WO2002060833A1 - Corps fritte contenant un nitrure de bore cubique, et instrument de coupe - Google Patents

Corps fritte contenant un nitrure de bore cubique, et instrument de coupe Download PDF

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Yoshihiko Abe
Taishu Yanagisawa
Masao Fujimori
Kousuke Shioi
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Showa Denko K.K.
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    • C04B2235/405—Iron group metals

Definitions

  • the present invention has high hardness and excellent wear resistance, and is a wear-resistant material such as a cutting tool, a bearing, and a drawing die.
  • tungsten carbide (WC) -based carbide materials have been used as wear-resistant materials such as cutting tools.
  • WC tungsten carbide
  • cubic boron nitride (hereinafter referred to as cBN) powder is selected from the group consisting of a small amount of A1, Ni, Co, Mn, Fe, and V.
  • Sintered body containing a metal phase containing at least one of the following alloy elements Japanese Patent Application Laid-Open No. 48-17503
  • cBN sintered body using ceramics as a binder Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-36331.
  • the cBN sintered body described in JP-A-48-17503 or JP-B-57-36331 described above is sufficiently satisfactory under high-speed cutting conditions for iron.
  • the reason why high wear resistance cannot be exhibited is that in the former case, the cutting edge becomes hot due to the cutting heat exerted under high-speed cutting conditions, and as a result, the cBN particles retain force and densification promoting ability are reduced.
  • An object of the present invention is to provide a cBN sintered body having reduced reactivity with a work material and excellent abrasion resistance while maintaining excellent cBN particle holding force.
  • Another object of the present invention is to provide a cBN sintered body in which the heat resistance and thermal conductivity of a binder are improved, and the wear resistance is improved even in high-speed cutting of iron.
  • a further object of the present invention is to provide a cBN sintered body that can be cut by an arc discharge and that can be easily processed after sintering. Disclosure of the invention
  • the crystal according to the present invention is a sintered body containing cubic boron nitride and a binder, wherein the binder is at least one selected from nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of group IVa, Va, and VIa elements. It is characterized in that it contains one kind and a boride composed of an element of group I Va, Va, VIa and an element of group VI II.
  • the binder is at least one selected from the group consisting of nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of group IVa, Va, and VIa elements, and a borane composed of group Iva, Va, VIa elements and group VIII elements. And those containing the compound of A1.
  • the boride composed of the above-mentioned IVa, Va, VIa group element and the VIII group element is W
  • CoB comprising a W 2 Co 21 B 6) W 3 CoB 3, W 2 C o B 2.
  • the compound of A1 includes A 1 N and A 1 B 2 .
  • the cubic boron nitride content is 50-95 area. /.
  • the above-mentioned binder accounts for 58 to 98 area% of the above-mentioned nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of the group IVa, Va, and Via elements in a proportion of the whole binder.
  • the content includes a boride composed of the above-mentioned group IVa, Va, VIa element and group VIII element in the range of 2 to 42% by area.
  • the content of the above cubic boron nitride is in the range of 50 to 95 area%, and the binder accounts for the ratio of the nitride, carbide, carbonitride, And boride in the range of 36 to 78 area%, and boride composed of the group IVa, Va, and Via elements and the group VIII element in the range of 2 to 43 area%.
  • A1 The compound is contained in the range of 16 to 33 area%.
  • the present invention includes a cutting tool using the above-described sintered body.
  • boride compounds consisting of: c while maintaining excellent cBN particle retention, the reactivity with the IJ material to be exposed is reduced, and ⁇ ⁇ A sintered body is obtained.
  • the present inventors have conducted intensive studies to obtain a cBN sintered body having excellent abrasion resistance, and as a result, selected from nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of group I Va, Va, VIa elements BN sintered body containing at least one boride consisting of a group Ia, Va, VIa element and a group VIII element as a binder, or nitriding of a group Iva, Va, VIa element Containing at least one selected from the group consisting of carbides, carbides, carbonitrides, and borides; borides consisting of elements IVa, Va, VIa and VIII; and compounds of A1 as binder c BN sintered body has excellent cBN particle retention It has been found that while maintaining the force, the shear force can also reduce the reactivity with the work material and exhibit excellent wear resistance.
