JPS6154857B2 - - Google Patents

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JPS6154857B2
JPS6154857B2 JP3216986A JP3216986A JPS6154857B2 JP S6154857 B2 JPS6154857 B2 JP S6154857B2 JP 3216986 A JP3216986 A JP 3216986A JP 3216986 A JP3216986 A JP 3216986A JP S6154857 B2 JPS6154857 B2 JP S6154857B2
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JP
Japan
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cutting
group
ticn
boron nitride
tin
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JP3216986A
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Hiroshi Shimoda
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Tungaloy Corp
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Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は、立方晶形窒化硼素および/またはウ
ルツ形窒化硼素結晶を有する切削用高硬度焼結体
に関し、特にその結合材を改良したことにより、
靭性の高い焼結体が得られ、重切削、断続切削等
に好適するようにしたものである。 従来、この種の切削用高硬度焼結体は、通常結
合材によつて結合されており、結合材の例として
は、特公昭52−43846号公報にみられるような特
定のアルミ合金からなる金属系、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、これらの焼結体は、断続切削や
重切削に対しては必ずしも満足すべき結果を得て
おらず、結合材の改良が要望されている。 本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、立
方晶形および/またはウルツ形の窒化硼素がTiN
系―金属系および/またはTiCN系―金属系から
なる結合材とともに超高圧高温下で焼結されるよ
うにした切削用高硬度焼結体において、前記窒化
硼素結晶は、体積で40〜95%であり、また残りの
結合材は、TiN系および/またはTiCN系が、結
合材中の50〜80%の範囲で含まれているとともに
TiN又はTiCNを主体としてこれにa,a,
a族金属の炭化物、窒化物および硼化物又はA
2O3の1種又は2種以上を含むものが選択さ
れ、金属系の成分としては、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
れた三群成分からなるようにした靭性の高い切削
用高硬度焼結体が構成されるようにしたものであ
る。 以下本発明切削用高硬度焼結体における一実施
例について図を参照しながら説明する。 第1図において、1は本発明の窒化硼素焼結体
が示されている。この窒化硼素結晶体1は、立方
晶形および/またはウルツ形の窒化硼素結晶が
TiN系―金属系、TiCN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およびベル
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/またはウルツ形の窒化硼
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、立方晶形窒
化硼素およびウルツ形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、高温の焼結によつて立方
晶形窒化硼素に転換されていることが切削性能上
好ましいものである。 そして、結合材は前述したように、TiN系およ
び/またはTiCN系の成分とからなつておりTiN
系および/またはTiCN系の成分は、TiNおよ
び/またはTiCNを主体としてこれにa,
a,a族金属の炭化物、窒化物および硼化物又
はA2O3の1種又は2種以上を含むものが選択
されいる。この場合、TiNおよび/またはTiCN
は、この系の成分全量のうちで体積で50〜80%占
めることが必要である。これは、窒化硼素結晶体
1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、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、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。この場合、一
つの群としては、第1群から第3群の合計量の5
%以上になつていることが必要である。これは、
三群成分の特性を充分に活かすためである。 そして、この窒化硼素結晶体1は、例えば、第
2図に示されるような超硬合金からなる板状体2
の切欠段部3内にろう付けされたりして切削に関
与する。また、第3図は、超硬合金からなる基台
4上に窒化硼素結晶体1が超高圧高温下の焼結に
よつて固着されたものである。これらの焼結は、
前述した特公昭52−43846号公報等に詳細にわた
つて説示され、超高圧発生装置を利用すれば容易
に行なえるものである。 また、、第4図および第5図は、変形例を示し
たもので、超硬合金からなる円板状の基台4の中
央凹部5内に窒化硼素焼結体1が備えられるよう
にしたものである。この場合には、例えば第6図
にみられるように適宜数に切り出されることによ
つて切刃チツプが構成される。 このようにしたのは、窒化硼素結晶体1が通常
のろう材に対しては、濡れ性が悪いため、ろう付
け面に超硬合金製の前記基台4が位置するように
したものである。 したがつて、バイトホルダーを構成する場合に
は、例えば第7図にみられるようにバイトシヤン
ク6の切欠段部7内で、銀ろう、銅ろう等でろう
付けされる。 第8図は、超硬合金の板状体2の切欠段部3に
ろう付けされたものが示されており、この場合に
は、前記中央凹部5を多角形としたことから、後
方が直線を呈するようになつている。 実施例 1 実施例1は、立方晶形の窒化硼素結晶および結
合材からなるもので、配合組成、製造条件および
焼結体のヌープ硬度等がそれぞれ第1表に示され
ている。なお得られた窒化硼素結晶体1は、その
混合粉をボールミルで30時間混合した後、乾燥し
て4t/cm2の圧力で成形され、次いで得られた圧粉
体が、超高圧発生装置により第1表に示された製
造条件で焼結されたものである。 また、第1表中の実験例1〜4では、金属系の
NiとAとは単独で配合されているが、NiA,
Ni2Aにみられる金属間化合物として配合し
ても、焼結体の性質はほゞ同様であつた。このこ
とは、CoA,Co2A,Co4A,Co2A
にみられる金属間化合物も同様のことがいえ
