JPH0320437A

JPH0320437A - 高密度相窒化ホウ素基焼結体及び複合焼結体

Info

Publication number: JPH0320437A
Application number: JP1153215A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Uchiumi; 義之内海; Ryo Yamaya; 山家　菱
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1989-06-15
Filing date: 1989-06-15
Publication date: 1991-01-29
Anticipated expiration: 2013-09-30
Also published as: JP2805339B2

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，ドリル．エンドミル，フライスエ具又は旋削
工具などに用いる切削工具用材料もしくはスリッター．
ダイスなどに用いる酎摩耗工具用材料として適する高密
度相窒化ホウ素基焼結体及びその焼結体を超硬合金の基
材の表面に接合してなる複合焼結体に関するものである
。

（従来の技術）立方品窒化ホウ素やウルツ鉱型窒化ホウ素のような高密
度相窒化ホウ素は，ダイヤモンドに次いで高硬度であり
、しかも鉄との親和性が高いダイヤモンドと異なり、鉄
との親和性が低いという工具材料としてのすぐれた長所
を有している．このことから高密度相窒化ホウ素に結合
相を加えて焼結した高密度相窒化ホウ素基焼結体は、鉄
系材料、特に従来の工具材料では加工が困難とされてい
る高硬度鋼や耐熱合金などの難削材料を切削加工するた
めの工具材料として注目されている。

この高密度相窒化ホウ素基焼結体の諸特性は、この焼結
体中に含有している結合相の種類により強く影響を受け
る傾向にある．この高密度相窒化ホウ素基焼結体におけ
る結合相に関しての提案が多数されており、その代表的
なものに特開昭５６−９２７９号公報及び特開昭５５−
　１１３８５９号公報がある．また，高密度相窒化ホウ
素基焼結体は，高価であることから超硬合金の基Ｈの表
面に必要最小限度の所定形状でなる高密度相窒化ホウ素
基焼結体を接合した複合焼結体として用いられる場合が
一般的である．この複合焼結体に関しての提案の代表的
なものに，特開昭６２−　２６０００５号公報がある。

