KR20210126568A

KR20210126568A - cBN 소결체 및 절삭 공구

Info

Publication number: KR20210126568A
Application number: KR1020217024064A
Authority: KR
Inventors: 마사시 몸마; 시로 오구치; 료타 다케이; 켄지 유모토
Original assignee: 미쓰비시 마테리알 가부시키가이샤
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2020-02-27
Publication date: 2021-10-20
Also published as: JP7377463B2; CN113454047B; CN113454047A; EP3932892A4; EP3932892A1; JPWO2020175598A1; WO2020175598A1; US20220144709A1

Abstract

이 cBN기 초고압 소결체는 cBN 입자와 결합상을 함유한다. 상기 결합상은, Al의 질화물 혹은 산화물, 또는, Ti의 질화물 혹은 탄화물 혹은 탄질화물이 적어도 하나를 포함하고, 또한, 상기 결합상에는 평균 입경이 20∼300㎚인 금속 붕화물이 0.1∼5.0체적％ 분산되어 있다. 상기 금속 붕화물은 금속 성분이 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)과, 금속 성분이 Ti만을 포함하는 금속 붕화물(A)이다. 상기 금속 붕화물 중 금속 붕화물(A)의 비율(체적％)을 V_a로 하고, 상기 금속 붕화물(B)의 비율(체적％)을 V_b로 한 경우, 비 V_b/V_a가 0.1∼1.0이다.

Description

cBN 소결체 및 절삭 공구

본 발명은 입방정 질화붕소(cBN)기 초고압 소결체(이하, 「cBN 소결체」라고 하는 경우가 있다), 및 cBN 소결체를 공구 기체로 하는 절삭 공구(이하, 「CBN 공구」라고 표기하는 경우가 있다)에 관한 것이다.

본원은 2019년 2월 27일에 일본에 출원된 특허출원 2019-034794호에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.

종래부터, cBN 소결체는 인성이 우수한 것이 알려져 있고, 강철, 주철 등의 철계 피삭재의 절삭 공구 재료로서 널리 사용되며, 결합상의 구조를 개량함으로써 인성이 향상되어 왔다.

특허문헌 1에는, 결합상 중에 평균 입경이 50∼500㎚인 미세한 Ti 붕화물상과, 평균 입경이 50∼500㎚인 미세한 W 붕화물상을 분산 분포시켜, 결합상의 분산 강화 작용에 의해 인성을 향상시킨 cBN 소결체가 기재되어 있다.

특허문헌 2에는, 결합상에 V, Nb, 및 Ta의 적어도 1종과 Ti를 금속 성분으로 하는 복합 질화물 및 복합 탄질화물의 적어도 1종의 복합 화합물과, V, Nb, 및 Ta의 적어도 1종의 사방정 붕화물과, AlN을 함유시킴으로써, 열적 안정성을 증대시켜 인성을 향상시킨 cBN 소결체가 기재되어 있다.

일본 특허 제6032409호 공보 일본 특허 제4830571호 공보

상기 각 기술에 의해 cBN 소결체의 인성은 향상된다. 그러나, 근래의 보다 고속화가 진행된 절삭 가공에 의해, cBN 소결체에는 더욱 인성의 향상이 요구되고 있다.

본 발명은, 보다 인성이 높은 cBN 소결체 및 이를 공구 기체로 하는 CBN 공구를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 cBN 입자와 결합상과의 결합 상태에 대해 예의 검토한 결과, 결합상 중에 금속 붕화물 입자를 분산시키면, 소결체 중의 cBN 입자와 결합상과의 반응이 촉진되어 결합이 강고해져, cBN 소결체의 인성이 향상된다는 신규한 지견을 얻었다.

본 발명은 상기 지견에 기초하는 것으로서, 하기의 양태를 포함한다.

