JPS644987B2 - - Google Patents
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- JPS644987B2 JPS644987B2 JP59202466A JP20246684A JPS644987B2 JP S644987 B2 JPS644987 B2 JP S644987B2 JP 59202466 A JP59202466 A JP 59202466A JP 20246684 A JP20246684 A JP 20246684A JP S644987 B2 JPS644987 B2 JP S644987B2
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- powder
- cbn
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- aln
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔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、鋳鉄やダイス鋼、高速度鋼などの高硬度鋼
の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）基焼結体の製造方法
に関するものである。 〔従来の技術〕 最近、金属加工の分野において鋳鉄切削の高速
化、ダイス鋼や高速度鋼などの高硬度鋼の切削加
工から切削加工への切り換えが急速に進み、それ
に伴つて切削工具用のCBN基焼結体が注目され
るようになつて、そのCBNからは耐摩耗性、例
えば窒化珪素（以下、Si3N4で示す）からは耐熱
性および高靭性が期待されるところから、例えば
特願昭52−51383号にみられるように、20〜80容
量％のCBNと、耐熱性セラミツクス物質として
のSi3N4、Al2O3、AlN、SiC、B4Cのうちの１種
もしくは２種以上とからなる焼結体のような
CBN基焼結体が開発されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記従来のCBN基焼結体を例
えば鋳鉄（FC30）の、切削速度：400ｍ／min、
切込み：0.5mm、送り：0.1mm／rev.という条件の
高速切削に使用すると、その焼結体は５分以内に
著しく摩耗し、鋳鉄の高速切削の実用に耐えるこ
とができない。その原因はCBN、Si3N4が共に難
焼結性の材料であり、これら同種および異種の粒
子相互間の界面強度が弱く、粒子の脱落、剥離摩
耗を生じ易いことによるものと考えられる。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで本発明者らは、上記のような従来の
CBNとSi3N4を主成分とする切削工具用CBN基
焼結体の欠点を解決すべく、CBNとSi3N4の結合
剤として優れている結合剤を種々調査、研究した
結果、 (1) 常圧下で合成されたSi2W粉末の硬さは、
CBN、Si3N4のそれに比してMHV600〜900と
著しく低いので、これをCBNとSi3N4を主成分
とする焼結体に添加すると、その混合物のプレ
ス性が著しく改善され、これを超高圧焼結する
と、特にSi2WとSi3N4との間でSiの拡散を生じ
て粒子相互間の界面強度が上昇するだけでな
く、Si2W自体が超高圧焼結によつてその硬度
がMHV1500〜1800に上昇し、得られた焼結体
が硬質化することによつて、その耐摩耗性が向
上し、 (2) 例えば先に本発明者らが発明したTi2AlNの
製造方法（特願昭59−25768号）によつて得ら
れるTi2AlNは1200℃以上の温度で急激に分解
反応を起こして窒化チタン（以下、TiNで示
す）を析出するので、このような特性を有する
Ti2AlNをCBN、Si3N4およびこの上記のSi2W
に加えて焼結すると、その分解反応の際にAl
を媒介にして、上記の析出するTiNと、共存
するCBNとの反応によつて生成した硼化チタ
ン（以下、TiB2で示す）がCBN、Si3N4およ
びSi2W粒子の間に存在する空隙へ廻り込むよ
うにして析出する結果、得られた焼結体の靭性
が向上すること、を見出した。 この発明は、上記知見に基いて発明されたもの
