JPH0154302B2 - - Google Patents

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JPH0154302B2
JPH0154302B2 JP60003879A JP387985A JPH0154302B2 JP H0154302 B2 JPH0154302 B2 JP H0154302B2 JP 60003879 A JP60003879 A JP 60003879A JP 387985 A JP387985 A JP 387985A JP H0154302 B2 JPH0154302 B2 JP H0154302B2
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JP
Japan
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diamond
sintered body
nitrides
powder
tool
Prior art date
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Application number
JP60003879A
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Japanese (ja)
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JPS60260470A (en
Inventor
Shuji Yatsu
Akio Hara
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication date
Application filed by Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Sumitomo Electric Industries Ltd
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Publication of JPH0154302B2 publication Critical patent/JPH0154302B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

ダイヤモンドは最も高硬度の物質である。現在
研削用砥粒として使用されており、また切削用途
にはダイヤモンドを金属Coなどで結合した焼結
体が一部に使用されている。このダイヤモンドを
金属で結合した焼結体は切削工具として使用した
場合、結合金属相の高温での軟化による耐摩耗性
の低下や、被削材金属が溶着し易い為に工具が損
傷するといつた欠点がある。本発明は、このよう
な金属で結合した焼結体でなく、高強度で耐溶着
性、耐熱性に優れた硬質金属化合物を結合相とし
た切削工具等の工具用途に適した新らしいダイヤ
モンド焼結体に関するものである。 ダイヤモンドは工具材料として見た場合に、高
硬度であると共に、熱伝導率が極めて高いという
特徴を有している。切削工具を例として考えると
切削時の刃先温度は他の条件が同じであれば工具
材料の熱伝導度が高いほど低くなり、工具の摩耗
に対して有利となる。またフライス切削等の断続
的な切削を行う場合は、工具に加熱、急冷の熱衝
撃が加わり、これによる熱き裂が生じる。この場
合においても工具の熱伝導度が高い場合は工具表
面と内部の温度差が小さくなり、き裂が発生し難
くなる。発明者等は、このようなダイヤモンドの
優れた特徴を生かして、更に切削工具等の工具に
要求される高強度の焼結体を得ることを目的とし
てダイヤモンドと種々の耐熱性化合物の複合焼結
体を作成した。 目的とした複合焼結体を得るための耐熱性化合
物に要求される特性は、先ず高強度であること、
及び複合焼結体とした場合に前記したダイヤモン
ドの有する熱伝導率が高いという特徴を維持する
為に組合わせる耐熱性化合物自体も熱伝導の高い
ものが要求される。このような耐熱性化合物とし
ては周期律表第4a、5a、6a族遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物、硅化物、もしくはこれ等の相互
固溶体化合物が考えられる。これ等の化合物に共
通して言えることは硬度が高く、高融点であり、
更にこれ等化合物が酸化物に比較して金属的な物
性を有していることである。特に、これ等化合物
の熱伝導度は金属に近い値を示す。耐熱性や強度
の点からみると酸化物の中でAl2O3は優れた性質
を有しており、常温近辺での熱伝導度も比較的に
高いが、第1図に示すように高温下で熱伝導率が
著しく低下する。 これは切削工具等の高温での特性が問題になる
用途では大きな欠点である。これに対して前記し
た化合物は第1図にその一例を示すように高温下
ではむしろ熱伝導率は高くなるものが多い。この
ようにして選択された耐熱性化合物とダイヤモン
ドの複合焼結体を製造する方法は、先ず、ダイヤ
モンド粉末と、この耐熱性化合物粉末の1種もし
くは2種以上をボールミル等の手段を用いて混合
し、これを粉状でもしくは常温下で所定の形状に
型押成型し、超高圧装置を用いて高圧、高温下で
焼結する。用いる超高圧装置はダイヤモンド合成
に使用されるガードル型、ベルト型等の装置であ
る。発熱体には黒鉛円筒を用い、その中にタル
ク、NaCl等の絶縁物をつめてダイヤモンドの混
