JPH0225871B2 - - Google Patents

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JPH0225871B2
JPH0225871B2 JP60037242A JP3724285A JPH0225871B2 JP H0225871 B2 JPH0225871 B2 JP H0225871B2 JP 60037242 A JP60037242 A JP 60037242A JP 3724285 A JP3724285 A JP 3724285A JP H0225871 B2 JPH0225871 B2 JP H0225871B2
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JP
Japan
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powder
cbn
cutting
sintered material
nitride
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JP60037242A
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Itsuro Tajima
Fumihiro Ueda
Kaoru Kawada
Kisho Miwa
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕 この発明は、すぐれた靭性と耐摩耗性を有し、
高硬度鋳鉄や、ダイス鋼および高速度鋼などの高
硬度鋼の切削、特にダイス鋼のフライス切削など
に切削工具として使用するのに適した立方晶窒化
硼素(以下CBNで示す)基焼結材料の製造方法
に関するものである。 〔従来の技術〕 従来、高硬度鋳鉄や上記高硬度鋼の切削、さら
に切り込みおよび送りの小さな切削に、鉄との反
応がなく、ダイヤモンドに次ぐ高硬度を有し、さ
らに高い熱伝導性を有するCBNを主成分として
含有し、かつ、重量%で(以下%は重量%を示
す)、 Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物(以下、
それぞれTiC、TiN、およびTiCNで示し、これ
らを総称してTiの炭・窒化物という)のうちの
1種または2種以上:3〜30%、 酸化アルミニウム(以下Al2O3で示す)および
窒化硅素(以下Si3N4で示す)のうちの1種また
は2種:4〜25%、 を含有し、残りが実質的に60〜93%のCBNと不
可避不純物からなる組成を有するCBN基焼結材
料が用いられている。 このCBN基焼結材料は、原料粉末として、
TiC粉末、TiN粉末、TiCN粉末、Al2O3粉末、
Si3N4粉末、およびCBN粉末を用い、これら原料
粉末を上記の最終成分組成をもつように配合し、
例えばボールミルにて混合した後、0.5〜50ton/
cm2の圧力で圧粉体にプレス成形し、ついで、この
圧粉体をそのまま、あるいは超高圧焼結の前処理
として、10-2〜10-4torrの真空中または不活性ガ
ス雰囲気中において800〜1200℃の範囲内の所定
温度で仮焼結して強度を高めた状態で、かつ前記
圧粉体または仮焼結体を単独で、または炭化タン
グステン(WCで示す)基超硬合金やサーメツ
ト、さらにはAl2O3基またはSi3N4基セラミツク
スの圧粉体または焼結体と重ね合わせて、圧力:
1〜7GPa、温度:1000〜1800℃、保持時間:5
〜120分の条件で製造されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 近年、切削加工の分野においては、鋳鉄切削の
高速化や、ダイス鋼や高速度鋼などの高硬度鋼の
研削加工から切削加工への切り換えがさけばれる
ようになり、これに伴い、上記のCBN基焼結材
料を、これらの切削に用いる試みもなされたが、
このCBN基焼結材料は、靭性に劣るものである
のに加えて、被削材たる高硬度鋳鉄のチルド鋳鉄
はシヨア硬さで約80、また上記の高硬度鋼は熱処
理状態でロツクウエル硬さ(Cスケール)で50以
上の高硬度を有する一方、切削速度の高速化、切
り込みの増大、さらに送り速度の高速化にしたが
つて旋盤加工時に刃先に対して加わる負荷がきわ
めて大きくなることから、刃先の欠損や摩耗が著
しく、実用に供し得ないのが現状である。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで、本発明者等は、上述のような観点か
ら、上記の従来切削工具用CBN基焼結材料に着
目し、これに靭性を付与して、鋳鉄の高速切削
や、高硬度鋼の切削加工に切削工具として使用す
ることのできるCBN基焼結材料を製造すべく研
究を行なつた結果、 (a) 従来方法におけるように、原料粉末として、
CBN粉末、Tiの炭・窒化物粉末、並びに
Al2O3粉末および/またはSi3N4粉末を用い、
これらの混合粉末より成形した圧粉体を超高圧
