JPH03107441A

JPH03107441A - 高硬度工具用焼結体

Info

Publication number: JPH03107441A
Application number: JP1246857A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Goto; 光宏後藤; Tetsuo Nakai; 哲男中井
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 1989-09-21
Filing date: 1989-09-21
Publication date: 1991-05-07
Anticipated expiration: 2013-10-08
Also published as: JP2808725B2

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】〈産業上の利用分野〉この発明は立方晶型窒化硼素（ｃｕｂｉｃ　ＢＮ、以下
ｃＢＮという）を用いた鋳鉄切削に使用する高硬度工具
用焼結体に関するものである。

〈従来の技術〉ｃＢＮを含む高硬度焼結体は種々の切削工具に使用され
ている。

切削工具に適したこの種の焼結体の一例は、特開昭５３
−７７８１１号に開示されている。

即ち、この先行技術には、ｃＢＮを体積％で８０〜４０
％含有し、残部が周期律表り、Ｖ、■８族遷移金属元素
の炭化物、窒化物、硼化物、珪化物もしくはこれらの混
合物または相互固溶体化合物を主体としたものからなり
、この化合物が焼結体組織中で連続した結合相をなすも
のが開示されている。

この高硬度工具用焼結体では、結合化合物として、周期
律表■８、■、■８族遷移金属元素の炭化物、窒化物、
硼化物、珪化物もしくはこれらの相互固溶体化合物が用
いられているが、これらの化合物は高硬度に優れるため
、この焼結体は切削工具として一般的に高い性能を示し
ている。

しかしながら、この焼結体においても、例えば高硬度焼
入鋼の断続切削のような特に厳しい衝撃力が加わる用途
では切削中に刃先が欠損し、その寿命が比較的短いとい
う問題がある。

この刃先の欠損は刃先の強度不足によって生じたり、摩
耗、特にクレータ摩耗が刃先に発生するために生じるも
のである。

このような刃先の強度不足や摩耗を改善した切削工具を
得るための焼結体としては、特開昭６２−２２８４５０
号公報が知られている。

〈発明が解決しようとする課題〉上記した特開昭５３−７７８１１号公報や特開昭６２−
２２８４５０号公報に開示されている高硬度工具用焼結
体が切削工具に用いた場合に一般的に高い性能を示すこ
とは、上記市販品においても確かめられている。

しかしながら、切削工具として用いた場合、その用途に
よっては、なお問題点を有しているのである。

例えば、高強度黒鉛鋳鉄の切削やねずみ鋳鉄の高速切削
加工においては、刃先の摩耗が急激に進行し、その寿命
が短かったり、あるいは刃先にクレータ摩耗が発生して
刃先が欠損するという問題点が依然として残されていた
。

従って、この発明は上記した従来のｃＢＮ焼結体よりも
さらに強度並びに耐摩耗性に優れて鋳鉄の切削用刃先と
して好適な高硬度工具用焼結体を提供することを目的と
するものである。

〈課題を解決するための手段〉本発明者らは上記の目的を達成するために鋭意検討した
結果、６０〜８５容量％のｃＢＮと残部が下記の結合材
よりなる混合粉末なｃＢＮが安定な条件下で超高圧焼結
すれば、従来のｃＢＮ焼結体よりも耐摩耗性に優れた高
硬度工具用焼結体が得られることを見出したのである。

即ち、３〜１５重量％のＭを含み、残部がＴｉＣｚ、（
Ｔｉ、Ｍ）Ｃｚで表わされる化合物（但し、ＭはＴｉを
除く周期律表第１１．、■、■、族遷移金属元素であり
、０．５５≦Ｚ≦０．８　）　１種以上および不可避的
不純物からなる結合材を上記割合でｃＢＮと混合して得
られた混合粉末を超高圧焼結することにより得られた焼
結体である。

〈作用〉この発明の焼結体が強度に優れ、かつ耐摩耗性に優れて
いるのは以下の理由によるものと推測される。

焼結体の強度並びに耐摩耗性を向上するには、ｃＢＮの
含有率が高く、かつｃＢＮと結合材が強固に接合゛し、
さらに焼結後の結合相が耐摩耗性に優れる必要がある。

この発明では結合材中に３〜１５重量％Ｍならびに化学
量論組成より過剰なＴｉ化合物を含有させることにより
高温高圧下での焼結時にＭとＴｉ化合物・がｃＢＮと反
応し、硼化アルミニウムや硼化チタンに変化したり、ア
ルミニウム化合物またはアルミニウムがＴｉの炭化物や
硼化物と反応し、ｃＢＮと結合材、あるいは結合材同志
を強固に接合するものと考えられる。

