JPH0421738A - 高靭性・高硬度焼結体 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高硬度で優れた耐摩耗性を有し且つ靭性の優
れた焼結体およびその製造方法に関し、この焼結体は、
高硬度鋼やＮｉ基もしくはＣｏ基嵩高合金の切削用工具
あるいは軸受や線引ダイス等の耐摩耗工具用素材として
有用である。

［従来の技術］ 上記の様な切削工具や耐摩耗性用の素材としては、従来
よりＷＣ基の超硬材料が使用されてきた。しかし工具使
用者の要求がますます厳しくなっている現在では、特に
耐摩耗性において希望を通えることができなくなってき
ており、より優秀な工具材料の開発が待たれている。

こうした要望に沿う工具用材料として、立方晶窒化硼素
に少量のＡ１と鉄族金属を含有させた焼結体（特開昭４
８−１７５０３号公報）、あるいはセラミックスを結合
材として用いた立方晶窒化硼素焼結体（特公昭５７−３
６３１号公報）等が提案された。ところがこれらの素材
により製作された切削工具は、耐摩耗性において必ずし
も満足し得るものとは言えない。しかもこの切削工具は
、微小切込みの連続切削の様に比較的負荷の小さい切削
条件の下では優れた切削性能を発揮するが、切込みの大
きい場合、あるいは断続切削の様に衝撃が繰返し加えら
れる過酷な切削条件の下では必ずしも満足のいく性能は
得られず、耐欠損性や耐ピツチング性に問題がある。

［発明が解決しようと゛する課題］ 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、耐摩耗性に優れ、且つ大きな負荷、特
に大きな衝撃の加わる様な条件下においても優れた切削
性能を発揮する、耐摩耗性、耐欠損性、耐ピツチング性
に優れた高靭性で高強度の焼結体並びにその製造方法を
提供しようとするものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明に係る焼結体の
構成は、 高圧相型窒化硼素＝３０〜８０体積％ Ｗ　Ｃ／　Ｃｏが９５１５〜７０／３０（重量比）であ
るＷＣＣ超超硬合金ニア０〜２体積％からなるところに
要旨を有するものであり、この焼結体は、高圧相型窒化
硼素粉末と、Ｗ　Ｃ／　Ｃ。

が９５１５〜７０／３０（重量比）となるようにＷＣ粉
末とＣｏ粉末を混合し、これを混合粉末のまま若しくは
型押成形した後、高温・高圧下で焼結することによって
容易に製造することかできる。尚本発明で使用するＷＣ
Ｃ超超硬合金ＷＣとＣＯを上記比率で含むものであるが
、このほか、Ｃｒ　　Ｔａ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔ
ｉ等の炭化物の１種以上を本発明の目的に悪影響を与え
ない範囲で更に付加的に配合したものであってもかまわ
ない。また、ＣＯは、その一部をＮｉで置換することも
できる。尚本発明において高圧相型窒化硼素とは、立方
晶型窒化硼素およびウルツ型窒化硼素を包含する。

［作用］ かねてより本発明者らは、セラミックスを結合材とする
窒化硼素系の焼結体が耐欠損性や耐ピツチング性を欠く
原因を研究している。それによれば上記諸欠点を生じる
原因は、結合部を構成するセラミックスの靭性不足によ
るものであることが明らかとなった。そこで結合部の靭
性不足を改善すべく更に研究を進めた結果、結合材とし
てＣＯを含む特定のＷＣＣ超超硬合金使用すると結合部
の靭性が著しく改善され、窒化硼素の卓越した高硬度特
性とも相まって、耐摩耗性、耐欠損性、耐ピツチング性
の優れた窒化硼素系焼結体が得られることを知った。

靭性向上の目的で配合されるＷＣＣ超超硬合金、Ｗ　Ｃ
／　Ｃｏ比が重量で９５１５〜７０／３０のものが使用
される。しかしてＷ　Ｃ／　Ｃｏ比が９５１５を超える
ものでは、ＷＣに対してＣＯ量が不足するため粒子間の
結合力が小さくなり、満足のいく靭性向上効果が得られ
ない。一方、ＷＣ／　Ｃｏ比が７０／３０未満のもので
は、ＷＣの絶対量が不足するため結合材として十分な強
度と耐熱性が得られなくなる。

次に上記配合比率を特定した理由を説明する。

まず高圧相型窒化硼素が３０体積％未満である場合は、
耐摩耗性の主体となる超硬成分量が不足することになっ
て、満足のいく耐摩耗性が得られなくなる。しかし高圧
相型窒化硼素の量が多過ぎると、結合相を構成する成分
が相対的に不足して高圧相型窒化硼素の脱落が起こり易
くなり、やはり十分な耐摩耗性が得られなくなるので、
８０体積％を上限とする。高圧相型窒化硼素のより好ま
しい含有率は４０〜６０体積％の範囲である。

また、ＷＣＣ超超硬合金焼結体に靭性を持たせる為のも
のであり、２０体積％未満では結合相の靭性不足により
満足な耐欠損性および耐ピツチング性が得られなくなる
。しかし７０体積％を超えると結合相の硬度および耐熱
性が不足気味となり、焼結体の耐摩耗性が悪くなるばか
りでなく摩擦熱に対する抗力も低下してくる。ＷＣＣ超
超硬合金より好ましい含有率は４０〜６０体積％の範囲
である。

