JPS6177670A - 切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法 - Google Patents

切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法

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JPS6177670A
JPS6177670A JP59199746A JP19974684A JPS6177670A JP S6177670 A JPS6177670 A JP S6177670A JP 59199746 A JP59199746 A JP 59199746A JP 19974684 A JP19974684 A JP 19974684A JP S6177670 A JPS6177670 A JP S6177670A
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sintered body
powder
cbn
cutting
boron nitride
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逸郎 田嶋
植田 文洋
川田 薫
三輪 紀章
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、きわめて優れた靭性と耐摩耗性を有し、特
に鋳物材料やダイス鋼、高速度鋼などの高硬度鋼の切削
等に切削工具として使用するのに適した立方晶窒化硼素
(以下、CBNで示す)塞焼粘体の製造方法に関する。
(従来の技術) ここ数年の間に、金属加工の分野では鋳鉄切削の高速化
、ダイス鋼や高速度鋼などの高硬度鋼の研削加工から切
削加工への切り換えが急速に進行しつつあり、その成否
の鍵を握る材料としてCBN基焼結体が開発されている
その1つに、80容吊%以下のCBNと、窒化珪素(以
下、3i 3 N4で示す)及び酸化アルミニウム(以
下AizO3で示す)のうちの1種又は2種と、窒化チ
タン(以下、TiNで示す)の3〜4成分からなる配合
組成物を用いて超高圧焼結して1qられたCBN基焼結
体がある。
〔発明が解決しようとする問題点] ところで、鋳鉄は、一般の鋼材料と異なり、はとんどの
場合、内部に黒鉛が析出したり、鋳物砂のかみ込みなど
により、組織的な不均一性が甚だしいし、一方、ダイス
鋼や高速度鋼は熱処理されたもので、全体としてロック
ウェルCVI!さが60以上の畠硬度を有する上に、表
面は黒皮状態を呈している。これらの材料を切削加工す
る場合、硬さの異なる部分を一度に除去しなければなら
ず、強いせん断応力が切削工具に作用するのである。
前記の従来公知のCBN基焼結体を鋳鉄あるいはダイス
…や高速度鋼などの高硬度鋼の切削に用いると、靭性が
不足するために、刃先が欠けやすい欠点があった。特に
、切り込みが深い場合には前記の傾向が助長され、更に
、切削形態が断続切削の場合には、衝撃が加わるために
、直ぐに刃先が欠けて使用できないものであった。した
がって、前記の従来公知のCBN基焼結体からなる切削
工具は、鋳鉄あるいtよ高硬度鋼の軽負荷状態での連続
切削、即ち最終仕上げ切削という狭い範囲の用途にのみ
用いられていた。
よって、この発明の目的は、きわめて優れた靭性及び耐
摩耗性を有し、鋳鉄あるいはダイス鋼や高速度鋼などの
高硬度鋼の切削工具として使用した場合に、優れた切削
性能を発揮するCBN基焼結体を製造する方法を確立す
ることである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者らは、各成分の特性から、切削工具として優れ
た特性を示すと思われるCBN。
Si 3 N4及びAt203のうちの1種又は2種。
並びにTiNの3〜4成分からなる配合組成物を用いて
超高圧焼結したものについて、所望の靭性及び耐摩耗性
が得られない原因を種々検討した結果、この方法により
得られる焼結体は、CBNの結合材としてS! 2 N
a及びAffizO3のうちの1種又は2種とTiNが
混在する構造である(第1図参照)ので、これら粒子相
互の界面強度が低く、靭性も低いこと、及びそのために
、上記焼結体を切削工具として使用中に各構成成分粒子
が脱落や剥離を起こしやすく、耐摩耗性も低いことがわ
かったのである。
一方、本発明者らは先にTf 2 Ai Na′)製造
方法を出願している(特願昭59−25768号)。
このTi2AfNの性質を種々検討したところ、120
0℃以上の温度で急激に分解反応を生じ、TiNが析出
することがわかった。
そこで、本発明者らは、1記のCBN。
S! 3 N4及びAtzOgのうちの1種又は2種。
TiNからなる配合組成物のTiNの代りにT! 2 
Affi Nを配合して、超高圧焼結時にT! 2 A
t Nを分解させてTiNを析出・供給する方法につい
て検討したところ、驚くべきことに、■CBN、Si 
3 N4及びAffi20zのうちの1種又は2種、並
びにTiNからなる配合組成物を用いて得られた従来公
知の焼結体の前記M4造とは異なり、この方法により得
られた焼結体においては、分解時に析出したTiNは、
CBN粒子と、Si 3 Na粒子及び/又はA120
3粒子の界面に廻り込んでおり、評言すれば、TiNを
主体とし、T!B2 (分解生成TiNとCBNとの反
応により゛生成)をも含む結合相が連続した構造をとり
