JPS6054363B2

JPS6054363B2 - 切刃用複合焼結部片

Info

Publication number: JPS6054363B2
Application number: JP54144220A
Authority: JP
Inventors: 賢一西垣; 薫川田; 文洋植田; 由雄冨士原; 泰次郎杉澤
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1979-11-07
Filing date: 1979-11-07
Publication date: 1985-11-29
Also published as: JPS5669307A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は、すぐれた靭性と耐熱耐摩耗性を有し、特に
難削材を切削するに際して、切刃として使用するのに適
した複合焼結部片に関するものである。

従来、ＡｌおよびＡｌ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
イヤモンド基焼結材料の切刃層と、これに靭性を付与す
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積層複合体からなる複合焼結
材片が切刃として使用されている。

上記従来複合焼結部片は、通常、圧力ニ５〜６万気圧、
温度：１３５０〜１５００′Ｃの超高圧焼結条件で製造
されており、したがつて保持層を構成するＷＣ基超硬合
金は液相焼結されることになる。

このような従来複合焼結部片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、この結果前記切刃層との
界面接合強度は著しく低下するようになるものであつた
。このように切刃層と保持層との密着性が良好でない従
来複合焼結部片においては、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、さらにチッピングや欠損が発生しやすくなるもの
であつた。本発明者等は、上述のような観点から、切刃
用，複合焼結部片について、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、さらに靭性お
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
究を行なつた結果、（ａ）保持層における分散相形成成
分の主要成分ζを、安価にして耐熱耐摩耗性にすぐれ、
かつタングステン（以下Ｗで示す）との接合強度が高い
炭化チタン（以下ＴｉＣで示す）で構成し、一方同じく
素地（結合相）を高い熱伝導度とすぐれた耐熱強度を有
するＷで構成すると、焼結時ζ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、しかも前記保持層は組成上固相焼結される
ために、理論密度比１００％の緻密にして、ＴｉＣ粒の
粒成長がきわめて小さい微細組識をもつようにｚなり、
したがつて、この結果の保持層は、切刃層に対する界面
接合強度が著しく高く、かつ高靭性、高熱伝導性および
高耐熱塑性変形性をもつようになることから、切削時に
はすぐれた耐摩耗性と耐欠損性を示すこと。

（ｂ）上記保持層において、分散相形成成分としてＴｉ
Ｃの他に、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，ＭＯｌ
およびＷの炭化物のうちの１種または２種以上を、単独
およびＴｉＣとの複合固溶体のいずれか、または両方の
形で含有させると、焼結時におけるＴｌＣの粒成長が一
段と抑制されるばかりでなく、ＴｉＣ自体の硬さおよび
靭性が向上するようになり、さらに結合相と結合強度も
一層向上するようになること。

以上（ａ）および（ｂ）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つ
て、切刃用複合焼結部片を、ダイヤモンド基焼結材料か
らなる切刃層と、ＴｉＣ含有のタングステン基合金から
なる保持層との積層複合体で構成し、さらに前記保持層
を、望ましくは、重量％で、（１）ＴｉＣ：１０〜５０
％、Ｗおよび不可避不純物：残り、（２）ＴｉＣ：１０〜５０％、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，ＭＯｌおよびＷの
炭化物のうちの１種または２種以上：０．１〜２０％、
Ｗおよび不可避不純物：残り、（３）ＴｌＣ：１０〜５
０％と、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，ｃｒ，ＭＯｌお
よびｗの炭化物のうちの１種または２種以上：０．１〜
２０％との複合固溶体、Ｗおよび不可避不純物：残り、
（４）ＴｉＣ：１０〜５０％と、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ
，Ｔａ，ｃｒ，ＭＯｌおよびＷの炭化物のうちの１種ま
たは２種以上：０．１〜２０％との複合固溶体、Ｚｒ，
Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，ＭＯ、およびＷの炭化物
のうちの１種または２種以上：０．１〜２０％、Ｗおよ
び不可避不純物：残り、以上（１）〜（４）の成分組成を有するＴｌＣ含有のタ
ングステン基合金で構成することに特徴を有するもので
ある。

