JPS5856018B2 - 切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結体およびその製造方法 - Google Patents

切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結体およびその製造方法

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JPS5856018B2
JPS5856018B2 JP54154245A JP15424579A JPS5856018B2 JP S5856018 B2 JPS5856018 B2 JP S5856018B2 JP 54154245 A JP54154245 A JP 54154245A JP 15424579 A JP15424579 A JP 15424579A JP S5856018 B2 JPS5856018 B2 JP S5856018B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は硬質鋼材の切削に適し、更に工具それ自体の加
工性に優れた新規な閃亜鉛鉱型窒化硼素ウルツ鉱型窒化
硼素、セラミック質物質および金属からなる切削工具用
高密度相窒化硼素複合焼結体およびその製造法に関する
。
高密度相窒化硼素（高圧相窒化硼素）には立方晶系の閃
亜鉛鉱型（Ｚｉｎｃ Ｂｌｅｎｄｅ ｔｙｐｅ）窒化硼
素（以下Ｚ−ＢＮと略称する）と六方晶系に属するウル
ツ鉱型（Ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｔｙｐｅ）窒化硼素（以下
Ｗ−ＢＮと略称する）が存在し、両者の密度はほぼ等し
く、低密変相窒化硼素（低圧相窒化硼素）である黒鉛型
（Ｇｒａｐｈｉｔｅ ｔｙｐｅ）窒化硼素（以下Ｇ−Ｂ
Ｎと略称する）の密度より約４０優も高く、Ｚ−ＢＮと
Ｗ−ＢＮとも緻密な原子配列を有している。
この二つの高密度相窒化硼素はまた高い硬度、優れた熱
伝導性、鉄、ニッケルなどの遷移金属に対する化学的安
定性などの物性を有しているために精密加工用工具材料
として用いられ、現在Ｚ−ＢＮ結晶粒をコバルトを主成
分とする金属で結合した焼結体と、Ｚ−ＢＮ結晶粒と窒
化チタン、炭化チタン等のセラミック質物質との混合焼
結体が切削工具用として市販されている。
またこれとは別にＷ−ＢＮとＺ−ＢＮの混合焼結体（特
開昭４９−１２５４１２）、Ｗ−ＢＮとセラミック質物
質との混合物の焼結体（特開昭４９−４４０１４）、Ｗ
−ＢＮと金属との混合物の焼結体（特開昭４９−４４０
１５）が知られている。
Ｚ−ＢＮに金属またはセラミック質物質を加えて複合焼
結体を製造すると硬度は非常に高いものとなり、切削工
具にするためその複合焼結体自体を加工する時は加工が
非常に困難である。
従って被切削物質があまり硬くない時など、切削の際に
特に硬度の高い切削工具を必要としない場合には、この
ようなＺ−ＢＮを主とする複合焼結体は経済的に不利で
あった。
本発明者らは、Ｚ−ＢＮおよびＷ−ＢＮの混合物と、セ
ラミック質物質および金属からなるサーメットとの複合
焼結体の製造方法およびその特性について検討した結果
、ある成分とその配合割合との組合わせにおいて極めて
優れた特性を発揮することが明らかになった。
すなわち、本発明の切削工具用高密度相窒化硼素複合焼
結体は、Ｚ−ＢＮ４〜１６体積優およびＷｍＢＮ９６〜
８４体積優からなる積饅高密度相窒化硼素を１５〜６０
体積多含有し、残部が下記のセラミック質物質７０〜９
５体積装および下記の金属３０〜５体積饅か積優るサー
