JPH0517233A - 高強度を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料 - Google Patents
高強度を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料Info
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23B—TURNING; BORING
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削チ
ップの強度を向上させて、苛酷な条件での切削にもすぐ
れた耐欠損性と耐摩耗性を発揮せしめる。 【構成】 切削チップを構成する立方晶窒化ほう素基超
高圧焼結材料のｃ−ＢＮからなる分散相と、ＴｉＣ，Ｔ
ｉＮ，およびＴｉＣＮのうちの１種または２種以上と、
Ａｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮのうちの１種または２種と、Ｔ
ｉＢ2 とからなる結合相の結晶粒径がいずれも実質的に
１μｍ以下からなる。
ップの強度を向上させて、苛酷な条件での切削にもすぐ
れた耐欠損性と耐摩耗性を発揮せしめる。 【構成】 切削チップを構成する立方晶窒化ほう素基超
高圧焼結材料のｃ−ＢＮからなる分散相と、ＴｉＣ，Ｔ
ｉＮ，およびＴｉＣＮのうちの１種または２種以上と、
Ａｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮのうちの１種または２種と、Ｔ
ｉＢ2 とからなる結合相の結晶粒径がいずれも実質的に
１μｍ以下からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高強度を有し、した
がって、例えば高硬度鋼の高速断続切削や高送り断続切
削などの苛酷な条件下での切削にも、切刃に欠けやチッ
ピングなどの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示す立方晶
窒化ほう素（以下ｃ−ＢＮで示す）基超高圧焼結材料製
切削チップに関するものである。
がって、例えば高硬度鋼の高速断続切削や高送り断続切
削などの苛酷な条件下での切削にも、切刃に欠けやチッ
ピングなどの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示す立方晶
窒化ほう素（以下ｃ−ＢＮで示す）基超高圧焼結材料製
切削チップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特開昭５５−６２８６２号
公報に記載される通り、結合相形成成分として、Ｔｉの
炭化物、窒化物、および炭窒化物（以下、それぞれＴｉ
Ｃ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮで示す）のうちの１種また
は２種以上：１０〜６０％、同じく結合相形成成分とし
ての酸化アルミニウム（以下Ａｌ2 Ｏ3 で示す）：０．
１〜１８％、を含有し、残りが分散相形成成分としての
ｃ−ＢＮと不可避不純物からなる組成（以上容量％、以
下％は容量％を示す）を有するｃ−ＢＮ基超高圧焼結材
料で構成された切削チップが、例えばロックウエル硬さ
（Ｃスケール）で５５〜６２の硬さを有する高硬度鋼や
Ｎｉ基あるいはＣｏ基スーパーアロイなどの仕上切削に
用いられていることはよく知られているところである。
公報に記載される通り、結合相形成成分として、Ｔｉの
炭化物、窒化物、および炭窒化物（以下、それぞれＴｉ
Ｃ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮで示す）のうちの１種また
は２種以上：１０〜６０％、同じく結合相形成成分とし
ての酸化アルミニウム（以下Ａｌ2 Ｏ3 で示す）：０．
１〜１８％、を含有し、残りが分散相形成成分としての
ｃ−ＢＮと不可避不純物からなる組成（以上容量％、以
下％は容量％を示す）を有するｃ−ＢＮ基超高圧焼結材
料で構成された切削チップが、例えばロックウエル硬さ
（Ｃスケール）で５５〜６２の硬さを有する高硬度鋼や
Ｎｉ基あるいはＣｏ基スーパーアロイなどの仕上切削に
用いられていることはよく知られているところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年、切削機械
の高性能化はめざましく、省力化と合まって、切削速度
の高速化並びに重切削化の傾向にあるが、上記の従来ｃ
−ＢＮ基超高圧焼結材料製切削チップは、これを例えば
肌焼き鋼や高周波焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速断続切
削や高送り断続切削などの苛酷な条件での切削に供した
場合、強度不足が原因で切刃に欠けやチッピングが発生
し易く、十分満足する切削性能を示さないのが現状であ
る。
の高性能化はめざましく、省力化と合まって、切削速度
の高速化並びに重切削化の傾向にあるが、上記の従来ｃ
−ＢＮ基超高圧焼結材料製切削チップは、これを例えば
肌焼き鋼や高周波焼入れ鋼などの高硬度鋼の高速断続切
削や高送り断続切削などの苛酷な条件での切削に供した
場合、強度不足が原因で切刃に欠けやチッピングが発生
し易く、十分満足する切削性能を示さないのが現状であ
る。
【０００４】
【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ｃ−ＢＮ基超高圧焼
結材料製切削チップに着目し、これの強度を向上せしめ
るべく研究を行なった結果、 （１）上記の従来ｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料製切削チッ
プにおいては、ｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料の結合相を形
成するＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮとＡｌ2 Ｏ3 の
結晶粒径が最大粒径で３μｍを越えて大きくなってお
り、この結晶粒径は原料粉末として１μｍ以下の微細粒
径のものを使用しても超高圧焼結で粒成長を起すことに
原因し、このように最大粒径で３μｍを越えた結合相が
存在すると十分な強度を確保することができないこと。
上述のような観点から、上記の従来ｃ−ＢＮ基超高圧焼
結材料製切削チップに着目し、これの強度を向上せしめ
るべく研究を行なった結果、 （１）上記の従来ｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料製切削チッ
プにおいては、ｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料の結合相を形
成するＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮとＡｌ2 Ｏ3 の
結晶粒径が最大粒径で３μｍを越えて大きくなってお
り、この結晶粒径は原料粉末として１μｍ以下の微細粒
径のものを使用しても超高圧焼結で粒成長を起すことに
原因し、このように最大粒径で３μｍを越えた結合相が
存在すると十分な強度を確保することができないこと。
【０００５】（２）この場合、上記超高圧焼結は、ｃ−
ＢＮの結晶粒径にはほとんど影響をおよぼさず、したが
って原料粉末として結晶粒径が１μｍ以下のｃ−ＢＮ粉
末を用いれば、超高圧焼結後もｃ−ＢＮの結晶粒径は１
μｍ以下を保持することができること。
ＢＮの結晶粒径にはほとんど影響をおよぼさず、したが
って原料粉末として結晶粒径が１μｍ以下のｃ−ＢＮ粉
末を用いれば、超高圧焼結後もｃ−ＢＮの結晶粒径は１
μｍ以下を保持することができること。
【０００６】（３）一方、結合相形成用原料粉末とし
て、酸素含有、望ましくは５〜１５重量％の酸素を含有
する、ＴｉとＡｌの複合窒化物、複合炭化物、および複
合炭窒化物（以下、それぞれＴｉ2 ＡｌＮ，Ｔｉ2 Ａｌ
Ｃ，およびＴｉ2 ＡｌＣＮで示す）のうちの１種または
２種以上を用いると、これが超高圧焼結時に分解し、ｃ
−ＢＮと反応して、ＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮの
うちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 および窒化ア
ルミニウム（以下ＡｌＮで示す）のうちの１種または２
種と、ほう化チタン（以下ＴｉＢ2 で示す）が形成され
るようになり、これらの結合相を構成するＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ、およびＴｉＢ
2 は、いずれの結晶粒径も１μｍ以下ときわめて微細で
あり、これと同時に分散相形成成分としてのｃ−ＢＮの
結晶粒径も１μｍ以下としたｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料
で構成された切削チップは、きわめて高い強度をもつよ
うになり、苛酷な条件下での切削にも切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発
揮するようになること。以上（１）〜（３）に示される
研究結果を得たのである。
て、酸素含有、望ましくは５〜１５重量％の酸素を含有
する、ＴｉとＡｌの複合窒化物、複合炭化物、および複
合炭窒化物（以下、それぞれＴｉ2 ＡｌＮ，Ｔｉ2 Ａｌ
Ｃ，およびＴｉ2 ＡｌＣＮで示す）のうちの１種または
２種以上を用いると、これが超高圧焼結時に分解し、ｃ
−ＢＮと反応して、ＴｉＣ，ＴｉＮ，およびＴｉＣＮの
うちの１種または２種以上と、Ａｌ2 Ｏ3 および窒化ア
ルミニウム（以下ＡｌＮで示す）のうちの１種または２
種と、ほう化チタン（以下ＴｉＢ2 で示す）が形成され
るようになり、これらの結合相を構成するＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，ＴｉＣＮ，Ａｌ2 Ｏ3 ，ＡｌＮ、およびＴｉＢ
2 は、いずれの結晶粒径も１μｍ以下ときわめて微細で
あり、これと同時に分散相形成成分としてのｃ−ＢＮの
結晶粒径も１μｍ以下としたｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料
で構成された切削チップは、きわめて高い強度をもつよ
うになり、苛酷な条件下での切削にも切刃に欠けやチッ
ピング（微小欠け）の発生なく、すぐれた耐摩耗性を発
揮するようになること。以上（１）〜（３）に示される
研究結果を得たのである。
【０００７】したがって、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、結合相形成成分と
して、酸素含有のＴｉ2 ＡｌＮ，Ｔｉ2 ＡｌＣ，および
Ｔｉ2 ＡｌＣＮのうちの１種または２種以上と、ｃ−Ｂ
Ｎとの分解反応相：２０〜４８％、を含有し、残りが分
散相形成成分としてのｃ−ＢＮと不可避不純物からなる
組成を有し、かつ、上記分解反応相が、ＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，およびＴｉＣＮのうちの１種または２種以上と、Ａ
ｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮのうちの１種または２種と、Ｔｉ
Ｂ2 とからなると共に、上記分解反応相からなる結合相
およびｃ−ＢＮからなる分散相の結晶粒径がいずれも実
質的に１μｍ以下である、高強度を有するｃ−ＢＮ基超
高圧焼結材料製切削チップに特徴を有するものである。
にもとづいてなされたものであって、結合相形成成分と
して、酸素含有のＴｉ2 ＡｌＮ，Ｔｉ2 ＡｌＣ，および
Ｔｉ2 ＡｌＣＮのうちの１種または２種以上と、ｃ−Ｂ
Ｎとの分解反応相：２０〜４８％、を含有し、残りが分
散相形成成分としてのｃ−ＢＮと不可避不純物からなる
組成を有し、かつ、上記分解反応相が、ＴｉＣ，Ｔｉ
Ｎ，およびＴｉＣＮのうちの１種または２種以上と、Ａ
ｌ2 Ｏ3 およびＡｌＮのうちの１種または２種と、Ｔｉ
Ｂ2 とからなると共に、上記分解反応相からなる結合相
およびｃ−ＢＮからなる分散相の結晶粒径がいずれも実
質的に１μｍ以下である、高強度を有するｃ−ＢＮ基超
高圧焼結材料製切削チップに特徴を有するものである。
【０００８】なお、この発明の切削チップを構成するｃ
−ＢＮ基超高圧焼結材料の結合相の含有量を２０〜４８
％と限定したのは、その含有量が２０％未満では実質的
にｃ−ＢＮの含有割合が８０％を越えて多くなってしま
い、靭性の著しい低下をきたすようになり、一方その含
有量が４８％を越えると、ｃ−ＢＮの含有割合が実質的
に５２％未満と少なくなってしまい、所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができないという理由によるもの
である。
−ＢＮ基超高圧焼結材料の結合相の含有量を２０〜４８
％と限定したのは、その含有量が２０％未満では実質的
にｃ−ＢＮの含有割合が８０％を越えて多くなってしま
い、靭性の著しい低下をきたすようになり、一方その含
有量が４８％を越えると、ｃ−ＢＮの含有割合が実質的
に５２％未満と少なくなってしまい、所望のすぐれた耐
摩耗性を確保することができないという理由によるもの
である。
【０００９】また、この発明の切削チップにおいて、ｃ
−ＢＮ基超高圧焼結材料を構成する接合相および分散相
の結晶粒径を１μｍ以下としたのは、上記の通り結合相
および分散相のいずれかにでも結晶粒径が１μｍを越え
た粗大粒が存在すると、特に苛酷な切削条件下での切削
時に、その粗大粒が欠けやチッピング発生の起点となる
という理由によるものである。
−ＢＮ基超高圧焼結材料を構成する接合相および分散相
の結晶粒径を１μｍ以下としたのは、上記の通り結合相
および分散相のいずれかにでも結晶粒径が１μｍを越え
た粗大粒が存在すると、特に苛酷な切削条件下での切削
時に、その粗大粒が欠けやチッピング発生の起点となる
という理由によるものである。
【００１０】
【実施例】つぎに、この発明の切削チップを実施例によ
り具体的に説明する。
り具体的に説明する。
【００１１】まず、Ｔｉ2 ＡｌＮ粉末、Ｔｉ2 ＡｌＣ粉
末、およびＴｉ2 ＡｌＣＮ粉末を、それぞれボールミル
中で直径：０．２〜１．５mmのＷＣ基超硬合金製ボール
を用いて湿式粉砕混合した後、これに５０〜５００ppm
の範囲内の酸素分圧を有する酸素含有Ｎ2 雰囲気中、４
００〜６００℃の範囲内の所定温度に４時間保持の条件
で酸化処理を施して、それぞれ表１に示される酸素含有
量のＴｉ2 ＡｌＮ粉末、Ｔｉ2 ＡｌＣ粉末、およびＴｉ
2 ＡｌＣＮ粉末を結合相形成用原料粉末として調製し、
これらの粉末と、分散相形成用原料粉末としてのｃ−Ｂ
Ｎ粉末を、遠心分離器を用い、いずれも１μｍを越えた
粒径が存在しない粒度に分級した状態で同じく表１に示
される割合に配合し、上記と同じ条件で湿式混合し、乾
燥した後、ＷＣ−１０重量％Ｃｏの組成並びに直径：１
０mmφ×厚さ：２mmの寸法をもった支持チップ上で、２
ton ／cm2 の圧力でプレス成形して圧粉体とし、この圧
粉体を、前記支持チップと一緒に超高圧焼結装置に装入
し、圧力：６．２GPa 、温度：１５００℃の条件で焼結
することにより、分散相と結合相の割合が実質的に配合
割合と同一にして、それぞれ表１に示される厚さの本発
明切削チップ１〜１０を製造した。
末、およびＴｉ2 ＡｌＣＮ粉末を、それぞれボールミル
中で直径：０．２〜１．５mmのＷＣ基超硬合金製ボール
を用いて湿式粉砕混合した後、これに５０〜５００ppm
の範囲内の酸素分圧を有する酸素含有Ｎ2 雰囲気中、４
００〜６００℃の範囲内の所定温度に４時間保持の条件
で酸化処理を施して、それぞれ表１に示される酸素含有
量のＴｉ2 ＡｌＮ粉末、Ｔｉ2 ＡｌＣ粉末、およびＴｉ
2 ＡｌＣＮ粉末を結合相形成用原料粉末として調製し、
これらの粉末と、分散相形成用原料粉末としてのｃ−Ｂ
Ｎ粉末を、遠心分離器を用い、いずれも１μｍを越えた
粒径が存在しない粒度に分級した状態で同じく表１に示
される割合に配合し、上記と同じ条件で湿式混合し、乾
燥した後、ＷＣ−１０重量％Ｃｏの組成並びに直径：１
０mmφ×厚さ：２mmの寸法をもった支持チップ上で、２
ton ／cm2 の圧力でプレス成形して圧粉体とし、この圧
粉体を、前記支持チップと一緒に超高圧焼結装置に装入
し、圧力：６．２GPa 、温度：１５００℃の条件で焼結
することにより、分散相と結合相の割合が実質的に配合
割合と同一にして、それぞれ表１に示される厚さの本発
明切削チップ１〜１０を製造した。
【００１２】
【表１】
【００１３】また、比較の目的で、同じく１μｍを越え
た粒径が存在しないように粒度調整したＴｉＣ粉末、Ｔ
ｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末、ＡｌＮ粉
末、ＴｉＢ2 粉末、およびｃ−ＢＮ粉末を原料粉末とし
て用い、これら原料粉末を表２に示される配合組成に配
合する以外は同一の条件で、実質的に配合組成と同一の
組成を有する比較切削チップ１〜１０をそれぞれ製造し
た。
た粒径が存在しないように粒度調整したＴｉＣ粉末、Ｔ
ｉＮ粉末、ＴｉＣＮ粉末、Ａｌ2 Ｏ3 粉末、ＡｌＮ粉
末、ＴｉＢ2 粉末、およびｃ−ＢＮ粉末を原料粉末とし
て用い、これら原料粉末を表２に示される配合組成に配
合する以外は同一の条件で、実質的に配合組成と同一の
組成を有する比較切削チップ１〜１０をそれぞれ製造し
た。
【００１４】
【表２】
【００１５】ついで、この結果得られた各種の切削チッ
プについて、結合相構成成分をＸ線回折により測定する
と共に、これを構成するｃ−ＢＮおよび結合相の最大結
晶粒径を測定した。
プについて、結合相構成成分をＸ線回折により測定する
と共に、これを構成するｃ−ＢＮおよび結合相の最大結
晶粒径を測定した。
【００１６】引続いて、上記の各種の切削チップを、放
電加工により６分割して扇形とし、これをＷＣ基超硬合
金製台金にろう付けし、研削してＴＰＧＡ３２２の形状
をもったスローアウェイチップとし、 被削材：ＳＣｒ４１５（表面硬さ：ＨR Ｃ６２）の８本
縦溝入り丸棒、 切削速度：２５０ｍ／min 、 送り：０．１mm／rev 、 切込み：０．１mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下Ａ切削条件という）での浸炭焼入れ鋼の高
速断続仕上げ切削試験、並びに、 被削材：ＳＣＭ４１８（表面硬さ：ＨR Ｃ５５）の８本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／min 、 送り：０．４mm／rev 、 切込み：０．１mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下Ｂ切削条件という）での浸炭焼入れ鋼の高
送り断続仕上げ切削試験、を行ない、それぞれ切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表３に示し
た。
電加工により６分割して扇形とし、これをＷＣ基超硬合
金製台金にろう付けし、研削してＴＰＧＡ３２２の形状
をもったスローアウェイチップとし、 被削材：ＳＣｒ４１５（表面硬さ：ＨR Ｃ６２）の８本
縦溝入り丸棒、 切削速度：２５０ｍ／min 、 送り：０．１mm／rev 、 切込み：０．１mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下Ａ切削条件という）での浸炭焼入れ鋼の高
速断続仕上げ切削試験、並びに、 被削材：ＳＣＭ４１８（表面硬さ：ＨR Ｃ５５）の８本
縦溝入り丸棒、 切削速度：１５０ｍ／min 、 送り：０．４mm／rev 、 切込み：０．１mm、 切削時間：１０分、 の条件（以下Ｂ切削条件という）での浸炭焼入れ鋼の高
送り断続仕上げ切削試験、を行ない、それぞれ切刃の逃
げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表３に示し
た。
【００１７】
【表３】
【００１８】表１〜３に示される通り、本発明切削チッ
プ１〜１０は、いずれもｃ−ＢＮおよび結合相に１μｍ
を越えた結晶粒径が存在せず、これによって高強度がも
たらされるので、高硬度鋼の高速断続仕上げ切削および
高送り断続仕上げ切削の苛酷な条件下でも、切刃に欠け
やチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示すのに
対して、比較切削チップ１〜１０は、いずれも１μｍを
越えた粒度の粉末が存在しない原料粉末を使用したにも
かかわらず、超高圧焼結時に粒成長し、３μｍ以上の結
晶粒径が存在するようになっており、この結果強度不足
となり、上記の苛酷な条件下での切削ではチッピングが
発生し、短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
プ１〜１０は、いずれもｃ−ＢＮおよび結合相に１μｍ
を越えた結晶粒径が存在せず、これによって高強度がも
たらされるので、高硬度鋼の高速断続仕上げ切削および
高送り断続仕上げ切削の苛酷な条件下でも、切刃に欠け
やチッピングの発生なく、すぐれた耐摩耗性を示すのに
対して、比較切削チップ１〜１０は、いずれも１μｍを
越えた粒度の粉末が存在しない原料粉末を使用したにも
かかわらず、超高圧焼結時に粒成長し、３μｍ以上の結
晶粒径が存在するようになっており、この結果強度不足
となり、上記の苛酷な条件下での切削ではチッピングが
発生し、短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
【００１９】上述のように、この発明の切削チップは、
高強度を有するｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料で構成される
ので、切削条件の高速化および重切削化にも十分に対応
することができ、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性を著しく
長期に亘って発揮するなど工業上有用な特性を有するの
である。
高強度を有するｃ−ＢＮ基超高圧焼結材料で構成される
ので、切削条件の高速化および重切削化にも十分に対応
することができ、すぐれた耐欠損性と耐摩耗性を著しく
長期に亘って発揮するなど工業上有用な特性を有するの
である。
フロントページの続き (72)発明者 山本 和男 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田1528 三菱マテリアル株式会社岐阜制作所内
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 結合相形成成分として、酸素含有のＴｉ
とＡｌの複合炭化物、複合窒化物、および複合炭窒化物
のうちの１種または２種以上と、立方晶窒化ほう素との
分解反応相：２０〜４８容量％、を含有し、残りが分散
相形成成分としての立方晶窒化ほう素と不可避不純物か
らなる組成を有し、 かつ、上記分解反応相が、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種以上と、酸化アルミ
ニウムおよび窒化アルミニウムのうちの１種または２種
と、ほう化チタンとからなると共に、 上記分解反応相からなる結合相および立方晶窒化ほう素
からなる分散相の結晶粒径がいずれも実質的に１μｍ以
下であること、 を特徴とする高強度を有する立方晶窒化ほう素基超高圧
焼結材料製切削チップ。
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|---|---|---|---|
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