JPS5917181B2 - 靭性および耐摩耗性を有する焼結材料 - Google Patents

靭性および耐摩耗性を有する焼結材料

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JPS5917181B2
JPS5917181B2 JP53135751A JP13575178A JPS5917181B2 JP S5917181 B2 JPS5917181 B2 JP S5917181B2 JP 53135751 A JP53135751 A JP 53135751A JP 13575178 A JP13575178 A JP 13575178A JP S5917181 B2 JPS5917181 B2 JP S5917181B2
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JP
Japan
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powder
sintered material
toughness
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cutting
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JP53135751A
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JPS5565347A (en
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賢一 西垣
紀章 三輪
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高硬度、′if!、びにすぐれた耐摩耗性
靭性、および耐食性などが要求される。
高硬度鋼やNi基あるいはCo基スーパーアロイなどの
切削用工具や、軸受、さらに線引ダイスなどの製造に用
いるのに適した。
ダイヤモンドに次ぐ硬さを有する立方晶窒化はう素含有
の緻密な焼結材料に関するものである。
一般に、従来より上記の用途に対しては、すぐれた靭性
を有する炭化タングステン(以下WCで示す)超超硬合
金が広く使用されてきているが。
近年その使用条件が苛酷になるにしたがって、よりすぐ
れた材料の開発が強く望まれている。
最近、かかる−要望にしたかって、立方晶窒化はう素焼
結材料や、これに少量のAlおよび鉄族金属を含有させ
た焼結材料が提案され、市販されているが、前者の焼結
材料はすぐれた耐摩耗性をもつものの、靭性が不足した
ものであり、また後者の焼結材料は、特に熱発生の高い
条件で使用した場合に耐摩耗性が劣化するようになるな
ど、いずれも満足する特性を備えた材料ではないのが現
状である。
本発明者等は、上述のような観点から、耐摩耗性および
靭性にすぐれた焼結材料を得べく、立方晶窒化はう素(
以下BNで示す)に着目し研究を行なった結果、前記B
Nに、Zr、Mg、Cr、およびTiのうちの1種また
は2種以上からなる金属と、酸化アルミニウム(以下A
l2O3で示す)および酸化ジルコニウム(以下ZrO
2で示す)のうちの1種または2種からなる酸化物を含
有させると、BNによってもたらされるすぐれた耐摩耗
性と、前記金属および酸化物によってもたらされるすぐ
れた靭性とを兼ね備えた焼結材料が得られるという知見
を得たのである。
したがって、この発明の焼結材料は、上記知見にもとづ
いてなされたもので、容量%で。
BN:15〜79.9%。
Zr、Mg、CrおよびTiのうちの1種または2種以
上からなる金属(以下これらを総称して単に金属と略記
する):0.1〜5%。
Al2O3およびZrO2のうちの1種または2種から
なる酸化物(以下これらを総称して酸化物と略記する)
および不可避不純物=20〜80%、からなる焼結材料
に特徴を有するものである。
ついで、この発明の焼結材料において、成分組成範囲を
上述のように限定した理由を説明する。
(a)BN BNは、温度1200’C以上、圧力40Kb以上、望
ましくは温度1800℃以上、圧力60Kb以上の条件
で合成されるもので、ダイヤモンドに次ぐ硬さ、すなわ
ちビッカース硬さで6000〜7000 kg/mAを
有し、かつダイヤモンドより高温まで安定した性質をも
つと共に。
鉄族金属に対して反応しにくい性質をもつ成分であるが
、その含有量が15容量%未満では。
所望の耐摩耗性を確保することができず、一方79.9
容量%を越えて含有させると、焼結性か不充分となって
ボアの残存も目立ちはじめ、靭性低下も著しくなって1
例えば切削工具として使用した場合、切刃に微小のチッ
