JPH0798964B2 - 立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結体 - Google Patents
立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結体Info
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- JPH0798964B2 JPH0798964B2 JP62033471A JP3347187A JPH0798964B2 JP H0798964 B2 JPH0798964 B2 JP H0798964B2 JP 62033471 A JP62033471 A JP 62033471A JP 3347187 A JP3347187 A JP 3347187A JP H0798964 B2 JPH0798964 B2 JP H0798964B2
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- cbn
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Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は立方晶窒化ホウ素（以下CBNという）の焼結層
とタングステンカーバイド（WC）を主体とする超硬合金
層が接合したCBN超硬合金複合焼結体に関し、さらに詳
しくはこの超硬合金層のバインダー金属として特定の合
金を用いたCBN超硬合金複合焼結体に関する。
とタングステンカーバイド（WC）を主体とする超硬合金
層が接合したCBN超硬合金複合焼結体に関し、さらに詳
しくはこの超硬合金層のバインダー金属として特定の合
金を用いたCBN超硬合金複合焼結体に関する。
従来の技術 各種材料の切削、穴明け工具等として超硬物質であるCB
Nの焼結体が近年急速に需要が増加している。この焼結
体は多くは基板となるWC-Co系超硬合金に直接に接合さ
れ、その超硬合金が工具シャンクにろう付け等により保
持されて使用されている。
Nの焼結体が近年急速に需要が増加している。この焼結
体は多くは基板となるWC-Co系超硬合金に直接に接合さ
れ、その超硬合金が工具シャンクにろう付け等により保
持されて使用されている。
発明が解決しようとする問題点 CBN焼結体の熱膨脹係数α（室温〜800℃、以下同じ）は
一般に（４〜６）×10-6（1/℃）である。一方、通常の
CBN超硬合金複合焼結体に使用される超硬合金はWC-Co系
でCoが８〜14重量％（以下断りない限り％は重量％を表
わす）であって、そのαは（６〜８）×10-6（1/℃）で
ある。Coを少なくすればαは６×10-6（1/℃）以下にな
り得るが、基板として必要な強度が得られない。
一般に（４〜６）×10-6（1/℃）である。一方、通常の
CBN超硬合金複合焼結体に使用される超硬合金はWC-Co系
でCoが８〜14重量％（以下断りない限り％は重量％を表
わす）であって、そのαは（６〜８）×10-6（1/℃）で
ある。Coを少なくすればαは６×10-6（1/℃）以下にな
り得るが、基板として必要な強度が得られない。
CBN焼結体と超硬合金基板の熱膨脹係数の上記の差は大
きな問題である。CBN焼結体の弾性率が約５×104（Kg/m
m2）、超硬合金の軟化が事実上止まるのが1000℃以下と
考えると、1000℃以下において両者間に発生する応力は
50〜100Kg/mm2となり、焼結体の抗折強度に匹敵する値
である。
きな問題である。CBN焼結体の弾性率が約５×104（Kg/m
m2）、超硬合金の軟化が事実上止まるのが1000℃以下と
考えると、1000℃以下において両者間に発生する応力は
