JPH0488103A - 耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工具材およびその製造法 - 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〕 この発明は、切刃部を構成するダイヤモンド基焼結材料
が粒径：１部以下の微粒ダイヤモンドで構成され、特に
セラミック材の仕上切削ですくれた耐チッピング性（耐
微小欠は性）を長期に亘って発揮する複合焼結切削工具
材、並びにその製造法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、例えば特公昭５２−１２１２８号公報に記載され
る通り、切刃部形成用の粒径：１Ｄｔｔｎ以上のダイヤ
モンド粉末集合体を、重量９６で（以下％は重量％を示
す）、結合相形成成分としてＣｏ：３〜２０％含有の炭
化タングステン（以下ＷＣで示す）超超硬合金の焼結体
あるいはこれと同じ配合組成をもった圧粉体で構成され
た基体と一緒に、圧力：５ＧＰａ以上、　温度＋　１４
００℃以上、の条件で超高圧焼結することにより、 焼結時に基体から拡散移動してきたＣｏとＷＣによって
形成された結合相形成成分としてのＣｏ−Ｗ−Ｃ合金：
０．１〜２０％、 を含有し、残りが分散相形成成分としてのダイヤモンド
からなる組成を有するダイヤモンド基焼結材料で構成さ
れた切刃部が、結合相形成成分としてＣｏ：３〜２０％
を有するＷＣＣ超超硬合金構成された基体に接合されて
なる複合焼結切削工具材を製造する方法が知られている
。

また、上記従来複合焼結切削工具材か、Ａ、ＱやＡ、Ｑ
−５ｉ合金、さらに純銅などの非鉄金属の仕上切削など
に用いられていることも良く知られるところである。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記の従来方法において、良好な仕上面を確保
する目的で、ダイヤモンド基焼結材料を構成するダイヤ
モンド粒の微細化をはかる目的で、原料としてのダイヤ
モンド粉末の粒径を０，５フ以下に微粉化して用いると
、ダイヤモンド粉末か前記の通り微細であるために、凝
集し易く、焼結後にその粒径か１０即以上に粗大化した
ダイヤモンド粒が局部的に存在するようになり、この結
果、上記の非鉄金属の仕上切削ではチッピングの発生は
ほとんど見られないものの、仕上げ面粗度か低下し、さ
らにアルミナやジルコニア、さらに窒化けい素などの焼
結体（セラミック材）の仕上切削に用いた場合には、局
部的に粗大化したダイヤモンド粒の点在が原因で、切刃
部にチッピングが多発し、実用に供することができない
のが現状である。

〔課題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
従来複合焼結切削工具材に着目し、これの切刃部を構成
するダイヤモンド基焼結材料のダイヤモンド粒の均粒化
をはかるべく研究を行なった結果、複合焼結切削工具材
の製造に際して、ダイヤモンド粉末に、炭化けい素（以
下ＳｉＣで示す）粉末と、ポリエチレングリコール、メ
チルセルロース、エチルセルロース、およびポリビニー
ルアルコールなとの有機化合物を配合して湿式混合する
と、前記有機化合物が、ＳｉＣ粉末は勿論のこと、ダイ
ヤモンド粉末を個々の粉末にばらす作用を発揮し、ダイ
ヤモンド粉末の粒径が０．５１１ｎ以下と微細であって
も、これが凝集することが防止され、この結果の湿式混
合物に炭化処理を施して、ダイヤモンド粉末とＳｉＣ粉
末が炭素で被覆された状態とした混合物の圧粉体に、Ｗ
ＣＣ超超硬合金基体と一緒に通常の条件で超高圧焼結を
施すと、前記炭素はダイヤモンド化するが、ＳｉＣには
ダイヤモンド粒の粒成長を抑制する作用があることと相
まって、均粒にして、粒径：１μｓ以下の微細なダイヤ
モンド粒で構成された切刃部が形成されるようになり、
二の切刃部によれば、上記の各種のセラミック材の仕上
切削でもチッピングの発生は著しく抑制されるようにな
り、長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するという研
究結果を得たのである。

この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたもの
であって、 粒径：０５即以下のＳｉＣ：１〜２０％、有機化合物＝
１〜１０％、 粒径コ０，５−以下のダイヤモンド：残り、からなる配
合組成をもった湿式混合物を、非酸化性雰囲気中で加熱
して前記有機化合物を炭化し、ついで、この炭素含有の
混合物から成形した切刃部形成用圧粉体を、Ｃｏ：３〜
２０％含有のＷＣＣ超超硬合金焼結体、あるいはこれと
同じ配合組成を有する圧粉体で構成された基体と一緒に
した状態で、 圧力：５ＧＰａ以上、　温度：　１４００℃以上、の通
常の条件で超高圧焼結して、切刃部形成用圧粉体中の炭
素をダイヤモンド化すると共に、基体中のＣｏおよびＷ
Ｃを切刃部形成用圧粉体中に拡散移動せしめることによ
り複合焼結切削工具材を製造する方法、並びにこの方法
で製造された、分散相形成成分として粒径：０．５ｔ！
ｎ以下のＳｉＣ：１〜２０％、 焼結時に基体から拡散移動してきたＣｏとＷＣによって
形成された結合相形成成分としてのＣｏ−Ｗ−Ｃ合金：
０．１−２０９ｏ。