メットである切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結体で
ある。
また本発明の製造方法はＺ−ＢＭ粉末４〜１６体積係お
よびＷ−ＢＮＮ粉末９御〜８４ 高密度相窒化硼素粉末１５〜６０体積饅と、積優のセラ
ミック質物質粉末７０〜９５体積φおまひ下記の金属粉
末３０〜５体積係からなるサーメット原料粉末８５〜４
０体積優とを混合し、４０〜７０Ｋｂの圧力と１２００
〜１８００℃の温度の条件下で焼結することを特徴とす
る切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結体の製造方法で
ある。
本発明に用いることのできるサーメットとしては、次の
仲）窒化物、（ハ）酸化物、に）硼化物および（ホ）炭
化物からなる群から選ばれる１種または２種以上（混合
物または固溶体）のセラミック質物質と次の（へ）第１
群〜第３群の各金属の１種または２種以上とからなるサ
ーメットである。
（口） 窒化物：窒化アルミニウム窒化マグネシウム
、窒化チタン、窒化珪素、窒化クロム、窒化ハフニウム
、窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化モリブデン、
窒化ニオビウムおよび窒化バナジウム Ｃ／）酸化物：酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マ
グネシウム、酸化クロム、酸化イツトリウムおよび酸化
ジルコニウム に）硼化物：硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ハフ
ニウム、硼化タングステン、硼化タンタル、硼化クロム
および硼化モリブデン （ホ）炭化物：炭化チタン、炭化硼素、炭化クロム、炭
化珪素、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウム炭化バナジ
ウム、炭化タングステン、炭化ニオビウムおよび炭化タ
ンタル （へ）金属 第１群：ニッケル、コバルト、クロム、マンガン、鉄 第２群：モリブデン、タングステン、バナジウム 第３群ニアルミニウム、マグネシウム、珪素、チタン、
ジルコニウム、ハフニウム ここで第１群の金属は主として高密度相窒化硼素とセラ
ミック質物質との結合作用をなすものであり、第２群の
金属は第１群と同様に結合作用をなすものであるが、そ
の他結合金属の結晶粒粗大化を防止したり、高温におけ
る強度を向上させる作用を有する。
また第３群の金属は高密度相窒化硼素との親和性が強く
、高密度相窒化硼素の金属に対する漏れを向上させて、
強固な複合焼結体を作るのに有効である。
前記セラミック質物質と金属とからなるサーメットとし
て、たとえば炭化チタン−ニッケル、炭化チタン−モリ
ブデン、（炭化チタン−酸化アルミニウム）−ニッケル
、（炭化チタン−酸化アルミニウム）−モリブデン、硼
化チタン−ニッケルなどの各系が優れている。
本発明においてはＷ−ＢＮ、 Ｚ−ＢＮ、セラミック
質物質、金属の各粉末を混合して高圧高温下で焼結して
製造するものである。
圧力と温度はＷ−ＢＮがＺ−ＢＮにほとんど転換しない
条件を設定する。
この転換圧力および温度は添加するセラミック質物質、
金属にも依存するが、高密度相窒化硼素がＧ−ＢＮに逆
転換しない条件および超高圧装置の実用性も考慮して４
０〜７０Ｋｂの圧力と１２００〜１８００℃の温度が適
当である。
本発明の製造方法に用いられ、る高温高圧装置はいかな
るものでもよいが、たとえば第１図に示すベルト型の高
温高圧装置が実施例等において用いられる。
第１図は本発明の製造方法で使用しうる高温高圧装置の
一例の断面図で、１はアンビルコア、２および３は強靭