（発明が解決しようとする問題点）特開昭５６−　９２７９号公報には，高密度相窒化ホウ
素粉末３０〜８０ｖｏｇ％と，残部の結合相がＷ粉末及
びＷＣ粉末の１種以上３〜ＩＯｗｔ％ＡＪ２粉末及びＴ
ｉと＾氾の金属間化合物粉末の１種以上５〜２０ｗｔ％
ＴｉＮ−（Ｘは原子比で０．９以下）粉末残部の割合で
混合．焼結して、結合相中のＷ又はＷの硼化物結晶の大
部分が１μｍ以下の微細粒子よりなる切削工具用焼結体
が開示されている．この同公報の切削工具用焼結体は、
Ｇｏなどの鉄族金属の結合相で結合してなる従来の高密
度相窒化ホウ素基焼結体の有している問題、例えば軟化
による耐摩耗性の低下や被削材金属との溶着のし易さと
いう問題を解決したすぐれたものであるけれども、耐摩
耗性及び耐欠損性がまだ満足されず、特に高密度相窒化
ホウ素の含有量の多い焼結体にして、これを超硬合金の
基材に接合してなる複合焼結体にする場合には接合強度
が低く、欠損し易いという問題がある．特開昭５５一目３８５９号公報には、高密度相窒化ホウ
素３０〜８０ｖｏＪ％と残り結合相とからなり、該結合
相が　■窒化チタンもしくは窒化チタン３０ｗＬ％以上
〜Ｉ００ｗＬ％未満と、ＯｗＬ％を超え、７０ｗｔ％以
下の窒化チタン以外の周期律表４ａ，　５ａ，　６ａ族
金属の窒化物．炭化物．炭窒化物．硼化物の１種又は２
種以上、　■さらにＡＡとＴ１もしくはＴｉ以外の周期
律表４ａ．’５ａ．６ａ族金属の間に生じる金属間化合
物、　ＡＪ２とＳｉ，　Ｃｕ，　Ｍｇ，　Ｎｉ．　Ｍｎ
．　Ｚｎの間に生じる合金、Ｉｆの窒化物、Ｉｆの硼化
物の１種又は２種以上、■と■からなり，結合相中のＡ
フの含有量が収量で！Ｏ％を超え、４０％未満であり，
且つ結合相の結合粒子の大部分が１μｍ以下の微細粒子
よりなる切削工具用焼結体が開示されている．この同公
報の切削工具用焼結体は、窒化チタンとＡｆｉを含む化
合物を主体とした結合相を用いることにより，従来の焼
結体に比べて耐摩耗性及び靭件のすぐれたものであるけ
れども、　＾氾とＴｉのような金属間化合物の存在した
焼結体であるために、特に耐摩耗性に劣るという問題が
ある．特開昭６２−　２６０００５号公報には、平均粒
径が１０μｍ以ｆの高密度相窒化ホウ素を８０ｖｏＪ２
％を超え９５ｖｏＪ！％以下含有し，残部の結合相がＴ
ｉ，　Ｚｒ．　ｌｌｆの炭化物．窒化物，炭窒化物の１
種もしくは混合物あるいは相互固溶体化合物及び，ｌの
化合物より成り，結合相中の＾２の含有量が５〜３０ｗ
ｔ％であって、且つ結合相の結合粒子の大部分が１μｍ
以下の微細粒子よりなり、さらに該結合相中にＣｕ及び
鉄族金属元素を！〜２０ｗＬ％、両者の比率で１７２〜
５含有する焼結体と，高密度相窒化ホウ素の含有率が７
０ｖｏＪｉ％未満で残部がＴｉ．　Ｚｒ．　Ｈｆの炭化
物．窒化物．炭窒化物のｌ種もしくはこれらの混合物又
は相互固溶体を主体としたものとこれに＾氾又はＳｉを
０．　Ｉｗｔ％以上含有する厚み２ｍｍ以下の中間接合
相を介して、超硬合金基材に接合した工具用複合焼結体
が開示されている．この同公報の複合焼結体は，高密度
相窒化ホウ素を多量に含有してなる焼結体を超硬合金の
基材の表面に直接接合する場合に、接合強度が低いとい
う問題に対して、焼結体と基材との間に高密度相窒化ホ
ウ素の含有量の少い焼結体を中間接合相として介在させ
ることにより解決したすぐれたものであるけれども、焼
結体自体の耐摩耗性が劣るという問題がある．本発明は、上述のような問題点を解決したもので、具体
的には，高密度相窒化ホウ素とこの高密度相窒化ホウ素
に最適な結合相とを組合わせることにより゜耐摩耗性及
び耐欠損性を顕著に向上させた高密度相窒化ホウ素基焼
結体及びその焼結体を超硬合金の基材の表面に接合して
なる複合焼結体の提供を目的とするものである６（問題点を解決するための手段）本発明者らは、従来の高密度相窒化ホウ素基焼結体を切
削工具用部材として用いて浸炭焼入れ鋼を切削すると短
寿命で満足できるものでないということから、高密度相
窒化ホウ素基焼結体の工具寿命向上を図るための検討を
行っていた所，第重に工具の寿命は，焼結体中の高密度
相窒化ホウ素の硬質相の含有量及び粒径により影響が及
ぼされるけれども，焼結体中の結合相を選定し、それを
組合わせる方が工員寿命へはるかに大きな影響を及ぼす
こと、特に焼結時において，反応焼結を行わせることに
より焼結体中の結合相を組合わせることが工具寿命への
効果及び工具寿命への安定化に影響を及ぼすという知見
を得たものである．第２に工具寿命を向上させるための最適な結合相として
は、周期律表４８族金属の炭窒化物と周期律表６ａ族、
特に１１．　Ｍｏの炭化物と■．　Ｍｏの金属とを含有
している場合が耐摩耗性及び耐欠損性の両方をバランス
よく向上させ，高密度相窒化ホウ素基焼結体の寿命を向
上させ得るという知見を得たものである．この第１及び
第２の知見に基づいて本発明を完成するに至ったもので
ある。

