JPH03205364A - 工具用焼結材料 - Google Patents
工具用焼結材料Info
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- JPH03205364A JPH03205364A JP2000074A JP7490A JPH03205364A JP H03205364 A JPH03205364 A JP H03205364A JP 2000074 A JP2000074 A JP 2000074A JP 7490 A JP7490 A JP 7490A JP H03205364 A JPH03205364 A JP H03205364A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
く産業上の利用分野〉
本発明は、焼入鋼や超硬合金等の高硬度材料或いは耐熱
合金等の切削加工や塑性加工の際に用いられる工具用焼
結材料に関する。
合金等の切削加工や塑性加工の際に用いられる工具用焼
結材料に関する。
く従来の技術〉
焼入鋼或いはニッケル基耐熱合金やコバルト基耐熱合金
等の高硬度材料を加工する場合、一般にはタングステン
(W)等の高融点金属の炭化物粉末を鉄(Fe)やコバ
ルl−(Co)やニッケル(Ni)等の鉄系金属で焼結
結合させた超硬合金が利用されてきている。
等の高硬度材料を加工する場合、一般にはタングステン
(W)等の高融点金属の炭化物粉末を鉄(Fe)やコバ
ルl−(Co)やニッケル(Ni)等の鉄系金属で焼結
結合させた超硬合金が利用されてきている。
近年、上述した超硬合金が工具としてではなく、加工対
象物として採用されつつあることに加え、加工条件に対
する厳しい要求に対応するため、より高性能な工具とし
て焼結ダイヤモンドや立方晶窒化硼素(CBN)焼結体
等を用いたものが開発されている。焼結ダイヤモンドは
ダイヤモンドの粉粒を超硬合金を結合剤として高温高圧
下で焼結したものであるが、炭素(C)との親和力が強
い鋼等の加工には根本的に不向きである。この点、ダイ
ヤモンドに次ぐ硬度のCBN焼結体は鉄系金属との反応
が少ないことから、ダイヤモンド以外のあらゆる加工対
象物、特に焼入鋼や超硬合金等の高硬度材料の他にニッ
ケル基耐熱合金やコバルト基耐熱合金等の加工に有効で
ある。
象物として採用されつつあることに加え、加工条件に対
する厳しい要求に対応するため、より高性能な工具とし
て焼結ダイヤモンドや立方晶窒化硼素(CBN)焼結体
等を用いたものが開発されている。焼結ダイヤモンドは
ダイヤモンドの粉粒を超硬合金を結合剤として高温高圧
下で焼結したものであるが、炭素(C)との親和力が強
い鋼等の加工には根本的に不向きである。この点、ダイ
ヤモンドに次ぐ硬度のCBN焼結体は鉄系金属との反応
が少ないことから、ダイヤモンド以外のあらゆる加工対
象物、特に焼入鋼や超硬合金等の高硬度材料の他にニッ
ケル基耐熱合金やコバルト基耐熱合金等の加工に有効で
ある。
従来のCBN焼結体は、CBNの粉粒に結合剤として炭
化チタンや窒化チタン等のセラミックスを混ぜ、これら
を高温高圧下で焼結したものがほとんどである。結合剤
としては、上記の他に硅素やジルコニウム(Zr)の窒
化物、更にはアルミニウム(八〇とチタン(Ti)との
金属間化合物やAJとZrとの金属間化合物等が知られ
ている。
化チタンや窒化チタン等のセラミックスを混ぜ、これら
を高温高圧下で焼結したものがほとんどである。結合剤
としては、上記の他に硅素やジルコニウム(Zr)の窒
化物、更にはアルミニウム(八〇とチタン(Ti)との
金属間化合物やAJとZrとの金属間化合物等が知られ
ている。
く発明が解決しようとする課題〉
従来のCBN焼結体を用いた工具では、高温領域下で結
合相の硬度低下が発生するため、工具自体が高温となる
ような加工の際には、結合相からのCBNの粉粒の脱落
が起こり易く、耐摩耗性の低下を招来するものが多い。
合相の硬度低下が発生するため、工具自体が高温となる
ような加工の際には、結合相からのCBNの粉粒の脱落
が起こり易く、耐摩耗性の低下を招来するものが多い。
また、このような工具を長時間の自動運転を行う加工機
械に組込む場合、突発的な工具欠損が発生することは、
加工機械等の損傷や設備稼動率の低下等の点で絶対に避
けるべきであるが、従来のこの種のCBN焼結体は高い
硬度を追求するあまり、靭性が充分なものとは云えなか
った。
械に組込む場合、突発的な工具欠損が発生することは、
