JPS629550B2

JPS629550B2 -

Info

Publication number: JPS629550B2
Application number: JP55032066A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nishigaki; Kaoru Kawada; Fumihiro Ueda; Taijiro Sugisawa; Kisho Miwa
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1980-03-13
Filing date: 1980-03-13
Publication date: 1987-02-28
Also published as: JPS56129671A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、高硬度、並びにすぐれた耐摩耗
性，靭性，および耐食性を有し、特にこれらの特
性が要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基ス
ーパーアロイなどの切削用工具として、また軸受
や線引ダイスなどの耐摩耗工具として使用するの
に適した立方晶窒化硼素基超高圧焼結材料に関す
るものである。従来より、この種の切削工具や耐摩耗工具の製
造には炭化タングステン（以下WCで示す）基超
硬材料が、比較的すぐれた靭性をもつことから広
く使用されてきているが、前記WC基超硬材料は
耐摩耗性が十分でないため、増々苛酷になりつつ
ある最近の使用環境下では、十分に満足する性能
を発揮し得ず、かかる点から、よりすぐれた工具
用材料の開発が望まれている。最近、かかる要望に則した工具用材料として、
立方晶窒化硼素（以下ｃ―BNで示す）焼結材料
や、これに少量のAlおよび鉄族金属、あるいは
窒化チタンや酸化アルミニウムを含有させたｃ―
BN基焼結材料が提案され、市販されているが、
前者の材料はすぐれた耐摩耗性を有するものの、
靭性の点で問題があり、また後者の材料は比較的
低温では良好な靭性および耐摩耗性を示すもの
の、これを高熱発生を伴なう条件下で使用する
と、著しい耐摩耗性劣化をきたすなど、いずれも
満足する特性を備えた材料ではないのが現状であ
る。この発明は、上述のような要望に即した工具用
焼結材料、すなわちすぐれた靭性と耐摩耗性を兼
ね備え、かつ切削用工具や耐摩耗性工具などの製
造に使用した場合に、これら工具はすぐれた性能
を発揮するようになる焼結材料を提供するもの
で、ボロン（以下Ｂで示す）：0.5〜20％、周期律表の4aおよび5a族金属の炭化物，窒化
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物，および炭窒化物，さらに同6a族金属の炭化物
からなる群（以下これらを総称して金属の炭・窒
化物という）のうちの１種または２種以上：５〜
60％、ｃ―BNおよび不可避不純物：残り、（以上容量％、以下％はすべて容量％を意味す
る）からなる組成を有するｃ―BN基超高圧焼結
材料に特徴を有するものである。なお、この発明の超高圧焼結材料において、成
分組成範囲を上記の通りに限定したのは以下に示
す理由にもとづくものである。 (a) ＢＢ成分には、焼結時に原料粉末としてのｃ―
BN粒子におけるＢ成分と相互置換反応を起して
粒子間の結合強度を向上させ、かつ前記ｃ―BN
粒子表面に付着している酸素分を酸化ボロンの形
で除去して、その表面を活性化し、もつて焼結性
の促進をはかる作用があるほか、それ自体も高剛
性と高硬度を有するものであるが、その含有量が
0.5％未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方20％を越えて含有させると、相対的にｃ
―BN成分の減少をきたし、耐摩耗性が劣化する
ようになることから、その含有量を0.5〜20％と
定めた。 (b) 金属の炭・窒化物これらの成分には、焼結時に粒界拡散を促進さ
せて強固な粒子間結合を形成すると共に、それ自
体が焼結性にすぐれたものであるため、緻密な組
織を形成して靭性を向上させる均等的作用がある
ほか、それ自身も高融点および高硬度を有し、か
つ高温における耐酸化性にもすぐれた成分である
が、その含有量が５％未満では、前記作用に所望
の効果が得られないばかりでなく、それ自体のも
つ特性を焼結材料に十分付与することができず、
一方60％を越えて含有させると、相対的に他の成
分の含有量が少なくなり過ぎて所望の特性を確保
することが困難になることから、その含有量を５
〜60％と定めた。 (c) 不可避不純物不可避不純物は、ｃ―BN合成時に混合される
少量の鉄族金属や、焼結材料製造に際して原料粉
末の混合時に混合容器などから混入する鉄族金属
やWCなどから構成されるものであるが、これら
の不可避不純物は５％まで含有しても焼結材料の
特性に何らの悪影響も及ぼさないので、５％まで
の含有は許容される。しかし５％を越えて含有す
るようになると焼結材料の特性劣化を避けること
ができなくなるので、その上限値を５％とするの
が望ましい。 (d) ｃ―BN ｃ―BN成分は、温度1200℃以上、圧力40Kb
（キロバール）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高い硬さ（ビツカース硬さ
6000〜7000Kg／mm²）を有し、かつ常温から約1000
℃以上の高温まで高い硬さを維持するなどダイヤ
モンドより安定した高温特性をもち、さらに鉄族
金属に対して反応しにくい性質をもつことから、
このｃ―BN成分を主成分とするこの発明の焼結
材料はすぐれた耐摩耗性を具備するようになるの
であるが、その含有量が40％未満では、ｃ―BN
のもつ特性を焼結材料に十分に付与することがで
きず、一方95％を越えた含有は、上記の他の成分
の含有を相対的に低くし、これらの含有成分によ
つてもたらされる特性改善効果が不十分になるこ
とから、その含有量を40〜95％とするのが望まし
い。また、この発明の焼結材料は、ｃ―BN粉末
と、Ｂ粉末と、金属の炭・窒化物粉末のうちの１
種または２種以上とを所定の割合に配合し、長時
間混合して均質な混合粉末とした後、前記混合粉
末を通常の条件で圧粉体に成形するか、あるいは
これを一旦金属製容器に入れ、800〜1200℃の適
当な温度で脱ガスして封入するかし、ついで前記
圧粉体あるいは密封容器を、例えば特公昭38―14
号公報に記載されるような超高圧高温発生装置に
装入し、圧力40Kb以上、温度1200℃以上の超高
圧高温条件下に約５分以上保持した後、冷却し、
圧力開放のプロセスによつて製造することができ
る。ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より比較例と対比しながら説明する。実施例１市販の平均粒径1.5μｍを有するｃ―BN粉末：
70％，同２μｍのＢ粉末：10％，同1.5μｍの
TiN粉末：20％を配合し、この配合粉末をボール
ミル中で48時間湿式混合して、混合組成が、ｃ―
BN粉末：69.1％，Ｂ粉末：9.5％，TiN粉末：
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19.5％，鉄族金属：0.3％，WC：1.6％からなる
混合粉末を得た。なお、前記混合粉末における鉄
族金属およびWCは混合中に混合容器などから混
入したものである。ついで、この結果得られた混合粉末を、外径12
mmφのステンレス鋼製容器に詰め、圧力：
10^-4torrの真空中、温度：1100℃に15分間保持し
て脱気した後、密封した。引続いてこの密封容器
を公知の超高圧高温発生装置に装入し、最高付加
圧力：45Kb，最高加熱温度：1450℃の条件で30
分間保持した後、冷却し、圧力を開放することに
よつて、実質的に上記混合組成と同一の最終成分
組成をもつた本発明超高圧焼結材料を製造した。また、比較の目的で、配合組成を、ｃ―BN粉
末：80％，TiN粉末：20％とする以外は、上記本
発明超高圧焼結材料の製造条件と同一の条件に
て、実質的にＢ成分を含有しない比較超高圧焼結
材料を製造した。つぎに、上記両超高圧焼結材料について、被削
材：SNCM―８（硬さHRC：52），切削速度：
100ｍ／min、送り：0.10mm／rev.切込み：0.5mm
の条件で切削試験を行ない、その使用寿命に到る
までの切削時間を測定したところ、比較超高圧焼
結材料製切削工具は110分の寿命時間しか示さな
いのに対して、本発明超高圧焼結材料製切削工具
は、この焼結材料のもつすぐれた靭性と耐摩耗性
によつて290分のきわめて長い寿命時間を示し、
すぐれた切削性能をもつことが明らかである。実施例２原料粉末として、実施例１で用いたと同じｃ―
BN粉末，Ｂ粉末，TiN粉末，さらに市販の第１
表に示されている各種の金属炭・窒化物粉末を用
意し、これら原料粉末を第１表に示される最終成
分組成をもつように配合すると共に、公知の超高
圧高温発生装置における最高加熱温度を1500℃と
する以外は、実施例１における本発明超高圧焼結
材料の製造条件と同一の条件にて本発明超高圧焼
結材料ａ〜ｐおよび比較超高圧焼結材料ａ〜ｆ