であつて、 Si3N4粉末： 3〜35％、 Si2W粉末：0.5〜15％、 Ti2AlN粉末：1.5〜25％、 CBN粉末：残り からなる配合組成（以上重量％）を有する組成物
を混合し、プレス成形して圧粉体とし、ついでこ
の圧粉体を、単独で、または他の圧粉体もしくは
焼結体と重ね合わせた状態で、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
体の製造方法である。 ついで、この発明において成分組成範囲を上記
のとおりに限定した理由を説明する。 (a) Si3N4 これは焼結体に靭性と耐熱性を附与する作用
を有するが、その配合量が３％未満では得られ
た焼結体の靭性と耐熱性が不足し、一方それが
35％を越えると、焼結体の耐摩耗性が不足する
ところから、その配合量を３〜35％と定めた。 (b) Si2W これは焼結性を改善するとともに焼結体の界
面強度（靭性）を向上させるのに有効な成分で
あるが、その配合量が0.5％未満では焼結体の
靭性が不足し、一方それが15％を越えると、耐
摩耗性が低下するところから、その配合量を
0.5〜15％と定めた。 (c) Ti2AlN これは超高圧焼結時に分解反応を起こして
TiNを生じ、ひいては結合相を生ずるので、
結合相を生成させるために配合する成分であ
る。この分解生成TiNの一部は共存するCBN
と反応してTiB2が生成し、結局Ti2AlNはこれ
らTiNやTiB2を含有する結合相を生じ、これ
はCBN粒子やSi3N4粒子間の空隙内に入り込ん
で、これら粒子間の界面強度を向上させるとと
もに、TiNは高温における鋳鉄や鋼に対する
耐溶着性を向上させ、またTiB2は高速切削時
に刃先から熱を逃がすのに必要な高い熱伝導性
を焼結体に附与するとともに、高い耐凝着性も
附与する作用を有するが、Ti2AlNの配合量が
1.5％未満では、これらTiNおよびTiB2の量が
不足して凝着摩耗が生じ易くなるとともに刃先
に熱がこもり易くなり、かつ耐摩耗性が低下
し、一方その配合量が25％を越えると、逆に
TiNとTiB2の量が過剰となつてCBNの有する
耐摩耗効果が薄れ、耐摩耗性が不足するところ
から、その配合量を1.5〜25％と定めた。 この発明においては、原料粉末、すなわち
CBN粉末、Si3N4粉末、Si2W粉末およびTi2AlN
粉末を用意し、ついでこれら原料粉末を上記所定
の成分組成となるように配合し、常法により、す
なわち、例えばボールミルにて混合して混合粉末
を製造し、ついでこれを約0.5〜5ton／cm2の圧力
で圧粉体とし、この圧粉体を、またはこの圧粉体
を超高圧焼結の前処理として、10-2〜10-4torrの
真空中または不活性ガスもしくは中性ガス雰囲気
中約800〜1200℃の温度で仮焼結してその強度を
高めた後、単独で、または超硬合金やサーメツト
となるべき他の圧粉体もしくは焼結体と重ね合わ
せた状態で、超高圧容器内において、圧力：20〜
70kb、温度：1200〜1600℃、保持時間：10〜60
分の条件で超高圧焼結することによつて、切削工
具用立方晶窒化硼素基焼結体が製造される。 なお、この発明においては、原料成分の一つと
してTi2AlNを用いることが重要かつ必須であつ
て、その代りに焼結途中でTi2AlNを生成しそう
な成分の組合わせ、例えばTiNとTiAl、あるい
はTiNとTiおよびAlを用いると、焼結時にCBN
との反応によつてAlNが生じ、このAlNが焼結
性を阻害するとともに焼結体の耐摩耗性を低下さ
せるので、これらの成分の組合せは好ましくな
い。 実施例 ついで、この発明を実施例によつて説明する。 原料粉末として、平均粒径：3μｍのCBN粉末、
同3μｍのSi3N4粉末、同1μｍのSi2W粉末および
同2μｍのTi2AlN粉末の各粉末を用意し、第１表
に示す各組成に配合後、ボールミルにて５時間混
合し、ついで1.5ton／cm2の圧力でプレス成形して
圧粉体とし、この圧粉体を超高圧装置にて圧力：
６万気圧、温度：1500℃の条件下に60分間保持し
た後、冷却・降圧することにより、本発明焼結体
１〜６を製造した。 比較のため、元素からみた組成上では本発明焼
結体５と同一の焼結体を生成するような量の原料
成分でTi2AlNを置換して得た比較焼結体１〜２
および配合成分組成範囲がこの発明の範囲から外
れた比較焼結体３〜９（外れた成分を表の中に※