加工機械等の損傷や設備稼動率の低下等の点で絶対に避
けるべきであるが、従来のこの種のCBN焼結体は高い
硬度を追求するあまり、靭性が充分なものとは云えなか
った。
本発明者らは、酸化アルミニウム(アルミナ:Al20
3)が窒化チタンや硼化チタン等と同程度の常温硬度を
有し、しかも600から800℃の範囲の高温状態にお
ける硬度がこれらよりも高い点に着目して、実験を進め
、このAl203がCBNの結合材として有効であるこ
とも見い出した。
3)が窒化チタンや硼化チタン等と同程度の常温硬度を
有し、しかも600から800℃の範囲の高温状態にお
ける硬度がこれらよりも高い点に着目して、実験を進め
、このAl203がCBNの結合材として有効であるこ
とも見い出した。
この際、CBN粒と結合材の粒界のぬれ性を改善し、接
着性を向上することを目的としてAI及びTiのうち少
なくとも一方の粉粒を添加したが、結合材単味焼結体で
の金属添加量の影響を調べた結果から上記粒界の特性向
上のために添加した金属粉粒が、結合材相に対しては焼
結性を低めていることがわかった。
着性を向上することを目的としてAI及びTiのうち少
なくとも一方の粉粒を添加したが、結合材単味焼結体で
の金属添加量の影響を調べた結果から上記粒界の特性向
上のために添加した金属粉粒が、結合材相に対しては焼
結性を低めていることがわかった。
この対策として、CBN粒の表面に金属をコ−3−
一ティングすることによりCBN粒と結合材相の粒界の
みに金属を存在させるとの着想を得、実験でその効果を
確認した。
みに金属を存在させるとの着想を得、実験でその効果を
確認した。
く課題を解決するための手段〉
本発明はかかる実験結果を踏まえてなされたもので、4
0〜90体積%の立方晶窒化硼素の粉粒と、5〜55体
積%の酸化ジルコニウムの粉粒及び酸化アルミニウムの
粉粒との混合物を焼結してなる工具用焼結材料において
、立方晶窒化硼素の粉粒に金属の破膜を施したことを特
徴とする。また、立方晶窒化硼素の粒径が1乃至3マイ
クロメートルの範囲にあり、且つ金属の破膜厚さが10
乃至1000オングストロームの範囲にあることを特徴
とする。
0〜90体積%の立方晶窒化硼素の粉粒と、5〜55体
積%の酸化ジルコニウムの粉粒及び酸化アルミニウムの
粉粒との混合物を焼結してなる工具用焼結材料において
、立方晶窒化硼素の粉粒に金属の破膜を施したことを特
徴とする。また、立方晶窒化硼素の粒径が1乃至3マイ
クロメートルの範囲にあり、且つ金属の破膜厚さが10
乃至1000オングストロームの範囲にあることを特徴
とする。
この場合、金属の破膜が施された立方晶窒化硼素の粉粒
と、酸化ジルコニウムの粉粒及び酸化アルミニウムの粉
粒の混合物を、均一に混合撹拌した後、これを高融点材
料の容器1こ装入してベルト型超高圧発生装置等の超高
ー4一 圧発生装置により例えば40〜60キロバール(Kb)
の範囲で加圧しつつ1200〜1800℃の範囲で加熱
し、この状態を0.5〜30分程度保持することにより
工具用焼結材料を得る。
と、酸化ジルコニウムの粉粒及び酸化アルミニウムの粉
粒の混合物を、均一に混合撹拌した後、これを高融点材
料の容器1こ装入してベルト型超高圧発生装置等の超高
ー4一 圧発生装置により例えば40〜60キロバール(Kb)
の範囲で加圧しつつ1200〜1800℃の範囲で加熱
し、この状態を0.5〜30分程度保持することにより
工具用焼結材料を得る。
く作
用〉
立方晶窒化硼素は工具用焼結材料としての主体をなすも
のであり、これが40体積%未満では立方晶窒化硼素自
体の硬度を反映させることが困難となり、充分な耐摩耗
性を得られない。逆に、この立方晶窒化硼素が90体積
%を超えると、焼結時にその一部が六万晶に相転位を起
こして焼結性が悪化するため、靭性の低下により微小な
チッピングや欠損が発生する。
のであり、これが40体積%未満では立方晶窒化硼素自
体の硬度を反映させることが困難となり、充分な耐摩耗
性を得られない。逆に、この立方晶窒化硼素が90体積
%を超えると、焼結時にその一部が六万晶に相転位を起
こして焼結性が悪化するため、靭性の低下により微小な
チッピングや欠損が発生する。
一方、酸化ジルコニウムと酸化アルミニウムとの混合物
;よ立方晶窒化硼素の結合剤としての特性を発揮するた
め、これらが5体積%或いは4体積%未満では工具用焼
結材料中に占める立方晶窒化硼素の量が相対的に多くな
り過ぎ、焼結性が悪化して耐摩耗性や靭性の低下を招来
