JPS6330982B2 - - Google Patents

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JPS6330982B2
JPS6330982B2 JP11735880A JP11735880A JPS6330982B2 JP S6330982 B2 JPS6330982 B2 JP S6330982B2 JP 11735880 A JP11735880 A JP 11735880A JP 11735880 A JP11735880 A JP 11735880A JP S6330982 B2 JPS6330982 B2 JP S6330982B2
Authority
JP
Japan
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group
cutting
tic
carbide
boron nitride
Prior art date
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Expired
Application number
JP11735880A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS5741346A (en
Inventor
Hiroshi Shimoda
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Tungaloy Corp
Original Assignee
Toshiba Tungaloy Co Ltd
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Publication date
Application filed by Toshiba Tungaloy Co Ltd filed Critical Toshiba Tungaloy Co Ltd
Priority to JP11735880A priority Critical patent/JPS5741346A/en
Publication of JPS5741346A publication Critical patent/JPS5741346A/en
Publication of JPS6330982B2 publication Critical patent/JPS6330982B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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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、その結合材の改良により、耐衝撃
性、耐熱衝撃性が改善され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、立方晶
形窒化硼素が結合材とともに超高圧高温下で焼結
されることにより得られるものである。 そして、結合材としては、例えば特公昭52−
43846号公報にみられる特定のアルミ合金からな
る金属系、特開昭53−77811号公報にみられるセ
ラミツクス系が知られている。 しかしながら、これらの結合材では、断続切削
や高送り切削に対しては必ずしも満足すべき結果
が得られず、このため耐衝撃性および耐熱衝撃性
を確保できるようにした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
方晶形窒化硼素結晶および/またはウルツ形窒化
硼素結晶が体積で40〜95%、残部が炭化物系−金
属系からなる結合材とした切削用高硬度焼結体に
おいて、炭化物系−金属系の結合材の組成分を配
慮して、耐衝撃性、耐熱衝撃性が改善されるよう
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て説明する。 第1図において、1は、本発明により得られた
切削用高硬度焼結体であり、立方晶形窒化硼素結
晶および/またはウルツ形窒化硼素結晶が炭化物
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方加圧式、6方加圧式、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。 前記立方晶形窒化硼素結晶および/またはウル
ツ形窒化硼素結晶は、焼結体1の全量のうち、40
〜95体積%(以下%という)であり、残りが結合
材となる。 なお、立方晶形窒化硼素結晶とウルツ形窒化硼
素結晶とが混在する場合には、ウルツ形窒化硼素
結晶については、原料として配合されたウルツ形
窒化硼素のうち、その半分以上が、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さ
れ、その残りとして存在しているものである。こ
れは切削性能特に耐衝撃性からの理由である。 そして、結合材は、前述したように炭化物系の
成分と金属系の成分とからなつており、炭化物系
の成分は、結合材中の40%以上で、金属系の成分
は、残りを占める。また、炭化物系の成分は、
TiCに対するTaCおよび/またはNbCとの体積比
が5:1〜3:2の範囲内にあるTiCとTaCおよ
び/またはNbCの固溶体からなつているもので
ある。そして、これらの固溶体成分の一部は、
a、aおよびa族金属の炭化物(TiC、
TaC、NbCを除く)、窒化物および硼化物の1種
又は2種以上で適量置換することができる。この
場合は、前記固溶体は、靭性の付与から炭化物系
成分のうち50%以上を占めることが必要である。 なお、前述したa、aおよびa族金属の
炭化物(TiC、TaC、NbCを除く)、窒化物およ