、各粒子を強固に結合している焼結体が得られること(
第2図参照)、 ■したがって、この焼結体は界面強度が高いために、す
ぐれた靭性を有し、しかも切削工具として用いたときに
、粒子の脱落や剥離がなく、優れた耐摩耗性を有するこ
と、 ■更に、CBNの配合mが従来公知のものよりも多い場
合でも、前記■〜■が成り立ち、この場合には、そのこ
ととCBN配合量が多いこととが相俟って、耐摩耗性が
より一層向上すること、■しかしながら、T! 2 A
ffi Nの代りに、同一組成となるようにTiNとT
iとAtあるいはTiNとTi Affiなどの金属間
化合物の組み合わせ等を用いた場合は、CBNとの超高
圧焼結時にAINが形成され、このAIN成分が焼結性
を阻害し、かつ焼結体の耐摩耗性が低下すること、以上
■〜■の知見を得たのである。
この発明は、上記知見に基いてなされたものであり、 窒化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末のうちの1種又
は2種=35〜15%。
Tt 2 Affi N粉末: 15〜22%。
CBN粉末:残り からなる配合組成(以上、重量%)を有する組成物を、
常法により、混合し、プレス成形して圧粉体とし、この
圧粉体を単独で、又は他の圧粉体若しくは焼結体と市ね
合わせた状態で、CBNの安定な温度−圧力条件で超高
圧焼結ザることを特徴とする切削工具用CBN基焼結体
の製造方法である。
以下、この発明の構成を詳細に説明する。
(I)原料粉末の粒度 Ti 2 Ai N粉末の平均粒径は0.5〜10tl
TrLの範囲が好ましい。そして、CBN粉末の平均粒
径は1〜20μm、S! 3 N4粉末及びAffi2
03粉末の平均粒径はCBN粉末と同等もしくはそれよ
り小さい方が良<  0.5μm以下が好ましい。
(II)配合組成 (a) Si 3 N4及びARzO3これらの成分は
、切削工具として用いられる焼結体に、耐溶着性(被剛
材の切削工具への溶着のしにくさ、即ち、切削工具が被
剛材と反応しにくいこと)及び高温での強度低下の減少
の効果を付与し、ひいては耐摩耗性を向上させるととも
に、耐熱性を付与する効果を有するが、その配合けが3
.5%未満では前記の所望の効果が得られず、一方、1
5%を越えると、得られる焼結体がもろくなって靭性が
低下してしまうことから、その配合量を3.5〜15%
と定めた。
(b) Ti 2 At N Ti2AtNは、超高圧焼結時にTiNを分解反応によ
り生成させ、ひいては結合相を生成させるために配合さ
れる成分である。詳しくは、この分解生成TiNはCB
Nと反応し、Ti 82を生成させ、結局T!2Aff
iNはこれらのTiNやTi B2を含有する結合相を
生じさせるのである。
この結合相はC’BN粒と3i 3 N4及びAtzo
3のうちの1種又は2種の粒子の間に網目的連続構造を
なすために、CBN粒とSi 3 N4及びAtzO3
のうちの1種又は2様の粒子との界面強度が上昇し、焼
結体中の上記成分が強固に結合するのである。その配合
量が1.5%未満では、所望の効果が得られず、一方、
22%を越えると、結合相の生成量が多すぎて結果的に
耐摩耗性をそこねることから、その配合はを1.5〜2
2%と定めた。なかでも4〜12%の範囲にあるときに
最良の効果が得られる。
(I[[)混合−プレス成形−超高圧焼結工程これらの
工程は常法により行なえばよい。例えば、プレス成形は
約1〜5 t / ctdの成形圧で行なえばよい。そ
して、超高圧焼結の前に、10″4torr以下の真空
中あるいは不活性ガス中において200〜800℃の範
囲内の温度で仮焼結し、圧粉体の強度を上げてもよい。
超高圧焼結の際に重ね合わせる他の圧粉体若しくは焼結
体としては、常法のように超硬合金やサーメットなどが
挙げられる。超高圧焼結する際のCBNの安定な温度−
圧力条件とは、圧力20〜70kb、 温11ff12
00〜1500℃の条件であり、保持時間は10〜60
分である。
(実施例) 以下、実施例を示すことにより、この発明の構成と効果
を詳細に説明する。
実施例 原料粉末として、平均粒径3μ雇のCBN粉末、同2μ
mの3i 3 N4 粉末、同0.5μmのAl2O3
粉末および同1μmのTf 2 At N粉末の各粉末
を用い、第1表に示す各組成に配合後、ボールミルにて
20時間混合し、ついで2t/dの圧力でプレス成形し
て圧粉体とし、この圧粉体を超硬合金焼結体(組成はW
C−10%Co)円板の上に重ね合わせた後、超高圧装
置にて第1表に示す条件で30分保持後、冷却・降圧す
ることにより、本発明焼結体1〜12を製造した。
比較のために、その他の配合組成は本発明焼結体5の場
合と同じであるが、Ti2A!Nを用いないでT! 2
 At Nを生成しそうな化合物の組み合わせを用いた
比較焼結体1〜2、及び配合組成がこの発明の配合組成
から外れる比較焼結体3〜8並びにT! 2 Affi
 Nの代りにTiNを用いた従来焼結体を同様に製造し
た。
これらの本発明焼結体、比較焼結体及び従来焼結体につ
いて、(Ti N+Ti B2 )釘をX線回折のピー
クの強度から定量して、その値を第1表に示した。又、
これらの焼結体の抗折力を測定し、その値も第1表に示
した。
又、これらの焼結体の組織を電子顕微鏡で調べ、そのう
ちの従来焼結体の組織を示す写真を第1図に、そして本
発明焼結体4の組織を示す写真を第2図に示した。
次いで、実施例で製造された本発明焼結体1〜12、比
較焼結体1〜8及び従来焼結体をそれぞれ切断、ロー付
