JPH0377151B2 - - Google Patents
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- JPH0377151B2 JPH0377151B2 JP58006950A JP695083A JPH0377151B2 JP H0377151 B2 JPH0377151 B2 JP H0377151B2 JP 58006950 A JP58006950 A JP 58006950A JP 695083 A JP695083 A JP 695083A JP H0377151 B2 JPH0377151 B2 JP H0377151B2
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
Description
(イ) 技術分野
本発明は切削工具等に用いる立方晶型窒化硼素
を主成分とする高硬度焼結体の性能、特に耐溶着
性、靱性、及び耐摩耗性の改善に関するものであ
る。 (ロ) 技術背景 立方晶型窒化硼素（Cubic Boron Nitride、以
下CBNと略す）はダイヤモンドに次ぐ高硬度の
物質であり、また、熱伝導性に優れ、高温におけ
る鉄族金属との反応性が少ない物質であり、超高
圧高温下で合成される。このCBNのみを焼結す
る試みは種々なされているが、これには例えば特
公昭39−8948号に記載されている如く、約70kb
以上、1900℃以上の超高圧高温下で焼結する必要
がある。現状の超高圧高温装置ではこのような高
圧高温条件を発生させることはできるが、工業的
規模に装置を大型化した場合、高圧高温発生部の
耐用回数が制約され実用的でない。 また、このCBN粒子を金属で結合した焼結体
が切削用途に一部市販されているが、切削工具と
して使用した場合、結合金属相の高温での軟化に
よる耐摩耗性の低下や、被削材金属の溶着による
工具の損傷が欠点となる。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、耐溶着性のみならず靱性と耐摩
耗性に優れた材質を開発すべく研究を重ねた。そ
の結果、２〜100μmのCBN粒子を20〜85体積％
含有し、残部の結合材が平均粒度1μm以下の超微
粒CBN粒子20〜90体積％、周期律表第4a，5a，
6a族遷移金属の炭化物、炭窒化物、窒化物また
はこれらの固溶体もしくは混合物結晶５〜50体積
％及びAl5〜30体積％より成る焼結体が目標を達
成することを発見した。 まず、本発明焼結体の靱性が優れているのいは
次の如く考えられる。 CBN焼結体の抗折力は、第１図に示す如く粒
度の増加に伴い低下する。 微粒CBN焼結体は、抗折力が高く、靱性に優
れているため、刃先は欠損しにくいものの、個々
の粒子の接合力は弱いため、アブレイシブな摩耗
の場合、切削中に個々の粒子が脱落しやすいた
め、耐摩耗性が劣るものと考えられる。一方粗粒
CBN焼結体は個々のCBN粒子の接合力は強いた
め、耐摩耗性は優れるものの、一度クラツクが発
生すると伝播しやすく、刃先が欠損するものと考
えられる。本発明焼結体は、2μm以上100μm以下
のCBN粒子を1μm以下の超微粒CBN焼結体で保
持しているものであるため、2μm以上100μm以下
のCBN粒子の耐摩耗性の良さと、超微粒CBN焼
結体の靱性の高さを有するものである。さらに本
発明の焼結体は結合材として超微粒のCBN粒子
と、周期律表第4a，5a，6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物を含有しているため、耐摩耗性、耐溶着
性も非常に優れている。 次にAlの添加により例えばWC−Co超硬合金
の液相焼結の如く、硬質粒子の結合相への溶解と
再析出現象があれば結合相と硬質粒子。又は硬質
粒子相互の結合強度の高いものが得られるが、本
発明の焼結体では結合材中にAlが存在すること
により、これと類似した現象が生じたと思われ
る。さらに、これらAlの化合物には硬度の高い
AlB2やAlNが生じるため強度の低下は起らない。 本発明焼結体に用いる粗粒のCBN粒子は2μm
以上がよい。2μm以下になると耐摩耗性に問題を
生じる。又100μmを越えると靱性が低下する。 2μm以上100μm以下のCBNの含有量は体積で
20〜85％が好ましい。特に耐摩耗性が必要な場合
は、2μm以上100μm以下のCBN粒子の含有量を
増せば良いが、この含有量が、焼結体中の体積で
85％を越えると切削中刃先が欠損したりする。ま
た、含有量を少なくすれば良いが、体積で20％未
満となると耐摩耗性が問題となる。結合材中の超
微粒のCBN粒子の粒度は1μm以下、好ましくは
0.5μm以下が良い。微粒のCBN粒子の粒度が1μm