び硼化物の例としては、WC、Mo2C、VC、
HfC、Cr3C2、ZrC等の炭化物、W2N、Mo2N、
NbN、TiN、TaN等の窒化物、W2B5、TiB2
ZrB2、CrB2、TaB2等の硼化物を挙げることがで
きる。 また、前記固溶体は、予め固溶体化した原料粉
末だけでなく、固溶体化を予想して配合された単
味の原料粉末の場合も含むものである。 さらに、金属系の成分としては、Nb、Ta、
Zr、MoおよびTiの第1群、NiおよびCoの第2
群Al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。そして、第2群は、これらの金属系成分中で
は、40%以下含まれるものである。これは、含有
量が多いと接着強度を高める反面結合材の高温強
度を下げるためである。 そして、この切削用高硬度焼結体1は、例えば
第2図に示されるようなバイト2のシヤンク3に
クランプされて切削に関与する。 また、第3図に示されるものは、超硬合金から
なる基台4上に固着され、これをスローアウエイ
チツプ5としたものである。この固着は、切削用
高硬度焼結体1が超高圧高温下で焼結されるとき
に、既に焼結されている超硬合金製の基台4に同
時固着されるものである。 実施例 1 切削用高硬度焼結体1は、4μの立方晶形窒化
硼素を90体積%(以下%という)、残りの10%を
結合材としたものである。 結合材は、炭化物系の原料粉末としてTiCおよ
びTaCを4%、金属系の原料粉末を6%とし、
第1群からNb、第2群からNi、第3群からAlを
それぞれ2%同量で選択した。この場合、TiC粉
末とTaC粉末との体積比は3:2にしたもので
ある。 次いで、窒化硼素と結合材との混合粉末は、ボ
ールミルで40時間混合し、真空炉で脱ガス後予備
成形してから、超高圧高温下に置いた。このとき
の超高圧高温状態は、圧力が60Kb、温度が1400
℃で30分間保持したものである。 この結果、第1図にみられるような切削用高硬
度焼結体1が得られた第2図にみられるようなバ
イト2として、切削試験に供された。 切削試験は、焼入れされたSKH−3(HRc66)
を対象にして切削油剤を使用したウエツトで10分
間旋削したものである。このときの切削条件は、
切削速度V=90m/min、切込みd=0.5mm、送
りf=0.1mm/revである。 切削試験の結果は、逃げ面摩耗が0.1mm、クレ
ーター摩耗が0.016mmであつた。これに対する従
来品は逃げ面摩耗が0.14mm、クレーター摩耗が
0.02mmであり、結果的に本発明の効果が認められ
た。この場合、従来品は、CBN90%+結合材
(Ni+Al)10%としたものである。 また、TiCとTaCとの体積比を5:1〜3:2
の範囲内で変化させたものについても、同様の効
果が認められた。この場合体積比は、原料配合時
および焼結後でほとんど変化がなかつた。 なお、前述した第2群のNi粉末、第3群のAl
粉末については、それぞれ単独のものとして配合
したが、合金粉末としてもよく、また、Ni3Al、
NiAl、Ni2Al3等の金属間化合物としてもよいも
のである。このようにした場合、強度的には第1
群のNbが固溶体化の機能を有することから有効
となるものである。 実施例 2 切削用高硬度焼結体1は、3μの立方晶形窒化
硼素を50%、3μのウルツ形窒化硼素を30%とし、
残りの20%を結合材としたものである。 結合材は、炭化物系の原料粉末として、TiCお
よびNbCを10%、金属系の原料粉末については、
第1群からNbを2%、Taを1%、第2群から
Niを4%、第3群からAlを3%選択したもので
ある。この場合、TiCとNbCの体積化は5:1に
したものである。 そして、切削用高硬度焼結体1は、既に焼結さ
れている超硬合金製の基台4上で焼結され、第3
図にみられるようなスローアウエイチツプ5が製
作された後、チルドロール(HRc62)の旋削に
供された。 切削条件としては、切削速度V=90m/min、
切込みd=0.5mm、送りf=0.1mm/revを選択し
たものである。 切削試験の結果は、10分切削時で逃げ面摩耗が
0.15mmで、継続切削が可能であつたが、比較品で
は6〜8分で刃先欠損を起こし切削不能となつ
た。この比較品は、前述した実施例1と同様、
CBN90%+結合材(Ni+Al)10%である。 また、断続的な旋削およびフライス削りにも適
用したが、本発明の目的である耐衝撃性、耐熱衝
撃性が充分認められた。 なお、立方晶形窒化硼素とウルツ形窒化硼素と
の配合を種々組合せた場合にも、前述したものと
同様の傾向がみられ、本発明の効果が明らかであ
つた。また、同様に、TiCとNbCとの体積比率に
ついても変化させたが、3:2〜5:1の範囲が
好適であつた。 また、金属系の組成分について、総量の10%を
同じにして、第2群のNiについて4%をこえる
ように増加させたものを前述した切削試験に供し
たが、10分切削時点でチツピングを起こし不具合
であつた。この結果、第2群の成分については、
金属系の組成分中では、40%以下が好ましいこと
を確認した。これは含有量が多いと接着強度を高
める反面、結合材の高温強度を下げるためと考え
られる。 実施例 3 切削用高硬度焼結体1は、6μの立方晶形窒化
硼素を70%、残りの結合材を30%としたものであ
る。 結合材は、炭化物系の原料粉末として、TiCお
よびNbCを24%、金属系の原料粉末9%とし、
第1群からTiを2%、第2群からNiおよびCoを
2%づつ、第3群からAlおよびSiをそれぞれ2.5
%づつ選択した。この場合、TiCとMbCの体積
比は5:2としたものである。 そして、切削用高硬度焼結体1は、60Kb、
1450℃の条件で焼結されることにより得られると
ともに実施例2と同様スローアウエイチツプ5に
適用され、SNCM8(HRc58)の外周旋削に供さ
れた。 切削条件としては、切削速度V=150m/min.
