JPH0210217B2

JPH0210217B2 -

Info

Publication number: JPH0210217B2
Application number: JP55167585A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoda
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1980-11-28
Publication date: 1990-03-07
Also published as: JPS5792578A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、切削用の高硬度焼結体に関し、特に
ダイヤモンド結晶粒の結合強度を維持したまゝ、
研削性、切削性が改善されるようにしたものであ
る。従来、この種のダイヤモンド焼結体は、アルミ
合金等の非鉄金属やセラミツクス、プラスチツク
スの切削に適用した場合、超硬合金の切削工具に
比較してはるかに優れていることが知られてい
る。また、天然ダイヤモンドの単石から加工された
ダイヤモンドバイトと比較しても焼結ダイヤモン
ド工具は、強靭性にすぐれ切削性がよい。しかしながら、焼結ダイヤモンド工具として加
工する場合には、その硬さ故に専門家によるすぐ
れた研削技術を必要とすることから、再研削が問
題となり、研削性の改善が要望されている。本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、ダ
イヤモンド結晶粒の結合手段を改善するととも
に、結合材の組成を選択することによつて、耐摩
耗性、靭性、硬度を維持して、研削性が改善され
るようにした超高圧高温付与により得られる切削
用の高硬度焼結体を提供するものである。以下、本発明切削用の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、１は、ダイヤモンド結晶粒が
50容量％で、残部を結合材としたダイヤモンド焼
結体からなる切削用の高硬度焼結体である。この
焼結体１は、適宜の超高圧高温装置により、超高
圧高温状態に露され製造したものである。そして、ダイヤモンド結晶粒は、通常１〜20μ
ｍの粒度のものが適用されるが、その原料ダイヤ
モンドの表面には、Al又はAl合金からなる被覆
層が予めコーテイングされている。この場合、
Al合金は、WAl、TiAlから選択され、被覆層
は、通常CVD法、PVD法により得られる。そし
て、被覆層は、量的には、ダイヤモンドの体積を
基準にすれば0.5〜５容量％の範囲が好適する。このようにAl又はAl合金の被覆層を有するよ
うにしたのは、ダイヤモンド結晶粒の粒成長を抑
え、粒径の均等性を維持するためである。そし
て、0.5容量％未満では、粒成長を抑えることが
できず、このため粒径の均等性が得られない。ま
た５％をこえると硬度不足となり不具合となる。さらに、前記結合材は、第一群〜第三群の三つ
の群から少なくとも一種選択されるものである。
すなわち、第一群は、Ｗ、Mo、Nb、Taおよび
Tiの一種又は二種以上から選択され、また、第
二群は、第一群の金属又は合金の炭化物から選択
され、第三群は、Co、Niの一種又は二種から選
択される。このようにして構成された結合材については、
第一群の成分は、第二群および第三群の成分に対
して靭性を与え、高温強度を高める機能をもつも
のである。また、第二群の成分は、高硬度粒子の
分散により結合相の高温強度を高める機能をもつ
ものである。さらに、第三群の成分は、特に第二
群の成分に対して結合助材的な役割をなし、結果
的には、強固な結合強度が得られる。これは、第
三群の成分は合金化あるいは金属間化合物を形成
しやすく結合材の硬度を高めるからである。そして、これらの第一群から第三群における成
分比率については、第一群および第二群間では
１：12〜３：１の成分比率を有する。この場合、
第一群の成分が1/12未満であるとダイヤモンド結
晶粒との結合強度を弱め、３倍をこえると結合相
の靭性を低下させるため上述の範囲が適当とな
る。また、第一群および第三群間では１：３〜
２：１の成分比率を有する。この場合、第三群の
成分が1/2未満であると結合材の結合強度を低下
させるため不具合であり、また３倍をこえると結
合材の高温強度を低下させ不具合となる。さらに、前述した第一群：第二群および第一
群：第三群の関係から、第一群：第二群：第三群
の関係は、計算すれば１：12：３〜６：２：３の
関係になる。そして、第三群の成分は、前述した
ように第二群の成分に対して結合助材的な役割を
なし、1/4未満であると結合材的な機能が低下し
て結合強度を弱め、また、1.5倍をこえると第二
群成分の高温強度の機能を低下させ不具合とな
る。しかして、本発明の焼結体１は、ダイヤモンド
結晶粒の粒成長とスケルトン度を抑え、粒同士の
結合を強靭なAl又はAl合金の被覆層を介して三
群成分からなる結合材によつて一体化したもので
ある。したがつて、本発明の焼結体１は、ダイヤ
モンド同士のスケルトン度に重きをおいたダイヤ
モンド焼結体に対し、その摩耗度、靭性、硬度が
ほゞ等しいにもかかわらず、ダイヤモンド砥石に
よる研削加工が容易に行なえるものである。すなわち、ダイヤモンド砥石による比較的粗い
研削においては、まず粒界結合金属を摩耗させな
がら、ダイヤモンド粒の一粒づつの脱落を起さ
せ、また細粒ダイヤモンド砥石による仕上げ研削
においては、焼結体１中のダイヤの脱落はなく、
ダイヤモンド粒の表面側からの摩滅によつて摩耗