鋼または型鋼製のそれぞれアンビルスリーブおよびアン
ビルケース、４は超硬合金製のシリンダーコア、５およ
び６は強靭鋼または型鋼製のそれぞれシリンダースリー
ブおよびシリンダーケース、７はパイロフェライト製の
ガスケット、８は試別アセンブリーである。
第２図は第１図中の試別アセンブリー８の拡大断面図で
、９はパイロフェライト製の通電環充填体スリー７”、
１０はステンレス鋼製の通電環、１１はモリブデン製の
導電板、１２は黒鉛製の円筒形ヒーター、１３はモリブ
デンカプセル１４に収納された焼結用試料、１５は圧力
伝達用低圧相窒化硼素である。
従来、Ｗ−ＢＮを主成分とした緻密な焼結体を得るには
一般的に５５Ｋｂ以上の圧力を必要としたが、本発明の
Ｗ−ＢＮおよびＺ−ＢＮを含む高密度相窒化硼素−サー
メット系は４０Ｋｂ。
１２００℃程度まで焼結温度−圧力の条件を緩和しても
、高い圧縮強度の緻密な焼結体が得られた。
Ｗ−ＢＮとセラミック質物質と金属とからなる原＃４（
こＺ−ＢＮ結晶粉を加えて複合焼結体を製造する場合、
本発明のような全体の１０体積φ以下のＺ−ＢＮの添加
では複合焼結体のビッカース硬度は検知できる程度の増
加はほとんど見られず、複合焼結体の硬度は約２５０
ｏｈｙ１ｍｙｍ度であり、前述の市販されているＺ−Ｂ
Ｎ工具の硬度より５００〜１ｏｏＯＡｙ／−低い。
しかし切削性能は高硬度のものに較べて特に劣るもので
はない。
硬度が５００〜１０００ｋｇ／−低いので複合焼結体の
加工が高硬度のものに比較して容易であり、超音波切断
でも比較的短かい時間で切断できた。
一方他の物体の切削試験の結果でもフランク摩耗の結果
は良好で、耐摩耗性が認められた。
従って、本発明の切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結
体は、硬度としては実用上十分であり、高硬度のものに
比較して切削工具への加工が容易であり、耐摩耗性があ
るので、特に高硬度の切削工具を必要としない被切削材
の切削に用いる切削工具用材料として有用なも°のであ
り、工業上の意義が大きい。
また本発明の製造方法は、このような複合焼結体を製造
するための必要な条件であって、比較的低い圧力で行う
有利な製造方法である。
次に実施例を示す。
なお以下に示す俤は特に断らない限り体積装である。
実施例 １ 衝撃合成によって得られた平均粒径１μｍのＷ−ＢＮ８
５％と平均粒径８μｍのＺ−ＢＮ１５％とをエチルエー
テル中で湿式混合して高密度相窒化硼素原料粉末とした
。
一方、窒化チタン６０弧窒化アルミニウム３０％、ニッ
ケル８係およびモリブデン２饅の比率で配合した粉末を
エチルエーテル中で湿式混合してサーメット原料粉末と
した。
これらの両原刺粉末を用いて、高密度相窒化硼素原料粉
末を５０宏サーメツト原刺粉末を５０多の比率で配合し
、エチルエーテル中で湿式混合し焼結用粉末を得た。
この焼結用粉末を厚さ２ｒｒａｎ、直径１０ｍの円板形
状にプレス成形し、その成形体寸法に合せた形状のモリ
ブデン板（厚さ０．５−製のカプセルに前記の成形体を
封入し、第２図に示したような試別アセンブリー８内に
収めた。
この試別アセンブリー８を第１図に示すようなベルト型
高温高圧装置のシリンダーコア４（内径２８閣）の内部
に入れて、上下のアンビルコア１に圧力をかけ、かつ円
筒形ヒーター１２に通電することによって、試別アセン
ブリー８を５０Ｋｂに加圧し、かつ、１３００℃の温度
で加熱し、この状態を１５分間保持した後、電流を切り
、かつ除圧してカプセルを回収した。
このカプセルから、カプセル壁のモリブデン板を炭化珪
素砥石によって研削除去することにより、目的とする円
板状の複合焼結体を得た。
この複合焼結体の表面のビッカース硬度（荷重１ｋｇ）