  • the above cBN sintered body also improves the heat resistance and thermal conductivity of the binder, and the synergistic effect further improves the wear resistance of the tool edge exposed to high temperatures under high-speed cutting. Further, the present sintered body was found to be easy to work after sintering because the sintered body can be cut by an arc discharge, thereby completing the present invention.
  • the nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of group IVa, Va, and VIa elements of the binder contained in the sintered body of the present invention include, for example, TiC, TiB 2, T i 2 B 5, T i 3 B 4, T i B, T i N, T i 2 N, T i C ⁇ - x (0 ⁇ x ⁇ 1), Z r C, Z r B 2, Z r B 12, Z r N , Z r C X N ⁇ K (0 ⁇ x ⁇ 1), H f C, H f B 2, H f B, H f B 12, Hf 3 N 2, H f N , Hf 4 N 3 , H f CN ⁇ , (0 ⁇ x ⁇ 1), VC, V 4 C 3 , V 8 C 7 , VB 2 , V 3 B 4 , V 3 B 12 , VB, V 5 B 6 ) V 2 B 2 , VN, V 2 N, VC.N ⁇
  • a boride consisting of a group I Va, Va, VIa element and a group VIII element is M Ix M IIy B z (M x ; IVa , Va, VIa group element, M practic; VIII group element, x, y, z> 0), including solid solutions and compounds with non-stoichiometric compositions, for example, W 2 Fe B, WF e B, MoFe 2 B 4 , Mo 2 Fe 13 B 5, MoF e 2 B 4, Mo 2 F e B 2, T a N i B 2, Hf Co 3 B 2, Mo CoB, Mo 2 C o B 2, Mo Co 2 B 4, Nb C o B 2, NbCoB, Nb 3 Co 4 B 7, Nb 2 C o 3 B 5, W 3 C o B 3, WCoB, W 2 CoB 2, W 2 Co 21 B 6 etc. No. Among them, W CoB, W 2 Co 21 B 6 and W 3 Co B 3) W 2 CoB 2 are particularly preferable.
  • a 1 N and A 1 B 2 are particularly preferred.
  • Including nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of Group Ia, Va, VIa elements as binders in cBN sintered bodies has the effect of reducing reactivity with exposed IJ materials. In addition, it has the effect of improving the hardness of the binder itself.
  • a boride consisting of an I Va, Va, Via group element and a VI II group element is contained as a binder of a cBN sintered body, the effect of improving the strength and toughness of the sintered body and the effect of the sintering are given. It has the effect of improving the ability to promote the densification of the aggregate, reducing the reactivity with the work material, and improving the wear resistance under high-speed cutting conditions.
  • the compound of A1 is added, the heat resistance and the thermal conductivity of the binder can be improved, and the characteristics of the cBN sintered body can be further improved.
  • the content of c BN preferably from 50 to 95% by area, more favorable Mashiku is 55-95 area%, and most preferably a 60 to 95 area 0/0, the remainder binder It is preferable that
  • the area% refers to the area ratio of the composition on the observed surface after polishing a part of the sintered body and then observing the polished surface.
  • the measurement can be performed with a metallurgical microscope.However, in general, the cBN content and the binder should be measured using an X-ray diffractometer, electron beam microanalyzer, or image analyzer. Is determined.
  • the average particle size of the cBN powder used is suitably in the range of 6 to 0.1 m, more preferably in the range of 3 to 0.1 ⁇ m.
  • the binder is composed of nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of Group IVa, Va, and VIa elements, preferably 58 to 98% by area, more preferably 65 to 98% of the total binder.
  • 98 area% and most preferably a 74 to 98 area 0/0, I Va, Va , a boride consisting of Vi a group element and group VIII element, preferably 2 to 42% by area, yo Ri preferably 2 to 35 area 0/0, and most preferably 2 to 26% by area.
  • the binder contains an A1 compound, nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of Group IVa, Va and Via elements, preferably 36 to 78 areas. /. , More preferred properly 40 to 75 area 0/0, and most preferably 50 to 70 area 0/0, I Va, Va, a boride consisting of VI a group element and VI II group elements, preferably 2 to 43 area%, more preferably from 2 to 39 area 0/0, most preferably a 2-35 area%, the a 1 compound, preferably 16 to 33 area%, more preferably 20-33 area%, most preferably Is 25 to 33 area%.