つぎに、この発明の複合焼結部片における望ましい保持
層の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）ＴｉＣその含有量が１０％未満では、所望の耐熱
耐摩耗性を確保することができず、一方５０％を越えて
含有させると、ＴｉＣ粒子同志のスケルトン形成が著し
くなつて靭性が低下するようになることから、その含有
量を１０〜５０％と定めた。

（ｂ）ＴｉＣ以外の炭化物その含有量が０．１％未満では、分散相の粒成長抑制作
用、分散相の硬さおよび靭性向上作用、並びに分散相の
結合相との結合強度向上作用によソー層の改善効果が得
られず、一方２０％を越えて含有させると、分散相が焼
結時に粒成長するようになることから、その含有量を０
．１〜２０％と定めた。

ついで、この発明の複合焼結部片を実施例により具体的
に説明する。

実施例１Ｚｒ製円筒型薄肉容器内に、平均粒径１．５μｍのＴｉ
Ｃ粉末：４鍾量％と、同０．６μｍのＷ粉末：６０重量
％とからなる均一混合粉体：２００ｍ９を装入し、引続
いてその上にさらに平均粒径０．５μｍのダイヤモンド
粉末：９鍾量％と、同１，２μ丸のＣＯ粉末：１０重量
％とからなる均一混合粉末：６０ｍ９を装入充填し、つ
いで前記混合粉末充填の容器全体を通常の超高圧超高温
発生装置内に装入し、圧力ニ５５Ｋｂ１温度：１４００
℃の条件で３紛間保持して焼結した後、温度：１３００
℃まで徐冷し、引続いて急冷し、最終的に通常の後処理
並びに均等四つ割り分割切断を施すことによつて、第１
図に概略斜視図で示される形状、すなわち、平面形状：
中心角９００にして半径３．０ＴＩｒ！！ｔの扇形、切
刃層１ａの厚さ：０．５順、保持層１ｂの厚さ：２．Ｃ
Ｍ（全体厚さ：２．５７ｒｒ１１ｔ）を有するこの発明
の複合焼結部片１を製造した。

この結果得られた本発明複合焼結部片１を、ダイヤモン
ドホィールで研磨して組識観察を行なつたところ、上部
の切刃層１ａと下部の保持層１ｂ０：３のいずれも理論
密度比１００％を示し、また前記保持層においては、内
部は勿論のこと、特に切刃層との界面部にも、切刃層の
ＣＯの若干の拡散が見られるものの粒の異常成長は全く
見られず、両層が強固に密着していることが確認された
。

さらに上記保持層はビッカース硬さ：１２００ｋ９／Ｗ
ｄを示すものであつた。一方、比較の目的で、保持層を
ＷＣ−６重量％ＣＯの組成を有する超硬合金で構成する
以外は、上記本発明複合焼結部片１の製造条件と同一の
条件にて従来複合焼結部片１″を製造した。

ついで、これら両複合焼結部片を、第２図に平面図で、
また第３図に正面図で示されるように、平面寸法：１２
．７ＴｆＳ口、厚さ：４．８Ｗ！ＲのＷＣ基超硬合金製
切削チップ（スローアウエイチツプ）２の四隅のうちの
１隅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、ついで被削材：アルミニウム鋳鉄、切削
速度：２００ｍ／Ｍｉｎｌ送りニ０．１Ｗ！／Ｒｅｖ．
、切込み：０．５ＷＬ、切削油：使用の条件で穴あけ加
工を行なう切削試験に供し、使用寿命に至るまでの加工
穴数を測定した。

この結果本発明複合焼結部片使用の切削チップは２５，
００陥加工後、正常摩耗により寿命に達したのに対して
、従来複合焼結部片使用の切削チップは、チッピングの
発生があり、１５，００咋て寿命に至つた。

実施例２切刃層および保持層形成のための混合粉末の配ノ合割合
を第１表に示される条件とする以外は、上記実施例１に
おいて本発明複合焼結部片１を製造した場合と同一の条
件にて、実質的に配合組成と同一の最終成分組成をもつ
た本発明複合焼結部片ａ−１および従来複合焼結部片Ａ
，ｂをそれぞれ製造した。

