JPH0834669A - 立方晶窒化硼素質焼結体 - Google Patents
立方晶窒化硼素質焼結体Info
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- JPH0834669A JPH0834669A JP6172385A JP17238594A JPH0834669A JP H0834669 A JPH0834669 A JP H0834669A JP 6172385 A JP6172385 A JP 6172385A JP 17238594 A JP17238594 A JP 17238594A JP H0834669 A JPH0834669 A JP H0834669A
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Abstract
上した立方晶窒化硼素質焼結体を提供する。 【構成】立方晶窒化硼素を30〜70体積%含有すると
ともに、残部がTiと周期律表第4a,5a,6a族元
素(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2 と、
AlNと、不可避不純物とからなるものである。また、
残部がTiと周期律表第4a,5a,6a族元素(Ti
を除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2と、AlN
と、周期律表第4a,5a,6a,8族元素(Tiを除
く)の炭化物または硼化物、Al2 O3 、TiC、鉄族
金属から選ばれる少なくとも一種と、不可避不純物とか
らなるものである。
Description
使用される高硬度、高靭性の立方晶窒化硼素質焼結体に
関するものである。
下cBNと略す)はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、し
かもダイヤモンドと異なり鉄系金属との親和性を持たな
いため、特に高硬度焼入れ鋼の研削工具,切削工具に用
いられている。
ては、cBNをコバルト(Co)等の金属で結合したも
のや、炭化チタン(TiC)などのセラミックスで結合
したcBN焼結体が用いられている(特公昭52−43
846号公報等参照)。
具のうち、金属を結合材に用いたcBN焼結体では、耐
熱性を損なわないようにするため金属量をできるだけ少
量に抑え、残部のcBNが直接結合した組織を形成する
ようにしている。しかしながら、このような焼結体で、
例えば高硬度焼入れ鋼を実際に切削してみると、切削中
にcBN粒子が脱落することによって工具摩耗が大きく
進行するという問題があった。
組織のcBN焼結体では、上記のようなcBN粒子の脱
落はほとんど見られず耐摩耗性は比較的良好である。特
に、TiCを結合材に用いた場合、耐摩耗性は最も優れ
る。しかしながら、セラミック、例えばTiCをそのま
ま結合相としたcBN焼結体では靭性が劣り、切削中に
欠損しやすいという欠点があった。
焼結体の耐摩耗性を損なわずに靭性を向上させるべく鋭
意研究した結果、結合相中のTiCにTi以外の周期律
表4a、5a、6a族金属を焼結の過程で固溶させ、結
合相中に特定の化合物等を含有させることにより、耐摩
耗性および靱性に優れたcBN焼結体を得ることができ
ることを見出し、本発明に至った。
は、立方晶窒化硼素を30〜70体積%含有するととも
に、残部がTiと周期律表第4a,5a,6a族元素
(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2 と、A
lNと、不可避不純物とからなるものである。また、立
方晶窒化硼素を30〜70体積%含有するとともに、残
部がTiと周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを
除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2 と、AlNと、
周期律表第4a,5a,6a,8族元素(Tiを除く)
の炭化物または硼化物、Al2 O3 、TiC、鉄族金属
から選ばれる少なくとも一種と、不可避不純物とからな
るものである。
積%含有させたのは、cBNが30体積%より少ない
と、cBN本来の特性、即ち、高硬度,高熱伝導性など
の優れた特性を生かすことができないからであり、cB
Nが70体積%より多いと、切削中にcBN粒子が脱落
しやすくなり、耐摩耗性が低下するからである。cBN
は40〜60体積%含有することが望ましい。
(Tiを除く)を含有する炭化物固溶体を含有させたの
は、このような炭化物固溶体により結合相が強化され、
耐摩耗性、靭性が向上するからである。この際、Ni、
Coがあると、固溶はより促進される。周期律表第4
a,5a,6a族元素としては、V,Cr,Zr,N
b,Mo,Hf,Ta,Wがある。TiCに固溶する元
素としては、Mo,Hfが望ましい。このような相互固
溶体は全量中5〜60体積%、特には30〜40体積%
含有することが望ましい。
Al2 O3 、周期律表第4a,5a,6a,8族元素の
炭化物,硼化物のうちの少なくとも一種を含有したの
は、これらの化合物は、いずれもcBN粒子を強固に保
持する作用を有し、これら自身が耐熱性に優れる性質を
有しているからである。周期律表第8族元素としては、
Ni、Co、Fe等が存在する。
a族元素(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、TiB
2 と、AlNと、不可避不純物とからなるものである
が、残部に炭化物固溶体、TiB2 、AlNを必須成分
として含有させたのは、上記したように、これらはcB
N粒子を強固に保持する作用を有し、これら自身が耐熱
性に優れる性質を有しているからである。