する。これに対し、ダイヤモンドのスケルトンがしつ
かりした従来のダイヤモンド焼結体では、比較的
粗いダイヤモンド砥石（140〜170メツシユ、コン
セント100）よる研削では、ダイヤモンド粒が一
粒づつ破壊し、摩滅せずにスケルトンの結合度の
弱いところから或いは粒強度の弱いところからク
ラツクが入り、まとまつて脱落を起し、チツピン
グを生じる。またチツピングを起さないような軽
研削では、ダイヤモンドの粒成長と不均一硬度の
ためダイヤモンド砥石のみの摩耗が激しく、大き
な欠けを起す。第２図は、WC−Co等の焼結炭化物からなる支
持部材１０上にダイヤモンド焼結体１１を固結し
たもので、例えば第３図にみられるようにろう付
けすることにより、スローアウエイチツプ１２が
構成されるものである。この場合、ダイヤモンド
焼結体１１と支持部材１０との固結は、適宜の超
高圧高温装置により、超高圧高温状態が付与され
ることにより得られるものである。そして、支持部材１０上に固結されたダイヤモ
ンド焼結体１１の場合にも、ダイヤモンド結晶粒
の結合強度は充分維持され、その靭性、耐摩耗性
も充分あり、切削性能上支障は全くなかつた。実施例１ダイヤモンド結晶粒は、平均粒径4μｍであり、
これをCVD法によりAlを３容量％コーテイング
し焼結原料とした。そして、組成的には、Alを
コーテイングしたダイヤモンド結晶粒を89容量％
（以下単に％）とし、残りの結合材については、
第一群から1μｍのＷを３％、第二群から0.5μｍの
WCを３％、第三群から3μｍのCoを５％選択し
た。これは、第三群の成分割合を高め第一群に対
する結合性を確認することを目的として実験した
ものである。そして、これらの混合粉末は、アセトンととも
にボールミルで４時間混合した後、真空乾燥し、
Zr容器内でWC−Co系の焼結炭化物からなる支持
部材１０の上に置かれた状態で焼結された。この
ときの高圧容器内の焼結条件は、６万気圧、1400
℃で20分焼結したものであり、得られた焼結体１
１および支持部材１０は、放電加工で切断された
後ろう付け、研削加工を経て第３図のようなスロ
ーアウエイチツプ１２が製作された。次に、このスローアウエイチツプ１２を用い
て、巾50mm、長さ400mmの10％SiAl合金鋳物を長
手方向にフライス切削した。このときの切削条件
は、切削速度Ｖ＝500m/min、切込みｄ＝0.5mm、
テーブル送りＦ＝200mm/revで水溶性の切削油を
使用した。この結果、本発明品では、800パス以上の切削
が可能であつたのに対し、Al又はAl合金をダイ
ヤモンド結晶粒に被覆していない比較品では、
800パスで切削不能になつた。そして、第三群の成分については、第一群に対
する上限が第一群：第三群の成分割合において後
述する実施例３のNo.５、No.６と同様１：３まで有
効であることを確認した。実施例２ダイヤモンド結晶粒は、平均粒径6μｍであり、
これをスパツタリング装置内で振動させながら
Alを２％被覆した。そして、組成的には、Alを
コーテイングしたダイヤモンド結晶粒を88％と
し、残りの結合材については、第一群から1μｍ
のＷを２％、3μｍのNbを３％、第二群から1μｍ
のWCを２％、第三群から3μｍのCoを５％選択し
た。これは、特に第二群の成分機能を確認するた
めに実験したものである。したがつて、第二群の
成分は、第一群の成分および第三群に対して、下
限を決定できるよう配慮した。そして、これらの混合粉末は、実施例１と同様
の工程を経て超高圧高温発生装置の圧力室内に保
持された後、６万気圧、1400℃、20分の条件で焼
結した。得られた焼結体１は、第１図のようなものであ
り、これをクランプホルダーに組込み、黄銅から
なる被削材を旋削した。このときの切削条件は、
切削速度Ｖ＝300m/min、送りｆ＝0.12mm/rev、
切込みｄ＝0.2mmであり、逃げ面の摩耗巾が0.2mm
に達するまで、70分間切削した。これに対し、比較の従来品（ダイヤ90％＋
Co10％からなる高硬度焼結体）は、40分切削後
にチツピングを起こした。そして、実施例２の結果およびその他の実験結
果から、第二群の成分は、第一群：第二群の下限
については、３：１の成分比率まで適用できるこ
とを確認した。なお、実施例１および実施例２に使用した焼結
体１，１１の摩耗後の再研削については、粗研削
で140〜170メツシユ、仕上げ研削で800メツシユ
のダイヤモンド砥石を使用した後、すくい面を
5μｍのダイヤモンドでラツプ仕上げした。これ
に対し、比較の従来品は、粗研削で刃先にチツピ
ングを起こしたため、400メツシユで研削代を少
なくして長時間研削しなければならなかつた。さらに、ダイヤモンド結晶粒の表面に、Al又
はAl合金からなる被覆層を有する原料に対し、
その表面に第一群成分であるＷ、Mo、Nb、Ta
およびTiの一種又は二種以上を二重に被覆した
ものについて適用してみたが、結合材との濡れが
よく良好な結果が得られた。実施例３実施例３は、ダイヤモンド結晶粒の容量％を変
化させるとともに、結合材組成を変化させたもの
である。そして、これらの配合組成、切削試験等
については、第１表にそれぞれ示されている。すなわち、No.１およびNo.３については、第一
群：第二群の成分割合の関係では、第二群の第一
群に対する上限を決定するため設定した。なお、
第一群の第二群に対する上限については、実施例
２で３：１の関係を得ているものである。また、No.２については、第一群：第三群の成分
比率の関係では、第三群に対する第一群の上限を
決定するため、またNo.４〜No.６については、第一
群に対る第三群の上限を決定するため設定した。

