JPS6034619B2 - 切削用高硬度焼結体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、立方晶形窒化棚素結晶および／またはウルッ
形窒化棚素結晶を有する切削用高硬度競結体に関し、特
にその結合材を改良したことにより、その切削性能が向
上し得るようにしたものである。

従来、この種の切削用高硬度焼結体は、通常結合材によ
って結合されている。

そして、結合材の例としては、特公昭５２一４３８４６
号公報にみられるような特定のアルミ合金からなる金属
系のもの、特開昭５３−７７８１１号公報にみられるよ
うなセラミックス系のものが知られている。しかしなが
ら、これらの高硬度焼結体は、断続切削や高送り切削に
対しては必ずしも満足すべき結果が得られていないこと
から、特に結合材の改良が要望されている。本発明は、
上述の点に鑑みなされたもので、立方晶形窒化棚素結晶
および／またはウルツ形窒化棚素結晶が、炭化物系−金
属系からなる特定の結合材とともに、超高圧、高温下で
焼結されるようにした切削用高硬度焼結体を提供するも
のである。

以下、本発明切削用高硬度暁結体における一実施例につ
いて図を参照しながら説明する。

第１図において、１は、切削用高硬度焼縞体であり、こ
の切削用高硬度焼結体１は、立方晶形窒化棚素結晶およ
び／またはウルッ形窒化棚素結晶が炭化物系−金属系の
結合材とともに超高圧、高温下で暁結されたものである
。

この場合、超高圧、高温状態は、通常４方加圧方式、６
方加圧方式、ピストンシリンダー方式およびベルト方式
などの超高圧発生装置により得られるものである。前記
立方晶形窒化棚素結晶および／またはウルッ形窒化棚素
結晶は、暁給体の全量のうち、４０〜９３本積％（以下
％という）を含み、焼結体の残り５〜６０％が結合材と
なる。なお、立方晶形窒化側素結晶およびウルッ形窒化
棚素結晶が混在する場合には、原料として配合されたウ
ルツ形窒化棚素結晶の一部が、超高圧、高温の焼結によ
って立方晶形窒化棚素結晶に格子変換されていることが
、切削性能上好ましいものである。そして、結合材は、
前述したように炭化物系−金属系の成分からなっている
。

炭化物系の成分は、金属系の成分と同じか又は多く含ま
れており、その好適範囲は、結合材中の８０〜５０％で
ある。また、炭化物系の成分は、ＴＩＣを単独またはＴ
ＩＣを主体として、これにＮａ，Ｖａ，のａ族金属の炭
化物、窒化物および棚化物の１種または２種以上を含む
ように置換されている。この場合、ＴＩＣを主体とする
ものは、炭化物系の成分全量のうち、ＴＩＣが体積で少
なくとも５０％以上占めることが必要である。換言すれ
ば、置換量は、ＴＩＣの含有量のうち１′５〜１／２が
好適範囲である。このように、ＴＩＣの一部をＮａ，Ｖ
ａ，のａ族金属の炭化物（Ｔｉｃを除く）等で置換した
のは、−切削用高硬度嫁結体１に対し、高温特性、鞠性
を配慮したものである。なお、Ｗａ，Ｖａ，Ｗａ族金属
の炭化物（ＴＩＣを除く）、窒化物および棚化物の例と
しては、ＷＣ，Ｍｏ２，Ｃ，ＳＩＣ等の炭化物、Ｍｏ２
Ｎ，ＮｂＮ，ＴＩＮ，Ｓｉ４Ｎ３等の窒化物、ＴｉＢ２
，Ｚｒ＆，等の棚化物を挙げることができる。

さらに、金属系の成分は、結合材中の２０〜５０％であ
り第１群、第２群および第３群からなる。

そして、第１群の成分は、Ｚｒ，ＮｂおよびＭｏの１種
または２種以上からなり、第２群の成分は、Ｎｉおよび
／またはＣｏからなる。また、第３群の成分は、Ｎおよ
びＳｉからなる。この場合、三群成分間では、第１群お
よび第２群の成分がそれぞれ金属成分中の１／１００〜
１／３を占め、また第３群の成分が、金属成分中の２ノ
５〜４／５を占めるものである。そして、この切削用高
硬度競緒体１は、例えば、第２図は示されるような超硬
合金からなるスロ−アゥェィチップ２にろう付けされた
りして切削に関与する。また、第３図は、超硬合金から
なる基台３上に切削用高硬度暁結体１が超高圧、高温下
の競緒によって固着されるようにしたものである。これ
らの暁結は、前述した侍公昭５２−４３８４６号公報等
に詳細にわたって説示されているが、超高圧発生装置の
利用により容易に行なえる。実施例 １ 実施例１は、立方晶形窒化棚素結晶およびウルッ形窒化
棚素結晶をそれぞれ単独に選択したものである。

これに対し、結合材は、ＴＩＣ系については、ＴＩＣを
単独とし、第１群〜第３群よりなる金属成分を組合せた
ものである。そして、これらの配合組成等については、
第１表にそれぞれ示されている。

