JPS5974254A - 切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料 - Google Patents

切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料

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JPS5974254A
JPS5974254A JP18383582A JP18383582A JPS5974254A JP S5974254 A JPS5974254 A JP S5974254A JP 18383582 A JP18383582 A JP 18383582A JP 18383582 A JP18383582 A JP 18383582A JP S5974254 A JPS5974254 A JP S5974254A
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boron nitride
cubic boron
resistance
powder
sintered material
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Fumihiro Ueda
植田 文洋
Kaoru Kawada
川田 薫
Kazuo Yamamoto
和男 山本
Kisho Miwa
三輪 紀章
Hiroaki Masatomi
正富 宏明
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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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、さ
らにすぐれた耐溶着性と耐熱衝撃性を有し、特にN1基
またはCo基スーパーアロイや高硬度鋼などの難削材の
切削に切削工具として用いるのに適した立方晶窒化硼素
基超高圧焼結材料(以下。
CBN基焼結材料と略記する)に関するものである。
近年、切削工具としてCBN基焼結材料が使用される傾
向にある。このCBN基焼結材料は、分散相を形成する
立方晶窒化硼素(以下CBNで示す)粒子の結合相によ
って2種に大別されている。
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あり
、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
十分満足す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1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などの問題
点がある。
そこで、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、かつ耐溶着性および耐熱衝撃性
にもすぐれたCBN基焼結材料な得べく研究を行なった
結果、CBN基焼結材料を、重量係で、 T1およびWの炭化物、窒化物、および炭窒化物。
並びにこれらの2種以上の固溶体(以下、それぞれTi
C,TiN 、 T1CN 、 WC、WN、  (T
i、 W)C。
および(Ti、 W) CNで示し、かつこれらを総称
してrTiとWの炭・窒化物」という)のうちの1種ま
たは2種以上:15〜45%。
硼化アルミニウム(以下、AIBxで示す)二3〜15
%。
Pd:2〜8%。
を含有し、さらに必要に応じて。
窒化アルミニウム(以下、AANで示す)および酸化ア
ルミニウム(以下、Aε203で示す)のうちの1種ま
たは・2種=5〜10係と。
Niおよびcoのうちの1種または2種:2〜6%。
のいずれか、または両方を含有し。
残りがCBN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、熱衝撃性をすべて備えたも
のとなり、したがって、これを多大な熱発生を伴う切削
条件や、刃先に大きな衝撃力の加わる切削条件で、切削
工具として使用した場合にも、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あっ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
(a)  TiとWの炭・窒化物 これらの成分には、材料の耐摩耗性および耐溶着性を改
善する作用があるが、その含有量が15係未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方45%を越えて含有
させると靭性が劣化するようになることから、その含有
量を15〜45%と定めた。
(b)  AtBx この成分には、焼結時にCBN粒子およびTiとWの炭
・窒化物粒子の周辺に廻り込んで、これら雨粒子と強固
に結合し、この結果として材料の強度と耐熱衝撃性を向
上させ、さらに材料の硬さを向上させ、もって材料の耐
摩耗性を改善する作用があるが、その含有量が3%未満
では前記作用に所望の効果が得られず、一方15%を越
えて含有させると材料に脆化傾向が現われるようになる
ことから、その含有量を3〜15%と定めた。
(c)   pd この成分には、材料の靭性を著しく向上させ、かつ高温
耐酸化性および耐熱衝撃性を一段と向上させる作用があ
るが、その含有量が2%未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方8%を越えて含有させると、硬さが低
下して耐摩耗性が低下するようになることから、その含
有量を2〜8チと定めた。
(a)  AANおよびAA、03 これらの成分には、材料の耐溶着性を一段と向上させる
作用があるので1例えば多大な熱発生を伴う著しく苛酷
な切削に供される場合に必要に応じて含有されるが、そ
の含有量が5%未満では前記作用に所望の向上効果が得
られず、一方10%を越えて含有させると、焼結性の劣
化をもたらし、材料中にミクロボイドが発生しやすくな
ることから、その含有量を5〜10%と定めた。
(e)  NiおよびCO これらの成分には、焼結性を一段と改善し、かつPdと
の共存において靭性を一段と向上させる作用があるので
、特に高靭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2%未満では所望の靭性向上効果が
得られず、一方6%を越えて含有させると、材料の硬さ
が低下し、耐摩耗性がそこなわれるようになることから
、その含有量を2〜6%と定めた。
なお、この発明のCBN基焼結材料は、通常の超高圧焼
結法、すなわち、まず原料粉末として、CBN粉末、 
TiC粉末、 TiN粉末、 T’iCN粉末。
WC粉末、WN粉末、  (Ti、W)C粉末、 (T
i、 W)CN粉末、、111Bx粉末、 Pd粉末、
AAN粉末、AIl、03粉末。
Ni粉末、 COC粉末およびN1−co合金粉末を用
意し、これら原料粉末のうちから適宜選択して所定の配
合組成に配合し、混合し、ついで混合粉末の状態あるい
は圧粉体の状態で、必要に応じてWCC超超硬合金製プ
レートどと一諸に、金属容器に挿入し、これを800〜
1200℃の温度に加熱して真空脱ガスを行なって封入
し、引続いてこの封入容器を、例えば特公昭36−23
463号公報に記載されるような超高圧高温発生装置に
装着し、圧力および温度を上げ、圧カニ40〜70Kb
、@度二1200〜1600℃の範囲内の圧力および温
度に数分〜数10分間保持した後、冷却し、最終的に圧
力を解放することからなる基本的工程によって製造する
ことができる。
また、この発明のCBN基焼結材料を切削工具として実
用に供する場合、単独で、あるいはWCC超超硬合金サ
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用いても、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
付けにより取り付けた状態で用いてもよい。
つぎに、この発明のCBN基焼結材料を実施例により具
体的に説明する。
実施例 原料粉末として、平均粒径:3μmを有するCBN粉末
、いずれも1μmの平均粒径を有するTiC粉末、 T
iN粉末、 T1Co5No、a粉末、wC粉末。
(Tio、aWo4) C粉末、および(Tio、aW
o4) Co、tNo、s粉末、さらに平均粒径:0.
7μmのAP、B2粉末およびAIB、、粉末、同1μ
mのPd粉末、 Ni粉末、およびCOC粉末同1.5
μmのAIN粉末およびAIt203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、通常の条件でボールミルにて混合した後、2 
ton/−の圧力で直径:13朋φ×厚さ: 1.5 
龍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、それぞれ基材となるWC:84%、Co:
16%からなる配合組成を有し、かつ直径:13mmφ
×厚さ:3mrtt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50Kb、温度:1500℃、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CBN基焼結材
料1〜30および比較CBN基焼結材料1−10をそれ
ぞれ製造した。なお、比較CBN基焼結材料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※印を付す)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CBN基焼結材料1〜
30および比較CBN基焼結材料1〜10について、耐
摩耗性を評価する目的でビッカース硬さを測定し、また
靭性な評価する目的で。
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、さらに耐摩耗性
、耐溶着性、および耐熱衝撃性を評価する目的で、被削
材、ダイス鋼(SKD−11,硬さ: HRC60) 
、切込み:0.2mm、送り:O1朋/ reV’ H
切削速度:60m1馴、切削油:使用せずの条件で切削
試験を行ない、切刃の逃げ面摩耗がO,l 1.に至る
までの切削時間を測定した。これらの結果奢第1表に合
せて示した。
第1表に示される結果から、本発明CBN基焼結材料1
〜30は、いずれもすぐれた耐摩耗性。
靭性、耐溶着性、および耐熱衝撃性を有し、したかって
、これらの特性が要求される難削材の切削においてもす
ぐれた切削性能を発揮するのに対して、比較CBN基焼
結材料1〜lO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、前
記特性のうち少なくともいずれかの特性が劣ったものと
なり、この結果切削性能の劣ったものになることが明ら
かである。
上述のように、この発明のCB N基焼結材料は、すぐ
れた耐摩耗性と靭性を具備し、さらにすぐれた耐溶着性
および耐熱衝撃性を有しているので、これらの特性が要
求されるN1基あるいはCO基スーパーアロイや高硬度
鋼などの難削材の切削に切削工具として用いた場合、き
わめてすぐれた切削性能を発揮するものであり、さらに
軸受や線引ダイスなどの耐摩耗工具として用いてもすぐ
れた性能を長期間に亘って確保することができるなど工
業上有用な特性を有するのである。
出願人  三菱金属株式会社