印で示す）、並びにTi2AlNの代りにTiNを用い
た従来焼結体を前記本発明焼結体と同様に製造し
た。 なお、本発明焼結体２、４〜５においては、圧
粉体を真空中1000℃で30分間保持後、上記の超高
圧焼結を施した。 このようにして得られた各焼結体について、
（TiN＋TiB2）量をＸ線回折図のピーク強度から
定量するとともに、これらの抗折力も側定した。
これらの結果も第１表に示す。 ついで、これらの焼結体をそれぞれ切断、ロー
ル付加工後、これらにそれぞれ研削、研磨仕上げ
を施し、SNP432の形状を有する切削工具を
有し、鋳鉄やダイス鋼、高速度鋼などの高硬度鋼
の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）基焼結体の製造方法
に関するものである。 〔従来の技術〕 最近、金属加工の分野において鋳鉄切削の高速
化、ダイス鋼や高速度鋼などの高硬度鋼の切削加
工から切削加工への切り換えが急速に進み、それ
に伴つて切削工具用のCBN基焼結体が注目され
るようになつて、そのCBNからは耐摩耗性、例
えば窒化珪素（以下、Si3N4で示す）からは耐熱
性および高靭性が期待されるところから、例えば
特願昭52−51383号にみられるように、20〜80容
量％のCBNと、耐熱性セラミツクス物質として
のSi3N4、Al2O3、AlN、SiC、B4Cのうちの１種
もしくは２種以上とからなる焼結体のような
CBN基焼結体が開発されている。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、上記従来のCBN基焼結体を例
えば鋳鉄（FC30）の、切削速度：400ｍ／min、
切込み：0.5mm、送り：0.1mm／rev.という条件の
高速切削に使用すると、その焼結体は５分以内に
著しく摩耗し、鋳鉄の高速切削の実用に耐えるこ
とができない。その原因はCBN、Si3N4が共に難
焼結性の材料であり、これら同種および異種の粒
子相互間の界面強度が弱く、粒子の脱落、剥離摩
耗を生じ易いことによるものと考えられる。 〔問題点を解決するための手段〕 そこで本発明者らは、上記のような従来の
CBNとSi3N4を主成分とする切削工具用CBN基
焼結体の欠点を解決すべく、CBNとSi3N4の結合
剤として優れている結合剤を種々調査、研究した
結果、 (1) 常圧下で合成されたSi2W粉末の硬さは、
CBN、Si3N4のそれに比してMHV600〜900と
著しく低いので、これをCBNとSi3N4を主成分
とする焼結体に添加すると、その混合物のプレ
ス性が著しく改善され、これを超高圧焼結する
と、特にSi2WとSi3N4との間でSiの拡散を生じ
て粒子相互間の界面強度が上昇するだけでな
く、Si2W自体が超高圧焼結によつてその硬度
がMHV1500〜1800に上昇し、得られた焼結体
が硬質化することによつて、その耐摩耗性が向
上し、 (2) 例えば先に本発明者らが発明したTi2AlNの
製造方法（特願昭59−25768号）によつて得ら
れるTi2AlNは1200℃以上の温度で急激に分解
反応を起こして窒化チタン（以下、TiNで示
す）を析出するので、このような特性を有する
Ti2AlNをCBN、Si3N4およびこの上記のSi2W
に加えて焼結すると、その分解反応の際にAl
を媒介にして、上記の析出するTiNと、共存
するCBNとの反応によつて生成した硼化チタ
ン（以下、TiB2で示す）がCBN、Si3N4およ
びSi2W粒子の間に存在する空隙へ廻り込むよ
うにして析出する結果、得られた焼結体の靭性
が向上すること、を見出した。 この発明は、上記知見に基いて発明されたもの
であつて、 Si3N4粉末： 3〜35％、 Si2W粉末：0.5〜15％、 Ti2AlN粉末：1.5〜25％、 CBN粉末：残り からなる配合組成（以上重量％）を有する組成物
を混合し、プレス成形して圧粉体とし、ついでこ
の圧粉体を、単独で、または他の圧粉体もしくは
焼結体と重ね合わせた状態で、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
体の製造方法である。 ついで、この発明において成分組成範囲を上記
のとおりに限定した理由を説明する。 (a) Si3N4 これは焼結体に靭性と耐熱性を附与する作用
を有するが、その配合量が３％未満では得られ
た焼結体の靭性と耐熱性が不足し、一方それが