合物末型押体を含む。黒鉛発熱体の周囲にはパイ
ロフエライト等の圧力媒体を置く。焼結する圧
力、温度条件は第2図に示したダイヤモンドの安
定領域内で行うことが望ましいが、この平衡線は
必ずしも正確には分つておらず、一つの目安にす
ぎない。又ダイヤモンドを組合わす耐熱性化合物
の種類によつて条件は変え得る。 本発明による焼結体の非常に注目すべき、また
本発明を有用ならしめる特徴として前記耐熱性化
合物が焼結体組織上で連続した相をなすことが挙
げられる。即ち、本発明の焼結体では強靭な耐熱
性化合物が、あたかもWC―Co超硬合金中の結合
相である金属Co相の如く、高硬度のダイヤモン
ド粒子間の隙間に侵入して連続した結合相の状態
を呈し、このことにより焼結体に強靭性が付与せ
しめられたものである。このような組織を有する
焼結体を得る為にはダイヤモンドの含有量を体積
で80%以下とする必要があることが実験の結果明
らかになつた。本発明による焼結体中のダイヤモ
ンド相量の下限は体積で20%までである。これ以
下ではダイヤモンドの特徴を生かした工具として
の性能が発揮されない。結合相が連続した相を呈
する理由は、高温下でダイヤモンドに比し相対的
に変形し易い例えばTiNが焼結中にダイヤモン
ド粒子間に侵入していく為と考えられる。 工具としての用途を考えると、本発明焼結体の
ダイヤモンドの結合相耐熱性化合物としては周期
律表第4a族に属する遷移金属、即ちTi、Zr、Hf
の炭化物、窒化物及びこれ等相互の固溶体化合
物、または周期律表第6a族中のWの炭化物、WC
が特に好適である。これ等は現在切削工具等に用
いられるWC基超硬合金やサーメツトの硬質耐摩
耗成分として使用されており、耐摩耗性に優れ、
高強度の化合物である。 Ti、Zr、Hfの炭化物、窒化物及びこれ等の相
互固溶体が本発明のの結合相耐熱化合物として優
れている他の理由は、例えば窒化物を例にとる
と、これ等金属の窒化物はMN1±Xの形で示され、
(MはTi、Zr、Hfの金属を示し、Xは原子空孔ま
たは相対的に過剰の原子の存在を意味する。)M
−N相図上で広い存在範囲を有する。焼結体の原
料としてこのMN1±XのXが種々異なるものを使
用して焼結体を試作した結果、Xの値がある範囲
内では特に優れた焼結性を有することを見出し
た。この理由について以下検討してみる。 工具材用として考えた時、特に切削工具用途で
は、焼結体の結晶粒の大きさは、数ミクロン以下
が望ましく、このような結晶粒度を得るのには、
原料のダイヤモンド粒度をこれより細かな微粉と
しなくてはならない。 ミクロンまたはミクロン以下の微粉は、かなり
多量の酸素を含有している。一般に、この酸素は
粉末表面に、ほゞ水酸化物の形に近い化合物の形
で存在するのが大部分である。この水酸化物の形
に近い化合物は加熱時分解してガスとなつて出て
くる。焼結される物質が密封されていない時に
は、このガスを系外に出すのは困難ではない。し
かし本発明の如く、超高圧下で焼結する場合に
は、発生したガスは、加熱系外に脱出することは
殆んど不可能である。一般にかゝる場合には、予
め脱ガス処理をすることが粉末冶金業界では常識
であるが脱ガス処理温度が十分高く出来ない場合
には問題である。本件は、まさにそれに当る。即
ちダイヤモンドの低圧相への変態を考えると加熱
温度に上限がある。 微粉末の脱ガス過程としては、温度と共に次の
各段階がある。まず低温では物理吸着しているも
のと吸湿水分が除去される。次いで化学吸着して
いるもの及び水酸化物の分解が起る。最後に酸化
物が残る。 ダイヤモンドの場合真空下では1000℃位までは
安定であるので、最低でもこの温度位には予め加
熱できる。従つて、予め脱ガス加熱すれば残留ガ
ス成分は殆んど残つていないと考えてよい。逆に
言えばガス成分はなるべく焼結体中に残したくな
いのだから、水および水素を全て除去することは
予備処理として行うのが好ましい。 本発明では、この考えの下に全て1000℃以上の
脱ガス処理を真空中でしている。 MN1±Xを加えた時、何故焼結体として良好な
ものが得られるかは次の如くと考えられる。 即ちダイヤモンド粉末表面には吸着酸素が残つ
ているが、充分な脱ガス処理をした時には逆に変
態によつて生じた黒鉛が極めて少量粉末表面に存
在する。 この酸素が黒鉛とMN1±Xの(−x)部分に相
当するMが反応した場合には、 O+M→MO C+M→MC となりガスを発生しない。そしてMOとMCは
MNと同じ結晶構造を有し、相互固溶体を形成す
る。こゝにMN1±Xで表わされるTi、Zr、Hf窒化
物が特に優れた焼結性を示す理由があると考えら
れる。このことは窒化物に限らず、MC1±Xの形で
示される炭化物、又はM(C、N)1±Xで示される
炭窒化物、又はMとして2種以上の金属を含む上
記した化合物についても言えることである。発明
者等はMN1±X、MC1±X、M(C、N)1±Xの形で
Ti、Zr、Hfの化合物を示した時に1±xの値が
0.97以下のこれ等化合物を原料とした場合に焼結
性が優れていることを確認した。 さらにTi、Zr、Hfの窒化物、炭窒化物、炭化
物、なかんずく窒化物を結合材とした時には工具
としての特性上のメリツトがある。ダイヤモンド
は被加工材との溶着が少ないという大きな特徴が
ある。従つて結合材の方もこの特徴を有するなら
ば工具全体の特長となる。この点金属を結合材と
するダイヤモンド焼結体はダイヤモンドの有する
大きな特長を殺していると云える。Ti、Zr、Hf
の窒化物、炭窒化物、炭化物は被加工材との溶着