【表】〓〓〓〓〓

【表】をそれぞれ製造した。なお、この結果得られた両焼結材料における不
可避不純物は、主成分が粉末混合時に容器などか
ら混入した鉄族金属とWCからなるものであり、
また比較超高圧焼結材料ａ〜ｆは、Ｂ成分および
金属の炭・窒化物成分のいずれかをこの発明の範
囲から外れた状態で含有するものと、両方を含有
してもそのいずれかの含有量がこの発明の範囲か
ら外れた成分組成をもつもので構成されている。ついで、これら超高圧焼結材料のそれぞれにつ
いて、実施例１におけると同一の条件で切削試験
を行ない、その寿命時間を測定した。この測定結
果を第１表に合せて示した。第１表に示されるように、本発明超高圧焼結材
料製切削工具は、いずれも比較超高圧焼結材料製
切削工具に比して著しく長い寿命時間を示し、こ
れらの結果から本発明超高圧焼結材料はすぐれた
靭性と耐摩耗性を具備することが明らかである。
また、市販のTiN含有ｃ―BN基焼結材料は、同
一条件での切削試験で140分の寿命時間しか示さ
ないものであつた。上述のように、この発明の超高圧焼結材料は、
すぐれた靭性および耐摩耗性、さらに高硬度およ
び耐食性をも具備しているので、これらの特性が
要求される高硬度鋼やNi基あるいはCo基スーパ
ーアロイなどの切削用工具として、また軸受や線
引ダイスなどの耐摩耗工具、さらに掘削用ビツト
刃先などの製造に使用した場合に、これら工具類
はきわめてすぐれた性能を発揮するようになるな
ど工業上有用な特性をもつのである。〓〓〓〓〓

Claims

【特許請求の範囲】１ボロン：0.5〜20％、周期律表の4aおよび5a族金属の炭化物，窒化
物，および炭窒化物，さらに同6a族金属の炭化物
からなる群のうちの１種または２種以上：５〜60
％、立方晶窒化硼素および不可避不純物：残り、
（以上容量％）からなる組成を有することを特徴
とする靭性および耐摩耗性を具備した立方晶窒化
硼素基超高圧焼結材料。