  • the binder does not contain the A1 compound and the content of at least one selected from the group consisting of nitrides, carbides, carbonitrides, and borides of Group IVa, Va, and Via elements is less than 58%, the work material
  • the effect of reducing the reactivity and the effect of increasing the hardness of the binder become insufficient, and if it exceeds 98%, the toughness of the sintered body decreases.
  • the amount of boride composed of the elements I Va, Va, VIa and Group VIII is less than 2%, the effect of improving the strength and toughness of the sintered body is insufficient.
  • the hardness of the sintered body decreases, which is not preferable.
  • the binder contains an A1 compound and the content of at least one selected from the group consisting of nitrides, carbides, carbonitrides and borides of group IVa, Va and VIa elements is less than 36%
  • the work material The effect of reducing the reactivity and the effect of increasing the hardness of the binder become insufficient. If it exceeds 78%, the toughness of the sintered body decreases. Further, if the amount of the borohydride composed of the elements I Va, Va, VIa and the group VIa is less than 2%, the effect of improving the strength and toughness of the sintered body becomes insufficient. The hardness of the consolidated body decreases.
  • cBN powder at least one selected from nitrides, carbides, carbonitrides, and boride powders of Group IVa, Va, VIa elements, and I Va, Va, A boride powder consisting of a VIa group element and a VIII group element, or a compound powder of the above and A1 are mixed and heat-treated as necessary, or sintered under ultra-high pressure and high temperature without heat treatment You may.
  • the sintered body of the present invention can be manufactured even by using a combination of powders other than those described above. That is, a cBN sintered body containing a binder having a composition ratio and an area ratio according to the present invention may be obtained by a heat treatment after mixing powders and a reaction in a sintering process under high pressure.
  • raw material powders such as IVa, Va, VIa, and VIII elemental metals, Al, their alloys, intermetallic compounds, boron, carbon, boron carbide, and boron nitride.
  • Al I Va, Va, VIa group elements and group VIII carbides, nitrides, carbonitrides, borides, boronitrides, borocarbides other than the compounds contained in the above sintered body
  • These compounds, solid solutions, and compounds having a non-stoichiometric composition can be used.
  • the mixture of these powders may be subjected to heat treatment if necessary, or may be sintered under ultra-high pressure and high temperature without heat treatment.
  • cBN powder can also act as a nitrogen source or a boron source for the binder.
  • the heat treatment in the process of manufacturing the sintered body of the present invention is preferably performed in a vacuum or in a non-oxidizing atmosphere such as N 2 or Ar.
  • a pressure of 4.5 GPa or more and a temperature of 1400 ° C or more In order to obtain the product of the present invention, it is preferable to use a pressure of 4.5 GPa or more and a temperature of 1400 ° C or more.
  • the sintering conditions must be within the stable range of cBN. If the sintering temperature is lower than 1400 ° C, it takes a long time to obtain the sintered body of the present invention, and the production of the required binder in the manufacturing method of obtaining the desired binder by heating. Is insufficient, for example, a residue such as metal Co may be generated, and the wear resistance of the sintered body may be reduced.
  • the sintered body obtained as described above is cut into a predetermined shape by using a wire cutting device by arc discharge to form a wear-resistant cutting tool.
  • c ⁇ powder having an average particle size of ⁇ and a binder component were weighed in the amounts shown in Table 1, and wet-mixed for 24 hours using a pole mill. went. Acetone (special grade reagent) was used as the mixed solvent. After the mixed slurry was sufficiently dried, it was charged into an ultra-high pressure sintering apparatus and sintered for 1 hour under the conditions shown in Table 1 to obtain a sintered body having a diameter of 29 mm and a thickness of 5 mm. The upper and lower surfaces of the sintered body were ground using a diamond grindstone.
  • the flank wear width of the cutting edge was measured, and after a part of the sample was polished, cBN was measured using an X-ray diffractometer, electron beam microanalyzer, and image analyzer. And the crystal composition of the binder were determined. Table 1 shows the results of these evaluations. When the flank wear width of the cutting edge became 0.3 mm, the tool life (use life) was judged and the cutting test was stopped.
