JPH08229708A - 立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結体および切削工具 - Google Patents

立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結体および切削工具

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JPH08229708A
JPH08229708A JP3546495A JP3546495A JPH08229708A JP H08229708 A JPH08229708 A JP H08229708A JP 3546495 A JP3546495 A JP 3546495A JP 3546495 A JP3546495 A JP 3546495A JP H08229708 A JPH08229708 A JP H08229708A
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JP
Japan
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sintered body
volume
cubic boron
boron nitride
ceramics sintered
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Withdrawn
Application number
JP3546495A
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English (en)
Inventor
Hidetoshi Nakajima
秀俊 中島
Fumihiro Ueda
文洋 植田
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Mitsubishi Materials Corp
Original Assignee
Mitsubishi Materials Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼
結体および切削工具を提供する。 【構成】 本発明の立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミ
ックス焼結体および切削工具は、立方晶窒化硼素:10
〜50容量%、炭化タングステン:0.1〜1容量%、
窒化アルミニウム:3〜7容量%、硼化チタン:1〜5
容量%、酸化アルミニウム:3〜10容量%、チタンの
炭化物、窒化物、炭窒化物のうち1種または2種以上:
残部からなる表面部材と、コバルト:25〜45容量
%、炭化タングステン:残部からなるWC基超硬合金製
支持部材とを接合させたものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、立方晶窒化硼素(以
下、cBNと記す)含有セラミックス焼結体からなる表
面部材と炭化タングステン(以下、WCと記す)基超硬
合金製支持部材からなる立方晶窒化硼素系超高圧複合セ
ラミックス焼結体(以下、複合焼結体と記す)および切
削工具に関するものである。
【0002】
【従来の技術】cBN含有セラミックス焼結体からなる
表面部材とWC基超硬合金からなる支持部材とで構成さ
れた複合焼結体は、例えば、通常、超硬合金製スローア
ウェイチップの1隅にろう付けし、この複合焼結体をろ
う付けしたスローアウェイチップをバイトの刃先部に取
り付けて切削工具として使用することは良く知られてい
るところである(例えば、特開昭56−69283号公
報参照)。
【0003】この従来の複合焼結体の表面部材は、cB
N:50容量%を越えて含まれており、その他は周期律
表の4a、5a、6aの窒化物を含んでいる。
【0004】これら複合焼結体は、表面部材となるcB
N含有セラミックス焼結体と、支持部材となるWC基超
硬合金を接合させ、高温高圧下で焼結することにより製
造している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うにして製造された表面部材と、支持部材が接合された
従来の複合焼結体をろう付けした切削工具を用いて、例
えば、高硬度鋼、鋳鉄などの高速切削を行うと、切刃部
である表面部材に欠損が発生し、また、逃げ面摩耗が大
きく発達する等、比較的短時間で寿命に達してしまうな
どの課題があった。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
かかる観点から、例えば、高硬度鋼、鋳鉄などの高速切
削に対して従来よりも、耐欠損性の、より優れた複合セ
ラミックス焼結体を得るべく研究を行った結果、cBN
の添加量を10〜50容量%とし、結合相は、WC:
0.1〜1容量%、、窒化アルミニウム(以下、AlN
と記す):3〜7容量%、硼化チタン(以下、TiB2
と記す):1〜5容量%、酸化アルミニウム(以下、A
23と記す):3〜10容量%、チタンの炭化物(以
下、TiCと記す)、窒化物(以下、TiNと記す)、
炭窒化物(以下、TiCNと記す)のうちの1種または
2種以上および不可避不純物:残部からなる表面部材
と、コバルト(以下、Coと記す):25〜45容量%
を含有し、残りがWCおよび不可避不純物からなる超硬
合金の支持部材とを接合させた複合焼結体、好ましくは
上記cBNの平均粒径が、4〜20μmで、また好まし
くは上記TiC、TiN、TiCNのうちの1種または
2種以上の平均粒径は1μm以下であり、かつWC、A
lN、TiB2、Al23の平均粒径は、いずれも0.
