JPH07188827A - 工具用焼結体及びその製造方法 - Google Patents
工具用焼結体及びその製造方法Info
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- JPH07188827A JPH07188827A JP5355013A JP35501393A JPH07188827A JP H07188827 A JPH07188827 A JP H07188827A JP 5355013 A JP5355013 A JP 5355013A JP 35501393 A JP35501393 A JP 35501393A JP H07188827 A JPH07188827 A JP H07188827A
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- Powder Metallurgy (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 切削工具材料等に要求される特性である靭
性、強度、加工性、硬度及び耐摩耗性などの全てを満足
した工具用焼結体を提供する。 【構成】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの
遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混
合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２
〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ
２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１
〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％からな
る焼結体であって、該焼結体を構成する鉄族金属中又は
その表面にカーボンが析出していることを特徴とする工
具用焼結体。
性、強度、加工性、硬度及び耐摩耗性などの全てを満足
した工具用焼結体を提供する。 【構成】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの
遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混
合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２
〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ
２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１
〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％からな
る焼結体であって、該焼結体を構成する鉄族金属中又は
その表面にカーボンが析出していることを特徴とする工
具用焼結体。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、切削工具等の材料に
好適に用いられる焼結体及びその製造方法に関し、特に
優れた靭性、強度、耐摩耗性などを有する工具用焼結体
及びその製造方法に関する。
好適に用いられる焼結体及びその製造方法に関し、特に
優れた靭性、強度、耐摩耗性などを有する工具用焼結体
及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】アルミニウム合金、銅合金などの非鉄金
属、セラミックス、コンクリート、ゴム、プラスチック
スなどの非金属材料の切削工具には、優れた靭性、強
度、加工性、硬度、耐摩耗性といったことが要請され
る。現在、切削工具用の材料として広く使用されている
超硬合金、サーメットは、セラミックスと金属との複合
材料であり、かなりの耐摩耗性を有し、靭性、強度、加
工性において優れているが、それでも最近の高速切削化
に対する厳しい要求特性には、必ずしも十分に満足した
ものとは言えなくなっている。
属、セラミックス、コンクリート、ゴム、プラスチック
スなどの非金属材料の切削工具には、優れた靭性、強
度、加工性、硬度、耐摩耗性といったことが要請され
る。現在、切削工具用の材料として広く使用されている
超硬合金、サーメットは、セラミックスと金属との複合
材料であり、かなりの耐摩耗性を有し、靭性、強度、加
工性において優れているが、それでも最近の高速切削化
に対する厳しい要求特性には、必ずしも十分に満足した
ものとは言えなくなっている。
【０００３】こうした最近の高速切削化の傾向から、切
削工具用材料として２〜２０μｍ程度の微粒ダイヤモン
ド粉末に少量のＣｏ等のバインダーを添加して焼結した
ダイヤモンド焼結体が、超高圧下で製造されることによ
る著しい高価格にもかかわらず、その高い耐摩耗性ゆえ
に注目を集めている。
削工具用材料として２〜２０μｍ程度の微粒ダイヤモン
ド粉末に少量のＣｏ等のバインダーを添加して焼結した
ダイヤモンド焼結体が、超高圧下で製造されることによ
る著しい高価格にもかかわらず、その高い耐摩耗性ゆえ
に注目を集めている。
【０００４】しかしながら、ダイヤモンド焼結体切削工
具は、超硬合金などと比較して十分な靭性、強度を備え
たものとは言えず、被削材によってはチッピング摩耗、
刃先破損を起こすといった問題を生じていた。また、市
販されているダイヤモンド焼結体は十分な高温耐酸化性
（耐熱性）を備えていないために、温度上昇を伴なう切