  • the sintered body of the present invention has a smaller flank wear width than the sintered body of the comparative example in which either a compound or a boride is not used as a binder, and has high wear resistance. c The falling resistance of BN particles is obtained.
  • the cBN sintered body according to the present invention has excellent abrasion resistance and falling resistance of cBN particles even under severe use conditions as compared with the conventional cBN sintered body.
  • flank wear is reduced and excellent cutting performance can be achieved, and the frequency of chip replacement in cutting and turning can be reduced, resulting in high productivity.

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Description

明 細 書 焼結体 立方晶窒化ホゥ素焼結体及びそれを用いた切削工具 本発明は、 高硬度で優れた耐摩耗性を有し、 切削工具、 軸受け、 線引ダイス等 の耐摩耗用素材として有用な焼結体に関する。 背景技術
切削工具等の耐摩耗用素材としては、 従来より炭化タングステン （WC) 基の 超硬材料が使用されてきた。 しかしながら、 需要者の要求がますます厳しくなつ ている現在、 上記 WC基超硬材料では需要者の要求を満たすことが困難となって きており、 より優秀な耐摩耗用素材の開発が期待されている。
こうした要望に沿う耐摩耗用素材として、 立方晶窒化ホウ素 （以下、 c B Nと いう。 ） 粉末に少量の A 1と、 N i、 C o、 M n、 F e、 Vからなる群から選択 された合金元素の少なくとも一種を含む金属相を含有させた焼結体 （日本特開昭 4 8— 1 7 5 0 3号公報） 、 あるいはセラミックスを結合材として用いた c B N 焼結体 （日本特公昭 5 7 - 3 6 3 1号公報） 等が提案されている。
一方、 近年、 切削機械の高性能化は著しく、 省力化の要請とも相まって、 切削 速度はより一層高速化の傾向にあり、 上記の c B N焼結体を使用した場合でも、 例えば鎵鉄を高速切削した場合、 耐摩耗性の低下により、 その寿命が短いという 欠点があった。
上記の日本特開昭 4 8 - 1 7 5 0 3号公報あるいは日本特公昭 5 7— 3 6 3 1 号公報に記載された c B N焼結体が、 鎵鉄の高速切削条件下で、 十分な耐摩耗性 を発現し得ない理由として、 前者の場合は、 高速切削条件下で努生する切削熱の ため刃先が高温となり、 これにより、 c B N粒子の保持力並びに緻密化促進能に 優れるが、 被削材との反応性に富む N i、 Co、 Fe、 Mn、 V等の合金元素か らなる結合材と被削材との間に反 が生じるために、 耐摩耗性が低下するものと 推察される。 一方、 後者の様に、 T i N等のセラミックスを結合材として用いた c B N焼結体は、 被肖 IJ材との反応は少ないが、 c B Nの保持力に難点があり、 c BN粒子の脱落等を生じ易く、 また、 一般に、 緻密化が難しいため、 c BN含有 量を高くすることができず、 十分な耐摩耗性が得られないものと考えられる。 この発明は、 優れた cBN粒子の保持力を維持しつつ、 被削材との反応性が低 減され、 対摩耗性の優れた c BN焼結体を提供することを目的としている。 また、この発明は、 結合材の耐熱性及び熱伝導性が向上し、铸鉄の高速切削に於 ても対摩耗性が改善された c BN焼結体を提供することを目的としている。 更に、 この発明は、 アーク放電によるワイヤーカットが可能であり、 焼結後の 加工も容易な c BN焼結体を提供することを目的としている。 発明の開示
本発明による結晶体は、 立方晶窒化ホウ素と結合材を含む焼結体において、 結 合材が I V a , Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から 選ばれる少なくとも一種、 および、 I Va， Va, VI a族元素と VI I I族元 素とからなるホウ化物を含むことを特徴とする。
