JPS6125762B2

JPS6125762B2 -

Info

Publication number: JPS6125762B2
Application number: JP54146821A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoda; Kazuo Takenochi
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1979-11-13
Filing date: 1979-11-13
Publication date: 1986-06-17
Also published as: JPS5672105A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、複合切削体およびこれを備えた切削
工具に関し、特に、その結合材の改良および超硬
合金製の基台の形状改善により、その切削性およ
びろう付け性を向上させたものである。従来、この種の複合切削体は、超硬合金製の基
台に対し、超高圧高温下の焼結によつて、立方晶
形の窒化硼素等の多結晶体が、一面的な関係で固
着されているものである。そして、多結晶体の結
合材としては、特公昭52−43846号公報にみられ
る特定のＡ合金を利用した金属系のもの、特開
昭53−77811号公報にみられるようなセラミツク
ス系のものが知られている。しかしながら、これらの複合切削体は、断続切
削や高送り切削に対しては、必ずしも満足すべき
結果を得ていないことから結合材の改良が要望さ
れ、また、多結晶体の濡れ性が悪いことから、ろ
う付け性の改善が要望されている。本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、既
に焼結されている超硬合金からなる基台上で、立
方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素粉末
が、結合材とともに超高圧高温下の焼結によつて
多結晶焼結体を構成するようにした複合切削体に
おいて、前記多結晶焼結体は、前記窒化硼素が体
積で40〜95％含まれ、また残りの結合材が、炭化
物系の成分としてTiCを単独又はTiCを主体とし
て、これにａ，ａ，ａ族金属の炭化物
（TiCを除く）、窒化物および硼化物の１種又は２
種以上を含むものが選択されており、この炭化物
系の成分と同量又はこれよりも少ない金属系の成
分として、Zr、NbおよびMoの第１群、Niおよび
Coの第２群、さらにＡおよびSiの第３群から
それぞれ１種又は２種以上が選択されるようにな
つているとともに、前記基台は、その中央凹部内
に前記多結晶焼結体を位置させた板状体からなつ
ており、この基台が扇形状に切り出されることに
より切刃チツプとして構成されたものである。以下、本発明複合切削体における一実施例につ
いて図を参照して説明する。第１図および第２図において、１は本発明に係
る複合切削体の出発素材であり、多結晶焼結体２
は、板状をなす超硬合金製の基台３に設けられた
中央凹部内４で固着されている。この多結晶焼結体２は、立方晶形および／また
はウルツ形の窒化硼素が特定された炭化物系―金
属系の結合材とともに、超高圧高温下で焼結され
たものである。この場合、超高圧高温の状態は、
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、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。前記立方晶形および／またはウルツ形窒化硼素
結晶は、焼結体の全量のうち体積で40〜95％を含
み、残りが結合材となる。なお、立方晶形および
ウルツ形の窒化硼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硼素の約半分以
上が超高圧高温下の焼結によつて立方晶形の窒化
硼素に転換されていることが切削上好ましいもの
である。そして、結合材は前述したように、炭化物系の
成分と金属系成分とからなつており、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、
TiCを単独又はTiCを主体として、これに、
、族金属の炭化物、窒化物および硼化物の１
種又は２種以上を含むものが選択されている。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、体積で少なくとも50％以上占める