を越すと靱性は低下する。 結合材中の微粒CBN粒子の含有量は体積で、
20〜90％が好ましい。微粒CBN粒子の含有量が
20％未満であると、結合相の耐摩耗性が低下し、
結合相が早期に摩耗し、2μm以上の粗粒CBN粒
子が脱落する。 一方、微粒CBN粒子の含有量が90％を越すと、
結合材が脆くなつたり、あるいは周期律表第4a，
5a，6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物の含有量
が減るため、1μm以下のCBNが粒成長し、靱性
が低下する。 周期律表第4a，5a，6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物の含有量は体積で５％〜50％がよく、50
％を越えると微粒CBN量が減るため上記の効果
が出ない。５％未満では、周期律表第4a，5a，
6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物の効果が出な
く性能が低下する。 また、Alの含有量は体積で５％〜30％がよく、
30％を越えると結合相の強度が弱まり切削性能は
低下する。５％未満ではAlの効果が出ない。 焼結体の製造に際しては予め1μm以下のCBN
粒子と周期律表第4a，5a，6a族遷移金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、またはこれらの固溶体も
しくは混合物粉末の１種又は２種以上及びAl粉
末を均一にボールミル等の手段を用いて混合し、
続いて2μm〜100μmのCBN粒子と混合する。こ
のAlは予め混合せずに焼結時に溶浸せしめても
良い。 混合した粉末を超高圧装置に入れ、高圧相型窒
化硼素が安定な条件下で焼結する。 このような優れた焼結体を切削工具として使用
する場合、高硬度焼結体は切れ刃となる部分にの
みあれば良く、この高硬度焼結体を強度、靱性、
熱伝導に優れた超硬合金に接合して使用すればそ
の性能を十分発揮することができる。 しかし超硬合金に直接接合すればCBNの含有
量が多い場合などは接合強度が弱く断続切削など
には使用できないこともある。十分な接合強度を
得るにはCBNを体積で70％未満含有し、残部が
Ti，Zr，Hfの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種
もしくはこれらの混合物や相互固体化合物からな
る中間層を用いて接合すればよい。 また、高圧相型窒化硼素の別の形態であるウル
ツ鉱型窒化硼素についても同様の検討を行い、
CBNを用いた場合と類似した結果を得た。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 粒度0.5μのCBN粉末とTiC及びAl粉末を体積
で６：３：１の割合でWC−Co硬合金製のポツト
とボールを用いて粉砕混合した。この混合粉末と
平均粒度10μmのCBN粉末を体積で４：６の割合
いで混合した。この完成粉末を内径10mm外径14mm
のMo製の容器に充填した。次にこの容器を、超
高圧装置内に入れ、先ず圧力50kbを加え、引続
いて1300℃加熱して20分間保持した。Mo製の容
器を取り出してMoを除去し、焼結体の組織を観
察したところ、平均粒度10μmのCBNが均一に分
散しておりその周囲には超微粒CBN粒子を含有
する結合材が存在していた。 つぎに、この焼結体を用いて切削工具用のチツ
プを作成し、切削試験を行つた。尚、比較のため
市販のCBN粒子を金属で結合した焼結体からも
同様のチツプを作成し切削試験を行つた。被削材
は外径100mmで円周に４ケ所の溝を有するSKD11
ダイス鋼（HRC＝62）を用い、切削速度100m／
min、切込み0.3mm、送り0.3mm／rev、乾式で試験
したところ、本発明品は刃先が欠損するまで22分
切削可能であつたのに対し、市販のものは、10分
切削した時点で、刃先は欠損した。 実施例 ２ 表１に示す結合材粉末を作成した。超微粒
CBNとしては平均粒度0.5μmのものを使用した。
を主成分とする高硬度焼結体の性能、特に耐溶着
性、靱性、及び耐摩耗性の改善に関するものであ
る。 (ロ) 技術背景 立方晶型窒化硼素（Cubic Boron Nitride、以
下CBNと略す）はダイヤモンドに次ぐ高硬度の
物質であり、また、熱伝導性に優れ、高温におけ
る鉄族金属との反応性が少ない物質であり、超高
圧高温下で合成される。このCBNのみを焼結す
る試みは種々なされているが、これには例えば特
公昭39−8948号に記載されている如く、約70kb
以上、1900℃以上の超高圧高温下で焼結する必要
がある。現状の超高圧高温装置ではこのような高
圧高温条件を発生させることはできるが、工業的
