JPS58113348A - 切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐摩耗性と靭性とを兼ね備え、か
つ耐溶着性および耐熱衝撃性にもすぐれたＮ１基または
Ｃｏ基スーパーアロイや高硬度鋼などの切削に用いるの
に適した切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に
関するものである。

近年、切削工具用として立方晶窒化硼素基超高圧焼結材
料（以下ＣＢＮ基焼結材料と略記する）が使用される傾
向にある。このＣＢＮ基焼結材料は、すぐれた耐摩耗性
を有するものであって、分散相を形成するＣＢＮ粒子の
結合相によって２種類に大別されている。すなわち、そ
の１つが結合相を鉄族金属、あるいは鉄族金属とＭなど
を主成分とする金属で構成するものでアリ、他のものが
窒化チタン、炭化チタン、窒化アルミニウム、または酸
化アルミニウムなどを主成分として含有するセラミック
系化合物で結合相を構成したものである。しかし、前者
においては、上記のように結合相が金属であるために高
靭性をもつ反面、高温で軟化しやすく、したがってこれ
を多大な熱発王を伴う苛酷な切削条件で使用した場合に
は耐摩耗性および耐溶着性不足をきたして十分なる切削
性能の発揮は期待できず、熱発生の少ない条件でしか使
用することができないものである。一方、後者において
は、上記のように結合相がセラミック系化合物で構成さ
れているために、耐摩耗性および耐溶着性のすぐれたも
のになっているが、反面靭性不足となるのを避けること
ができず、例えばダイス鋼などの高硬度鋼のフライス切
削などの刃先に大きな衝撃力の加わる切削条件下ではチ
ッピングや欠損を起し易いものである。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、く研究
を行なった結果、ＣＢＮ基焼結材料を、重量％で、 Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｍｏ、およびＷの炭
化物、炭窒化化、並びにこれら２種以上の固溶体（以下
これらを総称して金属炭・窒化物という）のうちの１種
または２種以上：１０〜５０％、 Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｔａ　、およびＷの硼化物、並びにこ
れら２種以上の固溶体（以下これらを総称して金属硼化
物という）のうちの１種または２種以上：ｌ〜２０チ、 ｆｉｓｔ　、　Ｆｅ、　Ｎｉ　、およびＣｏ（以下これ
らを総称して結合相形成成分という）のうちの１種また
は２種以上二０．５〜１０ｑ６、 硼化アルミニウム（以下ＡｔＢ、で示す）：０５〜ｌ　
Ｏチ、 を含有し、さらに必要に応じて、 窒化アルミニウム（以下ｆｉＪ、Ｎで示す）：１〜２０
％、 を含有し、残りがＣＢＮと不可避不純物からなシ、しか
もＣＢＮが５０〜９ｏ容量チを占める組成で構成すると
、この結果のＣＢＮ基焼結材料は、すぐれた耐摩耗性と
靭性を兼ね備え、かつ耐溶着性および耐熱衝撃性にもす
ぐれているという知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成を上記の通シに限定した理由を説明
する。

（ａ）　　金属炭・窒化物 これらの成分には、材料の靭性および耐溶着性を向上さ
せる均等的作用があるが、その含有量が１０％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方５０チを越えて
含有させると耐摩耗性が低下するようになることから、
その含有量を１０〜５０チと定めた。なお、好ましくは
２０〜４５チの含有が望ましい。

（ｂ）　　金属硼化物 これらの成分には材料の耐溶着性を向上させる均等的作
用があるが、その含有量が１チ未満では所望の耐溶着性
を確保することができず、一方２０％を越えて含有させ
ると材料に脆化傾向が現われ、刃先にチッピングが生じ
易くなることから５その含有量を１〜２０％と定めた。

（Ｃ）　　結合相形成成分 これら成分には、硬質分散相を形成するＣＢＮ粒子、金
属炭・窒化物粒子、および金属硼化物粒子などの間に廻
り込んで焼結性を一段と改善し、かつ靭性を向上させる
均等的作用があるが、その含有量が０．５％未満では前
記作用に所望の効果が得られず、材料が脆化するように
なシ、一方１０チを越えて含有させると、材料の硬さが
低下して耐摩耗性が劣化するようになるばかりでなく、
耐溶着性も低下するようになることから、その含有量を
０．５〜１０％と定めた。

