JPS61179848A

JPS61179848A - 切削用高硬度焼結体

Info

Publication number: JPS61179848A
Application number: JP3217086A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoda; 下田　弘
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1986-02-17
Filing date: 1986-02-17
Publication date: 1986-08-12
Also published as: JPS6154858B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、を方晶形窒化硼素および／またはウルツ形窒
化硼素結晶およびこの−・部をダイヤモンドで置換する
ようにした窒化硼素結晶を有する切削用高硬度焼結体に
関し、特にその結合材を改良したことにより、靭性の高
い焼結体が得られ、高硬度被削材の断続切削や鋳鉄系の
旋削等に好適す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１通常結合材によ
って結合されており、結合材の例としては、特公昭５２
−４３８４６号公報にみられるような特定のアルミ合金
からなる金属系、特開昭５３−７７８１１号公報にみら
れるようなセラミックス系のものが知られている。

しかしながら、これらの焼結体は、断続切削や重切削に
対しては必ずしも満足すべき結果を得ておらず、結合材
の改良が要望されている。

本発明は、と述の点に鑑みなされたもので、立方晶形お
よび／またはウルツ形の窒化硼素および　　　″この一
部をダイヤモンドで置換した窒化硼素がＴ　ｉ　Ｎ系−
金属系、ＴｉＣＮ系−金属系からなる結合材とともに超
高圧高温下で焼結されるようにした切削用高硬度焼結体
において、前記窒化硼素結晶は、ダイヤモンドの置換量
を含めて体積で４０〜９５％であり、また残りの結合材
は、ＴｉＮ系および／またはＴｉＣＮ系の成分としては
、ＴｉＮおよび／またはＴｉ　ＣＮをそれぞれ単独もし
くはＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮを主体としてこれに
ｆｆａ、Ｖａ、１ＦＩａ族金属の炭化物、窒化物および
硼化物又はＡｊＬ２０３の１種又は２種以上を含むもの
が選択され、金属系の成分としては、ＮｂおよびＭｏの
第１群、ＮｉおよびＧ。

の第２群、さらにＡｎ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重成分からなるように
した靭性の高い切削用高硬度焼結体が構成されるように
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
て図を参照しながら説明する。

第１図において、ｌは本発明の切削用高硬度焼結体が示
されている。この高硬度焼結体ｌは、立方晶形および／
またはウルツ形の窒化硼素結晶およびこの一部をダイヤ
モンドで置換したものがＴｉＮ系−金属系、ＴｔＣＮ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方加圧方式、６方
加圧方式、ピストンシリンダ一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ものである。

前記高硬度焼結体ｌは、焼結体の全量のうち、体積で４
０〜９５％を含み、残りが結合材となる。この場合、ダ
イヤモンドの置換量は１種々検討した結果、窒化硼素に
対して２０％以下が好適した。なお、立方晶形窒化硼お
よびウルツ形窒化硼素結晶が混在する場合には、原料と
して配合されたウルツ形窒化硼素の約を分車上が超高圧
、高温の焼結によって立方晶形窒化硼素に転換されてい
ることが切削性能上好ましいものである。

そして、結合材は前述したように、ＴｉＮ系および／ま
たはＴｉＣＮ系の成分と金属系の成分からなっており、
ＴｉＮ系および／また１ｔＴｉＣＮ系の成分ば、金属系
の成分と同じか又は多く含まれ、ＴｉＮおよび／または
ＴｉＣＮをそれぞれ単独もしくはＴｉＮおよび／または
ＴｉＣＮを主体としてこれにｆｆａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金
属の炭化物。

窒化物および硼化物又はＡｌ２Ｏ２の１種又は２種以上
を含むものが選択されいる。この場合、ＴｉＮおよび／
またはＴｉＣＮを主体とするものは、ＴｉＮ系および／
またはＴｉＣＮ系の成分全量のうち体積で少なくとも５
０％以とを占めることが必要である。これは、高硬度焼
結体ｌに対し、靭性を付シすることからである。また、
ＩＶａ、Ｖａ、Ｖｌａ族金属の炭化物、窒化物および硼
化物の例としては、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ等の炭化物、Ｍｏ２
Ｎ、ＮｂＮ、ＴｉＮ等の窒化物、ＴｉＢ２　、ＺｒＢ２
等の硼化物を挙げることができる。