(1) 본 발명의 일 양태의 cBN기 초고압 소결체는, cBN 입자와 결합상을 함유하고, 상기 결합상은 Al의 질화물 혹은 산화물, 또는, Ti의 질화물 혹은 탄화물 혹은 탄질화물의 적어도 하나를 포함하며, 또한, 상기 결합상에는 평균 입경이 20∼300㎚인 금속 붕화물이 0.1∼5.0체적％, 보다 바람직하게는 0.1∼4.0체적％, 더욱 바람직하게는 0.1∼3.0체적％ 분산되어 있다. 상기 금속 붕화물은, 금속 성분이 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)과, Ti만을 포함하는 금속 붕화물(A)을 포함한다. 상기 금속 붕화물 중에서, 상기 Ti만을 금속 성분으로서 포함하는 금속 붕화물(A)의 비율(체적％)을 V_a로 하고, 상기 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 금속 성분으로서 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)의 비율(체적％)을 V_b로 한 경우, 비 V_b/V_a가 0.1∼1.0을 만족한다. 비 V_b/V_a는 보다 바람직하게는 0.2∼0.8, 더욱 바람직하게는 0.3∼0.7이다.

(2) 다른 양태는 상기 (1)에 기재된 cBN기 초고압 소결체로서, 상기 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 금속 성분으로서 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B) 중, 육방정 구조인 것의 {001}면의 X선 회절 피크의 최대 강도를 I_hex, 상기 cBN 입자의 {111}면의 X선 회절 피크 강도를 I_cBN으로 할 때, 0.04≤I_hex/I_cBN≤0.20이다. I_hex/I_cBN은 보다 바람직하게는 0.06∼0.17, 더욱 바람직하게는 0.08∼0.15이다.

(3) 다른 양태는 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 cBN기 초고압 소결체로서, 상기 cBN 입자의 함유 비율은 40∼80체적％이다. 또한, 상기 cBN 입자의 전체 함유 비율을 100체적％로 할 때, 평균 입경이 2㎛ 미만인 cBN 입자가 5∼40체적％, 평균 입경이 2㎛ 이상 8㎛ 미만인 cBN 입자가 60∼95체적％이다.

(4) 다른 양태는 상기 (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 cBN기 초고압 소결체를 구비하는 절삭 공구이다. 상기 절삭 공구는 상기 cBN기 초고압 소결체로 이루어지는 공구 본체와, 이 공구 본체에 형성된 절단날을 갖고 있어도 된다. 상기 절삭 공구는 상기 cBN기 초고압 소결체로 이루어지는 인서트 본체와, 이 인서트 본체에 형성된 절단날을 갖는 절삭 인서트여도 된다.

본 발명의 cBN기 초고압 소결체는, 인성이 보다 더욱 향상되어 있고, 이 cBN기 초고압 소결체를 구비한 절삭 공구는 우수한 내결손성, 내치핑성을 발휘한다.

도 1은 본 발명의 cBN기 초고압 소결체의 소결 조직을 나타내는 모식도이다. 각 조직의 형상이나 치수는, 실제 소결 조직을 모사한 것은 아니다.

이하, 본 발명의 cBN 소결체 및 이를 공구 기체로 하는 절삭 공구(CBN 공구)에 대해, 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 청구범위에 있어서, 수치 범위를 「∼」를 이용하여 표현하는 경우, 그 범위는 상한 및 하한의 수치를 포함한다.

1. 결합상

결합상은 Al의 질화물 혹은 산화물, 또는, Ti의 질화물 혹은 탄화물 혹은 탄질화물의 적어도 하나를 포함하는 것이 바람직하다. 이들 Al의 질화물 혹은 산화물, 또는, Ti의 질화물 혹은 탄화물 혹은 탄질화물은 종래 공지의 것을 사용할 수 있다.

2. 결합상에 분산하는 금속 붕화물 입자

결합상 중에는 소정의 크기의 금속 붕화물(복합 붕화물이어도 된다) 입자가 소정의 비율로 분산되어 있다. 금속 붕화물은 종래 공지의 모든 원자비를 포함하는 것으로 하며, 반드시 화학 양론적 범위의 것에만 한정되는 것은 아니다.

