JPH0225870B2 - - Google Patents
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- JPH0225870B2 JPH0225870B2 JP57188528A JP18852882A JPH0225870B2 JP H0225870 B2 JPH0225870 B2 JP H0225870B2 JP 57188528 A JP57188528 A JP 57188528A JP 18852882 A JP18852882 A JP 18852882A JP H0225870 B2 JPH0225870 B2 JP H0225870B2
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Description
本発明は、高硬度、耐摩耗性、靭性、耐熱性及
び耐食性に優れ、一般の鋼及び鋳鉄から難削材で
ある焼入れ合金鋼、浸炭材、ステンレス鋼及び高
ニツケル合金等の切削工具並びに軸受、ワークレ
スト及び線引きダイス等の耐摩耗工具に適した高
密度相窒化硼素焼結体及びその製造方法に関す
る。 従来の高密度相窒化硼素焼結体は、高密度相窒
化硼素と結合相とから成る焼結体として判断した
とき、結合相によつて大別すると第１に結合相が
金属又は合金から成つているもの、第２に結合相
が単一化合物又は複合化合物から成つているも
の、第３に結合相が金属又は合金と単一化合物又
は複合化合物とから成つているものとの３種類が
ある。この内第１の結合相から成る焼結体は、結
合相の硬度が低く高温では更に軟化し易いために
難削材等の熱発生を伴う被削材を切削するときに
は極端に耐摩耗性が劣ると云う欠点が有り、第２
の結合相から成る焼結体は、結合相の硬度が高く
高温での硬度低下も少ないのに対し靭性が低く断
続的切削条件で使用するとチツピング又は欠損等
を起し易いと云う欠点が有り、第３の結合相から
成る焼結体は、結合相中の金属又は合金の量が多
くなると硬度が低く高温では更に軟化し易く、結
合相中の単一化合物又は複合化合物の量が多くな
ると硬度が高く靭性が低下し、単に第１と第２の
中間的特性に有ると云う問題点がある。 本発明は、上述のような従来の欠点及び問題点
を除去し、高硬度、耐熱性、耐食性及び高温強度
に優れしかも耐摩耗性及び靭性を共に高めた高密
度相窒化硼素焼結体及びその製造方法である。即
ち本発明の高密度相窒化硼素焼結体は、40〜80体
積％のCBNおよび／またはWBNと20〜60体積％
の結合相と不可避不純物から成る焼結体で、この
結合相が焼結体全体の体積比で２〜40％の（Ti、
Ｗ、Ta）CN又は（Ti、Ｗ、Ta、Nb）CNのB1
型固溶体と６〜40％のMNおよび／またはMNC
（但し、Ｍは4a族遷移金属の１種以上を示す。）
と１〜20％のAl、Si、Ti、Zr、Hfの２種以上か
ら成る金属間化合物および／またはAl、Si、Ti、
Zr、Hfの１種以上の硼化物又は硼窒化物と0.1〜
20％の粒界析出したWCを含有している焼結体で
ある。このような結合相を有する高密度相窒化硼
素焼結体は、焼結過程において粒界析出したWC
がCBNおよび／またはWBNと結合相中の他の化
合物との各粒子表面に微細WC粒子として析出し
ているためにCBNおよび／またはWBNと結合相
との結合強度を高めていると共に結合相内の各粒
子間の結合強度も高めると云つた焼結体内の各粒
子間の結合媒介的作用を持つていると考えられる
ことから焼結体の靭性及び強度が著しく向上し、
又粒界析出したWCが微細粒子であるために硬さ
も高く、結合相中のB1型固溶体と他化合物の高
い硬度と共に耐摩耗性の向上にも寄与し、更に
WC粒子の析出反応に伴つて生じた金属間化合物
および／または4a族遷移金属硼化物又は硼窒化
物が高温における耐摩耗性を高め、特に4a族遷
移金属硼化物又は硼窒化物が高温における耐摩耗
性の向上に寄与している高密度相窒化硼素焼結体
である。しかも、この焼結体の出発原料を超硬合
金又はサーメツトの塊体の少なくとも一面に接触
させて高温高圧下で焼結すると焼結体中の各粒子
表面に析出したWCが超硬合金又はサーメツト中
の鉄族金属との良好な濡れ性と超硬合金又はサー
メツト中の炭化物を主体とした他化合物との表面
拡散の容易性から本発明の焼結体と超硬合金又は
サーメツトの塊体が緻密で強固に固着結合する高
密度相窒化硼素焼結体である。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法
は、出発原料として40〜80体積％のCBNおよ
び／またはWBNと２〜40体積％の第１図に表わ
すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内にあるB1型炭化物固溶体
（但し、TaCに対して30％以下はNbCで置換して
も焼結体の特性が変らないので良い。） Ａは、40モル％TiC−50モル％WC−10モル％