【表】

【表】加した高硬度焼結体。
切削試験は、従来品（ダイヤ90容量％＋Co10
容量％）との比較で行なつたが第１表でみられる
ようにいずれも本発明品がすぐれていた。これ
は、主として結合材組成によるものである。また、研削性については、Al又はAl合金を被
覆した本発明品に対し、比較品は、ダイヤモンド
結晶粒および結合材の配合組成をそれぞれ等しく
し、これにAl又はAl合金を被覆量と同量粉末状
態で添加したものである。この結果、研削比にお
いて、本発明品が比較品に対して明らかにすぐれ
ていた。この場合、研削比は、焼結体の摩耗量を
砥石の摩耗量で除した値であり、研削条件は
＃400のダイヤモンドカツプホイール（φ150mm）
を使用して、本発明品および比較品に対して50
Kg／cm²の圧力で押付け、５時間端面研削したとき
を設定したものである。以上の切削試験、研削性試験および実施例１〜
実施例２から以下のように第一群〜第三群の関係
が得られた。第一群：第二群＝１：12〜３：１第一群：第三群＝１：３〜２：１第一群：第二群：第三群＝１：12：３〜６：
２：３すなわち、第一群：第二群の成分比率について
は、１：12は、実施例３のNo.３を根拠とし、３：
１は、実施例２を根拠とする。また、第一群：第
三群の成分比率については、１：３は、実施例３
のNo.４〜No.６、２：１は、実施例３のNo.２を根拠
とするものである。さらに、第一群〜第三群間の
関係については、前述した成分比率を計算により
求めたものである。そして、これら第一群〜第三
群の成分については、上記の前述した範囲内では
前述した機能および役割によつて切削性および研
削性において有効であることが確認された。本発明は、以上説明したように超高圧高温付与
により得られる切削用の高硬度焼結体についてダ
イヤモンド結晶粒の保持手段、結合材を選択する
ことにより、ダイヤモンド結晶粒の粒成長を抑
え、かつ結合材との結合強度、靭性、耐摩耗性を
維持したまゝ、研削性および切削性を良好にした
ものであるから、その適用範囲が拡大されるとい
う利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明切削用の高硬度焼結体におけ
る一実施例を示す斜視図、第２図は、変形例を示
す斜視図、第３図は、スローアウエイチツプに適
用した斜視図である。１，１１……ダイヤモンド焼結体、１０……支
持部材。

Claims

【特許請求の範囲】１ダイヤモンド結晶粒が50〜95容量％で、残部
を結合材とした切削用の高硬度焼結体において、前記ダイヤモンド結晶粒は、その表面に予め被
覆されたAl又はWAl、TiAlからなる被覆層を有
するとともに、この被覆層は、ダイヤモンド結晶
粒に対し0.5〜５容量％の範囲内で被覆され、し
かも焼結後に残存することによつて隣接するダイ
ヤモンド結晶粒同士を直接結合させないようにな
つており、また、前記結合材は、Ｗ、Mo、Nb、Taおよ
びTiの一種又は二種以上からなる第一群、この
第一群の金属又は合金の炭化物からなる第二群お
よびCo、Niの一種または二種からなる第三群か
ら少なくとも一種以上が含まれるようになつてい
るとともに、第一群：第二群：第三群間の関係で
は、１：12：３〜６：２：３の成分比率になるこ
とを特徴とする切削用の高硬度焼結体。