JPS5941445A - 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、靭性、耐溶着性、およ
び耐熱衝撃性を有し、特にＮ１基またはＣ。

基スーパーアロイや高硬度鋼などの切削が困難な材料の
切削に切削工具として使用するのに適した立方晶窒化硼
素基超高圧焼結材料に関するものである。

近年、立方晶窒化硼素（以下ＣＢＮで略記する）を主成
分とする超高圧焼結材料を切削工具として使用する試み
がなされている。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
粒子の結釡相によって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
ＡＡなどを主成分とする金属で構成するものでアシ、他
のものが窒化チタン、炭化チタン、窒化アルミニウム。

または酸化ズルミニウムなどを主成分とし、金属を含有
しないセラミックで結合相を構成したものである。しか
し、前者の結合相を金属で構成したＣＢ’Ｎ基超高圧焼
結材料においては、金属結合相によって高靭性をもつよ
うになる反面、高温で軟化しやすく、したがってこれを
多大な熱発生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、後者のＣＢＮ基
超高圧焼結材料においては、結合相がセラミックで構成
されているために、多大な熱発生を伴う条件下ですぐれ
た耐摩耗性および耐溶着性を示すが、反面靭性不足や耐
熱衝撃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ピッチングや欠損を起
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、多大な
熱発生を伴う苛酷な切削条件、並びに刃先に大き々衝撃
力の加わる切削条件下ですぐれた切すべく研究を行なっ
た結果、ＣＢＮ基超高圧焼結材料を、重量％で、 分散相形成成分としての周期律表の４ａおよび５ａ族金
属の炭化物、窒化物、および炭窒化物。

並びに同６ａ族金属の炭化物、さらにこれらの２種以上
の固溶体のうちの１種または２種以上（以下、とれらを
総称して金属の炭・窒化物という）：１０〜６０％、 同じく分散相形成成分としてのＡＱの炭化物、窒化物、
炭窒化物、および硼化物のうちの１種または２種以上（
以下、これらを総称してＡＱの炭・窒・硼化物という）
：１−３０％、 結合相形成成分としてのＮｉ、　Ｃｏ、およびＦｅのう
ちの１種または２種以上（以下、これらを総称して鉄族
金属という）：１〜１０％、 同じく結合相形成成分としてのＰｄ、Ｒｕ、およびＲｈ
のうちの１種または２種以上（以下、”これらを総称し
て白金族金属という）二１〜１０％、を含有し、残りが
分散相形成成分としてのＣＢＮ（ただし３０〜９０容量
係含有）と不可避不純物からなる組成で構成すると、こ
の結果のＣＢＮ基超高圧焼結材料は、すぐれた耐摩耗性
、靭性、耐溶着性、および耐熱衝撃性を有することから
、これを例えば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切削工具として用いた。場合に、ど
んな苛酷な切削条件下においてもすぐれた切削性能を発
揮す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、以下に成分組成範囲を上記の通りに限定した理由を
説明する。

（ａ）　　金属の炭・窒化物 これらの成分には、分散相を形成して材料に靭性と耐溶
着性を付与する作用があるが、その含有量が１０％未満
では所望のすぐれた靭性および耐溶着性を確保すること
ができず、一方６０ｑｂを越えて含有させると材料の耐
摩耗性が劣化するようになることから、その含有量を１
０〜６０係と定めた。なお、２０〜４５％を含有させた
場合に最もすぐれた特性が得られるものである。

（ｂ）　　Ａｌｌの炭・窒・硼化物 これらの成分も金属の炭・窒化物と同様に分散相を形成
するが、この成分の含有によって材料は著しくすぐれた
耐熱衝撃性をもつようになる。しかし、その含有量が１
％未満では所望の耐熱衝撃性を確保することができない
ので、１％以上の含有が必要であるが、その含有量が３
０％を越えると、ＣＢＮ粒子が粒成長し易くなり、この
結果材料の耐摩耗性が低下するようになることから、３
０係を越えて含有させてはならない。

（Ｃ）　　鉄族金属 これらの成分には、分散相を形成するＣＢＮ粒子、金属
の炭・窒化物粒７．およびＡＰ、の炭・窒・硼化物粒子
の間に廻り込んで、材料製造時には焼結性を一段と改善
し、かつ材料中においては結合相を形成して材料の靭性
を向上させる作用があるが、その含有量が１％未満では
前記作用に所望の効果が得られず、材料は靭性の劣った
ものとなシ、一方１０％を越えて含有させると、相対的
に結合相が多くなりすぎて耐摩耗性および耐溶着性が劣
化するようになることから、その含有量を］−〜ｌＯ％
と定めた。

（ｄ）　　白金族金属 これらの成分には、鉄族金属と同様に焼結性を促進し、
かつ結合相を形成して材料の靭性を向上させる作用があ
るほか、結合相の耐熱性（耐高温酸化性）および耐溶着
性を向上させ、この結果として材料の耐摩耗性、特に切
削工具刃先の耐クレータ摩耗性を向上させる作用がある
が、その含有量が１％未満では、これらの作用に所望の
効果が得られず、一方１０％を越えて含有させると５相
対的に結合相が多くなりすぎて耐摩耗性、特に刃先の逃
げ面摩耗が増大する傾向が現われるようになることから
、その含有量を１〜１０％と定めた。