削には使用することができないのが問題となっている。
具は、超硬合金などと比較して十分な靭性、強度を備え
たものとは言えず、被削材によってはチッピング摩耗、
刃先破損を起こすといった問題を生じていた。また、市
販されているダイヤモンド焼結体は十分な高温耐酸化性
（耐熱性）を備えていないために、温度上昇を伴なう切
削には使用することができないのが問題となっている。
【０００５】さらに、ダイヤモンド焼結体の製造工程で
は、通常５０ｋｂ以上の超高圧を必要とし著しく製造コ
ストを引上げるため、この点の改善が強く望まれてい
た。
は、通常５０ｋｂ以上の超高圧を必要とし著しく製造コ
ストを引上げるため、この点の改善が強く望まれてい
た。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、切削工具
用材料としての要求特性である靭性、強度、加工性、硬
度、高温耐酸化性及び耐摩耗性などの全てを満足した工
具用焼結体を、ダイヤモンド焼結体と比較して低圧下で
焼結し、経済的に得ようとするものである。
用材料としての要求特性である靭性、強度、加工性、硬
度、高温耐酸化性及び耐摩耗性などの全てを満足した工
具用焼結体を、ダイヤモンド焼結体と比較して低圧下で
焼結し、経済的に得ようとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】第１の発明は、周期律表
第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこれらの固
溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量％、Ａｌ
２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの１種又は
２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍの微粒ダ
イヤモンド１０〜５０容量％からなる焼結体であって、
該焼結体を構成する鉄族金属中又はその表面にカーボン
が析出していることを特徴とする工具用焼結体［請求項
１］、第２の発明は、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族の
いずれかの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくは
これらの混合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、
鉄族金属２〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｍｇ
Ｏ、ＺｒＯ２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％
及び粒径１〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容
量％を混合した原料混合物を、温度９５０〜１１５０
℃、圧力１〜３０ｋｂで焼結することを特徴とする工具
用焼結体の製造方法［請求項２］、および、第３の発明
は、基本組成がＷＣ−Ｃｏである超硬合金の原料を成形
した基板又はＭｏを主成分とする（Ｍｏ，Ｗ）Ｃと鉄族
金属とからなるサーメット原料を成形した基板の上に、
周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の
炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこ
れらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量
％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの
１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍ
の微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％を混合した原料混
合物で成形した成形板を積層し、温度９５０〜１１５０
℃、圧力１〜３０ｋｂで焼結、接合した工具用焼結体
［請求項３］である。
第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこれらの固
溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量％、Ａｌ
２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの１種又は
２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍの微粒ダ
イヤモンド１０〜５０容量％からなる焼結体であって、
該焼結体を構成する鉄族金属中又はその表面にカーボン
が析出していることを特徴とする工具用焼結体［請求項
１］、第２の発明は、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族の
いずれかの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくは
これらの混合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、
鉄族金属２〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、Ｍｇ