35％を越えると、焼結体の耐摩耗性が不足する
ところから、その配合量を３〜35％と定めた。 (b) Si2W これは焼結性を改善するとともに焼結体の界
面強度（靭性）を向上させるのに有効な成分で
あるが、その配合量が0.5％未満では焼結体の
靭性が不足し、一方それが15％を越えると、耐
摩耗性が低下するところから、その配合量を
0.5〜15％と定めた。 (c) Ti2AlN これは超高圧焼結時に分解反応を起こして
TiNを生じ、ひいては結合相を生ずるので、
結合相を生成させるために配合する成分であ
る。この分解生成TiNの一部は共存するCBN
と反応してTiB2が生成し、結局Ti2AlNはこれ
らTiNやTiB2を含有する結合相を生じ、これ
はCBN粒子やSi3N4粒子間の空隙内に入り込ん
で、これら粒子間の界面強度を向上させるとと
もに、TiNは高温における鋳鉄や鋼に対する
耐溶着性を向上させ、またTiB2は高速切削時
に刃先から熱を逃がすのに必要な高い熱伝導性
を焼結体に附与するとともに、高い耐凝着性も
附与する作用を有するが、Ti2AlNの配合量が
1.5％未満では、これらTiNおよびTiB2の量が
不足して凝着摩耗が生じ易くなるとともに刃先
に熱がこもり易くなり、かつ耐摩耗性が低下
し、一方その配合量が25％を越えると、逆に
TiNとTiB2の量が過剰となつてCBNの有する
耐摩耗効果が薄れ、耐摩耗性が不足するところ
から、その配合量を1.5〜25％と定めた。 この発明においては、原料粉末、すなわち
CBN粉末、Si3N4粉末、Si2W粉末およびTi2AlN
粉末を用意し、ついでこれら原料粉末を上記所定
の成分組成となるように配合し、常法により、す
なわち、例えばボールミルにて混合して混合粉末
を製造し、ついでこれを約0.5〜5ton／cm2の圧力
で圧粉体とし、この圧粉体を、またはこの圧粉体
を超高圧焼結の前処理として、10-2〜10-4torrの
真空中または不活性ガスもしくは中性ガス雰囲気
中約800〜1200℃の温度で仮焼結してその強度を
高めた後、単独で、または超硬合金やサーメツト
となるべき他の圧粉体もしくは焼結体と重ね合わ
せた状態で、超高圧容器内において、圧力：20〜
70kb、温度：1200〜1600℃、保持時間：10〜60
分の条件で超高圧焼結することによつて、切削工
具用立方晶窒化硼素基焼結体が製造される。 なお、この発明においては、原料成分の一つと
してTi2AlNを用いることが重要かつ必須であつ
て、その代りに焼結途中でTi2AlNを生成しそう
な成分の組合わせ、例えばTiNとTiAl、あるい
はTiNとTiおよびAlを用いると、焼結時にCBN
との反応によつてAlNが生じ、このAlNが焼結
性を阻害するとともに焼結体の耐摩耗性を低下さ
せるので、これらの成分の組合せは好ましくな
い。 実施例 ついで、この発明を実施例によつて説明する。 原料粉末として、平均粒径：3μｍのCBN粉末、
同3μｍのSi3N4粉末、同1μｍのSi2W粉末および
同2μｍのTi2AlN粉末の各粉末を用意し、第１表
に示す各組成に配合後、ボールミルにて５時間混
合し、ついで1.5ton／cm2の圧力でプレス成形して
圧粉体とし、この圧粉体を超高圧装置にて圧力：
６万気圧、温度：1500℃の条件下に60分間保持し
た後、冷却・降圧することにより、本発明焼結体
１〜６を製造した。 比較のため、元素からみた組成上では本発明焼
結体５と同一の焼結体を生成するような量の原料
成分でTi2AlNを置換して得た比較焼結体１〜２
および配合成分組成範囲がこの発明の範囲から外
れた比較焼結体３〜９（外れた成分を表の中に※
印で示す）、並びにTi2AlNの代りにTiNを用い
た従来焼結体を前記本発明焼結体と同様に製造し
た。 なお、本発明焼結体２、４〜５においては、圧
粉体を真空中1000℃で30分間保持後、上記の超高
圧焼結を施した。 このようにして得られた各焼結体について、
（TiN＋TiB2）量をＸ線回折図のピーク強度から
定量するとともに、これらの抗折力も側定した。
これらの結果も第１表に示す。 ついで、これらの焼結体をそれぞれ切断、ロー
ル付加工後、これらにそれぞれ研削、研磨仕上げ
を施し、SNP432の形状を有する切削工具を
【表】
第１表の結果から明らかなように、この発明に
よつて製造された焼結体１〜６は、Ti2AlNの分