反応性が少ないという特長を有するのでダイヤモ
ンドの特長を殺さないという利点を有する。特に
TiNはこの点優れている。 また本発明による焼結体ではダイヤモンドの合
成に使用され、高温、高圧下で黒鉛及びダイヤモ
ンドに対して溶解性を有すると信じられる元素、
例えばNi、Co、Feの鉄族金属、Cr、Mn等を添
加物として含むものであつても良い。 本発明の焼結体の原料として使用するダイヤモ
ンドを原料として超高圧下で合成されたものであ
る場合が多いと考えられる。従つてダイヤモンド
粉末中には不純物として黒鉛が残存している可能
性がある。また、超高圧下で焼結する場合におい
ても、結合材がダイヤモンドの個々の粒子間に侵
入するまではダイヤモンド粒子は外圧を静水圧的
に受けておらず、この間の加熱によつて黒鉛へ逆
変態を起す可能性もある。このような場合に前記
した黒鉛に対して触媒作用を有する元素が混合粉
末中に添加されていると、この逆変態を防止する
効果があると考えられる。 鉄族金属を添加した焼結体と、これ等を含まな
い焼結体を研摩して組織観察を行つて比較してみ
た結果では鉄族金属を含む焼結体の方が研摩面に
おいてダイヤモンド粒子が焼結体より剥離するこ
とが少なく、ダイヤモンド粒子と結合相との結合
強度が強いと考えられる。また切削工具として性
能を比較すると、やはり鉄族金属を含有する方が
耐摩耗性、靭性ともに優れていた。 なお、このような効果が現れるのは焼結体中に
重量%0.1%以上の鉄族金属又はCr、Mnを含む場
合であつた。 本発明による焼結体は高硬度で強靭性を有し、
耐熱、耐摩耗性に優れており、切削工具以外に線
引きダイスや皮剥ぎダイス、ドリルビツト等の工
具用途にも適したものである。用途によつては本
発明品はCoを結合材とするダイヤモンドが80容
積%以上含有されるダイヤモンド焼結体に性能で
劣るが次の点では明らかに秀でている。すなわち
(1)使用状態がCoが軟化するような高温にさらさ
れる時、(2)被加工材との耐溶着性が問題となる
時、特にCoに比べ耐溶着性に遥かに優れる。
TiNなどを使つた場合はそうである。(3)再研摩
費用が問題となる時、ダイヤモンドの含有量が少
ないので再研摩は容易であり、再研摩費が使用上
のネツクとなつている場合、本発明品は有用であ
る。 以下、実施例を述べる。 実施例 1 平均粒度7μのダイヤモンド粉末と平均粒度1μ
のTiN0.92粉末とを体積で各々60%、40%の割合
に配合し乳鉢で充分混合した。この混合粉末にカ
ンフアーを2%加え、外径10mm、高さ1.5mmに型
押成型した。これをステンレス製の容器中に挿入
した。この容器を真空炉中で10-4mmHgの真空度
で1100℃に20分間加熱して脱ガスした。これをカ
ードル型超高圧装置に装入した。圧力媒体として
はパイロフエライトを、ヒーターとしては黒鉛の
円筒を用いた。なお、黒鉛ヒーターと試料の間は
NaClを充填した。先ず圧力を55Kbに上げ、次い
で温度を1400℃に上げ、30分間保持したのち温度
を下げ、圧力を徐々におろした。得られた焼結体
は外径約10mm、厚さは約1mmであつた。これをダ
イヤモンド砥石で平面に研削し、更にダイヤモン
ドのペーストを用いて研摩した。研摩面を光学顕
微鏡を用いて観察したところダイヤモンド結晶が
TiNの連続したマトリツクス中に存在する組織
を呈していた。 焼結体の硬度をマイクロビツカース硬度計を用
いて測定した。硬度の平均値は5300であつた。焼
結体をダイヤモンド切断刃を用いて切断し、切削
チツプを作成し、これを鋼の支持体にロウ付けし
た。比較のために平均粒度3μのダイヤモンドを
金属Coで結合した市販されているダイヤモンド
焼結体、及びJIS分類KO1の超硬金で同一形状の
切削工具を作成した。被削材には熱処理後の2%
のベリリウムを含有したベリリウム銅を用いた。
被削材の硬度はHRB400である。切削条件は切削
速度200m/min、切込み0.2mm、送り0.12mm/rev
とした。この条件で切削試験したところ本発明に
よる合金は工具刃先逃げ面での摩耗巾が0.2mmに
達するまでに35分間切削できたが、金属Coで結
合したダイヤモンド焼結体工具では5分で同一摩
耗巾に達した。即ち本発明の工具寿命は7倍であ
る。また超硬金工具は1分で摩耗巾が0.42mmに達
した。 実施例 2 平均粒度4μのダイヤモンド粉末と平均粒度1μ
のTi(C0.5、N0.40.90粉末を各々体積で70%、30%
の割合に配合した。以下実施例1と同じ方法で焼
結体を作成した。得られた焼結体をダイヤ砥石で
研削してフライス切削用の超硬合金切削チツプの
先端にロウ付けした。正面フライス盤を用いて60
mm巾長さ300mmの高Si含有Al合金の鋳物を長手方
向に切削した。切削速度は500m/min、切込み
0.5mm、テーブル送り2800mm/minの条件で、水
溶性切削油を使用した。本発明の焼結体は1000パ
ス以上の切削が可能であつた。これに対して比較
の為に入れた市販されているKO5相当の超硬合
金工具では200パスの切削で切削不能となつた。 実施例 3 第1表の組成にダイヤモンド粉末と耐熱性化合
物粉末を混合した。使用したダイヤモンド粉末は
平均粒度4μのものである。実施例1と同様に混
合粉末の型押体を作成し、Mo製の容器に入れ、
実施例1と同様に前処理を行つた後、超高圧装置
を用いて第1表の条件で焼結した。加熱保持時間
はいずれも20分間である。いずれの場合も緻密な
焼結体が得られた。
