JPH10139549A - 立方晶窒化硼素質焼結体 - Google Patents

立方晶窒化硼素質焼結体

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JPH10139549A
JPH10139549A JP8290910A JP29091096A JPH10139549A JP H10139549 A JPH10139549 A JP H10139549A JP 8290910 A JP8290910 A JP 8290910A JP 29091096 A JP29091096 A JP 29091096A JP H10139549 A JPH10139549 A JP H10139549A
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JP
Japan
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sintered body
cubic boron
boron nitride
peak intensity
excluding
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JP8290910A
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Kenji Noda
謙二 野田
Kenya Narita
謙也 成田
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Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】cBN焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向
上させる。 【解決手段】立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有す
るとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4
a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化
物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/
TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律
表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、
窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少なくと
も一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とからな
り、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX線
回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種類
のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク強
度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0<
L /IH <4となるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、切削工具
等に使用される高硬度、高靱性の立方晶窒化硼素質焼結
体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】立方晶窒化硼素(cubic Boron Nitride
以下cBN と略す) はダイヤモンドに次ぐ硬度を有し、し
かもダイヤモンドと異なり鉄系金属との親和性を持たな
いため、特に高硬度焼入れ鋼の研削工具、切削工具に用
いられている。
【0003】このようなcBNを使用した切削工具とし
ては、cBNをコバルト(Co)等の金属で結合したも
のや、炭化チタン(TiC)などのセラミックスで結合
したcBN焼結体が用いられてきた(特公昭52−43
846号公報等参照)。
【0004】
【発明が解決しようとする問題点】上記のような切削工
具のうち、金属を結合材に用いたcBN焼結体では、耐
熱性を損なわないようにするため金属量をできるだけ少
量に抑え、残部のcBNが直接結合した組織を形成する
ようにしている。しかしながら、このような焼結体で、
例えば高硬度焼入れ鋼を実際に切削してみると、切削中
にcBN粒子が脱落することによって工具摩耗が大きく
進行するという問題があった。
【0005】一方、セラミックス中にcBNが分散した
組織のcBN焼結体では、上記のようなcBN粒子の脱
落はほとんど見られず耐摩耗性は比較的良好である。特
に、TiC、TiN、TiCNを結合材に用いた場合、
耐摩耗性は最も優れる。しかしながら、セラミック、例
えばTiCをそのまま結合相としたcBN焼結体では靱
性が劣り、切削中に欠損しやすいという欠点があった。
【0006】
【問題点を解決するための手段】本発明者等は、cBN
焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるべく鋭
意研究した結果、結合相中のTi化合物にTi以外の周
期律表4a、5a、6a族金属を焼結の過程で結合相中
に特定の化合物等を含有させることにより、耐摩耗性お
よび靱性に優れたcBN焼結体を得ることができること
を見出し、本発明に至った。
【0007】即ち、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
は、立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有するととも
に、残部が、Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかからなる結合相と、/TiB2 、A
lN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期律表第4a,5
a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒
化物、硼化物、の中から選ばれる少なくとも一種を含む
場合あり〕と、/不可避不純物とからなり、且つ、前記
結合相が、CuのKα1線を用いたX線回析測定で同一
回析面で0.1〜1.0度離れた二種類のB1型結晶構
造のピークをもち、低角度側のピーク強度IL :高角度
側のピーク強度をIH としたとき、0<IL /IH <4
であることを特徴とするものである。
【0008】立方晶窒化硼素(cBN)を30〜95体
積%含有させたのは、cBNが30体積%より少ない
と、cBN本来の特性、即ち、高硬度、高熱伝導性など
の優れた特性を生かすことができないからであり、cB
Nが95体積%より多いと、切削中にcBN粒子が脱落
しやすくない、耐摩耗性が低下するからである。cBN
は40〜60体積%含有することが望ましい。
【0009】Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,
6a族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、
炭窒化物のいずれかを含有させたのは、このような化合
物により結合相が強化され、耐摩耗性、靱性が向上する
からである。この際、鉄族金属、特に、Ni、Coがあ
ると、固溶はより促進される。周期律表第4a,5a,
6a族元素としては、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wがある。
【0010】特に、Mo,Hfが望ましい。このような