下で焼結した場合、Tiの炭・窒化物粉末、
Al2O3粉末、およびSi3N4粉末は、CBN粉末に
比して軟質なために塑性変形してCBN粒子の
界面に廻り込むものの、両者間に反応が生じな
いので、界面強度ひいては靭性の向上は得られ
ないこと。 (b) これに対して、従来方法で用いられている原
料粉末に加えて、チタン・アルミニウム炭化物
(以下Ti2AlCで示す)粉末および/またはチタ
ン・アルミニウム炭窒化物(以下Ti2AlCNで
示す)粉末を用いると、これらの粉末は超高圧
焼結時の1300℃以上の温度で徐々に分解再反応
を起してTiCあるいはTiCNを生成し、この分
解生成したTiCあるいはTiCNはCBN粒との界
面に層状の反応領域を形成し、しかもこの反応
領域中にはAlの存在は認められず、Alは反応
領域外のTiCあるいはTiCN内に均一に分布
し、かつAlNの形成も認められないことから、
充分な焼結促進効果が得られるようになると共
に、焼結材料特性、特に靭性が著しく向上する
ようになること。 (c) 上記のTi2AlCあるいはTi2AlCN粉末の分解
によつて生成した反応領域外のTiCあるいは
TiCNは焼結材料中で均一な微細分散構造をと
ること。 (d) 一方、上記のTi2AlC粉末あるいはTi2AlCN
粉末に代えて、原料粉末として、例えばTiAl3
などのTi−Al金属間化合物粉末を用いると、
超高圧焼結時にTiB2やAlNを生成してしまい、
これが原因で充分な焼結促進効果が得られず、
靭性のすぐれた焼結材料を得ることはできない
こと。 以上(a)〜(d)に示される知見を得たのである。 この発明は、上記知見にもとづいてなされたも
のであつて、原料粉末として、CBN粉末、Al2O3
粉末、Si3N4粉末、およびTiの炭・窒化物粉末、
さらにTi2AlC粉末およびTi2AlCN粉末を用い、
これら原料粉末を、 Tiの炭・窒化物のうちの1種または2種以
上:2〜15%、 Ti2AlCおよびTi2AlCNのうちの1種または2
種:1〜20%、 Al2O3およびSi3N4のうちの1種または2種:
4〜25%、 CBN:60〜93%、 からなる配合組成に配合し、上記のように、通常
の条件にて混合した後、圧粉体にプレス成形し、
さらに通常の条件にて超高圧焼結することによつ
て、従来切削工具用CBN基焼結材料と実質的に
同じ成分組成、すなわち、 Tiの炭・窒化物のうちの1種または2種以
上:3〜30%、 Al2O3およびSi3N4のうちの1種または2種:
4〜25%、 を含有し、残りが実質的に60〜93%のCBNと不
可避不純物からなる組成をもつた靭性および耐摩
耗性にすぐれた切削工具用CBN基焼結材料を製
造する方法に特徴を有するものである。 つぎに、この発明の方法における配合組成を上
記の通りに限定した理由を説明する。 (a) Tiの炭・窒化物 これらの成分には、焼結材料に耐溶着性を付
与する作用があるが、その配合量が2%未満で
は実質的にTi2AlCあるいはTi2AlCNの分解に
よつて生成するTiCあるいはTiCNと合わせて
も焼結材料中の含有量が3%未満となつてしま
い、所望のすぐれた耐溶着性を確保することが
できず、この結果切削加工時に刃先に溶着が生
じ易くなつて刃先のチツピングや摩耗が促進さ
れるようになり、一方15%を越えて配合する
と、Ti2AlCあるいはTi2AlCNとの配合割合と
の関係で焼結材料中の含有量が30%を越えて高
くなる場合が生じ、このような場合には硬さの
低下が著しく、所望の耐摩耗性を確保すること
ができなくなることから、その配合量を2〜15
%と定めた。 (b) Ti2AlCおよびTi2AlCN これらの成分には、上記したように超高圧焼
結時に分解反応を起してTiCあるいはTiCNを
生成し、このTiCあるいはTiCNはCBN粒子と
他の配合粒子との間に廻り込んで直接の接触を
阻止すると共に、CBN粒子との界面に反応領
域層を形成して焼結材料の靭性を著しく向上さ
せる作用があるが、その配合量が1%未満では
所望の靭性向上効果が得られず、一方20%を越
えて配合すると、焼結材料中のTiの炭・窒化
物の含有量が30%を越えて高くなる場合が生
じ、耐摩耗性の著しい劣化を招くようになるこ
とから、その配合量を1〜20%と定めた。 (c) Al2O3およびSi3N4 これらの成分には、焼結材料の耐摩耗性およ
び耐溶着性を向上させる作用があるが、その配
合量が4%未満では実質的に焼結材料中の含有
量も4%未満となつてしまい所望の耐摩耗性お
よび耐溶着性を確保することができず、一方25
%を越えて配合すると、焼結材料中の含有量も
25%を越えて高くなつてしまい、靭性低下をき
たして刃先にチツピングが生じ易くなることか
ら、その配合量を4〜25%と定めた。 (d) CBN 焼結材料のすぐれた耐摩耗性および耐欠損性
はCBN成分によつてもたらされるが、その配
合量が60%未満では、実質的に焼結材料中の含
有量も60%未満となつてしまい、特に所望の耐
摩耗性を確保することが困難になり、一方93%
を越えて配合すると、同様に焼結材料中の含有