(1) 금속 붕화물 입자의 평균 입경

결합상 중에 분산시키는 금속 붕화물 입자의 크기는, 평균 입경이 20∼300㎚인 것이 cBN 소결체 전체에 대해, 0.1∼5.0체적％, 보다 바람직하게는 0.1∼4.0체적％, 더욱 바람직하게는 0.1∼3.0체적％로 분산되어 있는 것이 바람직하다. 금속 붕화물 입자의 평균 입경이, 20㎚ 미만에서는 cBN 입자와 결합상과의 반응 촉진 효과가 충분히 얻어지지 않고, 300㎚ 초과에서는 금속 붕화물이 조대해져, 절삭 중 결손의 요인이 된다. 또한, 금속 붕화물 입자의 함유 비율이 0.1체적％ 미만에서는 금속 붕화물량이 불충분하고, cBN 입자와 결합상과의 반응 촉진 효과가 충분히 얻어지지 않으며, 5.0체적％ 초과에서는, cBN 소결체로서의 경도와 인성이 저하되며, 절삭 중 결손의 요인이 된다. 금속 붕화물 입자의 함유 비율이 3.0∼5.0체적％인 경우에도, 금속 붕화물이 미립으로 결합상 중에 분산하고, 또한 cBN 소결체의 소결이 충분히 진행되고 있으면, 경질 입자의 분산에 의한 인성 향상이 발현되어, 경도와 인성의 저하는 비교적 작게 억제되고, 절삭 중 결손의 요인이 되는 것은 적다.

금속 붕화물의 평균 입경을 구하려면, cBN 소결체의 단면 조직을 오제 전자 분광(Auger Electron Spectrography: 이하, AES라고 한다) 장치를 이용하여, 금속 원소 및 붕소 원소의 맵핑상을 얻고, 금속 원소 및 붕소 원소가 중첩되는 부위를 화상 처리에 의해 추출하여, 당해 부위를 금속 붕화물 입자로 특정한다. 이어서, 특정한 각 입자에 대해 화상 해석을 행하여 평균 입경을 구한다. 구체적으로는, 결합상 중의 금속 붕화물 입자를 명확하게 판단하기 위해, AES를 이용하여 얻은 동일 시야에 있어서의 금속 원소 및 붕소 원소의 각 맵핑상은, 대상 원소가 존재하지 않는 부위를 흰색, 존재하는 부위를 검은색으로 하여, 검은색을 0, 흰색을 255의 256 계조의 흑백으로 취득하고, 각각의 흑백상에 있어서 각 원소가 존재하는 위치가 검은색이 되도록 2진화 처리한다. 2진화 처리하여 얻어진 동일 시야 내에 있어서의 금속 원소 및 붕소 원소의 맵핑상에 있어서, 금속 원소 및 붕소 원소가 존재하는, 즉 금속 원소 및 붕소 원소의 각 맵핑상을 비교하여, 모두 검은색이 되는 부위를 금속 붕화물 입자로 특정한다.

금속 붕화물 입자끼리가 접촉하고 있다고 생각되는 부분을 떼어내는 처리, 예를 들면, 화상 처리법의 하나인 워터쉐드를 이용하여, 서로 접촉하고 있다고 생각되는 금속 붕화물 입자끼리를 분리하는 처리를 행해도 된다. 예를 들면, 금속 원소 및 붕소 원소의 각 맵핑상을 비교하여, 모두 검은색인 부분을 추출한 후의 상에 상기 분리 처리를 행해도 된다.

