JPS6126511B2

JPS6126511B2 -

Info

Publication number: JPS6126511B2
Application number: JP53133293A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Ueda; Kenichi Nishigaki; Taijiro Oonishi
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1978-10-31
Filing date: 1978-10-31
Publication date: 1986-06-20
Also published as: JPS5562846A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、すぐれた靭性および耐熱耐摩耗性
を有し、特に切削工具用材料として使用するのに
適した超高圧焼結材料に関するものである。一般に、鋳鉄などの鉄系金属材料や、アルミニ
ウム、アルミニウム合金、銅、および銅合金など
の非鉄金属材料、さらにプラスチツクなどの非金
属材料などの切削に使用される切削工具には、高
硬度、すぐれた耐摩耗性、靭性、および熱的化学
的安定性などの特性を備えることが要求されてい
る。近年、かかる要求を満足すべく、主成分がダイ
ヤモンドからなる超高圧焼結材料が提案され、前
記超高圧焼結材料は常温は勿論のこと、比較的高
温においても高硬度を有し、すぐれた耐摩耗性を
示すことから、衝撃の加わるような苛酷な条件下
での仕上げ切削工具用材料として使用されてい
る。確かに、上記超高圧焼結材料製切削工具によれ
ば、上記鉄系金属材料や非鉄金属材料の切削に際
して、高速切削が可能となるために、構成刃先が
つきにくく、すぐれた仕上げ面が得られるという
利点がもたらされる。このように上記従来超高圧焼結材料は、主成分
が著しく高い硬さを有するダイヤモンドで構成さ
れているために、上記鉄系金属材料や非鉄金属材
料、および非金属材料の切削に切削工具として使
用した場合に、すぐれた耐摩耗性を示すものの、
十分な靭性を備えたものではないため、この靭性
不足が原因で切削時にチツピング摩耗を起し易
く、この結果本来具備しているすぐれた耐摩耗性
を十分発揮することができず、また十分な高温耐
酸化性（耐熱性）を備えていないため、温度上昇
を伴う切削には使用することができないのが現状
である。本発明者等は、上述のような観点から、靭性、
高温耐酸化性（耐熱性）、および耐摩耗性を兼ね
備えた切削工具用材料を得べく、ダイヤモンドに
着目して研究を行なつた結果、ダイヤモンド粉末
に、周期律表の4a族金属の炭化物、窒化物、炭窒
化物、および硼化物、同5a族金属の炭化物、窒化
物、および炭窒化物、並びに同6a族金属の炭化物
のうちの１種または２種以上（以下、これらを総
称して金属の炭・窒・硼化物という）からなる粉
末と、炭化ボロン（以下B₄Cで示す）、炭化けい
素（以下SiCで示す）、および窒化けい素（以下
Si₃N₄で示す）のうちの１種または２種以上（以
下、これらを総称して炭・窒化物と略記する）か
らなる粉末とを配合したものを原料粉末として使
用し、超高圧焼結を行なうと、ダイヤモンド粒子
同志、上記金属の炭・窒・硼化物粒子同志、およ
び上記炭・窒化物粒子同志の相互接触がなく、ダ
イヤモンド粒子、上記金属の炭・窒・硼化物粒
子、および上記炭・窒化物粒子とが相互に隣接し
合い、しかもその粒界では前記各粒子を構成する
成分の拡散が生じて強固な粒子間結合が形成され
ている緻密な組織の焼結材料が得られ、この結果
得られた焼結材料は、ダイヤモンド粒子によつて
もたらされるすぐれた耐摩耗性と、金属の炭・
窒・硼化物粒子および炭・窒化物粒子によつても
たらされるすぐれた靭性および耐熱性とを兼ね備
えるという知見を得たのである。したがつて、この発明の超高圧焼結材料は、上
記知見にもとづいてなされたもので、容量％で、ダイヤモンド：25〜80％金属の炭・窒・硼化物：10〜60％、炭・窒化物および不可避不純物：10〜60％、からなる組成を有することに特徴がある。ついで、この発明の超高圧焼結材料において、
成分組成範囲を上述のように限定した理由を説明
する。 (a) ダイヤモンドダイヤモンド自体は、周知のようにモース硬
さ：10、ヌープ硬さ：8000Kg／mm²以上を有し、現
存する物質中、最も高い硬さを有する物質である
が、その含有量が25容量％未満では、所望の耐摩
耗性を確保することができず、一方80容量％を超
えて含有させると、ダイヤモンド粒子相互間の接
触度合が大きくなり、耐熱性にすぐれ、靭性に富
んだ金属の炭・窒・硼化物粒子および炭・窒化物
粒子とダイヤモンド粒子との強固な粒子間結合が
不十分となり、この結果靭性低下をきたして切削
時にチツピング摩耗が生じやすくなることから、
その含有量を25〜80容量％と定めた。なお、好ま
しくは40〜75容量％の含有が望ましい。また、この発明の超高圧焼結材料の製造に際し