すなわち、本発明の高密度相窒化ホウ素基焼結体は、立
方晶窒化ホウ素及び／又はウルツ鉱型窒化ホウ素の硬質
相２０〜９０ｗｔ％と、残りが結合相と不可避不純物と
からなる焼結体であって，該結合相がＴｉ．　Ｚｒ．　
Ｉｆｆの炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくともｌ種の第１結合相５〜７５ｗｔ％と，　！，
　Ｍｏの炭化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくと
もＩ種の第２結合相０．５〜５ｗｔ％と、Ｔｉ，　Ｚｒ
．　ｔｌｒ．　Ｉｆ．　Ｍｏ．＾Ｌのホウ化物及びこれ
らの相互固溶体の中の少なくともｔＳの第３結合相１〜
ｌＯｗｔ％と、Ａフの窒化物，　　Ａｎ，　Ｚｒ，１｛
ｆの酸化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
種の第４結合相１〜４０ｗｔ％と，胃．＆ＩＯ及びこれ
らの合金の中の少なくとも１Ｐ１の第５結合相０．５〜
５ｗｔ％（以上，焼結体全体に対する比率）とでなるこ
とを特徴とするものである．本発明の高密度相窒化ホウ
素基焼結体における硬質相は、平均粒径が１０μｍ以下
と従来から用いられている粒径のものでも、その効果を
発揮することができるけれども、製造管理上の問題及び
その焼結体の効果を安定に発揮させるために、特に平均
粒径５μｍ以下であることが好ましいものである．この
硬質相が９（ｌｗｔ％を超えて多くなると緻密な焼結体
を得るのが困難になり、逆に２０ｗＬ％未満になると耐
欠損性の低下となる。このために、硬質相量は２０〜９
０ｗｔ％と定めたものである．本発明の高密度相窒化ホ
ウ素基焼結体における結合相は，反応焼結により形成さ
れる５８類の結合相からなり、特に硬質相を形成するた
めに用いる立方品窒化ホウ素（ＣＢＮ）粉末やウルツ鉱
型窒化ホウ素（ＩＩＢＮ）粉末と他の出発物質との反応
焼結及び他の出発物質相互間の反応焼結によって，形成
されるために．５ａ類の結合相からなっているものであ
る．この５種類の結合相の内、第１結合相が５ｗｔ％未
満になると耐熱性及び耐溶着性が低下し、逆に７５ｗｔ
％を超えて多くなると相対的に他の結合相が少なく、硬
質相が多くなって耐欠損性の低下となる．第２結合相が
０、Ｓｗｔ％未満になると耐熱性の低下となり、逆に５
ｗｔ％を超えて多くなると多量のＷやＭｏのホウ化物の
析出により、耐欠損性の低下となる．第３結合相がｌｗ
ｔ％未満になると高温時の耐摩耗性の低下となり、逆に
１０Ｗシ％を超えて多くなると耐欠損性の低下となる。

第４結合相が１冑ｔ％未満になると耐酸化性の低下とな
り、逆に４０ｗＬ％を超えて多くなると耐欠損性の低下
となる．第５結合相が０．５ｗｔ％未満になると高温時
の強度の低下となり、５ｗｔ％を超えて多くなると耐摩
耗性の低下となる。これらの５種類の結合相の含有皿、
特に後述するような複合の反応焼結によって形成される
結合相を微量にバランスよく調整することにより，焼結
体の諸特性がバランスよくすぐれたものになっている．本発明の高密度相窒化ホウ素基焼結体は、従来の焼結体
と同様に高圧高温焼結によって得ることができるけれど
も，特に、結合相を形成するための出発物質相互間の複
合の反応、及びこの結合相を形成するための出発物質と
硬質相を形成するための出発物質との反応により本発明
の焼結体を作製するのが製造上及び得られる焼結体の諸
特性上好ましいことであ、る。

