JPH0313538A - 高靭性・高硬度焼結体およびその製造方法 - Google Patents

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］ 本発明は、高硬度で優れた耐摩耗性を有し且つ靭性の優
れた焼結体およびその製造方法に関し、この焼結体は、
高硬度鋼やＮｉ基もしくはＣｏ基基台合金の切削用工具
あるいは軸受や線引ダイス等の耐摩耗工具用素材として
有用である。

［従来の技術］ 上記の様な切削工具や研磨工具用の素材としては、従来
より炭化タングステン（ＷＣ）基の超硬材料が使用され
てきた。しかし需要者の要求がますます厳しくなってい
る現在、上記ＷＣ基超硬材料では要求を満たすことがで
きなくなってきており、より優秀な工具材料の開発が待
たれている。

こうした要望に沿う工具用材料として、立方晶窒化硼素
に少量のＡ１と鉄属金属を含有させた焼結体（特開昭４
８−１７５０３号公報）、あるいはセラミックスを結合
材として用いた立方晶窒化硼素焼結体（特公昭５７−３
６３１号公報）等が提案された。ところがこれらの素材
により製作された切削工具は、微小切込みの連続切削の
如く比較的負荷の小さい切削条件の下では優れた切削性
能を発揮するが、切込みの大きい場合、あるいは断続切
削の如く衝撃が繰返し加えられる苛酷な切削条件の下で
は必ずしも満足のいく性能は得られず、耐欠損性や耐ピ
ツチング性に問題がある。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明は上記の様な事情に着目してなされたものであっ
て、その目的は、大きな負荷を受け、あるいは衝撃の加
わる様な条件下においても優れた切削性能を発揮する、
耐欠損性、耐ピツチング性および耐摩耗性に優れた高靭
性で高強度の焼結体並びにその製造方法を提供しようと
するものである。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決することのできた本発明に係る焼結体の
構成は、 高圧相型窒化硼素：２０〜６０重量％ Ｔｉの炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物およびＡｌの
酸化物、窒化物よりなる群から選択される少なくとも１
種： １５〜５０重量％、および Ｗ　Ｃ／　Ｃｏが９５１５〜７０／３０　（重量比）で
あるＷＣ基超硬合金： １０〜４０ｆ［量％ からなるところに要旨を有するものであり、この焼結体
は、高圧相型窒化硼素粉末と、Ｔｉの炭化物、窒化物、
炭窒化物、硼化物、Ａｌの酸化物、窒化物よりなる群か
ら選択される１ｆｆＩ以上の粉末とを、Ｗ　Ｃ／　Ｃｏ
が９５１５〜７０／３０（重量比）であるＷＣ基超硬合
金：ボール用いて混合し、混合中における該ボールの摩
耗により該ボール成分を原料粉末中に混入せしめ、これ
を混合粉末のまま若しくは型押成形した後、高温・高圧
下で焼結することによって容易に製造することができる
。尚本発明で使用するＷＣ基超硬合金：ＷＣとＣｏを所
定比率で含むものであるが、このほか、Ｃｒ、Ｔａ、Ｎ
ｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ等の炭化物の１種以上を微量
包含するものであってもかまわない。尚本発明において
高圧相型窒化硼素とは、立方晶型窒化硼素およびウルシ
型窒化硼素を包含する。

［作用］ かねてより本発明者らは、セラミックスを結合材とする
窒化硼素系の焼結体が耐欠損性や耐ピツチング性を欠く
原因を研究している。それによれば上記諸欠点の原因は
、結合部を構成するセラミックスの靭性不足によるもの
であることが明らかとなった。そこで結合部の靭性不足
を改善すべく更に研究を進めた結果、結合材としてＴＬ
の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物およびＡ１の酸化
物、窒化物よりなる群から選択される１種または２　ｆ
！！以上のセラミックスを使用すると共に、これに特定
のＷＣ基超硬合金：適量配合してやれば結合部の靭性が
著しく改善され、窒化硼素の卓越した高硬度特性とも相
まって、耐摩耗性、耐欠損性、耐ピツチング性の優れた
窒化硼素等焼結体が得られることを知っｋ。

ここで結合材の主体となるセラミックスとしてＴｉの炭
化物、窒化物、炭窒化物、硼化物およびＡｌの酸化物、
窒化物（以下これらを総括して表現するときはＴ　ｉ　
／　Ａ　１系セラミツクスと称す）を選択したのは、こ
れら自体が硬質で耐熱性に優れ、しかも高圧相型窒化硼
素とのなじみが良くてそれらと均質な焼結体を形成し易
いからであり、しかもこれらのセラミックスを選択使用
すると、後述する様なＷＣ基超硬合金：よる靭性改善効
果が有効に発揮されるからである。