この結果得られた本発明複合焼結部片ａ〜１および従来
複合焼結部片Ａ，ｂの切刃層と保持層との界面部分の組
織を観察したところ、本発明複合焼結部片ａ−１におい
ては、分散相および結合相とも粒の異常成長は見られず
、微細にして均一な組織を呈するものであるのに対して
、従来複合焼結部片Ａ，ｂにおいては、ＷＣ粒に著しい
粒成長が起つていた。

また、第１表には保持層のビッカース硬さを合せて示し
た。ついで、上記本発明複合焼結部片ａ−１および従来
複合焼結部片Ａ，ｂのそれぞれを実施例１におけると同
様に分割した状態で切削チップに取付け、さらにバイト
に取付けて、被削材：Ａ１−１３％Ｓｉ合金、切削速度
：６００ＴｒＬ，／Ｍｉｎｌ送りニ０．１ｍ／Ｒｅｖ．
、切込み：０．５ｍの条件で切削試験を行ない、ブラン
ク摩耗巾が０．２１１！に至るまでの切削時間を測定し
た。

この測定結果を第２表に示した。なお、第２表には刃先
状態も合せて示した。第２表に示されるように、本発明
複合焼結部片ａ−１は、いずれも正常摩耗を示すことか
ら切刃層と保持層との接合強度がきわめて高いことが容
易に理解でき、さらに両層の界面接合強度が低いために
切削中にチッピングを起した従来複合焼結部片に比して
、一段とすぐれた切削寿命を示すことが明らかである。
なお、上記実施例では複合焼結部片を分割した状態で超
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、前記複合焼結部片を分割することなく
、あるいは大寸の適宜形状とし、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、
この発明の複合焼結部片は、保持層をＴｉＣ含有のタン
グステン基合金で構成することによつて、すぐれた靭性
と耐熱耐摩耗性を有し、かつ切刃層と保持層との接合強
度も著しく高いものとなつているので、特に難削材の切
削に際して切削寿命の一段とすぐれた延命化をはかるこ
とができるなど工業上有用な特性を有するのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合焼結部片の実施例を示す概略斜視図、第２
図は複合焼結部片を切削チップの切刃部に取付けた状態
を示す平面図、第３図は同正面図である。図面において、１，１″・・・・・・複合焼結部片、１
ａ・・・・・・切刃層、１ｂ・・・・・保持層、２・・
・・・・切削チップ。

Claims

【特許請求の範囲】１ダイヤモンド基焼結材料の切刃層と、炭化チタン含
有のタングステン基合金の保持層との積層複合体からな
ることを特徴とする切刃用複合焼結部片。２上記炭化チタン含有のタングステン基合金が、炭化
チタン：１０〜５０重量％、Ｗおよび不可避不純物：残
り、からなる組成を有することを特徴とする上記特許請求の
範囲第１項記載の切刃用複合焼結部片。３上記炭化チタン含有のタングステン基合金が、炭化
チタン：１０〜５０重量％、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔ
ａ，Ｃｒ，Ｍｏ、およびＷの炭化物のうちの１種または
２種以上：０．１〜２０重量％、Ｗおよび不可避不純物
：残り、からなる組成を有することを特徴とする上記特許請求の
範囲第１項記載の切刃用複合焼結部片。４上記炭化チタン含有のタングステン基合金が、炭化
チタン：１０〜５０重量％と、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ、およびＷの炭化物のうちの１種また
は２種以上：０．１〜２０重量％との複合固溶体、Ｗお
よび不可避不純物：残り、からなる組成を有することを特徴とする上記特許請求の
範囲第１項記載の切刃用複合焼結部片。５上記炭化チタン含有のタングステン基合金が、炭化
チタン：１０〜５０重量％と、Ｚｒ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，
Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ、およびＷの炭化物のうちの１種また
は２種以上：０．１〜２０重量％との複合固溶体、Ｚｒ
，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｃｒ，Ｍｏ、およびＷの炭化
物のうちの１種または２種以上：０．１〜２０重量％、
Ｗおよび不可避不純物：残り、からなる組成を有することを特徴とする上記特許請求の
範囲第１項記載の切刃用複合焼結部片。