50〜100Kg/mm2となり、焼結体の抗折強度に匹敵する値
である。
これらの残留応力が超硬合金を削って素材を薄くした時
の反りや剥離、更には工具シャンクにろう付けした時の
ろう付け割れ、さらにドリル用素材として強く要望され
ている超硬合金−CBN−超硬合金のサンドイッチ構造で
従来のものは、CBN層に水平クラックが生じる原因とな
るものである。
の反りや剥離、更には工具シャンクにろう付けした時の
ろう付け割れ、さらにドリル用素材として強く要望され
ている超硬合金−CBN−超硬合金のサンドイッチ構造で
従来のものは、CBN層に水平クラックが生じる原因とな
るものである。
これらの問題を解決する為に超硬合金以外の基板をもつ
複合体も提案されている（特開昭61-26574）。
複合体も提案されている（特開昭61-26574）。
しかし、WC系超硬合金は剛性、強度及び硬度が大で、か
つ銀ろう付けも可能という優れた特性をもっている。
つ銀ろう付けも可能という優れた特性をもっている。
本発明の目的は、CBN焼結層と超硬合金層とを接合した
複合体において、超硬合金の前記特性を失なうことな
く、その熱膨脹係数を低くしてできるだけCBN焼結体の
熱膨脹係数に合わせるとともに、高強度を維持すること
により、複合体の剥離、クラックの発生等を防止するこ
とにある。
複合体において、超硬合金の前記特性を失なうことな
く、その熱膨脹係数を低くしてできるだけCBN焼結体の
熱膨脹係数に合わせるとともに、高強度を維持すること
により、複合体の剥離、クラックの発生等を防止するこ
とにある。
問題点を解決するための手段 本発明者はWCを主体とする超硬合金のバインダーメタル
について種々研究した結果、超硬合金のαを低くし、か
つ強度が大きいメタルとしては特定組成のFe-Ni-Co系合
金であることを見出し、本発明に至った。
について種々研究した結果、超硬合金のαを低くし、か
つ強度が大きいメタルとしては特定組成のFe-Ni-Co系合
金であることを見出し、本発明に至った。
即ち、本発明はWCを主体とする炭化物90〜96％とFe系合
金４〜10％からなり、該Fe系合金はNi20〜50％、Co2〜2
0％、残部Feである超硬合金層とCBNの焼結層とが接合し
たCBN超硬合金複合焼結体である。
金４〜10％からなり、該Fe系合金はNi20〜50％、Co2〜2
0％、残部Feである超硬合金層とCBNの焼結層とが接合し
たCBN超硬合金複合焼結体である。
基板とする超硬合金の炭化物は通常WCでよいが、その50
％以内でこれをTaC、TiC等で置換したものも同様に使用
することができる。
％以内でこれをTaC、TiC等で置換したものも同様に使用
することができる。
Fe-Ni合金の場合、Ni30〜40％のとき、室温から200℃迄
は超硬合金のαが小さいが、高温でのαが通常のWC-Co
系に近くなる。これにCoを添加すると高温領域までαを
小さく保つことができる。この効果を出すにはCoは最低
２％は必要であり、またあまり多過ぎてもαが大きくな
るため上限は20％が適当である。Coがこの範囲のときNi
は30％前後の場合が超硬合金のαが最も小さいが、CBN
焼結体の熱膨脹係数にも幅があり、これに合せて使用さ
れるので、Niが20〜50％の範囲の合金が適する。この範
囲外だとαを小さくする効果に乏しく、逆に耐食性や耐
熱性の面で欠点が現れる。
は超硬合金のαが小さいが、高温でのαが通常のWC-Co
系に近くなる。これにCoを添加すると高温領域までαを
小さく保つことができる。この効果を出すにはCoは最低
２％は必要であり、またあまり多過ぎてもαが大きくな
るため上限は20％が適当である。Coがこの範囲のときNi
は30％前後の場合が超硬合金のαが最も小さいが、CBN
