JPH08197308A - 高強度および高靭性を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 - Google Patents
高強度および高靭性を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具Info
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- JPH08197308A JPH08197308A JP7030087A JP3008795A JPH08197308A JP H08197308 A JPH08197308 A JP H08197308A JP 7030087 A JP7030087 A JP 7030087A JP 3008795 A JP3008795 A JP 3008795A JP H08197308 A JPH08197308 A JP H08197308A
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- Japan
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- cbn
- cutting tool
- toughness
- boron nitride
- cubic boron
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 高強度および高靭性を有するＣＢＮ基超高圧
焼結材料製切削工具を提供する。 【構成】 切削工具が、硬質分散相としてのＣＢＮ粒の
割合が４５〜７０容量％にして、残りが、容量％で、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２０〜４０％、ＡｌＢ2 ，ＡｌＮ、およびＴ
ｉＢ2 で構成された反応生成相：７〜１２％、ＴｉＮお
よび不可避不純物：残り、からなる組成を有する結合相
で構成され、かつＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で骨格構造
（スケルトン構造）組織を形成するＣＢＮ基超高圧焼結
材料からなる。
焼結材料製切削工具を提供する。 【構成】 切削工具が、硬質分散相としてのＣＢＮ粒の
割合が４５〜７０容量％にして、残りが、容量％で、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２０〜４０％、ＡｌＢ2 ，ＡｌＮ、およびＴ
ｉＢ2 で構成された反応生成相：７〜１２％、ＴｉＮお
よび不可避不純物：残り、からなる組成を有する結合相
で構成され、かつＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で骨格構造
（スケルトン構造）組織を形成するＣＢＮ基超高圧焼結
材料からなる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、高強度と高靭性を有
し、したがって特に、例えば肌焼鋼の仕上げ切削を高速
で行なっても切刃に欠けやチッピングの発生なく、長期
に亘ってすぐれた切削性能を発揮する立方晶窒化ほう素
基超高圧焼結材料製切削工具（以下、ＣＢＮ基材料製切
削工具という）に関するものである。
し、したがって特に、例えば肌焼鋼の仕上げ切削を高速
で行なっても切刃に欠けやチッピングの発生なく、長期
に亘ってすぐれた切削性能を発揮する立方晶窒化ほう素
基超高圧焼結材料製切削工具（以下、ＣＢＮ基材料製切
削工具という）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、例えば特公昭６１−４３３１２号
公報に記載されるように、各種のＣＢＮ基材料製切削工
具が提案され、これらＣＢＮ基材料製切削工具が、例え
ばＳＣｒ鋼やＳＣＭ鋼の浸炭焼入材などの肌焼鋼の仕上
げ切削に用いられることも良く知られるところである。
公報に記載されるように、各種のＣＢＮ基材料製切削工
具が提案され、これらＣＢＮ基材料製切削工具が、例え
ばＳＣｒ鋼やＳＣＭ鋼の浸炭焼入材などの肌焼鋼の仕上
げ切削に用いられることも良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削機械
の高性能化はめざましく、また切削加工の省力化に対す
る要求も強く、これに伴ない、切削加工は高速化の傾向
にあるが、従来ＣＢＮ基材料製切削工具においては、特
に上記の浸炭焼入材などの肌焼鋼などの仕上げ切削に際
して、これを高速で用いると、強度および靭性不足が原
因で切刃に欠けやチッピングなどが発生し、比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
の高性能化はめざましく、また切削加工の省力化に対す