Ｏ、ＺｒＯ２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％
及び粒径１〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容
量％を混合した原料混合物を、温度９５０〜１１５０
℃、圧力１〜３０ｋｂで焼結することを特徴とする工具
用焼結体の製造方法［請求項２］、および、第３の発明
は、基本組成がＷＣ−Ｃｏである超硬合金の原料を成形
した基板又はＭｏを主成分とする（Ｍｏ，Ｗ）Ｃと鉄族
金属とからなるサーメット原料を成形した基板の上に、
周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の
炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこ
れらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量
％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの
１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍ
の微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％を混合した原料混
合物で成形した成形板を積層し、温度９５０〜１１５０
℃、圧力１〜３０ｋｂで焼結、接合した工具用焼結体
［請求項３］である。
【０００８】以下にこれらの発明をさらに説明する。第
１の発明の工具用焼結体は、周期律表の第４ａ、５ａ、
６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物
もしくはこららの混合物又はこれらの固溶体と、Ａｌ２
Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの１種又は２
種以上と、鉄族金属と、微粒ダイヤモンドとで構成され
る。これらの中で結合相を構成する物質は、周期律表の
第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物もしくはこららの混合物又はこれらの固
溶体と、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２のう
ちの１種又は２種以上と、鉄族金属とである。周期律表
の第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化
物、窒化物、硼化物もしくはこららの混合物又はこれら
の固溶体は、工具として使用する場合に、高温硬度、強
度、熱伝導性及び化学的安定性に優れ、超硬合金、サー
メット等の工具用焼結体で用いられているものと本質的
な相違はない。これらの中ではタングステンカーバイド
が好適に用いられるが、外にチタンカーバイド等も好ん
で用いることができる。これらの含有率は、１５〜７５
容量％とする。これが１５容量％未満では結合相の硬
度、剛性、耐摩耗性が低下するため好ましくない。ま
た、これが７５容量％を超えると、鉄族金属、各種酸化
物、微粒ダイヤモンドの含有率が相対的に低下し焼結体
の強度、靭性、耐摩耗性が低下するため好ましくない。
１の発明の工具用焼結体は、周期律表の第４ａ、５ａ、
６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物
もしくはこららの混合物又はこれらの固溶体と、Ａｌ２
Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの１種又は２
種以上と、鉄族金属と、微粒ダイヤモンドとで構成され
る。これらの中で結合相を構成する物質は、周期律表の
第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化物、
窒化物、硼化物もしくはこららの混合物又はこれらの固
溶体と、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ ２のう
ちの１種又は２種以上と、鉄族金属とである。周期律表
の第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の炭化
物、窒化物、硼化物もしくはこららの混合物又はこれら
の固溶体は、工具として使用する場合に、高温硬度、強
度、熱伝導性及び化学的安定性に優れ、超硬合金、サー
メット等の工具用焼結体で用いられているものと本質的
な相違はない。これらの中ではタングステンカーバイド
が好適に用いられるが、外にチタンカーバイド等も好ん
で用いることができる。これらの含有率は、１５〜７５
容量％とする。これが１５容量％未満では結合相の硬
度、剛性、耐摩耗性が低下するため好ましくない。ま
た、これが７５容量％を超えると、鉄族金属、各種酸化
物、微粒ダイヤモンドの含有率が相対的に低下し焼結体
の強度、靭性、耐摩耗性が低下するため好ましくない。
【０００９】結合相を構成する物質として、上記の外に
鉄族金属を２〜３０容量％含むようにする。この鉄族金
属はダイヤモンド及び周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷
移金属の炭化物、窒化物、硼化物との濡れ性が非常に良
く、粘性流動により緻密化を促進し、分散した微粒ダイ
ヤモンドの結合相への保持力が強固となる。
鉄族金属を２〜３０容量％含むようにする。この鉄族金
属はダイヤモンド及び周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷
移金属の炭化物、窒化物、硼化物との濡れ性が非常に良
く、粘性流動により緻密化を促進し、分散した微粒ダイ
ヤモンドの結合相への保持力が強固となる。
【００１０】鉄族金属の含有率が２容量％未満では結合
相の緻密化がはかられず、結合相の高靭化、高強度化を
達成することができない。また、３０容量％を超えると
結合相の硬度、剛性、耐摩耗性が低下するため好ましく
ない。
相の緻密化がはかられず、結合相の高靭化、高強度化を
達成することができない。また、３０容量％を超えると
結合相の硬度、剛性、耐摩耗性が低下するため好ましく
ない。
【００１１】結合相を構成するもう一つの物質として、
Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、又はＺｒＯ２がある。
これらの酸化物はいずれも高融点高硬度を有し、しかも
ダイヤモンド及び周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金
属の炭化物、窒化物、硼化物に比してすぐれた高温耐酸
化性（耐熱性）を有する。またこれらの酸化物は焼結時
及び切削時にも安定しているため、ダイヤモンド及び遷
移金属の炭化物、窒化物、硼化物を酸化することはな
い。さらにこれらの酸化物には、それ自体の高温硬さが
ダイヤモンドに比して低いため、高圧焼結中に容易に変
形すると共に、粒子間で辷りを生じてダイヤモンド粒子
と遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物粒子との間を緻密
に埋めて靭性を向上させる作用があるが、その含有量が
５容量％未満では、前記の作用効果を得ることができな
いことから高温耐酸化性の低下をきたすようになり、ま
た２０容量％を超えて含有させると、相対的にダイヤモ
ンド又は遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物の含有量が
少なくなり過ぎて、この結果耐摩耗性低下をきたした
り、遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物に由来する強靭
化がなされない。
Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、又はＺｒＯ２がある。
これらの酸化物はいずれも高融点高硬度を有し、しかも
ダイヤモンド及び周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族遷移金
属の炭化物、窒化物、硼化物に比してすぐれた高温耐酸
化性（耐熱性）を有する。またこれらの酸化物は焼結時
及び切削時にも安定しているため、ダイヤモンド及び遷
移金属の炭化物、窒化物、硼化物を酸化することはな
い。さらにこれらの酸化物には、それ自体の高温硬さが
ダイヤモンドに比して低いため、高圧焼結中に容易に変
形すると共に、粒子間で辷りを生じてダイヤモンド粒子
と遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物粒子との間を緻密
に埋めて靭性を向上させる作用があるが、その含有量が
５容量％未満では、前記の作用効果を得ることができな
いことから高温耐酸化性の低下をきたすようになり、ま
た２０容量％を超えて含有させると、相対的にダイヤモ
ンド又は遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物の含有量が
少なくなり過ぎて、この結果耐摩耗性低下をきたした
り、遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物に由来する強靭
化がなされない。
【００１２】上記の外は微粒ダイヤモンドである。微粒
ダイヤモンドはその固有の著しい硬度ゆえに焼結体の耐
摩耗性の向上及び焼結体中に分散することによる焼結体
の強靭化に役立つ。その含有率は１０〜５０容量％であ
る。これが１０容量％未満では十分な耐摩耗性を有した
焼結体が得られず、微粒ダイヤモンド分散による靭性の
向上がはかれない。またこれが５０容量％を超えると結
合相の緻密化が阻害され、緻密な焼結体を得ることがで
きない。微粒ダイヤモンドは、粒径が平均で１〜４０μ
ｍの範囲のものを用いる。粒径が１μｍ未満の場合は脱
落しやすいため耐摩耗性が低下し、４０μｍを超えたも
のを用いると工具刃先の強度が低下するため、工具刃先
が欠損し、この焼結体で得られた工具の工具寿命が短く
なってしまうので好ましくない。
ダイヤモンドはその固有の著しい硬度ゆえに焼結体の耐
摩耗性の向上及び焼結体中に分散することによる焼結体
の強靭化に役立つ。その含有率は１０〜５０容量％であ
る。これが１０容量％未満では十分な耐摩耗性を有した
焼結体が得られず、微粒ダイヤモンド分散による靭性の
向上がはかれない。またこれが５０容量％を超えると結
合相の緻密化が阻害され、緻密な焼結体を得ることがで
きない。微粒ダイヤモンドは、粒径が平均で１〜４０μ
ｍの範囲のものを用いる。粒径が１μｍ未満の場合は脱
落しやすいため耐摩耗性が低下し、４０μｍを超えたも
のを用いると工具刃先の強度が低下するため、工具刃先
が欠損し、この焼結体で得られた工具の工具寿命が短く
なってしまうので好ましくない。
【００１３】第２の発明は、第１の発明の工具用焼結体
の製造方法である。ここで用いる原料と配合比とを、周
期律表の第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の
炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこ
れらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量
％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの
１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍ
の微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％とした理由は、こ
れまでに説明したところと同様である。
の製造方法である。ここで用いる原料と配合比とを、周
期律表の第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれかの遷移金属の
炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの混合物又はこ
れらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属２〜３０容量
％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のうちの
１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径１〜４０μｍ
の微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％とした理由は、こ
れまでに説明したところと同様である。
【００１４】第３の発明は、基本組成がＷＣ−Ｃｏであ
る超硬合金の原料成形基板又はＭｏを主成分とする（Ｍ
ｏ，Ｗ）Ｃと鉄族金属とからなるサーメット原料成形基
板上に、第２の発明で用いる原料混合物の成形板を積層
配置し、これらを同時に温度９５０〜１１５０℃、圧力
１〜３０ｋｂで焼結、接合したものである。基板となる
超硬合金及びサーメットは、いずれも靭性、剛性、熱伝
導性及び耐蝕性に優れ、切削工具として使用するのに適
している。この工具用焼結体は、焼結温度が９５０〜１
１５０℃と低温度にて得られるため、通常の超硬合金、
サーメットあるいは市販ダイヤモンド焼結体の焼結プロ
セスにおいて認められる液相は、超硬合金あるいはサー
メット基板中には出現しないが、高圧力下での焼結であ
るため、十分に固相焼結し、ダイヤモンドを含む硬質層
との接合強度も十分である。そして、このようにダイヤ
モンドを含む硬質層と基板層とを同時焼結すると、基板
層が硬質層に比較して高強度であるため、一体物として
の抗折力すなわち強度を一段と上げることができる。ま
た、ダイヤモンドを含む硬質層に比較して基板層は著し
く加工が容易であるため、工具作製のためのコストが低
減できるなどの利点を有する。ダイヤモンドを含む硬質
層及び基板層の厚さは、経済性、工具仕様及び強度を考
慮して決定すれば良いが、それぞれ０．５ｍｍ以上あれ
ば十分である。
る超硬合金の原料成形基板又はＭｏを主成分とする（Ｍ
ｏ，Ｗ）Ｃと鉄族金属とからなるサーメット原料成形基
板上に、第２の発明で用いる原料混合物の成形板を積層
配置し、これらを同時に温度９５０〜１１５０℃、圧力
１〜３０ｋｂで焼結、接合したものである。基板となる
超硬合金及びサーメットは、いずれも靭性、剛性、熱伝
導性及び耐蝕性に優れ、切削工具として使用するのに適
している。この工具用焼結体は、焼結温度が９５０〜１
１５０℃と低温度にて得られるため、通常の超硬合金、
サーメットあるいは市販ダイヤモンド焼結体の焼結プロ
セスにおいて認められる液相は、超硬合金あるいはサー
メット基板中には出現しないが、高圧力下での焼結であ
るため、十分に固相焼結し、ダイヤモンドを含む硬質層
との接合強度も十分である。そして、このようにダイヤ
モンドを含む硬質層と基板層とを同時焼結すると、基板
層が硬質層に比較して高強度であるため、一体物として
の抗折力すなわち強度を一段と上げることができる。ま
た、ダイヤモンドを含む硬質層に比較して基板層は著し
く加工が容易であるため、工具作製のためのコストが低
減できるなどの利点を有する。ダイヤモンドを含む硬質
層及び基板層の厚さは、経済性、工具仕様及び強度を考
慮して決定すれば良いが、それぞれ０．５ｍｍ以上あれ
ば十分である。
【００１５】これらの原料混合物は、ボールミル等の混
合機によって混合され、これを粉末のままあるいは型押
し成形の後、ＨＩＰ装置、ピストンシリンダー装置等の
高温高圧発生装置で９５０〜１１５０℃、１〜３０ｋｂ
の熱力学的に黒鉛の安定な領域で固相焼結する。これに
よって原料中に分散した微粒ダイヤモンドは、鉄族金属
のもつ触媒作用によって表面より微量相転移して、鉄族
金属中又はその表面に微量のカーボンが析出し結合相が
強靭化する。
合機によって混合され、これを粉末のままあるいは型押
し成形の後、ＨＩＰ装置、ピストンシリンダー装置等の
高温高圧発生装置で９５０〜１１５０℃、１〜３０ｋｂ
の熱力学的に黒鉛の安定な領域で固相焼結する。これに
よって原料中に分散した微粒ダイヤモンドは、鉄族金属
のもつ触媒作用によって表面より微量相転移して、鉄族
金属中又はその表面に微量のカーボンが析出し結合相が
強靭化する。
【００１６】そして、この焼結条件は市販のダイヤモン
ド焼結体の焼結条件に比較して、温度、圧力共に著しく
低いものである。圧力及び温度に関する熱力学的な黒鉛
安定領域とダイヤモンド安定領域は図１に示す通りであ
る。
ド焼結体の焼結条件に比較して、温度、圧力共に著しく
低いものである。圧力及び温度に関する熱力学的な黒鉛
安定領域とダイヤモンド安定領域は図１に示す通りであ
