JPS6126512B2

JPS6126512B2 -

Info

Publication number: JPS6126512B2
Application number: JP53133294A
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: JPS5562847A

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、ゴム、黒
鉛、セラミ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
酸化性を備えていないために、温度上昇を伴なう
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、炭化ほう素（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・窒化物という）からなる粉末
と、酸化アルミニウム（以下Ａ₂O₃で示す）、
酸化イツトリウム（以下Y₂O₃で示す）、および酸
化マグネシウム（以下MgO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酸化物
という）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、上記炭・窒化物粒子同志、およ
び上記酸化物粒子同志の相互接触がなく、ダイヤ
モンド粒子、上記炭・窒化物粒子、および上記酸
化物粒子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、炭・窒化物粒子および酸化物粒子によ
つてもたらされるすぐれた靭性および高温耐酸化
性（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：25〜85％、炭・窒化物：10〜70％、酸化物および不可避不純物：５〜50％、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（荷重
100g）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85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、特に
靭性に富んだ炭・窒化物および特に高温耐酸化性
（耐熱性）にすぐれた酸化物粒子と、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〜
85容量％と定めた。なお、好ましくは40〜70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
もつものを利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) 炭・窒化物例えば、SiCは融点：2827℃、微少ヌープ硬
さ：3000Kg／mm²（荷重100g）を有するように、
これら炭・窒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、しかも炭・窒化物
には、この発明の超高圧焼結材料の製造における
焼結時に、上述のようにダイヤモンド粒子、炭・
窒化物粒子、および酸化物粒子の相互粒界での成
分拡散に寄与して強固な粒子間結合を形成せしめ
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酸化物粒
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70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10〜70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
微粉のものが好ましく、平均粒径10μｍ以下の微
細な粉末を使用するのが望ましい。 (c) 酸化物例えば、Ａ₂O₃は融点：2040℃、微少硬さ：
2720Kg／mm²（荷重50g）を有するように、酸化物
はいずれも高融点高硬度を有し、しかもダイヤモ
ンドおよび炭・窒化物に比して著しくすぐれた高
温耐酸化性（耐熱性）を有する。また酸化物は焼
結時および切削時にも安定しているため、ダイヤ
モンドおよび炭・窒化物を酸化することはない。
さらに酸化物には、それ自体の高温硬さが炭・窒
化物に比して低いため、超高圧焼結中に容易に変
形すると共に、粒子間で辷りを生じてダイヤモン
ド粒子および炭・窒化物粒子間を緻密に埋めて靭
性を向上させる作用があるが、その含有量が５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
ができないことから靭性低下をきたすようにな
り、また、同様に50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５
〜50容量％に定めた。なお、望ましくは20〜40容
量％の含有が好ましい。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酸化物粉末は微細
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、炭・窒化物粉末、および酸化物粉末を所定割
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１μｍのB₄C
粉末、同２μｍのSiC粉末、同２μｍのSi₃N₄粉
末、同１μｍのＡ₂O₃粉末、同１μｍのY₂O₃粉
末、および同0.5μｍのMgO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硬合金（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

【表】

【表】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〜
15、比較超高圧焼結材料１〜14、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１〜14は、いずれも
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、また靭性を評価する目的で抗折力をそ
れぞれ測定し、さらに切断および研磨手段にて切
削用切刃を切出し、この切刃をWC（炭化タング
ステン）基超硬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：Si：16重量％を含有し、残りが
Ａと不可避不純物からなる組
成を有するＡ合金、被削材の寸法：直径80mmφ×長さ50mm、切削速度：900m／min、送り：0.15mm／rev.、切り込み：0.35mm、切削油：使用、の条件でＡ合金の仕上げ面加工切削試験を行な
い、被削材の面粗さが3Sになるまでの加工本数
を測定し、さらに、被削材：FC―35の丸棒、切削速度：400m／min、送り：0.1mm／rev.、切込み：0.1mm、切削油：あり、の条件で鋳鉄の連続高速切削試験を行ない、切刃
の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至るまでの切削時間を
測定した。これらの測定結果を第１表に示した。第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結
材料１〜15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性能を十分に
発揮するのに対して、従来超高圧焼結材料は、す
ぐれた耐摩耗性を示すものの靭性の劣るものであ
るため、切削試験では十分満足する性能を発揮し
得ないことが明らかである。また、比較超高圧焼結材料１〜14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の特
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：25〜85％、炭化ほう素、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：10〜70％、酸化アルミニウム、酸化イツトリウム、および
酸化マグネシウムのうちの１種または２種以上お
よび不可避不純物：５〜50％、（以上容量％）からなる組成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。