化合物は焼結体中0.1〜80体積%、特には30〜5
0体積%含有することが望ましい。
【0011】残部に、TiB2 、AlN、〔Al2 O 3
鉄族金属、及び周期律表第4a,5a,6a族元素(T
iを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中
から選ばれる少なくとも一種を含む場合あり〕を含有し
たのは、これらの化合物は、いずれもcBN粒子を強固
に保持する作用を有し、これら自身が耐熱性に優れる性
質を有しているからである。
【0012】また、残部に周期律表第4a,5a,6a
族元素(Tiを除く)の炭化物、窒化物、炭窒化物、硼
化物のいずれかを含む場合、これが炭化物であれば耐摩
耗性が良好で、窒化物であれば高温での耐反応性、耐酸
化性を向上できる。また、炭窒化物の場合、これらの両
方の特性を有する。
【0013】ところで、前記の如く、結合相を、Cuの
Kα1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜
1.0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをも
ち、低角度側のピーク強度IL :高角度側のピーク強度
をIH としたとき、0<IL /IH <4としたのは、I
L /IH =0(IL =0)では、結合層の強化が不充分
であり、IL /IH <4としたのは、結合相中の著しく
進行した固溶相等により結合相が強度劣化するため、c
BN粒子脱落による耐摩耗性の低下及び靱性の低下によ
る耐欠損性の低下が生じるためである。特にIL /IH
は、0.2<IL/IH <2が望ましい。
【0014】このような本願発明の立方晶窒化硼素質焼
結体の具体的な製造方法は、例えば、まず、原料粉末と
してcBN粉末と、TiC粉末、TiN粉末、TiCN
粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,Nb,Mo,H
f,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のうち少なくとも
一種の粉末、あるいは、これらに加えNi,Co,Co
O,Co3 4 のうち少なくとも一種の粉末を準備し、
これらを特定の組成に秤量し、例えば超硬合金製のボー
ルミルで混合する。その後、必要があれば所定形状に成
形する。
【0015】成形にはプレス成形、射出成形、鋳込み成
形、押し出し成形等、周知の成形手段を用いることがで
きる。
【0016】次に上記成形体を、例えば、特公昭39−
8948号公報に開示されるように高温高圧で焼結す
る。即ち、圧力4GPa以上、温度1300℃以上で1
5〜16分間保持し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体
を得る。圧力は4〜6GPaが好ましく、温度は130
0〜1800℃が好ましい。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。原
料粉末として、cBN粉末と、TiC粉末、TiN粉
末、TiCN粉末とAl粉末と、V,Cr,Zr,N
b,Mo,Hf,Ta,Wの金属、炭化物、窒化物のう
ち少なくとも一種の粉末、あるいは、これらに加えN
i,Co,CoO,Co3 4 のうち少なくとも一種の
粉末を準備し、焼結体組成が表1,2に示す組成となる
ように秤量し、この粉体を超硬合金製のボールミルで6
時間混合した。
【0018】
【表1】
【0019】次に、混合した粉体を圧力1ton/cm
2 で加圧成形し、この成形体を、超高温高圧発生装置を
用いて、表1,2に示す圧力、温度で所定時間保持し、
焼成し、本発明の立方晶窒化硼素質焼結体を得た。
【0020】そして、立方晶窒化硼素焼結体を取り出し
て研削後、鏡面加工し、SEM(走査型電子顕微鏡)で
組織を観察した。そうしたところ、本発明品はいずれも
ポアのない緻密な組織を有していることが確かめられ
た。また、本発明品はいずれも、結合相が、CuのKα
1線を用いたX線回析測定で同一回析面で0.1〜1.
0度離れた二種類のB1型結晶構造のピークをもち、低
角度側のピーク強度IL:高角度側のピーク強度をIH
としたとき、0<IL /IH <4であったのに対し、そ
れ以外のものは、この範囲外であった。
【0021】次に、得られた焼結体に対し、荷重1Kg
fのマイクロビッカース硬度及びビッカース硬度用ダイ
ヤモンド圧子を用いた荷重20Kgfの圧痕法による破
壊靱性を測定した。
【0022】さらに、これらの焼結体を用いて工具を作
製し、下記に示す条件で、連続切削試験と断続切削試験
を行った。これらの結果を表1に示す。
【0023】(連続切削試験) 被削材 SKD11(H C60)、円筒材 切削速度 100m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 20min (断続切削時間) 被削材 SKD11(H C60)、5mm幅溝4本
入り円筒材 切削速度 100m/min 切込み 0.5mm 送り 0.1mm/rev 切削時間 5min 表1から明らかなように、本発明品のものはいずれも摩
耗量が0.150mm以下と小さく、また欠損も起こら
なかったことから、良好な耐摩耗性と耐欠損性を示して
いた。これに対して、本発明の範囲外のものは欠損する
か、あるいは欠損しなくとも摩耗量が0.200mm以
上と大きかった。
【0024】
【発明の効果】叙上にように、本発明の立方晶窒化硼素
質焼結体によれば、立方晶窒化硼素を30〜95体積%
含有するとともに、残部が、Tiと少なくとも周期律表
第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の一種との炭
化物、窒化物、炭窒化物のいずれかからなる結合相と、
/TiB2 、AlN、〔Al2 O 3 、鉄族金属、及び周期
律表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化
物、窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少な
くとも一種を含む場合あり〕と、/不可避不純物とから
なり、且つ、前記結合相が、CuのKα1線を用いたX
線回析測定で同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種
類のB1型結晶構造のピークをもち、低角度側のピーク
強度IL :高角度側のピーク強度をIH としたとき、0
<IL /IH<4となるようにしたことにより、耐摩耗
性および靱性に優れたcBN焼結体を得ることによりc
BN焼結体の耐摩耗性を損なわずに靱性を向上させるこ
とができた。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 立方晶窒化硼素を30〜95体積%含有
    するとともに、 残部が、Tiと少なくとも周期律表第4a,5a,6a
    族元素(Tiを除く)の一種との炭化物、窒化物、炭窒
    化物のいずれかからなる結合相と、 TiB2 、AlNと、不可避不純物とからなる立方晶窒
    化硼素質焼結体において、 前記結合相が、CuのKα1線を用いたX線回析測定で
    同一回析面で0.1〜1.0度離れた二種類のB1型結
    晶構造のピークをもち、低角度側のピーク強度IL :高
    角度側のピーク強度をIH としたとき、0<IL /IH
    <4であることを特徴とする立方晶窒化硼素質焼結体。
  2. 【請求項2】 残部にAl2 O 3 、鉄族金属、及び周期律
    表第4a,5a,6a族元素(Tiを除く)の炭化物、
    窒化物、炭窒化物、硼化物、の中から選ばれる少なくと
    も一種を含むことを特徴とする請求項1の立方晶窒化硼
    素質焼結体。
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