焼結体の熱膨脹係数にも幅があり、これに合せて使用さ
れるので、Niが20〜50％の範囲の合金が適する。この範
囲外だとαを小さくする効果に乏しく、逆に耐食性や耐
熱性の面で欠点が現れる。
CBN焼結体は被削材の多様さのためにCBN含有量は60〜90
％と幅が大きく、またバインダーも金属、各種セラミッ
クスなど種々のものが使われており、それに応じてαも
（４〜６）×10-6の範囲の幅をもつ。
％と幅が大きく、またバインダーも金属、各種セラミッ
クスなど種々のものが使われており、それに応じてαも
（４〜６）×10-6の範囲の幅をもつ。
本発明において前記バインターメタルを用いた超硬合金
のαは（4.6〜6.0）×10-6（1/℃）であり、CBN焼結体
のαに応じてその中から選ばれる。例えばαが4.8×10
-6（1/℃）になる組成の一例をあげればWC-6％Fe合金の
系ではFe-29％Ni-17％Coが適する。そして超硬合金中の
Fe量を増し、あるいはFe合金中のNiの量を上記の値より
増加又は減少させることによりαを6.0×10-6（1/℃）
まで変えることができる。
のαは（4.6〜6.0）×10-6（1/℃）であり、CBN焼結体
のαに応じてその中から選ばれる。例えばαが4.8×10
-6（1/℃）になる組成の一例をあげればWC-6％Fe合金の
系ではFe-29％Ni-17％Coが適する。そして超硬合金中の
Fe量を増し、あるいはFe合金中のNiの量を上記の値より
増加又は減少させることによりαを6.0×10-6（1/℃）
まで変えることができる。
WCを主体とする炭化物とFe-Ni-Co系合金の割合は、後者
が４％未満では基板としての必要な強度が維持できず、
また10％を越えると本願のFe合金を用いても超硬合金の
αが６より大きくなるので該炭化物90〜96％、該合金４
〜10％が適する。
が４％未満では基板としての必要な強度が維持できず、
また10％を越えると本願のFe合金を用いても超硬合金の
αが６より大きくなるので該炭化物90〜96％、該合金４
〜10％が適する。
本発明におけるCBN焼結体はCBN粉末にAl、Ni、Co、Mn等
の金属、あるいは各種セラミックスを添加し、焼結した
ものが使用される。その厚さは多くは0.5〜1.5mmであ
る。
の金属、あるいは各種セラミックスを添加し、焼結した
ものが使用される。その厚さは多くは0.5〜1.5mmであ
る。
本発明の複合焼結体には、CBN焼結層と超硬合金層が接
続したものの外、CBN焼結層の外側に超硬合金層を接合
したサンドイッチ構造のものなども含まれる。
続したものの外、CBN焼結層の外側に超硬合金層を接合
したサンドイッチ構造のものなども含まれる。
CBN焼結層に接合される超硬合金層の厚さは0.1〜2.0mm
が適する。
が適する。
CBN焼結層と超硬合金層は高温、高圧下で圧着されるの
で強固に接合している。また本発明においては上記焼結
層と超硬合金層との間に公知の方法に従ってMo、Ｗ、T
a、Nbから選ばれた金属薄板を介在させることもでき
る。
で強固に接合している。また本発明においては上記焼結
層と超硬合金層との間に公知の方法に従ってMo、Ｗ、T
a、Nbから選ばれた金属薄板を介在させることもでき
る。
金属薄板はCBN焼結層と超硬合金層との接合強度を高め
る効果があり、またこの両者の間に多少とも生ずる熱応
力緩和等の効果もある。金属薄板の厚さは50μｍ〜200
μｍが適当である。
る効果があり、またこの両者の間に多少とも生ずる熱応
力緩和等の効果もある。金属薄板の厚さは50μｍ〜200
μｍが適当である。
次に本発明のCBN超硬合金複合焼結体の製法について説
明する。
明する。
バインダーメタルはFe、Ni、Coの粉末を前記組成範囲に
混合して用いてもよく、また予じめ合金にしたものを粉