TaC Ｂは、55モル％TiC−35モル％WC−10モル％
TaC Ｃは、40モル％TiC−20モル％WC−40モル％
TaC Ｄは、25モル％TiC−35モル％WC−40モル％
TaC と６〜40体積％の4a族遷移金属の窒化物及び複
合窒化物固溶体の１種以上と１〜20体積％のAl、
Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属および／また
は合金とを混合粉砕後、圧力40〜60Kb、温度
1200〜1500℃の高温高圧下で焼結することが望ま
しい。このような高密度相窒化硼素焼結体の製造
方法において、B1型炭化物固溶体の出発原料と
しては、（Ti、Ｗ）ＣとTaCとの形態で添加する
ことも考えられるが焼結過程中昇温されるに従つ
て各化合物元素の再配列とWCの析出が進行する
段階でガス発生量が多くなり、各粒子間の接触が
減少して相互拡散が起りにくゝなるためにWCの
析出が困難になることから本発明の高密度相窒化
硼素焼結体の製造方法のようにB1型炭化物固溶
体の出発原料は（Ti、Ｗ、Ta）Ｃ又は（Ti、
Ｗ、Ta、Nb）Ｃの形態で添加する方法が望まし
い。又、出発原料としてのWCを固溶体化合物と
してでなく単一化合物で添加した場合は、焼結過
程中の各元素の再配列に伴なう固溶体化の段階で
一層ガス発生量が多くなり、緻密な焼結体を得る
ことが困難になると共に焼結体中の固溶体化合物
が不均一になるのと微細WCが存在しないために
焼結体の靭性及び強度が特に劣る傾向になる。焼
結体中に微細WCを存在さるために仮りに0.1μｍ
以下の微細WCを出発原料として使用してもWC
に吸着する酸素量が多くなるために焼結過程中に
発生するガス量が多くなつて焼結体の緻密化が阻
害される傾向になる。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法に
おいて、金属又は合金の内Ti、Zr、Hfの出発原
料として水素化チタン、水素化ジルコニウム、水
素化ハフニウムの形態で添加して900〜1100℃の
温度、10-3mmHgよりも高真空度で熱処理をする
と出発原料として使用した他の各種微粉末に吸着
している酸素及び吸着水分を除去できる。このよ
うに微粉末に吸着した酸素及び吸着水分を除去し
た後高温高圧下で焼結するとガスの発生量が少な
く緻密で高強度な焼結体が得られる。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法の
ように出発原料がCBNおよび／またはWBNと
WCを析出する原料である（Ti、Ｗ、Ta）Ｃ又
は（Ti、Ｗ、Ta、Nb）ＣのB1型炭化物固溶体
とこのB1型炭化物固溶体に侵入拡散してWCの析
出に寄与する4a族遷移金属の窒化物及び複合窒
化物固溶体の１種以上と焼結過程で焼結助剤的作
用をするAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属
又は合金とを混合粉砕してCBNおよび／または
WBNの安定領域である高温高圧下で焼結すると
CBNおよび／またはWBNとB1型炭化物固溶体
と4a族遷移金属の窒化物系化合物とに対して濡
れ性の良好なAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の
金属又は合金が塑性流動して各粒子を取り囲む形
で進行し、各粒子の粒子成長を抑制すると共にこ
れらのAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属又
は合金がB1型炭化物固溶体と4a族金属の窒化物
系化合物との各粒子の表面拡散を促進させるため
に、これらの金属又は合金を媒介としてB1型炭
化物固溶体のＷと4a族金属を主とした拡散移動
と共に侵入型元素である窒素及び炭素の拡散移動
が激しくなり、B1型炭化物固溶体内に主として
窒素元素が侵入拡散することによつてB1型炭化
物中のWCが微細な粒子として粒界析出してくる
と考えられる。又、焼結助剤的な作用とWCの粒
界析出の促進的作用をするAl、Si、Ti、Zr、Hf
は、焼結が進行するに従つてCBNおよび／また
はWBNとも反応して焼結後は硼化物および／ま
たは硼窒化物として存在し、一部未反応として残
つた金属又は合金が金属間化合物として存在する
ようになると考えられる。 こゝで本発明の高密度相窒化硼素焼結体で数値
限定した理由について述べる。 (a) CBNおよび／またはWBNの量 CBNおよび／またはWBNが40体積％未満で
は、高硬度なCBNおよび／またはWBNの効果
が弱く、耐摩耗性が低くなり過ぎ、80体積％を
越えて多くなると強度が低くなり過ぎて難削材
等の断続的切削条件で使用し難くなるために
CBNおよび／またはWBNの量は40〜80体積％
に決めた。 (b) B1型固溶体の量 B1型固溶体量が２体積％未満ではWCの粒界