Diamond is the hardest substance. It is currently used as an abrasive grain for grinding, and sintered bodies made of diamond bonded with metal such as Co are also used in some cutting applications. When this sintered body of diamond bonded with metal is used as a cutting tool, the wear resistance decreases due to the softening of the bonded metal phase at high temperatures, and the tool is damaged because the workpiece metal is easily welded. There are drawbacks. The present invention is not a sintered body bonded with such metals, but a new diamond sintered body suitable for tool applications such as cutting tools that uses a hard metal compound as a binder phase that has high strength, excellent welding resistance, and heat resistance. It is about the body. When viewed as a tool material, diamond has the characteristics of high hardness and extremely high thermal conductivity. Taking a cutting tool as an example, if other conditions are the same, the higher the thermal conductivity of the tool material, the lower the temperature at the cutting edge during cutting, which is advantageous for tool wear. Furthermore, when performing intermittent cutting such as milling, thermal shocks due to heating and rapid cooling are applied to the tool, which causes thermal cracks. Even in this case, if the thermal conductivity of the tool is high, the temperature difference between the tool surface and the inside will be small, making it difficult for cracks to occur. Taking advantage of these excellent characteristics of diamond, the inventors have developed composite sintering of diamond and various heat-resistant compounds with the aim of obtaining a high-strength sintered body required for tools such as cutting tools. Created a body. The properties required of a heat-resistant compound to obtain the desired composite sintered body are first of all high strength;
In addition, in order to maintain the high thermal conductivity characteristic of diamond when it is made into a composite sintered body, the heat-resistant compound itself to be combined is required to have high thermal conductivity. Such heat-resistant compounds include carbides of transition metals from groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table;
Possible materials include nitrides, borides, silicides, or mutual solid solution compounds thereof. What these compounds have in common is high hardness and high melting point.