さらに、金属系の成分としては、ＮｂおよびＭ　ｏ　（
１）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補具りが選択された三
重成分からなるものである。この場合、一つの群として
は、第１群から第３群の合計量の５％以Ｅになっている
ことが必要である。

これは、三重成分の特性を充分に活かすためである。

そして、この高硬度焼結体ｌは、例えば、第２図に示さ
れるような超硬合金からなる板状体２の切欠段部３内に
ろう付けされたりして切削に関午する。また、第３図は
、超硬合金からなる基台４上に高硬度焼結体ｌが超高圧
高温下の焼結によって固着されたものである。これらの
焼結は、前述した特公昭５２−４３８４６号公報等に詳
細にわたって説示され、超高圧発生装置を利用すれば容
易に行なえるものである。

また、第４図および第５図は、変形例を示したもので、
超硬合金からなる円板状の基台４の中央凹部５内に高硬
度焼結体ｌが備えられるようにしたものである。この場
合には、例えば第６図にみられるように適宜数に切り出
されることによって切刃チップが構成される。

このようにしたのは、高硬度焼結体ｌが通常のろう材に
対しては、濡れ性が悪いため、ろう付は面に超硬合金製
の前記基台４が位置するようにしたものである。

したがって、バイトホルダーを構成する場合には１例え
ば第７図にみられるようにバイトシャンク６の切欠段部
７内で、銀ろう、銅ろう等でろう付けされる。

第８図は、超硬合金の板状体２の切欠段部３にろう付け
されたものが示されており、この場合には、前記中央凹
部５を多角形としたことから、後方が直線を呈するよう
になっている。

（実施例１）実施例１は、立方晶形の窒化硼素結晶およびウルツ形の
窒化硼素結晶の一部をダイヤモンドで置換したもので、
配合組成、製造条件および焼結体のヌープ硬度等がそれ
ぞれ第１表に示されている。なお、得られた高硬度焼結
体１は、その混合粉をボールミルで３０時間混合した後
、乾燥して４　ｔ／ｃｍ２の圧力で成形され、次いで得
られた圧粉体が、ａ高圧発生装置により第１表に示され
た製造条件で焼結されたものである。

また、第１表中の実験例１，２．４では、金属系のＮｉ
とＡｆＬとは単独で配合されているが。

Ｎ１ＡＪＬ　、Ｎ１２Ａｕ３にみられる金属間化合物と
して配合しても、焼結体の性質ははＣ同様であった。こ
のことは、Ｃ−ｏＡＪｌ、Ｃｏ２Ａ立５　。

Ｃｏ４Ａｕ３　、Ｃｏ２Ａ立９にみられる金属間化合物
も同様のことがいえる。

さらに、第１表中の実験例１〜５について、切削試験を
した結果、本発明の切削用高硬度焼結体は、焼入れ鋼材
であっても、相当な高速切削が可能であり、２０分〜２
５分の切削時においてフランク摩耗が少なかった。また
、第１表の切削試験とは、別にチルド鋳鉄（ショアー硬
度６２）および焼入された５ＫＤ−１１を対象にして、
実施例、ｌでみられる試料で断続的な旋削、フライス切
削をしたがこれらにも利用できることが確認された。こ
の場合、チルド鋳鉄の断続切削は、直径５０１１冒から
なる被削材の軸方向に２つの切欠き（１０■■巾）を設
けたもので、そのときの切削条件は、切削速度Ｖ＝　８
０ｓ／ｓｉｎ　、切込みｄ＝０　、２　ｍｓ、送りｆ　
＝　０　、１５ｍ／ｒｅｖとしたもノテある。そして、
切削時間４５分でフランク摩耗が０．２８ｍ鵬であり、
刃先には、チッピングがみられなかった。