る要求も強く、これに伴ない、切削加工は高速化の傾向
にあるが、従来ＣＢＮ基材料製切削工具においては、特
に上記の浸炭焼入材などの肌焼鋼などの仕上げ切削に際
して、これを高速で用いると、強度および靭性不足が原
因で切刃に欠けやチッピングなどが発生し、比較的短時
間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、ＣＢＮ基材料製切削工具に着目
し、これの強度および靭性向上をはかるべく研究を行な
った結果、ＣＢＮ基材料製切削工具を通常の超高圧焼結
装置を用いて製造するに際して、一般に原料粉末として
用いられている立方晶窒化ほう素（以下、ＣＢＮで示
す）粉末、Ｔｉ窒化物（以下、ＴｉＮで示す）粉末、お
よび酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3で示す）粉末
のほかに、金属Ａｌ粉末とＴｉ−Ａｌ金属間化合物粉末
を用いると共に、これら原料粉末の混合粉末、あるいは
前記混合粉末の圧粉体の焼結時における焼結温度および
焼結圧力への昇温および昇圧を同時に行ない、かつこれ
からの降温および降圧も同時平行して行なうと、特に原
料粉末中の金属Ａｌ粉末とＡｌ−Ｔｉ金属間化合物粉末
の他の原料粉末であるＣＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、および
Ａｌ2 Ｏ3 粉末に対する反応が活発に進行し、焼結性が
一段と向上するようになり、この結果Ａｌのほう化物
（以下、ＡｌＢ2 で示す）および窒化物（以下、ＡｌＮ
で示す）とＴｉほう化物（以下、ＴｉＢ2 で示す）から
なる反応生成相が形成されるが、この反応生成相の作用
でＣＢＮ基材料における硬質分散相としてのＣＢＮ粒と
Ａｌ2 Ｏ3 粒で形成される骨格構造（スケルトン構造）
は著しく強化されることから、このＣＢＮ基材料で構成
された切削工具は高強度と高靭性をもつようになるとい
う研究結果を得たのである。
上述のような観点から、ＣＢＮ基材料製切削工具に着目
し、これの強度および靭性向上をはかるべく研究を行な
った結果、ＣＢＮ基材料製切削工具を通常の超高圧焼結
装置を用いて製造するに際して、一般に原料粉末として
用いられている立方晶窒化ほう素（以下、ＣＢＮで示
す）粉末、Ｔｉ窒化物（以下、ＴｉＮで示す）粉末、お
よび酸化アルミニウム（以下、Ａｌ2 Ｏ3で示す）粉末
のほかに、金属Ａｌ粉末とＴｉ−Ａｌ金属間化合物粉末
を用いると共に、これら原料粉末の混合粉末、あるいは
前記混合粉末の圧粉体の焼結時における焼結温度および
焼結圧力への昇温および昇圧を同時に行ない、かつこれ
からの降温および降圧も同時平行して行なうと、特に原
料粉末中の金属Ａｌ粉末とＡｌ−Ｔｉ金属間化合物粉末
の他の原料粉末であるＣＢＮ粉末、ＴｉＮ粉末、および
Ａｌ2 Ｏ3 粉末に対する反応が活発に進行し、焼結性が
一段と向上するようになり、この結果Ａｌのほう化物
（以下、ＡｌＢ2 で示す）および窒化物（以下、ＡｌＮ
で示す）とＴｉほう化物（以下、ＴｉＢ2 で示す）から
なる反応生成相が形成されるが、この反応生成相の作用
でＣＢＮ基材料における硬質分散相としてのＣＢＮ粒と
Ａｌ2 Ｏ3 粒で形成される骨格構造（スケルトン構造）
は著しく強化されることから、このＣＢＮ基材料で構成
された切削工具は高強度と高靭性をもつようになるとい
う研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果にもとづいて
なされたものであって、硬質分散相としてのＣＢＮ粒の
割合が４５〜７０容量％にして、残りが、容量％で、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２０〜４０％、ＡｌＢ2 ，ＡｌＮ、およびＴ
ｉＢ2 で構成された反応生成相：７〜１２％、ＴｉＮお
よび不可避不純物：残り、からなる組成を有する結合相
で構成され、かつＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で骨格構造
（スケルトン構造）組織を形成するＣＢＮ基材料で構成
してなる、高強度および高靭性を有するＣＢＮ基材料製
切削工具に特徴を有するものである。
なされたものであって、硬質分散相としてのＣＢＮ粒の
割合が４５〜７０容量％にして、残りが、容量％で、Ａ
ｌ2 Ｏ3 ：２０〜４０％、ＡｌＢ2 ，ＡｌＮ、およびＴ
ｉＢ2 で構成された反応生成相：７〜１２％、ＴｉＮお
よび不可避不純物：残り、からなる組成を有する結合相
で構成され、かつＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で骨格構造
（スケルトン構造）組織を形成するＣＢＮ基材料で構成
してなる、高強度および高靭性を有するＣＢＮ基材料製