砕して用いてもよい。前者の場合は超硬合金の焼結中に
合金となる。これらの金属混合粉末あるいは合金粉末は
WCを主体とする炭化物粉末と混合して使用される。
混合して用いてもよく、また予じめ合金にしたものを粉
砕して用いてもよい。前者の場合は超硬合金の焼結中に
合金となる。これらの金属混合粉末あるいは合金粉末は
WCを主体とする炭化物粉末と混合して使用される。
CBNはその粉末を前記したような添加物と混合して焼結
される。
される。
超硬合金は予じめ焼結したものを用いてもよい。超硬合
金あるいはその組成物と添加物を含むCBN層とを重ね合
せ、超高圧装置を用い、好ましくは1300〜1600℃、40〜
60Kbの範囲で焼結し、CBN超硬合金複合焼結体とする。
なお、金属薄板を使用する場合はそれを両者の界面に置
いて圧着接合する。Ｗ、Mo、Ta、Nbのαは４〜７×10-6
（1/℃）程度であり、焼結時CBN及びWCとの作用で炭化
物や窒化物を生成するが、それらは金属よりさらにαは
小さくなるので熱応力による剥離等の問題は生じない。
金あるいはその組成物と添加物を含むCBN層とを重ね合
せ、超高圧装置を用い、好ましくは1300〜1600℃、40〜
60Kbの範囲で焼結し、CBN超硬合金複合焼結体とする。
なお、金属薄板を使用する場合はそれを両者の界面に置
いて圧着接合する。Ｗ、Mo、Ta、Nbのαは４〜７×10-6
（1/℃）程度であり、焼結時CBN及びWCとの作用で炭化
物や窒化物を生成するが、それらは金属よりさらにαは
小さくなるので熱応力による剥離等の問題は生じない。
超硬合金の作成 表１の配合で先ず超硬合金を作製した。Fe、Ni、Coは平
均粒度２μｍのものを使用した。各々の粉末を表１に従
って配合し、カンファーを使用して予備成形したものを
乾燥後1350℃で真空加熱して焼結した。その特性を表１
に示す。
均粒度２μｍのものを使用した。各々の粉末を表１に従
って配合し、カンファーを使用して予備成形したものを
乾燥後1350℃で真空加熱して焼結した。その特性を表１
に示す。
表１より熱膨張係数が近接した本発明のNo.1と比較例の
No.3、本発明のNo.4、６、７、８、９、10と比較例のN
o.2、４、５、熱膨張係数が同一である本発明のNo.5と
比較例のNo.1を較べてみるとわかるように本願発明のも
のは抗折力が高い。
No.3、本発明のNo.4、６、７、８、９、10と比較例のN
o.2、４、５、熱膨張係数が同一である本発明のNo.5と
比較例のNo.1を較べてみるとわかるように本願発明のも
のは抗折力が高い。
実施例１ 平均粒度５μｍのWC粉末94％とNi29％、Co17％、Fe54％
のFe合金６％から超硬合金（表１の本発明のNo.2）を得
た。この基板とCBN70％、TiC20％、Al10％の混合粉の成
形体を重ね合せ40Kb、1350℃で圧縮し、得られた複合体
をCBN層0.8mm厚、超硬合金層0.8mm厚、全厚1.6mmの調製
後、20×3mmの長方形に切断してハイス鋼のエンドミル
シャンクにろう付けし、研摩後SKD11HRC60の溝入れに加
工に問題なく使用できた。このCBN焼結体の熱膨脹係数
（室温〜800℃）は約4.7である。
のFe合金６％から超硬合金（表１の本発明のNo.2）を得
た。この基板とCBN70％、TiC20％、Al10％の混合粉の成
形体を重ね合せ40Kb、1350℃で圧縮し、得られた複合体
をCBN層0.8mm厚、超硬合金層0.8mm厚、全厚1.6mmの調製
後、20×3mmの長方形に切断してハイス鋼のエンドミル
シャンクにろう付けし、研摩後SKD11HRC60の溝入れに加
工に問題なく使用できた。このCBN焼結体の熱膨脹係数
（室温〜800℃）は約4.7である。
比較のためWC−６％Coの超硬合金（表１の比較例のNo.