規模に装置を大型化した場合、高圧高温発生部の
耐用回数が制約され実用的でない。 また、このCBN粒子を金属で結合した焼結体
が切削用途に一部市販されているが、切削工具と
して使用した場合、結合金属相の高温での軟化に
よる耐摩耗性の低下や、被削材金属の溶着による
工具の損傷が欠点となる。 (ハ) 発明の開示 本発明者らは、耐溶着性のみならず靱性と耐摩
耗性に優れた材質を開発すべく研究を重ねた。そ
の結果、２〜100μmのCBN粒子を20〜85体積％
含有し、残部の結合材が平均粒度1μm以下の超微
粒CBN粒子20〜90体積％、周期律表第4a，5a，
6a族遷移金属の炭化物、炭窒化物、窒化物また
はこれらの固溶体もしくは混合物結晶５〜50体積
％及びAl5〜30体積％より成る焼結体が目標を達
成することを発見した。 まず、本発明焼結体の靱性が優れているのいは
次の如く考えられる。 CBN焼結体の抗折力は、第１図に示す如く粒
度の増加に伴い低下する。 微粒CBN焼結体は、抗折力が高く、靱性に優
れているため、刃先は欠損しにくいものの、個々
の粒子の接合力は弱いため、アブレイシブな摩耗
の場合、切削中に個々の粒子が脱落しやすいた
め、耐摩耗性が劣るものと考えられる。一方粗粒
CBN焼結体は個々のCBN粒子の接合力は強いた
め、耐摩耗性は優れるものの、一度クラツクが発
生すると伝播しやすく、刃先が欠損するものと考
えられる。本発明焼結体は、2μm以上100μm以下
のCBN粒子を1μm以下の超微粒CBN焼結体で保
持しているものであるため、2μm以上100μm以下
のCBN粒子の耐摩耗性の良さと、超微粒CBN焼
結体の靱性の高さを有するものである。さらに本
発明の焼結体は結合材として超微粒のCBN粒子
と、周期律表第4a，5a，6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物を含有しているため、耐摩耗性、耐溶着
性も非常に優れている。 次にAlの添加により例えばWC−Co超硬合金
の液相焼結の如く、硬質粒子の結合相への溶解と
再析出現象があれば結合相と硬質粒子。又は硬質
粒子相互の結合強度の高いものが得られるが、本
発明の焼結体では結合材中にAlが存在すること
により、これと類似した現象が生じたと思われ
る。さらに、これらAlの化合物には硬度の高い
AlB2やAlNが生じるため強度の低下は起らない。 本発明焼結体に用いる粗粒のCBN粒子は2μm
以上がよい。2μm以下になると耐摩耗性に問題を
生じる。又100μmを越えると靱性が低下する。 2μm以上100μm以下のCBNの含有量は体積で
20〜85％が好ましい。特に耐摩耗性が必要な場合
は、2μm以上100μm以下のCBN粒子の含有量を
増せば良いが、この含有量が、焼結体中の体積で
85％を越えると切削中刃先が欠損したりする。ま
た、含有量を少なくすれば良いが、体積で20％未
満となると耐摩耗性が問題となる。結合材中の超
微粒のCBN粒子の粒度は1μm以下、好ましくは
0.5μm以下が良い。微粒のCBN粒子の粒度が1μm
を越すと靱性は低下する。 結合材中の微粒CBN粒子の含有量は体積で、
20〜90％が好ましい。微粒CBN粒子の含有量が
20％未満であると、結合相の耐摩耗性が低下し、
結合相が早期に摩耗し、2μm以上の粗粒CBN粒
子が脱落する。 一方、微粒CBN粒子の含有量が90％を越すと、
結合材が脆くなつたり、あるいは周期律表第4a，
5a，6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物の含有量
が減るため、1μm以下のCBNが粒成長し、靱性
が低下する。 周期律表第4a，5a，6a族の炭化物、窒化物、
炭窒化物の含有量は体積で５％〜50％がよく、50
％を越えると微粒CBN量が減るため上記の効果
が出ない。５％未満では、周期律表第4a，5a，
6a族の炭化物、窒化物、炭窒化物の効果が出な
く性能が低下する。 また、Alの含有量は体積で５％〜30％がよく、
30％を越えると結合相の強度が弱まり切削性能は
低下する。５％未満ではAlの効果が出ない。 焼結体の製造に際しては予め1μm以下のCBN
粒子と周期律表第4a，5a，6a族遷移金属の炭化
物、窒化物、炭窒化物、またはこれらの固溶体も
しくは混合物粉末の１種又は２種以上及びAl粉
末を均一にボールミル等の手段を用いて混合し、
続いて2μm〜100μmのCBN粒子と混合する。こ
のAlは予め混合せずに焼結時に溶浸せしめても
良い。 混合した粉末を超高圧装置に入れ、高圧相型窒
化硼素が安定な条件下で焼結する。 このような優れた焼結体を切削工具として使用
する場合、高硬度焼結体は切れ刃となる部分にの
みあれば良く、この高硬度焼結体を強度、靱性、