切込みd=0.5mm、送りf=0.125mm/revを選択
した。 切削試験の結果は、10分切削後で、逃げ面摩耗
が0.08mm、20分切削後で0.12mmであり、これに対
する従来品(実施例1の従来品と同じ)は、それ
ぞれ0.12mm、0.27mmの摩耗量を示した。これは、
本発明の切削用高硬度焼結体1の高温特性、靭性
等の改善によるものである。 実施例 4 切削用高硬度焼結体1は、3μの立方晶形窒化
硼素を60%、残りの結合材を40%としたものであ
る。 結合材は、炭化物系の原料粉末として、TiCお
よびTaCを30%、金属系の原料粉末を10%とし、
第1群からZrおよびNbをそれぞれ1.5%づつ、第
2群からNiを3%、第3群からAlを4%選択し
たものと、第1群からMoを3%、第2群からCo
を3%、第3群からAlを4%選択したものであ
る。この場合、TiCおよびTaCは、予め固溶体化
しているものであり、その体積比は、それぞれ
5:2と3:2としたものである。 そして、切削用高硬度焼結体1は、実施例2と
同様スローアウエイチツプ5に適用され、フライ
ス切削に供された。 すなわち、このフライス切削は、靭性を調べる
ためのもので、切削面が100mm×80mmの被削材
(SKD−11、HRc60)を1枚刃で切削したもので
ある。このときの切削条件は、切削速度V=250
m/min、切込みd=0.3mmの一定とし、送りf
については、0.05mm/刃、0.15mm/刃と順次大き
くしたものである。 この結果、本発明品は、二者とも0.15mm/刃で
チツピングを起さなかつたのに対し、比較品(実
施例1の従来品と同じ)は、0.1mm/刃で小さな
チツピングを起こし、0.15mm/刃で大きく破損し
た。したがつて、本発明品の効果は、フライス削
りにおいても顕著に認められた。これは、本発明
に係る切削用高硬度焼結体1が、特に耐衝撃性、
耐熱衝撃性にすぐれることからである。 実施例 5 切削用高硬度焼結体1は、4μの立方晶形窒化
硼素を55%、残りの結合材を45%としたものであ
る。 結合材は、炭化物系の原料粉末として、TiCお
よびTaCを5:1の体積割合で35%、金属系の
原料粉末を10%とし、第1群からTaを4%、第
2群からNiを2%、第3群からAlおよびSiをそ
れぞれ2%づつ選択したものである。 そして、切削用高硬度焼結体1は、55Kb、
1400℃の条件で焼結されることにより得られ、実
施例2と同様スローアウエイチツプ5に適用し
た。被削材は、高周波焼入れした炭素鋼からなる
スプライン軸(HRc62)であり、これの外周を
断続旋削した。 切削条件は、切削速度V=70〜120m/min、
切込みd=0.2〜0.4mm、送りf=0.12mm/revとし
たものである。 この結果、本発明品は、逃げ面摩耗VBが0.2mm
になるまで30分の切削であつたが、従来品(実施
例1の比較品と同じ)は、10分で先端にチツピン
グがみられた。 また、同様にTiCとTaCとの体積比を3:2ま
で変化させてみたが、ほゞ同様の傾向を示した。
5:1〜3:2の範囲を外れたものについては、
前述した切削条件下で、20分程度の切削でチツピ
ングがみられ耐衝撃性、耐熱衝撃性で劣つてい
た。これは、切削時における高温強度および高温
硬度が本発明品よりも劣ることからである。 実施例 6 切削用高硬度焼結体1は、4μの立方晶形窒化
硼素を50%、残りの結合材を50%としたものであ
る。 結合材は、炭化物系の原料粉末成分として、
TiCにNbCおよびTaCの固溶体を添加したものを
41%、金属系の原料粉末成分を9%とし、第1群
からNb、第2群からNi、第3群からAlをそれぞ
れ3%の等量で選択したものである。この場合、
TiCに対するNbCおよびTaCの固溶体の体積比は
3:1としたものである。 そして、切削用高硬度焼結体1は、実施例2と
同様スローアウエイチツプ5に適用され、
SKD11のフライス切削に供された。 切削条件は、切削速度V=150m/min、切込
みd=0.5mm、送りf=0.1mm/刃とし、切刃損傷
の観察から1枚刃としたものである。 切削試験の結果は、衝撃回数で判断したが、本
発明品は、16000回を記録した。これに対し、従
来品(実施例1の従来品と同じ)は、8000回であ
り半分であつた。この結果からも本発明の目的で
ある耐衝撃性、耐熱衝撃性の改善が達成されてい
るのがわかる。 なお、炭化物系の粉末成分として、固溶体成分
の一部をa、aおよびa族金属の炭化物
(TiC、TaC、NbCを除く)、窒化物および硼化物
の1種又は2種以上で置換したものについても適
用したが、同様の効果が認められた。こゝで、適
用したのは、WC、Mo2C、Mo2N、NbN、TiN、
TiB2、ZrB2等である。そして、この場合固溶体
成分が置換成分と同量か又はこれよりも多くなる
ことが必要である。以下、固溶体成分の一部を置
換した実施例7および実施例8について具体的に
説明する。 実施例 7 実施例7は、CBNについては40〜95%まで変
化させるとともに炭化物系の結合材としては、
TiCとTaCおよび/またはまたはNbCとの固溶体
の一部がa、a、a族金属の炭化物
(TiC、TaC、NbCを除く)、窒化物および硼化物
の1種または2種以上で置換されたものである。
また、TiCとTaCおよび/またはNbCの間にある
固溶体の体積比は、いずれも5:1〜3:2の範
囲内にあるものである。そして、本発明品の具体
的な組成、切削試験結果等については、第1表に
示すとおりである。 この結果、本発明品(No.1〜No.7)は、
CBN90%+結合材(Ni+Al)10%からなる従来
品に対していずれもすぐれていることが確認され
た。
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, the impact resistance and thermal shock resistance are improved by improving the bonding material. It is something. Conventionally, this type of high-hardness sintered body for cutting has been obtained by sintering cubic boron nitride together with a binder under ultra-high pressure and high temperature. As a binding material, for example,
A metal type made of a specific aluminum alloy, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. 43846, and a ceramic type, as disclosed in JP-A-53-77811, are known. However, these bonding materials do not necessarily give satisfactory results in interrupted cutting or high-feed cutting, and therefore there is a need for improved bonding materials that can ensure impact resistance and thermal shock resistance. ing. The present invention has been made in view of the above-mentioned points, and is a cutting material using a binding material consisting of 40 to 95% by volume of cubic boron nitride crystal and/or wurtz-type boron nitride crystal, and the remainder being carbide-metal based. In a high-hardness sintered body, impact resistance and thermal shock resistance are improved by considering the composition of the carbide-metal type bonding