切削工具に特徴を有するものである。
【０００６】つぎに、この発明の切削工具において、こ
れを構成するＣＢＮ基材料の組成を上記の通りに限定し
た理由を説明する。 （ａ） ＣＢＮ ＣＢＮは、マイクロビッカース硬さで、約４５００kg／
mm2 の高硬度を有し、切削工具の耐摩耗性を向上させる
ほか、反応生成相の作用でＡｌ2 Ｏ3 粒との間で強固な
骨格構造を形成し、強度および靭性を向上させる作用が
あるが、その割合が４５容量％未満では所望のすぐれた
耐摩耗性の確保および骨格構造の形成ができず、一方そ
の割合が７０容量％を越えると強度および靭性が低下す
るようになることから、その割合を４５〜７０容量％、
望ましくは５０〜６１容量％と定めた。
れを構成するＣＢＮ基材料の組成を上記の通りに限定し
た理由を説明する。 （ａ） ＣＢＮ ＣＢＮは、マイクロビッカース硬さで、約４５００kg／
mm2 の高硬度を有し、切削工具の耐摩耗性を向上させる
ほか、反応生成相の作用でＡｌ2 Ｏ3 粒との間で強固な
骨格構造を形成し、強度および靭性を向上させる作用が
あるが、その割合が４５容量％未満では所望のすぐれた
耐摩耗性の確保および骨格構造の形成ができず、一方そ
の割合が７０容量％を越えると強度および靭性が低下す
るようになることから、その割合を４５〜７０容量％、
望ましくは５０〜６１容量％と定めた。
【０００７】（ｂ） Ａｌ2 Ｏ3 Ａｌ2 Ｏ3 には、耐熱塑性変形性を向上させ、もって切
刃の摩耗を抑制するほか、上記の通りＣＢＮ粒と共に骨
格構造を形成し、強度および靭性を向上させる作用があ
るが、その割合が結合相に占める割合で２０容量％未満
では、所望の摩耗抑制効果および強固な骨格構造が得ら
れず、一方その割合が同じく結合相に占める割合で４０
容量％を越えると強度および靭性に低下傾向が現われ、
切刃に欠けやチッピングが発生し易くなることから、そ
の割合を２０〜４０容量％、望ましくは２５〜３５容量
％と定めた。
刃の摩耗を抑制するほか、上記の通りＣＢＮ粒と共に骨
格構造を形成し、強度および靭性を向上させる作用があ
るが、その割合が結合相に占める割合で２０容量％未満
では、所望の摩耗抑制効果および強固な骨格構造が得ら
れず、一方その割合が同じく結合相に占める割合で４０
容量％を越えると強度および靭性に低下傾向が現われ、
切刃に欠けやチッピングが発生し易くなることから、そ
の割合を２０〜４０容量％、望ましくは２５〜３５容量
％と定めた。
【０００８】（ｃ） 反応生成相 上記の通りＡｌＢ2 ，ＡｌＮ、およびＴｉＢ2 からなる
反応生成相の形成によってＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で形
成される骨格構造が強化されることと相まって、切削工
具は高強度および高靭性を具備するようになるが、その
割合が結合相に占める割合で７容量％未満では所望の高
強度および高靭性を確保することができず、一方その割
合が同じく結合相に占める割合で１２％を越えると耐摩
耗性が低下するようになることから、その割合を７〜１
２容量％、望ましくは９〜１０容量％と定めた。なお、
結合相を構成するＴｉＮ粒には靭性を向上させる作用が
あり、したがって切削工具に所望の高靭性を確保するた
めには、結合相に占める割合で４０〜６０容量％の含有
が望ましい。
反応生成相の形成によってＣＢＮ粒とＡｌ2 Ｏ3 粒で形
成される骨格構造が強化されることと相まって、切削工
具は高強度および高靭性を具備するようになるが、その
割合が結合相に占める割合で７容量％未満では所望の高
強度および高靭性を確保することができず、一方その割
合が同じく結合相に占める割合で１２％を越えると耐摩
耗性が低下するようになることから、その割合を７〜１
２容量％、望ましくは９〜１０容量％と定めた。なお、
結合相を構成するＴｉＮ粒には靭性を向上させる作用が
あり、したがって切削工具に所望の高靭性を確保するた
めには、結合相に占める割合で４０〜６０容量％の含有
が望ましい。
【０００９】
【実施例】つぎに、この発明の切削工具を実施例により
具体的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍ
のＣＢＮ粉末、同０．８μｍのＴｉＮ粉末、同０．８μ
ｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末、同１μｍの金属Ａｌ粉末、および
同１μｍのＴｉ−Ａｌ金属間化合物粉末を用意し、これ
ら原料粉末を所定の配合組成に配合し、回転ボールミル
で７２時間湿式混合し、乾燥した後、３ ton／cm2 の圧
力で直径：２０mm×厚さ：１．５mmの寸法をもった圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を３×１０-4torrの真空