（ｄ）　　ＡＩＢ。

ＭＢ２成分には材料の耐熱衝撃性を向上させる作用があ
るが、その含有量が０．５％未満では所望の耐熱衝撃性
を確保することができず、この結果例えばフライス切削
に際しては熱クラツクが生じ易くなシ、一方１０チを越
えて含有させると、材料が脆化するようになって刃先に
チッピングを起し易くなることから、その含有量を０．
５〜１０％と定めた。

（ｅ）ＡＩＮ ＵＮ成分には材料の耐熱衝撃性および耐溶着性を一段と
向上させる作用があるので、特にこれらの特性が要求さ
れる場合に必要に応じて含有されるが、その含有量が１
％未満では前記作用により一層の改善効果が得られず、
一方２０％を越えて含有させると焼結性が劣化して材料
中にミクロボイドが発生し易くなることから、その含有
量を１〜２０チと定めた。

（ｆ）　ＣＢＮの容積比 その割合が５０容量−未満ではＣＢＮのもつ高硬度を材
料に付与することができないので、材料は耐摩耗性の不
十分なものとなり、一方その割合が９０容量チを越える
と、ＣＢＮ粒子同志の接触割合が多くなシすぎて焼結性
が損われるようになり、この結果切削中にＣＢ　Ｎ粒子
が脱落し易くなって耐摩耗性の劣化をまねくようになる
ことから、その容積比を５０〜９０容量チと定めた。

なお、この発明のＣＢＮ基焼結材料は、切削工具として
用いる場合、単独で、あるいはＷＣＣ超超硬合金たはサ
ーメットなどの高剛性材料と複合した状態でスローアウ
ェイチップとして使用することができ、さらにこれらの
チップをＷＣＣ超超硬合金焼入れ鋼などのホルダの先端
部にろう付けによシ取シ付けた状態で使用することがで
きるものである。

つぎに、この発明のＣＢＮ基焼結材料を実施例によシ具
体的に説明する。

実施例 原料粉末として、平均粒径：６μｍを有するＣＢＮ粉末
、同じくいずれも１μｍの平均粒径を有するＴｉＣ粉末
、　ＺｒＣ粉末、　ＮｂＣ粉末、　ＴａＣ粉末。

Ｍｏ２Ｃ粉末、ｗｅＣ粉末　Ｔ１ＣＮ粉末、　ＺｒＣＮ
粉末。

ＮｂＣＮ粉末、　（Ｔｉ、　Ｚｒ）Ｃ粉末、（Ｔａ、Ｎ
ｂ）Ｃ粉末。

（Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｍｏ　）ＣＮ粉末、および（Ｚｒ、
　Ｍｏ、　Ｗ）　ＣＮ粉末。

さらにいずれも平均粒径：２μｍを有するＴｉＢ２粉末
、　ＺｒＢ、粉末、　ＴａＢ１粉末、ＷＢ粉末１尋１−
赫→←Ａ！Ｂ、粉末、およびＡ１．Ｎ 粉末、同２μｍのＭ粉末、　ＣＯＣ粉末　Ｆｅ粉末、お
よびＮ１粉末をそれぞれ用意し、これら原料粉末をそれ
ぞれ第１表に示される配合組成に配合し、通常の条件で
ボールミルにて混合した後、２　ｔｏｎ／ｄの圧力で直
径：１３１ＩＩＩｌφ×厚さ：１．５．．の寸法をもっ
た円板状圧粉体に成形し、ついでこれらの圧粉体を、基
材となるＷＣ：　８４％、　Ｃｏ：　１６％からなる配
合組成を有し、かつ直径＝１３朋φ×厚さ：３ｍの寸法
をもった円板状圧粉体と重ね合せた状態で、公知の超高
圧高温発生装置の容器内に挿入し、圧カニ４５Ｋｂ、温
度：１３００’Ｃ，保持時間；５分の条件で超高圧焼結
することによって、実質的に配合組成と同一の成分組成
をもった本発明超高圧焼結材料１〜１８および比較超高
圧焼結−２′ン 材料１〜１７をそれぞれ製造した。なお、比較超高圧焼
結材料１〜１７は、いずれも構成成分のうちのいずれか
の成分含有量（第１表に辛卯を付して表示）がこの発明
の範囲から外れた組成をもつものである。