Furthermore, these compounds have metallic physical properties compared to oxides. In particular, the thermal conductivity of these compounds is close to that of metals. Al 2 O 3 has excellent properties among oxides in terms of heat resistance and strength, and has relatively high thermal conductivity near room temperature, but as shown in Figure 1, it has excellent thermal conductivity at high temperatures. Thermal conductivity decreases significantly under This is a major drawback in applications such as cutting tools where properties at high temperatures are a problem. On the other hand, many of the compounds described above have rather high thermal conductivity at high temperatures, as shown in FIG. The method for producing a composite sintered body of the heat-resistant compound and diamond selected in this way is to first mix diamond powder and one or more of the heat-resistant compound powders using a means such as a ball mill. The powder is then molded into a predetermined shape in powder form or at room temperature, and sintered at high pressure and high temperature using an ultra-high pressure device. The ultra-high pressure equipment used is a girdle type, belt type, etc. equipment used for diamond synthesis. A graphite cylinder is used as the heating element, and an insulating material such as talc or NaCl is filled inside the cylinder, and a diamond mixture end molded body is included. A pressure medium such as pyroferrite is placed around the graphite heating element. It is desirable that the pressure and temperature conditions for sintering be within the stability region of diamond shown in FIG. 2, but this equilibrium line is not always accurately determined and is only a guideline. Moreover, the conditions can be changed depending on the type of heat-resistant compound with which the diamond is combined. A very noteworthy feature of the sintered body according to the invention, which makes the invention useful, is that the heat-resistant compound forms a continuous phase on the structure of the sintered body. That is, in the sintered body of the present invention, the tough heat-resistant compound penetrates into the gaps between the high-hardness diamond particles and forms a continuous bond, just like the metal Co phase that is the binding phase in WC-Co cemented carbide. It exhibits a phase state, which gives the sintered body toughness. Experiments have revealed that in order to obtain a sintered body with such a structure, the diamond content must be 80% or less by volume. The lower limit of the amount of diamond phase in the sintered body according to the present invention is up to 20% by volume. If it is less than this, the performance as a tool that takes advantage of the characteristics of diamond will not be exhibited. The reason why the bonding phase exhibits a continuous phase is thought to be that TiN, which is relatively easily deformed compared to diamond at high temperatures, penetrates between diamond particles during sintering. Considering the use as a tool, the heat-resistant compounds in the diamond binder phase of the sintered body of the present invention include transition metals belonging to Group 4a of the periodic table, namely, Ti, Zr, and Hf.
carbides, nitrides and their mutual solid solution compounds, or carbides of W in group 6a of the periodic table, WC
is particularly suitable. These are currently used as hard wear-resistant ingredients in WC-based cemented carbides and cermets used in cutting tools, etc., and have excellent wear resistance.
