JPH0776404B2

JPH0776404B2 - 切削工具用材料およびその製造方法

Info

Publication number: JPH0776404B2
Application number: JP61151316A
Authority: JP
Inventors: ドッズワースジョン
Original assignee: デビア−ズインダストリアルダイアモンドデイビジヨン（プロプライエタリイ）リミテツド
Priority date: 1985-06-27
Filing date: 1986-06-27
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPS6263643A

Description

【発明の詳細な説明】本発明の背景本発明は切削工具用材料に関するものである。

米国特許明細書第4,334,928号では、高圧形態の窒化ホ
ウ素80容量％から10容量％までを包含し、残部が周期表
のIVa族及びＶ族の遷移金属の炭化物、窒化物、浸炭窒
化物、ホウ化物またはケイ化物、これらの混合物、並び
にこれらの化合物の固溶体から成る群から選定する、少
なくとも１種類の結合剤化合物素材のマトリツクスであ
り、マトリツクスは焼結素地中で連続した結合構造体を
形成する、機械加工工具に使用する焼結圧縮体を記載し
ている。マトリツクスはまたアルミニウム及び（また
は）ケイ素を含有していてもよい。

このような焼結圧縮体及びこれらの製造について種々の
実例を提供する。大多数の実例では、マトリツクス中の
結合剤化合物素材として、窒化物または浸炭窒化物を使
用していることを指摘しておく。従つて、このような結
合剤化合物素材は好ましい素材と見なされることは明白
である。

本発明の要約本発明に従つて、固めた炭化物保持体に、タンタル、モ
リブデン、またはタングステン結合層を介して結合させ
た焼結立方窒化ホウ素層を包含し、焼結立方窒化ホウ素
層は、炭化チタン及びアルミニウム金属間化合物の連続
した結合マトリツクスの中に均一に分散させた立方窒化
ホウ素粒子40容量％から60容量％までを含有する、切削
工具用材料を提供する。

結合層は金属の連続帯域、及び金属と炭化物との間で反
応が多少起こつた炭化物保持体に近接する帯域を含有す
る。

更に、本発明に従つて、硬化鋼の研磨、例えば切削での
上記切削工具用材料の使用を提供する。このような用途
に対しては、焼結立方窒化ホウ素層は切削先端、すなわ
ち刃を持つている。

更に、本発明に従つて、上記の切削工具用材料を製造す
る方法は、（ａ）炭化チタン及びアルミニウム金属間化合物の粉末
素材を立方窒化ホウ素粒子と混合し、（ｂ）タンタル、モリブデン、またはタングステンの層
を、あらかじめ作つてある炭化物保持体、またはこのよ
うな保持体の製造に必要な構成要素の表面と接触させて
配置し、（ｃ）圧縮して密着形態にしてあるのが好ましい、工程
（ａ）の混合物を前記タンタル、モリブデン、又はタン
グステンの層上に配置して、未結合複合物を作り、（ｄ）未結晶複合物を高温／高圧装置の反応帯域に配置
し、かつ（ｅ）未結晶複合物に、切削工具用材料を生成するのに
十分な時間の間、立方窒化ホウ素が結晶学的に安定にな
る温度及び圧力の高い条件を作用させる、という工程を
包含する。

本発明の詳細な説明本発明の切削工具用材料は、固めた炭化物保持体があつ
て、容易に工具にろう付けすることができる。切削工具
用材料は浅い切削操作に主に適用され、その場合、切削
工具材料自体が小さく、直径の小さい切削先端を有して
いる。かくして、切削工具材料のろう付け適正が主な利
点である。

本質的に炭化チタン及びアルミニウム金属間化合物から
成る第二組が、硬化鋼の切削に優れた研磨特性のある焼
結立方窒化ホウ素層を提供する点で重要な因子であると
考えられる。炭化チタンは炭化物保持体の結合剤相との
反応性が高い。炭化チタンの結合剤相との反応は、どれ
も焼結立方窒化ホウ素層の研磨特性に対して有害なもの
と考えられている。ここでいう「反応」とは、炭化物保
持体の結合剤相が炭化チタンを融解してその中に浸透す
る現像をいう。タンタル、モリブデンまたはタングステ
ン結合層は、このような結合剤相が焼結立方窒化ホウ素
層の中に浸透するのを防止する隔壁層としての働きをし
ている。