우선, 2진화 처리 후에 얻어진 화상 내의 금속 붕화물 입자에 해당하는 부분(검은색 부분)을 입자 해석하고, 구한 최대 길이를 각 입자의 직경으로 한다. 최대 길이를 구하는 입자 해석으로는, 예를 들면, 1개의 금속 붕화물 입자에 대해 페레 직경을 산출함으로써 얻어지는 2개의 길이로부터, 큰 길이의 값을 최대 길이로 하고, 그 값을 각 입자의 직경으로 한다. 이 직경을 갖는 이상 구체로 가정하고 계산하여 구한 체적을 각 입자의 체적으로 하여 누적 체적을 구하고, 이 누적 체적을 기초로 세로축을 체적 백분율[％], 가로축을 직경[㎛]으로 하여 그래프를 묘화한다. 이어서, 체적 백분율이 50％일 때의 직경을 금속 붕화물 입자의 평균 입경으로 하고, 이를 3개 관찰 영역에 대해 행하여, 그 평균값을 금속 붕화물의 평균 입경[㎛]으로 한다. 입자 해석을 행할 때에는, 미리 SEM(주사형 전자 현미경)에 의해 알고 있는 스케일의 값을 이용하여, 1픽셀당의 길이(㎛)를 설정해 둔다. 화상 처리에 사용하는 관찰 영역으로는, 일 예로서, 8.0㎛×8.0㎛의 시야 영역이 바람직하다.

(2) 금속 붕화물 입자의 금속 성분

금속 붕화물 입자는, 금속 성분이 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)(복합 붕화물이어도 된다)과 Ti만을 포함하는 금속 붕화물(A)이 있는 것이 바람직하다. 이 경우, cBN 입자와 결합상과의 반응이 촉진되어 결합이 강고해지고, cBN 소결체의 인성이 향상된다.

(3) Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물 입자

금속 붕화물 중 Ti만을 금속 성분으로서 포함하는 금속 붕화물(A)의 비율(체적％)을 V_a로 하고, Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 금속 성분으로서 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)의 비율(체적％)을 V_b로 한 경우, 이들의 비 V_b/V_a가 0.1∼1.0을 만족하는 것이 바람직하다. 비 V_b/V_a가 0.1 미만이면, Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)의 양이 부족하여, cBN 입자와 결합상과의 반응 촉진 효과가 충분히 얻어지지 않는다. 한편, 비 V_b/V_a가 1.0을 초과하면, Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)이 반응 촉진 효과를 얻는데 필요한 양보다 과잉으로 존재하여, cBN 소결체로서의 경도와 인성이 얻어지지 않는다.

금속 붕화물의 함유 비율은 이하와 같이 구할 수 있다. 우선, AES를 이용하여, 금속 원소 및 붕소 원소의 맵핑상을 얻고, 금속 원소 및 붕소 원소가 중첩되는 부위를 화상 처리에 의해 추출하여, 당해 부위를 금속 붕화물 입자로 특정한다. 이어서, 화상 해석에 의해 금속 붕화물 입자가 차지하는 면적을 산출하고, 금속 붕화물 입자의 면적 비율을 구한다. 이를 적어도 3개 화상에 대해 행하여, 산출한 각 금속 붕화물 입자의 면적 비율의 평균값을, cBN 소결체에서 차지하는 금속 붕화물의 함유 비율로서 구한다. 화상 처리에 사용하는 관찰 영역으로는, 예를 들면, 8.0㎛×8.0㎛의 시야 영역이 바람직하다.

상기 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B) 중, 육방정 구조인 것의 {001}면의 X선 회절 피크의 최대 강도를 I_hex, cBN 입자의 {111}면의 X선 회절 피크 강도를 I_cBN으로 할 때, 0.04≤I_hex/I_cBN≤0.20인 것이 바람직하다. X선 회절 피크 강도는 Cu-Kα선을 이용하여 측정한다.

Ti를 포함하지 않지만 상기 금속 원소를 포함하는 금속 붕화물(B) 중, 특히, 육방정 구조를 갖는 것을 결합상 중에 분산시키면, cBN 입자와 결합상과의 반응이 촉진된다. 한편, I_hex/I_cBN이 0.04 미만이면, Ti를 포함하지 않지만 상기 금속 원소를 포함하는 금속 붕화물(B)이 부족하여, cBN 입자와 결합상과의 반응 촉진 효과가 충분히 얻어지지 않는다. I_hex/I_cBN이 0.20을 초과하는 경우에는, cBN이 결합상과 과도하게 반응하여 cBN의 분해가 진행되기 때문에, cBN에 대해 금속 붕화물이 상대적으로 과잉으로 존재하게 되어, cBN 소결체로서의 강도, 인성이 얻어지지 않는다.