て、原料粉末として使用されるダイヤモンド粉末
は、すぐれた焼結性を確保する目的で、平均粒径
50μｍ以下、一般には同10μｍ以下の粉末粒径を
もつものを使用するのが好ましく、さらに市販の
メタルコートのダイヤモンド粉末を原料粉末とし
て使用してもよい。 (b) 金属の炭・窒・硼化物例えば、炭化チタン（以下TiCで示す）は融
点：3147℃、微少硬さ：3000Kg／mm²（荷重
100g）、窒化チタン（以下TiNで示す）は融点：
3205℃、微少硬さ：2000Kg／mm²、硼化チタン（以
下TiB₂で示す）は融点：2980℃、微少硬さ：
3400Kg／mm²をそれぞれ有するように、金属の炭・
窒・硼化物はいずれも高融点高硬度を有すると共
に、ダイヤモンドに比して高温における耐酸化性
にすぐれた物質であり、しかも金属の炭・窒・硼
化物には、上述のように焼結時にダイヤモンド粒
子および炭・窒化物粒子との間に粒界拡散を生じ
させて強固な粒子間結合を形成する作用があるほ
か、それ自体が焼結性にすぐれたものであるた
め、ダイヤモンド粒子間を炭・窒化物粒子と共存
した状態で埋めた緻密な組織を形成する作用があ
るが、その含有量が10容量％未満では、相対的に
ダイヤモンドの含有量が多くなり過ぎて前記作用
に所望の効果を得ることができず、この結果靭性
低下をきたすようになり、一方60容量％を越えて
含有させると、相対的にダイヤモンドの含有量が
少なくなり過ぎて、ダイヤモンドのもつ高硬度を
焼結材料に充分反映することができず、この結果
耐摩耗性低下をきたすようになることから、その
含有量を10〜60容量％に定めた。また、この発明の超高圧焼結材料の製造に際し
て、原料粉末として使用される金属の炭・窒・硼
化物粉末は微粉のものが好ましく、平均粒径10μ
ｍ以下の微細な粉末を使用するのが望ましい。 (c) 炭・窒化物例えば、SiCは融点：2827℃、微少ヌープ硬
さ：3000Kg／mm²を有するように、これら炭・窒化
物は、金属の炭・窒・硼化物と同様に、いずれも
高融点高硬度を有すると共に、ダイヤモンドに比
して高温における耐酸化性にすぐれた物質であ
り、しかもこの炭・窒化物にも、金属の炭・窒・
硼化物と同様に焼結時に強固な粒子間結合および
緻密組織を形成する作用があるが、その含有量が
10容量％未満では、金属の炭・窒・硼化物と同様
に相対的にダイヤモンドの含有量が多くなり過ぎ
て前記作用に所望の効果を得ることができないこ
とから靭性低下をきたすようになり、また、同様
に60容量％を越えて含有させると、相対的にダイ
ヤモンドの含有量が少なくなり過ぎて、ダイヤモ
ンドのもつ高硬度を焼結材料に十分反映すること
ができず、この結果耐摩耗性低下をきたすように
なることから、その含有量を10〜60容量％に定め
た。また、この発明の超高圧焼結材料の製造に際し
て、原料粉末として使用される炭・窒化物粉末は
微細なものが好ましく、平均粒径10μｍ以下の微
細粉末の使用が望ましい。さらに、この発明の超高圧焼結材料は、通常の
粉末冶金法により、公知の超高圧超高硬温発生装
置を使用して製造することができる。すなわち、原料粉末としてのダイヤモンド粉
末、金属の炭・窒・硼化物粉末、および炭・窒化
物粉末を所定割合に配合し、この配合粉末を鉄製
ボールミルなどの混合機において長時間混合して
均質な混合粉末とし、ついでこの混合粉末を、例
えば特公昭36―23463号公報に記載されるような
超高圧高硬温発生装置における鋼製あるいは高融
点金属製の容器内に封入し、圧力および温度を上
げ、最高圧力：54〜70Kb、最高温度：1400〜
1800℃の範囲内の圧力および温度に数分〜数10分
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つて製造することがで
きる。つぎに、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より説明する。原料粉末として、それぞれ市販の平均粒径：３
μｍを有するダイヤモンド粉末、同１〜３μｍの
範囲内の平均粒径を有する各種の金属炭・窒・硼
化物粉末、同１μｍのSiC粉末、同２μｍのSi₃N₄
粉末、および同３μｍのB₄C粉末を用意し、これ
ら原料粉末を第１表に示される配合組成に配合
し、超硬合金製のボールミル中で、溶媒としてア
セトンを使用して４時間混合し、乾燥した後、こ
の混合粉末を、直径：10mmφ×高さ：10mmの寸法
をもつたJIS・SUS304のステンレス鋼製管内に詰
め、真空引きしながら超高合金（p20）製の蓋を
前記管の両側端部に溶接して密封し、ついで、こ
れを公知の超高圧高温発生装置に装着し、最高付
加圧力：60kb、最高加熱温度：1450℃、保持時
間：10分の条件で焼結した後、冷却し、圧力解放
を行なうことによつて、実質的に配合組成と同一
の成分組成をもつた本発明超高圧焼結材料１〜
20、比較超高圧焼結材料１〜６、および従来超高
圧焼結材料をそれぞれ製造した。なお、比較超高圧焼結材料１〜６は、いずれも