る。 さらに、第1表中の実験例1〜4について、切
削試験をした結果、本発明の切削用高硬度焼結体
は、焼入れ鋼材であつても、相当な高速切削が可
能であり、20分〜30分の切削時においてフランク
摩耗が少なかつた。また、第1表の切削試験と
は、別に焼入れ処理されたSCM3およびSKD―
11を対象にして、実施例1でみられる試料で断続
的な旋削、フライス切削をしたがこれらにも利用
できることが確認された。この場合、断続切削
は、直径50mmからなるSCM3(表面焼入れ
HRc60)の被削材の軸方向に2つの切欠き(10mm
巾)を設けたもので、そのときの切削条件は、切
削速度V=100m/min、切込みd=0.5mm、送り
f=0.15m/revとしたものである。そして、20分
切削時でフランク摩耗が0.25mmであつた。 また、フライス切削は、1枚刃のものとしてカ
ツター本体(図示せず)に取付けて行なつたもの
である。このときの被削材はSKD―11
(HRc60)で切削条件は、切削速度V=250m/mi
n、切込みd=0.5mm、送りf=0.1mm/刃で、
2000cm2の切削面積で欠損した。 これに対し、比較の従来品では、断続旋削では
5分でチツピングを起し、またフライス切削で
は、約半分位の切削面積で欠損した。このような
優劣が出たのは、本発明の窒化硼素結晶体1が結
合材の選択により、高温特性、靭性等が改善され
た結果と考えられる。
The present invention relates to a high-hardness sintered body for cutting having cubic boron nitride and/or wurtz-type boron nitride crystals, and in particular, by improving the binding material thereof,
A sintered body with high toughness is obtained and is suitable for heavy cutting, interrupted cutting, etc. Conventionally, this type of high-hardness sintered body for cutting has usually been bonded with a binding material, and an example of a binding material is a material made of a specific aluminum alloy as seen in Japanese Patent Publication No. 52-43846. Metallic, JP-A-53-
Ceramics-based materials such as those seen in Publication No. 77811 are known. However, these sintered bodies do not necessarily provide satisfactory results in interrupted cutting or heavy cutting, and there is a demand for improvements in the bonding material. The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and the present invention has been made in view of the above-mentioned points.
In a high-hardness sintered body for cutting that is sintered together with a binder consisting of a TiCN-based metal system and/or a TiCN-based metal system under ultra-high pressure and high temperature, the boron nitride crystal accounts for 40 to 95% by volume. The remaining binder contains TiN-based and/or TiCN-based in the range of 50 to 80%.
Based on TiN or TiCN, a, a,
Carbides, nitrides and borides of group a metals or A
A material containing one or more of 2 O 3 is selected, and the metal components include Nb and Mo.
group, a second group of Ni and Co, plus A and Si
A high-hardness sintered body for cutting with high toughness is composed of three group components, each of which has one or more selected from the third group. An embodiment of the high-hardness sintered body for cutting of the present invention will be described below with reference to the drawings. In FIG. 1, reference numeral 1 indicates a boron nitride sintered body of the present invention. This boron nitride crystal body 1 is a boron nitride crystal of a cubic crystal type and/or a Wurtz shape.
It is sintered under ultra-high pressure and high temperature with a TiN-based metal-based or TiCN-based metal-based binder. In this case, the ultra-high pressure and high temperature state is usually a 4-way pressurization method, a 6-way pressurization method,
It can be obtained using ultra-high pressure generators such as the directional pressurization method, the piston-cylinder method, and the belt method. The cubic and/or wurtzoid boron nitride crystals account for 40 to 95% by volume of the total amount of the sintered body.
