JPS6016394B2

JPS6016394B2 - 切削工具用切刃

Info

Publication number: JPS6016394B2
Application number: JP54136184A
Authority: JP
Inventors: 由雄冨士原; 泰次郎杉澤; 賢一西垣; 薫川田; 文洋植田
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1979-10-22
Filing date: 1979-10-22
Publication date: 1985-04-25
Also published as: JPS5659680A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、すぐれた級性と耐熱耐摩耗性を有し、特に
難削村を切削するに際して、切刃として使用するのに通
した切削工具用切刃に関するものである。

従来、ＡＩおよびＡＩ合金、ＣｕおよびＣｕ合金などの
非鉄金属材料や、プラスチック、ゴム、黒鉛、およびセ
ラミックスなどの非金属材料などの高速仕上切削には、
ダイヤモンド基暁結材料の功刃層と、これに籾性を付与
する目的で炭化タングステン（以下ＷＣで示す）基超硬
合金で構成された保持層との２層複合暁結体が切刃とし
て使用されている。

上記従来切削工具用切刃は、通常、圧力：５〜６万気圧
、温度：１３５０〜１５００ｏ０の超高圧糠結条件で製
造されており、したがって保持層を構成するＷＣ基超硬
合金は液相齢結されることになる。

このような従釆切削工具用切刃の保持層においては、そ
の製造時の高温高圧下において液相（通常はＣｏで構成
される）中に相当量のＷＣが溶解し、一方これに比例し
て凝固時におけるＷＣの析出もそれだけ活発化するため
、析出したＷＣ粒は異常に細長く成長するようになり、
このＷＣ粒の成長は炭素の濃度勾配が著しい上記切刃層
との界面において特に生じ易く、この結果として前記切
刃層と保持層との界面接合強度が劣るという問題がある
。このように切刃層と保持層との密着性が良好でない従
釆切削工具用切刃においては、切削時に発生する微小振
動が増幅された状態となるために、切刃の摩耗進行が早
められ、さらにチッピソグや欠損が発生しやすくなるも
のであった。本発明者等は、上述のような観点から、切
削工具用切刃について、切刃層を構成するダイヤモンド
基焼結材料との界面接合強度が高く、さらに轍性および
耐熱耐摩耗性にすぐれた保持層形成材料を得べく研究を
行なった結果、ｔａ’上記保持層形成材料を炭化けし、
素（以下ＳＩＣで示す）基競結セラミックスで構成する
と、燐結時に、前記保持層内部は勿論のこと、前記切刃
層との界面においても粒成長がきわめて小さく、しかも
ＳＩＣのダイヤモンド‘こ対する化学的親和力はきわめ
て大きく、したがってダイヤモンド基暁結材料で構成さ
れる切刃層との界面接合強度の高い切削工具用切刃が得
られること。

【ｂ’切削工具用切刃の切刃層を構成するダイヤモンド
基競給材料を、■ ダイヤモンド：９０〜９群容量％、Ｆｅ族金属のうちの１種または２種以上および不可避不
純物：残り、■ ダイヤモンド：９０〜聡容量％、Ｓｊ合金および不可避不純物：残り、 ■ ダイヤモンド：５０〜繋容量％、ＷＣ−Ｃｏ合金および不可避不純物：残り、■ ダイヤ
モンド：６０〜聡容量％、周期律の傘，歌、および母族
の金属の炭化物、窒化物、および酸化物、並びに窒化ア
ルミニウム（以下ＮＮで示す）。

ＳＩＣ、窒化けし、素（以下Ｓｉ３Ｎ４で示す）さらに
これらの固溶体からなる群のうちの１種または２種以上
および不可避不純物：残り、以上■〜■のうちのいずれ
かの成分組成に特定し、一方、同保持層を構成するＳＩ
Ｃ基焼結セラミックスを、■ ＳＩＣ：８５〜９７容量
％、鉄族金属およびＳｊのうちの１種または２種以上および
不可避不純物：残り、■ ＳＩＣ：７０〜９７容量％、Ｓｊ３Ｎ４，ＡＩＮ窒化チタン（以下ＴＩＮで示す）、
および炭窒化チタン（以下ＴＩＣＮで示す）のうちの１
種または２種以上：残り以上＠および■のいずれかの成
分組成に特定し、これらの特定した成分組成を有する切
刃層と保持層とを適宜組合せて構成した切削工具用切刃
は、特に高い界面接合強度を有し、切削時にきわめてす
ぐれた切削性能を発揮すること。

以上■および■に示される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り
、しかもこの発明の切削工具用切刃は、通常の粉末治金
法により、公知の超高圧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、この発明の切削工具用切刃は、【ａ｝それ
ぞれ所定の最終成分組成をもつように配合し、混合した
切刃層および保持層形成のための混合粉末より、冷間圧
縮によって圧粉体をほぼ等しい収縮率をもつように別々
に成形し、‘ｂ｝必要に応じて、上記｛ａ｝工程で成
形された両圧粉体を１２０ぴ０以下の温度で仮焼し、‘
ｃー上記両圧粉体または上記両仮競体を容器内に複合
した状態で装入し、加熱脱気した後封入し、【ｄ｝上
記封入圧粉体または封入仮暁体を公知の超高圧高温発生
装置において焼結することによって切刃層と保持層とが
強固に密着一体化した２層複合焼結体を得ることからな
る基本工程によって製造することができる。