3. cBN 입자의 함유 비율

본 발명에 있어서, cBN 소결체에서 차지하는 cBN 입자의 함유 비율은 특별히 한정되는 것은 아니지만, cBN 소결체 전체의 40∼80체적％인 것이 바람직하다. cBN 입자의 함유 비율이 40체적％ 미만이면, 소결체 중에 경질 물질이 적고, 공구로서 사용한 경우에, 내결손성이 저하되는 경우가 있다. 한편, cBN 입자의 함유 비율이 80체적％를 초과하면, 소결체 중에 크랙의 기점이 되는 공극이 생성되어, 내결손성이 저하되는 경우가 있다. 이 때문에, 본 발명이 가져오는 효과를 보다 더욱 확실히 발휘하기 위해서는, cBN 소결체에서 차지하는 cBN 입자의 함유 비율은 40∼80체적％의 범위로 하는 것이 바람직하다.

cBN 입자의 전체 함유 비율을 100체적％로 할 때, 평균 입경이 2㎛ 미만인 cBN 입자가 5∼40체적％, 평균 입경이 2㎛ 이상 8㎛ 미만인 cBN 입자가 60∼95체적％인 것이 바람직하다.

평균 입경이 2㎛ 미만인 cBN 입자를 상기 범위로 하는 이유는, 5체적％ 미만에서는 미립 cBN의 분산에 의한 내크랙 전파성이 충분하지 않고, 내결손성이 저하되며, 40체적％를 초과하면 조립 cBN이 부족하여 내마모성이 저하되기 때문이다. 또한, 평균 입경이 2㎛ 이상 8㎛ 미만인 cBN 입자를 상기 범위로 하는 이유는, 60체적％ 미만에서는 조립 cBN이 부족하여 내마모성이 저하되고, 95체적％를 초과하면 미립 cBN의 분산 작용이 충분하지 않아, 내결손성이 저하되기 때문이다.

cBN 입자의 평균 입경과 함유 비율은 이하와 같이 하여 구할 수 있다.

(1) 평균 입경

cBN 소결체의 단면 조직을 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope: 이하, SEM이라고 한다)으로 cBN 소결체 조직을 관찰하여, 2차 전자상을 얻는다. 얻어진 화상 내의 cBN 입자의 부분을 화상 처리로 추출하고, 화상 해석을 통해 구한 각 입자의 최대 길이를 기초로 평균 입경을 산출한다.

화상 내의 cBN 입자의 부분을 화상 처리로 추출하는데 있어서, cBN 입자와 결합상을 명확하게 판단하기 위해, 화상은 0을 검은색, 255를 흰색의 256 계조의 흑백으로 표시하고, cBN 입자 부분의 화소값과 결합상 부분의 화소값의 비가 2 이상이 되는 화소값의 상을 이용하여, cBN 입자가 검은색이 되도록 2진화 처리를 행한다.

cBN 입자 부분이나 결합상 부분의 화소값을 구하기 위한 영역으로서, 일 예로서, 0.5㎛×0.5㎛의 영역으로 하고, 적어도 동일 화상 내에서 상이한 3개소로부터 구한 평균값을 각각의 콘트라스트로 하는 것이 바람직하다.

2진화 처리 후에는 cBN 입자끼리가 접촉하고 있다고 생각되는 부분을 떼어내는 처리, 예를 들면, 워터쉐드를 이용하여 접촉하고 있다고 생각되는 cBN 입자끼리를 분리한다.

2진화 처리 후에 얻어진 화상 내의 cBN 입자에 해당하는 부분(검은색 부분)을 입자 해석하고, 구한 최대 길이를 각 입자의 직경으로 한다. 최대 길이를 구하는 입자 해석으로는, 예를 들면, 1개의 cBN 입자에 대해 페레 직경을 산출함으로써 얻어지는 2개의 길이로부터 큰 길이의 값을 최대 길이으로 하고, 그 값을 각 입자의 직경으로 한다. 이 직경을 갖는 이상 구체로 가정하고 계산하여 구한 체적을 각 입자의 체적으로 하여 누적 체적을 구하고, 이 누적 체적을 기초로 세로축을 체적 백분율[％], 가로축을 직경[㎛]으로 하여 그래프를 묘화시켜, 체적 백분율이 50％일 때의 직경을 cBN 입자의 평균 입경으로 하고, 이를 3개 관찰 영역에 대해 행하여, 그 평균값을 cBN의 평균 입경[㎛]으로 했다. 입자 해석을 행할 때에는, 미리 SEM에 의해 알고 있는 스케일의 값을 이용하여, 1픽셀당의 길이(㎛)를 설정해 둔다.