中、１２００℃の温度に３０分間保持の条件で仮焼結
し、ついでこれを直径：２０mm×厚さ：２mmの寸法をも
った炭化タングステン基超硬合金基材と重ね合わせた状
態で超高圧焼結装置にそう入し、焼結温度：１２００℃
および焼結圧力：５ＧＰａへの昇温と昇圧を同時に平行
して行ない、前記焼結温度および焼結圧力に３０分間保
持後、降温と降圧も同時に平行して行なって焼結を終了
し、最終的に焼結体の上下面を研削し、ワイヤカットに
て４分割し、これを炭化タングステン基超硬合金製台金
にろう付けし、所定形状のスローアウエイチップに研磨
仕上げすることにより、表１に示される組成を有するＣ
ＢＮ基材料で切刃部分が構成された本発明ＣＢＮ基材料
製切削工具１〜６および比較ＣＢＮ基材料製切削工具１
〜６をそれぞれ製造した。なお、比較ＣＢＮ基材料製切
削工具１〜６は、これを構成するＣＢＮ基材料が、これ
の構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の
範囲から外れた組成をもつものである。また、上記ＣＢ
Ｎ基材料の組成および組織は走査型オージエ電子顕微鏡
を用いて観察した結果にもとづくものである。
具体的に説明する。原料粉末として、平均粒径：３μｍ
のＣＢＮ粉末、同０．８μｍのＴｉＮ粉末、同０．８μ
ｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末、同１μｍの金属Ａｌ粉末、および
同１μｍのＴｉ−Ａｌ金属間化合物粉末を用意し、これ
ら原料粉末を所定の配合組成に配合し、回転ボールミル
で７２時間湿式混合し、乾燥した後、３ ton／cm2 の圧
力で直径：２０mm×厚さ：１．５mmの寸法をもった圧粉
体にプレス成形し、この圧粉体を３×１０-4torrの真空
中、１２００℃の温度に３０分間保持の条件で仮焼結
し、ついでこれを直径：２０mm×厚さ：２mmの寸法をも
った炭化タングステン基超硬合金基材と重ね合わせた状
態で超高圧焼結装置にそう入し、焼結温度：１２００℃
および焼結圧力：５ＧＰａへの昇温と昇圧を同時に平行
して行ない、前記焼結温度および焼結圧力に３０分間保
持後、降温と降圧も同時に平行して行なって焼結を終了
し、最終的に焼結体の上下面を研削し、ワイヤカットに
て４分割し、これを炭化タングステン基超硬合金製台金
にろう付けし、所定形状のスローアウエイチップに研磨
仕上げすることにより、表１に示される組成を有するＣ
ＢＮ基材料で切刃部分が構成された本発明ＣＢＮ基材料
製切削工具１〜６および比較ＣＢＮ基材料製切削工具１
〜６をそれぞれ製造した。なお、比較ＣＢＮ基材料製切
削工具１〜６は、これを構成するＣＢＮ基材料が、これ
の構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の
範囲から外れた組成をもつものである。また、上記ＣＢ
Ｎ基材料の組成および組織は走査型オージエ電子顕微鏡
を用いて観察した結果にもとづくものである。
【００１０】ついで、この結果得られた各種のＣＢＮ基
材料製切削工具について、 被削材：ＳＣｒ４２０の浸炭焼入材（表面硬さ：ＨR Ｃ
６１）、 切削速度：１８０ｍ／min.、 切込み：０．１mm、 送り：０．１mm／rev.、 時間：２０分、 の条件での肌焼鋼の乾式高速仕上げ切削試験、並びに 被削材：ＳＣＭ４１５の浸炭焼入材（表面硬さ：ＨR Ｃ
６０）、 切削速度：２２０ｍ／min.、 切込み：０．１mm、 送り：０．１mm／rev.、 時間：３０分、 の条件での肌焼鋼の乾式高速仕上げ切削試験を行ない、
切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表
１に示した。
材料製切削工具について、 被削材：ＳＣｒ４２０の浸炭焼入材（表面硬さ：ＨR Ｃ
６１）、 切削速度：１８０ｍ／min.、 切込み：０．１mm、 送り：０．１mm／rev.、 時間：２０分、 の条件での肌焼鋼の乾式高速仕上げ切削試験、並びに 被削材：ＳＣＭ４１５の浸炭焼入材（表面硬さ：ＨR Ｃ
６０）、 切削速度：２２０ｍ／min.、 切込み：０．１mm、 送り：０．１mm／rev.、 時間：３０分、 の条件での肌焼鋼の乾式高速仕上げ切削試験を行ない、
切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表
１に示した。
【００１１】
【表１】
【００１２】
【発明の効果】表１に示される結果から、本発明ＣＢＮ
基材料製切削工具１〜６は、いずれもＣＢＮ粒とＡｌ2
Ｏ3 粒による骨格構造の形成と相まって高強度と高靭性
を有するので、肌焼鋼の仕上げ切削を高速で行なっても
切刃に欠けやチッピングの発生なく、すぐれた切削性能
を発揮するのに対して、比較ＣＢＮ基材料製切削工具１
〜６に見られるように、これを構成するＣＢＮ基材料の