ピングや欠損などが生じるようになることから、その含
有量を15〜79.9容量%と定めた。
(b)金属 これら金属は、BNおよび酸化物々の親和性にきわめて
すぐれた成分であり、したがって、この発明の焼結材料
を構成する各結晶粒子間の結合強度を改善して靭性向上
をはかる作用があるが、その含有量が0.1容量%未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方5容量%を
越えて含有させると、靭性は向上するものの、反面高温
強度が急激に低下するようになることから。
その含有量を0.1〜5容量%と定めた。
(c) 酸化物 例えば、Al2O3は融点:2050℃、マイクロビッ
カース硬さく荷重10CBi’): 2720に9/−
を有するように、これら酸化物は高融点高硬度を有し、
BN粉末と混合した状態で超高圧超高温で焼結すると、
BN粒子との間で容易に相互拡散が発生し1粒子相互間
の結合強度を強固にする作用、すなわち良好な結合材と
しての特性を発揮する作用があるが、その含有量が20
容量%未満では、相対的にBN成分の含有量か多くなり
過ぎて焼結性が不充分となって靭性低下をきたし、一方
20容量%を越えて含有させると、相対的にBN成分の
含有量が少なくなり過ぎて、BN成分のもつ高硬度を焼
結材料に充分反映させることができず、この結果耐摩耗
性の低下をもたらすようになることから、その含有量を
20〜80%容量%と定めた。
さらに、この発明の焼結材料は、従来公知の超高圧超高
温発生、装置を使用して製造することができる。
すなわち、BN粉末と、金属粉末と、酸化物粉末とを所
定割合に配合し1例えば鉄製ボールミル中で長時間混合
して均質な混合粉末とした後、前記混合粉末を、例えば
鋼製あるいは高融点金属製の容器内に封入し、例えば特
公昭38−14号公報に記載されるような超高圧超高温
発生装置に装入し圧力および温度を上げて最終的に圧力
40〜60Kb、温度1200〜1800℃とし、この
最高圧力および最高温度に0.5〜lO分間保持し。
冷却後、圧力を開放することによって製造することがで
きる。
ついで、この発明の焼結材料を実施例により説明する。
実施例 1 原料粉末として、無触媒法で合成された平均粒径3μm
のBN粉末:60容量%と、同0.3μmのAl2O3
粉末:38容量%と、同3μmのCr粉末=2容量%と
を配合し、この配合粉末を、WCC超超硬合金内張りさ
れた小型の高速遊星運動ミル内に装入し、さらに前記配
合粉末に対して40容量%のメチルアルコールを加えて
1時間混合し、混合後、前記ミルの蓋をアルゴン雰囲気
中で開放し。
温度130℃に加熱して前記メチルアルコールを蒸発さ
せ、乾燥した。
ついで、同じくアルゴン雰囲気内において、別途用意し
た内径10mrnφ×高さ15mmの寸法をもったTi
製円筒型容器の底部に、まず同じく別途用意した直径9
.8mmφ×厚さ2rIL11の寸法をもったWCC超
超硬合金製円板装入し、この円板上に厚みが7vanと
なるように上記混合粉末を装入し。
押し棒で軽く押えて充填し、この充填混合粉末上に厚さ
2mmのWCC超超硬合金製円板載置し、つぎにアルゴ
ン雰囲気から取出した後、さらにTi製上蓋をかぶせて
プレスして前記Ti製円筒型容器内の混合粉末の厚みを
5,5龍に圧縮し、引続いて前記円筒型容器に前記上蓋
を溶接して、これを密封した。
このように上記混合粉末を充填して密封した円筒型容器
を公知の超高圧超高温発生装置に装入し。
最高付加圧カニ50Kb、最高加熱温度1450℃の条
件で1分間保持した後、冷却についで圧力解放を行なう
ことによって、上記WC基超硬合金製の上下円板に拡散
結合した状態の本発明焼結材料lを製造した。
つぎに、上記本発明焼結材料1より、切断および研磨に
より切削用切刃を仕上げ、上記超硬合金製円板と結合し
たままの状態で、別途用意した四角形状のWCC超超硬
合金製チップ銀ろうによって固定し、さらにノーズRを
0.4mmに仕上げて本発明焼結材料1製の切削工具を
製造した。
上記本発明焼結材料1製の切削工具を、自動車車軸の仕
上げ切削に使用したところ、従来サーメツト製の切削工
具の約40倍の使用寿命を示した。
実施例 2 無触媒法で合成された平均粒径2μmの、BN粉末=5
0容量%と、同0.3μmのAl2O3粉末:30容量
%と、同0.2 μmのZrO2粉末=19容量%と、
同3μmのMg粉末:1容量%とを配合し、超高圧超高
温発生装置における最高圧力を40Kb、最高温度を1
400℃とする以外は、実施例1におけると同一の条件
で本発明焼結材料2を製造し、ついでこの本発明焼結材
料2から可じ〈実施例1におけるさ同一の条件で切削工
具を製造し、この切削工具を用いて。