析出が殆んど生じなく、40体積％を越えて多く
なると相対的に他の成分量が少なくなるが特に
CBNおよび／またはWBN量と4a族遷移金属
化合物量が少なくなることから耐摩耗性の低下
が生じる。このためにB1型固溶体量は、２〜
40体積％と決めた。 又出発原料におけるB1型固溶体量を第１図
のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点を取り囲んだ所に限定
した理由は、Ａ，Ｄ線を外れたWCの多い側で
はWCの析出量が多くなり過ぎるのと出発原料
として使用するときに完全な固溶体が出来難い
ためであり、Ａ，Ｂ線を外れたTaCの少ない
側では焼結体としての耐熱性及び高温での強度
低下となり、Ｂ，Ｃ線を外れたTiCの多い側で
はWCが析出し難くなり、Ｃ，Ｄ線を外れた
TaCの多い側では価格が高くなると共に焼結
体の硬さが低下傾向になるために出発原料の
B1型固溶体は第１図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内に決
めた。 (c) 4a族遷移金属の窒化物および／または炭窒
化物の量 4a族遷移金属の窒化物および／または炭窒
化物の量が６体積％未満ではB1型固溶体の中
からWCを析出させる作用が弱く、40体積％を
越えて多くなると相対的に他の成分量が少なく
なるが特にB1型固溶体と焼結過程で焼結助剤
的作用とWC析出の促進的作用に寄与している
と考えられるAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上
の金属又は合金の量が少なくなるのと焼結体の
緻密化とWCの析出に支障が生じることから4a
族遷移金属の窒化物および／または炭窒化物の
量は６〜40体積％と決めた。 (d) Al、Si、Ti、Zr、Hfの２種以上から成る金
属間化合物および／またはAl、Si、Ti、Zr、
Hfの１種以上の硼化物又は硼窒化物の量 上記の量が１体積％未満では、焼結体の緻密
化に支障を生じ、20体積％を越えて多くなると
金属間化合物が多くなり過ぎて硬さが低下し耐
摩耗性が劣るために上記量は１〜20体積％と決
めた。 (e) WCの粒界析出量 WCの粒界析出量が0.1体積％未満では0.1μｍ
以下の非常に微細なWCであつてもWC粒子の
数が少な過ぎて特に、靭性及び強度低下とな
り、20体積％を越えて多くなるとWC粒子を析
出させるのが困難になるためにWCの粒界析出
量は0.1〜20体積％に決めた。 本発明は、ガードル型、ベルト型等の超高圧装
置を使用して焼結することができる。 次に、本発明の高密度相窒化硼素焼結体及びそ
の製造方法を実施例に従つて詳細に説明する。 実施例 １ 平均粒度3μｍのCBNを60％と平均粒度3μｍの
（40％Ti−40％Ｗ−15％Ta−５％Nb）Ｃの炭化
物固溶体を20％と平均粒度1.5μｍのTiNを15％と
900℃で熱処理した15μｍ以下の70％Al−30％Ti
合金粉末を５％から成る混合粉末を外径16mm、高
さ1.5mmに型押成型した。これをMo製容器内の超
硬合金塊体の一面に接触させて設置し、真空度
10-4mmHg、温度800℃で脱ガスした後、ベルト型
高圧装置に装入し、圧力50Kb、温度1450℃で20
分間保持して焼結した。こうして得た焼結体を放
電切断し、超硬合金の先端にロウ付けして
SNP432チツプに仕上げた。この本発明の高密度
相窒化硼素焼結体がロウ付けされたSNP432と市
販のCBN系高圧焼結体がロウ付けされたSNP432
を比較して下記の旋削条件によつて切削し、平均
逃げ面摩耗量を測定した結果、本発明品は平均で
VB＝0.15mmに対し市販品は平均でVB＝0.18mmと本
発明品が耐摩耗性で優れていることが確認でき
た。しかも繰り返し同一試験を行つた結果のバラ
ツキ程度でも本発明品がバラツキ範囲が狭く安定
していることが確認できた。 旋削条件 被削材 SKD−11（HRc62） 切削速度 90ｍ／min 切り込み 0.5mm 送 り 0.1mm／rev 切削時間 20分 切削油 エマルカツトNo.10 本発明の高密度相窒化硼素焼結体をＸ線解析し
た結果、CBNとTiNCとTiB2とAl3Tiと（Ti、
Ｗ、Ta、Nb）CNと考えられるピークと析出し
たWCのピークが確認できた。又顕微鏡組織観察
からも析出したWCが確認できた。 実施例 ２ 平均粒度1μｍ、1.5μｍ、3μｍの各CBNと第１
表に示した平均粒度１〜4μｍの炭化物固溶体及
び窒化物化合物と平均粒度５〜15μｍの金属の各
粉末を使用して第１表の組成に配合し、実施例１
と同一製造方法によつて焼結した本発明の焼結体
をＸ線解析した結果、各試料共CBNのピークの
他にB1型炭窒化物固溶体と4a族遷移金属の窒化
物又は窒炭化物と窒化アルミニウム、4a族遷移
金属の硼化物又は硼窒化物、及びTi−Al、Ti−
Si、Zr−Al、Hf−Alから成る金属間化合のピー