また、５ＫＤ−１１のフライス切削は、１枚刃のものと
してカッタ一本体（図示せず）に取付けて行なったもの
である。このときの切削条件は、切削速度Ｖ＝　２００
ｘ／ｗｉｎ　、切込みｄ＝０．５履■、送りｆ＝０．１
■■／刃で、３０００ｃ履２の切削面積で欠損した。

これに対し、比較の従来品では、断続旋削では刃こぼれ
を起し、またフライス切削では、約手分位の切削面積で
欠損した。このような優劣が出たのは、本発明の切削用
高硬度焼結体ｌが結合材の選択により、高温特性、靭性
等が改善された結果と考えられる。

（実施例２）実施例２は、ケ方品形、ウルツ形の窒化硼素結晶に対し
ダイヤモンドを含むようにしたものである。

この結果１本発明品は、比較量に対し、いずれもすぐれ
ていることが判明した。特に、鋳鉄系の被削材に対して
有効であった。

以下余白（実施例３）実施例３は、立方晶形の窒化硼素およびウルツ形の窒化
硼素に対し、ダイヤモンドを含むようにするとともに、
結合材については、Ｔ　ｉ　Ｎ　。

Ｔ　ｉ　ＣＮに対して、その他の添加物を含むようにし
たものである。こ−で、その他の添加物は。

ｒＶａ、Ｖａ、ＶＩａ族金属の炭化物、窒化物、硼化物
又はＡｌ２Ｏ３を意味している。

この結果１本発明品は、比較品に対し、いずれもすぐれ
た成績を示した。

また、実施例１および実施例２に対して、実施例３は、
刃先の損傷状態がきれいで、チッピングがなく、境界摩
耗の発生が少ない傾向を示した。

以下余白（実施例４）実施例４は、立方晶形、ウルフ形の窒化硼素に対して、
その一部をダイヤモンドで置換し、王者混晶としたもの
である。また結合材については。

Ｔ　ｉ　Ｎ　、　Ｔ　ｉ　ＣＮに対して、その他の添加
物を含むようにしたものである。この場合も、実施例３
と同様、その他の添加物は、■ａ、Ｖａ、Ｖｉａ族金属
の炭化物、窒化物、硼化物又はＡ立２０３を意味してい
る。

この結果、本発明品は、比較量に対し、いずれもすぐれ
た成績を示した。

また、実施例４は、前述した実施例３とは（同様の傾向
を示したが、特に、低炭素鋼の旋削において有効な成績
を示した。

以下余白本発明の切削用高硬度焼結体ｌは、以上述べた実施例１
〜４および各種の実験から以下の事項が確認された。

■　立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素および
ダイヤモンド結晶は１体積で４０〜９５％含まれる範囲
が適用できること。

これは、切削条件、被削材によりその範囲が選択される
ものである。

また立方晶形およびウルツ形の窒化硼素が混晶する場合
は、原料として配合されたウルツ形窒化硼素の約半分具
とが、超高圧、高温下の焼結によって立方晶形窒化硼素
結晶に転換していることが好ましい、これは、切削試験
結果の傾向によるものである。さらに、ダイヤモンドの
置換量は、２０％以下（０を含まず）が好ましい、ダイ
ヤモンドの置換量が２０％を越えると、鉄系被削材の場
合には、切削時の発熱により、ダイヤモンドの劣化が激
しく不都合になるからである。

■　ＴｉＮ系および／またはＴｉＣＮ系の成分は、Ｔｉ
ＮおよびＴｉＣＮがそれぞれ単独もしくはＴｉＮおよび
／またはＴｉＣＮを主体としてこれにＩＶａ、Ｖａ、Ｖ
Ｉａ族金属の炭化物、窒化物および硼化物の１種又は２
種以上を含んだものが適用できること。

ＴｉＮ系およＵ／またはＴｉＣＮ系としたのは、これら
の系が固溶することにより、高温高圧下における焼結温
度を下げ、焼結を容易にすることからである。また靭性
も向上することからである。

ＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮを主体として場合には、
ＴｉＮおよびＴｉＣＮが、体積で少なくとも５０％以上
占めるものが好適する。また、その上限としては８０％
が好適する。

■　ＴｉＮ系および／またはＴｉＣＮ系の成分は、金属
系の成分と等量か又はこれよりも多く、すなわち結合材
中の５０〜８０％含まれること。

これは、ＴｉＮ系および／またはＴｉＣＮ系の特徴であ
る高温特性が有効に働くために必要なためである。

■　結合材としての金属系の成分は、ＮｂおよびＭｏの
第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群、ＡＭおよびＳｉの第
３群からそれぞれ１種又は２補具りが選択された三重成
分が適用されること、そして、一つの群としては、第１
群から第３群の合計量に対して５％以上は含まれること
。

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３群
の成分は、第１群および第２群の成分に対して固溶体化
を促進し、第３群の存在により高温強度を増す働きをな
すものである。

そして、これらの成分は、前記Ｔ　ｉ　Ｎ系、ＴｉＣＮ
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。

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、高温特性、靭性等が改善されるように特定され
たＴｉＮ系−金属系および／またはＴ　ｉ　ＣＮ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
の断続切削や鋳鉄系の旋削において、特に好適するもの
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は１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、超硬合金の板状体にろう付けした場
合における斜視図、第３図は、超硬合金からなる基台上
に超高圧高温下で焼結固着した斜視図、第４図は、第３
図の変形例を示す正面図、第５図は、第４図中のｖ−ｖ
線に沿って得られる断面図、第６図は、第４図および第
６図のものから切り出された切刃チップを示す斜視図。第７図は、バイトホルダーにろう付けした状態を示す斜
視図、第８図は、変形した切刃チップを超硬合金の板状
体にろう付けした状態を示す斜視図である。ｌ・・・切削用高硬度焼結体　　　　　２・・・板状体
４・・・基台　　　　　　　　　　　　５・・・中央凹
部６・・・バイトシャンク

Claims

【特許請求の範囲】

（１）立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素結晶
およびダイヤモンドを４０〜９５体積％（以下％という
）含み、残りをＴｉＮ系−金属系および／またはＴｉＣ
Ｎ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、前記ダイヤモンドは、窒化硼素結晶に対して２０％以下
（１０％を含まず）になっており、また、ＴｉＮ系およ
び／またはＴｉＣＮ系の成分は、ＴｉＮおよび／または
ＴｉＣＮが結合材中の５０〜８０％の範囲内で、他の添
加物を含まないようになっており、さらに、前記金属系の成分は、結合材中の５０〜２０％
の範囲内で、ＮｂおよびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏ
の第２群、ＡｌおよびＳｉの第３群からそれぞれ選択さ
れた１種又は２種以上を含み、しかも一つの群としては
、第１群〜第３群の合計量の５％以上になっていること
を特徴とする切削用高硬度焼結体。
（２）立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素結晶
およびダイヤモンドを４０〜９５体積％（以下％という
）含み、残りをＴｉＮ系−金属系および／またはＴｉＣ
Ｎ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、前記ダイヤモンドは、窒化硼素結晶に対して２０％以下
（０％を含まず）になっており、また、前記ＴｉＮ系お
よび／またはＴｉＣＮ系の成分は、結合材中の５０〜８
０％の範囲内で、しかもＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮ
がこの系の中で５０〜８０％で、残りをIVａ、Ｖａ、V
Iａ族金属の炭化物、窒化物および硼化物又はＡｌ＿２Ｏ＿３の１種又は２種以上としたものからなり
、さらに、前記金属系の成分は、結合材中の５０〜２０％
の範囲内で、ＮｂおよびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏ
の第２群、ＡｌおよびＳｉの第３群からそれぞれ選択さ
れた１種又は２種以上を含み、しかも一つの群としては
、第１群〜第３群の合計量の５％以上になっていること
を特徴とする切削用高硬度焼結体。