つぎに、この発明の切削工具用切刃を実施例により説明
する。実施例１平均粒径１山ｍの合成ダイヤモンド粉末：９群容量％と
Ｓｉ−Ｃｏ合金（Ｓｉ：１５重量％含有）粉末：２容量
％からなる切刃層形成のための混合粉末より１のｎ／ｃ
虎の圧力で直径６肌Ｊ×厚さ１肌の寸法をもった圧粉体
を成形し、一方平均粒径０．５〃ｍのＱ−ＳＩＣ粉末：
９弦容量％とＳｉ−Ｃｏ合金（Ｓｉ：１５重量％含有）
粉末：５容量％からなる保持層形成のための混合粉末よ
り同一の条件で圧粉体を成形し、このように成形した両
圧粉体をＮｉ製円筒状容器に重ねて装填し、真空炉中、
温度：７００００、圧力：１０４ｔｏｎの条件で加熱脱
気した後、Ｎｉ製上蓋を溶接することによって密閉し、
ついで前記封入圧粉体をベルト型超高圧高温発生装置に
装入し、圧力：６０ｋｂ、温度：１４０００○保持時間
：３０分の条件で焼結することによって切刃層と保持層
とが一体接合した２層複合体からなるこの発明の切削工
具用切刃を製造した。

この結果得られた本発明切削工具用切刃を、ダイヤモン
ドホイールで研磨して組織観察を行なったところ、切刃
層と保持層のいずれも理論密度比１００％を有し、かつ
保持層内部は勿論のこと、特に切刃層との界面部にも粒
の異常成長は全く見られず、非常に微細な組織を有する
ものであった。

また、上記保持層はビッカース硬さ：２０００ｋ９／松
を示した。一方、比較の目的で、保持層をＷＣ−６重量
％Ｃｏの組成をもった超硬合金で構成する以外は、上記
本発明切削工具用切刃と同一の製造条件にて比較切削工
具用切刃を製造した。

ついで、これら両切削工具用切刃を、それぞれＷＣ基超
硬合金製切削チップ（スローアウェィチップ）の切刃部
に接着により取付け、さらにこれをバイトに取付け、被
削材：ＦＣ−２５（ブルネル硬さＨＢ：２２０）、切削
速度：２００の／肋、送り：０．１凧／ｒｅｖへ切込み：１．仇舷、切削油：使用せず、の条件で外径族削試験を行ない、フランク摩耗中が０．
１肌に至るまでの切削時間を測定した。

この結果本発明切削工具用切刃を取付けた切削チップは
正常摩耗により、３０分で所定摩耗量に達したのに対し
て、比較切削工具用切刃を取付けたものはチッピングを
起し、２分で所定摩耗量に至るものであった。実施例
２平均粒径０．５ｒｍのダイヤモンド粉末：６咳容量％と
ＷＣ−Ｃｏ超硬合金（ＷＣ：凶重量％含有）粉末：４庇
容量％からなる切刃層形成のための混合粉末より１のｎ
／地の圧力で直径４肌Ｊ×長さ４肌の寸法をもった棒状
圧粉体を成形し、一方同じく平均粒径０．５山ｍのＳＩ
Ｃ粉末：８３容量％とＳｉ−Ｎｉ合金（Ｓｉ：６の雲量
％含有）粉末：１３容量％からなる保持層形成のための
混合粉末より１のｎ／のの圧力で外径６収め×内径４収
め×長さ４脚の寸法をもった管状圧粉体を成形し、この
ように成形した管状圧粉体の中心＃Ｕこ前記棒状圧粉体
を挿入して複合し、この複合圧粉体全体をＺｒ粉末でコ
ーティングし、この状態でステンレス鋼製円筒状容器に
装填し、真空炉中、温度：８００二０に加熱して脱気し
た後、ステンレス鋼上蓋を溶接して封入し、ついで前記
封入圧粉体をベルト型超高圧高温発生装置に装入し、圧
力：５５ｋｂ、温度：１３５０００、保持時間：３０分
の条件で暁結することによってこの発明の切削工具用切
刃を製造した。

この結果得られた本発明切削工具用切刃においては、中
心層の切刃層と外周層の保持層とは実施例１における場
合と同様に強固に密着しており、しかも保持層は微細組
織を有した。

また、比較の目的で、保持層をＷＣ−６重量％Ｃｏの超
硬合金で構成する以外は、同一の条件にて比較切削工具
用切刃を製造した。

これら両切削工具用切刃を、それぞれその外周から穴加
工用に研削した後、ＷＣ基超硬合金製切削チップの切刃
部に取付け、さらにこれをクランプ形のホルダに取付け
、被削材：Ｎ−１４％Ｓｉ合金、切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、送り：０．１肋／ｒｅｖへ切込み：０．３側、切削油：使用せず、の条件で内怪加工を行ない、使用寿命に至るまでの加工
穴数を測定した。