クが確認でき、更に各試料にWCのピークが確認
できた。各試料に析出したWCについては、顕微
鏡組織観察からも再確認した。これら本発明の焼
結体の内、試料No.１、２、３、４、５、６と第２
表に示した配合組成のものを同一製造方法で焼結
した本発明を外れた焼結体の内、試料No.９、10を
それぞれ実施例１と同様にしてSNP432のチツプ
に仕上げ、更に市販のCBN系焼結体も比較に加
えて下記の切削条件によつて切削試験を行ない、
その結果を第３表に示した。
び耐食性に優れ、一般の鋼及び鋳鉄から難削材で
ある焼入れ合金鋼、浸炭材、ステンレス鋼及び高
ニツケル合金等の切削工具並びに軸受、ワークレ
スト及び線引きダイス等の耐摩耗工具に適した高
密度相窒化硼素焼結体及びその製造方法に関す
る。 従来の高密度相窒化硼素焼結体は、高密度相窒
化硼素と結合相とから成る焼結体として判断した
とき、結合相によつて大別すると第１に結合相が
金属又は合金から成つているもの、第２に結合相
が単一化合物又は複合化合物から成つているも
の、第３に結合相が金属又は合金と単一化合物又
は複合化合物とから成つているものとの３種類が
ある。この内第１の結合相から成る焼結体は、結
合相の硬度が低く高温では更に軟化し易いために
難削材等の熱発生を伴う被削材を切削するときに
は極端に耐摩耗性が劣ると云う欠点が有り、第２
の結合相から成る焼結体は、結合相の硬度が高く
高温での硬度低下も少ないのに対し靭性が低く断
続的切削条件で使用するとチツピング又は欠損等
を起し易いと云う欠点が有り、第３の結合相から
成る焼結体は、結合相中の金属又は合金の量が多
くなると硬度が低く高温では更に軟化し易く、結
合相中の単一化合物又は複合化合物の量が多くな
ると硬度が高く靭性が低下し、単に第１と第２の
中間的特性に有ると云う問題点がある。 本発明は、上述のような従来の欠点及び問題点
を除去し、高硬度、耐熱性、耐食性及び高温強度
に優れしかも耐摩耗性及び靭性を共に高めた高密
度相窒化硼素焼結体及びその製造方法である。即
ち本発明の高密度相窒化硼素焼結体は、40〜80体
積％のCBNおよび／またはWBNと20〜60体積％
の結合相と不可避不純物から成る焼結体で、この
結合相が焼結体全体の体積比で２〜40％の（Ti、
Ｗ、Ta）CN又は（Ti、Ｗ、Ta、Nb）CNのB1
型固溶体と６〜40％のMNおよび／またはMNC
（但し、Ｍは4a族遷移金属の１種以上を示す。）
と１〜20％のAl、Si、Ti、Zr、Hfの２種以上か
ら成る金属間化合物および／またはAl、Si、Ti、
Zr、Hfの１種以上の硼化物又は硼窒化物と0.1〜
20％の粒界析出したWCを含有している焼結体で
ある。このような結合相を有する高密度相窒化硼
素焼結体は、焼結過程において粒界析出したWC
がCBNおよび／またはWBNと結合相中の他の化
合物との各粒子表面に微細WC粒子として析出し
ているためにCBNおよび／またはWBNと結合相
との結合強度を高めていると共に結合相内の各粒
子間の結合強度も高めると云つた焼結体内の各粒
子間の結合媒介的作用を持つていると考えられる
ことから焼結体の靭性及び強度が著しく向上し、
又粒界析出したWCが微細粒子であるために硬さ
も高く、結合相中のB1型固溶体と他化合物の高
い硬度と共に耐摩耗性の向上にも寄与し、更に
WC粒子の析出反応に伴つて生じた金属間化合物
および／または4a族遷移金属硼化物又は硼窒化
物が高温における耐摩耗性を高め、特に4a族遷
移金属硼化物又は硼窒化物が高温における耐摩耗
性の向上に寄与している高密度相窒化硼素焼結体
である。しかも、この焼結体の出発原料を超硬合
金又はサーメツトの塊体の少なくとも一面に接触
させて高温高圧下で焼結すると焼結体中の各粒子
表面に析出したWCが超硬合金又はサーメツト中
の鉄族金属との良好な濡れ性と超硬合金又はサー
メツト中の炭化物を主体とした他化合物との表面
拡散の容易性から本発明の焼結体と超硬合金又は
サーメツトの塊体が緻密で強固に固着結合する高
密度相窒化硼素焼結体である。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法
は、出発原料として40〜80体積％のCBNおよ
び／またはWBNと２〜40体積％の第１図に表わ
すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内にあるB1型炭化物固溶体
（但し、TaCに対して30％以下はNbCで置換して
も焼結体の特性が変らないので良い。） Ａは、40モル％TiC−50モル％WC−10モル％
TaC Ｂは、55モル％TiC−35モル％WC−10モル％
TaC Ｃは、40モル％TiC−20モル％WC−40モル％
TaC Ｄは、25モル％TiC−35モル％WC−40モル％
TaC と６〜40体積％の4a族遷移金属の窒化物及び複
合窒化物固溶体の１種以上と１〜20体積％のAl、
Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属および／また
は合金とを混合粉砕後、圧力40〜60Kb、温度
1200〜1500℃の高温高圧下で焼結することが望ま
しい。このような高密度相窒化硼素焼結体の製造
方法において、B1型炭化物固溶体の出発原料と
しては、（Ti、Ｗ）ＣとTaCとの形態で添加する
ことも考えられるが焼結過程中昇温されるに従つ
て各化合物元素の再配列とWCの析出が進行する
段階でガス発生量が多くなり、各粒子間の接触が
減少して相互拡散が起りにくゝなるためにWCの
析出が困難になることから本発明の高密度相窒化
硼素焼結体の製造方法のようにB1型炭化物固溶
体の出発原料は（Ti、Ｗ、Ta）Ｃ又は（Ti、
Ｗ、Ta、Nb）Ｃの形態で添加する方法が望まし
い。又、出発原料としてのWCを固溶体化合物と
してでなく単一化合物で添加した場合は、焼結過
程中の各元素の再配列に伴なう固溶体化の段階で
一層ガス発生量が多くなり、緻密な焼結体を得る
ことが困難になると共に焼結体中の固溶体化合物
が不均一になるのと微細WCが存在しないために
焼結体の靭性及び強度が特に劣る傾向になる。焼
結体中に微細WCを存在さるために仮りに0.1μｍ
以下の微細WCを出発原料として使用してもWC
に吸着する酸素量が多くなるために焼結過程中に
発生するガス量が多くなつて焼結体の緻密化が阻
害される傾向になる。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法に
おいて、金属又は合金の内Ti、Zr、Hfの出発原
料として水素化チタン、水素化ジルコニウム、水
素化ハフニウムの形態で添加して900〜1100℃の
温度、10-3mmHgよりも高真空度で熱処理をする
と出発原料として使用した他の各種微粉末に吸着
している酸素及び吸着水分を除去できる。このよ
うに微粉末に吸着した酸素及び吸着水分を除去し
た後高温高圧下で焼結するとガスの発生量が少な
く緻密で高強度な焼結体が得られる。 本発明の高密度相窒化硼素焼結体の製造方法の
ように出発原料がCBNおよび／またはWBNと
WCを析出する原料である（Ti、Ｗ、Ta）Ｃ又
は（Ti、Ｗ、Ta、Nb）ＣのB1型炭化物固溶体
とこのB1型炭化物固溶体に侵入拡散してWCの析
出に寄与する4a族遷移金属の窒化物及び複合窒
化物固溶体の１種以上と焼結過程で焼結助剤的作
用をするAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属
又は合金とを混合粉砕してCBNおよび／または
WBNの安定領域である高温高圧下で焼結すると
CBNおよび／またはWBNとB1型炭化物固溶体
と4a族遷移金属の窒化物系化合物とに対して濡
れ性の良好なAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の
金属又は合金が塑性流動して各粒子を取り囲む形
で進行し、各粒子の粒子成長を抑制すると共にこ
れらのAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属又
は合金がB1型炭化物固溶体と4a族金属の窒化物
系化合物との各粒子の表面拡散を促進させるため
に、これらの金属又は合金を媒介としてB1型炭
化物固溶体のＷと4a族金属を主とした拡散移動
と共に侵入型元素である窒素及び炭素の拡散移動
が激しくなり、B1型炭化物固溶体内に主として
窒素元素が侵入拡散することによつてB1型炭化
物中のWCが微細な粒子として粒界析出してくる
と考えられる。又、焼結助剤的な作用とWCの粒
界析出の促進的作用をするAl、Si、Ti、Zr、Hf
は、焼結が進行するに従つてCBNおよび／また
はWBNとも反応して焼結後は硼化物および／ま
たは硼窒化物として存在し、一部未反応として残
つた金属又は合金が金属間化合物として存在する
ようになると考えられる。 こゝで本発明の高密度相窒化硼素焼結体で数値
限定した理由について述べる。 (a) CBNおよび／またはWBNの量 CBNおよび／またはWBNが40体積％未満で
は、高硬度なCBNおよび／またはWBNの効果
が弱く、耐摩耗性が低くなり過ぎ、80体積％を
越えて多くなると強度が低くなり過ぎて難削材
等の断続的切削条件で使用し難くなるために
CBNおよび／またはWBNの量は40〜80体積％
に決めた。 (b) B1型固溶体の量 B1型固溶体量が２体積％未満ではWCの粒界
析出が殆んど生じなく、40体積％を越えて多く
なると相対的に他の成分量が少なくなるが特に
CBNおよび／またはWBN量と4a族遷移金属
化合物量が少なくなることから耐摩耗性の低下
が生じる。このためにB1型固溶体量は、２〜
40体積％と決めた。 又出発原料におけるB1型固溶体量を第１図
のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの各点を取り囲んだ所に限定