a,6a族元素(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、
TiB2 と、AlNと、周期律表第4a,5a,6a,
8族元素(Tiを除く)の炭化物または硼化物、Al2
O3 、TiC、鉄族金属から選ばれる少なくとも一種
と、不可避不純物とからなるものであるが、これらが存
在することによりさらに特性を向上することが可能とな
る。鉄族金属としては、Ni,Coがある。
%含有することが望ましく、TiB2 は1〜5体積%含
有することが望ましく、AlNは5〜9体積%含有する
ことが望ましく、Al2 O3 は1〜3体積%含有するこ
とが望ましく、鉄族金属は1〜3体積%含有することが
望ましい。
と、Tiと周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを
除く)を含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、T
iB2と、AlNと、不可避不純物からなることが、耐
摩耗性、靱性に優れるという点から望ましい。
と周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)を
含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、TiB
2 と、AlNとを含有し、周期律表第4a,5a,6a
族元素の炭化物,硼化物の少なくとも一種とからなるこ
とが、同様に耐摩耗性、靱性に優れるという点から望ま
しい。
iと周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)
を含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、TiB2
と、AlNを含有し、Ni,Coのうちの少なくとも一
種とからなることが、靱性を向上させるという点から望
ましい。
と周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)を
含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、TiB2 、
AlNを含有し、周期律表第4a,5a,6a族元素
(Tiを除く)の炭化物,硼化物の少なくとも一種と、
鉄族金属とからなることが靱性を向上させるという点か
ら望ましい。
と周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)を
含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、TiB
2 と,AlNと,Al2 O3 と、鉄族金属とからなるこ
とが耐摩耗性と靱性向上の点から望ましい。
iと周期律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)
を含有する炭化物固溶体と、残部がTiCと、TiB2
と、AlNと、Al2 O3 とを含有し、周期律表第4
a,5a,6a,8族元素(Tiを除く)の炭化物,硼
化物の少なくとも一種と、鉄族金属とからなることが同
様に耐摩耗性と靱性の点から望ましい。
結体の具体的な製造方法は、例えば、まず、原料粉末と
して、cBN粉末と、TiC粉末と、Al粉末と、V,
Cr,Zr,Nb,Mo,Hf,Ta,Wの金属もしく
は炭化物のうち少なくとも一種の粉末、あるいは、これ
らに加えNi、Co、NiO、CoO、Co3 O4 のう
ち少なくとも一種の粉末とを準備し、これらを特定の組
成に秤量し、例えば超硬合金製のボールミルで混合す
る。その後、必要があれば所定形状に成形する。
形、押し出し成形等、周知の成形手段を用いることがで
きる。
8948号公報に開示されるように高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力4GPa以上、温度1300℃以上で1
5〜60分間保持し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
を得る。圧力は4〜6GPaが好ましく、温度は130
0〜1800℃が好ましい。
は、cBN粉末を30〜70体積%含有するとともに
と、残部が、鉄族金属と、TiとMoを含む炭化物固溶
体と、TiC、TiB2 、AlN、Al2 O3 、Moお
よび鉄族金属の炭化物,硼化物のうちの少なくとも一種
と、不可避不純物とからなるものである。残部は、鉄族
金属と、TiとMoを含む炭化物固溶体と、TiCと、
TiB2 と、AlNと、不可避不純物からなることが望
ましい。また、残部が、鉄族金属と、TiとMoを含む
炭化物固溶体と、TiCと、TiB2 と、AlNと、A
l2 O3 と、不可避不純物からなることが望ましい。
は、鉄族金属を含有することにより靱性を向上すること
ができるからである。そして、鉄族金属は0.1〜5体
積%含有することが望ましい。これは鉄族金属が0.1
体積%よりも少ない場合には靱性向上の効果が小さいか
らであり、5体積%よりも多い場合には硬度、耐熱性が
低下し、耐摩耗性が低下する傾向にあるからである。鉄
族金属は、耐摩耗性と靱性の兼ね合いから1〜3体積%
含有させることが望ましい。
を含有させたのは、TiC中にMoが固溶し易いからで
あり、また、結合相中のTiCにMoが固溶することに
よってTiCが強化され、その結果、焼結体の耐摩耗性
を損なうことなく、さらに靭性が向上するからである。
有する本発明の場合においても、上記と同様な理由によ
り、残部がTiC、TiB2 、AlNを必須成分として
含有することが望ましい。また、上記と同様な理由によ
りTiC、TiB2 、AlN、Al2 O3 を必須成分と
して含有することが望ましい。
と、TiとMoを含有する炭化物固溶体と、Niを0.