, and the rest serves as a binding material. In addition, when cubic boron nitride and wurtz type boron nitride crystals are mixed, about half or more of the wurtz type boron nitride blended as a raw material is converted to cubic boron nitride by ultra-high pressure and high temperature sintering. In terms of cutting performance, it is preferable that the As mentioned above, the bonding material is composed of TiN-based and/or TiCN-based components, and TiN
The system and/or TiCN system components mainly consist of TiN and/or TiCN, and a,
A material containing one or more of carbides, nitrides, and borides of Group A metals or A 2 O 3 is selected. In this case, TiN and/or TiCN
must account for 50 to 80% by volume of the total amount of components in this system. This is because toughness is imparted to the boron nitride crystal body 1. In addition, examples of carbides, nitrides and borides of group a, a and a metals include carbides such as WC and Mo 2 C, nitrides such as Mo 2 N, NbN and TiN, TiB 2 and ZrB 2
Examples include borides such as. Furthermore, as metal components, Nb and Mo
1st group of Ni and Co, 2nd group of A and Si
It consists of three groups of components, each of which has one or two or more selected from the third group. In this case, one group includes 5 of the total amount of groups 1 to 3.
% or more. this is,
This is to make full use of the characteristics of the three group components. This boron nitride crystal body 1 is, for example, a plate-like body 2 made of cemented carbide as shown in FIG.
It participates in cutting by being brazed into the notch step portion 3 of. Further, in FIG. 3, a boron nitride crystal 1 is fixed on a base 4 made of cemented carbide by sintering under ultra-high pressure and high temperature. These sintered
This is explained in detail in the aforementioned Japanese Patent Publication No. 52-43846, etc., and can be easily carried out using an ultra-high pressure generator. Moreover, FIGS. 4 and 5 show a modified example in which a boron nitride sintered body 1 is provided in a central recess 5 of a disc-shaped base 4 made of cemented carbide. It is something. In this case, the cutting blade tip is constructed by cutting out an appropriate number of pieces, as shown in FIG. 6, for example. This was done because the boron nitride crystal 1 has poor wettability with ordinary brazing metal, so the base 4 made of cemented carbide is positioned on the brazing surface. . Therefore, when constructing a cutting tool holder, the cutting tool holder is brazed with silver solder, copper solder, etc. within the cutout step 7 of the cutting tool shank 6, as shown in FIG. 7, for example. Fig. 8 shows a cemented carbide plate-shaped body 2 that is brazed to the cutout step 3. In this case, since the central recess 5 is polygonal, the rear part is a straight line. It has come to exhibit Example 1 Example 1 consists of cubic boron nitride crystals and a binder, and the compounding composition, manufacturing conditions, Knoop hardness of the sintered body, etc. are shown in Table 1. The obtained boron nitride crystal 1 is obtained by mixing the mixed powder in a ball mill for 30 hours, then drying and molding at a pressure of 4t/cm 2 .Then, the obtained powder compact is processed by an ultra-high pressure generator. It was sintered under the manufacturing conditions shown in Table 1. In addition, in Experimental Examples 1 to 4 in Table 1, metallic
Although Ni and A are blended alone, NiA,
Even when mixed as an intermetallic compound found in Ni 2 A 3 , the properties of the sintered body were almost the same. This means that CoA, Co 2 A 5 , Co 4 A 3 , Co 2 A
The same can be said of the intermetallic compounds found in No. 9 . Furthermore, as a result of cutting tests for Experimental Examples 1 to 4 in Table 1, it was found that the high-hardness sintered body for cutting of the present invention is capable of considerably high-speed cutting even when hardened steel materials are used, and can be cut in 20 minutes. There was little flank wear during ~30 minutes of cutting. In addition, the cutting tests in Table 1 include SCM3 and SKD-
11, intermittent turning and milling were carried out using the sample seen in Example 1, and it was confirmed that it can be used for these as well. In this case, the interrupted cutting is SCM3 (surface hardened) consisting of 50 mm diameter
HRc60) Two notches (10mm) in the axial direction of the workpiece material
The cutting conditions were: cutting speed V = 100 m/min, depth of cut d = 0.5 mm, and feed f = 0.15 m/rev. The flank wear was 0.25 mm after 20 minutes of cutting. Further, milling was performed using a single-blade cutter attached to a cutter body (not shown). The work material at this time was SKD-11
(HRc60) and cutting conditions are cutting speed V = 250m/mi
n, depth of cut d=0.5mm, feed f=0.1mm/blade,
The defect occurred in a cutting area of 2000cm2 . On the other hand, with the conventional product for comparison, chipping occurred in 5 minutes during interrupted turning, and chipping occurred in about half the cutting area during milling. The reason for such superiority and inferiority is considered to be that the boron nitride crystal 1 of the present invention has improved high-temperature characteristics, toughness, etc. through selection of the binder.