した理由は、Ａ，Ｄ線を外れたWCの多い側で
はWCの析出量が多くなり過ぎるのと出発原料
として使用するときに完全な固溶体が出来難い
ためであり、Ａ，Ｂ線を外れたTaCの少ない
側では焼結体としての耐熱性及び高温での強度
低下となり、Ｂ，Ｃ線を外れたTiCの多い側で
はWCが析出し難くなり、Ｃ，Ｄ線を外れた
TaCの多い側では価格が高くなると共に焼結
体の硬さが低下傾向になるために出発原料の
B1型固溶体は第１図のＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内に決
めた。 (c) 4a族遷移金属の窒化物および／または炭窒
化物の量 4a族遷移金属の窒化物および／または炭窒
化物の量が６体積％未満ではB1型固溶体の中
からWCを析出させる作用が弱く、40体積％を
越えて多くなると相対的に他の成分量が少なく
なるが特にB1型固溶体と焼結過程で焼結助剤
的作用とWC析出の促進的作用に寄与している
と考えられるAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上
の金属又は合金の量が少なくなるのと焼結体の
緻密化とWCの析出に支障が生じることから4a
族遷移金属の窒化物および／または炭窒化物の
量は６〜40体積％と決めた。 (d) Al、Si、Ti、Zr、Hfの２種以上から成る金
属間化合物および／またはAl、Si、Ti、Zr、
Hfの１種以上の硼化物又は硼窒化物の量 上記の量が１体積％未満では、焼結体の緻密
化に支障を生じ、20体積％を越えて多くなると
金属間化合物が多くなり過ぎて硬さが低下し耐
摩耗性が劣るために上記量は１〜20体積％と決
めた。 (e) WCの粒界析出量 WCの粒界析出量が0.1体積％未満では0.1μｍ
以下の非常に微細なWCであつてもWC粒子の
数が少な過ぎて特に、靭性及び強度低下とな
り、20体積％を越えて多くなるとWC粒子を析
出させるのが困難になるためにWCの粒界析出
量は0.1〜20体積％に決めた。 本発明は、ガードル型、ベルト型等の超高圧装
置を使用して焼結することができる。 次に、本発明の高密度相窒化硼素焼結体及びそ
の製造方法を実施例に従つて詳細に説明する。 実施例 １ 平均粒度3μｍのCBNを60％と平均粒度3μｍの
（40％Ti−40％Ｗ−15％Ta−５％Nb）Ｃの炭化
物固溶体を20％と平均粒度1.5μｍのTiNを15％と
900℃で熱処理した15μｍ以下の70％Al−30％Ti
合金粉末を５％から成る混合粉末を外径16mm、高
さ1.5mmに型押成型した。これをMo製容器内の超
硬合金塊体の一面に接触させて設置し、真空度
10-4mmHg、温度800℃で脱ガスした後、ベルト型
高圧装置に装入し、圧力50Kb、温度1450℃で20
分間保持して焼結した。こうして得た焼結体を放
電切断し、超硬合金の先端にロウ付けして
SNP432チツプに仕上げた。この本発明の高密度
相窒化硼素焼結体がロウ付けされたSNP432と市
販のCBN系高圧焼結体がロウ付けされたSNP432
を比較して下記の旋削条件によつて切削し、平均
逃げ面摩耗量を測定した結果、本発明品は平均で
VB＝0.15mmに対し市販品は平均でVB＝0.18mmと本
発明品が耐摩耗性で優れていることが確認でき
た。しかも繰り返し同一試験を行つた結果のバラ
ツキ程度でも本発明品がバラツキ範囲が狭く安定
していることが確認できた。 旋削条件 被削材 SKD−11（HRc62） 切削速度 90ｍ／min 切り込み 0.5mm 送 り 0.1mm／rev 切削時間 20分 切削油 エマルカツトNo.10 本発明の高密度相窒化硼素焼結体をＸ線解析し
た結果、CBNとTiNCとTiB2とAl3Tiと（Ti、
Ｗ、Ta、Nb）CNと考えられるピークと析出し
たWCのピークが確認できた。又顕微鏡組織観察
からも析出したWCが確認できた。 実施例 ２ 平均粒度1μｍ、1.5μｍ、3μｍの各CBNと第１
表に示した平均粒度１〜4μｍの炭化物固溶体及
び窒化物化合物と平均粒度５〜15μｍの金属の各
粉末を使用して第１表の組成に配合し、実施例１
と同一製造方法によつて焼結した本発明の焼結体
をＸ線解析した結果、各試料共CBNのピークの
他にB1型炭窒化物固溶体と4a族遷移金属の窒化
物又は窒炭化物と窒化アルミニウム、4a族遷移
金属の硼化物又は硼窒化物、及びTi−Al、Ti−
Si、Zr−Al、Hf−Alから成る金属間化合のピー
クが確認でき、更に各試料にWCのピークが確認
できた。各試料に析出したWCについては、顕微
鏡組織観察からも再確認した。これら本発明の焼
結体の内、試料No.１、２、３、４、５、６と第２
表に示した配合組成のものを同一製造方法で焼結
した本発明を外れた焼結体の内、試料No.９、10を
それぞれ実施例１と同様にしてSNP432のチツプ
に仕上げ、更に市販のCBN系焼結体も比較に加
えて下記の切削条件によつて切削試験を行ない、
その結果を第３表に示した。