次に上記Ｔ　ｉ　／　Ａ　１系セラミツクスに対して靭
性向上の目的で配合されるＷＣ基超硬合金：、Ｗ　Ｃ／
　Ｃｏ比が重量で９５１５〜７０／３０のものが使用さ
れる。しかしてＷ　Ｃ／　Ｃｏ比が９５１５未満のもの
では、ＷＣに対してＣ’ｏ量が不足するため粒子間の結
合力が小さくなり靭性向上の効果は得られない。

一方、Ｗ　Ｃ／　Ｃｏ比が７０／３０を超えるものでは
、ＷＣの絶対量が不足するため結合材として十分な強度
と耐熱性が得られなくなる。尚このＷＣ基超硬合金：、
微量のＣｒ、Ｔｉ、Ｔａ。

Ｎｂ、Ｚｒ、Ｖ、Ｍｏ等の炭化物を含むものであっても
よいことは先にも述べた。

次に上記３　ｆｌの配合比率特定理由を説明する。

まず高圧相型窒化硼素が２０重量％未満である場合は、
耐摩耗性の主体となる超硬成分量が不足することになっ
て、満足のいく耐摩耗性が得られなくなる。しかし高圧
相型窒化硼素の量が多過ぎると、結合相を構成子る成分
が不足気味となって高圧相型窒化硼素の脱落が起こり易
くなり、やはり十分な耐摩耗性が得られなくなるので、
６０重量％を上限とする。高圧相型窒化硼素のより好ま
しい含有率は３０〜５０重量％の範囲である。

また前記特定のＴ　ｉ　／　Ａ　１系セラミツクスは、
前述の如く結合相の主体となるものであり、１５重量％
未満では焼結不足により十分な耐摩耗性が得られず、一
方５０重量％を超えると、結合相の絶対量が不足気味と
なって耐摩耗性および耐衝撃性が悪くなる。該Ｔ　ｉ　
／　Ａ　Ｉ系セラミックスのより好ましい含有率は２０
〜４０重量％である。

ＷＣ基超硬合金：、結合相に靭性を持たせる為に含有さ
せるものであり、１０重量％未満では結合相の靭性不足
により満足な耐欠損性および耐ピツチング性が得られな
くなる。但し４０重量％を超えると結合相の硬度および
耐熱性が不足気味となり、焼結体の耐摩耗性が悪くなる
ばかりでなく摩擦熱に対する抗力も低下してくる。ＷＣ
基超硬合金：より好ましい含有率は１５〜３５重量％の
範囲である。

ところで上記３成分よりなる焼結体は、夫々の成分の粉
体を均一に混合し、必要により圧粉成形してから高温・
高圧下で焼結することによって得られるが、より好まし
いのは次に示す方法である。

ＷＣ基超硬合金：それ自身硬質で且つ靭性にも優れたも
のである為、これを微粉末状にする上ではこれらの特性
が却って障害となる。ところが高圧相型窒化硼素はＷＣ
基超硬合金：りもはるかに硬度が高く、また前記Ｔ　ｉ
　／　Ａ　１系セラミツクスもＷＣ基超硬合金：り硬質
であるので、こうした硬度差を利用し、以下に示す様な
方法を採用すれば、ＷＣ基超硬合金：微粉末状にして前
記２種の原料粉末と均一に混合することができる。即ち
その方法とは、所定量の高圧相型窒化硼素粉末とセラミ
ックス粉末を、ＷＣ基超硬合金：製ボール装入したボー
ルミル、アトライター、振動ミル等によって混合し、混
合工程で該ボールの摩耗によって生ずるＷＣ基超硬合金
：微粉末、前記２　ｆｌの原料粉末中に混入させる方法
である。この方法であれば、ＷＣ基超硬合金：別途微粉
砕する工程が省略されるばかりでなく、高圧相型窒化硼
素粉末およびセラミックス粉末も相互に衝突し合って微
粉砕されつつ３者が均一に混合されるので、均一で微細
な混合粉末が得られる。この場合、摩耗により混入され
るＷＣ基超硬合金：量は、該ＷＣ基超硬合金：ボール大
きさや混合条件（攪拌速度、回転速度等）および混合時
間によって任意にコントロールすることができる。尚こ
こで言うボールは大きさや形状において格別に制限され
ないものであることは言うまでもない。