5μm以下である複合焼結体は、例えば、これを高硬度
鋼、鋳鉄などの高速切削に用いると従来よりも刃先の欠
損が生じ難く、切削寿命が向上するという知見が得られ
たのである。
【0007】この発明は、かかる知見に基づいてなされ
たものであって、cBN含有セラミックス焼結体からな
る表面部材とWC基超硬合金製支持部材とが接合した複
合焼結体において、上記cBN含有セラミックス焼結体
からなる表面部材の構成成分組成は、 cBN:10〜50容量%、WC:0.1〜1容量%、
AlN:3〜7容量%、TiB2:1〜5容量%、Al2
3:3〜10容量%、TiC、TiN、TiCNのう
ちの1種または2種以上および不可避不純物:残部から
なり、かつ、上記WC基超硬合金製支持部材の構成成分
組成は、 Co:25〜45容量%、WCおよび不可避不純物:残
部、からなるWC基超硬合金製支持部材を接合させてな
る立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結体およ
び切削工具に特徴を有するものである。
【0008】上記表面部材のcBNの平均粒径は、4〜
20μmが好ましい。また、上記表面部材の結合相のT
iC、TiN、TiCNのうちの1種または2種以上の
粒径は平均粒径:1μm以下であり、かつWC、Al
N、TiB2、Al23の粒径はいずれも平均粒径:
0.5μm以下が好ましい。
【0009】この発明の複合焼結体が従来の複合焼結体
と比較して耐欠損性が優れている理由は、従来の複合焼
結体はcBN含有セラミックス焼結体からなる表面部材
とWC基超硬合金からなる支持部材の収縮率、熱膨脹係
数が大きく異なるため、薄い表面部材に残留応力が発生
し、この残留応力の発生した表面部材および支持部材か
らなる複合焼結体を用いて、例えば、高速切削を行う
と、工具の刃先に加わる熱衝撃によって、その表面部材
の切刃部に欠損が生じ、比較的早期に寿命に至る。しか
しこの発明の複合焼結体の表面部材は残留応力が極めて
小さくなるために耐欠損性が向上するものと考えられ
る。
【0010】この発明の複合焼結体の表面部材および支
持部材における成分組成および平均粒径を上記の通りに
限定した理由を説明する。
【0011】(1) 表面部材 (a) cBN 表面部材におけるcBNは、通常、耐摩耗性および耐塑
性変形性を確保する作用を有するが、焼結体中の割合が
10容量%未満ではその効果が少なく、一方、50容量
%を越えて含有すると靭性が低下して、欠損を起こしや
すくなるので好ましくない。したがって、cBNの含有
量は10〜50容量%に定めた。cBNのより好ましい
含有量は15〜45容量%である。またcBNの平均粒
径は、4μm以下では耐欠損性が不足し、また20μm
以上では被削材の面粗度が悪化するため、その値を4〜
20μmに定めた。
【0012】(b)WC、AlN、TiB2、Al23 これら成分は、いずれもTi系化合物中に硬質分散相と
して分散している成分であり、Ti系化合物の粒成長を
抑制する作用を有するが、WC:0.1%未満、Al
N:3容量%未満、TiB2:1容量%未満、Al
23:3容量%未満ではTi系化合物の粒成長抑制効果
がなく、一方、WC:1容量%を超え、AlN:7容量
%を超え、TiB2:5容量%を超え、Al23:10
容量%を超えた場合は、焼結性が低下し強度が低下する
ので好ましくない。したがって、分散成分としてはW
C:0.1〜1容量%、AlN:3〜7容量%、TiB
2:1〜5容量%、Al23:3〜10容量%に定め
た。これら成分の、より好ましい範囲は、WC:0.3
〜1容量%、AlN:4〜6容量%、TiB2:2〜5
容量%、Al23:4〜9容量%である。そしてこれら
成分の素地中における粒径は、平均粒径でいずれも0.
5μm以下(好ましくは0.1〜0.3μm)である。
【0013】 (c) Ti系化合物(TiC,TiN,TiCN) これらTi系化合物は、結合相として作用し、耐熱性お
よび靭性を確保する作用を有するが、これらTi系化合
物の平均粒径は1μm以下(好ましくは0.4〜0.8
μm)である。
【0014】(2) 支持部材 複合焼結体の支持部材には、通常、WC基超硬合金が使
用されているが、この発明の複合焼結体の支持部材のW
C基超硬合金はCo:25〜45容量%を含有し、残り
がWCおよび不可避不純物からなるWC基超硬合金であ
ることが好ましく、特にCo:30〜40容量%を含有
し、残りがWCおよび不可避不純物からなるWC基超硬
合金であることがより好ましい。これはCo:25容量
%未満では表面部材との熱膨脹係数との差が大きくなり
すぎて表面部材に残留応力を生じせしめ、欠損が発生し
易くなるためであり、一方、45容量%を越えると支持
部材としての強度が不足するようになって好ましくない
ことによるものである。
【0015】
【実施例】原料粉末として、表1〜表2に示される粒径
のTiC粉末、TiN粉末、TiCN粉末、TiAl粉
末、TiAl3 粉末、Ti2AlN粉末、Ti4Al2
2粉末、WC粉末およびAl23粉末を用意し、これら
原料粉末を超硬合金で内張りされた容器内に超硬合金製
ボールとアセトンと共に充填し、蓋をした後に回転ボー
ルミルにより粉砕および混合を行った。その後さらに表
1〜表2に示される粒径のcBN粉末を表1〜表2に示
される配合組成となるように追加し、72時間湿式混合
し、乾燥後に3ton/cm2 の圧力で直径:20m
m、厚さ:1.5mmの寸法に型押し成形し、この成形
体を3×10-4〜3×10-3Torrの真空中にて10