material. Hereinafter, one embodiment of the high-hardness sintered body for cutting of the present invention will be described with reference to the drawings. In FIG. 1, 1 is a high-hardness sintered body for cutting obtained according to the present invention, in which a cubic boron nitride crystal and/or a wurtz-type boron nitride crystal are combined with a carbide-metal binder under ultra-high pressure. It is sintered at high temperatures. In this case, the ultra-high pressure and high temperature state is usually obtained by an ultra-high pressure generator such as a four-way pressurization type, a six-way pressurization type, a piston cylinder type, or a belt type. The cubic boron nitride crystal and/or the Wurtzian boron nitride crystal account for 40% of the total amount of the sintered body 1.
~95% by volume (hereinafter referred to as %), and the remainder is a binder. Note that when cubic boron nitride crystals and wurtz-type boron nitride crystals coexist, more than half of the wurtz-type boron nitride blended as a raw material for the wurtz-type boron nitride crystals is It is converted into a cubic boron nitride crystal by sintering, and it exists as a residue of the cubic boron nitride crystal. This is due to cutting performance, especially impact resistance. As described above, the binder is composed of a carbide component and a metal component, with the carbide component accounting for 40% or more of the binder, and the metal component accounting for the remainder. In addition, carbide components are
It is made of a solid solution of TiC and TaC and/or NbC in which the volume ratio of TaC and/or NbC to TiC is within the range of 5:1 to 3:2. And some of these solid solution components are
carbides of group a, a and group a metals (TiC,
(excluding TaC and NbC), nitrides, and borides. In this case, the solid solution needs to account for 50% or more of the carbide components in order to impart toughness. In addition, examples of carbides (excluding TiC, TaC, and NbC), nitrides, and borides of group a, a, and group a metals include WC, Mo 2 C, VC,
Carbides such as HfC, Cr 3 C 2 , ZrC, W 2 N, Mo 2 N,
Nitrides such as NbN, TiN, TaN, W 2 B 5 , TiB 2 ,
Borides such as ZrB 2 , CrB 2 and TaB 2 can be mentioned. Furthermore, the solid solution includes not only a raw material powder that has been converted into a solid solution in advance, but also a single raw material powder that has been blended in anticipation of being converted into a solid solution. Furthermore, the metal components include Nb, Ta,
The first group of Zr, Mo and Ti, the second group of Ni and Co
1 type or 2 types from the third group of groups Al and Si, respectively
More than one species consists of selected three-group components. The second group contains 40% or less of these metal components. This is because when the content is high, the adhesive strength increases, but the high temperature strength of the bonding material decreases. The high-hardness sintered body 1 for cutting is clamped by a shank 3 of a cutting tool 2 as shown in FIG. 2, for example, and participates in cutting. The one shown in FIG. 3 is fixed on a base 4 made of cemented carbide, and is used as a throw-away tip 5. In this fixation, when the high-hardness sintered body 1 for cutting is sintered under ultra-high pressure and high temperature, it is simultaneously fixed to the already sintered cemented carbide base 4. Example 1 A high-hardness sintered body 1 for cutting is made of 90% by volume (hereinafter referred to as %) of cubic boron nitride with a diameter of 4μ, and the remaining 10% as a binder. The binder consists of 4% TiC and TaC as carbide-based raw material powder and 6% as metal-based raw material powder.