ところで上記成分よりなる焼結体は、夫々の成分の粉体
を均一に混合し、必要により圧粉成形してから高温・高
圧下で焼結することによって得られるが、より好ましい
のは次に示す方法である。

ＷＣＣ超超硬合金それ自身硬質で且つ靭性にも優れたも
のである為、これを微粉末状にする上ではこれらの特性
が却って障害となる。ところが高圧相型窒化硼素はＷＣ
Ｃ超超硬合金りもはるかに硬度が高く硬質であるので、
こうした硬度差を利用し、以下に示す様な方法を採用す
れば、ＷＣＣ超超硬合金微粉末状にして高圧相型窒化硼
素粉末と均一に混合することができる。即ちその方法と
は、所定量の高圧相型窒化硼素粉末を、ボールミル、ア
トライター、振動ミル等によってＷＣＣ超超硬合金製ボ
ール混合し、混合工程で該ボールの摩耗によって生ずる
ＷＣＣ超超硬合金粉末、高圧相型窒化硼素粉末中に混入
させる方法である。この方法であれば、ＷＣＣ超超硬合
金別途微粉砕する工程が省略されるばかりでなく、高圧
相型窒化硼素粉末も相互に衝突し合って微粉砕されつつ
両者が均一に混合されるので、均一で微細な混合粉末が
得られる。この場合、摩耗により混入されるＷＣＣ超超
硬合金量は、該ＷＣＣ超超硬合金ボール大きさや混合条
件（攪拌速度、回転速度等）および混合時間によって任
意にコントロールすることができる。尚ここで言うボー
ルは大きさや形状において格別に制限されないものであ
ることは言うまでもない。

この様にして得られる混合粉末は、粉末の状態で型に充
填し、あるいは予め型押成形した後、高圧・高温条件下
で焼結すると、高強度で且つ高靭性の焼結成形体を得る
ことができる。このときの焼結条件は、原料粉末、殊に
高圧相型窒化硼素が熱変質を起こすことなくこれらを焼
結一体化し得る条件の中から自由に選定できるが、−数
的な条件として示すならば、温度は１３００〜１７００
℃、圧力は３０〜７０キロバールで行なうのがよい。

［実施例］ 平均粒径３μｍの立方晶型窒化硼素粉末を一方の成分と
し、これに平均粒径１μｍのＷＣ粉末。

Ｍｏ２Ｃ粉末、Ｃｏ粉末、Ｎｉ粉末等を混合し、ＷＣＣ
超超硬合金ボール用いてエチルアルコールを混合媒体と
してボールミルで混合した。混合時のボールの摩耗によ
りＷＣＣ超超硬合金混入させることとして、第１図に示
す成分組成の混合粉末を調製した。このとき、混合時間
を調節することによりＷＣＣ超超硬合金粉末混入量を調
整した。

得られた混合粉末を乾燥し、型押成形した後真空炉にお
いて１０−’Ｔｏｒｒの真空炉で１０００℃×１時間保
持して脱ガスし、次いでベルト型超高圧高温発生装置に
より６０キロバールＸ　１５００℃×１５分の条件で焼
結して焼結体を得た。

得られた焼結体から切削チップを作製し、被剛材として
溝付円柱状のＳＣＭ４３５　（ＨＲＣ６０）を用いて、
外周を長手方向に断続切削試験し、切削チップが欠損す
るまでの時間を測定した。但し切削条件は、切削速度：
　１０　Ｑｍ／１Ｉｌｉｎ　、切込み。

０．３ｍｍ　、送り：　０．１５ｍｍ／ｒｅｖとした。

第１表より次の様に考えることができる。

（１）符号Ａ−Ｆは本発明で定める要件を充足する実施
例で、欠損までの寿命はいずれも比較例へ゛の３倍以上
であり、切削部材としての寿命はいずれも非常に優れて
いる （２）符号Ａ°〜Ｅ°は、以下に示す如く本発明で定め
る要件のいずれかを欠く比較例であり、欠損までの寿命
はいずれも本発明の局以下に短縮されている。

符号Ａ’　　：ＷＣＣ超超硬合金配合されていない。

符号Ｂ’　　：ＷＣＣ超超硬合金量少ない。

符号ｃ’　　：ＷＣＣ超超硬合金過剰。

符号Ｄ’　、Ｅ’　　：ＷＣＣ超超硬合金構成するＷ　
Ｃ／　Ｃｏ比が本発明の規定 範囲を外れている。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、高圧相型窒化硼素
系焼結体の結合相として所定のＷＣ／ＣＯ　トｈよりな
るＷＣＣ超超硬合金用い、結合相の靭性な高めることに
より、高圧相型窒化硼素系焼結体の耐摩耗性を損なうこ
となくその靭性を高めることができ、切削工具、軸受、
線引ダイス等の耐摩耗工具用素材としての寿命を著しく
延長し得ることになった。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 高圧相型窒化硼素：３０〜８０体積％ ＷＣ／ＣＯが９５／５〜７０／３０（重量比）であるＷ
   Ｃ基超硬合金：７０〜２０体積％ からなることを特徴とする高靭性・高硬度焼結体。