構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の範
囲から外れると、摩耗の進行が速まったり、切刃に欠け
やチッピングが発生するのを避けることができないこと
が明らかである。上述のように、この発明のＣＢＮ基材
料製切削工具は、これを構成するＣＢＮ基材料が高強度
と高靭性を有し、かつすぐれた耐摩耗性も具備するの
で、特にこれらの特性が要求される肌焼鋼などの高速仕
上げ切削に用いた場合にも長期に亘ってすぐれた切削性
能を発揮するのである。
基材料製切削工具１〜６は、いずれもＣＢＮ粒とＡｌ2
Ｏ3 粒による骨格構造の形成と相まって高強度と高靭性
を有するので、肌焼鋼の仕上げ切削を高速で行なっても
切刃に欠けやチッピングの発生なく、すぐれた切削性能
を発揮するのに対して、比較ＣＢＮ基材料製切削工具１
〜６に見られるように、これを構成するＣＢＮ基材料の
構成成分のうちのいずれかの成分含有量がこの発明の範
囲から外れると、摩耗の進行が速まったり、切刃に欠け
やチッピングが発生するのを避けることができないこと
が明らかである。上述のように、この発明のＣＢＮ基材
料製切削工具は、これを構成するＣＢＮ基材料が高強度
と高靭性を有し、かつすぐれた耐摩耗性も具備するの
で、特にこれらの特性が要求される肌焼鋼などの高速仕
上げ切削に用いた場合にも長期に亘ってすぐれた切削性
能を発揮するのである。
Claims (1)
- 【請求項１】 硬質分散相としての立方晶窒化ほう素粒
の割合が４５〜７０容量％にして、残りが、容量％で、 酸化アルミニウム：２０〜４０％、 Ａｌのほう化物および窒化物とＴｉほう化物で構成され
た反応生成相：７〜１２％、 Ｔｉ窒化物および不可避不純物：残り、からなる組成を
有する結合相で構成され、かつ立方晶窒化ほう素粒と酸
化アルミニウム粒で骨格構造（スケルトン構造）組織を
形成する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料で構成した
ことを特徴とする高強度および高靭性を有する立方晶窒
化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7030087A JPH08197308A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 高強度および高靭性を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7030087A JPH08197308A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 高強度および高靭性を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08197308A true JPH08197308A (ja) | 1996-08-06 |
Family
ID=12294017
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7030087A Withdrawn JPH08197308A (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 高強度および高靭性を有する立方晶窒化ほう素基超高圧焼結材料製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08197308A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7154543B1 (en) | 1997-04-16 | 2006-12-26 | Seiko Epson Corporation | Digital camera and method of changing data processing sequence used for the same |
-
1995
- 1995-01-26 JP JP7030087A patent/JPH08197308A/ja not_active Withdrawn
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7154543B1 (en) | 1997-04-16 | 2006-12-26 | Seiko Epson Corporation | Digital camera and method of changing data processing sequence used for the same |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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