1〜5体積%含有し、残部がTiC、TiB2 、AlN
と、不可避不純物からなることが耐摩耗性と靱性の点か
ら望ましい。
とMoを含有する炭化物固溶体と、Ni、Coを0.1
〜5体積%含有し、残部がTiCと、TiB2 と、Al
Nを含有し、MoB、MoC、Mo2 C、Co2 C、C
o3 C、Co2 Bの少なくとも一種とからなることが、
耐摩耗性と靱性の点から望ましい。
iとMoを含有する炭化物固溶体と、Niを0.1〜5
体積%含有し、残部がTiCと、TiB2 と、AlN
と、Al2 O3 とからなることが耐摩耗性と靱性の点か
ら望ましい。
と、TiとMoを含有する炭化物固溶体と、Niを0.
1〜5体積%含有し、残部がTiCと、TiB2 と、A
lNと、Al2 O3 とを含有し、MoB、MoC、Mo
2 Cの少なくとも一種とからなることが耐摩耗性と靱性
の点から望ましい。
とMoを含有する炭化物固溶体と、Coを0.1〜5体
積%含有し、残部が、TiC、TiB2 、AlN、Al
2 O3 からなることが耐摩耗性と靱性の点から望まし
い。
iとMoを含有する炭化物固溶体と、Coを0.1〜5
体積%含有し、残部が、TiCと、TiB2 と、AlN
と、Al2 O3 を含有し、Co2 C、Co3 C、Co2
B、MoB、MoC、Mo2Cのうち少なくとも一種と
からなることが耐摩耗性と靱性の点から望ましい。
結体の具体的な製造方法は、例えば、まず、原料粉末と
して、cBN粉末、TiC粉末、Al粉末と、Ni、C
o、NiO、CoO、Co3 O4 のうち少なくとも一種
の粉末と、Mo、Mo2 Cのうち少なくとも一種の粉末
とを準備し、これらを特定の組成に秤量し、例えば超硬
合金製のボールミルで混合する。その後、必要があれば
所定形状に成形する。
成形、押し出し成形等、周知の成形手段を用いることが
できる。
8948号公報に開示されるように高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力4GPa以上、温度1300℃以上で1
5〜60分間保持し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
を得る。圧力は4〜6GPaが好ましく、温度は130
0〜1800℃が好ましい。
のTiC中に周期律表第4a,5a,6a族元素(Ti
を除く)のうち少なくとも一種が固溶し、残部にTi
C、TiB2 、AlNおよびAl2 O3 等の特定の化合
物等を含有することにより、結合相が強化され、焼結体
の耐摩耗性と靭性が向上する。また結合相中にNi,C
o等の金属が微量存在することにより、焼結体の靱性が
さらに向上する。
末と、Zr,Mo,Hf,Wの金属もしくは炭化物のう
ち少なくとも一種の粉末、あるいは、これらに加えN
i、Co、NiO、CoO、Co3 O4 のうち少なくと
も一種の粉末とを準備し、焼結体組成が表1,2に示す
組成となるように秤量し、この粉体を超硬合金製のボー
ルミルで6時間混合した。
2 で加圧成形し、この成形体を、超高温高圧発生装置を
用いて、表1,2に示す圧力、温度で所定時間保持し、
焼成し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得た。
して研削後、鏡面加工し、SEM(走査型電子顕微鏡)
で組織を観察した。そうしたところ、本発明品はいずれ
もポアのない緻密な組織を有していることが確かめられ
た。
fのマイクロビッカース硬度及びビッカース硬度用ダイ
ヤモンド圧子を用いた荷重20kgfの圧痕法による破
壊靭性を測定した。
製し、下記に示す条件で、連続切削試験と断続切削試験
を行った。これらの結果を表3,4に示す。