この発明において、ｃＢＮ含有量を６０〜８５容量％と
するのは、６０容量１／３未満では焼結体中の強度およ
び硬度が低下するためである。また相対的に結合相が多
（なることで、例えば被削材である鋳鉄に含有される高
硬度の黒鉛やマトリックス中のパーライト素地等の高硬
度の部分の切削時に結合相部分の機械的摩耗の進展が早
くなったり、衝撃によるクラックが入りやすくなったり
する。

一方、ｃＢＮ含有量が８５容量％を超えると、ｃＢＮ粒
子同志が殆ど接触し、高強度の被削材や刃先に高圧力が
負荷される断続切削の場合に、粒子同志の接触部にクラ
ックが発生し、焼結体の強度が低下するためである。

また、Ｍの結合材中における含有量は、３〜１５重量％
が好ましい。

Ｍの含有量が３重量％未渦の場合には、ＭとｃＢＮとの
反応が不十分であり、結合材によるｃＢＮ結晶の保持力
が弱くなる。他方、Ｍの含有量が結合材中の１５重量％
を超えると、ｃＢＮと結合材との結合強度が高くなるも
のの、結合材自体の硬度が低下し、耐摩耗性が低下する
ため好ましくない。

即ち、焼結体中の結合相に窒化アルミニウムや硼化アル
ミニウムを多く含有すれば、特開昭６２−２２８４５０
号公報に開示されているように、すぐれた結合強度が得
られてはいるが、耐摩耗性については、Ｍ量を多く含有
することにより生成される上記の窒化アルミニウムや硼
化アルミニウムより耐摩耗性にすぐれるＴｉＣｚ、（Ｔ
ｉ、Ｍ）Ｃｚで表わされるＴｉの化合物の相対的な含有
率が低下して鋳鉄切削等の場合のすぐれた耐摩耗性が十
分に得られない。

このために結合材中のＭ量の最適量として３〜１５重量
％とするものである。

また、Ａ２は上記窒化アルミニウムや硼化アルミニウム
の化合物のほかにも酸化アルミニウムとし。

でも微量の存在がＸ線回折によって確認されたが、この
発明に何ら支障を与えるものではない。

Ｔｉの炭化物ＴｉＣｚ、（Ｔｉ、Ｍ）Ｃｚについては、
遊離ＴｉはＴｉＢｚ等の硼化物を形成し、ｃＢＮと強固
に結合するものと考えられる。

上記ＴｉＣ：ｚ、　（ＴｉＭ）ＣｚにおけるＺの値は０
．５５≦Ｚ≦０．８の範囲内であることが好ましい。

このＺ値が０．５５未満では遊離Ｔｉの量が増え、結合
力は高くなるが、結合材自体の強度および硬度が低下し
、好ましくない。

また、Ｚ値が０．８を超えると結合材自体の硬度は高く
なるが、遊離ＴｉＯ量が不足し、結合力が低下する。

更に、結合材に含まれる周期律表第１１ａ、■、■。

族遷移金属元素の中でＷＣを結合材中に２〜１０重量％
含有することにより、耐摩耗性が向上することが認めら
れた。

さらに、結合材中に鉄族金属元素を１種以上含有させる
ことにより結合材の強度および硬度はさらに高くなり、
焼結体の特性は一層改善される。

これは鉄族金属元素とＴｉＢ２、ＩＲＢ２などの硼化物
とのぬれ性が高いため、焼結体中の硼化物がより強く結
合するためと考えられる。

特に上記ＴｉＣｚ、（ＴｉＭ）Ｃｚにおいて、Ｍとして
Ｗを用いた場合には、結合材の耐摩耗性および強度が改
善され、良好な特性を示すことが解った。

この発明の焼結体では上述のような結合材よりなる結合
相を介してｃＢＮ結晶が相互に接合しており、微粒のｃ
ＢＮが充填されている組織を有する。

一般にｃＢＮ焼結体の摩耗はｃＢＨの耐摩耗性が優れて
いるため、結合材が優先的に摩耗し、ｃＢＮが脱落する
形態をとるものと考えられる。

従って、好ましくはｃＢＮ粒子と結合材の粒子径の比率
が３：１以下のｃＢＮ粒子に対し、微粒の結合材を用い
ることにより結合相が均一に分散していることが好まし
い。

また、ｃＢＮの平均粒度は４　ｇｍを超えると結合相の
大きさが大きくなり、この部分が優先的に摩耗してしま
うため、　４ｐｍ以下であることが好ましい。

更に、１　ｕｍ以下のｃＢＮ粉末を３５〜８０重量％、
３ｇｍ以上６μｍ以下のｃＢＮ粉末を２０〜６５重量％
含有することにより、粗いｃＢＮ粒子の間隙に微粒のｃ
ＢＮ粒子が充填されて組織が均一化され、結合相の優先
的摩耗が回避され、さらに耐摩耗性が向上するのである
。