加工後、これらにそれぞれ研削、研磨仕上げを施し、5
NP432の形状を有する切削工具を作製した。
これらの切削工具を用いて、下記条件の切削試験を行な
った。
〈切削試験条件〉 被削材:焼結高速度1(ロックウェルCl1p!さニア
0) 切削速度:40nL/分 切込み:  0.1M 送り:  0. +# / rev。
そして、逃げ面摩耗幅が0.1.、になったときを寿命
とし、寿命になるまでの時間を計測し、その結果を第1
表に示した。
〔発明の効果〕
本発明焼結体の組織はすべて、第2図に示すようにCB
Nと、S! 3 N4及びAffi20zのうちの1種
又は2種との間に、TiNを主体とする結合相が廻り込
んだ構造をしており、一方、TiNを用いて得られる従
来焼結体のifl織は、第1図に示すように、CBNの
結合材としてS! 3 NaおよびAtzOxのうちの
1種又は2種とTiNが混在する構造である。
したがって、第1表からもわかるように、前記のような
構造を有する本発明焼結体は、上記のような構造を有す
る従来焼結体はもとより、Ti 2 AtNを生成しそ
うな化合物の組み合わせ第1表 (*lJ、この発明の配合組成から外れていうことを示
す、)を用いた比較焼結体及び配合組成がこの発明の配
合組成から外れる比較焼結体に比べても、抗折力が優れ
ており、又、例えば焼結高速度鋼の切削に用いたとき、
刃先が欠けることもないし、しかも切削寿命も格段に長
く、耐摩耗性の点でも格段に優れているのである。
即ち、この発明の製造方法によれば、きわめて優れた靭
性と耐摩耗性を有し、特に鋳物材料やダイス鋼、高速度
鋼などの高vJi度鋼の切削等に切削工具として使用す
るのに適したCBN基焼結体を得ることができるのであ
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来焼結体の組織を示す電子顕微鏡写真であ
り、第2図は、この発明の製造方法で得られた焼結体(
実施例の本発明焼結体4)の組織を示す電子顕微鏡写真
である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 窒化珪素粉末及び酸化アルミニウム粉末のうちの1種又
    は2種:3.5〜15%、 Ti_2AlN粉末:1.5〜22%、 立方晶窒化硼素粉末:残り からなる配合組成(以上、重量%)を有する組成物を、
    常法により、混合し、プレス成形して圧粉体とし、この
    圧粉体を単独で、又は他の圧粉体若しくは焼結体と重ね
    合わせた状態で、立方晶窒化硼素の安定な温度−圧力条
    件で超高圧焼結することを特徴とする切削工具用立方晶
    窒化硼素基焼結体の製造方法。
JP59199746A 1984-09-25 1984-09-25 切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法 Granted JPS6177670A (ja)

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JPS644986B2 JPS644986B2 (ja) 1989-01-27

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0330913A2 (de) * 1988-03-02 1989-09-06 Krupp Widia GmbH Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Hartmetallkörpers und gesinterter Hartmetallkörper
WO2006005267A1 (fr) * 2004-07-15 2006-01-19 Institute Of Metal Research, Chinese Academy Of Sciences Materiau composite ceramique en ti2aln renforce a durcissement par phase dispersee de al2o3

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP0330913A2 (de) * 1988-03-02 1989-09-06 Krupp Widia GmbH Verfahren zur Herstellung eines gesinterten Hartmetallkörpers und gesinterter Hartmetallkörper
WO2006005267A1 (fr) * 2004-07-15 2006-01-19 Institute Of Metal Research, Chinese Academy Of Sciences Materiau composite ceramique en ti2aln renforce a durcissement par phase dispersee de al2o3
US7459408B2 (en) 2004-07-15 2008-12-02 Institute Of Metal Research, Chinese Academy Of Sciences Al2O3 dispersion-strengthened Ti2AlN composites and a method for producing the same

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