上記結合材は、 I V a， Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホ ゥ化物から選ばれる少なくとも一種、 I Va, Va, V I a族元素と V I I I族 元素とからなるホウ化物、 および、 A 1の化合物を含むものを含む。
上記 I Va, Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物が、
T i N， T i C， T i CXN^X (0<x< 1) , T i B2， WC, WB, W2Bで あることを含む。 '
上記 IVa， Va， V I a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物が、 W
CoB, W2Co21B6) W3CoB3， W2 C o B2であることを含む。 上記 A 1の化合物が、 A 1 N， A 1 B2であることを含む。
上記立方晶窒化ホゥ素の含有量が 50〜 95面積。/。の範囲内であり、 上記結合 材が結合材全体に占める割合で、 上記 I V a， V a , Vi a族元素の窒化物、 炭 ィ匕物、 炭窒化物、 ホゥ化物を 58〜 98面積％の範囲内で、 上記 I V a， Va, VI a族元素と VI I I族元素とからなるホウ化物を 2〜42面積％の範囲内で 含有することを含む。
上記立方晶窒化ホゥ素の含有量が 50〜 95面積％の範囲内であり、 結合材が 結合材全体に占める割合で、上記 I Va, Va, V i a族元素の窒化物、炭化物、 炭窒化物、 ホゥ化物を 36 ~ 78面積％の範囲内で、 上記 I V a， Va, Vi a 族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物を 2〜43面積％の範囲内で、 上記
A 1化合物を 16〜 33面積％の範囲内で含有することを含む。
更に、 本発明は上述した焼結体を用いた切削工具を含む。
上述の如く、 結合体として、 I V a， Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、ホウ化物から選ばれる少なくとも一種、および、 IVa， Va, Vi a 族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物の二種の化合物を少なくとも含むこ とにより、 優れた c BN粒子の保 ί 力を維持しつつ、 被肖 IJ材との反応性が低減さ れ、 対摩耗性の優れた c Β Ν焼結体が得られる。 発明を実施するための最良の形態
本発明者らは、 対摩耗性の優れた cBN焼結体をえるため、 鋭意研究を重ねた 結果、 I Va, Va, VI a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から 選ばれる少なくとも一種、 および、 I Va， Va, VI a族元素と V I I I族元 素とからなるホウ化物を結合材として含む c BN焼結体、 あるいは、 I Va、 V a, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から選ばれる少なくと も一種、 IVa， Va, V I a族元素と VI I I族元素とからなるホウ化物、 お よび、 A 1の化合物を結合材として含む c BN焼結体が、 優れた c BN粒子保持 力を維持しつつ、 し力も、 被削材との反応性の低減が可能となり、 優れた対摩耗 性を示すことを見出した。 上記 c BN焼結体はまた、 結合材の耐熱性や熱伝導率 の向上が実現され、 これとの相乗効果により、 高速切削下で高温にさらされるェ 具刃先の耐摩耗性を一層改善することが可能となり、 さらに、 本焼結体はアーク 放電によるワイヤーカットが可能であるため、 焼結後の加工も容易であることを 見出し本発明を完成させた。
本発明の焼結体に含有される結合材の、 I V a， V a， V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒ィ匕物、 ホウ化物とは、 例えば、 T i C，T i B2，T i2B5,T i3B4， T i B， T i N, T i2N, T i C^— x (0 < x< 1) ， Z r C, Z r B2， Z r B12， Z r N, Z r CXN^K (0 < x< 1) ， H f C, H f B2, H f B, H f B12, Hf3N2， H f N, Hf4N3， H f C.N^, (0 < x < 1) , VC, V4C3, V8C7, VB2， V3B4, V3B12， VB, V5B6) V2B2, VN, V2N, VC.N^, (0<x< 1) ， Nb C, Nb6C5， Nb2C, Nb B2, Nb3B2, Nb