ことが必要である。これは、多結晶焼結体２に対
し、靭性を付与することからである。また、
ａ，ａ，ａ族金属の炭化物（TiCを除く）、
窒化物および硼化物の例としては、WC、
Mo₂C、等の炭化物、Mo₂N、NbN、TiN、等の窒
化物、TiB₂、ZrB₂等の硼化物を挙げることがで
きる。さらに、金属系の成分としては、Zr、Nbおよ
びMoの第１群、NiおよびCoの第２群、Ａおよ
びSiの第３群からそれぞれ１種又は２種以上が選
択された三群成分からなるものである。そして、この複合切削体の出発素材１は、例え
ば第３図にみられるように扇形状の切刃チツプ５
として切り出され、適宜の工具本体例えば第４図
にみられるバイトシヤンク６の切欠段部７内にろ
う付けされる。この場合のろう付けは、銀ろう、
銅ろう等のろう材が使用されるが、ろう付け面に
前記多結晶焼結体２が露出しないことから容易に
ろう付けが行なわれる。第５図は、第４図に対する変形例を示したもの
で、工具本体として超硬合金製の支持片８を用
い、その切欠段部９に、切刃チツプ５をろう付け
したものである。この場合の多結晶焼結体２は、
前記中央凹部４を円形とせず、多角形としたこと
から、その後方で弧状とならず直線を呈している
ものである。〔実施例１〕多結晶焼結体２は４μの立方晶形の窒化硼素を
80体積％（以下単に％という）、残りを結合材と
したものである。結合材は、炭化物系の成分とし
て、TiCを10％、金属系の成分として第１群から
選択したMoを３％、第２群から選択したNiを３
％、第３群から選択したＡを４％にしたもので
ある。次いで、これらの混合粉は、ボールミルで60時
間混合し、乾燥した後前記基台３の中央凹部４内
に充填され超高圧発生装置の利用により複合切削
体の出発素材１を得た。このときの超高圧高温の
条件は、60Kb、1500℃であつた。このようにして得られた複合切削体の出発素材
１は基台３の外径が9.5mm、厚さが2.2mmであり、
中央凹部４の内径が7.5mm、深さが0.7mmに設定さ
れたものである。そして、第３図のように切り出
されることにより切刃チツプ５が形成され、これ
を第４図にみられるようなバイトホルダーを構成
した。このバイトホルダーは、ろう付けが容易に行な
えるものであり、チルド鋳鉄および焼入れされた
SKH―３を対象にした切削試験でも有効な結果
が得られた。特に、比較の従来品が刃こぼれを起こしていた
のに対し、本発明のものでは、高温特性、靭性等
が改善された結果として断続的な旋削、フライス
切削にも適用できることが判明した。なお、前述した第２群のNi、第３群のＡに
ついては、それぞれ単独ものとして配合したが、
合金粉末としてもよく、またNi₃A、NiA、
Ni₂A_３等の金属間化合物としてもよいもので
ある。このようにできるのは、融点が下がり、ま
た強度的には、第１群のMoが固溶体化の機能を
有することからである。〔実施例２〕多結晶焼結体１は、３μの立方晶形の窒化硼素
を70％、残りを結合材としたものである。結合材
は、炭化物系の成分としては、TiCを15％、金属
系の成分として、第１群から選択したMoNbを５
％、第２群から選択したNiを５％、第３群から
選択したＡを５％にしたものである。そして、実施例１と同様に複合切削体の出発素
材１を形成し、これから第５図にみられるような
スローアウエイチツプを構成した。このときの焼
結条件は、60Kb、1450℃である。切削試験は、SKH―３およびSKD―11を対象
にして行なわれたが、実施例１と同様断続的な強
制な旋削、フライス切削が可能であつた。なお、炭化物系の成分については、TiCを15％
に代えて、TiC10％にVC5％を加えたものに変更
したものについても、同様に製作し、切削試験を
行なつた。これについてもほゞ同じ結果を得るこ
とができ、本発明の効果を確認した。〔実施例３〕多結晶焼結体２は、６μの立方晶形の窒化硼素
を60％、残りを結合材としたものである。結合材
は、炭化物系の成分としてTiCを25％、金属系の
成分として第１群から選択したMo―Zrの合金粉
末を５％、第２群から選択したNiを５％、第３
群から選択したＡを５％にしたものである。そして、実施例２と同様に、スローアウエイチ
ツプを製作した。このときの焼結条件は、
55Kb、1400℃である。切削試験は、SKD―11およびSMCM―８を対
象にして旋削したものであり、この結果でも、本