立方窒化ホウ素を40容量％から60容量％までの範囲に規
定するのが、本発明の重要な様態である。立方窒化ホウ
素の好ましい量は50容量％である。

本発明の切削工具用材料の製造において、亜化学量論的
炭化チタン（炭素が１よりも少ない）、及びアルミニウ
ムをあらかじめ反応させて、炭化チタン及びアルミニウ
ム金属間化合物を含有する素材を作ることが本質的であ
る。この素材は亜化学量論的炭化チタン及びアルミニウ
ムを、非酸化性雰囲気中で焼結して製造することができ
る。代表的には、焼結は真空中で、1000℃で、30分から
60分までの時間の間に起こる。このようにして製造した
素材は、例えばボールミル処理で粉砕して、微細な粒
度、代表的には0.5μから１μまでにしなければならな
い。

素材の製造では、亜化学量論的量の炭素を包含する炭化
チタンを使用することが本質的である。従つて、過剰の
チタンはアルミニウムとの反応に役立つ。代表的には、
アルミニウムは炭化チタン／アルミニウム混合物の10重
量％までの量に規定する。また、反応は、遊離のアルミ
ニウムが素材中に実質的に全く残存しない、すなわち１
％よりも少ないことを保証する条件下で起こることも重
要である。

使用する立方窒化ホウ素粒子は、非常に微細にするべき
であり、平均粒度が0.5μから３μまでであるのが代表
的である。

本発明の好ましい形態では、素材及び立方窒化ホウ素粒
子の混合物を、固めた炭化物の円盤の主要な平らな表面
の１面に作つたくぼみの中に圧縮する。混合物をくぼみ
の中に圧縮する前、くぼみをタンタル、モリブデンまた
はタングステンの層でライニングする。

本発明の方法では、大きな切削工具用材料を製造し、こ
れから切削工具挿入部材として有効なずつと小さい切削
先端チップを、レーザー切断及び放電機械加工のような
方法を使用して切断することができる。ずつと小さい切
削先端チップは三角形、六角形、長四角形、角すい形な
どのような任意の適切な形状にすることができる。

次に本発明の実施例を詳述する。亜化学量論的炭化チタ
ン（炭素0.8）90重量％及びアルミニウム10重量％の混
合物を圧縮して密着形態にし、かつ真空中で1000℃で30
分間加熱した。この熱処理で、炭化チタン及び生成した
アルミニウム金属間化合物を含有する素材になつた。素
材は固体生成物であつて、これをボールミル処理して、
平均粒度を0.5μから１μまでにした。

粉末にした素材を、平均粒度が0.5μから３μまでの立
方窒化ホウ素粒子と混合した。混合物は立方窒化ホウ素
43重量％及び粉末にした素材57重量％を含有していた。

あらかじめ成形してある固めた炭化タングステン円盤
（結合剤相としてコバルト）には、これの平らな主要表
面の１面に機械加工したくぼみがあつた。このくぼみ
を、厚さが50μあるタンタルはくでライニングした。立
方窒化ホウ素／素材混合物を、タンタルライニングし
てあるくぼみに配置し、かつ圧縮した。装てんした円盤
を、ぴつたり合つたタンタルカツプで覆い、かつ次に
組み立て品全体を通常の高温／高圧装置の反応帯域の中
に配置した。熱を加える前に、圧力を約55キロバールま
で上げた。温度を約1400℃まで上げた。十分な熱度に10
分間保つた後に、温度を下げ、それから圧力を徐々に緩
めた。

今では、くぼみに焼結立方窒化ホウ素の付いている固め
た炭化物円盤を、通常の回収技法を使用して反応帯域か
ら回収した。材料をそれの平らな表面に垂直な平面に沿
つて切断することによつて、複数の三角形の切削先端チ
ップを切り取つた。各切削先端チップは、平面図として
は、三角形であり、かつ固めた炭化物保持体にタンタル
結合層を介して結合させた焼結立方窒化ホウ素から成つ
ていた。晶結立方窒化ホウ素層は、炭化チタン及びアル
ミニウム金属間化合物のマトリツクス全体に均一に分散
された立方窒化ホウ素粒子50容量％から成っていた。ア
ルミニウムは標準Ｘ線技法では全く検出できなかつた。
これは焼結層の遊離アルミニウム含有量が１％よりも少
ないことを意味した。タンタル結合層にはタンタル金属
の連続帯域、及びタンタルがある程度炭化物と反応した
炭化物裏当てに近接した帯域があつた。