この本発明の高密度相窒化ホウ素基焼結体を従来の焼結
体と同様に、例えばＩＣ−Ｃｏ系超硬合金の基材の表面
に接合した複合焼結体として用いることは強度及び経済
上から好ましいことである。この焼結体と超硬合金とを
接合する場合は，従来と同様に例えば八ｇ鑞を介在して
接合する方法，又は高圧高温焼結時に焼結体と超硬合金
を直接接合する方法でもよいけれども、後者の場合には
，特に本発明の焼結体中に含有している第２結合相と第
５結合相が超硬合金の基材との密着性を高めるので好ま
しいことである。また，本発明の高密度相窒化ホウ素基
焼結体の内，特に高密度相窒化ホウ素の含有量の多い組
成成分でなる場合は、焼結体と基材との間に、高密度相
窒化ホウ素の含有量の少ない焼結体を中間層として介在
させることが好ましいことである．この中間層は、基材
の成分と高密度相窒化ホウ素基焼結体の成分との両方の
共通成分，すなわち，例えば炭化タングステンを含有し
ていることが特に好ましく、さらに好ましいのはＩｗｔ
％以下の微量のＣｏ及び／又はＮｉをも含有してなる場
合である．この中間層の厚さは、焼結体と基材との接合
に寄与するための厚さであればよ＜、製造の容易性を加
味して例えばｌＯ〜１００μｍ程度の厚さで充分である
。

（作用）本発明の高密度相窒化ホウ素基焼結体は、第１結合相が
耐熱性及び耐溶着性を高める作用をし，第２結合相が第
１結合相の耐熱性を高めるための促進作用となり、第３
結合相が高温における耐摩耗性及び耐欠損性を高める作
用をし，第４結合相が耐酸化性及び耐溶着性を高める作
用をし、第５結合相が高温での強度を高める作用をして
いるものである。また、本発明の高密度相窒化ホウ素基
焼結体を超硬合金の基材に接合して複合焼結体にする場
合は，第２結合相と第５結合相の両方が基材との接合強
度を高める作用をしているものである．（実施例）平均粒径２μｍのＣＩＩＮ粒と、平均粒径ＩＡＬｍ以下
のＴｉＣ，　Ｔｉ（Ｃ，Ｎｌ．　ＴｉＮ．　ｌｌｒｃ．
　ＺｒＮ．　ＩＩＩｃ，　Ｍｏ＊Ｃの各種市販の粉末と
、他にｌとＴｉ，　ＴｉＮ．Ａ４Ｎを組合わせて作製し
たＴｉＡｊｔ　，　　ＴｉＡＪ２　＋＋，ＴｉＪＱＮ，
　ＴｉＡＩ２Ｎの金属間化合物を出発物質として用いて
配合し、この配合粉末とボールとヘキサンとをポリアセ
タールで内張リしたステンレス製容器に入れて混合粉砕
後、乾燥及び篩別して混合粉末を得た。この混合粉末を
形押し成形後，１×１０−’Ｔｏｏｒ，　　８００℃の
条件で真空熱処理し，次いで超高圧高温装置にセットし
，圧力６　ＧＰａ，温度１６００℃，保持時間１５分の
条件で焼結し、ＣＢＮ焼結体を作製した．こうして得た
ＣＢＮ焼結体をＸｌａ回折９Ｘｉマイクロアナリシスに
より調べて，各試料の焼結体組成を第ｌ表に示した。