は２５３０ｋｇ／−であった。
また、この複合焼結体のＸ線回折試験の結果、ＷＢＮか
らＺ−ＢＮへの転換は認められなかった。
次にこの複合焼結体を平均粒径５μｍのダイヤモンド砥
粒を用いて超音波加工器により出力１ ｋＷで半分に切
断した。
この切断の所要時間は５分間であった。
この半分に切断した半円板状の複合焼結体を前記と同様
の方法で更に半分に切断しダイヤモンド砥石で研削して
、４分の１円板状の切削用チップを得た。
この切削用チップを鋼製のシャンクに銀蝋付けして切削
試験に供した。
切削試験は被切削材として５ＫＤ６１鋼をロックウェル
硬度Ｃスケール５８に熱処理したものを用い、周速１１
７ ｍ／ｍ１ｎ１切込み０．５ｍおよび送り０．−．１
１鴫展ｖ−の条件下で湿式切削により行った。
その結果、２０分間の切削で、この複合焼結体のフラン
ク摩耗は０．３０ｍｍで十分な実用性が認められた。
実施例 ２ 実施例１と同様のＷ−ＢＮと平均粒径１．５μｍのＺ−
ＢＮとをＷ−ＢＮ９０係とＺ−ＢＮ１０％との比率で配
合し乾式混合して高密度相窒化硼素原料粉末とした。
一方、硼化チタン７０宏炭化珪素１５％、窒化アルミニ
ウム１０饅およびニッケル５係の比率で配合した粉末を
乾式混合してサーメット原料粉末とした。
これらの両原刺粉末を用いて、高密度相窒化硼素原料粉
末を４０宏サーメツト原刺粉末を６０条の比率で配合し
、１００時間の乾式混合を行って焼結用粉末を得た。
この焼結用粉末を用いて、実施例１と同様の方法で焼結
を行い、目的の円板状の複合焼結体を得た。
得られた複合焼結体のビッカース硬度（荷重１に９）は
２４８０にグ／−であった。
またこの複合焼結体のＸ線回折試験の結果、Ｗ−ＢＮか
らＺ−ＢＮへの転換は認められなかった。
次に得られた複合焼結体について実施例１と同様の方法
で超音波切断を行ったところ、切断の所要時間は４分間
であった。
また実施例１と同様にしてこの複合焼結体から切削用チ
ップを作製し、実施例１と同様の方法で切削試験を行っ
たところ、２０分間の切削で、この複合焼結体のフラン
ク摩耗は０．３５ｍであった。
実施例 ３ 実施例２と同じ組成で同じ方法で得られた焼結用粉末を
用いて、実施例１における加圧を６０Ｋｂに温度を１５
００℃に変えたほかは実施例１と同様にして焼結を行い
、目的の円板状の複合焼結体を得た。
得られた複合焼結体のビッカース硬度（荷重１ｋｑ）は
２５５０ｋｇ／−であり、また、この複合焼結体のＸ線
回折試験の結果、Ｗ−ＢＮからＺ−ＢＮへの転換は認め
られなかった。
次に得られた複合焼結体について実施例１と同様の方法
で超音波切断を行ったところ、切断の所要時間は５分間
であった。
また、実施例１と同様にしてこの複合焼結体から切削用
チップを作製し、実施例１と同様の方保で切削試験を行
ったところ２０分間の切削で、この複合焼結体のフラン
ク摩耗は０．３０ｍｍであった。
実施例 ４ 実施例１と同様の平均粒径のＷ−ＢＮ８５％と同じ＜Ｚ
−ＢＮ１５％とを乾式混合して高密度相窒化硼素原料粉
末とした。
一方、炭化ハフニウム３５％、硼化ハフニウム４５％、
ハフニウム１０り、ニッケル４宏バナジウム３係および
アルミニウム３多の比率で配合した粉末を乾式混合して
サーメット原料粉末とした。
これらの両原刺粉末を用いて、高密度相窒化硼素原料粉
末を３０％、サーメット原料粉末を７０係の比率で配合
し１００時間の乾式混合を行って焼結用粉末を得た。
この焼結用粉末を用いて、実施例１における加圧を５５
Ｋｂに変えたほかは実施例１と同様の方法で焼結を行い
、目的の円板状の複合焼結体を得た。
得られた複合焼結体のビッカース硬度（荷重１ｋｑ）は
２５００に７／−であった。
また、この複合焼結体のＸ線回折試験の結果、Ｗ−ＢＮ
