JPS5929666B2 - 靭性および耐摩耗性にすぐれた切削工具用焼結材料 - Google Patents

靭性および耐摩耗性にすぐれた切削工具用焼結材料

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JPS5929666B2
JPS5929666B2 JP8939078A JP8939078A JPS5929666B2 JP S5929666 B2 JPS5929666 B2 JP S5929666B2 JP 8939078 A JP8939078 A JP 8939078A JP 8939078 A JP8939078 A JP 8939078A JP S5929666 B2 JPS5929666 B2 JP S5929666B2
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cutting
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cubic
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泰次郎 大西
賢一 西垣
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【発明の詳細な説明】 この発明は、特にすぐれた耐摩耗性と靭性が要求される
高硬度鋼などの切削に使用した場合に、すぐれた切削特
性を示す立方晶窒化硼素含有の緻密な焼結材料に関する
ものである。
近年、苛酷な使用条件下での切削に際して比較的良好な
切削特性を示す切削工具用焼結材料として、立方晶窒化
硼素を主成分(一般に含有量90容量係以上)とし、少
量の金属成分を含有した焼結材料(この場合鉄族金属、
タングステンカーバイドが原料粉末の混合時および高温
高圧焼結時に容器などより混入含有する)が提案され市
販されており、確かに前記焼結材料は、約1100°C
までの高温まで安定で、かつダイヤモンドに次ぐ著しく
高い硬さをもつ立方晶窒化硼素を主成分として含有する
ため、耐摩耗性にすぐれ、しかも鉄族金属およびこれら
の合金に対して反応しにくい性質をもつものであるため
、高硬度鋼やNi基耐熱合金の切削加工に使用されてい
る。
しかしながら、上記従来焼結材料は、上記のように高硬
度をもつものの、十分な靭性な備えたものではないため
に、この靭性不足が原因で切削時にチッピング摩耗を起
しやすく、したがって本来具備しているすぐれた耐摩耗
性を十分に発揮することができ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、靭性および耐摩
耗性にすぐれた切削工具用焼結材料を得べく研究を行な
った結果、焼結材料を、 (a) 高温硬さ、弾性係数、および熱伝導性がいず
れも高く、一方熱膨張係数が小さく、さらにスケルトン
組織を形成し易く、しかも前記スケルトン組織は抗折強
度が大きく、結合相を構成する焼結助剤金属とのぬれ性
も良好な、組成式=(’rtm、w1−m)(Cx+N
ys01−x−y)z+(ただし、m二0.5〜0.9
IX:0.1〜0.9゜y:o、1〜0.9 、 t−
x−y : 0.01〜0.5゜x:o、8〜1.0を
示す)、 で現わされる立方晶高融点化合物固溶体と、(b)
スケルトン組織の形成を促進し、かつスケルトンの強固
な接合を行なう、kll +Nt * Co sF″e
Mn +およびSiのうちの1種または2種以上からな
る焼結助剤金属と、 (c) 高硬度を有する立方晶窒化硼素、から構成す
ると、上記焼結助剤金属によって強固に結合された、上
記立方晶窒化硼素と上記立方晶高融点化合物固溶体の3
次元スケルトン組織を有し、したがって前記スケルトン
組織によるすぐれた靭性と、前記立方晶窒化硼素による
すぐれた耐摩耗性とを有する焼結材料が得られ、この焼
結材料を、特に高硬度鋼の切削に使用した場合にきわめ
てすぐれた切削性能を示す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、切
削工具用焼結材料を、 上記立方晶高融点化合物商溶体:10〜60容量東 上記焼結助剤金属:0.2〜5容量係、 上記立方晶窒化硼素および不可避不純物:残り、からな
る成分組成で構成したことに特徴を有するものである。
つぎに、この発明の焼結材料において、成分組成範囲お
