JPH03243742A

JPH03243742A - ＴｉＢ↓２―Ｃｏ系超硬合金および切削工具と超硬合金の製造方法

Info

Publication number: JPH03243742A
Application number: JP2038728A
Authority: JP
Inventors: Shiko Matsuda; 至康松田
Original assignee: Ishikawajima Harima Heavy Industries Co Ltd
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 1990-02-20
Filing date: 1990-02-20
Publication date: 1991-10-30

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、ＴｉＢｘ粒子を主体とし、Ｃｏ単体あるい
はＣｏを含有する結合層によって結合してなるＴ　ｉＢ
　、−Ｃｏ系超硬合金および切削工具と製造方法に関す
るものである。

「従来の技術」ＴｉＢ、セラミックは、耐熱性と耐摩耗性および耐酸化
性に優れたセラミックとして知られている。

ところがこのセラミックは、高融点であることから、焼
結性が悪く、高密度な焼結体を得ることが極めて困難な
材料であるといわれている。

そこで従来、ＴｉＢ＊セラミックの粒子に助剤および結
合剤とし゛てＮ　ｉ−Ｚ　ｒあるいはＮｉＢの粒子を加
えて混合し、この混合粉末を２０００℃で１時間程度常
圧焼結することでＴｉＢ＊焼結体を製造できたという報
告が以下の文献でなされている。

“Ｆ　ａｂｒｉｃａｔｉｏｎ　ｏｒ　Ｔ　ｉｔａｎｉｕ
ｍ　Ｄ　１ｂｏｒｉｄａ　Ｃｏｓｐ−ｏｓｉｔｅｓ　　
　　Ｋ　ａｓｔｕｈｉｒｏ　　Ｎ　ｉｓｈｉｙａｍａ　
　　（Ｃｏａｐｏｓｉｔｅｓ’　８９　　：　　Ｒｏｃ
ａｎｔ　　ａｄｖａｎｃｅｓ　　ｉｎ　　Ｊ　ａｐａｎ
　ａｎｄ　　ＴｈｅＵ　ｎ１ｔｅｄ　　Ｓ　ｔａｔｅｓ
”）。

「発明が解決しようとする課題」ところで、前記の方法で製造されたＴｉＢ１焼結体の抗
折強度を測定した結果が、前記文献に記載され、その測
定結果は、第１Ｏ図に示すようになっている。

前記文献によれば、ＴｉＢｚ焼結体の相対密度は１００
％近くになっているものと思われるにもかかわらず、抗
折強度は第１０図に示すようにバラツキが大きく、デー
タの信頼性に欠け、機械材料、構造材料としての信頼性
に欠けるとともに、抗折強度自体、機械材料あるいは構
造材料として不足している問題がある。

また、前記Ｔ　ｉＢ　を焼結体を製造する際の焼結温度
は２０００℃であって極めて高温であり、しかも焼結時
間が１時間と長いために、焼結中にＴｉＢ、の結晶粒が
異常粒成長を起こし、組織が不均一になって強度の低下
とバラツキの増加をもたらす問題がある。この異常粒成
長を抑制するｊこは、焼結時間を短縮するか、焼結温度
を低くすれば良いのであるが、常圧焼結法の場合、前記
の条件で焼結しなくては、製造できないのが現状である
。

本発明は前記課題を解決するためになされたもので、高
密度で抗折強度が高く、粒径の均一な組織を有し、特性
のバラツキが少ないので機械材料、構造材料としての信
頼性が高いとともに、耐熱性および耐摩耗性に優れ、切
削材料としても好適なＴ　ｉＢ　、−Ｃｏ系超硬合金と
切削工具を提供すること、および超硬合金の製造方法を
提供することを目的とする。

「課題を解決するための手段」請求項１に記載した発明は前記課題を解決するために、
多数のＴ　ｉＢ　ｘ粒子をＣｏ単体あるいはＣＯを含有
する結合層で結合してなるものである。

請求項２に記載した発明は前記課題を解決するために、
多数のＴ　ｉ　Ｂ　を粒子をＣｏ単体あるいはＣＯを含
有する結合層で結合してなるＴｉＢｔ−Ｃｏ系超硬合金
で切削工具を形成したものである。

請求項３に記載した発明は前記課題を解決するために、
多数のＴｉＢ、粒子をＣｏ単体あるいはＣＯを含有する
結合層で結合してなり、Ｔ　ｉＢ　１粒子と結合層の全
体積に対し、Ｃｏの含有量を２〜３０体積％にしてなる
ものである。