する。逆に、この混合物が55体積%或いは50体積%
を超えると、立方晶窒化硼素の量が相対的に少なくなり
過ぎてしまい、立方晶窒化硼素自体の硬度を工具用焼結
材科に反映させることが困難となり、やはり耐摩耗性の
低下を招くこととなる。なお、一般的な傾向として酸化
アルミニウムに対する酸化ジルコニウムの割合を多くす
るほど靭性が向上し、逆に酸化アルミニウムの割合を多
くするほど結合相の硬度が高くなる。以上の兼ね合いか
ら、酸化アルミニウムに対して酸化ジルコニウムを1か
ら30体積%の割合に収めることが望ましく、特に1か
ら10体積%の範囲が好適である。
;よ立方晶窒化硼素の結合剤としての特性を発揮するた
め、これらが5体積%或いは4体積%未満では工具用焼
結材料中に占める立方晶窒化硼素の量が相対的に多くな
り過ぎ、焼結性が悪化して耐摩耗性や靭性の低下を招来
する。逆に、この混合物が55体積%或いは50体積%
を超えると、立方晶窒化硼素の量が相対的に少なくなり
過ぎてしまい、立方晶窒化硼素自体の硬度を工具用焼結
材科に反映させることが困難となり、やはり耐摩耗性の
低下を招くこととなる。なお、一般的な傾向として酸化
アルミニウムに対する酸化ジルコニウムの割合を多くす
るほど靭性が向上し、逆に酸化アルミニウムの割合を多
くするほど結合相の硬度が高くなる。以上の兼ね合いか
ら、酸化アルミニウムに対して酸化ジルコニウムを1か
ら30体積%の割合に収めることが望ましく、特に1か
ら10体積%の範囲が好適である。
また、立方晶窒化硼素粒表面にコーティングするAt’
の厚みについては、10オングストローム以下では金属
添加による立方晶窒化硼素粒と結合相のぬれ性改善、接
着力向上等の効果が現れず、逆に100,!−ングスト
ロームより厚くなると焼結後に立方品窒化硼素粒と結合
相の粒界に残留し、粒界の強度を低下させるように働く
ため耐摩耗性が悪化してしまう。
の厚みについては、10オングストローム以下では金属
添加による立方晶窒化硼素粒と結合相のぬれ性改善、接
着力向上等の効果が現れず、逆に100,!−ングスト
ロームより厚くなると焼結後に立方品窒化硼素粒と結合
相の粒界に残留し、粒界の強度を低下させるように働く
ため耐摩耗性が悪化してしまう。
く実 施 例〉
無触媒法で合成された1から3マイクロメートル(μm
)の範囲の粒径の立方晶窒化硼素(CBN)で、その表
面に真空蒸着法にょリアル電ニウム(Aj)を10オン
グストローム(人),100人,1000人の厚ミテコ
ーティングしたCBN粒と、平均粒径がそれぞれ0.3
μmの酸化ジルコニウム(Z r O2)と酸化アルミ
ニウム(Al203)とからなり且つこれらの体積比を
4 : 96 (=Zr02: AjQO,)に調整
した混合物と、更に結合相の靭性を向上させるための炭
化ケイ素(SiC)の針状結晶とを炭化タレグステン(
WC)基超硬合金で内張リした小形の遊星運動型ミル内
に装入し、更にこれらの混合を促進する目的でこれら粉
粒の総体積の35%に相当する量のメチルアルコーー7
一 ルをミル内に加え、蓋をしてこれらを3時間混練した。
)の範囲の粒径の立方晶窒化硼素(CBN)で、その表
面に真空蒸着法にょリアル電ニウム(Aj)を10オン
グストローム(人),100人,1000人の厚ミテコ
ーティングしたCBN粒と、平均粒径がそれぞれ0.3
μmの酸化ジルコニウム(Z r O2)と酸化アルミ
ニウム(Al203)とからなり且つこれらの体積比を
4 : 96 (=Zr02: AjQO,)に調整
した混合物と、更に結合相の靭性を向上させるための炭
化ケイ素(SiC)の針状結晶とを炭化タレグステン(
WC)基超硬合金で内張リした小形の遊星運動型ミル内
に装入し、更にこれらの混合を促進する目的でこれら粉
粒の総体積の35%に相当する量のメチルアルコーー7
一 ルをミル内に加え、蓋をしてこれらを3時間混練した。
そして、不活性ガス雰囲気にてミルの蓋を取り、ミルを
120℃に加熱してメチルアルコールを蒸発させ、混練
された原料粉体の乾燥を行った。
120℃に加熱してメチルアルコールを蒸発させ、混練
された原料粉体の乾燥を行った。
一方、塩化ナトリウム(N a C J )の粉粒を内
径8ミリメートル、長さ10ミリメートルの円筒状に加
圧成形しているNaCl製の容器本体に、同様にして作
成したNaCl製の下蓋を一体的に取付け、これらの内
面に厚さ20μmのりルコニウム箔を張り付け、更にこ
の中に直径7.8ミリメートル、厚さ2ミリメートルの
WC基超硬合金製の円板を載置したものを用意しておく