ついで、この結果得られた本発明超高圧焼結材料１〜１
８および比較超高圧焼結材料１〜１７について、耐摩耗
性および耐溶着性を評価する目的で、被削材：５ＫＤ−
１１（硬さ：ＨＲＣ６０）、切込み＝０５朋、送シ：ｏ
、１ｍ＊／回、切削速度＝６０ｍ／ＮＲ，切削油なしの
条件での切削試験（以下切削試験Ａという）、また、靭
性を評価する目的で、被削材：５ＫＤ−１１の溝付き丸
棒（硬さ：ＨＲＣ’５０）。

切込み：変化量、送５：Ｏ，ｌ＋ｎ／回、切削速度：６
０ｍ／ｍの条件での断続切削試験（以下切削試験Ｂとい
う）、さらに耐熱衝撃性を評価する目的で、被削材：５
ＫＤ−６１（硬さ：Ｈ真ｃ５ｏ）、切込み：１．Ｏ，，
，−刀当シの送シ：変化量、切削速度：１６０ｍ／―の
条件での切削試験（以下切削試験Ｃという）をそれぞれ
行ない、前記切削試験Ａでは切刃の逃げ面摩耗が０．２
　、露に到るまでの切削時間を測定し、また前記切削試
験Ｂでは刃先に欠は発生が見られた切込み量をチェック
し、さらに前記切削試験Ｃでは刃先にサーマルクラック
の発生が見られた送り量をチェックした。これらの試験
結果をビッカース硬さと共に第１表に合せて示した。

第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結材料１〜
１８は、いずれの切削試験でもすぐれた切削性能を示す
のに対して、比較超高圧焼結材料１〜１７に見られるよ
うに、構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発
明の範囲から外れると切削性能が著しく劣化するように
なることが明らかである。

上述のように、この発明のＣＢＮ基焼結材料は、すぐれ
た靭性、耐摩耗性、耐溶着性、および耐熱衝撃性を兼ね
備えているので、これを切削工具用として使用した場合
きわめてすぐれた切削性能を発揮するものである。

２７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１１Ｔｉ、　Ｚｒ、　Ｎｂ、　Ｔａ、　Ｍｏ、および
   Ｗの炭化物。 炭窒化物、並びにこれら２種以上の固溶体のうちの１種
   または２種以上：　１０〜５０　％ｊＴｉ　、　Ｚｒ。 Ｔａ、およびＷの硼化物、並びにこれら２種以上の固溶
   体のうちの１種または２種以上：１〜２０％。 ＡＡ、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣＯのうちの１種または２種
   以上二０．５〜１０％、硼化アルミニウム：０．５〜１
   ０％を含有し、残シが立方晶窒化硼素（ただし５０〜９
   ０容量チ含有）および不可避不純物からなる組成（以上
   重量％）を有することを特徴とする切削工具用立方晶窒
   化硼素基超高圧焼結材料。 （２）　　Ｔｉ　、　Ｚｒ’、　Ｎｂ　’、　Ｔａ　、
   　Ｍｏ　、およびＷの炭化物。 炭窒化物、並びにこれら２種以上の固溶体のうちの１種
   または２種以上：１０〜５０％、Ｔｉ、Ｚｒ。 Ｔａ、およびＷの硼化物、並びにこれら２種以上の固溶
   体のうちの１種または２種以上：１〜２０％、−Ａｌｅ
   、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣＯのうちの１種または２種以上
   二０．５〜１０％、硼化アルミニウム；０５〜１０チを
   含有し、さらに窒化アルミニウム；ｌ〜２０チを含有し
   、残シが立方晶窒化硼素（ただし５０〜９０容量チ含有
   ）および不可避不純物からなる組成（以上重量％）を有
   することを特徴とする切削工具用立方晶窒化硼素基超高
   圧焼結材料。