第１表に示した本発明品１〜６と本発明を外れた比較品
１〜６の他に、市販のＣＢＮ焼結体を比較品７．８（比
較品７は、５０ｗｔ％ＣＢＮ　−３０ｗｔ％ＴｉＮ−Ｉ
Ｏｗｔ％＾ＡＮ−５ｗｔ％ＴｉＢｚ−５ｗｔ％ＷＣ．比
較品８は、８５ｗｔ％ＣＢＮ　−　ｌＯｗｔ％　ＡＩ２
Ｎ　−５ｗｔ％Ｃｏ組成）として加えて，下記（Ａ）及
び＋８１の条件でもって切削試験を行い、その結果を第
２表に併記した．この第２表の切削試験に用いた各試料
は、肛−！０％Ｃｏ超硬合金を基材に直接接合してなる
複合焼結体の構造にして試験を行い、この内、本発明品
１〜３は基材と焼結体との間に、それぞれ６０冒ｔ％Ｃ
ＢＮ　　−３０ｗｔ％ＴｉＣ　　−　　９．５ｗｔ％Ｗ
Ｃ−０．５ｗｔ％Ｃｏ，　５０ｗｔ％ＣＯＮ　−４０ｗ
ｔ％ＴｉＣ　−　９、５ｗｔ９６ＷＣ　−　０．　５ｗ
ｔ％Ｃｏ，　４０ｗＬ％ＣＢＮ　−５０ｗＬ％ＴｉＣ　
−　９．５ｗｔ％ＷＣ一０．　５ｗｔ％Ｃｏの中間層を
介在して複合焼結体とした．｛＾｝（８１切削試験条件被削材切削速度切込み量送　　りチップ形状ホルダー評　　価切削試験条件被削材切削速度切込み量送　　り？耐摩耗性）ＳＣＭ　４１５浸炭材　｛１１■Ｃ　５９〜６１｝の外
周乾式切削１００　ｍ／ｍｉｎ０．２５ｍｍＯ．　ｌ　ｍｍ／ｒｅｖＳＮＧＮ　１２０４０ＢＣＳＢＮＲ　２０２０平均逃げ面摩耗量　Ｖａ＝０．２ｍｍになる迄の切削時間（耐欠損性）ＳＣＭ　４３５浸炭材　（ｏｌｌｅ　５９〜６１）直径
５０φｍＩＩ１の外周に幅８ｍｍ．深さ５＋＋ｎ＋の９
０＠の角溝を艮手方向に等間隔に２本入れたもので外周断続切削１０ロ　ｎ＋／Ｉｌｉｎ０．２５ｍｍＩＯ分迄は０．ｌ５ｍｍ／ｒｅｖ．　１０分後は０．１
７５　　ｍｍ／ｒｅｖチップ形状　ＴＮＧＮ　１６０４０８　［０．ＩＸ　（
　−２５　＠）Ｘ０．０２Ｒ　　ネーニング１ホルダー評　　価ＣＴＧＮＲ　　２０２０欠損する迄の時間（各試料ＩＯ回行い、その平均値で表示〉以下余白（発明の効果）以上の結果から、本発明の高密度相窒化ホウ素基焼結体
は，本発明から外れた組成成分の焼結体及び市販の焼結
体でなる、それぞれの比較の高密度相窒化ホウ素基焼結
体に比べて耐摩耗性の切削試験において、約２〜８倍、
耐欠損性の切削試験において、約２．５〜９倍も向上す
るという顕著な効果がある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）立方晶窒化ホウ素及び／又はウルツ鉱型窒化ホウ
素の硬質相２０〜９０ｗｔ％と、残り結合相と不可避不
純物とからなる焼結体において、該結合相がＴｉ，Ｚｒ
，Ｈｆの炭化物，窒化物及びこれらの相互固溶体の中の
少なくとも１種の第１結合相５〜７５ｗｔ％と、Ｗ，Ｍ
ｏの炭化物及びこれらの相互固溶体の中の少なくとも１
種の第２結合相０．５〜５ｗｔ％と、Ｔｉ，Ｚｒ，Ｈｆ
，Ｗ，Ｍｏ，Ａｌのホウ化物及びこれらの相互固溶体の
中の少なくとも１種の第３結合相１〜１０ｗｔ％と、Ａ
ｌの窒化物，Ａｌ，Ｚｒ，Ｈｆの酸化物及びこれらの相
互固溶体の中の少なくとも１種の第４結合相１〜４０ｗ
ｔ％と、Ｗ，Ｍｏ及びこれらの合金の中の少なくとも１
種の第５結合相０．５〜５ｗｔ％（以上、焼結体全体に
対する比率）とでなることを特徴とする高密度相窒化ホ
ウ素基焼結体。
（２）特許請求の範囲第１項記載の高密度相窒化ホウ素
基焼結体を超硬合金の基材の表面に接合してなることを
特徴とする複合焼結体。
（３）上記高密度相窒化ホウ素基焼結体と上記基材との
間に該高密度相窒化ホウ素基焼結体に比べて高密度相窒
化ホウ素の含有量の少ない窒化ホウ素基焼結体を中間層
としてて介在させてなることを特徴とする複合焼結体。