B, NbN, Nb4N3, Nb2N, Nb C.N^, (0<x < 1) ， T a C, Ta2C， T a B2, T a2 B, T a3 B2, T a B, Ta3B4， T a N, T a3N5, T a4N, T a2N, T a C.N^, (0<x< l) ，Cr3C2, C r 2C, C r 23C6, C r7C3， C r B, CrB4, C r2B， C r2B3， Cr5B3, C r B2, C r 2N, C r N, Mo2 C, MoC， Mo B, Mo2B5, Mo B4,Mo2 Β,Μο B2, WC, W2C, WB, W2B, WB4, WN, W2N、 および、これらの固溶体、 複化合物、 不定比組成の化合物等が挙げられる。 この中で特に、 T i N， T i C， T i Cx N^x (0<x< 1) , T i B2, WC, WB, W2Bが好ましい。
I Va, Va， VI a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物とは、 MIx MIIyBz (Mx ； I V a , V a , V I a族元素、 M„ ； VI I I族元素、 x, y, z>0) で示される化合物であって、 固溶体、 不定比組成の化合物も含まれ、 例 えば、 W2F e B, WF e B, MoF e2B4， Mo2F e13B5, MoF e2B4， Mo2 F e B2, T a N i B2, Hf Co3B2， Mo CoB, Mo2 C o B2, Mo Co2B4， Nb C o B2, NbCoB, Nb3Co4B7， Nb2 C o3 B5, W3 C o B3， WCoB, W2CoB2, W2Co21B6等が挙げられる。 この中で特に、 W CoB， W2Co21B6， W3 C o B3) W2CoB2が好ましい。
Alの化合物とは、 A1 B12， A 1 Bl0, A 1 B2, A 13 B48 C2, A 18 B4 C7， A 1 B12 C2, A I N等が挙げられる。 この中で特に、 A 1 N， A 1 B2が 好ましい。
I Va, Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物を c BN 焼結体の結合材として含有させた場合、 被肖 IJ材との反応性を低減させる効果とと もに、 結合材自体の硬度を向上させる効果がある。 また、 I Va， Va, V i a 族元素と VI I I族元素とからな ホウ化物を c BN焼結体の結合材として含有 させた場合、 焼結体の強度と靭性を向上させる効果とともに、 焼結体の緻密化促 進能を向上させ、 また被削材との反応性を低下させ、 高速切削条件下での耐摩耗 性を向上効果がある。 また、 A 1の化合物を添加すると、 結合材の耐熱性や熱伝 導率等を向上させ、 c BN焼結体の特性を更に向上させることができる。
本発明の焼結体は、 c B Nの含有量を、 好ましくは 50〜 95面積％、 より好 ましくは 55〜 95面積％、 最も好ましくは 60〜 95面積0 /0とし、 残部を結合 材とすることが好ましい。
面積％とは、 焼結体の一部を研磨した後、 その研磨面を観察し、 その組成物の 観察面における面積比を示す。 測定方法としては、 金属顕微鏡等で行うことがで きる場合もあるが、 一般的には、 X線回折装置、 電子線マイクロアナライザ一、 画像解析装置を用いて、 c B Nの含有量並びに結合材の結晶組成を求める。
c BN含有量が 50面積％よりも少ないと高速切削に耐えうる十分な硬度や熱 伝導度が得られず、 c BN含有量が 95%を越えると、 焼結体の緻密化を行うた めに高い焼結温度と圧力を要し好ましくない。 使用する cBN粉末は、 平均粒径 で 6〜0. 1 mの範囲内、 より好ましくは 3〜0. 1 μ mの範囲内が適してい る。 結合材は、 結合材全体に占める割合で、 I V a , V a， VI a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物を、 ましくは 58〜98面積％、 より好ましくは 65〜98面積％、最も好ましくは 74〜98面積0 /0とし、 I Va， Va, Vi a 族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物を、 好ましくは 2〜42面積％、 よ り好ましくは 2〜35面積0 /0、 最も好ましくは 2〜26面積％とする。