請求項４に記載した発明は前記課題を解決するために、
Ｃｏ単体あるいはＣｏを含む粒子にＴ　ｉ　Ｂ　を粒子
を混合して得た混合粒子を１２００−１８００℃の温度
で加圧焼結するものである。

「作用」Ｃｏ単体あるいはＣｏを含む結合層は’Ｉ’ｉＢ＊粒子
間において約１２００℃で液相になり、その際ＴｉＢ、
に対して濡れ性に優れるので、従来より低温で焼結した
場合であっても、液層となった結合層がＴ　ｉ　Ｂ　を
粒子の周囲に十分に付き周り、液相焼結により一様な結
合層を形成してＴ　ｉ　Ｂ　を粒子を結合゛する。また
、加圧焼結時にＣｏ単体あるいはＣｏを含む結合層が液
層となり、その液層にＴｉＢ＊粒子が囲まれ、Ｔ　ｉ　
Ｂ　１粒子は液層によって静水圧的に等方加圧された場
合と同様な状態となるので、ＴｉＢ＊粒子は焼結中に粒
成長や粒径変化をしている間に液層中で再配列されて均
一に分散し、焼結後に均一な組織を有するＴ　ｉＢ　、
−Ｃｏ系の焼結体が生成される。

以下に本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明のＴ　ｉＢ　、−Ｃｏ系焼結体の一実施
例の組織を拡大して示し、たちので、第１図において符
号ＡはＴｉＢ＊粒子、符号Ｂは結合層を示し、多数のＴ
　ｉ　Ｂ　を粒子Ａはその周囲を結合層Ｂで覆われて相
互に結合された状態となっている。前記結合層Ｂとして
は、Ｃｏ単体層、Ｃｏ＋Ｍｏ層、Ｃｏ＋ＷＣ層、Ｃｏ＋
Ｎｉ層、あるいは、これらの混合層などから適宜選択す
ることができるが、これらの層に限定されるものではな
く、Ｃｏを含む種々の結合層（粘結剤の層）を使用する
ことができる。

次に前記ＴｉＢ、−Ｃｏ系の焼結体の製造方法の一例に
ついて説明する。

前記構造のＴｉＢ、−Ｃｏ系の焼結体を製造するには、
例えば、粒径を揃えたＴｉＢｘ粉末などのＴｉＢ２粒子
とＣｏ粉末などのＣｏ粒子を用意し、次いでこれらを所
定の割合で混合する。これらめ粒子を混合する場合、Ｔ
ｉＢ、粒子とＣｏ粒子を合わせた全体の体積に対し、Ｃ
ｏ含有量が２〜３０体積％の範囲になるように混合する
。ここでＣｏ含有量を２体積％より少なくするか３０体
積％よりも多くすると、得られるＴｉＢｔ−Ｃｏ焼結体
の強度が低下するので好ましくない。また、混合する各
粒子の粒径は、通常の超硬合金を粉末法で製造する場合
と同様にできる限り小さく、かつ、粒径を揃えることが
好ましい。

次に、前記のように混合した混合粒子を加圧しながら加
熱して焼結する。

第２図は、前記混合粒子を加圧しながら加熱する装置の
一例を示すもので、この例の装置はホットプレス装置の
１種である。ｌはヒータを示し、このヒータｌの内部側
には、押棒２と型材３とスペーサ４と下台５とからなる
プレス装置が設けられ、下台５の上に設置した試料６を
押棒２で加圧しつつヒータ１で所望の温度に加熱できる
ようになっている。なお、加圧加熱装置の全体は真空容
器に封入されていて、この真空容器内部の真空度を１．
３ＸｌＯ′□’Ｐａ程度に設定できるようになっている
。

この例の装置を使用して前記混合粉末を焼結するには、
混合粒子を下台５の上に設置し、全体を真空排気すると
ともに、押棒２で混合粉末を６０ＭＰａ程度の加圧力で
加圧し、１２００〜１８００℃に加熱して焼結する。焼
結時間は短い方が好ましいが、十分に焼結するために、
かつ、結晶粒の異常成長を避ける目的で３０分程度とす
る。

以上のように焼結することで、Ｔ　ｉ　Ｂ　ｘ粒子Ａよ
りも融点の低い００層が選択的に液層となる。このＣｏ
の液層はＴｉＢ＊粒子Ａに対して濡れ性に優れるので、
ｃｏの液層はＴ　ｉ　Ｂ　＊粒子Ａの周囲に十分に付き
周り、ＴｉＢ、粒子Ａの周囲に−様なＣ。