発明の効果が顕著であつた。なお、炭化物系の成分については、TiC25％に
代えてTiCを17％、Mo₂Cを８％にしたもの、
TiCを15％、VCを７％、TiNを３％にしたものに
ついても、同様にスローアウエイチツプを製作
し、切削試験を行なつた。この試験結果について
もほゞ同様な傾向がみられ、本発明の効果を確認
した。また、金属系の成分については、Ni5％をCo5
％に変更したもの、Ａ５％をSi5％に変更した
もの、Ａ５％をＡ４％、Si1％に変更したも
のとそれぞれ製作し、切削試験を行なつたが同様
の結果が得られた。なお、Coの場合には、Ａとの組合せとして
CoA、Co₂A_５、Co₄A_３、Co₂A_９にみ
られる金属間化合物を適用することができる。〔実施例４〕多結晶焼結体２は、４μの立方晶形の窒化硼素
を55％、残りを結合材としたものである。結合材
は、炭化物系の成分としてTiCを30％、金属系の
成分として第１群から選択したNb―Mo合金粉末
を５％、第２群から選択したNiを５％、第３群
から選択したＡを５％にしたものである。また、TiCについては、その一部をZrCおよび
Mo₂Cで置換したもの、Niについては、その一部
をCoで置換したもの、Ａについては、その一
部をSiで置換したものについても、同様に製作対
象とし、実施例２と同じくスローアウエイチツプ
を製作した。これらの場合、焼結条件は、
50Kb、1350℃であつた。切削試験は、SMCM―８およびSUJを対象に旋
削を行なつた。この試験結果も良好であり、等に
高送りの面で本発明の効果が顕著に現われてい
た。これは、TiCを含むため、高温特性が改善さ
れたこと、またMo、Nb等の固溶体化に伴なう靭
性の改善によるものと考えられる。なお、第３群
がＡおよびSiの単体、合金または金属間化合物
からなつている場合には、体積でＡの30％以下
がSiであるものが好適した。〔実施例５〕多結晶焼結体２は、４μの立方晶形の窒化硼素
を60％、また、この一部をウルツ形の窒化硼素で
置換したものとし、残りを結合材とした。結合材は、炭化物系の成分としてTiCを25％と
したもののほか、TiCの一部を、、族金属
の炭化物、窒化物および硼化物の１種又は２種以
上で置換したものを選択した。この場合の例とし
ては、WC、Mo₂C、SiC、Mo₂N、NbN、TiN、
Si₄N₃、TiB₂、ZrB₂等をあげることができる。また、金属系の成分としては、NiおよびＡ
をそれぞれ４％としたものを基にして、Mo、
Nb、およびZrの１種又は２種以上を添加したも
のである。これらの組成に対して、焼結条件は、55Kb、
1400℃を採用し、複合切削体の出発素材１を得る
とともに、これを基にして実施例２と同様スロー
アウエイチツプを製作した。そして、切削試験は、主としてSMCM―８を
対象とし、旋削した。この試験結果についても初
期の目的を達成できた。〔実施例６〕実施例６は、立方晶形窒化硼素（CBN）を40
％〜95％まで変化させ、これに対応して結合材を
選択したもので、配合組成等は、第１表に示され
るとおりである。切削試験は、第５図に示されるようなスローア
ウエイチツプ８により行なわれたもので、比較品
はCBN90％＋結合材（Ａ＋Ni）10％からなる
ものを適用した。この結果、本発明品がいずれにおいてもすぐれ
た切削性能を示した。なお、CBNの含有量につ
いては、40％未満では、結合材成分が多くなつて
CBNの特性が活かせず、不具合であり、また95
％をこえるときには、結合材による強度が弱くな
つて不具合であることが確認された。また、結合材については、TiC形成分として
TiC主体のものTiCのみのもの（実施例５）を適
用した。また、金属系成分に対して同量のもの
（実施例５）およびそれ未満のもの（実施例１〜
４）を適用した。この結果TiC成分については、
高温強度を高め、被削材との濡れ性を悪くして、
被削材からの圧着物の付着がない機能を図すこと
が確認された。この場合、TiC単味よりも、TiC
にTiN等を固溶されたものがより強固なセラミツ
ク物質を形成することも確認した。また、金属系
成分については、TiC系成分の結合強度を高める
ため使用されているが、第１群の成分は、第２群
および第３群の成分に添加することにより結合材
の靭性を出して、結合材の結合強度を高めること
が確認された。この場合、第２群および第３群の
成分は、合金化又は金属間化合物を形成した硬度
を高め、CBNの表面に対する濡れ性を良くす
る。