る。
【００１７】温度が９５０℃未満では焼結体は緻密化せ
ず、また１１５０℃を超える場合は、著しいダイヤモン
ドの相転移が起こり黒鉛が多量に生じ、ダイヤモンド固
有の耐摩耗性が損なわれるため好ましくない。
ず、また１１５０℃を超える場合は、著しいダイヤモン
ドの相転移が起こり黒鉛が多量に生じ、ダイヤモンド固
有の耐摩耗性が損なわれるため好ましくない。
【００１８】圧力が１ｋｂ未満では、９５０〜１１５０
℃の温度領域において結合相が緻密化しないため、高密
度の焼結体が得られず、また３０ｋｂを超えると、ダイ
ヤモンド安定領域における焼結となるため、ダイヤモン
ドの相転移に伴う結合相の強靭化がなされないため好ま
しくない。
℃の温度領域において結合相が緻密化しないため、高密
度の焼結体が得られず、また３０ｋｂを超えると、ダイ
ヤモンド安定領域における焼結となるため、ダイヤモン
ドの相転移に伴う結合相の強靭化がなされないため好ま
しくない。
【００１９】本発明の焼結体においてはＸ線回折等の手
法では、黒鉛のピークはほとんど認められなかったが、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びオージェ電子分光法等
による観察により、結合相を形成する分散ダイヤモンド
に近接した鉄族金属中又はその表面に、ナノメートルオ
ーダーの非常に微細なカーボンが析出しているのが認め
られた。このようなカーボンは市販されているＷＣ−Ｃ
ｏ超硬合金、サーメット及びダイヤモンド焼結体の鉄族
金属中又はその表面には一切認められない。本発明焼結
体で結合相が強靭化される理由については、必ずしも明
らかにはなっていないが、以下のように推測される。す
なわち、微細カーボンの析出によって、それがピン止め
的作用をして、鉄族金属中又はその表面に存在する転移
の移動を抑制し、マクロ的に微小亀裂の進行を止め、焼
結体全体として強靭化されたものと考えられる。またＴ
ＥＭ観察によると、市販ＷＣ−Ｃｏ超硬合金、サーメッ
ト及びダイヤモンド焼結体中の鉄族金属結晶粒の大きさ
がサブミクロンから大きいものでは数百ミクロンである
のに対し、本発明焼結体の場合、液相の生じない低温度
で焼結されること、上述の微細カーボンの析出により、
鉄族金属結晶粒の大きさがサブグレイン化されるため非
常に小さくサブミクロン以下であることが認められた。
これにより鉄族金属中又はその表面の応力集中が分散さ
れ、これも強靭化に寄与しているものと考えられる。さ
らに、焼結条件が市販ダイヤモンド焼結体の焼結温度
（１４００℃以上）、焼結圧力（５０ｋｂ以上）に比較
して温度、圧力共に著しく低いために、本発明焼結体内
部に、焼結過程において生成する歪量が小さいことも考
えられる。これも強靭化に寄与しているものと考えられ
る。
法では、黒鉛のピークはほとんど認められなかったが、
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）及びオージェ電子分光法等
による観察により、結合相を形成する分散ダイヤモンド
に近接した鉄族金属中又はその表面に、ナノメートルオ
ーダーの非常に微細なカーボンが析出しているのが認め
られた。このようなカーボンは市販されているＷＣ−Ｃ
ｏ超硬合金、サーメット及びダイヤモンド焼結体の鉄族
金属中又はその表面には一切認められない。本発明焼結
体で結合相が強靭化される理由については、必ずしも明
らかにはなっていないが、以下のように推測される。す
なわち、微細カーボンの析出によって、それがピン止め
的作用をして、鉄族金属中又はその表面に存在する転移
の移動を抑制し、マクロ的に微小亀裂の進行を止め、焼
結体全体として強靭化されたものと考えられる。またＴ
ＥＭ観察によると、市販ＷＣ−Ｃｏ超硬合金、サーメッ
ト及びダイヤモンド焼結体中の鉄族金属結晶粒の大きさ
がサブミクロンから大きいものでは数百ミクロンである
のに対し、本発明焼結体の場合、液相の生じない低温度
で焼結されること、上述の微細カーボンの析出により、
鉄族金属結晶粒の大きさがサブグレイン化されるため非
常に小さくサブミクロン以下であることが認められた。
これにより鉄族金属中又はその表面の応力集中が分散さ
れ、これも強靭化に寄与しているものと考えられる。さ
らに、焼結条件が市販ダイヤモンド焼結体の焼結温度
（１４００℃以上）、焼結圧力（５０ｋｂ以上）に比較
して温度、圧力共に著しく低いために、本発明焼結体内
部に、焼結過程において生成する歪量が小さいことも考
えられる。これも強靭化に寄与しているものと考えられ
る。
【００２０】
【作用】以上のように、遷移金属の炭化物、窒化物、硼
化物もしくはこれらの混合物又はこれらの固溶体、鉄族
金属及びＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のう
ちの１種又は２種以上からなる結合相形成材料と、微粒
ダイヤモンドとを所定の割合で均一に配合した原料混合
物を、熱力学的に黒鉛の安定な温度、圧力で焼結する
と、微粒ダイヤモンドの一部が相転移し、その結果生成
した微細カーボンが鉄族金属中又はその表面に析出し、
結合相が高靭化、高強度化された工具用焼結体が得られ
ると共に、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２に
よって、高温耐酸化性に優れる工具用焼結体が得られ
る。
化物もしくはこれらの混合物又はこれらの固溶体、鉄族
金属及びＡｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２のう
ちの１種又は２種以上からなる結合相形成材料と、微粒