Nb was selected from the first group, Ni was selected from the second group, and Al was selected from the third group at the same amount of 2%. In this case, the volume ratio of TiC powder to TaC powder was 3:2. Next, the mixed powder of boron nitride and the binder was mixed in a ball mill for 40 hours, degassed and preformed in a vacuum furnace, and then placed under ultra-high pressure and high temperature. At this time, the ultra-high pressure and high temperature state has a pressure of 60Kb and a temperature of 1400Kb.
It was kept at ℃ for 30 minutes. As a result, a high-hardness sintered body 1 for cutting as shown in FIG. 1 was obtained, which was used as a cutting tool 2 as shown in FIG. 2 for a cutting test. Cutting test was conducted using hardened SKH-3 (HRc66)
This is a sample that was machined for 10 minutes in a wet machine using cutting fluid. The cutting conditions at this time are
Cutting speed V = 90 m/min, depth of cut d = 0.5 mm, and feed f = 0.1 mm/rev. The cutting test results showed flank wear of 0.1 mm and crater wear of 0.016 mm. In contrast, the conventional product had flank wear of 0.14 mm and crater wear.
As a result, the effect of the present invention was recognized. In this case, the conventional product is 90% CBN + 10% binder (Ni + Al). In addition, the volume ratio of TiC and TaC is 5:1 to 3:2.
A similar effect was observed when the temperature was varied within the range of . In this case, the volume ratio hardly changed during the mixing of the raw materials and after sintering. In addition, the Ni powder of the second group mentioned above and the Al powder of the third group
Although the powders were blended as individual powders, alloy powders may also be used, and Ni 3 Al, Ni 3 Al,
It may also be an intermetallic compound such as NiAl or Ni 2 Al 3 . In this case, the strength is the first
This is effective because Nb in the group has a solid solution function. Example 2 A high-hardness sintered body 1 for cutting was made of 50% 3μ cubic boron nitride, 30% 3μ Wurtz type boron nitride,
The remaining 20% is a binding material. The binder is 10% TiC and NbC as carbide raw material powder, and 10% TiC and NbC as carbide raw material powder.
2% Nb from the 1st group, 1% Ta from the 2nd group
4% Ni and 3% Al from the third group were selected. In this case, the volume ratio of TiC and NbC is 5:1. Then, the high-hardness sintered body 1 for cutting is sintered on a base 4 made of cemented carbide that has already been sintered, and the third
After the throw-away tip 5 shown in the figure was manufactured, it was used for turning a chilled roll (HRc62). The cutting conditions are: cutting speed V=90m/min;
Depth of cut d = 0.5 mm and feed f = 0.1 mm/rev were selected. The results of the cutting test showed that flank wear occurred after 10 minutes of cutting.
Continuous cutting was possible with a diameter of 0.15 mm, but the comparative product suffered from chipping of the cutting edge in 6 to 8 minutes and became unable to cut. This comparative product is similar to the above-mentioned Example 1,
90% CBN + 10% binder (Ni + Al). It was also applied to intermittent turning and milling, and the impact resistance and thermal shock resistance, which are the objectives of the present invention, were sufficiently observed. Incidentally, even when various combinations of cubic boron nitride and wurtz-type boron nitride were used, similar trends to those described above were observed, and the effects of the present invention were evident. Similarly, the volume ratio of TiC to NbC was also varied, but a range of 3:2 to 5:1 was suitable. In addition, when the metal composition was kept the same at 10% of the total amount and the Ni of the second group was increased to more than 4%, it was subjected to the cutting test described above, but chipping occurred after 10 minutes of cutting. This caused a problem. As a result, for the components of the second group,
It was confirmed that 40% or less is preferable in the metallic composition. This is thought to be because a high content increases adhesive strength, but lowers the high-temperature strength of the binder. Example 3 A high-hardness sintered body 1 for cutting was made of 70% 6μ cubic boron nitride and 30% binder. The binder is carbide-based raw material powder with TiC and NbC at 24% and metal-based raw material powder at 9%.
2% Ti from the 1st group, 2% each of Ni and Co from the 2nd group, and 2.5% each of Al and Si from the 3rd group.
Selected by %. In this case, the volume ratio of TiC and MbC was 5:2. The high hardness sintered body 1 for cutting is 60Kb,
It was obtained by sintering at 1450°C, and was applied to the throw-away chip 5 in the same manner as in Example 2, and was used for turning the outer circumference of SNCM8 (HRc58). The cutting conditions are cutting speed V=150m/min.