被削材:浸炭焼入鋼(硬さRc:60)。
切削速度: 100 m/min 送り: 0.10mrn/ rev 。
切込み:0.5mm。
の条件で切削試験を行ない、逃げ面摩耗が0.1 ru
nになるまでの切削時間を測定したところ100分を要
した。
これに対して、比較の目的で、従来市販の少量のCoと
Wを含有する立方晶窒化はう緊塞焼結材料より製造した
切削工具を上記の条件で切削試験に供したところ、60
分で逃げ面摩耗が0、1 runに達した。
実施例 3 原料粉末として、無触媒法で合成された平均粒径3 μ
mのBN粉末:65容量%と、同0.2μmのZrO2
粉末=33容量%と、同6 μmのTi粉末:2容量%
とからなる配合粉末を使用し、この配合粉末より実施例
1におけると同一の条件で本発明焼結材料3を製造し、
この本発明焼結材料3より実施例1における同一の条件
で製造した切削工具について実施例2におけると同一の
条件で切削試験を行なったところ、逃げ面摩耗が0.1
mmに達するのに115分を要した。
実施例 4 原料粉末さして、市販の平均粒径2μmのBN粉末、同
0.2μmのAl2O3粉末、同0.2μmのZrO2
粉末、同Q、3μmのCr粉末、同6 μmのT1粉末
、同3 μmのZr粉末、同3μmのMg粉末、同6μ
mのAl粉末、および同0.8μmのC。
粉末を用意し、これら原料粉末を第1表に示される配合
組成に配合する以外は、上記実施例1におけると同一の
条件で実質的に配合組成と同一の成分組成をもった本発
明焼結材料4〜14.および市販のBN基焼結材料に相
当する組成をもった従来焼結材料をそれぞれ製造し、耐
摩耗性を評価する目的で、ビッカース硬さを、また靭性
を評価する目的で破壊靭性値を測定すると共に、これよ
り実施例1におけると同一の条件で切削工具を製造し、
この切削工具を用いて。
被削材:ダイス鋼(SKD−11,硬さ:HRC62)
切削速度: 100 m / m in 送り: 0.3mm/rev・ 切込み:0.2mm。
の条件で切削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗幅が0.
1 mmに達するまでの切削時間を測定した。
これらの測定結果を第1表に合せて示した。
第1表に示される結果から1本発明焼結材料4〜14は
、いずれも従来焼結材料に比して、高硬度および高靭性
を有し、かつすぐれた切削性能を発揮することが明らか
である。
上記のように本発明焼結材料は、これを切削工具の製造
に使用した場合にすぐれた切削性能を示すのである。
以上の結果から明らかなように、この発明の焼結材料は
、すぐれた耐摩耗性と、従来WCC超超硬合金もつ靭性
に匹適するすぐれた靭性を有するので1例えば鋼、特に
高硬度鋼や、スーパーアロイなどの材料の切削用工具と
して使用した場合には、一般切削から仕上げ切削までの
広範囲に亘ってすぐれた切削性能を示し、さらに耐食性
にもすぐれているので、軸受や線引ダイスなどの高硬度
、並びに耐摩耗性および耐食性が要求される工具や部品
などの製造に使用した場合にもすぐれた性能を発揮する
のである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 立方晶窒化はう素:15〜79.9容量%。 Zr 、Mg 、Cr 、およびTiのうちの1種また
    は2種以上からなる金属二〇、1〜5容量%。 酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムのうちの1種
    または2種からなる酸化物および不可避不純物:20〜
    80容量%。 からなることを特徴とする靭性および耐摩耗性を有する
    焼結材料。
JP53135751A 1978-11-06 1978-11-06 靭性および耐摩耗性を有する焼結材料 Expired JPS5917181B2 (ja)

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JP2884427B2 (ja) * 1990-03-14 1999-04-19 石川島播磨重工業株式会社 薄板連続鋳造装置に使用する堰材用焼結体及びそれを用いた堰材
EP2723698A1 (en) * 2011-06-21 2014-04-30 Diamond Innovations, Inc. Composite compacts formed of ceramics and low-volume cubic boron nitride and method of manufacture

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