JPH08732B2 - 切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結体の製造法 - Google Patents

切削工具用立方晶窒化硼素基超高圧焼結体の製造法

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JPH08732B2
JPH08732B2 JP62007726A JP772687A JPH08732B2 JP H08732 B2 JPH08732 B2 JP H08732B2 JP 62007726 A JP62007726 A JP 62007726A JP 772687 A JP772687 A JP 772687A JP H08732 B2 JPH08732 B2 JP H08732B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐熱性および靭性にすぐれ、特に焼入鋼
などの高硬度鋼の高速切削に切削工具として使用するの
に適した立方晶窒化硼素(以下、CBNで示す)基超高圧
焼結体の製造法に関するものである。
〔従来の技術〕
近年、焼入鋼などの高硬度鋼の研削加工から、より加
工能率を高い切削加工への切り換えが急速に進み、それ
に伴って高い硬度を有するCBN基超高圧焼結体が切削工
具として注目されるようになっており、例えば、周期律
表の4a族、5a族、および6a族金属の炭化物、窒化物、硼
化物、珪化物、Al2O3,MgO,AlN,Si3N4のうちの1種また
は2種以上:20〜80重量%と、CBNおよび不可避不純物:
残り、からなる組成を有するCBN基超高圧焼結体が、焼
入鋼の切削工具として提案されている(特公昭57−3631
号公報参照)。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記の従来CBN基超高圧焼結体のう
ち、Tiの炭化物、窒化物、および硼化物(以下、Ti化合
物という)の1種または2種以上と、CBNおよび不可避
不純物とからなるCBN基超高圧焼結体を切削工具とし
て、例えばHRC:60以上の硬さを有する焼入鋼を施削する
場合には、その切削速度を150m/minを越す速さとする
と、刃先の温度上昇によって被削材が刃先に溶着しやす
くなり、それによって摩擦熱の増大、刃先温度の上昇を
招いて、刃先の摩耗が急激に増大するとともに、上記CB
N基超高圧焼結体の靭性不足に起因して、刃先にチッピ
ングや欠損を起しやすいところから、上記従来のCBN基
超高圧焼結体は、焼入鋼の切削工具とした場合、概ね10
0m/min以下の切削速度でしか使用することができないの
で、1個当りに長時間の加工時間を要し、そのため高い
切削速度を必要とする大型部品の切削には利用すること
ができず、したがって上記の従来CBN基超高圧焼結体で
は、焼入鋼などの高硬度鋼の切削に切削工具として用い
る価値が未だ十分得られていないという問題があった。
〔問題点を解決するための手段〕
そこで、本発明者等は、上記のような従来CBN基超高
圧焼結体のもつ問題点を解決すべく種々研究を重ねた結
果、 (1) 上記従来CBN基超高圧焼結体を切削工具として
高硬度鋼を高い切削速度で切削すると、切削中、高温に
曝されて溶着を起し、耐摩耗性が著しく低下するのは、
このCBN基超高圧焼結体の製造中に、WC基超硬合金製ま
たはステンレス鋼製などの混合装置、例えばそのボール
やポットが摩滅することによって混合粉末中に混入した
鉄族金属およびWが焼結時にBと化合物を形成しやす
く、したがって焼結体中に前記化合物が存在すると、こ
の化合物中のBは高温で不安定となって動きやすくな
り、このBが被削材中に拡散すると刃先に被削材が溶着
して、摩擦熱の増大、刃先温度の上昇を招くことに起因
すること、 (2) CBN基超高圧焼結体を製造するための原料粉末
中に鉄族金属が混在していると、焼結時に鉄族金属とB
とが反応して部分的に液相を生じ、それによってTi化合
物が粒成長を起して焼結体の靭性を低下させること、 したがって、焼結直前の混合粉末中の鉄族金属および
Wの含有量を低減すれば、上記2つの問題が一挙に解決
されて、耐熱性にすぐれ、かつ靭性の向上したCBN基超
高圧焼結体が得られること、 (3) 上記特性の向上したCBN基超高圧焼結体を製造
するに際して、さらに原料粉末として、Alの酸化物粉
末、窒化物粉末、窒酸化物粉末、および硼化物粉末(以
下、それぞれAl2O3粉末、AlN粉末、AlNO粉末、および
(AlBX粉末で示し、これらをまとめてAl化合物粉末とい
う)を用い、これら原料粉末のうちの1種または2種以
上を0.5〜20重量%の割合で配合すると、その焼結性が
改善されて、焼結体の靭性が一層向上すること、 以上(1)〜(3)に示される研究結果を得たのであ
る。
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたもの
で、すぐれた耐熱性と靭性を有し、特に焼入鋼などの高
硬度鋼の高速切削に切削工具として使用するのに適した
CBN基超高圧焼結体の製造法を提供することを目的と
し、原料粉末を、重量%で(以下、%は重量%を示
す)、 Tiの炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末、および
硼化物粉末(以下、それぞれTiC粉末、TiN粉末、TiCN粉
末、およびTiBX粉末で示し、これらをまとめてTi化合物
粉末という)のうちの1種または2種以上:5〜50%、 Al化合物粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜20
%、 CBN粉末:残り、 からなる配合組成に配合し、かつ混合粉末中に混入する
Fe,Ni,Co、およびWのうちの1種または2種以上からな
る不純物(以下、鉄族金属およびWからなる不純物とい
う)を除去して、混合粉末中の前記不純物の含有量を0.