【表】

【表】構成成分のうちのいずれかの成分（第１表に※印
を付したもの）がこの発明の範囲から外れた組成
をもつものである。つぎに、この結果得られた各種の超高圧焼結材
料について、耐摩耗性を評価する目的でビツカー
ス硬さを測定し、また靭性を評価する目的で破壊
靭性値を測定し、さらにこれより切断および研磨
手段により切削用切刃を切出し、この切刃をWC
（炭化タングステン）基超高合金製チツプに銀ろ
うを用いてろう付けして切削工具とし、被削材の材質：JIS・SNCM―８の厚さ：１mm
の鋼板の上下面を厚さ：２mm黒鉛板でサンドイツ
チした３層積層板、切削工具（ドリル）の直径：９mm、切削工具の回転数：2000rpm、切削油：なしの条件で積層板の穴あけ加工試験を行ない、穴あ
け面の寸法精度が原因で使用寿命に至るまでの穴
あけ加工数を測定し、さらに、被削材の材質：Cu合金、被削材の寸法：直径100mmφ×長さ40mm、切削速度：460m／min、送り：0.15mm／rev.、切込み：0.25mm、切削油：使用、の条件でCu合金の内径旋削加工を行ない、加工
面粗さが3Sに至るまでの加工本数を測定した。第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結
材料１〜20は、いずれもすぐれた耐摩耗性および
靭性を有し、切削試験ではすぐれた切削性能を示
すのに対して、従来超高圧焼結材料は、耐摩耗性
にはすぐれるものの靭性の劣るものであるため、
切削試験では満足する切削性能を発揮しないこと
が明らかである。また、比較超高圧焼結材料１〜６に見られるよ
うに、構成成分のうちのいずれかの成分でも、そ
の含有量がこの発明の範囲から外れると上記特性
のうちの少なくともいずれかの特性が劣つたもの
になることが明らかである。上述のように、この発明の超高圧焼結材料は、
すぐれた靭性、高温耐酸化性（耐熱性）、および
耐摩耗性を兼ね備えているので、特に切削工具用
材料として使用した場合にすぐれた切削性能を発
揮するのである。

Claims

【特許請求の範囲】１ダイヤモンド：25〜80％、周期律表の4a族金属の炭化物、窒化物、炭窒化
物、および硼化物、同5a族金属の炭化物、窒化
物、および炭窒化物、並びに同6a族金属の炭化物
のうちの１種または２種以上：10〜60％、炭化ボロン、炭化けい素、および窒化けい素の
うちの１種または２種以上および不可避不純物：
10〜60％からなる組成（以上容量％）を有することを特徴
とする靭性を具備する耐熱耐摩耗性超高圧焼結材
料。