また結合材として A 1化合物を含む場合は、 I V a， Va, Vi a族元素の窒 化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物を、 好ましくは 36〜78面積。/。、 より好ま しくは 40〜75面積0 /0、 最も好ましくは 50〜70面積0 /0とし、 I Va，Va， VI a族元素と VI I I族元素とからなるホウ化物を、 好ましくは 2〜43面積 %、 より好ましくは 2 ~ 39面積0 /0、 最も好ましくは 2〜 35面積％とし、 A 1 化合物を、 好ましくは 16〜 33面積％、 より好ましくは 20〜 33面積％、 最 も好ましくは 25〜33面積％とする。
結合材が A 1化合物を含まない場合において、 I V a， Va, Vi a族元素の 窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から選ばれる少なくとも一種が 58%より も少ないと、被削材との反応性低減効果と結合材の硬度向上効果が不充分となり、 また 98 %を越えると、 焼結体の靭性が低下する。 また I Va, Va, V I a族 元素と V I I I族元素とからなるホウ化物が 2%よりも少ないと、 焼結体の強度 と靭性の向上効果が不充分であり、 また 42%を越えると、 焼結体の硬度が低下 し好ましくない。
結合材が A 1化合物を含む場合において、 I V a， Va, V I a族元素の窒化 物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から選ばれる少なくとも一種が 36%よりも少 ないと、 被削材との反応性低減効果と結合材の硬度向上効果が不充分となり、 7 8 %を越えると、 焼結体の靭性が低下する。 また I Va， Va, V I a族元素と VI I I族元素とからなるホゥ化物が 2 %よりも少ないと、 焼結体の強度と靭性 の向上効果が不充分となり、 43 %を越えると、 焼結体の硬度が低下する。 さら に、 A 1化合物が 16 %よりも少ないと、 結合材の耐熱性や熱伝導率を向上させ る効果が不充分となり、 33%を越えると、焼結体の硬度が低下し好ましくない。 本発明の焼結体を得るためには、 cBN粉末と、 IVa， Va， V I a族元素 の窒化物、炭化物、炭窒化物、ホウ化物粉末から選ばれる一種以上、および、 I Va, Va, VI a族元素と VI I I族元素とからなるホウ化物粉末、 あるいは、 上記 と A 1の化合物粉末を混合し、 必 により熱処理を施し、 あるいは、 熱処理を経 ずに超高圧、 高温下で焼結しても良い。 また本発明の焼結体は上記以外の組み合 わせの粉体を用いても製造が可能である。 即ち、 粉末混合後の熱処理、 高圧下で の焼結過程の反応により本発明の組成比、 面積比の結合材を含む c B N焼結体を 得ても良い。
後者の場合の具体的な例としては、 使用する原料粉末として、 I V a， Va, V I a, V I I I族の単体金属、 Al、 これらの合金、 金属間化合物、 ホウ素、 炭素、 炭化ホウ素、 窒化ホウ素、 並びに上記した焼結体中に含有される化合物以 外の Al, I Va, Va, VI a族元素と VI I I族の炭化物、 窒化物、 炭窒化 物、 ホウ化物、 ホウ窒化物、 ホウ炭化物、 これらの複化合物、固溶体、不定比組成 の化合物等を使用することができる。 これらの粉体の混合物を必要により熱処理 を施し、 あるいは、 熱処理を経ずに超高圧、 高温下で焼結する。 この場合、 cB N粉末も結合材の窒素源あるいはホウ素源として作用させることが可能である。 本発明の焼結体製造過程における熱処理は、 真空中もしくは N2, Ar等の非 酸化性雰囲気中で行うことが好ましい。 また、 本発明品を得るためには、 4. 5 GP a以上の圧力、 1400°C以上の温度を用いることが好ましい。 さらに、 焼 結条件は c B Nの安定領域内であることが必要である。 焼結温度が 1400 °Cよ りも低いと、 本発明の焼結体を得るのに長時間を要し、 また、 加熱により所望の 結合材を得る製造方法において、 必要とする結合材の生成が不充分となり、 例え ば金属 C o等の残留物が発生し焼結体の耐摩耗性が低下する場合がある。
上述の如くして得られた焼結体は、 アーク放電によるワイヤーカツト装置を用 レ、て所定形状に切り出す流ことによって対摩耗性の切除工具を形成する。 次にこの発明の実施例を述べるが、 この発明は下記実施例に限定されるもので はない。
実施例 1〜 1 5、 比較例 1 ~ 8
それぞれの実施例及び比較例について、 原料粉末として、 平均粒径 Ι μ πιの c Β Ν粉末と、 結合材成分を表 1の量で秤量し、 ポールミルを用いて、 2 4時間湿 式混合を行った。 混合溶媒には、 アセトン （試薬特級） を用いた。 混合スラリー を十分に乾燥した後、 超高圧焼結装置に装入し、 表 1に示す条件で 1時間の焼結 を行い、 直径 2 9 mm、 厚さ 5 mmの焼結体を得た。 この焼結体の上下面を、 ダ ィャモンド砥石を用いて研削した。
Figure imgf000010_0001