1）とCBN焼結体との複合焼結体を作製したが、エンドミ
ルシャンク作製のろう付け時にCBN層内で水平剥離を起
した。
1）とCBN焼結体との複合焼結体を作製したが、エンドミ
ルシャンク作製のろう付け時にCBN層内で水平剥離を起
した。
実施例２ CBN70％、TiC20、Al10％の混合物の両外側に厚さ50μｍ
のMo板を置き、更にその外側に表１の本発明のNo.3の超
硬合金（焼結済厚さ1.0mm）を配し、40Kb 1350℃で焼結
した。得られたサンドイッチ構造の複合体を傘型にワイ
ヤーカットし、超硬合金製ドリルシャンクの先端に設け
たスリットに挟むようにろう付けし、ドリルを作製し
た。FC25のエンジンブロックの孔開けに使用したが100
孔加工可能であった。
のMo板を置き、更にその外側に表１の本発明のNo.3の超
硬合金（焼結済厚さ1.0mm）を配し、40Kb 1350℃で焼結
した。得られたサンドイッチ構造の複合体を傘型にワイ
ヤーカットし、超硬合金製ドリルシャンクの先端に設け
たスリットに挟むようにろう付けし、ドリルを作製し
た。FC25のエンジンブロックの孔開けに使用したが100
孔加工可能であった。
比較して、表１の比較例のNo.1のWC-6Co超硬合金を使用
した所、素材製造の段階で半数以上にクラックが発生し
ており、又、見掛上異常ないものもろう付け時にCBN層
中間で破断した。
した所、素材製造の段階で半数以上にクラックが発生し
ており、又、見掛上異常ないものもろう付け時にCBN層
中間で破断した。
発明の効果 本発明によればWC系の優れた特性を損なわない範囲でWC
系超硬合金の熱膨脹係数をCBN焼結体と同等にすること
ができる。これによって複合焼結体は熱応力等による剥
離を起すことなく使用が可能となった。
系超硬合金の熱膨脹係数をCBN焼結体と同等にすること
ができる。これによって複合焼結体は熱応力等による剥
離を起すことなく使用が可能となった。
Claims (2)
- 【請求項１】タングステンカーバイドを主体とする炭化
物90〜96重量％と鉄系合金４〜10重量％からなり、該鉄
系合金はニッケル20〜50重量％、コバルト２〜20重量
％、残部鉄である超硬合金層と立方晶窒化ホウ素の焼結
層とが接合してなる立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結
体。 - 【請求項２】タングステンカーバイドを主体とする炭化
物90〜96重量％と鉄系合金４〜10重量％からなり、該鉄
系合金はニッケル20〜50重量％、コバルト２〜20重量
％、残部鉄である超硬合金層と立方晶窒化ホウ素の焼結
層との間にモリブデン、タングステン、タンタル、ニオ
ブから選ばれた薄板を介在させて接合してなる立方晶窒
化ホウ素超硬合金複合焼結体。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033471A JPH0798964B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結体 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62033471A JPH0798964B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結体 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63203705A JPS63203705A (ja) | 1988-08-23 |
| JPH0798964B2 true JPH0798964B2 (ja) | 1995-10-25 |
Family
ID=12387457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62033471A Expired - Fee Related JPH0798964B2 (ja) | 1987-02-18 | 1987-02-18 | 立方晶窒化ホウ素超硬合金複合焼結体 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0798964B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8323372B1 (en) | 2000-01-31 | 2012-12-04 | Smith International, Inc. | Low coefficient of thermal expansion cermet compositions |
| JP2002144131A (ja) * | 2000-11-09 | 2002-05-21 | Gn Tool Kk | ボールエンドミル |
| GB0810542D0 (en) * | 2008-06-09 | 2008-07-16 | Element Six Production Pty Ltd | Cubic boron nitride compact |
| CN107805749B (zh) * | 2017-08-11 | 2019-06-28 | 武汉新锐合金工具有限公司 | 一种聚晶立方氮化硼复合体的硬质合金基体材料 |
| CN113941708A (zh) * | 2021-10-12 | 2022-01-18 | 桂林理工大学 | 一种增强PcBN复合片界面结合能力的制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61125707A (ja) * | 1984-11-21 | 1986-06-13 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 複合焼結体工具およびその製造方法 |
| JPS61266364A (ja) * | 1985-05-17 | 1986-11-26 | 住友電気工業株式会社 | サンドイツチ構造を有する高硬度焼結体複合材料 |
| JPS62142704A (ja) * | 1985-12-18 | 1987-06-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | プリント基板用ドリル |
-
1987
- 1987-02-18 JP JP62033471A patent/JPH0798964B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63203705A (ja) | 1988-08-23 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |