JPH0598381A - 高硬度焼結体 - Google Patents
高硬度焼結体Info
- Publication number
- JPH0598381A JPH0598381A JP28571391A JP28571391A JPH0598381A JP H0598381 A JPH0598381 A JP H0598381A JP 28571391 A JP28571391 A JP 28571391A JP 28571391 A JP28571391 A JP 28571391A JP H0598381 A JPH0598381 A JP H0598381A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- volume
- boron nitride
- phase
- sintered body
- aln
- Prior art date
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- Withdrawn
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 鋳鉄や高硬度鋼、Ｎｉ基もしくはＣｏ基耐熱
合金等を高速切削することができるような耐摩耗性、靭
性に優れた高強度な焼結体を提供する。 【構成】 高圧相型窒化硼素を１０〜８０体積％含有す
ると共に結合相の一部として周期律表４ａ，５ａ，６ａ
族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物あるいは
これらの混合物または相互固溶体化合物を含有する高硬
度焼結体において、残部の結合相がＡｌ2 Ｏ3 およびＡ
ｌＮからなり、前記混合物または相互固溶体化合物が全
結合相中の３０〜５０体積％、Ａｌ2Ｏ3 が１５〜３０
体積％、ＡｌＮが２０〜５０体積％であることを特徴と
する高硬度焼結体。
合金等を高速切削することができるような耐摩耗性、靭
性に優れた高強度な焼結体を提供する。 【構成】 高圧相型窒化硼素を１０〜８０体積％含有す
ると共に結合相の一部として周期律表４ａ，５ａ，６ａ
族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物あるいは
これらの混合物または相互固溶体化合物を含有する高硬
度焼結体において、残部の結合相がＡｌ2 Ｏ3 およびＡ
ｌＮからなり、前記混合物または相互固溶体化合物が全
結合相中の３０〜５０体積％、Ａｌ2Ｏ3 が１５〜３０
体積％、ＡｌＮが２０〜５０体積％であることを特徴と
する高硬度焼結体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、特に高温域において高
硬度であり、優れた耐摩耗性および靭性を有する焼結体
に関するもので、この焼結体は、鋳鉄、高硬度鋼やＮｉ
基もしくはＣｏ基高合金等の切削工具用素材として有用
である。
硬度であり、優れた耐摩耗性および靭性を有する焼結体
に関するもので、この焼結体は、鋳鉄、高硬度鋼やＮｉ
基もしくはＣｏ基高合金等の切削工具用素材として有用
である。
【０００２】
【従来の技術】上記の様な切削工具用素材としては、従
来より炭化タングステン（ＷＣ）基の超硬材料が使用さ
れてきた。しかし需要者の要求がますます厳しくなって
いる現在、上記ＷＣ基超硬材料では要求を満たすことが
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、
立方晶窒化硼素および周期律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移
金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれら
の混合物または相互固溶体化合物（以後、単に高融点金
属化合物と言うことがある）を含有する立方晶窒化硼素
基焼結体が提案されている。
来より炭化タングステン（ＷＣ）基の超硬材料が使用さ
れてきた。しかし需要者の要求がますます厳しくなって
いる現在、上記ＷＣ基超硬材料では要求を満たすことが
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、
立方晶窒化硼素および周期律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移
金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれら
の混合物または相互固溶体化合物（以後、単に高融点金
属化合物と言うことがある）を含有する立方晶窒化硼素
基焼結体が提案されている。
【０００３】例えば、特公昭５７−４９６２１号公報に
は立方晶窒化硼素と上記高融点金属化合物の他に、さら
にＡｌ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅまたはこれらの合金を
含む焼結体について開示されている。しかし、この焼結
体は、耐摩耗性がまだ充分でなく、Ａｌの化合物を多量