5%以下に低減する、切削工具用CBN基超高圧焼結体の製
造法に特徴を有するものである。
つぎに、この発明方法において配合組成を上記のとお
りに限定した理由を述べる。
(a) Ti化合物粉末 これらの原料粉末には、焼結体に耐溶着性を付与する
作用があるが、その割合が5%未満では所望の耐溶着性
を確保することができず、一方その割合が50%を越える
と、焼結体の靭性が不足して刃先が欠けやすくなること
から、その割合を5〜50%と定めた。
(b) Al化合物粉末 これらの原料粉末には、焼結体の靭性を向上させる作
用があるが、その割合が0.5%未満では前記作用に所望
の効果が得られず、一方その割合が20%を越えると、高
温となったときの刃先の耐摩耗性が低下するようになる
ことから、その割合を0.5〜20%と定めた。
なお、鉄族金属およびWからなる不純物は、焼結時に
CBNのBと化合して部分的に液相を生じ、それによってT
i化合物の粒成長を促して焼結体の靭性を低下させると
ともに、前記不純物成分と化合した状態で焼結体中に含
まれるBは、切削時に高温に曝されることによって被削
材中に拡散しやすくなり、その結果刃先の耐溶着性を低
下させてそれの摩耗を急激に増大させるので、特に高硬
度鋼の高速切削に切削工具として使用されるCBN基超高
圧焼結体においては、その靭性と、高温における十分な
耐溶着性、したがって耐摩耗性、すなわち耐熱性とを確
保するために、この鉄族金属およびWからなる不純物が
できるだけ含まれないことが肝要であるが、焼結直前の
混合粉末中の含有量が0.5%以下であれば、上記の不都
合は無視できるようになることから、これらの不純物の
混合粉末中の含有量を0.5%以下と定めた。
また、この発明の方法は、通常の超高圧焼結法、すな
わち、まず原料粉末として、CBN粉末、TiC粉末、TiN粉
末、TiCN粉末、TiB2粉末、Al2O3粉末、AlN粉末、AlNO粉
末、およびAlBX粉末を用意し、これら原料粉末のうちか
ら適宜選択したものを所定の配合組成に配合し、混合
し、この混合粉末調製中、その混合工程においてボール
ミルのような混合装置から混入してきた前記不純物を、
例えば、アセトン等の溶剤と混ざり合って、またスラリ
ー状となっている混合粉末中で磁石をゆるやかに回転さ
せ、それによって鉄族金属およびそれらと結合している
Wを磁石に吸着させる方法、あるいは混合粉末を乾燥し
た後、それを酸洗して前記不純物を選択的に溶解する方
法などによって除去し、ついで混合粉末の状態あるいは
圧粉体の状態で、必要に応じてWC基超硬合金製プレート
などと一緒に、金属容器に挿入し、これを800〜1200℃
の温度に加熱して真空脱ガスを行って封入し、引続いて
この封入容器を超高圧高温発生装置に装着してから圧力
および温度を上げ、圧力:40〜70Kb、温度:1200〜1600℃
の範囲内の圧力および温度に数分〜数10分保持した後、
冷却し、最終的に圧力を解放することからなる基本的工
程によって実施される。
さらにこの発明の方法によって製造されたCBN基超高
圧焼結体を切削工具として使用するに当っては、単独
で、あるいはWC基超硬合金やサーメットなどの高剛性焼
結体と複合させた状態で、スローアウェイチップとして
用いても、さらにこれらのチップをWC基超硬合金や焼入
鋼などでつくられたホルダの先端部にろう付けにより取
り付けた状態で用いてもよい。
〔実施例〕
ついで、この発明のCBN基焼結材料を実施例によって
説明する。
原料粉末として、平均粒径:3μを有するCBN粉末、い
ずれも1μの平均粒径を有するTiC粉末、TiN粉末、TiC
0.50.5粉末、およびTiB2粉末、さらに平均粒径:1.5μ
のAl2O3粉末、AlN粉末、およびAlNO粉末、同0.7μのAlB
2粉末を用意し、これら原料粉末を、それぞれ第1,2表に
示される配合組成に配合した後、ボールミルによりアセ
トン中で5時間混合して混合粉末を形成させた。この段
階における混合粉末は、主として混合装置に由来する鉄
族金属とWからなる不純物を、乾燥重量を基にして第1,
2表に示される通り1〜5%の範囲で含んでいた。
ついで、磁気吸着された不純物を容易に除去できるよ
うに表面をテフロンシート(ただしテフロンは米国デュ
ポン社の商標)で被った円柱状の永久磁石を、アセトン