三角形をした切削先端チップを丸削り工具の中にろう付
けして、SKD−11鋼（硬化鋼）を機械加工するのに使用
した。切削条件は、切削速度 120 m、／分切り込みの深さ 0.25mm、送り 0.1mm/回転、であつた。

チップは、深さが0.2mmある磨耗表面を生じるまでに、2
0分よりも長い時間持ちこたえたことを見い出した。こ
れは優秀な結果であり、かつ現在市販されている他の焼
結立方窒化ホウ素研磨材製品よりも優れていた。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】固めた炭化物保持体に、タンタル、モリブ
デン、あるいはタングステン結合層を介して結合させた
焼結立方窒化ホウ素層を特徴とし、焼結立方窒化ホウ素
層は、炭化チタン及びアルミニウム金属間化合物の連続
した結合マトリックスの中に均一に分散させた立方窒化
ホウ素粒子40容量％から60容量％までを含有する切削工
具用材料。
【請求項２】焼結立方窒化ホウ素層の立方窒化ホウ素含
有量が50容量％である、第（１）項に記載の切削工具用
材料。
【請求項３】焼結立方窒化ホウ素層には切削先端、すな
わち刃を設けてある、第（１）項または第（２）項に記
載の切削工具用材料。
【請求項４】焼結立方窒化ホウ素層に、直径の小さい切
削先端を設けてある第（３）項に記載の切削工具用材
料。
【請求項５】（ａ）炭化チタン及びアルミニウム金属間
化合物の粉末素材を立方窒化ホウ素粒子と混合し、（ｂ）タンタル、モリブデンまたはタングステンの層を
あらかじめ作ってある炭化物保持体、またはこのような
保持体の製造に必要な構成要素の表面と接触させて配置
し、（ｃ）工程（ａ）の混合物を前記タンタル、モリブデン
又はタングステン層の上に配置して、未結合複合物を作
り、（ｄ）未結合複合物を高温／高圧装置の反応帯域に配置
し、かつ（ｅ）未結合複合物に、切削工具用材料の生成に十分な
時間の間、立方窒化ホウ素が結晶学的に安定になる温度
及び圧力の高い条件を作用させる、工程からなる切削工具用材料を製造する方法。
【請求項６】工程（ａ）の粉末素材は、非酸化性雰囲気
中で、亜化学量論的炭化チタン及びアルミニウムを焼結
して製造する、第（５）項に記載の方法。
【請求項７】焼結が、30分から60分までの時間の間、真
空中で、温度1000℃で起こる、第（６）項に記載の方
法。
【請求項８】焼結素材を粉砕して、微細な粒度にする、
第（６）項、あるいは第（７）項に記載の方法。
【請求項９】粉砕した素材の粒度が0.5μから１μまで
である、第（８）項に記載の方法。
【請求項１０】アルミニウムを、焼結する前に、炭化チ
タン／アルミニウム混合物の10重量％までの量に規定す
る、第（６）から第（９）までのうちのいずれか１項に
記載の方法。
【請求項１１】工程（ａ）の混合物を、工程（ｃ）のタ
ンタル、モリブデン又はタングステン層上に配置する前
に、圧縮して密着形態にする、第（５）項から第（10）
項までのうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】立方窒化ホウ素粒子は、平均粒度が0.5
μから３μまでである、第（５）項から第（11）項まで
のうちのいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】くぼみを、固めた炭化物円盤の平らな主
要表面の１面に作り、くぼみをタンタル、モリブデンま
たはタングステンの層でライニングし、かつ工程（ａ）
の混合物を、ライニングを施したくぼみの中に圧縮す
る、第（５）項から第（12）項までのうちのいずれか項
１に記載の方法。