の液層が形成される。そして、Ｔ　ｉＢ　、粒子Ａは、
Ｃｏの液層に完全に囲まれた状態となり、しかも、全体
が加圧されているので、ＴｉＢ、粒子Ａは外部から静水
圧的に等方加圧された場合と同様の効果を受ける。従っ
て、焼結中にＴ　ｉ　Ｂ　＊粒子Ａの粒成長や粒径の変
化がなされている間にＴｉＢ、粒子Ａが再配列され、結
果的に組織が均一化されたＴｉＢｔ−Ｃｏ焼結体が得ら
れる。

また、前記のＴ　ｉＢ　！−Ｃｏ焼結体にあってはＴｉ
Ｂ！粒子Ａよりも破壊靭性の高いＣｏあるいはＧ。

を含む結合層ＢでＴｉＢ、粒子Ａを結合しているので、
ＴｉＢ＊単体を焼結したものよりも遥かにクラックの伝
播速度が遅くなり、結果的に破壊靭性が向上する。従っ
て本発明によって得られるＴｉＢ。

ＣＯ系焼結体は従来のセラミック切削材料（ＰＩＯｌＴ
　ｉＮ　、　Ｔ　ｉＣ、Ａ　ｌ＊ｏ　ｓ）よりも耐摩耗
性に優れる。

以上説明したように製造されたＴ　ｉＢ　、−Ｃｏ焼結
体は、抗折強度が約８００〜１０００ＭＰａ、硬度３０
００〜３５００Ｈｖという優れた機械特性を有し、優れ
た耐摩耗性と耐熱衝撃性を有する。

従って本発明のＴ　ｉＢ　＊−Ｇ　ｏ系焼結体を用いて
切削工具、ブレード、シャフトなどを製造することがで
きる。

更に、Ｔ　ｊＢ　ｘ　−Ｇ　Ｏ系超硬合金の他の応用例
として、ＰＶＤ法（物理蒸着法）、ＣＶＤ法（化学気相
蒸着法）を実施することより製造されるＮＨとして応用
することもできる。この場合は、ＴｉＢｘＣｏ系の適当
な組成のターゲットを用い、前記の方法で成膜すること
で膜状のＴ　ｉＢ　！−Ｃｏ焼結体を得ることができる
。

更にまた、ＴｉＢ４．ｓは超伝導性を示すことが知られ
ているので、本発明方法を応用してＢ量の制御によって
ＴｉＢ＋、ｓを生成し、超伝導材料を開発する技術にも
発展させることができる。

なお、前記の製造方法では、焼結温度を１２００〜１８
００℃にすることができるので、従来の方法よりも焼結
温度を下げることができるとともに、焼結時間も従来の
１時間よりも短縮できる。

従って得られる焼結体の結晶粒径を微細化することがで
きる。

ところで、前記の例では、焼結手段としてホットプレス
法を用いているが、焼結温度の低下と焼結時間の低下を
実現するためには、通電焼結法、ＨＩＰなどの焼結法を
適用しても良い。

「実施例」Ｔ　ｉ　Ｂ　ｘ粉末とＣＯ粉末を混合してなる混合粉末
を形成し、この混合粉末を第２図に示す加圧加熱装置に
挿入し、真空度をＩ　、３　Ｘ　１０−’Ｐａ、加圧力
を６０ＭＰａ、焼結温度を１２００〜１８００℃、焼結
時間を３０分、昇温速度を１５℃／分にそれぞれ設定し
、Ｃｏ含有量を以下に示す第１表に示すように設定して
ホットプレスを行いＴ　ｉＢ　。

−Ｃｏｏ焼結体製造した。

以上のように製造されたＴｉＢ１Ｃｏ焼結体と従来方法
によるＴ　ｉ　Ｂ　＊焼結体についてビッカース硬さの
測定結果とＣｏ含有量の関係を第３図に示し、同焼結体
の結晶粒径および抗折強度の測定結果とＣｏ含有量との
関係を第４図に示した。

第３図と第４図に示す結果から、Ｃｏ含有量の下限は２
体積％が好適であり、Ｃｏ含有量の上限は３０体積％が
好適であることが判明した。

また、本発明構成のＴ　ｉＢ　、−Ｃｏｏ焼結体、抗折
強度約８００〜１０００ＭＰａ、硬度３０００〜３５０
０Ｈｖという優れた機械特性を発揮することが明らかと
なった。

更に、第５図ないし第７図に、本発明のＴｉＢｚ−Ｃｏ
ｏ焼結体種々の温度のサーマルショックを与えた後の常
温強度を測定した結果を示し、第８図に従来方法で得ら
れたＴ　ｉ　Ｂ　！焼結体に種々の温度のサーマルショ
ックを与えた後に常温強度を測定した結果を示す。

