JPS6131069B2

JPS6131069B2 -

Info

Publication number: JPS6131069B2
Application number: JP53133298A
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: 1986-07-17
Also published as: JPS5562851A

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、
鉄系金属材料に対する耐反応性、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、立方晶窒化
ほう素（以下BNで示す）粉末と、酸化アルミニ
ウム（以下Al₂O₃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BN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BN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、BN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
記知見にもとずいてなされたもので、容量％で、ダイヤモンド：25〜85％、 BN：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、特に鉄系金属に対する耐反応性にすぐれた
BN粒子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４〜70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) BN BNは、温度1200℃以上、圧力40Kb以上、望
ましくは温度1800℃以上、圧力60Kb以上の条
件で合成されるもので、ダイヤモンドに次ぐ硬
さ、すなわちビツカース硬さで6000〜7000Kg／
mm²を有し、かつダイヤモンドより高温まで安定
した性質をもつと共に、鉄族金属に対して反応
しにくい性質をもつ成分であるが、その含有量
が10容量％未満では、所望の高温耐酸化性およ
び鉄系金属に対する耐反応性を確保することが
できず、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、前記ダイヤモンドのもつ高硬度を焼結材
料に充分反映させることができず、この結果、
耐摩耗性の低下をもたらすようになることか
ら、その含有量を10〜70容量％、望ましくは30
〜60容量％にすることが必要である。 (c) 酸化物例えば、Al₂O₃は融点：2040℃、微少硬さ：
2720Kg／mm²（荷重50ｇ）を有するように、酸化
物はいずも高融点高硬度を有し、しかもダイヤ
モンド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BNを酸化することはない。さらに酸化
物には、れ自体の高温硬さがダイヤモンドおよ
びBN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BN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、BN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６μｍのBN
粉末、同１μｍのAl₂O₃粉末、同0.5μｍのAl₂O₃
粉末、同１μｍのY₂O₃粉末、および同３μｍの
MgO粉末を用意し、これら原料粉末を第１表に
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：10
mmφ×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、最高付加圧力：60Kb、最高加
熱温

【表】

【表】度：1450℃、保持時間：10分の条件で焼結た後、
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１〜12、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
構成成分のうちのいずれかの成分（第１表※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析力をそ
れぞれ測定し、さらに切断および研摩手段にて切
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：FC30の丸棒、切削速度：450m／min、送り：0.1mm／rev.、切り込み：0.1mm、切削油：使用（水溶性）、の条件で鋳鉄の仕上げ面加工のための連続高速切
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すると共に、被削材の材質：Si：17重量％を含有し、残り
が、Alと不可避不純物からなるAl合金、ボーリグ深さ：50mm、切削工具形状：ISO・TPGA110304、切削速度：1000m／min、送り：0.125mm／rev.、切込み：0.38mm、切削油：使用（水溶性）、の条件でAl合金のボーリング加工試験を行な
い、加工面に寸法精度が原因で使用寿命に至るま
でのボーリング加工数を測定した。これらの測定
結果を第１表に合せて示した。第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結
材料１〜12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
得なにきとが明らかである。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％、立方晶窒化ほう素：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。