と混ざってスリーとなっている前記混合粉末中で2時間
ゆるやかに回転させて前記不純物を吸着除去し、それに
よってそれぞれ第1表に示される含有量の前記不純物を
含有した混合粉末を調製した。
つぎに、このように調製した混合粉末を2ton/cm2の圧
力で直径:13mm×厚さ:1.5mmの寸法をもった円板状圧粉
体に成形した後、これらの圧粉体を、超高圧高温発生装
置の容器内に挿入し、圧力:50Kb、温度:1500℃、保持時
間:5分の条件で超高圧焼結することによって本発明法1
〜14および比較法1〜7を実施し、CBN基超高圧焼結体
をそれぞれ製造し、さらに第2表に示される通り前記 のAl化合物粉末の配合を行なわず、かつ磁石による不純
物の吸着除去行なわかった点を除き、上記と同一の条件
によって従来法1〜7を行ない、CBN基超高圧焼結体を
製造した。なお、比較法1〜7は、いずれも原料粉末の
うちのいずれかの配合割合(第1表中に※印で示す)が
この発明の範囲から外れたものである。
ついで、この結果得られた各種のCBN基超高圧焼結体
について、靭性を評価する目的で破壊靭性値を測定し、
また高温における耐溶着性並びに耐摩耗性を評価する目
的で、上記各焼結体から切削チップを切出し、WC基超硬
合金製ホルダにろう付けし、研磨仕上げしてTNGA332の
工具形状とした後、 被削材:SCM−418の焼入鋼(硬さ:HRC62)の丸棒(直径:
100mm)、 切削速度:250m/min、 切込み:0.1mm、 送り:0.08mm/rev. の条件で連続切削試験を実施し、切刃の逃げ面摩耗幅が
0.2mmに至るまでの切削時間を測定して、これらの結果
を第3表に示した。
〔発明の効果〕
第1〜3表に示される結果から、本発明法1〜14で製
造されたCBN基超高圧焼結体は、いずれも高い靭性を有
するとともに、高温においてすぐれた耐溶着性および耐
摩耗性を示し、したがってこれらの特性が特に要求され
る焼入鋼などの高硬度鋼の速度切削においてもすぐれた
切削性能を発揮するのに対して、比較法1〜7に見られ
るように、原料粉末のうちのいずれかの配合割合がこの
発明の範囲から外れると、製造されたCBN基超高圧焼結
体は前記特性のうち少なくともいずれかの特性が低下し
て、切削性能の劣ったものとなり、また従来法1〜7で
製造されたCBN基超高圧焼結体では、混合粉末中の鉄族
金属とWからなる不純物がこの発明で規定した含有量を
越えて多量に含まれ、かつAl化合物を含有しないため、
その耐溶着性と耐摩耗性が低く、切削性能が著しく劣っ
たものであり、高硬度鋼の高速切削に適した切削工具で
ないことがわかる。
上述のように、この発明の方法によれば、高い靭性と
すぐれた耐熱性を備えたCBN基超高圧焼結体を製造する
ことができ、したがってこれを、これらの特性が要求さ
れる焼入鋼などの高硬度鋼の高速切削に切削工具として
用いた場合、きわめてすぐれた切削性能を示すものであ
り、さらに上記のような難削材が大型部品となっても能
率よく切削できるという効果を奏するものである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 和男 埼玉県大宮市北袋町1−297 三菱金属株 式会社中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭53−77811(JP,A)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】立方晶窒化硼素基超高圧焼結体を製造する
    方法において、原料粉末を、 Tiの炭化物粉末、窒化物粉末、炭窒化物粉末、および硼
    化物粉末のうちの1種または2種以上:5〜50重量%、 Alの酸化物粉末、窒化物粉末、窒酸化物粉末、および硼
    化物粉末のうちの1種または2種以上:0.5〜20重量%、 立方晶窒化硼素粉末:残り、 からなる配合組成に配合し、かつ混合粉末中に混入する
    Fe,Ni,Co、およびWのうちの1種または2種以上からな
    る不純物を除去して、混合粉末中の前記不純物の含有量
    を0.5重量%以下とすることを特徴とする切削工具用立
    方晶窒化硼素基超高圧焼結体の製造法。
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