(2) 함유 비율

cBN 소결체에서 차지하는 cBN 입자의 함유 비율은, cBN 소결체의 단면 조직을 SEM에 의해 관찰하여, 얻어진 2차 전자상 내의 cBN 입자의 부분을 화상 처리에 의해 추출하고, 화상 해석에 의해 cBN 입자가 차지하는 면적을 산출하여, 1개 화상 내의 cBN 입자가 차지하는 비율 및 입도 분포를 구하고, 적어도 3개 화상을 처리하여 구한 값의 평균값을 cBN 입자의 함유 비율로서 구한다. 화상 내의 cBN 입자의 부분을 추출하는 화상 처리는, cBN 입자의 평균 입경의 2진화 처리 후의 상을 얻는 순서와 동일하게 행한다.

4. 제조 방법

본 발명의 제조 방법의 일 예를 이하에 나타낸다.

(1) 결합상을 구성하는 성분의 원료 분말의 준비

결합상을 구성하는 원료 분말로서 Nb 붕화물, Ta 붕화물, Cr 붕화물, Mo 붕화물, 및 W 붕화물의 적어도 1종과 Ti 붕화물(이하, 금속 붕화물이라고 총칭한다)의 각각의 분말과 결합상의 주가 되는 원료의 분말을 준비한다. 원하는 입경으로 분쇄한 금속 붕화물의 원료 분말로 하기 위해, 예를 들면, 초경합금으로 안을 댄 용기 내에 초경합금제 볼과 아세톤을 함께 충전하고, 뚜껑을 닫은 후에 볼 밀에 의해 분쇄를 행한 후, 원심 분리 장치를 이용하여 분급함으로써, 세로축을 체적 백분율, 가로축을 입자 직경으로 한 경우의 미디언 직경(D50)을 분쇄한 금속 붕화물의 원료 분말의 평균 입경으로 했을 때, 그 값이 20∼300㎚인 금속 붕화물의 원료 분말을 얻는다. 또한, 결합상의 주가 되는 원료 분말로는, 종래부터 알려져 있는 결합상의 형성 원료 분말(예를 들면, TiN 분말, TiC 분말, TiCN 분말, TiAl₃ 분말)을 준비한다.

(2) 분쇄·혼합

이들 원료 분말을 예를 들면, 초경합금으로 안을 댄 용기 내에 초경합금제 볼과 아세톤을 함께 충전하고, 뚜껑을 닫은 후에 볼 밀에 의해 분쇄 및 혼합을 행한다.

그 후, 경질상으로서 기능시키는 평균 입경 0.2∼8.0㎛의 cBN 분말을 소결 후의 cBN 입자의 함유 비율이 소정의 체적％가 되도록 첨가하고, 추가로 볼 밀 혼합을 행한다.

(3) 성형, 소결

얻어진 소결체 원료 분말을 소정 압력으로 성형하여 성형체를 제작하여, 이를 진공하, 1000℃에서 가소결하고, 그 후, 초고압 소결 장치에 장입하여, 예를 들면, 압력: 4∼6GPa, 온도: 1200∼1600℃의 범위 내의 소정의 온도에서 소결함으로써, 본 발명의 cBN 소결체를 제작한다.

5. CBN 공구

이와 같이 제작한 본 발명의 인성이 우수한 cBN 소결체를 공구 기체로 하는 cBN기 초고압 소결체를 구비하는 절삭 공구는 내치핑성, 내결손성이 우수하여, 장기의 사용에 걸쳐 우수한 내마모성을 발휘한다.