00〜1300℃の範囲内の所定の温度に30〜90分
保持の条件で仮焼結し、次にこの仮焼結体を直径:20
mm、厚さ:2mmの寸法を有し、表1〜表2に示され
る成分組成のWC基超硬合金製支持部材と接合させた状
態で超高圧発生焼結装置に装入し、圧力:5.5GP
a、温度:1200〜1400℃の範囲内の所定の温度
で20〜60分間保持することにより焼結し、表3〜表
4に示される成分組成の切刃部材と支持部材からなる本
発明複合焼結体1〜10(以下、本発明焼結体1〜10
という)、比較複合焼結体1〜8(以下、比較焼結体1
〜8という)および従来複合焼結体(以下、従来焼結体
という)を作製した。なお、燒結体を構成する物質の同
定は、X線回折を用いて行い、各結晶粒度の測定は、走
査型および透過型電顕を用いて行い、さらに各物質の体
積率は、走査型オ−ジェ電子顕微鏡を用いて測定した。
【0016】
【表1】
【0017】
【表2】
【0018】
【表3】
【0019】
【表4】 これら本発明焼結体1〜10、比較焼結体1〜8および
従来焼結体の上下面を研削し、放電加工によって切断分
割したものをWC基超硬合金製台金にろう付けし、最終
的に所定寸法に研摩仕上げすることにより本発明切削工
具1〜10、比較切削工具1〜8および従来切削工具を
作製し、(切削工具の番号と使用せる複合焼結体の番号
は、それぞれ対応する)これら切削工具を用いて 被削材:SCM415(HRC63)、 切削速度:300m/min. 切り込み:0.15mm 送り:0.15mm/rev. の条件の湿式切削を30分間行ない、逃げ面摩耗幅(m
m)、その他、切刃の状況を測定観察し、その結果を表
5に示した。
【0020】
【表5】
【0021】
【発明の効果】表5に示される結果から、本発明焼結体
より作製した切削工具1〜10は従来焼結体より作製し
た従来切削工具に比べて格段に優れた耐欠損性を示すこ
とがわかる。また、この発明の範囲から外れた組成およ
び粒径を示す比較焼結体より作製した比較切削工具1〜
8はいずれも好ましくない特性を示すことがわかる。
【0022】上述のように、この発明の複合焼結体を用
いて作製した切削工具により、高硬度鋼、鋳鉄などのよ
うな材料を高速切削しても、従来のように欠損の発生が
少なく、したがって従来よりも苛酷な条件の切削に適用
でき、また、本発明の複合焼結体は、立方晶窒化素焼結
体の持つ高い熱伝導性等の優れた熱的特性やその高い耐
摩耗性ににより、各種ヒ−トシンクや耐摩耗工具、治具
等にも有用であり、産業上すぐれた効果をもつものであ
る。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 立方晶窒化硼素含有セラミックス焼結体
    からなる表面部材と炭化タングステン基超硬合金製支持
    部材とが接合された複合焼結体において、上記立方晶窒
    化硼素含有セラミックス焼結体からなる表面部材の構成
    成分組成は、 立方晶窒化硼素 :10〜50容量%、 炭化タングステン:0.1〜1容量%、 窒化アルミニウム:3〜7容量%、 硼化チタン :1〜5容量%、 酸化アルミニウム:3〜10容量%、 チタンの炭化物、窒化物、炭窒化物のうち1種または2
    種以上および不可避不純物:残部からなり、かつ、 上記炭化タングステン基超硬合金製支持部材の構成成分
    組成は、 コバルト:25〜45容量%、 炭化タングステンおよび不可避不純物:残部、からなる
    ことを特徴とする立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミッ
    クス焼結体および切削工具。
  2. 【請求項2】 上記立方晶窒化硼素含有セラミックス焼
    結体の表面部材を構成する立方晶窒化硼素の平均粒径
    が、4〜20μmであることを特徴とする請求項1記載
    の立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結体およ
    び切削工具。
  3. 【請求項3】 上記立方晶窒化硼素含有セラミックス焼
    結体の表面部材を構成するチタンの炭化物、窒化物、炭
    窒化物のうち1種または2種以上の平均粒径は1μm以
    下であり、かつ炭化タングステン、窒化アルミニウム、
    硼化チタン、酸化アルミニウムの平均粒径はいずれも
    0.5μm以下であることを特徴とする請求項1および
    2記載の立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結
    体および切削工具。
JP3546495A 1995-02-23 1995-02-23 立方晶窒化硼素系超高圧複合セラミックス焼結体および切削工具 Withdrawn JPH08229708A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011207688A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Sumitomo Electric Hardmetal Corp 複合焼結体
JP2019099396A (ja) * 2017-11-29 2019-06-24 三菱マテリアル株式会社 微細構造組織を有する立方晶窒化ほう素基焼結体および切削工具

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