この結果本発明切削工具用切刃を取付けや切削チップは
１５．００の固の加工後、正常摩耗により寿命に達した
のに対して、比較切削工具用切刃を取付けた切削チップ
はチッピング発生により、８００個で寿命に至るもので
あった。

実施例３切刃層および保持層形成のための混合粉末の配合割合を
第１表に示される条件とする以外は、上記実施例１にお
けると同一の条件にて、実質的に配合組成と同一の最終
成分組成をもった本発明切削工具用切刃ａ〜ｋをそれぞ
れ製造した。

この結果得られた本発明切削工具用切刃ａ〜ｋは、いず
れも微細組織を有し、かつ切刃層と保持層の界面部は良
好な密着性を示すものであった。

ついで、上記本発明切削工具用切刃ａ〜ｋ、および実施
例１において比較の目的で用意したものと同じ比較切削
工具用切刃を、切削チップの切刃部にろう付けにより取
付け、さらにこれをバイトに取付け、被削材：ＦＣ−２
５（ブリネル硬さＨＢ：２２０）、切削速度：２００の
／ｍｉｎ、送り：０．１豚／ｒｅｖへ切込み：１．仇舷、の条件で切削試験を行ない、フランク摩耗が０．１５船
船柳に至るまでの切削時間を測定した。

この測定結果を刃先状態と共に第１表に合せて示した。
第１表に示されるように、本発明切削工具用切刃ａ〜ｋ
は、いずれもすぐれた界面接合強度をもつので、正常摩
耗によりきわめて長い切削時間を確保した上で寿命に達
したのに対して、比較切削工具用切刃においては、切刃
層と保持層との界面接合強度は劣ったものになっている
ので、チッピングを起し、比較的短時間で寿命に至るも
のであつた。なお、上記実施例では複合焼結部片を超硬
合金製切削チップの切刃部に取付けて使用した場合につ
いて述べたが、前記切削工具切刃の形状を大型にして、
そのまま切削チップとして使用してもよいことは勿論で
ある。

上述のように、この発明の切削工具用切刃は、保持層を
ＳＩＣ基焼結セラミックスで構成することによって、す
ぐれた靭性と耐熱耐摩耗性を有し、かつ切刃層との界面
接合強度が著しく向上したものになっているので、特に
灘削材の切削に際して切削寿命の一段と長期に亘る延命
化をはかることができるなど工業上有用な切削特性を有
するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１５０〜９８容量％のダイヤモンドを含有するダイヤ
モンド基焼結材料の切刃層と、７０〜９７容量％の炭化
けい素を含有する炭化けい素基焼結セラミツクスの保持
層との２層複合焼結体からなることを特徴とする切削工
具用切刃。２上記ダイヤモンド基焼結材料が、ダイヤモンド：９０〜９８容量％、Ｆｅ族金属のうちの１種または２種以上および不可避
不純物：残り、からなる組成をもつことを特徴とする上
記特許請求の範囲第１項記載の切削工具用切刃。３上記ダイヤモンド基焼結材料が、ダイヤモンド：９０〜９８容量％、Ｓｉ合金および不可避不純物：残り、からなる組成をもつことを特徴とする上記特許請求の範
囲第１項記載の切削工具用切刃。４上記ダイヤモンド基焼結材料が、ダイヤモンド：５０〜９８容量％、炭化タングステン−Ｃｏ合金および不可避不純物：残
り、からなる組成をもつことを特徴とする上記特許請求
の範囲第１項記載の切削工具用切刃。５上記ダイヤモンド基焼結材料が、ダイヤモンド：６０〜９８容量％、周期律表の４ａ，５ａ、および６ａ族の金属の炭化物
、窒化物、および酸化物、並びに窒化アルミニウム、炭
化けい素、窒化けい素、さらにこれらの固溶体からなる
群のうちの１種または２種以上および不可避不純物：残
り、からなる組成をもつことを特徴とする上記特許請求
の範囲第１項記載の切削工具用切刃。６上記炭化けい素基焼結セラミツクスが、炭化けい
素：８５〜９７容量％、鉄族金属およびＳｉのうちの
１種または２種以上および不可避不純物：残り、からな
る組成をもつことを特徴とする上記特許請求の範囲第１
項、第２項、第３項、第４項、または第５項記載の切削
工具用切刃。７上記炭化けい素基焼結セラミツクスが、炭化けい
素：７０〜９７容量％、窒化けい素、窒化アルミニウ
ム、窒化チタン、および炭窒化チタンのうちの１種また
は２種以上および不可避不純物：残り、からなる組成を
もつことを特徴とする上記特許請求の範囲第１項、第２
項、第３項、第４項、または第５項記載の切削工具用切
刃。