これらの結果から、ＴｉＢｙ−Ｃｏｏ焼結体、従来のＴ
　ｉ　Ｂ　！焼結体に比較して高温強度も優れているこ
とが明らかになった。

第９図は、従来のＴ　ｉＢ　を焼結体と本発明のＴｉＢ
１Ｃｏ焼結体およびその他各種材料から工具を形成し、
各工具によって切削加工を行った場合の切削試験結果を
記載したものである。第９図において○印とム印とΔ印
で示すデータが、本発明のＴｉＢｔ−Ｃｏ焼結体製の工
具の切削試験結果を示す。

第９図に示す結果から、本発明のＴ　ｉＢ　ｘ−Ｇ　ｏ
焼結体は優秀な耐摩耗性と耐熱衝撃性を有し、切削工具
用として優秀な性能を発揮することが明らかとなった。

「発明の効果」以上説明したように請求項１に記載した発明によれば、
抗折強度と硬度が高く、優れた機械特性を有し、しかも
、耐摩耗性と耐熱衝撃性に優れたＴ　ｉＢ　＊−Ｃｏ系
超超硬合金提供することができる。

請求項２に記載した発明によれば、抗折強度と硬度が高
く、優れた機械特性を有し、しかも、耐摩耗性と耐熱衝
撃性に優れた優秀な切削工具を提供することができる。

請求項３に記載した発明によれば、Ｃｏ含有量を特別の
範囲に限定しているので、抗折強度と硬度が更に高く、
特別に優秀な耐摩耗性と耐熱衝撃性とを有するＴ　ｉＢ
　、−Ｇ　ｏ系超硬合金を提供することができる。

請求項４に記載した発明によれば、焼結温度を従来より
低くすることができＺとともに、焼結時間を従来よりも
短縮でき、焼結時の結晶粒の異常成長を抑制できるので
、微細かつ均一な結晶粒であって、高強度かつ優れた耐
摩耗性と耐熱衝撃性のＴ　ｉＢ　！−ＣＯ系超硬合金を
製造することができる。

また、従来よりも焼結温度を低くできるので、焼結装置
に対する負担が少ないとともに、焼結時間を短縮できる
ので、製造時間も短縮することができる。

【図面の簡単な説明】第１図は本発明のＴ　ｉＢ　！合金の組織の拡大図、第
２図は本発明方法を実施する場合に用いる装置の一例を
示す断面図、第３図は本発明のＴ　ｉＢ　ｔ−Ｃｏ系超
超硬合金おけるＣｏ含有量とビッカース硬さの関係を示
す線図、第４図は超硬合金における結晶粒径および抗折
強度とＣｏ含有量の関係を示す線図、第５図はＣｏを２
％含有するＴ　ｉＢ　、−Ｃ。系超硬合金における加熱温度と常温強度の関係を示す線
図、第６図はＣｏを６％含有するＴ　ｉＢ　、−Ｃ０系
超硬合金における加熱温度と常温強度の関係を示す線図
、第７図はＣｏを１０％含有するＴｉＢｔ−Ｃｏ系超硬
合金における加熱温度と常温強度の関係を示す線図、第
８図は従来のＴ　ｒ　Ｂ　ｙ焼結体における加熱温度と
常温強度の関係を示す線図、第９図は本発明合金および
その他各成分の合金およびセラミックスにおける切削試
験結果を示す線図、第１０図は各種の粘結剤を添加した
従来のＴ　ｉＢ　。焼結体の強度を示す線図である。Ａ・・・ＴｉＢｙ粒子、Ｂ・・・結合層、■・・・ヒー
タ、２・・・押棒、３・・型材、４・・・スペーサ、５
・・・下台、６・・試料。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）多数のＴｉＢ＿２粒子をＣｏ単体あるいはＣｏを
含有する結合層で結合してなることを特徴とするＴｉＢ
＿２−Ｃｏ系超硬合金。
（２）多数のＴｉＢ＿２粒子をＣｏ単体あるいはＣｏを
含有する結合層で結合してなるＴｉＢ＿２−Ｃｏ系超硬
合金からなる切削工具。
（３）多数のＴｉＢ＿２粒子をＣｏ単体あるいはＣｏを
含有する結合層で結合してなり、ＴｉＢ＿２粒子と結合
層の全体積に対し、Ｃｏの含有量を２〜３０体積％にし
てなることを特徴とするＴｉＢ＿２−Ｃｏ系超硬合金。
（４）Ｃｏ単体あるいはＣｏを含む粒子にＴｉＢ＿２粒
子を混合して得た混合粒子を１２００〜１８００℃の温
度で加圧焼結することを特徴とするＴｉＢ＿２−Ｃｏ系
超硬合金の製造方法。