【表】

【表】（実施例７）実施例７は、ウルツ形の窒化硼素（WBN）を
40％〜80％まで変化させ、これに合せて結合材を
選択したものである。配合組成、性能比較等につ
いては、第２表に示されるとおりである。切削試験は、実施例６と同じく、第５図に示さ
れるようなスローアウエイチツプ８により行なわ
れた。この結果、本発明品がいずれにおいてもす
ぐれた切削性能を示した。 WBNの含有量は、CBNの場合と同様、40未満
では、WBNの特性が活かせず不具合であり、ま
た他の実験による結果から95％をこえると、結合
材がすくなくなつて結合強度が多くなつて不具合
であつた。また、結合材のTiC系成分については、炭化
物、窒化物を添加した例を示したが、CBNにお
けると同様に硼化物を適用できることを確認し
た。さらに、結合材の金属系成分については、第
１群〜第３群の種々の組合せを適用してみたが、
実施例６におけるCBNの場合と同様な機能およ
び結果が確認された。

【表】（実施例８）実施例８は、CBNおよびWBNの両者を含むよ
うにしたもので、配合組成等については、第３表
に示されるとおりである。切削試験は、実施例６と同じく第５図に示され
るようなスローアウエイチツプ８により行なわれ
たものである。この結果、本発明品がいずれにお
いてもすぐれた切削性能を示した。 CBNおよびWBNの含有量については、実施例
６および実施例７からも推定できるが、40％〜95
％が好適した。上限および下限を外れた場合は、
前述の実施例と同じ不具合の傾向を示した。また、結合材のTiC系成分、金属系成分につい
ても特定した範囲が良好である傾向を示した。