よび立方晶高融点化合物固溶体を上述のように限定した
理由を説明する。
(A) 立方晶高融点化合物固溶体 (a) 含有量 原料粉末として使用される立方晶高融点化合物固溶体(
(Tim、Wl−m)(Cx+Nys01−x−y)z
]は、例えば、TiC粉末、TiN粉末、TiO粉末、
およびWC粉末を適宜割合に配合し、混合した後、15
00℃以上の高温で固溶化する方法や、他の還元反応を
伴う固溶体合成法などによって調製されるが、その含有
量が10容量係未満では、靭性に富んだスケルトン組織
を十分に形成することができないため、靭性低下および
強度低下をきたすよ5になり、一方60容量係を越えて
含有させると、硬度低下が著しくなって所望の耐摩耗性
を確保することができなくなることから、その含有量を
10〜60容量係と定めた。
(b) mの値 mの値が0.5未満では、Wの含有量が多くなり過ぎ、
固溶しないWCが残存するようになって単一の化合物固
溶体を形成することができなくなり、一方0.9を越え
た値にすると、Wの含有量が少なくなり過ぎて、上記立
方晶高融点化合物固溶体のもつ上記の諸性質が劣化する
ようになることから、その値を0.5〜0.9に定めた
なお、望ましくはmの値を0.5〜0.75とするのが
よく、このmの値で前記立方晶高融点化合物固溶体は最
良の特性を示すのである。
(c) xの値 Xの値が0.1未満では、Cの含有量が少なくなり過ぎ
て高温硬さが低下するようになる一方、Xの値を0.9
を越えて大きくすると、Cの含有量が多くなり過ぎて熱
伝導率が低下するようになることから、Xの値を0.1
〜0.9と定めた。
(d)yの値 yの値が0.1未満では、相対的にCの含有量が多くな
り過ぎて熱伝導率が低下するようになり、一方0.9を
越えて多くすると、相対的にCの含有量が少なくなり過
ぎて高温硬さが低下するようになることから、yの値を
0.1〜0.9と定めた。
またO(結合酸素)の値1−x’−yに関しては、0.
01〜0,5の範囲内にあるのが望ましく、これは、こ
の値が0.01未満では耐酸化性が低下して摩耗進行が
早くなり、一方、0.5を越えた値にするとOに対する
CおよびNの含有量が相対的に少なくなって高温硬さが
低下するようになるという理由からである。
(e) zの値 2の値が0.8未満では(C+N+O)の含有量に対す
る(Ti+W)の含有量が相対的に多くなって高温硬さ
が低下するようになり一一方1.0を越えた値にすると
逆に(T i +W )の含有量が少なくなって単一な
化合物固溶体を形成するのが困難となり、遊離炭素が存
在するよ5になることから、2の値を0.8〜1.0と
定めた。
(B) 焼結助剤金属の含有量 焼結助剤金属としては、立方晶窒化硼素と立方晶高融点
化合物固溶体とからなる3次元スケルトン組織の形成を
促進し、かつ前記両成分とのぬれ性がよく、しかも前記
両成分と強固に結合する作用のあるkl! +Nt I
Co 、Fe +NIH+ およびSiのうちの1
種または2種以上が用いられるが、その含有量が0.2
容量係未満では、前記作用に所望の効果が得られず、し
かも焼結時に著しく高い温度と圧力を必要とするように
なり、一方5容量係を越えて含有させると、高温硬さが
低下するようになることから、その含有量を0.2〜5
容量係と定めた。
さらに、この発明の焼結材料は公知の超高圧超高温発生
装置を使用して製造される。
すなわち、立方晶高融点化合物固溶体粉末、立方晶窒化
硼素粉末、および焼結助剤金属粉末を所定割合に配合し
、鉄製ボールミル中で乾式あるいは湿式混合法により混
合して均質な混合粉末とした後、前記混合粉末を鋼製あ
るいは高融点金属製の容器に封入し、ついで例えば特公
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
40〜60 Kb 、 温度1200〜1800℃と
し、この最高圧力および温度に数分〜数10分保持し、
冷却後、圧力を開放することによって製造される。
つぎに、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、予め高温合成法で調製した、(Ti□
、丁wO,3) (C0,72NO,25oO,03)
0.95の組成を有する平均粒径0.8μmの立方晶
高融点化合物固溶体粉末=20容量係と、同1.0μm
の立方晶窒化硼素粉末=79容量係と、同1.0μmの
Ni粉末=1容量係とを配合し、この配合粉末を超硬ボ
