JPS5935423B2 - 立方晶窒化硼素含有の切削工具用焼結材料 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、特にすぐれた耐摩耗性および靭性が要求さ
れる高硬度鋼の切削に切削工具として使用するのに適し
た立方晶窒化硼素含有の緻密な焼結材料に関するもので
ある。

近年、苛酷な使用条件下での切削に際して比較的良好な
切削％性を示す切削工具用焼結材料として、立方晶窒化
硼素（以下、Ｃ−ＢＮで示す）を主成分とし、少量のＡ
ｊおよび鉄族金属を含有した焼結材料が提案され、市販
されており、なるほど前記焼結材料は、約１１００℃ま
での高温まで安定で、かつダイヤモンドに次ぐ著しく高
い硬さをもつＣ−ＢＮを主成分として含有するため、耐
摩耗性にすぐれ、したがって仕上切削工具として使用し
た場合に有用な特性を発揮するが、これを。

例えばすぐれた靭性を有する通常の炭化タングステン（
以下、ＷＣで示す）基超硬合金を切削工具として使用す
る場合に適用される切削条件０例えば切込み＝４朋、送
り： ０．４ｍｒｔｔ／ ｒｅｖの条件で鋼。

特に高硬度鋼を切削するのに使用すると、はとんどの場
合靭性不足が原因で刃先が欠損して使用に耐えなくなる
のが現状である。

本発明者等は、ト述のような観点から、ｈ記従来公知の
Ｃ−ＢＮ基焼結材料に靭性を付与すべく研究を行なった
結果、前記Ｃ−ＢＮ基焼結材料に。

立方晶窒化タンタル（以下、ＣＴａＮで示す）：５０〜
９５容量％（以下％は容量％を示す）と。

周期律表の４ａ 、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、
並びにＴａを除く同４ａおよび５ａ族金属の窒化物（以
下、それぞれＴ ｉｃｅ ＺｒＣ５ＨｆＣ，ＶＣ’５Ｔ
ａＣｓＮｂＣｓＣｒ３Ｃ２＃ＭＯ２Ｃ，ＷＣ，’ｒｉＮ
。

ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、およびＮｂＮで示し、かつこれ
らを総称して金属層・窒化物という）のうちの１種また
は２種以り二５〜５０％との固溶体からなる高融点化合
物を含有させると、Ｃ−ＢＮによってもたらされるすぐ
れた耐摩耗性を保持した状態で、従来ＷＣＣ超超硬合金
もつ靭性に匹敵するすぐれた靭性をもつようになり、し
たがって、これを鋼、特に高硬度鋼の一般切削から仕と
切削までの広範囲に亘る切削に使用でき、しかも切削に
際して有用な切削性能を発揮するようになるという知見
を得たのである。

したがって、この発明は、Ｊ：記知見にもとづいてなさ
れたものであって。

Ｃ−ＢＮ：２０〜６９．８％。

Ｃ−ＴａＮ：５０〜９５％と、金属炭・窒化物：５〜５
０％との固溶体からなる高融点化合物：３０〜７９．８
％。

１？、またはｐｅ、Ｃｏ、ＮｉｓおよびＳｉのうちの１
種または２種板ｈ：ｉｏ〜５０％を含有し、残りがＡｌ
からなるｉ合金の焼結助剤金属と不可避不純物二０．２
〜５％。

からなる成分組成を有するＣ−ＢＮ含有の切削工具用焼
結材料に特徴を有するものである。

つぎに、この発明の焼結材料において、成分組成範囲を
Ｊ：、記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）Ｃ−ＢＮ Ｃ−ＢＮは、温度１２００℃以丘、圧力４０Ｋｂ以り、
望ましくは温度１８００℃以り、圧力６０Ｋｂ以丘の条
件で合成されるもので、ダイヤモンドに次ぐ硬さくビッ
カース硬さで６０００〜７００ ｏｋｇ／ｍ４）を有し
、かつダイヤモンドより高温まで安定した性質をもつと
共に鉄族金属に対して反応しにくい性質をもつ成分であ
るが、その含有量が２０％未満では、Ｃ−ＢＮのもつ高
硬度を焼結材料に反映させることができず、この結果所
望の耐摩耗性を確保することができず、一方６９．８％
を越えて含有させると、焼結材料に粘性低下をきたして
高送り切削ができなくなることから、その含有量を２０
〜６９．８％と定めた。