（ｅｌｃＢＮの容量係 この成分は著しく高い硬さ並びにすぐれた耐熱性をもつ
ことから、この成分の含有によって材料はきわめてすぐ
れた耐摩耗性および耐熱性を有するようになるが、その
含有量が３０容量係未満では所望の前記特性を確保する
ことができず、一方９０容量係を越えて含有させると、
ＣＢＮ粒子同志の接触割合が多くなりすぎて、材料が脆
化するようになるばかシでなく、焼結性も劣化し、材料
中に微細なポアーが残存し易くなって耐摩耗性の劣化を
招くようになることから、その含有量を３０〜９０容量
チと定めた。なお、このＣＢＮの含有量を容量係で示し
たのは、例えばＣｏとＣＢＮの比重を比較した場合、ｃ
ｏ：　ｓ、　７１　ｉ／ｄｌ　、ＣＢＮ：３．４８，９
７７を示し、両者の差が著しく、したがって、その含有
量が重量的に少なくても実質的に特性に影響を及ぼす容
量割合ではかなりの量になるからである。

また、この発明の切削工具用ＣＢＮ基超高圧焼結材料は
、実用に際して、単独で、あるいは炭化タングステン基
超硬合金や炭化チタン基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炭化タングステン
基超硬合金や焼入れ鋼などからなるホルダの先端部にろ
う付けにより取り、付けた状態で使用することができる
。

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
、いずれも１１１ｍの平均粒径を有するＴｉＣ粉末、　
ＺｒＣ粉末、　ＨｆＣ粉末、ＶＣ粉末、　ＮｂＣ粉末、
　ＴａＣ粉末、　Ｃｒ３Ｃ２粉末、Ｍｏ２Ｃ粉末、ｗａ
粉末、　ＴｉＮ粉末、　ＺｒＮ粉末、　ＨｆＮ粉末、Ｖ
Ｎ粉末。

ＮｂＮ粉末、　ＴａＮ粉末＋　ＴｌＣＮ粉末、　　Ｚｒ
ＣＮ粉末。

ＶＣＮ粉末、　ＴａＣＮ粉末、　（Ｔｉ、　Ｗ）Ｃ粉末
、（Ｚｒ、Ｔａ）Ｃ粉末、　（Ｔｉ、　Ｚｒ）Ｃ粉末、
　　（Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｗ）　Ｃ粉末。

（Ｔｉ、　Ｚｒ）Ｎ粉末、　　（Ｎｂ、Ｔａ）Ｎ粉末、
　　（Ｔｉ、Ｗ）ＣＮ粉末、　　（Ｔｉ、Ｚｒ）ＣＮ粉
末、　　（Ｚｒ、　Ｍｏ、　Ｗ）ＣＮ粉末。

（Ｔｉ、　Ｔａ、　Ｗ）　ＣＮ粉末＋　ＡＱ４Ｃ３粉末
、ＡｌＮ粉末。

Ａ９ＣＮ粉末、ＡｅＢ２粉末、　Ｐｄ粉末、　Ｒｕ粉末
、およびＲｈ粉末、いずれも同２μｍのＣＯＣ粉末　Ｎ
ｉ粉末、およびＦｅ粉末を用意し、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
件でビールミルにて混合した後、２　ｔｏｎ／ｆｆｌの
圧力で直径：１５ｍｍφ×厚さ：１．５ｍｍ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、かつ同一の条件で成形した直径、１５ｍｍφ
×厚さ：３ｍｍ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、温度二１３００℃、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〜
２８および比較超高圧焼結材料１〜１０をそれぞれ製造
した。なお、比較超高圧焼結材料ｌ〜ｌＯ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※印
を付したもの）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１〜２
８および比較超高圧焼結材料１〜１０について、ビッカ
ース硬さを測定すると共に、靭性を評価する目的で、ビ
ッカース硬さ測定後の圧痕の先端から発生した亀裂長さ
にもとづいて破壊靭性値Ｋｃを求め、さらに耐熱衝撃性
を評価する目的で、その表面に放電を施し、放電後形成
された亀裂本数を測定した。また、耐摩耗性および耐溶
着性を評価する目的で、破削材：５ＫＤ−１１（硬さ：
ロックウエル硬さＣスケール６ｏ）、切込み。

０．２　ｍｍ　＋送り：　０．１　ｍｍ／　ｒｅｖ、切
削速度：１２０ｍ　／　ｍｍ　、切削油なしの条件で切
削試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗が０．２　ｉＴＬに
到るまでの切削時間を測定した。これらの結果を第１表
に合せて示した。

第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結材料１〜
２８は、いずれもすぐれた靭性、耐熱衝撃性、耐摩耗性
、および耐溶着性を有し、したがって高速度鋼などの難
削材において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１〜１０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でもこの発明の範囲から
外れると、前記の特性のうち、少なくともいずれかの特
性が劣ったものになり、良好な切削性能が得られないこ
とが明らかである。

上述のように、この発明のＣＢＮ基超高圧焼結材料は、
すぐれた靭性、耐熱衝撃性、耐摩耗性。

および耐溶着性をすべて兼ね備えているので、これらの
特性が必要とされる難削材の切削に切削工具として用い
た場合にきわめて長期に亘ってすぐれた切削性能を安定
的に発揮するのである。

出願人　　三菱金属株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 周期律表の４ａおよび５ａ族金属の炭化物、窒化物、お
   よび炭窒化物、並びに同６ａ族金属の炭化物、さらにこ
   れらの２種以上の固溶体のうちの１種または２種以上：
   １０〜６０％、 ＡＰ、の炭化物、窒化物、炭窒化物、および硼化物のう
   ちの１種または２種以上：１−３０％、Ｎ　ｘ　、　Ｃ
   ｏ　＊　およびＦｅのうちの１種または２種以上：　１
   〜１０　％、 Ｐｄ、Ｒｕ、およびＲｈのうちの１種または２種以上：
   １−１０　　％　、 を含有し、残りが立方晶窒化硼素（ただし３０〜９０容
   量チ含有）と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。