熱伝導に優れた超硬合金に接合して使用すればそ
の性能を十分発揮することができる。 しかし超硬合金に直接接合すればCBNの含有
量が多い場合などは接合強度が弱く断続切削など
には使用できないこともある。十分な接合強度を
得るにはCBNを体積で70％未満含有し、残部が
Ti，Zr，Hfの炭化物、窒化物、炭窒化物の１種
もしくはこれらの混合物や相互固体化合物からな
る中間層を用いて接合すればよい。 また、高圧相型窒化硼素の別の形態であるウル
ツ鉱型窒化硼素についても同様の検討を行い、
CBNを用いた場合と類似した結果を得た。 以下実施例を述べる。 実施例 １ 粒度0.5μのCBN粉末とTiC及びAl粉末を体積
で６：３：１の割合でWC−Co硬合金製のポツト
とボールを用いて粉砕混合した。この混合粉末と
平均粒度10μmのCBN粉末を体積で４：６の割合
いで混合した。この完成粉末を内径10mm外径14mm
のMo製の容器に充填した。次にこの容器を、超
高圧装置内に入れ、先ず圧力50kbを加え、引続
いて1300℃加熱して20分間保持した。Mo製の容
器を取り出してMoを除去し、焼結体の組織を観
察したところ、平均粒度10μmのCBNが均一に分
散しておりその周囲には超微粒CBN粒子を含有
する結合材が存在していた。 つぎに、この焼結体を用いて切削工具用のチツ
プを作成し、切削試験を行つた。尚、比較のため
市販のCBN粒子を金属で結合した焼結体からも
同様のチツプを作成し切削試験を行つた。被削材
は外径100mmで円周に４ケ所の溝を有するSKD11
ダイス鋼（HRC＝62）を用い、切削速度100m／
min、切込み0.3mm、送り0.3mm／rev、乾式で試験
したところ、本発明品は刃先が欠損するまで22分
切削可能であつたのに対し、市販のものは、10分
切削した時点で、刃先は欠損した。 実施例 ２ 表１に示す結合材粉末を作成した。超微粒
CBNとしては平均粒度0.5μmのものを使用した。
【表】
この結合材と平均粒度4μmのCBN粒子を表２
に示す割合で混合して、完成粉末を作成した。
に示す割合で混合して、完成粉末を作成した。
【表】
これらの完成粉末を実施例２と同様にして焼結
した。ただし、No.イ、チは本発明焼結体ではな
い。次にこれら焼結体より実施例１と同様にして
切削用チツプを作成し切削試験を行つた。被削
材、条件は実施例１と同じである。欠損までの切
削可能時間を表２に示す。又、外径100mmの
SKD11ダイス鋼（HRC＝62）を切削速度100m／
min、切込み0.2mm、送り0.1mm／rev、乾式で、切
削し、切削時間20分後の逃げ面摩耗巾を測定し
た。結果を表２に示す。 実施例 ３ 超微粒CBNとして平均粒度1μm以下のウルツ
鉱型窒化硼素粉末を用い、実施例２のNo.ハと同じ
組成に混合し、これを実施例１と同様にして焼結
を行つた後、切削用チツプを作成し、切削試験を
行つたところ、刃先が欠損するまで20分切削可能
であつた。 実施例 ４ 粗粒CBNとして平均粒度50μmと80μmのもの
を用い、各々実施例２のNo.ハと同じ組成に混合
し、これを実施例１と同様にして焼結を行つた後
切削用チツプを作成し、切削試験を行つたところ
刃先が欠損するまで各々18分と15分切削可能であ
つた。
した。ただし、No.イ、チは本発明焼結体ではな
い。次にこれら焼結体より実施例１と同様にして
切削用チツプを作成し切削試験を行つた。被削
材、条件は実施例１と同じである。欠損までの切
削可能時間を表２に示す。又、外径100mmの
SKD11ダイス鋼（HRC＝62）を切削速度100m／
min、切込み0.2mm、送り0.1mm／rev、乾式で、切
削し、切削時間20分後の逃げ面摩耗巾を測定し
た。結果を表２に示す。 実施例 ３ 超微粒CBNとして平均粒度1μm以下のウルツ
鉱型窒化硼素粉末を用い、実施例２のNo.ハと同じ
組成に混合し、これを実施例１と同様にして焼結
を行つた後、切削用チツプを作成し、切削試験を
行つたところ、刃先が欠損するまで20分切削可能
であつた。 実施例 ４ 粗粒CBNとして平均粒度50μmと80μmのもの
を用い、各々実施例２のNo.ハと同じ組成に混合
し、これを実施例１と同様にして焼結を行つた後
切削用チツプを作成し、切削試験を行つたところ
刃先が欠損するまで各々18分と15分切削可能であ
つた。
第１図はCBN焼結体の折抗力と粒度との関係
を表わした図である。
を表わした図である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ ２〜100μmの高圧相型窒化硼素粒子を、体積
で20〜85％含有し、残部の結合材が平均粒度1μm
以下の超微粒高圧相型窒化硼素粒子20〜90体積％
と1μm以下の周期律表第4a，5a，6a族遷移金属