この様にして得られる混合粉末は、粉末の状態で型に充
填し、あるいは予め型押成形した後、高圧・高温条件下
で焼結すると、高強度で且つ高靭性の焼結成形体を得る
ことができる。このときの焼結条件は、原料粉末、殊に
高圧相型窒化硼素が熱変質を起こすことなくこれらを焼
結一体化し得る条件の中から自由に選定できるが、−数
的な条件として示すならば、温度は１３００〜１７００
℃、圧力は３０〜７０キロバールで行なうのがよい。

［実施例］ 平均粒径３μｍの高圧相型窒化硼素粉末と平均粒径１μ
ｍのセラミックス微粉末を、Ｗ　Ｃ／　Ｃ。

比が９７／３〜６５／３５である種々のＷＣ基超硬合金
：ボール平均径４ｍｍ）を使用しエチルアルコールを混
合液としてボールミルで混合し、混合時のボールの摩耗
によりＷＣ基超硬合金：混入させて３種の混合粉末を調
製した。このとき、混合時間を調節することによりＷＣ
基超硬合金：粉末混入量を調整した。

セラミックス粉末およびＷＣ基超硬合金：組成、並びに
各原料の配合量を第１表に示す。尚比較例Ａ°について
は、プラスチックボールを使用し振動ミルによって混合
した。

得られた混合粉末を乾燥し、型押成形した後真空炉にお
いて１０−’Ｔｏｒｒの真空炉で１０００℃×１時間保
持して脱ガスし、次いでベルト型超高圧高温発生装置に
より６０キロバールｘ　１５００℃×１５分の条件で焼
結して焼結体を得た。

得られた焼結体から切削チップを作製し、被剛材として
溝付円柱状のＳＣＭ４３５（ＨＲＣ６０）を用いて、外
周を長手方向に断続切削試験し、切削チップが欠損する
までの時間を測定した。但し切削条件は、切削速度：１
００ｍ／ｗｉｎ　、切込み：　０．３　ｍｍ、送り：　
０．１５ｍｍ／　ｒｅｖとした。

結果を第１表に一括して示す。

第１表より次の様に考えることができる。

（１）符号Ａ−Ｅは本発明で定める要件を充足する実施
例で、欠損までの寿命はいずれも比較例Ａ゛の３倍以上
であり、切削部材としての寿命はいずれも非常に優れて
いる。

（２）符号Ａ°〜Ｅ°は、以下に示す如く本発明で定め
る要件のいずれかを欠く比較例であり、欠損までの寿命
はいずれも本発明の１７３以下に短縮されている。

符号Ａ’　　：ＷＣ基超硬合金：配合されていない。

符号Ｂ’　　：Ｗ（基超硬合金量が規定範囲未満である
。

符号ｃ’　　：ＷＣ基超硬合金：過剰でセラミックス含
量が不足している。

符号Ｄ°　：セラミックス含量が過剰で高圧相型窒化硼
素が不足している。

符号Ｅ゛　：高圧相型窒化硼素量が過剰でＷＣ基超硬合
金：量不足してい る。

符号Ｆ’　、Ｇ’　　：ＷＣ基超硬合金：構成するＷ　
Ｃ／　Ｃｏ比が本発明の規定 範囲を外れている。

［発明の効果］ 本発明は以上の様に構成されており、Ｔｉ／Ａ１セラミ
ックスを結合相とする高圧相型窒化硼素系焼結体の結合
相に所定のＷ　Ｃ／　Ｃｏ比よりなるＷＣ基超硬合金：
含有させて、結合相の靭性を高めることにより、高圧相
型窒化硼素系焼結体の耐摩耗性を損なうことなくその靭
性を高めることができ、切削工具、軸受、線引ダイス等
の耐摩耗工具用素材としての寿命を著しく延長し得るこ
とになった。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　高圧相型窒化硼素：２０〜６０重量％Ｔｉの炭
   化物、窒化物、炭窒化物、硼化物 およびＡｌの酸化物、窒化物よりなる群か ら選択される少なくとも１種： １５〜５０重量％、および ＷＣ／Ｃｏが９５／５〜７０／３０（重量 比）であるＷＣ基超硬合金： １０〜４０重量％ からなることを特徴とする高靭性・高硬度焼結体。
2. （２）　高圧相型窒化硼素粉末と、Ｔｉの炭化物、窒化
   物、炭窒化物、硼化物、Ａｌの酸化物、窒化物よりなる
   群から選択される１種以上の粉末を、ＷＣ／Ｃｏが９５
   ／５〜７０／３０（重量比）であるＷＣ基超硬合金ボー
   ルを用いて混合し、混合中における該ボールの摩耗によ
   り該ボール成分を原料粉末中に混入せしめ、これを混合
   粉末のまま若しくは型押成形した後、高温・高圧下で焼
   結することを特徴とする請求項（１）記載の高強度・高
   靭性焼結体の製造方法。