に含有させると立方晶窒化硼素と結合相の密着性が悪く
なるために欠損しやすく、さらに高融点成分を多量に含
んでいるので焼結性が悪いといった問題があった。
は立方晶窒化硼素と上記高融点金属化合物の他に、さら
にＡｌ，Ｓｉ，Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅまたはこれらの合金を
含む焼結体について開示されている。しかし、この焼結
体は、耐摩耗性がまだ充分でなく、Ａｌの化合物を多量
に含有させると立方晶窒化硼素と結合相の密着性が悪く
なるために欠損しやすく、さらに高融点成分を多量に含
んでいるので焼結性が悪いといった問題があった。
【０００４】また、特公昭５９−２７３０３号公報に
は、立方晶窒化硼素と前記高融点金属化合物の他に酸化
アルミニウムを含む焼結体について開示されている。し
かし、この焼結体は靭性と耐摩耗性については改良され
ているが、立方晶窒化硼素の表面が逆変換し六方晶窒化
硼素になりやすいため結合相との結合強度が低いという
問題があった。
は、立方晶窒化硼素と前記高融点金属化合物の他に酸化
アルミニウムを含む焼結体について開示されている。し
かし、この焼結体は靭性と耐摩耗性については改良され
ているが、立方晶窒化硼素の表面が逆変換し六方晶窒化
硼素になりやすいため結合相との結合強度が低いという
問題があった。
【０００５】
【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、鋳鉄
や高硬度鋼、Ｎｉ基もしくはＣｏ基耐熱合金等を高速切
削することができるような耐摩耗性、靭性に優れた高強
度な焼結体を提供するものである。
情に着目してなされたものであって、その目的は、鋳鉄
や高硬度鋼、Ｎｉ基もしくはＣｏ基耐熱合金等を高速切
削することができるような耐摩耗性、靭性に優れた高強
度な焼結体を提供するものである。
【０００６】
【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
素を１０〜８０体積％含有すると共に結合相の一部とし
て周期律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、珪化物あるいはこれらの混合物または相互
固溶体化合物を含有する高硬度焼結体において、残部の
結合相がＡｌ2Ｏ3 およびＡｌＮからなり、前記混合物
または相互固溶体化合物が全結合相中の３０〜５０体積
％、Ａｌ2 Ｏ3 が１５〜３０体積％、ＡｌＮが２０〜５
０体積％であるところに要旨を有するものである。この
焼結体は、上記含有成分の混合粉末を、粉末のままある
いは型押成形した後に高温・高圧下で焼結することによ
って容易に製造することができる。なお本発明において
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。
のできた本発明に係る焼結体の構成は、高圧相型窒化硼
素を１０〜８０体積％含有すると共に結合相の一部とし
て周期律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移金属の炭化物、窒化
物、硼化物、珪化物あるいはこれらの混合物または相互
固溶体化合物を含有する高硬度焼結体において、残部の
結合相がＡｌ2Ｏ3 およびＡｌＮからなり、前記混合物
または相互固溶体化合物が全結合相中の３０〜５０体積
％、Ａｌ2 Ｏ3 が１５〜３０体積％、ＡｌＮが２０〜５
０体積％であるところに要旨を有するものである。この
焼結体は、上記含有成分の混合粉末を、粉末のままある
いは型押成形した後に高温・高圧下で焼結することによ
って容易に製造することができる。なお本発明において
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。
【０００７】
【作用】本発明者らは、セラミックスやサーメットを結
合材とする高圧相型窒化硼素系焼結体が、高速切削や高
硬度材の切削時に欠損や大きな摩耗を示す原因について
研究してきた。その結果、上記のような切削の場合に切
削用工具は高温にさらされながら刃先に大きな抵抗を受
けるが、従来の材料では立方晶窒化硼素と結合相の結合
強度や結合相構成成分同士の結合が弱いこと、またこの
結合強度不足によって被削材と結合相が反応してしまう
ことの２つの原因によって焼結体に欠損や摩耗が生じる
ことが明らかとなった。
合材とする高圧相型窒化硼素系焼結体が、高速切削や高
硬度材の切削時に欠損や大きな摩耗を示す原因について
研究してきた。その結果、上記のような切削の場合に切
削用工具は高温にさらされながら刃先に大きな抵抗を受
けるが、従来の材料では立方晶窒化硼素と結合相の結合
強度や結合相構成成分同士の結合が弱いこと、またこの
結合強度不足によって被削材と結合相が反応してしまう
ことの２つの原因によって焼結体に欠損や摩耗が生じる
ことが明らかとなった。
【０００８】これらの知見から、高圧相型窒化硼素をＡ
ｌ2 Ｏ3 とＡｌＮおよび高融点金属化合物すなわち周期
律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼
化物、珪化物あるいはこれらの混合物または相互固溶体
化合物によって結合し、さらに結合相の成分範囲を限定
することによって、切削性能の良好な焼結体を得るに到
ったのである。
ｌ2 Ｏ3 とＡｌＮおよび高融点金属化合物すなわち周期
律表４ａ，５ａ，６ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼
化物、珪化物あるいはこれらの混合物または相互固溶体
化合物によって結合し、さらに結合相の成分範囲を限定
することによって、切削性能の良好な焼結体を得るに到
ったのである。
【０００９】ここで本発明における焼結体の結合相成分
の役割を説明する。まず高融点金属化合物はこれを使用
することによって、切削が高温下で行なわれても硬度の
低下が起こらない。従って耐摩耗性を向上させることが
できるが、多量に使用すると難焼結性を示す。Ａｌ2 Ｏ
3 は高融点金属化合物に添加することにより、高温特性
を損なうことなく難焼結性を改善する効果を有する。Ａ
ｌＮは焼結時における高圧相型窒化硼素の逆変換を防止
し、かつ該窒化硼素とＡｌ2 Ｏ3 および高融点金属化合
物との結合性を高める効果がある。
の役割を説明する。まず高融点金属化合物はこれを使用
することによって、切削が高温下で行なわれても硬度の
低下が起こらない。従って耐摩耗性を向上させることが
できるが、多量に使用すると難焼結性を示す。Ａｌ2 Ｏ
3 は高融点金属化合物に添加することにより、高温特性
を損なうことなく難焼結性を改善する効果を有する。Ａ
ｌＮは焼結時における高圧相型窒化硼素の逆変換を防止
し、かつ該窒化硼素とＡｌ2 Ｏ3 および高融点金属化合
物との結合性を高める効果がある。
【００１０】次に上記成分の配合比率特定理由を説明す
る。まず高圧相型窒化硼素は１０〜８０体積％が好まし
い。１０体積％未満である場合は、焼結体の耐摩耗性の
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不足気味
となって高圧相型窒化硼素の脱落が起こりやすく、やは
り充分な耐摩耗性を得ることができないので、８０体積
％を上限とした。高圧相型窒化硼素のより好ましい含有
率は３０〜６０体積％の範囲である。
る。まず高圧相型窒化硼素は１０〜８０体積％が好まし
い。１０体積％未満である場合は、焼結体の耐摩耗性の
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不足気味
となって高圧相型窒化硼素の脱落が起こりやすく、やは
り充分な耐摩耗性を得ることができないので、８０体積
％を上限とした。高圧相型窒化硼素のより好ましい含有
率は３０〜６０体積％の範囲である。
【００１１】また残部結合相における高融点金属化合物
の含有量は結合相中３０〜５０体積％が好ましい。高融
点金属化合物が３０体積％より少ないと焼結体の耐摩耗
性が劣り、５０体積％を超えると焼結性が悪くなり耐欠
損性が低下する。Ａｌ2 Ｏ3は結合相中１５〜３０体積
％が好ましい。Ａｌ2 Ｏ3 が１５体積％より少ないと結
合相の焼結性が悪くなり強度低下を引き起こし、３０体
積％を超えると耐摩耗性が低下するため好ましくない。
最後にＡｌＮについては、２０体積％より少ないと前述
したような高圧相型窒化硼素の逆変換防止および結合相
の結合性強化といった効果が得られず、また５０体積％
を超えた場合には耐摩耗性が悪化するので、ＡｌＮの好
ましい含有量は結合相中２０〜５０体積％とした。
の含有量は結合相中３０〜５０体積％が好ましい。高融
点金属化合物が３０体積％より少ないと焼結体の耐摩耗
性が劣り、５０体積％を超えると焼結性が悪くなり耐欠
損性が低下する。Ａｌ2 Ｏ3は結合相中１５〜３０体積
％が好ましい。Ａｌ2 Ｏ3 が１５体積％より少ないと結
合相の焼結性が悪くなり強度低下を引き起こし、３０体
積％を超えると耐摩耗性が低下するため好ましくない。
最後にＡｌＮについては、２０体積％より少ないと前述
したような高圧相型窒化硼素の逆変換防止および結合相
の結合性強化といった効果が得られず、また５０体積％
を超えた場合には耐摩耗性が悪化するので、ＡｌＮの好
ましい含有量は結合相中２０〜５０体積％とした。
【００１２】本発明によって得られる高強度かつ高靭
性、高耐摩耗性の焼結体は、それぞれの成分の粉体を均
一に混合し、必要により型押成形してから高温・高圧下
で焼結することによって得ることができる。このときの
焼結条件は、原料粉末、特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、一般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。
性、高耐摩耗性の焼結体は、それぞれの成分の粉体を均
一に混合し、必要により型押成形してから高温・高圧下
で焼結することによって得ることができる。このときの
焼結条件は、原料粉末、特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、一般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。