【表】
【表】
切削試験条件
Ａ 旋削試験条件
被削材 SNCM−８（HRc58〜60）
切削速度 90ｍ／min
切り込み 0.3mm
送り速度 0.15mm／rev
Ｂ 断続旋削条件
被削材 SCM−３（HRc58〜62）
50φの端面に８mm巾のスロツト２本入つた端
面を断続旋削。 切削速度 100ｍ／min 切り込み 0.15mm 送り速度 0.25mm／rev 切削時間 欠損又はチツピング迄の時間
（min）
面を断続旋削。 切削速度 100ｍ／min 切り込み 0.15mm 送り速度 0.25mm／rev 切削時間 欠損又はチツピング迄の時間
（min）
【表】
【表】
第３表の結果から本発明の焼結体は、Ａの旋削
試験において耐摩耗性が優れており、Ｂの断続旋
削試験における耐欠損性においても従来の焼結体
に比較して著しく優れていることが確認できた。 実施例 ３ 実施例２の第１表で示した試料No.７、８の本発
明の焼結体と第２表で示した試料No.11、12の本発
明から外れた焼結体と市販のCBN系焼結体を比
較に加えて下記の条件で大越式摩耗試験を行つ
た。この結果、本発明の焼結体である試料No.７、
８の摩耗量は、本発明から外れた焼結体である試
料No.11、12及び市販のCBN系焼結体に比較して
約1/2であつた。 大越式摩耗試験条件 ローター摩擦速度 195ｍ／min 初期加圧 ４Kg 最終加圧 19.5Kg 摩擦時間 １時間（水による湿式摩擦） 上記結果から本発明の焼結体である試料No.７と
市販のCBN系焼結体とをクランクシヤフトのワ
ークレストに使用した所、本発明の焼結体は、市
販のCBN系焼結体に比較して約８倍の寿命であ
つた。 実施例 ４ 平均粒度4μのWBNと平均粒度3μのCBNと実
施例２で使用した原料粉末を使用して第４表に示
した組成に配合し、実施例１と同一製造条件及び
同一製造方法によつてTNG332のチツプを作成し
た。これらのチツプを使用して下記の切削条件に
よつて切削試験を行つた結果WBNを使用した本
発明の焼結体も実施例１及び実施例２の結果と略
同様の傾向にあることが確認できた。 切削条件 被削材 SCM−22（HRc43〜61） 切削速度 120ｍ／min 切り込み 0.5mm 送り速度 0.1mm／rev 切削油 エマルカツトNo.10
試験において耐摩耗性が優れており、Ｂの断続旋
削試験における耐欠損性においても従来の焼結体
に比較して著しく優れていることが確認できた。 実施例 ３ 実施例２の第１表で示した試料No.７、８の本発
明の焼結体と第２表で示した試料No.11、12の本発
明から外れた焼結体と市販のCBN系焼結体を比
較に加えて下記の条件で大越式摩耗試験を行つ
た。この結果、本発明の焼結体である試料No.７、
８の摩耗量は、本発明から外れた焼結体である試
料No.11、12及び市販のCBN系焼結体に比較して
約1/2であつた。 大越式摩耗試験条件 ローター摩擦速度 195ｍ／min 初期加圧 ４Kg 最終加圧 19.5Kg 摩擦時間 １時間（水による湿式摩擦） 上記結果から本発明の焼結体である試料No.７と
市販のCBN系焼結体とをクランクシヤフトのワ
ークレストに使用した所、本発明の焼結体は、市
販のCBN系焼結体に比較して約８倍の寿命であ
つた。 実施例 ４ 平均粒度4μのWBNと平均粒度3μのCBNと実
施例２で使用した原料粉末を使用して第４表に示
した組成に配合し、実施例１と同一製造条件及び
同一製造方法によつてTNG332のチツプを作成し
た。これらのチツプを使用して下記の切削条件に
よつて切削試験を行つた結果WBNを使用した本
発明の焼結体も実施例１及び実施例２の結果と略
同様の傾向にあることが確認できた。 切削条件 被削材 SCM−22（HRc43〜61） 切削速度 120ｍ／min 切り込み 0.5mm 送り速度 0.1mm／rev 切削油 エマルカツトNo.10
第１図は、WCとTiCとTaCの３成分系状態図
を示す。 Ａは、40モル％TiC−50モル％WC−10モル％
TaC、Ｂは、55モル％TiC−35モル％WC−10モ
ル％TaC、Ｃは、40モル％TiC−20モル％WC−
40モル％TaC、Ｄは、25モル％TiC−35モル％
WC−40モル％TaC。
を示す。 Ａは、40モル％TiC−50モル％WC−10モル％
TaC、Ｂは、55モル％TiC−35モル％WC−10モ
ル％TaC、Ｃは、40モル％TiC−20モル％WC−
40モル％TaC、Ｄは、25モル％TiC−35モル％
WC−40モル％TaC。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 40〜80体積％のCBNおよび／またはWBNと
20〜60体積％の結合相と不可避不純物から成る焼
結体において、前記結合相は焼結体の体積比で２
〜40％の（Ti、Ｗ、Ta）CN又は（Ti、Ｗ、
Ta、Nb）CNのB1型固溶体と６〜40％のMNお