Depth of cut d = 0.5 mm and feed f = 0.125 mm/rev were selected. The cutting test results showed that the flank wear was 0.08 mm after 10 minutes of cutting and 0.12 mm after 20 minutes of cutting, whereas the conventional product (same as the conventional product in Example 1) had flank wear of 0.12 mm and 0.27 mm, respectively. The amount of wear in mm is shown. this is,
This is due to improvements in high-temperature properties, toughness, etc. of the high-hardness sintered body 1 for cutting of the present invention. Example 4 A high-hardness sintered body 1 for cutting was made of 60% 3μ cubic boron nitride and 40% binder. The binder is carbide-based raw material powder with 30% TiC and TaC and 10% metal-based raw material powder.
1.5% each of Zr and Nb from the first group, 3% Ni from the second group, and 4% Al from the third group, 3% Mo from the first group, and Co from the second group.
3% and 4% Al from the third group. In this case, TiC and TaC have been made into a solid solution in advance, and their volume ratios are 5:2 and 3:2, respectively. Then, the high-hardness sintered body 1 for cutting was applied to the throw-away tip 5 as in Example 2, and subjected to milling. That is, this milling was performed to examine toughness, and a work material (SKD-11, HRc60) with a cutting surface of 100 mm x 80 mm was cut with a single blade. The cutting conditions at this time are cutting speed V = 250
m/min, constant depth of cut d=0.3mm, feed f
The sizes were increased sequentially to 0.05mm/blade and 0.15mm/blade. As a result, both products of the present invention did not cause chipping at 0.15 mm/blade, whereas the comparative product (same as the conventional product of Example 1) caused small chipping at 0.1 mm/blade, and / Severely damaged by the blade. Therefore, the effect of the product of the present invention was clearly observed even in milling. This means that the high-hardness sintered body 1 for cutting according to the present invention has particularly high impact resistance and
This is because it has excellent thermal shock resistance. Example 5 A high-hardness sintered body 1 for cutting was made of 55% 4μ cubic boron nitride and 45% remaining binder. The binder was made of carbide-based raw material powder, 35% TiC and TaC at a volume ratio of 5:1, 10% metal-based raw material powder, 4% Ta from the first group, and 4% Ni from the second group. 2%, and 2% each of Al and Si were selected from the third group. The high hardness sintered body 1 for cutting is 55Kb,
It was obtained by sintering at 1400°C, and was applied to the throw-away chip 5 in the same manner as in Example 2. The workpiece was a spline shaft (HRc62) made of induction-hardened carbon steel, and the outer circumference of this was subjected to intermittent turning. The cutting conditions are: cutting speed V = 70 to 120 m/min;
The depth of cut d was 0.2 to 0.4 mm, and the feed f was 0.12 mm/rev. As a result, the product of the present invention has a flank wear VB of 0.2mm.
The conventional product (same as the comparative product in Example 1) showed chipping at the tip after 10 minutes. Similarly, when the volume ratio of TiC and TaC was varied up to 3:2, almost the same tendency was observed.
For those outside the range of 5:1 to 3:2,
Under the cutting conditions described above, chipping was observed after approximately 20 minutes of cutting, and the impact resistance and thermal shock resistance were poor. This is because the high-temperature strength and high-temperature hardness during cutting are inferior to the products of the present invention. Example 6 A high-hardness sintered body 1 for cutting was made of 50% 4μ cubic boron nitride and 50% binder. The binder is a carbide-based raw powder component.
A solid solution of NbC and TaC added to TiC.
41%, the metal-based raw material powder component was 9%, and Nb was selected from the first group, Ni was selected from the second group, and Al was selected from the third group in equal amounts of 3% each. in this case,
The volume ratio of the solid solution of NbC and TaC to TiC was 3:1. Then, the high-hardness sintered body 1 for cutting is applied to the throw-away tip 5 as in Example 2,
Used for milling SKD11. The cutting conditions were as follows: cutting speed V = 150 m/min, depth of cut d = 0.5 mm, feed f = 0.1 mm/tooth, and from the observation of damage to the cutting edge, a single blade was used. The cutting test results were determined by the number of impacts, and the product of the present invention recorded 16,000 impacts. On the other hand, the conventional product (same as the conventional product of Example 1) was 8000 times, which was half. This result also shows that the objectives of the present invention, which are improvements in impact resistance and thermal shock resistance, have been achieved. In addition, as a carbide-based powder component, a part of the solid solution component is replaced with one or more of carbides (excluding TiC, TaC, and NbC), nitrides, and borides of Group A and Group A metals. was also applied, and similar effects were observed. Here, we applied WC, Mo 2 C, Mo 2 N, NbN, TiN,
TiB2 , ZrB2, etc. In this case, it is necessary that the amount of the solid solution component be equal to or greater than the amount of the replacement component. Examples 7 and 8 in which part of the solid solution components were replaced will be specifically described below. Example 7 In Example 7, CBN was varied from 40 to 95%, and the carbide-based binder was
A part of the solid solution of TiC and TaC and/or NbC is replaced with one or more of carbides (excluding TiC, TaC, and NbC), nitrides, and borides of Group A, A, and A metals. It is something.