〈実施例〉以下、実施例によりこの発明の詳細な説明する。

実施例ＩＴｉを含有する炭化物または炭窒化物粉末と、Ｍ粉末と
を混合し、これを超硬合金製ポットおよびボールを用い
て平均粒径０．８μｍ以下の第１表に示す組成を有する
結合材粉末を作製した。

第１表中、試料Ｎ０１１〜８は本実施例の試料を示し、
試料Ｎｏ、　９〜１５は比較例の試料を示す。

尚、比較例においてアンダーラインを引いた数値はこの
発明の組成から外れているものを示す。

第１表上表に示した夫々の結合材粉末と平均粒径が２゜５〜４
．Ｏｌ１ｍのｃＢＮ粉末とを体積比で３２：６ｇとなる
ように混合した。

次に、得られた混合粉末をＭｏ製の容器に挿入し、この
容器を真空炉内で１０−’Ｔｏｒｒの真空度で１０００
℃の温度で２０分間加熱して脱気した。次に、５５Ｋｂ
の圧力ならびに１４００℃の温度で焼結を行なった。

次いで、得られた焼結体をＸ線回折により同定したとこ
ろ、すべての焼結体において、ｃＢＮとＴｉを含む炭化
物または炭窒化物のピークが観察された。上記の物質以
外に、ＴｉＢ２、Ａｉ’Ｂｚ、ＡＪＮとＷの硼化物、炭
化物もしくはＷと思われるピークが認められた。

次に、これらの焼結体の組成を走査型電子顕微鏡で観察
したところ、微細なｃＢＮ粒子は結合相を介して相互に
接合していることが認められた。

次に、上記各焼結体を切削加工用チップに加工し、球状
黒鉛鋳鉄ＦＣＤ４５の被削材を旋削した。切削条件は切
削速度：　３２０ｍ／ｍｉｎ、切込み：０．３ｍｍ、送
り０．１８ｍｍ／ｒｅｖであり、水溶性の切削油剤を用
いて湿式にて３０分の切削を行なった。この結果は第２
表の通りである。

第　　２　　表実施例２ＴｉＣｏ、ｙ　９１重量％、Ｍ粉末９重量％を超硬合金
製ポットおよびボールを用いて混合し、第３表に示す平
均粒径の結合材を作製した。次にこの結合材と第３表に
示す粒径および含有率のｃＢＮ粉末とを配合したのち、
Ｍｏ製の容器に充填し、圧力４５Ｋｂ、　１３００”に
て２０分間焼結を行なった。

次いで、得られた焼結体を切削加工用チップに加工し、
外周の２ケ所に断面Ｕ字状の溝を有する球状黒鉛鋳鉄Ｆ
ＣＤ６５材（硬度Ｈ，＝２４０）の円筒体の被削材を切
削速度：　２５０ｍ／ｍｉｎ、切込み：　０．３ｍｍ、
送り０．１５ｍｍ／ｒｅｖ、水溶性切削油剤使用、の切
削条件で湿式旋削を行なった。

その結果は第３表に示した。

第表比較例〈発明の効果〉以上説明したように、この発明によれば、ｃＢＮに高温
強度に優れるＴｉの炭化物とＭを混合し、超高圧下で焼
結することにより、ｃＢＮを６０〜８５容量％含有し、
Ｔｉの炭化物、炭窒化物や硼化アルミ　４ニウムを含む高硬度工具用焼結体を得ることができ、こ
の焼結体を高強度黒鉛鋳鉄の切削やねずみ鋳鉄の高速切
削に使用する切削加工用チップとして有効である。

また、この発明の焼結体は高硬度であるため、焼入鋼や
耐熱合金の切削にも好適に使用することができる。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）立方晶型窒化硼素粉末６０〜８５容量％と残部結
合材とよりなる混合粉末を超高圧焼結して得られる焼結
体であって、前記結合材が３〜１５重量％のＡｌを含み
、残部がＴｉＣｚ、（Ｔｉ、Ｍ）Ｃｚ（但し、ＭはＴｉ
を除く周期律表IVａ、Ｖａ、VIａ族の遷移金属元素であ
り、０．５５≦Ｚ≦０．８である。）で表わされる化合
物１種以上および不可避的不純物からなることを特徴と
する高硬度工具用焼結体。
（２）前記焼結体の立方晶型窒化硼素粉末の平均粒径が
４μｍ以下であって、少なくとも１μｍ以下の立方晶型
窒化硼素粉末を３５〜８０重量％、３〜６μｍの立方晶
型窒化硼素粉末を２０〜６５重量％含むことを特徴とす
る請求項（１）記載の高硬度工具用焼結体。（３）結合
材の平均粒径が立方晶型窒化硼素粉末の粒径の１／３未
満であることを特徴とする請求項（１）または（２）記
載の高硬度工具用焼結体。