量も93%を越えて高くなり、特に耐欠損性に著
しい劣化現象が現われるようになることから、
その配合量を60〜93%と定めた。 なお、この発明の方法を実施するにあたつて採
用される圧力および温度は、CBNの安定領域内
の条件としてもよいが、必ずしもそれほどの超高
圧、高温は必要でない。その理由は、原料粉末と
してTi2AlC粉末あるいはTi2AlCN粉末を用いる
と、前記のようにCBN粒の界面にAlの存在しな
い反応領域が生成し、この反応領域層には立方晶
から六方晶への逆変態を抑制する作用があり、こ
の結果比較的低い圧力条件下でも所望の焼結材料
を製造することが可能となるからである。この現
象は原料粉末としてTiAl3などの金属間化合物を
用いた場合には見られない現象である。 〔実施例〕 つぎに、この発明の方法を実施例により具体的
に説明する。 原料粉末として、平均粒径:2μmを有する
CBN粉末、いずれも同1μmを有するTiC粉末、
TiN粉末、およびTiCN(TiC/TiN=50/50)
粉末、同3μmのTi2AlC粉末、同1μmのTi2AlCN
(C/N=6/4)粉末、同0.5μmのAl2O3粉末、
同4μmのSi3N4粉末、並びに同1μmのTiAl3粉末
を用意し、これら原料粉末をそれぞれ第1表に示
される配合組成に配合し、ボールミルにて16時間
混合した後、1ton/cm2の圧力にて圧粉体にプレス
成形し、ついでこの圧粉体を温度:900℃に1時
間保持して仮焼結した後、ベルト型超高圧装置に
装入し、4〜7GPaの範囲内の所定の圧力を付加
した状態で、1300〜1600℃の範囲内の所定温度に
10分間保持して超高圧焼結し、冷却・除圧するこ
とによつて本発明焼結材料1〜12および比較焼結
材料1〜3をそれぞれ製造した。 なお、比較焼結材料1、2は従来方法にもとづ
いて製造されたものであり、比較焼結材料3は原
料粉末としてTi2AlCあるいはTi2AlCN粉末に代
つて従来公知の金属間化合物であるTiAl3粉末を
用いて製造したものである。 ついで、この結果得られた本発明焼結材料1〜
12および比較焼結材料1〜3について、靭性を評
価する目的で破壊靭性値を測定し、また耐摩耗性
を評価する目的でビツカース硬さを測定し、さ
〔発明の効果〕
第1表に示されるように、本発明焼結材料1〜
12は、いずれもすぐれた靭性と耐摩耗性を有する
ので、著しく長期に亘つてすぐれた切削性能を発
揮するのに対して、従来方法によつて製造された
比較焼結材料1、2および原料粉末としてTiAl3
粉末を用いて製造された比較焼結材料3は、いず
れも靭性不足が原因で切削開始後、短時間で切刃
に欠けが発生し、使用寿命に至るものであつた。 上述のように、この発明の方法によれば、靭性
および耐摩耗性にすぐれ、鋳鉄の高速切削や、高
硬度鋼の切削に切削工具として用いることのでき
るCBN基焼結材料を製造することができるので
ある。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 Tiの炭化物、窒化物、および炭窒化物のう
    ちの1種または2種以上:3〜30%、 酸化アルミニウムおよび窒化硅素のうちの1種
    または2種:4〜25%、 を含有し、残りが実質的に60〜93%の立方晶窒化
    硼素と不可避不純物からなる組成を有する立方晶
    窒化硼素基焼結材料を製造するに際して、原料粉
    末として、 Tiの炭化物粉末、窒化物粉末、および炭窒化
    物粉末のうちの1種または2種以上:2〜15%、 チタン・アルミニウム炭化物粉末およびチタ
    ン・アルミニウム炭窒化物粉末のうちの1種また
    は2種:1〜20%、 酸化アルミニウム粉末および窒化硅素粉末のう
    ちの1種または2種:4〜25%、 立方晶窒化硼素粉末:60〜93%、 からなる配合組成(以上重量%)を有する混合粉
    末を用いることを特徴とする靭性および耐摩耗性
    のすぐれた切削工具用立方晶窒化硼素基焼結材料
    の製造方法。
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US20120035045A1 (en) * 2009-04-17 2012-02-09 Tungaloy Corporation Cubic Boron Nitride Sintered Body and Coated Cubic Boron Nitride Sintered Body
CN103820691B (zh) * 2014-02-27 2015-11-11 西安石油大学 一种FeAl/TiC复合材料的常压烧结制备方法
EP4000777A4 (en) * 2019-07-18 2022-08-31 Sumitomo Electric Industries, Ltd. SINTERED BORON NITRIDE CUBIC BODY AND CUTTING TOOL

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