Further, the volume ratio of the solid solution between TiC and TaC and/or NbC is within the range of 5:1 to 3:2. The specific composition, cutting test results, etc. of the product of the present invention are shown in Table 1. As a result, the products of the present invention (No. 1 to No. 7) are as follows:
Both products were confirmed to be superior to conventional products made of 90% CBN + 10% binder (Ni + Al).

【表】 実施例 8 実施例8は、CBNおよびWBNの両者が混合さ
れたものを対象とし、炭化物系の組成について
は、その一部をa、a、a族金属の炭化物
(TiC、TaC、NbCを除く)、窒化物および硼化物
の1種または2種以上で置換したものである。ま
た、TiCとTaCおよび/またはNbCの間にある固
溶体の体積比は、いずれも5:1〜3:2の範囲
内にあるものである。そして、本発明品に具体的
な組成、切削試験結果等については、第2表に示
すとおりである。 この結果、本発明品(No.8〜No.11)は、
CBN90%+結合材(Ni+Al)10%からなる従来
品に対していずれもすぐれていることが確認され
た。
[Table] Example 8 Example 8 deals with a mixture of both CBN and WBN, and regarding the carbide composition, a part of it is mixed with carbides of group a, group a, and group metals (TiC, TaC, (excluding NbC), nitrides, and borides. Further, the volume ratio of the solid solution between TiC and TaC and/or NbC is within the range of 5:1 to 3:2. The specific composition, cutting test results, etc. of the product of the present invention are shown in Table 2. As a result, the products of the present invention (No. 8 to No. 11) were
Both products were confirmed to be superior to conventional products made of 90% CBN + 10% binder (Ni + Al).

【表】【table】

【表】 本発明品と同一。
本発明の切削用高硬度焼結体1は、以上述べた
実施例および各種の実験から以下の事項が確認さ
れた。 立方晶形窒化硼素結晶および/またはウルツ
形窒化硼素結晶は、体積で40〜95%の範囲に対
して好適すること。 これは、被削材、切削条件により、その範囲
が適宜選択されるものである。実施例1〜6で
は、50〜90%を説示しているが、別の実施例
(実施例7実験No.7)では、この範囲よりも広
い40〜95%の範囲に適用できた。 また、混晶の場合は、原料として配合された
ウルツ形窒化硼素粉末の約半分以上が、超高圧
高温下の焼結によつて立方晶形窒化硼素結晶に
転換されていることが好ましい。これは、切削
試験の傾向による判断である。 炭化物系の成分は、一般に金属系の成分より
も多く含まれること。 これは、窒化ホウ素結晶が実施例1でみられ
るような高配合の場合を除き、炭化物系の成分
が多量に含まれるものである。炭化物系の成分
の特徴である高温特性を有効に働かせるためで
ある。そして、炭化物系の成分は、各種の実施
例および実験例から40%以上は必要であつた。 結合材としての炭化物系の成分は、TiCと
TaCおよび/またはNbCとの固溶体を構成し、
TiCに対するTaCおよび/またはNbCの体積比
が5:1〜3:2の範囲内にあること。 これは、TiCが主成分としての意味を有し、
切削試験の結果耐衝撃性および耐熱衝撃性の改
善を考慮したことからである。 結合材としての金属系の組成分は、Nb、
Ta、Zr、MoおよびTiの第1群、NiおよびCo
の第2群、Al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、これらの金属系の組成分中では、第2群
が40%以下で、第1群および第2群が残り占め
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1群の成分は、第2群および第3群の
成分に対して固溶体化を促進して靭性を高める働
きをなすものである。また、第2群および第3群
の成分は、合金化または金属間化合物を形成し
て、高温強度を高め、窒化硼素結晶に対して濡れ
性を良くする。この場合、第2群の成分は、金属
系の組成分中で、40%をこえると結合材の高温強
度を下げるため不具合であつた。 そして、これらの成分は、前記炭化物系の成分
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。 また、第3群の原料成分として、AlおよびSi
の合金又は金属間化合物が選択される場合には、
Siが体積でAlの30%以下であることが望ましい。
これは、Alの結合性が良好なことおよびAlの化
合物の方がSiの化合物よりも高硬度焼結体を脆く
しないためである。 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、特に耐衝撃性、耐熱衝撃性が改
善されるように特定範囲の炭化物系−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
断続旋削、高送り切削、フライス切削において、
効果的なものである。
[Table] Same as the product of the present invention.