を含有し、残りが実質的に粒径：１ｔｍ以下の微粒ダイ
ヤモンドからなる組成を有するダイヤモンド基焼結材料
で構成された切刃部を、結合相形成成分としてＣＯ：３
〜２０％を含有するＷＣＣ超超硬合金構成された基体に
接合してなる耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工
具材に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の複合焼結切削工具材およびその製造
法において、成分組成および配合組成を上記の通りに限
定した理由を説明する。

（ａ）　　基体のＣｏ含有量および切刃部のＣ。

Ｗ−Ｃ合金の含有量 基体のＣｏ含有量が３％未満では所望の強度および靭性
を確保することかできないばかりでなく、焼結時に基体
からの拡散移動によって切刃部を構成するダイヤモンド
基焼結材料に形成される結合相形成成分としてのＣｏ　
−Ｗ−ｃ合金の含有量か０．１％未満となって、切刃部
に所望の強度および靭性を確保することかできず、チッ
ピングか発生し易くなり、一方基体のＣｏ含有量が２０
９０を越えると、切刃部のＣｏ−Ｗ−Ｃ合金の割合も２
０％を越えて多くなり、切刃部および基体とも硬さが著
しく低下し、所望の耐摩耗性か得られなくなることから
、その含有量をそれぞれ上記の通りに限定した。

（ｂ）ＳｉＣの割合 ＳｉＣには、焼結時にダイヤモンド粒が粒成長するのを
抑制するとともに、切刃部で分散相を形成して耐熱性を
向上させる作用かあるが、その割合が１％未満では前記
作用に所望の効果か得られず、一方、その含有量が２０
％を越えると、相対的に切刃部におけるダイヤモンドの
割合が減少するようになって耐摩耗性が低下することか
ら、その割合を１〜２０％と定めた。

なお、この場合原料粉末としてのＳｉＣ粉末の粒径が０
．５ｗｔ１を越えると、均一混合ができづらく、この結
果焼結後の均一分散が困難になることから、ＳｉＣ粉末
の粒径は０．５−以下とするのが望ましい。

（ｃ）　　有機化合物の配合量 有機化合物には、上記の通り湿式混合で微細なダイヤモ
ンド粉末およびＳｉＣ粉末を個々の粉末にばらし、粉末
同志が凝集するのを防止する作用があるが、その割合が
１％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方そ
の割合が１０％を越えると、焼結時のダイヤモンド化で
、原料粉末として粒径：０．５！Ｅｎ以下の微細なダイ
ヤモンド粉末を用いても、焼結後に１節を越えた大きな
粒径となって、例えばセラミック材の仕上切削で所望の
表面粗さを得ることかできなくなることから、その配合
量を１〜１０％と定めた。

（ｄ）　　ダイヤモンド粉末の粒径 原料粉末としてのダイヤモンド粉末の粒径が０．５−を
越えると、上記の通り有機化合物のダイヤモンド化で焼
結後の切刃部におけるダイヤモンド粒の粒径が１ｕｍを
越えて大きくなり、仕上切削での被削材の表面粗さか低
下するようになることから、ダイヤモンド粉末の粒径を
０．５μｓ以下と定めた。

〔実　施　例〕

つぎに、この発明の複合焼結切削工具材およびその製造
法を実施例により具体的に説明する。

第１表に示される割合に、ダイヤモンド粉末、ＳｉＣ粉
末、および有機化合物を配合し、これをボールで溶媒と
してヘンゼンを用いて２０時時間式混合し、乾燥した後
、有機化合物配合の混合物には、窒素雰囲気中、２００
℃と９００℃にそれぞれ２時間づつ保持の条件で炭化処
理を施して前記有機化合物を炭素化し、ついでこれらの
混合物から２００ＭＰａの圧力で直径ニア龍×厚さ・１
龍の寸法をもった切刃部形成用圧粉体をプレス成形し、
一方、同様に通常の粉末冶金法にて第１表に示される組
成および直径ニアｍｎ＋Ｘ厚さ：３ｍｍの寸法をもった
各種のＷＣＣ超超硬合金基体形成用圧粉体または焼結体
を用意し、つぎにこれら両者を同じく第１表に示される
組合せで重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に
装入し、圧力　５　、５ＧＰａ、温度＝１４８０℃、保
持時間、３０分の条件で超高圧焼結することにより本発
明法１〜６および比較法１〜７をそれぞれ実施し、本発
明複合焼結切削工具材１〜６および比較複合焼結切削工
具材１〜７を製造した。