실시예

본 실시예의 cBN 소결체의 제조에서는, 결합상을 구성하기 위한 원료 분말로서, Ta 붕화물, Cr 붕화물, Nb 붕화물, Mo 붕화물, 및 W 붕화물의 적어도 1종과 Ti 붕화물의 분말을 준비하여, 입경 제어를 위해, 볼 밀로 분쇄 처리를 실시한 후, 원심 분리법을 이용하여 분급함으로써 원하는 입경 범위의 각 금속 붕화물의 원료 분말을 준비했다.

즉, 상기 각 금속 붕화물 원료 분말을 초경합금으로 안을 댄 용기 내에 초경합금제 볼과 아세톤과 함께 충전하고, 뚜껑을 닫은 후에 볼 밀을 이용하여 분쇄를 실시 후, 혼합한 슬러리를 건조시킨 후, 원심 분리 장치를 이용하여 분급함으로써 평균 입경이 20∼300㎚인 각 금속 붕화물 원료 분말을 얻었다.

상기와 같이 사전에 준비한 각 금속 붕화물 원료 분말과, 평균 입경이 0.02㎛∼0.5㎛인 TiN 분말, TiC 분말, TiCN 분말, 및 TiAl₃ 분말을 준비했다. 이들 원료 분말 중에서 선택된 몇가지의 결합상 구성용 원료 분말과, 경질상용 원료로서의 cBN 분말을 배합하고, 습식 혼합하여 건조했다. 각 원료 분말 배합 조성의 체적％를 표 1에 나타내고, 이 배합 중 어느 하나를 본 발명 소결체와 비교예 소결체의 붕화물 원료 이외의 결합상 원료로 하여 사용한 것인지를 표 2에 나타낸다.

이어서, 얻어진 소결체 원료 분말을 성형압 1MPa에서 직경: 50mm×두께: 1.5mm의 치수로 프레스 성형했다. 이어서, 이 성형체를 압력: 1Pa 이하의 진공 분위기 중, 1000℃의 범위 내의 소정 온도로 유지하여 가소결하고, 그 후, 초고압 소결 장치에 장입하여, 압력: 5GPa, 표 3에 나타내는 온도: 1200∼1600℃의 온도에서 소결함으로써, 표 4에 나타내는 본 발명의 cBN 소결체 1∼9(본 발명 소결체 1∼9라고 한다)를 제작했다.

본 발명에 있어서 규정하는 범위 밖의 V_b/V_a비, I_hex/I_cBN의 경우를 비교하기 위해, 표 2에 나타내는 붕화물 원료 이외의 결합상 원료를 사용하여, 표 3에 나타내는 온도에서 소결했다. 각 금속 붕화물의 첨가량, 초고압 소결 온도를 변경하여, 표 4에 나타내는 비교예의 cBN 소결체(이하, 비교예 소결체라고 한다) 1'∼6'을 제작했다.

표 4에 있어서, Ti 이외의 금속 붕화물의 금속 성분으로서 복수의 금속 원소가 기재되어 있는 것은, 기재된 금속 원소를 갖는 복합 붕화물이 존재하고 있는 것을 나타낸다.

이어서, 본 발명 소결체 1∼9, 비교예 소결체 1'∼6'을 와이어 방전 가공기로 소정 치수로 절단하여, 시험편을 얻었다. 한편, Co: 5질량％, TaC: 5질량％, WC: 나머지 조성으로서, ISO 규격 CNGA120408의 인서트 형상을 가진 WC기 초경합금제 인서트 본체를 준비했다. 이 WC기 초경합금제 인서트 본체의 납땜부(코너부)에 상기 시험편을, 납재를 사용하여 납땜했다. 납재로서, Cu: 26질량％, Ti: 5질량％, Ag: 나머지로 이루어지는 조성을 갖는 Ag 합금의 납재를 사용했다. 얻어진 인서트에 상하면 및 외주의 연마, 호닝 처리를 실시함으로써, ISO 규격의 CNGA120408의 인서트 형상을 갖는, 본 발명의 cBN기 초고압 소결체 절삭 공구(본 발명 공구라고 한다) 1∼9, 및 비교예의 cBN기 초고압 소결체 절삭 공구(비교예 공구라고 한다) 1'∼6'을 제조했다.