からＺＢＮへの転換は認められなかった。
次に得られた複合焼結体について実施例１と同様の方法
で超音波切断を行ったところ、切断の所要時間は４分間
であった。
また、実施例１と同様にして、この複合焼結体から切削
用チップを作製し、実施例１と同様の方法で切削試験を
行ったところ、２０分間の切削で、この複合焼結体のフ
ランク摩耗は０．３５閣であった。
実施例 ５ 高密度相窒化硼素原料粉末を実施例４と同じ方法で得た
。
一方、窒化珪素７０宏窒化アルミニウム１０宏酸化イツ
トリウム７気アルミニウム５％、珪素５咎およびタング
ステン３係の比率で配合した粉末を乾式混合してサーメ
ット原料粉末とした。
これらの両原刺粉末を用いて、高密度相窒化硼素原料粉
末を６０係、サーメット原料粉末を４０係の比率で配合
し、１００時間の乾式混合を行って焼結用粉末を得た。
この焼結用粉末を用いて、実施例４と同様の方法で焼結
を行い、目的の円板状の複合焼結体を得た。
得られた複合焼結体のビッカース硬度（荷重１ ｋｑ
）は２６８０ｋｙ／−であり、また、この複合焼結体の
Ｘ線回折試験の結果、Ｗ−ＢＮからＺ−ＢＮへの転換は
認められなかった。
次に得られた複合焼結体について実施例１と同様の方法
で超音波切断を行ったところ、切断の所要時間は６分間
であった。
また、実施例１と同様にしで、この複合焼結体から切削
用チップを作製し、実施例１と同様の方法で切削試験を
行ったところ、２０分間の切削で、この複合焼結体のフ
ランク摩耗は０．２５ｍであった。
実施例 ６〜１０ 次の表１に示す配合組成および表２に示す製造条件で実
施例１に準じて焼結し、それぞれ目的の円板状の複合焼
結体を得た。
得られたそれぞれの複合焼結体のビッカース硬度（荷重
１ ＠ ）を表２に示す。
またそれぞれの複合焼結体のＸ線回折試験の結果、Ｗ−
ＢＮからＺ−ＢＮへの転換は認められなかった。
次に得られたそれぞれの複合焼結体について実施例１と
同様の方法で超音波切断を行ない、切断の所要時間を求
め結果を表２に示した。
また実施例１と同様にしてそれぞれの複合焼結体から切
削用チップを作製し、実施例１と同様の条件で切削試験
（２０分間の切削）を行ない、それぞれの複合焼結体の
フランク摩耗を測定し、結果を表２に示した。
比較例 実施例１と同様の配合組成と製造条件で複合焼結体を作
製した。
ただし組成中のＷ−ＢＮは全量をＺ−ＢＮで置き換えた
。
得られた複合焼結体のビッカース硬度（荷重ＩＡｙ）は
３３１０Ａｙ／−であり、実施例１の方法と同様の方法
で超音波切断を行なったところ、３０分以上を要した。
ただし切削試験を実施例１の方法と同様の方法で行なっ
たところ、２０分後のフランク摩耗は０．３２ｍｍで、
実施例１と同様か、僅かに劣る程度の切削性能であると
判定された。
また、他の実施例のうち、実施例２，５．６および９に
ついても組成中のＷ−ＢＮをすべてＺＢＨに置き換えて
試験したが、複合焼結体のビッカース硬度は、各実施例
より４２０〜８９０ｋｇ７ｆ；１１ｉ高く、超音波切断
に要する時間は、８〜３２分長かった。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の製造方法で使用しうる高温高圧装置の
−ｆ１の断面図、第２図は第１図中の試別アセンブリー
８の拡大断面図である。 １ ：アンビルコア、２：アンビルスリーブ、３：アン
ビルケース、４ニジリンダ−コア、５ニジリンダ−スリ
ーブ、６：シリンダーケース、７：ガスケット、８：試
刺アセンブリー

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 下記（イ）に示す組成からなる高密度相窒化硼素を
    １５〜６０体積饅含有し、残部が下記の（ｏ）窒化物、