（ｂ）高融点化合物 一般に、ＴａＮは常温では六方晶型である力ζ高温高圧
下では立方晶型が安定型のものである。

したがって、ＣＴａＮは１例えば六方晶ＴａＮを、圧力
釜において、窒素雰囲気中、温度二り９００℃、圧カニ
１０００気圧の条件で処理することによって合成するこ
とができるもので、遷移金属の窒化物中最大の硬さくビ
ッカース硬さで約３２００に！９／ｍｉ）を有し、かつ
すぐれた耐酸化性をもつものである。

しかも、このＣ−ＴａＮにＬ記の金属炭・窒化物を固溶
させると、一段と硬さが向とするようになるが、その含
有量がＣ・ＴａＮに対する割合で５％未満では所望の硬
さ向上効果が得られず、一方５０％を越えて含有させる
と、ＣＴａＮによってもたらされる焼結材料の靭性向上
効果が損なわれるようになることから。

高融点化合物を構成するＣ−ＴａＮ→属炭・窒化物固溶
体の組成を、Ｃ−ＴａＮ：５０〜９５％、金属炭・窒化
物：５〜５０％と定めたのである。

また、高融点化合物の含有量が３０％未満では、焼結時
におけるＣ−ＴａＮ−金属炭・窒化物固溶体のスケルト
ン形成が不十分で、焼結材料に所望のすぐれた靭性を付
与することができず、一方７９．８％を越えて含有させ
ると、相対的に高硬度を有するＣ−ＢＮの含有量が少な
くなり過ぎて所望のすぐれた耐摩耗性を確保することが
できないことから、その含有量を３０〜７９．８％と定
めた。

（ｃ）焼結助剤金属 焼結助剤金属を構成するＡｌおよびＬ記組成の１合金に
は焼結を促進して、焼結材料の強度を向上させる作用が
あるが、その含有量が０．２％未満では所望の焼結促進
効果が得られず、一方５％を越えて含有させると、焼結
材料の高温硬さが低下するようになることから、その含
有量を０．２〜５％と定めたのであり、０．５〜２％の
含有が望ましい。

なお、Ａ［は焼結中に原料粉末中の吸着酸素と結合して
酸化アルミニウムを形成するので。

焼結助剤金属を構成するＡ７およびＡ［合金が必ずしも
金属状態で焼結材料中に存在するものではない。

さらに、焼結助剤金属として０．Ｉ：記組成のＡＪｌｉ
’合金を用いた場合の方が焼結材料の靭性が向上するよ
うになるが、この人１合金中のＦｅ。

Ｃｏ 、Ｎｉ 、およびＳｉのうちの１種または２種以
丘からなる合金成分の含有量を１０〜５０％と定めたの
は、その含有量が１０％未満では所望の靭性向上効果が
得られず、一方５０％を越えて含有させると、ＡＡによ
る焼結性改善効果が損なわれるようになるという理由か
らである。