It is a high strength compound. Another reason why carbides, nitrides, and their mutual solid solutions of Ti, Zr, and Hf are excellent as the heat-resistant binder phase compound of the present invention is that, taking nitrides as an example, nitrides of these metals are Denoted in the form MN 1±X ,
(M represents a metal such as Ti, Zr, or Hf, and X means the presence of an atomic vacancy or a relative excess of atoms.)M
- Has a wide range of existence on the N phase diagram. As a result of trial production of sintered bodies using MN 1±X with various X values as raw materials for the sintered bodies, it was found that the sintering properties were particularly excellent within a certain range of X values. The reason for this will be discussed below. When considered as a tool material, especially for cutting tools, it is desirable that the crystal grain size of the sintered body be several microns or less, and in order to obtain such a crystal grain size,
The diamond particle size of the raw material must be finer than this. Micron or sub-micron fine powder contains a fairly large amount of oxygen. In general, most of this oxygen exists on the powder surface in the form of a compound close to the hydroxide form. This hydroxide-like compound decomposes when heated and comes out as a gas. When the material to be sintered is not sealed, it is not difficult to get this gas out of the system. However, when sintering is performed under ultra-high pressure as in the present invention, it is almost impossible for the generated gas to escape outside the heating system. Generally, in such cases, it is common knowledge in the powder metallurgy industry to perform a degassing treatment in advance, but this poses a problem if the degassing temperature cannot be raised sufficiently. This case corresponds to exactly that. That is, when considering the transformation of diamond into a low-pressure phase, there is an upper limit to the heating temperature. The degassing process of fine powder involves the following stages depending on the temperature. First, at low temperatures, physically adsorbed substances and hygroscopic water are removed. Decomposition of chemisorbed substances and hydroxides then occurs. At the end, oxide remains. In the case of diamond, it is stable up to about 1000 degrees Celsius in a vacuum, so it can be heated to at least this temperature in advance. Therefore, it can be considered that almost no residual gas components remain if the gas is degassed and heated in advance. Conversely, since it is desired that gas components remain in the sintered body as little as possible, it is preferable to remove all water and hydrogen as a preliminary treatment. In the present invention, all degassing treatments at temperatures of 1000° C. or higher are performed in vacuum based on this idea. The reason why a good sintered body can be obtained when MN 1±X is added is considered to be as follows. That is, although adsorbed oxygen remains on the surface of the diamond powder, when sufficient degassing treatment is performed, a very small amount of graphite produced by transformation exists on the surface of the powder. When this oxygen reacts with graphite and M corresponding to the (-x) part of MN 1±X , O+M→MO C+M→MC and no gas is generated. And MO and MC
It has the same crystal structure as MN and forms a mutual solid solution. This is thought to be the reason why Ti, Zr, and Hf nitrides represented by MN 1±X exhibit particularly excellent sinterability. This is not limited to nitrides, but also carbides represented by MC 1±X , carbonitrides represented by M(C,N) 1±X , or the above-mentioned compounds containing two or more metals as M. The same can be said about The inventors are in the form of MN 1±X , MC 1±X , M(C,N) 1±X
When showing compounds of Ti, Zr, and Hf, the value of 1±x is
It was confirmed that sinterability is excellent when these compounds with a particle size of 0.97 or less are used as raw materials. Furthermore, when nitrides, carbonitrides, carbides, and especially nitrides of Ti, Zr, and Hf are used as binders, there are advantages in terms of properties as tools. A major feature of diamond is that it rarely adheres to the workpiece. Therefore, if the bonding material also has this feature, it becomes a feature of the entire tool. In this respect, it can be said that diamond sintered bodies using metal as a binder do not possess the great features of diamond. Ti, Zr, Hf
Nitride, carbonitride, and carbide have the advantage of not destroying the characteristics of diamond because they have a low welding reactivity with the workpiece material. especially
TiN is excellent in this respect. In addition, the sintered body according to the present invention contains an element that is used in the synthesis of diamond and is believed to be soluble in graphite and diamond under high temperature and high pressure.
For example, it may contain iron group metals such as Ni, Co, and Fe, Cr, Mn, etc. as additives. It is thought that in many cases, it is synthesized under ultra-high pressure using diamond, which is used as a raw material for the sintered body of the present invention. Therefore, there is a possibility that graphite remains as an impurity in the diamond powder. Furthermore, even when sintering under ultra-high pressure, the diamond particles are not subjected to external pressure hydrostatically until the binder penetrates between the individual diamond particles, and the heating during this time causes the graphite to reversely form. There is also the possibility of metamorphosis. In such a case, it is thought that if an element that has a catalytic effect on graphite is added to the mixed powder, there is an effect of preventing this reverse transformation. A comparison of sintered bodies containing iron group metals and sintered bodies containing no iron group metals by polishing and microstructural observation revealed that the sintered bodies containing iron group metals had more diamond particles on the polished surface. It is thought that the bonding strength between the diamond particles and the binder phase is strong because it is less likely to peel off than the sintered body. Furthermore, when comparing the performance as a cutting tool, it was found that the one containing an iron group metal was superior in both wear resistance and toughness. Note that this effect appeared when the sintered body contained 0.1% or more by weight of iron group metals, Cr, or Mn. The sintered body according to the present invention has high hardness and toughness,
It has excellent heat resistance and wear resistance, and is suitable not only for cutting tools but also for tools such as wire drawing dies, peeling dies, and drill bits. Depending on the application, the product of the present invention is inferior in performance to a diamond sintered body containing 80% or more by volume of diamond with Co as a binder, but it is clearly superior in the following respects. i.e.