の炭化物、窒化物、炭窒化物、またはこれらの固
溶体もしくは混合物結晶５〜50体積％およびAl5
〜30体積％よりなる工具用高硬度焼結体。 ２ 結合材が平均粒度1μm以下の超微粒高圧相型
窒化硼素粒子20〜90体積％、周期律表第4a，5a，
6a族遷移金属の炭化物５〜50体積％およびAl5〜
30体積％よりなる特許請求の範囲１の工具用高硬
度焼結体。 ３ 結合材が平均粒度1μm以下の超微粒高圧相型
窒化硼素粒子20〜90体積％とTiの炭化物、窒化
物、炭窒化物５〜50体積％およびAl5〜30体積％
より成る特許請求の範囲１または２の工具用高硬
度焼結体。 ４ 高圧相型窒化硼素が立方晶型窒化硼素である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項乃至第３
項の何れかの工具用高硬度焼結体。 ５ ２〜100μmの高圧相型窒化硼素粉末、1μm以
下の超微粒高圧相型窒化硼素粉末、1μm以下の周
期律表第4a，5a，6a族遷移金属の炭化物、窒化
物、炭窒化物またはこれらの固溶体もしくは混合
物結晶粉末の少なくとも一種、およびAl粉末の
混合粉末を作成し、超高圧高温装置を用いて高圧
相型窒化硼素が安定な高温高圧下でホツトプレス
することを特徴とする２〜100μmの高圧相型窒化
硼素粒子を体積で20〜85％含有し、残部が1μm以
下の超微粒高圧相型窒化硼素粒子20〜90体積％、
1μm以下の周期律表第4a，5a，6a族遷移金属の
炭化物、窒化物、炭窒化物、またはこれらの固溶
体もしくは混合物結晶５〜50体積％およびAl5〜
30体積％から構成される結合材よりなる工具用高
硬度焼結体の製造方法。 ６ ２〜100μmの高圧相型窒化硼素粉末、1μm以
下の超微粒高圧相型窒化硼素粉末、1μm以下の周
期律表第4a，5a，6a族遷移金属の炭化物、およ
びAlの混合粉末を用いることを特徴とする特許
請求の範囲第５項の工具用高硬度焼結体の製造方
法。 ７ 結合材形成粉末としてTiの炭化物、窒化物、
炭窒化物を用いることを特徴とする特許請求の範
囲５または第６項記載の工具用高硬度焼結体の製
造方法。 ８ 高圧相型窒化硼素が立方晶型窒化硼素である
ことを特徴とする特許請求範囲第５項乃至第７項
の何れかの工具用高硬度焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58006950A JPS59131581A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 工具用高硬度焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58006950A JPS59131581A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 工具用高硬度焼結体およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59131581A JPS59131581A (ja) | 1984-07-28 |
| JPH0377151B2 true JPH0377151B2 (ja) | 1991-12-09 |
Family
ID=11652504
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58006950A Granted JPS59131581A (ja) | 1983-01-18 | 1983-01-18 | 工具用高硬度焼結体およびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59131581A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4887588B2 (ja) * | 2001-09-10 | 2012-02-29 | 株式会社タンガロイ | 分散強化ｃｂｎ基焼結体およびその製造方法 |
| JP5266587B2 (ja) * | 2009-03-30 | 2013-08-21 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 粗粒ｃＢＮ粒子を含有する切削工具用ｃＢＮ焼結体 |
-
1983
- 1983-01-18 JP JP58006950A patent/JPS59131581A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59131581A (ja) | 1984-07-28 |
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