    （ハ）酸化物、に）硼化物および（ホ）炭化物からなる
    群から選ばれる１種または２種以上のセラミック質物質
    ７０〜９５体積優と下記の（へ）金属から選ばれる１種
    または２種以上の金属３０〜５体積優と積装成からなる
    サーメットである切削工具用高密度相窒化硼素複合焼結
    体。 （イ）閃亜鉛鉱型窒化硼素４〜１６体積饅およびウルツ
    鉱型窒化硼素９６〜８４体積優からなる高密度相窒化硼
    素 ０）窒化物：窒化アルミニウム、窒化マグネシウム、窒
    化チタン、窒化珪素、窒化クロム、窒化ハフニウム、窒
    化ジルコニウム、窒化タンタノ眠窒化モリブデン、窒化
    ニオビウムおよび窒化バナジウム （ハ）酸化物：酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マ
    グネシウム、酸化クロム、酸化イツトリウムおよび酸化
    ジルコニウム に）硼化物：硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ハフ
    ニウム、硼化タングステン、硼化タンタル、硼化クロム
    および硼化モリブデン （ホ）炭化物：炭化チタン、炭化硼素、炭化クロム炭化
    珪素、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウム炭化バナジウ
    ム、炭化タングステン、炭化ニオビウムおよび炭化タン
    タル （へ）金属二ニッケル、コバルト、クロム、マンガン、
    鉄、モリブデン、タングステン、バナジウム、アルミニ
    ウム、マグネシウム、珪素、チタン、ジルコニウムおよ
    びハフニウム ２ 閃亜鉛鉱型窒化硼素粉末４〜１６体積饅およびウル
    ツ鉱型窒化硼素粉末９６〜８４体積装からなる（イ）高
    密度相窒化硼素原料粉末１５〜６０体積係と、下記の（
    ０）窒化物、（ハ）酸化物、に）硼化物および（ホ）炭
    化物からなる群から選ばれる１種または２種以上のセラ
    ミック質物質粉末７０〜９５体積優および下記の（へ）
    金属から選ばれる１種または２種以上の金属粉末３０〜
    ５体積係からなるサーメット原料粉末８５〜４０体積優
    とを混合し、４０〜７０Ｋｂの圧力と１２００〜１８０
    ０℃の温度の条件下で焼結することを特徴とする切削工
    具用高密度相窒化硼素複合焼結体の製造方法。 （リ 窒化物：窒化アルミニウム、窒化マグネシウム、
    窒化チタン、窒化珪素、窒化クロム、窒化ハフニウム、
    窒化ジルコニウム、窒化タンタル、窒化モリブデン、窒
    化ニオビウムおよび窒化バナジウム （ハ）酸化物：酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マ
    グネシウム、酸化クロム、酸化イツトリウムおよび酸化
    ジルコニウム に）硼化物：硼化チタン、硼化ジルコニウム、硼化ハフ
    ニウム、硼化タングステン、硼化タンタル、硼化クロム
    および硼化モリブデン （ホ）炭化物：炭化チタン、炭化硼素、炭化クロム炭化
    珪素、炭化ハフニウム、炭化ジルコニウム、炭化バナジ
    ウム、炭化タングステン、炭化ニオビウムおよび炭化タ
    ンタル （へ）金属：ニッケル、コバルト、クラム、マンガン、
    鉄、モリブデン、タングステン、バナジウム、アルミニ
    ウム、マグネシウム、珪素、チタン、ジルコニウムおよ
    びハフニウム
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