なお、比較法１が上記の従来法に相当し、また比較法２
〜７が構成条件のうちのいずれかの条件（第１表に※印
を付す）がこの発明の範囲からガれたものである。

つぎに、この結果得られた各種の複合焼結切削工具材に
ついて、 工具形状：ＴＮＧＡ３３２、 被削材：アルミナ焼結体、 切削速度：］Ｏｍ／ｍｉｎ、 切込み：０．２鰭、 送　　　リ：　０．０５ｍ口／ｒｅｖ、、の条件でセラ
ミック材の乾式仕上切削試験を行ない、使用寿命に至る
までの切削時間を測定した。

また切削開始１分経過後の被削材の表面粗さ（ＪＩＳ）
も測定した。これらの測定結果を第２表に示した。さら
に第２表には切刃部および基体の成分組成も示した。

〔発明の効果〕

第１表および第２表に示される通り、本発明法１〜６で
製造された本発明複合焼結切削工具材１〜６は、いずれ
も切刃部を構成するダイヤモンド粒の粒径が１虜以下と
微細（この結果として均粒となる）なので、チッピング
の発生なく、長時間に亘ってすぐれた切削性能を発揮し
、かつ被削材の仕上面の表面粗さもきわめてすぐれてい
るのに対して、従来法に相当する比較法１で製造された
比較複合焼結切削工具材１は、切刃部におけるダイヤモ
ンド粒が凝集による粒成長によって著しく粗大化し、こ
れか不規則に点在することから、この粗大化したダイヤ
モンド粒が原因で、仕上切削開始後きわめて短時間でチ
ッピングが発生し、使用寿命に至るものであり、また被
削材の仕上面の表面粗さも低く、さらに比較法２〜７て
製造された比較複合焼結切削工具材２〜７に見られるよ
うに、構成条件のうちのいずれかの条件でもこの発明の
範囲から外れると、表面粗さ、チッピング、および切削
時間のうちの少なくともいずれかの点で満足な結果が得
られないことが明らかである。

上述のように、この発明の方法によれば、切刃部が微細
にして均粒のダイヤモンド粒で構成された複合焼結切削
工具材を製造することかでき、かつこの結果得られた本
発明複合焼結切削工具材によれば、これを非鉄金属は勿
論のこと、例えばセラミック材の仕上切削に用いても切
刃部にチッピングの発生が著しく抑制され、かつきわめ
てすぐれた表面粗さの仕上面を形成することかできるな
ど工業上有用な効果かもたらされるのである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）結合相形成成分としてＣｏ：３〜２０重量％を含
   有する炭化タングステン基超硬合金で構成された基体に
   、ダイヤモンド基焼結材料で構成された切刃部を接合し
   てなる複合焼結切削工具材にして、上記切刃部を構成す
   るダイヤモンド基焼結材料が、重量％で、 分散相形成成分として粒径：０．５μｍ以下の炭化けい
   素：１〜２０％、 結合相形成成分として焼結時に上記基体から拡散移動し
   てきたＣｏ−Ｗ−Ｃ合金：０．１〜２０％、を含有し、
   残りが実質的に粒径：１μｍ以下の微粒ダイヤモンドか
   らなる組成を有することを特徴とする耐チッピング性に
   すぐれた複合焼結切削工具材。
2. （２）粒径：０．５μｍ以下の炭化けい素：１〜２０％
   、有機化合物：１〜１０％、 粒径：０．５μｍ以下のダイヤモンド：残り、からなる
   配合組成（以上重量％）をもった湿式混合物を、非酸化
   性雰囲気中で加熱して前記有機化合物を炭化し、 ついで、この炭素含有の混合物から成形した切刃部形成
   用圧粉体を、Ｃｏ：３〜２０重量％含有の炭化タングス
   テン基超硬合金焼結体または同じ配合組成を有する圧粉
   体で構成された基体と一緒にした状態で、 圧力：５ＧＰａ以上、温度：１４００℃以上、の通常の
   条件で超高圧焼結して、切刃部形成用圧粉体中の炭素を
   ダイヤモンド化すると共に、基体中のＣｏおよび炭化タ
   ングステンを切刃部形成用圧粉体中に拡散移動せしめて
   、切刃部を構成するダイヤモンド基焼結材料の結合相を
   形成させること、 を特徴とする耐チッピング性にすぐれた複合焼結切削工
   具材の製造法。