_0.3２重量％を用い
ること以外は全く例１と同様にして焼結し、気孔
を全く含まない、を密な耐熱材料を得た。このも
のの破壊じん性3.7MP1/2、室温硬度Hvは2800
Kg／mm²であつた。例３ TiB₂粉末91.3重量％と、TaB₂6重量％と、
CoB1重量％と、TiC、TiN又はTiC_0.5N_0.51.7重
量％とを十分に混合し、この混合粉末を黒鉛型に
充てんしたのち、200Kg／cm²のダイ圧力下、真空
中1600℃において１時間焼結した。このようにし
て気孔のない耐熱材料が得られた。このものの物
性を第２表に示す。

【表】＊比較例
このように、炭窒化チタンを用いた場合には、
炭化チタン又は窒化チタンを用いた場合よりもじ
ん性が著しく改善されている。例４ TiC_0.5N_0.5の添加量を変える以外は全く例３と
同様にして、焼結体を製造した。このものの物性
を第３表に示す。

【表】＊比較例
これから分るように炭窒化チタンの添加量を
0.01重量％よりも多くしないとじん性改善の効果
が現われない。例５ TiB₂87重量％とTaB₂6重量％とCoB1重量％
と、炭素と窒素の原子比Ｃ／Ｎが異なる炭窒化チ
タン６重量％との混合物を用い例３と同様にして
焼結体を製造した。このものの物性を第４表に示
す。

【表】＊比較例
このように炭窒化チタン中の炭素と窒素の原子
比Ｃ／Ｎが１／９以下又は９以上であるとじん性
の改善効果は得られない。例６第５表に示す組成の原料混合物及び焼結条件を
用いる以外は例３と同様にして、焼結体を製造し
た。得られた焼結体の物性を第５表に示す。

【表】＊比較例

Claims

【特許請求の範囲】１ (A)TiB₂、CrB₂、VB₂、TaB₂、NbB₂、
MnB₂、MoB₂、HfB₂、YB₂、AlB₂、MgB₂、
ZrB₂、CrB、VB、TaB、NbB、MoB、HfB、
YB、AlB、MgB、W₂B₅及びMo₂B₅の中から選
ばれた少なくとも１種と(B)ホウ化コバルト、ホウ
化ニツケル、ホウ化鉄、リン化ニツケル、リン化
コバルトよりなる群の中から選ばれた結合剤用金
属化合物の少なくとも１種とを基本成分として、
これに(C)炭素と窒素との原子比Ｃ／Ｎが１／９よ
りも大きく９よりも小さい範囲にある炭窒化チタ
ンを全量当り0.01重量％を超える量で添加した混
合物の焼結体から成る強じん性金属ホウ化物基超
硬耐熱材料。２ (A)TiB₂、CrB₂、VB₂、TaB₂、NbB₂、
MnB₂、MoB₂、HfB₂、YB₂、AlB₂、MgB₂、
ZrB₂、CrB、VB、TaB、NbB、MoB、HfB、
YB、AlB、MgB、W₂B₅及びMo₂B₅の中から選
ばれた少なくとも１種と(B)ホウ化コバルト、ホウ
化ニツケル、ホウ化鉄、リン化ニツケル、リン化
コバルトよりなる群の中から選ばれた結合剤用金
属化合物の少なくとも１種とを基本成分として、
これに(C)炭素と窒素との原子比Ｃ／Ｎが１／９よ
りも大きく９よりも小さい範囲にある炭窒化チタ
ンを全量当り0.01重量％を超える量及び炭素又は
ホウ素を全量当り10重量％以下の量で添加した混
合物の焼結体から成る強じん性金属ホウ化物基超
硬耐熱材料。