(1) When Co is used under high temperatures that soften it, and (2) When welding resistance with workpiece materials becomes a problem, it has much better welding resistance than Co.
This is the case when using TiN etc. (3) When the re-polishing cost is a problem, the product of the present invention is useful because the diamond content is small, so re-polishing is easy, and when the re-polishing cost is a problem in use. Examples will be described below. Example 1 Diamond powder with an average particle size of 7μ and an average particle size of 1μ
and TiN0.92 powder at a volume ratio of 60% and 40%, respectively, and thoroughly mixed in a mortar. 2% camphor was added to this mixed powder, and it was molded into a mold with an outer diameter of 10 mm and a height of 1.5 mm. This was inserted into a stainless steel container. The container was degassed by heating it to 1100° C. for 20 minutes at a vacuum of 10 −4 mmHg in a vacuum oven. This was charged into a cardle type ultra-high pressure device. Pyroferrite was used as the pressure medium, and a graphite cylinder was used as the heater. Note that there is a gap between the graphite heater and the sample.
Filled with NaCl. First, the pressure was raised to 55 Kb, then the temperature was raised to 1400°C, held for 30 minutes, and then the temperature was lowered and the pressure was gradually lowered. The obtained sintered body had an outer diameter of about 10 mm and a thickness of about 1 mm. This was ground to a flat surface using a diamond grindstone, and further polished using diamond paste. When the polished surface was observed using an optical microscope, diamond crystals were found.
It exhibited a structure existing in a continuous matrix of TiN. The hardness of the sintered body was measured using a micro-Vickers hardness meter. The average value of hardness was 5300. The sintered body was cut using a diamond cutting blade to create a cutting chip, which was brazed to a steel support. For comparison, cutting tools of the same shape were made using a commercially available diamond sintered body made of diamonds with an average particle size of 3 μ bonded with metal Co, and a JIS classification KO1 cemented carbide. 2% for the work material after heat treatment
Beryllium copper containing beryllium was used.
The hardness of the work material is H RB 400. Cutting conditions are cutting speed 200m/min, depth of cut 0.2mm, feed 0.12mm/rev.
And so. When a cutting test was conducted under these conditions, the alloy according to the present invention could be cut for 35 minutes before the wear width on the flank surface of the tool edge reached 0.2 mm, but the diamond sintered tool bonded with metal Co was able to cut the same amount in 5 minutes. It reached the width. That is, the tool life of the present invention is seven times longer. In addition, the wear width of the carbide metal tool reached 0.42 mm in 1 minute. Example 2 Diamond powder with an average particle size of 4μ and an average particle size of 1μ
Ti(C 0.5 , N 0.4 ) 0.90 powder 70% and 30% by volume respectively
It was blended in the proportion of A sintered body was then produced in the same manner as in Example 1. The obtained sintered body was ground with a diamond grindstone and brazed to the tip of a cemented carbide cutting tip for milling. 60 using a face milling machine
A casting of high Si-containing Al alloy with a width of 300 mm and a length of 300 mm was machined in the longitudinal direction. Cutting speed is 500m/min, depth of cut
Water-soluble cutting oil was used under the conditions of 0.5 mm and table feed of 2800 mm/min. The sintered body of the present invention could be cut over 1000 passes. In contrast, a commercially available cemented carbide tool equivalent to KO5 used for comparison became unable to cut after 200 passes. Example 3 Diamond powder and heat-resistant compound powder were mixed in the composition shown in Table 1. The diamond powder used had an average particle size of 4μ. An embossed body of mixed powder was created in the same manner as in Example 1, and placed in a container made of Mo.
After performing pretreatment in the same manner as in Example 1, sintering was performed under the conditions shown in Table 1 using an ultra-high pressure device. The heating holding time was 20 minutes in both cases. In both cases, dense sintered bodies were obtained.

【表】 実施例 4 平均粒度7μのダイヤモンド粉末を用いて、こ
れを体積で60%残部が第2表のもからなる混合粉
末を作成した。
[Table] Example 4 Using diamond powder with an average particle size of 7 μm, a mixed powder was prepared in which the balance was 60% by volume and the remainder was as shown in Table 2.