ダイヤモンドとを所定の割合で均一に配合した原料混合
物を、熱力学的に黒鉛の安定な温度、圧力で焼結する
と、微粒ダイヤモンドの一部が相転移し、その結果生成
した微細カーボンが鉄族金属中又はその表面に析出し、
結合相が高靭化、高強度化された工具用焼結体が得られ
ると共に、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＺｒＯ２に
よって、高温耐酸化性に優れる工具用焼結体が得られ
る。
【００２１】
【実施例】粒径１μｍ以下の結合相形成原料を用い、こ
れに微粒ダイヤモンドを配合し、ポットミルで十分に混
合して得た原料混合物を成形し、直径３０ｍｍ、厚さ２
ｍｍの予備成形体を得た。この成形体と、あらかじめ作
製した直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣ−１５ｗｔ％Ｃ
ｏからなる超硬合金予備成形体とを積層し、８００℃の
真空中で熱処理を施した後、ピストンシリンダー型高温
高圧発生装置に挿入した。発熱体としては黒鉛ヒーター
を使用し、固体圧力媒体としては、ろう石及び六方晶窒
化硼素を使用した。原料配合比、焼結条件は表１〜表４
に示す通りであり、加熱保持時間は１０分とした。表１
及び表２に本発明例焼結体の試験結果を、表３及び表４
に比較例焼結体の試験結果を併せ示してある。
れに微粒ダイヤモンドを配合し、ポットミルで十分に混
合して得た原料混合物を成形し、直径３０ｍｍ、厚さ２
ｍｍの予備成形体を得た。この成形体と、あらかじめ作
製した直径３０ｍｍ、厚さ２ｍｍのＷＣ−１５ｗｔ％Ｃ
ｏからなる超硬合金予備成形体とを積層し、８００℃の
真空中で熱処理を施した後、ピストンシリンダー型高温
高圧発生装置に挿入した。発熱体としては黒鉛ヒーター
を使用し、固体圧力媒体としては、ろう石及び六方晶窒
化硼素を使用した。原料配合比、焼結条件は表１〜表４
に示す通りであり、加熱保持時間は１０分とした。表１
及び表２に本発明例焼結体の試験結果を、表３及び表４
に比較例焼結体の試験結果を併せ示してある。
【００２２】
【表１】
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】
【表４】
【００２６】得られた本発明の同時焼結体は、ダイヤモ
ンドを含有する硬質層と超硬合金部分が強固に一体化し
たものであった。この同時焼結体を、放電加工によって
切断して、切削工具及び抗折力試験片を作製した。工具
形状はＩＳＯミリ呼びＴＮＧＮ１６０３０４であり、抗
折力試験片形状は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に従ったが、
焼結体寸法の制約上、試験片寸法は２ｍｍ×１．５ｍｍ
×２０ｍｍ（±０．０５ｍｍ）とし、スパンは１５ｍｍ
とした。比較のため、市販Ｋ１０種超硬合金（表４中の
比較例Ｎｏ．１４）及び市販ダイヤモンド焼結体（表４
中の比較例Ｎｏ．１５）を準備して、同様な形状に加工
した。被削材には、セメントモルタルを使用した。また
切削条件としては、切削速度；７５ｍ／分、切込み；
０．５ｍｍ、送り；０．１３ｍｍ／回転とし、平均逃げ
面摩耗幅が０．３ｍｍとなったところで寿命とした。抗
折力試験は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に従い、３点曲げ強
度（ｋｇ／ｍｍ２）を測定して調べた。密度測定はアル
キメデス法により行った、本発明より組成、焼結条件の
はずれた比較焼結材料及び市販の焼結材料の場合、工具
刃先の欠損あるいは熱損傷するものもあり、工具寿命が
短いのに対し、本発明焼結体は優れた強度、靭性及び対
摩耗性を有しているので、工具逃げ面の摩耗状態は定常
摩耗であり、工具寿命も大幅に優れていた。
ンドを含有する硬質層と超硬合金部分が強固に一体化し
たものであった。この同時焼結体を、放電加工によって
切断して、切削工具及び抗折力試験片を作製した。工具
形状はＩＳＯミリ呼びＴＮＧＮ１６０３０４であり、抗
折力試験片形状は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に従ったが、
焼結体寸法の制約上、試験片寸法は２ｍｍ×１．５ｍｍ
×２０ｍｍ（±０．０５ｍｍ）とし、スパンは１５ｍｍ
とした。比較のため、市販Ｋ１０種超硬合金（表４中の
比較例Ｎｏ．１４）及び市販ダイヤモンド焼結体（表４
中の比較例Ｎｏ．１５）を準備して、同様な形状に加工
した。被削材には、セメントモルタルを使用した。また
切削条件としては、切削速度；７５ｍ／分、切込み；
０．５ｍｍ、送り；０．１３ｍｍ／回転とし、平均逃げ
面摩耗幅が０．３ｍｍとなったところで寿命とした。抗
折力試験は、ＪＩＳ Ｒ １６０１に従い、３点曲げ強
度（ｋｇ／ｍｍ２）を測定して調べた。密度測定はアル
キメデス法により行った、本発明より組成、焼結条件の
はずれた比較焼結材料及び市販の焼結材料の場合、工具
刃先の欠損あるいは熱損傷するものもあり、工具寿命が
短いのに対し、本発明焼結体は優れた強度、靭性及び対
摩耗性を有しているので、工具逃げ面の摩耗状態は定常
摩耗であり、工具寿命も大幅に優れていた。
【００２７】
【発明の効果】この発明によれば、切削工具材料として
要求される、靭性、強度、加工性、硬度及び耐摩耗性な
どの全てを満足した工具用焼結体を、熱力学的に黒鉛の
安定な領域である低圧領域で焼結することができるの
で、従来のダイヤモンド焼結体に比較して製造コストを
大幅に低下させ、優れた工具用焼結体ができるようにな
った。
要求される、靭性、強度、加工性、硬度及び耐摩耗性な