L6900/30df/I3d eC8090/Z0 OAV この焼結体を、 アーク放電によ ワイヤーカット装置を用いて 1 3mmX l 3 mmのチップに切り出した後、 J I S/SNMN 1 20 3 0 8に規定される形 状を持った切削工具とした。
同工具について、 耐摩耗性と c BN粒子の耐脱落性 （刃先の耐欠損性） を評価 するため、 比削材を F C 2 50とする旋削による乾式高速切肖試験を行った。 切 削条件は、 切削速度； 6 5 Om/分、 切り込み； 2. Omm, 送り ； 0. 3mm /回転、 切削距離； 1 0， 00 Omとした。
切削試験後の試料について、 切れ刃の逃げ面摩耗幅を測定し、 更に、 同試料の 一部を研磨した後、 X線回折装置、 電子線マイクロアナライザ一、 画像解析装置 を用いて、 c BNの含有量並びに結合材の結晶組成を求めた。 これらの評価結果 を表 1に示す。 なお、 切れ刃の逃げ面摩耗幅が 0. 3 mmとなった場合、 工具寿 命 （使用寿命） と判断し、 切削試験を中止した。
表 1より明らかなように、 本発明の焼結体は、 結合材として化合物或いはホウ 化物の一方しカゝ用いない比較例の焼結体に比べ逃げ面摩耗幅が少なく、 高い耐摩 耗性と c B N粒子の耐脱落性が得られている。 産業上の利用可能性
本発明になる c BN焼結体は、 従来の c BN焼結体に比べ、 過酷な使用条件下 においても優れた耐摩耗性と c BN粒子の耐脱落性が得られた。 特に切削チップ として用いた場合、 従来の c BN焼結体チップに比べ、 逃げ面摩耗が低減し優れ た切削性能を実現でき、 切削、 旋削加工においてチップ交換の頻度を下げられ高 い生産性が実現で
さる。

Claims

請 求 の 範 囲
1. 立方晶窒化ホウ素と結合材を含む焼結体において、 結合材が IVa， Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から選ばれる少なくとも一 種、 および、 I Va, Va, V I a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物 を含むことを特徴とする焼結体。
2. 立方晶窒化ホウ素と結合材を含む焼結体において、 結合材が I Va, Va, VI a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホウ化物から選ばれる少なくとも一 種、 IVa, Va, VI a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物、 および 、 A 1の化合物を含むことを特徴とする焼結体。
3. I Va, Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒化物、 ホゥ化物が、 T i N, T i C， T i CXN^K (0< x < 1) ， T i B2, WC, WB, W2Bであ ることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の焼結体。
4. I Va, V a, V I a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物が、 WC oB, W2Co21B6, W3CoB3,,W2CoB2であることを特徴とする請求の範 囲第 1〜 3項の何れか 1項に記載の焼結体。
5. A 1の化合物が、 A1 N, A 1 B2であることを特徴とする請求の範囲第 2 〜 4項の何れか 1項に記載の焼結体。
6. 立方晶窒化ホゥ素の含有量が 50〜 95面積％の範囲内であり、 結合材が結 合材全体に占める割合で、 IVa， Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒 化物、 ホウ化物を 58〜98面積。 /。の範囲内で、 IVa， Va, VI a族元素と VI I I族元素とからなるホウ化物を 2〜42面積％の範囲内で含有することを 特徴とする請求の範囲第 1〜 5項の何れか 1項に記載の焼結体。
7. 立方晶窒化ホウ素の含有量が 50〜 95面積。/。の範囲内であり、 結合材が結 合材全体に占める割合で、 IVa， Va, V I a族元素の窒化物、 炭化物、 炭窒 化物、 ホウ化物を 36〜 78面積％の範囲内で、 I Va， Va, VI a族元素と V I I I族元素とからなるホウ化物を 2〜 4 3面積％の範囲内で、 A 1化合物を 1 6〜3 3面積％の範囲内で含有することを特徴とする請求の範囲第 2〜6項の 何れか 1項に記載の焼結体。
8 · 請求の範囲第 1〜 7項の何れか 1項に記載の焼結体を用いた切削工具。
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