【表】 実施例1と同様にしてMo製容器に入れた混合
粉末型押体を第2表の条件で焼結した。焼結体を
ダイヤペーストで研摩し組織観察を行つたとこ
ろ、いずれもその組織は緻密であり、ダイヤモン
ド結晶が均一に分散していた。このの焼結体を
ダイヤモンド線引きダイスを作成する場合と同様
の加工方法を用いて穴径1.0mmのダイスに仕上げ
た。 比較の為に超硬合金及び市販されている金属
Coでダイヤモンド粉末を結合したダイヤモンド
焼結体を用いて同一形状のダイスを作成した。こ
のダイスを用いてW線のの線引きテストを行つ
た。ダイスに供給されるW線材を約800℃に予熱
した条件でテストした結果、本発明のダイスでは
2.1tonの伸線が可能であつたが、超硬合金製ダイ
スでは200Kg、焼結ダイヤモンドダイスは1tonの
伸線置でいずれもダイスが摩耗して寿命となつ
た。
[Table] A mixed powder stamped body placed in a Mo container in the same manner as in Example 1 was sintered under the conditions shown in Table 2. When the sintered bodies were polished with diamond paste and their structures were observed, the structures were found to be dense and diamond crystals were uniformly dispersed. This sintered body was finished into a die with a hole diameter of 1.0 mm using the same processing method as in the case of making a diamond wire drawing die. For comparison, cemented carbide and commercially available metals
A die with the same shape was created using a diamond sintered body bonded with diamond powder using Co. Using this die, a W wire drawing test was conducted. As a result of testing under the condition that the W wire rod supplied to the die was preheated to approximately 800℃, it was found that the die of the present invention
It was possible to draw 2.1 tons of wire, but the cemented carbide die was used at 200 kg, and the sintered diamond die was used at 1 ton, but the dies wore out and reached the end of their service life.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の焼結体の特徴を説明するもの
で、各種化合物の熱伝導度の温度に対する変化を
示したものである。第2図は本発明の焼結体の製
造条件に関するものでダイヤモンドの圧力、温度
相図上での安定存在領域を示すものである。
FIG. 1 explains the characteristics of the sintered body of the present invention, and shows changes in thermal conductivity of various compounds with respect to temperature. FIG. 2 relates to the manufacturing conditions of the sintered body of the present invention and shows the stable existence region on the pressure and temperature phase diagram of diamond.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ダイヤモンドを体積%で80〜20%含有し、残
部が周期律表第4a、5a、6a族遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物、硅化物もしくはこれ等の混合物
または相互固溶体化合物を結合相中の体積%で50
%以上99.9%未満およびFe、Ni、Co、Mnからな
り、この化合物が焼結体組織中で連続した結合相
をなすことを特徴とする高硬度工具用焼結体。 2 連続した結合相をなす化合物が周期律表第
4a族のTi、Zr、Hfの炭化物、窒化物、炭窒化物
を主体としたものからなる特許請求の範囲第1項
記載の高硬度工具用焼結体。 3 連続した結合相をなす化合物が周期律表第
4a族のTi、Zr、Hfの炭化物、窒化物、炭窒化物
を主体としたものからなり、焼結体中に鉄族金属
もしくはMnもしくはそれらの合金を重量で0.1%
以上含有することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の高硬度工具用焼結体。
[Claims] 1. Containing 80 to 20% diamond by volume, the remainder being carbides of transition metals from groups 4a, 5a, and 6a of the periodic table;
50% by volume of nitrides, borides, silicides or mixtures thereof or mutual solid solution compounds in the binder phase.
% or more and less than 99.9% and Fe, Ni, Co, and Mn, and this compound forms a continuous binder phase in the structure of the sintered body. 2 Compounds forming a continuous bonded phase are listed in the periodic table.
The sintered body for a high-hardness tool according to claim 1, which is mainly composed of carbides, nitrides, and carbonitrides of Ti, Zr, and Hf of group 4a. 3 Compounds forming a continuous bonded phase are listed in the periodic table.
Mainly composed of carbides, nitrides, and carbonitrides of group 4a Ti, Zr, and Hf, with 0.1% by weight of iron group metals, Mn, or their alloys in the sintered body.
A sintered body for a high-hardness tool according to claim 1, characterized in that the sintered body contains the following.
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5173512A (en) * 1974-12-23 1976-06-25 Tatsuro Kuratomi

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5173512A (en) * 1974-12-23 1976-06-25 Tatsuro Kuratomi

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