この場合表中では、窒化欄素結晶をＢＮ，立方晶形窒化
棚素をＣＢＮ，ウルッ系棚素結晶をＷＢＮで示している
（以下の表も同じ）。また、第１表でみられる配合組成
物により得られた切削用高硬度焼結体１は、第２図にみ
られるような超硬合金製のスローアウェィチップ２上に
ろう付けされ、所定の研削を経た後切削試験に供された
。

この結果は、第２表に示されるとおりであり、比較のた
めに行なった市販品に対し、いずれも良好な結果得られ
た。これは、本発明の切削用高硬度暁縞体１が、結合材
の改善により、高温特性、鞠性等を高めていることによ
る。したがって、別の切削試験では、断続的な施削、フ
ライス切削に適用したが、欠けが少なく充分利用できる
ことが確認された。これに対し、従来の市販品では、刃
こばれを起こした。なお、前述した第２群のＮｉについ
ては、単独で配合したが、第３群でＳｉと単独で配合さ
れ得る山との合金粉末としてもよく、またＮｉ３ＡＩ，
Ｎｉ２Ｎ３等の金属間化合物としてもよいものである。
このようにした場合には、融点が下がり、また強度的に
は、第１群のＭｏが園綾体化の機能を有することから有
効となる。第 １ 表 （中歎鮫川） 第 ２ 表 （実菰汐ｕｌ） ※ ＣＢＮ９０％十結合材（Ｎｉ＋Ａ多）１０％からを
る市財砧尾により切削した。

胸物妙欄鮒靴、本棚品と何。実施例 ２ 実施例２は、実施例１と同様に、立方晶形窒化側素結晶
およびウルッ形窒化棚素結晶をそれぞれ単独としたもの
である。

しかし、結合材としてのＴＩＣ系については、その一部
をＮａ，Ｖａ，Ｗａ族金属の炭化物（ＴＩＣを除く）等
で置換したものである。そして、実施例２における配合
組成等については、第３表で明示され、また、その切削
試験については、実施例１と同様に切削用高硬度焼結体
１を製作し、これをスローアウェィチップ２上にろう付
けし、研削工程を経て試験工具が製作され、その切削条
件、結果が第４表に明示されている。

第４表の結果をみても判るように、本発明品によるもの
は、いずれも市販品よりも良好な成績を示している。な
お、実験Ｎｏ．８については、第２群からＣｏを選択し
ているが、第３群中のＳｉと単独で配合され得る山との
組み合わせとして、ＣＯＡｌ，Ｃｏ２ＡＩ５，Ｃｏ４Ｎ
３，Ｃｏ２ＡＩ９にみられる金属間化合物を適用するこ
とができる。

（≧ 藁！ 、／！ 」 濁 第 ４ 表 （勤織り２） ※ ＣＢＮ９０※「結合材（Ｎｉ＋ＡＺ）１０発からを
る市則砧品により蝿滴Ｕしたｏ観測材および切削信実妻
守牛は、本妻塞現品と同一。

実施例 ３実施例３は、立方晶形窒化側素結晶およびウ
ルッ形窒化棚素結晶の両者を適用したものである。

これに対し、結合材は、ＴＩＣの一部をＷａ，Ｖａ，町
ａ族金属の炭化物（ＴＩＣを除く）等で置換したもので
ある。そして、実施例３における配合組成等については
、第５表で明示され、また、その切削試験については、
実施例１および実施例２と同様にして、試験工具が製作
され、その切削条件、結果が第６表に明示されている。

第６表の結果をみても判るように、本発明品によるもの
は、いずれも市販品よりも良好な成績を示している。な
お、実験Ｎｏ．１６では、固溶体化された炭化物を適用
したが、他のものと同様良好な結果を示した。

憲 総 鯨 第 ６ 表 （中兎施例３） ※ ＣＢＮ９０孫十結合材（Ｎｉ＋Ａ２）１０多からを
る市販誌品により切削した。

袖潮材および切削会計年は、本発鞘現品と同一ｏ本発明
の切削用高硬度焼結体１は、以上説明した実施例および
各種の実験から以下の事項が確認された。■ 立方晶形
窒化棚素結晶および／またはウルッ形窒化棚素結晶は、
体積で４０〜９５％含まれる範囲が適用できること。

これは、切削条件、被切削によりその範囲が選択される
ものである。

実施例１〜３では、４０〜８０％を説示しているが、別
の試験では、９５％まで含め得ることが確認された。ま
た、混晶の場合は、原料として配合されたゥルッ形窒化
欄素結晶の一部が、超高圧、高温下の焼結によって立方
晶形窒化棚素結晶に格子変換されていることが好ましい
。

これは、変換時に活性化して結合強度が増すためと思わ
れ、切削試験の傾向からも見受けられるものである。■
結合材は、５〜６０％含まれ、炭化物系−金属系の成
分が適用されること。

これは、炭化物系および金属系の両者を組合せることに
よって切削用高硬度煉結体１における高温特性および鞠
性を高めるための配慮である。

■ 結合材として、炭化物系の成分は、ＴＩＣ単独また
は、ＴＩＣを主体としてこれにＮａ，Ｖａ，のａ族金属
の炭化物（ＴＩＣを除く）、窒化物および棚化物の１種
または２種以上の置換したものが適用できること。