どの全てを満足した工具用焼結体を、熱力学的に黒鉛の
安定な領域である低圧領域で焼結することができるの
で、従来のダイヤモンド焼結体に比較して製造コストを
大幅に低下させ、優れた工具用焼結体ができるようにな
った。
【図１】 圧力及び温度に関する熱力学的な黒鉛安定領
域とダイヤモンド安定領域を示す線図。
域とダイヤモンド安定領域を示す線図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｃ２２Ｃ 1/05 Ｆ
Claims (3)
- 【請求項１】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれ
かの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれら
の混合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金
属２〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｚ
ｒＯ２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒
径１〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％か
らなる焼結体であって、該焼結体を構成する鉄族金属中
又はその表面にカーボンが析出していることを特徴とす
る工具用焼結体。 - 【請求項２】 周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれ
かの遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれら
の混合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金
属２〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｚ
ｒＯ２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒
径１〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％を
混合した原料混合物を、温度９５０〜１１５０℃、圧力
１〜３０ｋｂで焼結することを特徴とする工具用焼結体
の製造方法。 - 【請求項３】 基本組成がＷＣ−Ｃｏである超硬合金の
原料を成形した基板又はＭｏを主成分とする（Ｍｏ，
Ｗ）Ｃと鉄族金属とからなるサーメット原料を成形した
基板の上に、周期律表第４ａ、５ａ、６ａ族のいずれか
の遷移金属の炭化物、窒化物、硼化物もしくはこれらの
混合物又はこれらの固溶体１５〜７５容量％、鉄族金属
２〜３０容量％、Ａｌ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＭｇＯ、Ｚｒ
Ｏ２のうちの１種又は２種以上５〜２０容量％及び粒径
１〜４０μｍの微粒ダイヤモンド１０〜５０容量％を混
合した原料混合物で成形した成形板を積層し、温度９５
０〜１１５０℃、圧力１〜３０ｋｂで焼結、接合した工
具用焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5355013A JPH07188827A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5355013A JPH07188827A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07188827A true JPH07188827A (ja) | 1995-07-25 |
Family
ID=18441384
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5355013A Pending JPH07188827A (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH07188827A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012513361A (ja) * | 2008-12-19 | 2012-06-14 | エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド | 超硬質／硬質複合材料 |
| US8789626B2 (en) | 2008-12-22 | 2014-07-29 | Antionette Can | Ultra hard/hard composite materials |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP5355013A patent/JPH07188827A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012513361A (ja) * | 2008-12-19 | 2012-06-14 | エレメント シックス （プロダクション）（プロプライエタリィ） リミテッド | 超硬質／硬質複合材料 |
| US8789626B2 (en) | 2008-12-22 | 2014-07-29 | Antionette Can | Ultra hard/hard composite materials |
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