ールミル中でアセトンを溶媒として使用し、24時間混
合し、乾燥した。
ついで、この結果得られた混合粉末を、直径10mmφ
×高さ10朋の寸法をもったステンレス鋼(SUS30
4)製管内に詰め、真空引きしながら同材質の蓋を溶接
して密封した。
このように上記混合粉末を充填密封した上記管を公知の
超高圧超高温発生装置に装入し、最高付加圧力60Kb
、最高加熱温度1400℃の条件で、10分間保持し、
圧力解放と冷却を行なうことによって本発明焼結材料を
製造した。
この結果得られた本発明焼結材料は、原料粉末と実質的
に同一の組成(T i □、7W□ 、3) (C□、
72(C0,72NO,25oo、。
3) 0.95を有する立方晶高融点化合物固溶体粒子
と立方晶窒化硼素粒子とが緻密に結合したスケルトン組
織を有するものであった。
つぎに、上記本発明焼結材料、および比較の目的で、上
記の従来公知の立方晶窒化硼素基焼結材料すなわちCo
:6容量係を含有し、残りが実質的に立方晶窒化硼素か
らなる組成を有する立方晶窒化硼素基焼結材料より、切
断および研磨により切削用切刃を形成し、WCC超超硬
合金製チップ銀ろうにてろう付げすることによって本発
明焼結材料製切削工具および従来焼結材料製切削工具を
製造した。
上記両切削工具について、 被削材: J I S 、 SNCM−8(馬C:50
)切削速度: 120 m/min。
送り: 0.1mm/rev。
切込み:0.1mm の条件で乾式切削試験を行ない、逃げ面摩耗が0.2m
7ILに至るまでの切削時間を測定したところ、本発明
焼結材料製切削工具は60分を要したのに対して、従来
焼結材料製切削工具は5分で前記摩耗量に達し、この結
果から本発明焼結材製切削工具はすぐれた切削性能を示
すことが明らかである。
実施例 2 第1表に示される成分組成をもつように、予め公知の高
温合成法で調製した各種組成の平均粒径1.2μmを有
する立方晶高融点化合物固溶体粉末と、同1μmの立方
晶窒化硼素粉末と、同1.0Ixnの焼結助剤金属粉末
とを配合し、これらの配合粉末より実施例1におけると
同一の条件で焼結して本発明焼結材料1〜10および比
較焼結材料1〜4をそれぞれ製造した。
なお、比較焼結材料1〜4は、この発明の範囲から外れ
た成分組成をもつものである。
また、比較の目的で、この発明にかかる立方晶高融点化
合物固体粉末とは異った組成(第1表参照)を有するが
、平均粒径は同一にして、同じく高温合成法で調製され
た高融点化合物固溶体を使用し、これに第1表に示され
る成分組成をもつように、それぞれ同一平均粒径の立方
晶窒化硼素粉末と焼結助剤金属粉末とを配合し、同様に
これらの配合粉末より実施例1におけると同一の条件で
焼結して比較焼結材料5を製造した。
この結果得られた本発明焼結材料1〜10および比較焼
結材料1〜5より、実施例1におけると同様に切削工具
を製造し、 被削材:JIS、SNCM−8(HRC:50)切削速
度: 100 m/min、 送り: 0.15mm/ rev。
切込み二〇、2朋、 の条件で乾式切削試験を行ない、逃げ面摩耗がC)、2
mmに至るまでの切削時間を測定した。
この測定結果を第1表に合せて示した。
第1表に示される結果から明らかなように、上記所定の
組成を有する立方晶高融点化合物固溶体を含有するこの
発明の焼結材料は、これを鋼、特に高硬度鋼の切削に使
用した場合にすぐれた切削性能を示すのである。
上述のように、この発明の焼結材料は、鋼、特に高硬度
鋼や、Ni基耐熱合金の切削に要求されるすぐれた靭性
および耐摩耗性を有するのである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 組成式:(Tim、w )(CXINy。 −m 01− ) ただしm:0.5〜0.9、X:x
    −yz’ 0、1〜0.9、 y:o、t 〜0.9、 1−
    x −y 二 〇、01〜0.5、z:o、8〜1.
    0で現わされる立方晶高融点化合物固溶体=10〜60
    容量係、 kll t Nt + co + Fe +Mn 、お
    よびSiのうちの1種または2種以上からなる焼結助剤
    金属:0.2〜5容量係、 立方晶窒化硼素および不可避不純物二残り、からなるこ
    とを特徴とする靭性および耐摩耗性にすぐれた切削工具
    用焼結材料。
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