【表】本発明の複合切削体については、以上述べた実
施例および各種の実験から以下の事項が確認され
た。立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素
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、被削材により、その範囲
が選択されるものである。実施例１〜５では、
55〜80％を説示しているが、この範囲よりも広
い範囲で適用できるものである。このような下
限および下限が設定されるのは、BNが95％を
こえたときには、結合材の含有量が少なくなつ
て結合強度が不足するからでまた40％未満のと
きには、硬さ、耐摩耗性などのBNの本来的な
特性を活かせないからである。また、立方晶形およびウルツ形の窒化硼素結
晶が混晶の場合は、原料として配合されたウル
ツ形の窒化硼素の約半分以上が超高圧高温下の
焼結によつて立方晶形の窒化硼素結晶に転換し
ていることが好ましい。これは、切削試験結果
の傾向によるものである。またこれらの窒化硼
素の一部は、ダイヤモンドで置換できるもので
ある。結合材として炭化物系の成分は、TiC単独又
はTiCを主体として、これに、，族金属
の炭化物、窒化物および硼化物の１種又は２種
以上が含まれたものが適用できること。 TiCを主体とした場合には、TiCが体積で少
なくとも50％占めるものが好適する。これは、TiCが結合材の高温強度を高めるか
らで、またTiCに他の特定した炭化物等を添加
するのは、この炭化物等を固溶させることによ
り、より強固なTiC主体のセラミツク物質を形
成するためである。 TiC系の成分は、金属系成分と等量か又はこ
れよりも多く含まれること。これは、TiC系の特徴である高温特性、高温
靭性が有効に働くために必要なためである。すなわち、金属系成分は、TiC系成分の結合
強度を高める作用をなすが、金属系成分の量が
多くなると、結合材の硬さ、耐摩耗性、高温強
度が低下する傾向を示し、50％をこえると金属
系成分の特性が強くなり、高温強度の低下が顕
著になるからである。結合材としての金属系の成分は、Zr、Nbお
よびMoの第１群、NiおよびCoの第２群、さら
にＡおよびSiの第３群からそれぞれ１種又は
２種以上が選択された三群成分が適用されるこ
と。これらは、単体金属粉末、合金粉末又は金属
間化合物として組合わ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化を促進する働き
をなすものである。そして、これらの成分は、前記TiC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。すなわち、第１群の成分は、第２群および第
３群の成分に対して靭性を与え、高温強度を高
める機能をもつ。したがつて、第１群の成分
は、金属系成分の50％以下が好適する。第２群
および第３群の成分は、合金化又は金属間化合
物を形成しやすく、一方金属系成分の硬度を高
め、BN表面の濡れ性を良くするからである。また、金属系の成分として、第２群および第
３群からNiおよびＡが選択された場合に
は、第１群の占める体積割合は、NiおよびＡ
の二成分を１としたときに、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、高温における降伏強さを伴なつた固
溶体化の機能をもつためである。Moの範囲は
５／1000〜１であり、５／1000と少ないのは、
炭化物を形成しやすく、これによつて炭化物系
の成分と強く結合するからである。複合切削体の出発素材１は、基台３の中央凹
部４内に多結晶焼結体２を位置させ、超高圧高
温下で焼結によつて一体的に固着されること。これは、中央凹部４内で焼結されるようにす
れば、多結晶焼結体２が流動することなく安定
的な状態で超高圧を得られるからである。この結果、多結晶焼結体２には、焼結時の残
留歪がなくなり、再現性のある高品質のものが
提供される。複合切削体の出発素材１から切り出された切
刃チツプ５は工具本体切欠段部７，９に容易に
ろう付けできること。多結晶焼結体２は、ろう材に対する濡れ性が
悪いことから、特にろう付け面を基台３の底面
および後側面にすることにより確実にろう付け
作業ができるものである。したがつて、ろう切
れ等の問題が解消できるものである。本発明は、以上説明したように、複合切削体に
ついては、高温特性、靭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。
また、この複合切削体を利用して得れた切削工具
は、工具本体に対するろう付け性が改善され、上
記切削特性をそのまゝ活かせるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明複合切削体の一実施例を示す
正面図、第２図は、第１図中の―線に沿つて
得られる断面図、第３図は、複合切削体から切り
出した切刃チツプを示す斜視図、第４図は、切刃
チツプを利用したバイトホルダーを示す斜視図、
第５図は、変形例を示すものでスローアウエイチ
ツプを示す斜視図である。１……出発素材、２……多結晶焼結体、３……
基台、４……中央凹部、５……切刃チツプ、６…
…バイトシヤンク、８……支持片。

Claims

【特許請求の範囲】１既に焼結されている超硬合金からなる基台上
で、立方晶形および／またはウルツ状の窒化硼素
粉末が、結合材とともに超高圧高温下の焼結によ
つて多結晶焼結体を構成するようにしたおいて、前記多結晶焼結体は、前記窒化硼素が体積で40
〜95％含まれ、また残りの結合材が、炭化物系の
成分としてTiCを単独又はTiCを主体として、こ
れにａ，ａ，ａ族金の炭化物（TiCを除
く）、窒化物および硼化物の１種又は２種以上を
含むものが選択されており、この炭化物系の成分
と同量又はこれよりも少ない金属系の成分とし
て、Zr，NbおよびMoの第１群、NiおよびCoの第
２群、さらにＡおよびSiの第３群からそれぞれ
１種又は２種以上が選択されるようになつてお
り、前記基台は、その中央凹部内に前記多結晶焼結
体を位置させた板状体からなつているとともに、
この基台が扇形状に切り出されることにより切刃
チツプとして構成されることを特徴とする複合切
削体。