。
径8ミリメートル、長さ10ミリメートルの円筒状に加
圧成形しているNaCl製の容器本体に、同様にして作
成したNaCl製の下蓋を一体的に取付け、これらの内
面に厚さ20μmのりルコニウム箔を張り付け、更にこ
の中に直径7.8ミリメートル、厚さ2ミリメートルの
WC基超硬合金製の円板を載置したものを用意しておく
。
そして、乾燥終了後の前記原料粉体を不活性ガス雰囲気
にてこの容器本体内の前記円板上に6ミリメートルの厚
みになるように装入して突棒で突き固め、更にこの上に
前述したのと同一なWC基超硬合金製の円板を載置し、
またこの上に厚さ20μmのジルコニウム箔−8− を重ねたのち、前述と同様にして作成したNaCj製の
上蓋を容器本体に嵌め込み、これら容器本体と下蓋と上
蓋とからなる容器内に原料粉末を密封する。
にてこの容器本体内の前記円板上に6ミリメートルの厚
みになるように装入して突棒で突き固め、更にこの上に
前述したのと同一なWC基超硬合金製の円板を載置し、
またこの上に厚さ20μmのジルコニウム箔−8− を重ねたのち、前述と同様にして作成したNaCj製の
上蓋を容器本体に嵌め込み、これら容器本体と下蓋と上
蓋とからなる容器内に原料粉末を密封する。
次に、超高圧発生装置に上述した容器を取付け、50K
bの圧力と1650℃の温度とを30分間保持し、原料
粉末を焼結させて両端にWC基超硬合金が結合した円柱
状の工具用焼結材料を得た。そして、この工具用焼結材
料を前記円板が結合した状態のまま切り出してバイト用
の切刃を仕上げ、これを予め用意しておいた四角形のW
C基超硬合金製チップに銀ろうを介して固定しすくい角
0度、逃げ角5度、ノーズ曲率半径が1ミリメー1・ル
のバイトを作威した。
bの圧力と1650℃の温度とを30分間保持し、原料
粉末を焼結させて両端にWC基超硬合金が結合した円柱
状の工具用焼結材料を得た。そして、この工具用焼結材
料を前記円板が結合した状態のまま切り出してバイト用
の切刃を仕上げ、これを予め用意しておいた四角形のW
C基超硬合金製チップに銀ろうを介して固定しすくい角
0度、逃げ角5度、ノーズ曲率半径が1ミリメー1・ル
のバイトを作威した。
このバイ1・を用い、ロックウエル硬さ(Cスケール)
が62の丸棒状をなす高炭素軸受鋼(SUJ 2)に対
して切削速度が毎分170メートル、切込み量が20μ
m1バイトの送り速度が主軸一回転当り20μmとなる
ようにして100メートルの長さに相当する距離で旋削
した後、切刃の逃げ面の摩耗量及びこの切刃を構威する
CBN焼結材料のピッカース硬さを、前記原料粉末を構
成する各粉粒の比率を変えて測定しtこ。なおとの旋削
加工中には切削油を噴霧供給した。
が62の丸棒状をなす高炭素軸受鋼(SUJ 2)に対
して切削速度が毎分170メートル、切込み量が20μ
m1バイトの送り速度が主軸一回転当り20μmとなる
ようにして100メートルの長さに相当する距離で旋削
した後、切刃の逃げ面の摩耗量及びこの切刃を構威する
CBN焼結材料のピッカース硬さを、前記原料粉末を構
成する各粉粒の比率を変えて測定しtこ。なおとの旋削
加工中には切削油を噴霧供給した。
これらの測定結果を第1表及び第2表に示すが、ちなみ
に窒化チタンを結合剤として使用した市販のCBN焼結
材料を用いた場合のビッカース硬さは2 5 0 0、
切刃の逃げ面摩耗幅は40μmであった。
に窒化チタンを結合剤として使用した市販のCBN焼結
材料を用いた場合のビッカース硬さは2 5 0 0、
切刃の逃げ面摩耗幅は40μmであった。
尚、本実施例において、CBN粒にAIをコーティング
したことにより、CBN粒と結合相の粒界の密着性が改
善され、従来発明者らが製作したAI添加のCBN焼結
材料に比べ、耐摩耗性の改善が認められた。すなわちA
l添加のCBN焼結材料で第2表記載のNo. 1 3
と同一の組或のCBN焼結材料は、逃げ面摩耗幅が34
μmであったのに対し、本実施例では逃げ面摩耗幅が2
8μmであり、CBN−11一 −12− 粒へのA1コーティングの効果が表われてし)る。
したことにより、CBN粒と結合相の粒界の密着性が改
善され、従来発明者らが製作したAI添加のCBN焼結
材料に比べ、耐摩耗性の改善が認められた。すなわちA
l添加のCBN焼結材料で第2表記載のNo. 1 3
と同一の組或のCBN焼結材料は、逃げ面摩耗幅が34
μmであったのに対し、本実施例では逃げ面摩耗幅が2
8μmであり、CBN−11一 −12− 粒へのA1コーティングの効果が表われてし)る。