解によつて生じたTiNおよびTiB2がCBN粒子や
Si3N4粒子間の空隙中に廻り込んでこれらの粒子
を強固に結合する組織を形成するために、従来焼
結体はもとより、焼結途中でTi2AlNを生成しそ
うな化合物を組合わせて用いた比較焼結体１、２
および原料粉末の配合組成がこの発明の配合組成
範囲から外れた比較焼結体３〜９に比べても抗折
力が優れており、また、例えば鋳鉄（FC30）の
高速切削に用いたとき、切削寿命が格段に長く、
耐摩耗性の点でも格段に優れていることがわか
る。 すなわち、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、特に鋳鉄の高
速切削やダイス鋼および高速度鋼などの高硬度鋼
の切削等に使用する切削工具として適したCBN
基焼結体を得ることができる。
よつて製造された焼結体１〜６は、Ti2AlNの分
解によつて生じたTiNおよびTiB2がCBN粒子や
Si3N4粒子間の空隙中に廻り込んでこれらの粒子
を強固に結合する組織を形成するために、従来焼
結体はもとより、焼結途中でTi2AlNを生成しそ
うな化合物を組合わせて用いた比較焼結体１、２
および原料粉末の配合組成がこの発明の配合組成
範囲から外れた比較焼結体３〜９に比べても抗折
力が優れており、また、例えば鋳鉄（FC30）の
高速切削に用いたとき、切削寿命が格段に長く、
耐摩耗性の点でも格段に優れていることがわか
る。 すなわち、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、特に鋳鉄の高
速切削やダイス鋼および高速度鋼などの高硬度鋼
の切削等に使用する切削工具として適したCBN
基焼結体を得ることができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素粉末：３〜35％、 Si2W粉末：0.5〜15％、 Ti2AlN粉末：1.5〜25％、 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
を混合し、プレス成形して圧粉体とし、ついでこ
の圧粉体を、単独で、または他の圧粉体もしくは
焼結体と重ね合わせた状態で、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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59202466A JPS6183681A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59202466A JPS6183681A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6183681A JPS6183681A (ja) | 1986-04-28 |
| JPS644987B2 true JPS644987B2 (ja) | 1989-01-27 |
Family
ID=16457989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59202466A Granted JPS6183681A (ja) | 1984-09-27 | 1984-09-27 | 切削工具用立方晶窒化硼素基焼結体の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6183681A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE3806602A1 (de) * | 1988-03-02 | 1988-07-07 | Krupp Gmbh | Hartmetallkoerper |
| JP7015979B2 (ja) * | 2018-03-14 | 2022-02-04 | 三菱マテリアル株式会社 | ｃＢＮ焼結体および切削工具 |
-
1984
- 1984-09-27 JP JP59202466A patent/JPS6183681A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6183681A (ja) | 1986-04-28 |
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