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  TiおよびWの炭化物、窒化物、および炭窒
    化物、並びにこれらの2種以上の固溶体のうちの1種ま
    たは2種以上:15〜45%、硼化アルミニウム:3〜
    15%、Pd:2〜8%を含有し、残りが立方晶窒化硼
    素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。
  2. (2)  TiおよびWの炭化物、窒化物、および炭窒
    化物、並びにこれらの2種以上の固溶体のうちの1種ま
    たは2種以上:15〜45%、硼化アルミニウム:3〜
    15%、Pd:2〜8%を含有、シ、さらに窒化アルミ
    ニウムおよび酸化アルミニウムのうちの1種または2種
    :5〜10%を含有し、残りが立方晶窒化硼素と不可避
    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。
  3. (3)  TiおよびWの炭化物、窒化物、および炭窒
    化物、並びにこれらの2種以上の固溶体のうちの1種ま
    たは2種以上:15〜45%、硼化アルミニウム:3〜
    15%、Pd:2〜8%を含有し、さらにN1およびC
    oのうちの1種または2種:2〜6チを含有し、残りが
    立方晶窒化硼素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。
  4. (4)  TiおよびWの炭化物、窒化物、および炭窒
    化物、並びにこれらの2種以上の固溶体のうちの1種ま
    たは2種以上:15〜45%、硼化アルミニウム:°3
    〜15%、Pd:2〜8%を含有し、さらに窒化アルミ
    ニウムおよび酸化アルミニウムのうちの1種または2種
    :5〜10%と、NiおよびCoのうちの1種または2
    種:2〜6%を含有し、残りが立方晶窒化硼素と不可避
    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。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5567576A (en) * 1978-11-14 1980-05-21 Mitsubishi Metal Corp Ultrahigh pressure sintered tool material
JPS55126581A (en) * 1979-03-19 1980-09-30 De Beers Ind Diamond Abrasive molded body and its manufacture
JPS568914A (en) * 1979-07-04 1981-01-29 Toshiba Corp Low-frequency dispersed type delay line
JPS569279A (en) * 1979-06-28 1981-01-30 Sumitomo Electric Industries Sintered body for cutting tool and its manufacture

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