また、この発明の焼結材料は、原料粉末として。

Ｃ−ＢＮ粉末、Ｃ−ＴａＮ−金属炭・窒化物固溶体。

へ！粉末、およびＡ１合金粉末を用意し、これら原料粉
末を所定の配合組成に配合し、鉄製ボールミル中で長時
間混合して均質な混合粉末として後。

前記混合粉末を鋼製あるいは高融点金属製容器に封入し
、ついで例えば特公昭３８−１４号公報に記載されるよ
うな超高圧超高温発生装置に装入し。

圧力および温度を丑げて最終的に圧力＝４０〜６０Ｋｂ
、温度： １２００〜１８００℃とし、この最終圧力お
よび温度に０．５〜１０分間保持し。

冷却後、圧力を開放することによって製造することがで
きる。

つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具体的に説
明する。

実施例 原料粉末として。

無触媒法で合成された平均粒径：３μｍを有する Ｃ−ＢＮ粉末。

平均粒径：ＬＯｐｍのＣ−ＴａＮ：５０％−ＴｉＣ：５
０％固溶体粉末。

同１．ｏμｎのＣ−ＴａＮ：９５％−ＮｂＣ：５％固溶
体粉末。

同０．９ｐｍのＣ−ＴａＮ：９５％−ＷＣ：５％固溶体
粉末。

同１、ＯｐｍのＣ−ＴａＮ：６０％−ＺｒＣ：２０％−
ＴａＣ：２０％固溶体粉末。

同０．９ｐｍのＣ−ＴａＮニア０％−ＶＣ：１０％−Ｍ
Ｏ２Ｃ：２０％固溶体粉末。

同０．９ｐｍのＣ−ＴａＮ：６０％−ＴｉＣ：３０％−
ＷＣ：１０％固溶体粉末。

同ＬＯｐｍのＣ−ＴａＮ：８０％−ＨｆＣ：５％−Ｎｂ
Ｃ：５％−Ｃｒ３Ｃ２：５％固溶体粉末。

同ＬＯｐｍのＣ−ＴａＮ：６０％−Ｔ ｉＮ： ４０％
固溶体粉末。

同０．８ｐｍのＣ−ＴａＮ：６０％−ＶＮ：４０％固溶
体粉末。

同０．９ｐｍのＣ−ＴａＮ：６５％−ＴｉＮ：１５％−
ＮｂＮ：２０％固溶体粉末。

同０．８ｐｍのＣ−ＴａＮ：５０％−ＺｒＣ：３０％−
ＨｆＮ：５％−ＮｂＮ：１５％固溶体粉末。

同ＬＯｐｍのＣ−ＴａＮ：６０％−ＴｉＣ二１５％−Ｔ
ｉＮ：２５％固溶体粉末。

同１．０μｍのＣＴａＮ：５０％−ＶＣ：５％−ＷＣ：
３０％−ＮｂＮ：１５％の固溶体粉末。

同５μｍのＡｌ粉末。

同１．２ｐｍのＡ＃−Ｃｏ−Ｎｉ合金粉末（Ｃｏ：２０
％、Ｎｉ： １０％含有）。

同１．１μｍのＡ＃−Ｎｉ合金粉末（Ｎｉ：５０％含有
）。

同１．０ｐｍのＡ７−Ｃｏ合金粉末（Ｃｏ： １０％含
有）。

同１．１μｍのＡ＃ −Ｎ ｉ −Ｆ ｅ合金粉末（Ｎ
ｉ：３０％、ｐｅ：１０％含有）。

同１．２μｍのＡ＃−Ｓｉ合金粉末（Ｓｉ ：１３％含
有）、を用意し、これら原料粉末を第１表に示される配
合組成に配合し、超硬合金内張りの小型高速遊星運動ミ
ルにて、メチルアルコールを７）Ｄえて１時間混合し、
混合後、前記ミルの蓋をＡｒ雰囲気中にて開放し、温度
：１３０℃に加熱してメチルアルコールを蒸発させて乾
燥し、引続いて。

同じ＜Ａｒ雰囲気内において、別途用意した内径１０ｍ
１ｎφＸ高さ１５ｍｍの寸法をもったＴｉ製円筒型容器
の底部に、まず同じく別途用意した直径９．８朋φ×厚
さ２朋の寸法をもったＷＣＣ超超硬合金製円板装入し、
この円板丘に厚みが７間となるように丘記の混合粉末を
装入し、押し棒で軽く押えて充填し、この充填混合粉末
とに厚さ２ｍｍのＷＣＣ超超硬合金製円板載置し、つい
でＡｒ雰囲気から取出した後、ざらにＴｉＭ丘蓋をかぶ
せてプレスして前記Ｔｉ製円筒型容器内の混合粉末の厚
みを５．５朋に圧縮し、引続いて前記円筒型容器と前記
と蓋とを溶接にて密封し、ついで、このようにＬ記混合
粉末を充填密封した丘記円筒型容器を公知の超高圧超高
温発生装置に装入し、最終付カロ圧力および最終加熱温
度を第１表に示される条件とし、この条件で２〜２０分
の範囲内の所定時間保持し、圧力解放と冷却を行なうこ
とによって。