이어서, 본 발명 공구 1∼9와 비교 공구 1'∼6'에 대해, 이하의 절삭 조건으로 절삭 가공을 실시하고, 결손에 이르기까지의 공구 수명(횟수)을 측정했다.

＜건식 절삭 조건＞

피삭재: 침탄 경화강(JIS·SCR420, 경도: HRC58∼62)의 길이 방향으로 등간격의 세로 홈이 난 둥근 봉

절삭 속도: 250m/min,

절입 깊이: 0.15mm,

이송: 0.1mm/rev

각 공구의 날끝이 치핑 혹은 결손에 이르기까지의 단속 횟수를 공구 수명으로 하고, 단속 횟수 2000회마다 날끝을 관찰하여, 날끝의 결손이나 치핑의 유무를 확인했다. 표 5에 상기 절삭 가공 시험의 결과를 나타낸다.

표 5에 나타내는 결과로부터, 본 발명 공구 1∼9는 돌발적인 날끝의 결손, 치핑이 발생하지 않고, 공구 수명이 현격하게 연명화되어, 인성이 향상되었다. 한편, 본 발명의 요건을 하나 이상 만족하지 않은 cBN기 초고압 소결체를 구비한 비교예 공구 1'∼6'은 공구 수명이 짧았다.

본 발명의 인성이 우수한 cBN 소결체는, 인성이 높으며, CBN 공구의 공구 기체로서 사용하면, 결손, 파손이 발생하지 않고, 장기 사용에 걸쳐 우수한 내결손성을 발휘하여, 공구 수명의 연명화를 도모할 수 있다. 따라서, 본 발명은 절삭 가공 장치의 고성능화, 그리고 절삭 가공의 절력화 및 에너지 절약화, 저비용화에 충분히 만족스럽게 대응할 수 있는 점에서, 산업상 이용이 가능하다.

Claims

cBN 입자와 결합상을 함유하는 cBN기 초고압 소결체로서,
상기 결합상은, Al의 질화물 혹은 산화물, 또는, Ti의 질화물 혹은 탄화물 혹은 탄질화물의 적어도 하나를 포함하며, 또한, 평균 입경이 20∼300㎚인 금속 붕화물이 0.1∼5.0체적％ 분산하고,
상기 금속 붕화물은, 금속 성분이 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)과, 금속 성분이 Ti만을 포함하는 금속 붕화물(A)을 포함하며,
상기 금속 붕화물 중, 상기 Ti만을 금속 성분으로서 포함하는 금속 붕화물(A)의 비율(체적％)을 V_a로 하고, 상기 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 금속 성분으로서 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물(B)의 비율(체적％)을 V_b로 한 경우, 비 V_b/V_a가 0.1∼1.0인, cBN기 초고압 소결체.
제 1 항에 있어서,
상기 Nb, Ta, Cr, Mo, 및 W의 적어도 1종을 금속 성분으로서 포함하고 Ti를 포함하지 않는 금속 붕화물 중, 육방정 구조인 것의 {001}면의 X선 회절 피크의 최대 강도를 I_hex로 하고, 상기 cBN 입자의 {111}면의 X선 회절 피크 강도를 I_cBN으로 한 경우, 0.04≤I_hex/I_cBN≤0.20인, cBN기 초고압 소결체.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 cBN기 초고압 소결체 중의 상기 cBN 입자의 함유 비율은 40∼80체적％이고, 상기 cBN 입자의 전체 함유 비율을 100체적％로 할 때, 평균 입경이 2㎛ 미만인 cBN 입자의 함유 비율이 5∼40체적％, 평균 입경이 2㎛ 이상 8㎛ 미만인 cBN 입자의 함유 비율이 60∼95체적％인, cBN기 초고압 소결체.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 cBN기 초고압 소결체를 구비하는 절삭 공구.