ＴＩＣを主体とした場合には、ＴＩＣが体積で５０％以
上占めるものが好適する。

換言すれば、ＴＩＣの含有量のうち、その１／５〜１／
２がＷａ，Ｖａ，Ｗａ族金属の炭化物（ＴＩＣを除く）
、窒化物および棚化物の１種または２種以上で置換され
る。置換した場合は、一般的に鞠性が増すためである。
■ 炭化物系の成分は、金属系の成分と等量かまたはこ
れよりも多く含まれること。

これは、炭化物系の特徴である高温特性を有効に働かせ
るために必要なことである。

具体的な範囲としては、炭化物系の成分は、結合村中の
８０〜５０％が好適する。したがって、金属系の成分は
、結合材中の２０〜５０％である。■ 結合材としての
金属系の成分は、第１群、第２群および第３群の三元成
分で、Ｚｒ，ＮｂおよびＭｏの１種または２種以上から
なる第１群、Ｎｉおよび／またはＣｏからなる第２群、
さらにＭおよびＳｉからなる第３群が適用されること。

これらは、単体金属粉末、合金粉末または金属間化合物
として組合１つされてもよいものである。この場合、第
１群の成分は、第２群および第３群の成分に対して固溶
体を促進する働きをなすものである。そして、これらの
成分は、前記炭化物系の成分に対しては、結合助材的な
役割をなし、結果的に強固な結合が得られるものである
。

■ 第１群および第２群の成分は、それぞれ金属成分中
で１／１００〜１／３が含まれ、第３群の成分は、金属
成分中で２／５〜４／５が含まれること。

第１群および第２群の成分については、含有量が多いと
接着強度を高める反面、結合材の高温硬度を著るしく下
げるため、１′１００〜１／３の範囲が選択されたもの
である。また、第３群の成分については、立方晶形窒化
側素結晶、ウルッ形窒化棚素結晶の表面層と反応して結
合強度を増すための配慮から２／５〜４／５が選択され
たものである。また、第３群のＡＩについては、前述し
たようにＳｉとの合金粉末でなくそれぞれ単独粉末で選
択されることがある。

この場合、Ｎｉを第２群から選択してＮｊおよび釘の二
成分を１としたときには、第１群の占める体積割合は、
Ｍｏを除いて、１／１００〜１が好ましい範囲である。
これは、高温延性、高温における降状強さを伴った固熔
体化の機能をもつためである。Ｍｏの範囲は、５／１０
００〜１であり、５／１０００と少ないのは、炭化物を
生成しやすく、炭化物系の成分と強く結合するからであ
る。■ 第３群の山およびＳｉにおける割合は、体積で
山の３０％以下（０％を含まず）が好適すること。

Ｓｉを少なくしたのは、Ｓｊの窒化物、棚化物および第
１群、第２群の珪化物が生成したときに、高硬度焼結体
を非常に脆くするためである。

これに対し、ＡＩは、山の化合物が第１群の存在により
、それほど脆くならないためである。本発明は、以上説
明したように、切削用高硬度焼結体については、高温特
性、鋤性等が改善されるように特定された炭化物系−金
属系の結合材を選択したものであるから、高硬度被削材
の断続切削や高送り切削において特に効果を発揮するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明切削用高硬度暁結体の一実施例を示す
斜視図、第２図は、超硬合金からなるスローアウェィチ
ツプにろう付けした状態を示す斜視図、第３図は、超高
圧、高温下の凝結によって超硬合金からなる基台上に固
着された状態をしめる斜視図である。 １・・切削用高硬度焼結体、２・・スローアウェィチッ
プ、３・・基台。 矛ハ菱 矛２図 矛３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶形窒化硼素結晶および／またはウルツ形窒化
   硼素結晶が４０〜９５体積％（以下％という）で残りの
   ５〜６０％を炭化物系−金属系からなる結合材とした切
   削用高硬度焼結体において、 前記炭化物系の成分は、
   結合材中の８０〜５０％で、ＴｉＣを単独または、その
   うちの１／５〜１／２をIVａ，Vａ，VIａ族金属の炭化
   物（ＴｉＣを除く）、窒化物および硼化物の１種または
   ２種以上で置換したものからなり、 前記金属系の成分
   は、結合材中の２０〜５０％で、Ｚｒ，ＮｂおよびＭｏ
   の１種または２種以上からなる第１群、Ｎｉおよび／ま
   たはＣｏからなる第２群、さらにＡｌおよびＳｉからな
   る第３群からなり、しかも、第１群および第２群の成分
   は、それぞれ金属成分中の１／１００〜１／３が含まれ
   、第３群の成分は、金属成分中の２／５〜４／５が含ま
   れていることを特徴とする切削用高硬度焼結体。 ２ 前記第３群の成分は、Ａｌの３０％以下（０％を含
   まず）がＳｉである特許請求の範囲第１項記載の切削用
   高硬度焼結体。