よび／またはMNC（但し、Ｍは4a族遷移金属の
１種以上を示す。）と１〜20％のAl、Si、Ti、
Zr、Hfの２種以上から成る金属間化合物およ
び／またはAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の硼
化物又は硼窒化物と0.1〜20％の粒界析出したWC
を含有していることを特徴とする高密度相窒化硼
素焼結体。 ２ 超硬合金又はサーメツトに少なくとも一面が
強固に固着結合した焼結体が40〜80体積％の
CBNおよび／またはWBNと20〜60体積％の結合
相と不可避不純物から成り、前記結合相が焼結体
の体積比で２〜40％の（Ti、Ｗ、Ta）CN又は
（Ti、Ｗ、Ta、Nb）CNのB1型固溶体と６〜40
％のMNおよび／またはMNC（但し、Ｍは4a族遷
移金属の１種以上を示す。）と１〜20％のAl、
Si、Ti、Zr、Hfの２種以上から成る金属間化合
物および／またはAl、Si、Ti、Zr、Hfの１種以
上の硼化物又は硼窒化物と0.1〜20％の粒界析出
したWCを含有していることを特徴とする高密度
相窒化硼素焼結体。 ３ 出発原料として40〜80体積％のCBNおよ
び／またはWBNと２〜40体積％の第１図に表わ
すＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄ内にあるB1型炭化物固溶体
（但し、TaCに対して30％以下はNbCで置換可）
と６〜40体積％の4a族遷移金属の窒化物及び複
合窒化物固溶体の１種以上と１〜20体積％のAl、
Si、Ti、Zr、Hfの１種以上の金属および／また
は合金とを混合粉砕後、圧力40〜60Kb、温度
1200〜1500℃の高温高圧下で焼結して前記B1型
炭化物固溶体から0.1〜20体積％のWCを粒界析出
させることを特徴とする高密度相窒化硼素焼結体
の製造方法。 ４ 上記金属および／または合金の内Ti、Zr、
Hfの出発原料が水素化チタン、水素化ジルコニ
ウム、水素化ハフニウムを使用して粉砕混合した
粉末をプレス成形し900〜1100℃の温度10-3mmHg
よりも高真空中で熱処理後、高温高圧下で焼結す
ることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の
高密度相窒化硼素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57188528A JPS5978978A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 高密度相窒化硼素焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57188528A JPS5978978A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 高密度相窒化硼素焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5978978A JPS5978978A (ja) | 1984-05-08 |
| JPH0225870B2 true JPH0225870B2 (ja) | 1990-06-06 |
Family
ID=16225280
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57188528A Granted JPS5978978A (ja) | 1982-10-27 | 1982-10-27 | 高密度相窒化硼素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5978978A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5504519B2 (ja) * | 2010-03-30 | 2014-05-28 | 住友電工ハードメタル株式会社 | 複合焼結体 |
| EP2835195B1 (en) * | 2012-04-03 | 2020-11-18 | Sumitomo Electric Hardmetal Corp. | Sintered cubic boron nitride tool |
| JP6082650B2 (ja) * | 2013-04-26 | 2017-02-15 | 株式会社タンガロイ | 立方晶窒化硼素焼結体および被覆立方晶窒化硼素焼結体 |
-
1982
- 1982-10-27 JP JP57188528A patent/JPS5978978A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5978978A (ja) | 1984-05-08 |
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