Regarding the high-hardness sintered body 1 for cutting of the present invention, the following items were confirmed from the above-mentioned examples and various experiments. Cubic boron nitride crystals and/or Wurtzian boron nitride crystals should be suitable for a range of 40-95% by volume. The range is appropriately selected depending on the workpiece material and cutting conditions. In Examples 1 to 6, 50 to 90% is explained, but in another example (Example 7 Experiment No. 7), it was applicable to a wider range of 40 to 95%. In the case of a mixed crystal, it is preferable that about half or more of the Wurtz-type boron nitride powder blended as a raw material is converted into cubic-type boron nitride crystals by sintering under ultra-high pressure and high temperature. This is a judgment based on the trend of cutting tests. Carbide-based components are generally contained in higher amounts than metal-based components. This means that a large amount of carbide components are included, except when boron nitride crystals are mixed in a high proportion as seen in Example 1. This is to make effective use of the high temperature properties characteristic of carbide components. According to various Examples and Experimental Examples, 40% or more of the carbide-based components were required. The carbide component as a binder is TiC and
constitutes a solid solution with TaC and/or NbC,
The volume ratio of TaC and/or NbC to TiC is within the range of 5:1 to 3:2. This means that TiC is the main component,
This is because improvements in impact resistance and thermal shock resistance were considered as a result of cutting tests. The composition of the metal system as a binder is Nb,
Group 1 of Ta, Zr, Mo and Ti, Ni and Co
A three-group component in which one or more types are selected from the second group of Al and Si and the third group of Al and Si is applied, and in the composition of these metals, the second group accounts for 40% or less, The first group and the second group occupy the rest. These may be combined as single metal powders, alloy powders, or intermetallic compounds. In this case, the components of the first group serve to enhance toughness by promoting solid solution formation with respect to the components of the second and third groups. In addition, the components of the second group and the third group form an alloy or an intermetallic compound to increase high-temperature strength and improve wettability to boron nitride crystals. In this case, the second group of components was a problem because it lowered the high temperature strength of the binder if it exceeded 40% in the metallic composition. These components act as bonding agents for the carbide components, resulting in a strong bond. In addition, Al and Si are used as the raw material components of the third group.
If an alloy or intermetallic compound of
It is desirable that Si accounts for 30% or less of Al by volume.
This is because Al has good bonding properties and Al compounds do not make the high hardness sintered body more brittle than Si compounds. As explained above, the present invention is a high-hardness sintered body for cutting, in which a specific range of carbide-metal bonding materials is selected so as to particularly improve impact resistance and thermal shock resistance. For interrupted turning, high-feed cutting, and milling of high-hardness workpiece materials,
It is effective.

【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、クランプバイトに組
込んだときの斜視図、第3図は、スローアウエイ
チツプに適用したときの斜視図である。 1……切削用高硬度焼結体、2……バイト、4
……基台、5……スローアウエイチツプ。
Fig. 1 is a perspective view showing one embodiment of the high-hardness sintered body for cutting of the present invention, Fig. 2 is a perspective view when it is assembled into a clamp bit, and Fig. 3 is a perspective view showing an embodiment of the high-hardness sintered body for cutting of the present invention. FIG. 1... High hardness sintered body for cutting, 2... Bit, 4
...Base, 5...Throwaway tip.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 立方晶形窒化硼素結晶および/またはウルツ
形窒化硼素結晶が40〜95体積%(以下%という)
で、炭化物系−金属系からなる結合材が残りの5
〜60%を占める切削用高硬度焼結体において、 前記結合材は、炭化物系の組成分が40%以上
で、金属系の組成分が残りを占めるようになつて
おり、 前記炭化物系の組成分は、TiCとTaCおよび/
またはNbCとの固溶体、またはこの固溶体の50
%以下(0%を含まず)がa、a、a族金
属の炭化物(TiC、TaC、NbCを除く)、窒化物
および硼化物の1種または2種以上で置換される
ものであり、しかもTiCとTaCおよび/または
NbCとの間における体積比が5:1〜3:2の
範囲内にあるようになつており、 また、前記金属系の組成分は、Nb、Ta、Zr、
MoおよびTiの第1群、NiおよびCoの第2群、
AlおよびSiの第3群からそれぞれ1種または2
種以上が選択されるものであり、しかもこれらの
金属系の組成分中では、第2群が40%以下(0%
を含まず)で、第1群および第3群が残り(いず
れも0%を含まず)を占め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% by volume (hereinafter referred to as %) of cubic boron nitride crystals and/or Wurtzian boron nitride crystals
The remaining 5 carbide-metal binders
In the high-hardness sintered body for cutting, which accounts for ~60%, the binder has a carbide-based composition of 40% or more, and a metal-based composition that accounts for the remainder, and the carbide-based composition Minutes are TiC and TaC and /
or solid solution with NbC, or 50% of this solid solution
% or less (excluding 0%) is replaced with one or more of carbides (excluding TiC, TaC, and NbC), nitrides, and borides of group a, group a metals, and TiC and TaC and/or
The volume ratio between NbC and NbC is in the range of 5:1 to 3:2, and the metal compositions include Nb, Ta, Zr,
A first group of Mo and Ti, a second group of Ni and Co,
1 type or 2 types each from the third group of Al and Si
In addition, in these metal-based compositions, the second group accounts for 40% or less (0%
A high-hardness sintered body for cutting, characterized in that the first group and the third group account for the remainder (not including 0%).
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