実質的に配合組成と同一の成分組成をもった本発明焼結
材料１〜１３を丘記ＷＣ基超硬合金製のＬ下円板に拡散
結合した状態で製造した。

つぎに、この結果得られた本発明焼結材料１〜１３を、
切断および研磨により切削用切刃に仕とげ、丘記超硬合
金製円板と結合したままの状態で。

別途用意した４角形状のＷＣＣ超超硬合金製チップ銀ろ
うによって固定し、さらにノーズＲを０．４ｍｍに仕丘
げ、さらに従来市販のＷＣＣ超超硬合金よびＣ−ＢＮ基
焼結材料（以下従来材料１，２という）製切削工具と共
に。

被削材：ダイス鋼（ＳＫＤＩＩ、硬さ：ＨＲＣ６０）。

切削速度： １００ ｍ／ｍｉｎ。

切込み：０．５ｍｍ。

送り： ０．１５ｍｍ／ ｒｅｖ・。

切削時間：２０ｍ１ｎ。

の条件での連続切削試験、並びに。

被削材：ＳＮＣＭ−８（硬さ： ＨＢ４００ ） 。

切削速度： １００ ｍ／ ｍｉｎ。

切込み＝０．５朋。

送り： Ｑ、２５ｍｍ／ ｒｅｖ−。

切削時間：１ｍ１ｎ。

の条件での断続切削試験を行ない、連続切削試験では切
刃の逃げ面摩耗幅とすくい面摩耗深さを測定し、また断
続切削試験では６本の試験切刃のうちの欠損発生数を測
定した。

これらの測定結果を第１表にビッカース硬さと共に示し
た。

第１表に示される結果から、従来材料１（ＷＣＣ超超硬
合金は靭性にすぐれるが耐摩耗性に劣り。

一方従来材料２（Ｃ−ＢＮ基焼結材料）は靭性不足が原
因で全数に刃先欠損発生が見られるのに対して１本発明
焼結材料１〜１３は、いずれもすぐれた耐摩耗性と靭性
とを具備していることが明らかである。

と述のように、この発明の焼結材料は、すぐれた耐摩耗
性と靭性とを兼ね備えているので、鋼。

特に高硬度鋼の切削に切削工具として用いた場合すぐれ
た性能を発揮するのである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶窒化硼素：２０〜６９．８係。 立方晶窒化タンタル＝５０〜９５係と９周期律表の４ａ
   、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、並びｔこＴａを除
   く同４ａおよび５ａ族金属の窒化物のうちの１種または
   ２種以丘：５〜５０％との固溶体からなる高融点化合物
   ：３０〜７９．８％。 Ａｌからなる焼結助剤金属と不可避不純物二〇、２〜５
   ％。 からなる組成（以丘容量％）を有することを特徴とする
   立方晶窒化硼素含有の切削工具用焼結材料。 ２ 立方晶窒化硼素：２０〜６９．８％。 立方晶窒化タンタル：５０〜９５％と１周期律表の４ａ
   、５ａ、および６ａ族金属の炭化物、並びにＴａを除く
   同４ａおよび５ａ族金属の窒化物のうちの１種または２
   種以丘：５〜５０％との固溶体からなる高融点化合物＝
   ３０〜７９．８％。 Ｆｅ 、 Ｃｏ 、Ｎｉ 、およびＳｉのうちの１種ま
   たは２種以辷：１０〜５０％を含有し、残りがＡ［から
   なるＡ１合金の焼結助剤金属と不可避不純物二〇、２〜
   ５％、からなる組成（以丘容量％）を有することを特徴
   とする立方晶窒化硼素含有の切削工具用焼結材料。