【表】【table】

【表】 実施例 2 実施例2は、ウルツ形の窒化硼素結晶および結
合材からなるもので、配合組成、製造条件、焼結
体のヌープ硬度等が、それぞれ第2表に示されて
いる。 切削試験した結果、いずれも本発明品がすぐれ
ていることが判明した。 また、実施例2は、実施例1と比較した場合、
仕上げ面あらさがすぐれるものの、断続切削では
幾分劣る傾向を示した。これは、立方晶形および
ウルツ形窒化硼素による差と考えられる。
[Table] Example 2 Example 2 consists of a Wurtz-shaped boron nitride crystal and a binder, and the compounding composition, manufacturing conditions, Knoop hardness of the sintered body, etc. are shown in Table 2. As a result of cutting tests, it was found that the products of the present invention were superior in all cases. Moreover, when Example 2 is compared with Example 1,
Although the finished surface roughness was excellent, it tended to be somewhat inferior in interrupted cutting. This is thought to be due to the difference between cubic and wurtzian boron nitride.

【表】 実施例 3 実施例3は、立方晶形およびウルツ形の窒化硼
素結晶に対し、結合材を組合せるようにしたもの
で、配合組成、製造条件、焼結体のヌープ硬度等
が第3表に示されている。 切削試験した結果、本発明品は、いずれも比較
品に対しすぐれた成績を示した。 また、実施例3は、実施例1、2に較べて、チ
ツピング摩耗が起こり難く、耐欠損性にすぐれる
傾向を示した。
[Table] Example 3 In Example 3, a binder was combined with cubic and Wurtzian boron nitride crystals, and the composition, manufacturing conditions, Knoop hardness of the sintered body, etc. shown in the table. As a result of cutting tests, all of the products of the present invention showed superior results to comparative products. Further, in comparison with Examples 1 and 2, Example 3 exhibited a tendency for chipping wear to occur less easily and excellent chipping resistance.

【表】【table】

【表】 本発明の窒化硼素結晶体1は、以上述べた実施
例1〜3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。 また混晶の場合は、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。 TiNおよび/またはTiCNの成分は、TiNお
よび/またはTiCNを主体としてこれにa,
a,a族金属の炭化物、窒化物および硼化
物の1種又は2種以上を含まれたものが適用で
きること。 TiN系および/またはTiCN系としたのは、
これらの系が固溶することにより、高温高圧下
における焼結温度を下げ、焼結を容易にするこ
とからである。また靭性も向上することからで
ある。 TiNおよび/またはTiCNは、この系の中で
体積50〜80%が好適する。 TiN系および/またはTiCN系の成分は、金
属系の成分と等量か又はこれよりも多く、すな
わち結合材中の50〜80%含まれること。 これは、TiN系および/またはTiCN系の特
徴である高温特性が有効に働くために必要なた
めである。 結合材としての金属系の成分は、Nbおよび
Moの第1群、Niおよぴ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が適用されること。そし
て、一つの群としては、第1群から第3群の合
計量に対して5%以上は含まれること。 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3群の成分は、第1群および第2群の
成分に対して固溶体化を促進し、第3群の存在に
より高温強度を増す働きをなすものである。 そして、これらの成分は、前記TiN系、TiCN
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。 本発明は、以上説明したように、切削用高硬度
焼結体について、高温特性、靭性等が改善される
ように特定されたTiN系―金属系および/または
TiCN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重切削におい
て、特に好適するものである。
[Table] Regarding the boron nitride crystal 1 of the present invention, the following items were confirmed from Examples 1 to 3 and various experiments described above. Cubic and/or Wurtzian boron nitride crystals can be contained in a range of 40 to 95% by volume. The range is selected depending on the cutting conditions and the material to be cut. In the case of a mixed crystal, it is preferable that about half or more of the Wurtz-type boron nitride blended as a raw material is converted into cubic-type boron nitride crystals by sintering under ultra-high pressure and high temperature. This is due to the tendency of cutting test results. The TiN and/or TiCN component is mainly composed of TiN and/or TiCN, and includes a,
A metal containing one or more of carbides, nitrides, and borides of Group A metals can be applied. The TiN-based and/or TiCN-based
This is because solid solution of these systems lowers the sintering temperature under high temperature and high pressure, making sintering easier. This is also because toughness is also improved. TiN and/or TiCN preferably have a volume of 50 to 80% in this system. The TiN-based and/or TiCN-based components should be contained in an amount equal to or greater than the metal-based components, that is, 50 to 80% in the binder. This is because the high temperature properties characteristic of TiN and/or TiCN systems are required to work effectively. The metallic components as a binder include Nb and