上述した工具用焼結材料は、高温時での硬度が高いAJ
.O,を主体とする結合剤を用し)なので、特に高温時
での耐摩耗性を改善することができさらに、CBN粒の
表面にAI!コーティングを施こしたことにより、CB
N粒と結合相の密着性が向上しCBN粒の結合相(こよ
る保持能力が従来のものよりも向上する。
.O,を主体とする結合剤を用し)なので、特に高温時
での耐摩耗性を改善することができさらに、CBN粒の
表面にAI!コーティングを施こしたことにより、CB
N粒と結合相の密着性が向上しCBN粒の結合相(こよ
る保持能力が従来のものよりも向上する。
また、結合相にSiCの針状結晶を添加したものでは、
繊維強化による結合相の高靭化が可能となり、耐摩耗性
の向上と同時【こチツピングや欠損の少ない工具用焼結
材料を提供できる。
繊維強化による結合相の高靭化が可能となり、耐摩耗性
の向上と同時【こチツピングや欠損の少ない工具用焼結
材料を提供できる。
く発明の効果〉
本発明の工具用焼結材料は、高温時での硬度が高い酸化
アルミニウムを主体とする結合剤を用いたので、高温時
での耐摩耗性を改善することができる。また、立方晶窒
化粘素の表面に金属の被膜を施したので、立方晶窒イヒ
硼素粒と結合相の密着性が向上し、立方晶窒化硼素粒の
結合相による保持能力が向上した。
アルミニウムを主体とする結合剤を用いたので、高温時
での耐摩耗性を改善することができる。また、立方晶窒
化粘素の表面に金属の被膜を施したので、立方晶窒イヒ
硼素粒と結合相の密着性が向上し、立方晶窒化硼素粒の
結合相による保持能力が向上した。
Claims (2)
- (1)40〜90体積%の立方晶窒化硼素の粉粒と、5
〜55体積%の酸化ジルコニウムの粉粒及び酸化アルミ
ニウムの粉粒との混合物を焼結してなる工具用焼結材料
において、立方晶窒化硼素の粉粒に金属の破膜を施した
ことを特徴とする工具用焼結材料。 - (2)請求項(1)項記載の工具用焼結材料において、
立方晶窒化硼素の粒径が1乃至3マイクロメートルの範
囲にあり、且つ金属の破膜厚さが10乃至1000オン
グストロームの範囲にあることを特徴とする工具用焼結
材料。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000074A JP2686335B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 工具用焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000074A JP2686335B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 工具用焼結材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03205364A true JPH03205364A (ja) | 1991-09-06 |
JP2686335B2 JP2686335B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=11464026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000074A Expired - Lifetime JP2686335B2 (ja) | 1990-01-05 | 1990-01-05 | 工具用焼結材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2686335B2 (ja) |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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-
1990
- 1990-01-05 JP JP2000074A patent/JP2686335B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
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---|---|
JP2686335B2 (ja) | 1997-12-08 |
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