は硬度Hvが2300kg/mm2以上、破壊靱性K1c
が7MPa・m1/2 以上と高い。また切削試験でも摩耗
量が0.15mm以下と少なく、耐欠損性に優れている
ことが判る。
と、Ni、Co、NiO、CoO、Co3 O4 粉末と、
Mo、Mo2 C粉末とを、焼結体組成が表5に示すよう
な割合となるように秤量し、この粉体を超硬合金製のボ
ールミルで6時間混合した。
2 で加圧成形し、この成形体を、超高温高圧発生装置を
用いて、表5に示す圧力、温度で所定時間保持し、焼成
し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得た。
を取り出して研削後、鏡面加工し、SEM(走査型電子
顕微鏡)で組織を観察した。そうしたところ、いずれも
ポアのない緻密な組織を有していることが確かめられ
た。
1と同様にしてビッカース硬度及び破壊靭性を測定し
た。また、これらの焼結体を用いて工具を作製し、上記
実施例1と同様の条件で連続切削試験と断続切削試験を
行った。この実験結果を表6に示す。
vが2200kg/mm2 以上、破壊靱性K1cが7MP
a・m1/2 以上と高い。また切削試験でも摩耗量が0.
150mm以下と少なく、耐欠損性に優れていることが
判る。
合相にTiと周期律表第4a,5a,6a族元素(Ti
を除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2 、AlN等の
特定の化合物を含有させることにより、結合相が強化さ
れ、焼結体の耐摩耗性と靭性が向上した立方晶窒化硼素
質焼結体が得られる。
Claims (5)
- 【請求項1】立方晶窒化硼素を30〜70体積%含有す
るとともに、残部がTiと周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2
と、AlNと、不可避不純物とからなることを特徴とす
る立方晶窒化硼素質焼結体。 - 【請求項2】立方晶窒化硼素を30〜70体積%含有す
るとともに、残部がTiと周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)を含む炭化物固溶体と、TiB2
と、AlNと、周期律表第4a,5a,6a,8族元素
(Tiを除く)の炭化物または硼化物、Al2 O3 、T
iC、鉄族金属から選ばれる少なくとも一種と、不可避
不純物とからなることを特徴とする立方晶窒化硼素質焼
結体。 - 【請求項3】立方晶窒化硼素を30〜70体積%含有す
るとともに、残部が、鉄族金属と、TiとMoを含む炭
化物固溶体と、TiC、TiB2 、AlN、Al
2 O3 、Moおよび鉄族金属の炭化物,硼化物のうちの
少なくとも一種と、不可避不純物とからなることを特徴
とする立方晶窒化硼素質焼結体。 - 【請求項4】残部が、鉄族金属と、TiとMoを含む炭
化物固溶体と、TiCと、TiB2 と、AlNと、不可
避不純物とからなることを特徴とする請求項3記載の立
方晶窒化硼素質焼結体。 - 【請求項5】残部が、鉄族金属と、TiとMoを含む炭
化物固溶体と、TiCと、TiB2 と、AlNと、Al
2 O3 と、不可避不純物とからなることを特徴とする請
求項3記載の立方晶窒化硼素質焼結体。
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1994
- 1994-07-25 JP JP17238594A patent/JP3297535B2/ja not_active Expired - Fee Related
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