One or more three-group components selected from the first group of Mo, the second group of Ni and Co, and the third group of A and Si are applied. And, as one group, 5% or more of the total amount of the first to third groups must be included. These may be combined as single metal powders, alloy powders, or intermetallic compounds. In this case, the components of the third group promote the solid solution formation of the components of the first and second groups, and the presence of the third group serves to increase the high-temperature strength. These components are the TiN-based, TiCN
It acts as a binding agent for the components of the system,
As a result, a strong bond can be obtained. As explained above, the present invention relates to high-hardness sintered bodies for cutting using TiN-based metal-based and/or
Since the TiCN-metal type bonding material is selected, it is particularly suitable for interrupted cutting and heavy cutting of high-hardness workpiece materials.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本発明切削用高硬度焼結体の一実施
例を示す斜視図、第2図は、超硬合金の板状体に
ろう付けした場合における斜視図、第3図は、超
硬合金からなる基台上に超高圧高温下で焼結固着
した斜視図、第4図は、第3図の変形例を示す正
面図、第5図は、第4図中の―線に沿つて得
られる断面図、第6図は、第4図および第6図の
ものから切り出された切刃チツプを示す斜視図、
第7図は、バイトホルダーにろう付けした状態を
示す斜視図、第8図は、変形した切刃チツプを超
硬合金の板状体にろう付けした状態を示す斜視図
である。 1…窒化硼素結晶体、2…板状体、4…基台、
5…中央凹部、6…バイトシヤンク。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of the high-hardness sintered body for cutting of the present invention, FIG. Fig. 4 is a perspective view showing a modified example of Fig. 3, and Fig. 5 is a view taken along the - line in Fig. 4. FIG. 6 is a perspective view showing a cutting edge chip cut out from those of FIGS. 4 and 6,
FIG. 7 is a perspective view showing a state in which the cutting blade tip is brazed to a cutting tool holder, and FIG. 8 is a perspective view showing a state in which a deformed cutting blade tip is brazed to a cemented carbide plate. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Boron nitride crystal, 2... Plate-shaped body, 4... Base,
5...Central recess, 6...Bite shank.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 立方晶形および/またはウルツ形の窒化硼素
結晶を40〜95体積%(以下%という)およびTiN
系―金属系および/またはTiCN系―金属系から
なる結合材を残部とする切削用高硬度焼結体にお
いて、 前記TiN系および/またはTiCN系の成分は、
結合材中の50〜80%の範囲内にあるとともに、こ
の系の中では、TiNおよび/またはTiCNが50〜
80%の範囲で、残りをa,a,a族金属の
炭化物、窒化物および硼化物又はA2O3の1種
又は2種以上としたものからなり、 また、前記金属系の成分は、結合材中の50〜20
%の範囲内で、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
れ選択された1種又は2種以上を含み、しかも一
つの群としては、第1群〜第3群の合計量の5%
以上になつていることを特徴とする切削用高硬度
焼結体。
[Claims] 1. 40 to 95 volume % (hereinafter referred to as %) of cubic and/or wurtzian boron nitride crystals and TiN
In a high-hardness sintered body for cutting in which the remainder is a binder consisting of a TiCN-metallic and/or a TiCN-metallic binder, the TiN-based and/or TiCN-based components are:
TiN and/or TiCN are in the range of 50 to 80% in the binder, and in this system TiN and/or TiCN
Within a range of 80%, the remainder consists of one or more of carbides, nitrides, and borides of Group A, A, and A metals, or A 2 O 3 , and the metal-based components are: 50-20 in binder
% of the first group of Nb and Mo, Ni and
Contains one or more selected from the second group of Co, the third group of A and Si, and as one group, 5% of the total amount of the first to third groups
A high-hardness sintered body for cutting, characterized by having the following characteristics.
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Cited By (1)

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