【００１３】
【実施例】以下に実施例を挙げて本発明を具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものでは
ない。
【００１４】実施例１〜４および比較例１〜４ 表１に示した配合組成および配合量の、平均粒径３μｍ
の高圧相型窒化硼素粉末と平均粒径１μｍのＡｌ2 Ｏ
3 ，ＡｌＮ，高融点化合物の混合粉末をエチルアルコー
ルを混合液として振動ミルで混合した。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１０-5Torr
の減圧中で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×
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、被削材として円
柱状のＳＣＭ４３５（ＨRC６０）を用いて、外周を長手
方向に連続切削試験し、切削チップの逃げ面摩耗が０．
１mmになるまでの時間を測定し、結果を表１に併記し
た。ただし切削条件は、切削速度：１００ｍ／min 、切
込み：0.3mm 、送り：0.15mm／rev である。
の高圧相型窒化硼素粉末と平均粒径１μｍのＡｌ2 Ｏ
3 ，ＡｌＮ，高融点化合物の混合粉末をエチルアルコー
ルを混合液として振動ミルで混合した。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１０-5Torr
の減圧中で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×
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、被削材として円
柱状のＳＣＭ４３５（ＨRC６０）を用いて、外周を長手
方向に連続切削試験し、切削チップの逃げ面摩耗が０．
１mmになるまでの時間を測定し、結果を表１に併記し
た。ただし切削条件は、切削速度：１００ｍ／min 、切
込み：0.3mm 、送り：0.15mm／rev である。
【００１５】
【表１】
【００１６】
【発明の効果】本発明は以上の様に構成されており、高
圧相型窒化硼素の結合相として、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮお
よび高融点金属化合物を使用することにより、高硬度、
高靭性および耐摩耗性に優れた焼結体を提供することが
でき、高速切削においても工具の寿命を著しく延長し得
ることができた。
圧相型窒化硼素の結合相として、Ａｌ2 Ｏ3 、ＡｌＮお
よび高融点金属化合物を使用することにより、高硬度、
高靭性および耐摩耗性に優れた焼結体を提供することが
でき、高速切削においても工具の寿命を著しく延長し得
ることができた。
Claims (1)
- 【請求項１】 高圧相型窒化硼素を１０〜８０体積％含
有すると共に結合相の一部として周期律表４ａ，５ａ，
６ａ族遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物ある
いはこれらの混合物または相互固溶体化合物を含有する
高硬度焼結体において、残部の結合相がＡｌ2 Ｏ3 およ
びＡｌＮからなり、前記混合物または相互固溶体化合物
が全結合相中の３０〜５０体積％、Ａｌ2 Ｏ3 が１５〜
３０体積％、ＡｌＮが２０〜５０体積％であることを特
徴とする高硬度焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28571391A JPH0598381A (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 高硬度焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28571391A JPH0598381A (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 高硬度焼結体 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0598381A true JPH0598381A (ja) | 1993-04-20 |
Family
ID=17695069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP28571391A Withdrawn JPH0598381A (ja) | 1991-10-04 | 1991-10-04 | 高硬度焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0598381A (ja) |
-
1991
- 1991-10-04 JP JP28571391A patent/JPH0598381A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990107 |