JPS6014826B2 - 切削用高硬度焼結体 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、立方晶形窒化棚素および／またはワルツ形窒
化欄素結晶又はこの一部をダイヤモンドで置換するよう
にした窒化棚素結晶を有する切削用高硬度焼緒体に関し
、特にその結合材を改良したことにより、轍性の高い競
結体が得られ、重切削、断続切削等に好適するようにし
たものである。

従来、この種の切削用高硬度齢結体は、通常結合材によ
って結合されており、結合材の例としては、特公昭５２
−４３８４６号公報にみられるような特定のアルミ合金
からなる金属系、持関昭５３−７７８１１号公報にみら
れるようなセラミックス系のものが知られている。

しかしながら、これらの競結体は、断続切削や重切削に
対しては必ずしも満足すべき結果を得ておらず、結合材
の改良が要望されている。

本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、立方晶形お
よび／またはゥルツ形の窒化棚素又はこの一部をダイヤ
モンドで置換した窒化棚素が窒化物系−金属系又は炭窒
化物系−金属系からなる結合材とともに超高圧高温下で
暁結されるようにした切削用高硬度膝結体において、前
記窒化棚素結晶は、ダイヤモンドの置換量を含めて体積
で４０〜９５％であり、また残りの結合材は、拳化物系
又は炭窒化物系の成分が、金属系の成分と同じか又は多
く含まれており、炭化物系の成分としては、ＴＩＮ又は
ＴＩＣＮをそれぞれ単独もしくはＴＩＮ又はＴＩＣＮを
主体としてこれにＷａ、Ｖａ、のａ亜族金属の炭化物、
窒化物および棚化物又は山２０３の１種又は２種以上を
含むものが選択され、金属系の成分としては、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、ＮｂおよびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群
、さらにＡＩおよびＳｉの第３群からそれぞれ１種又は
２種以上が選択された三元成分からなるようにして靭性
の高い切削用高硬度焼結体が構成されるようにしたもの
である。

以下本発明切削用高硬度糠緒体における一実施例につい
て図を参照して説明する。第１図において、１は本発明
の窒化棚素結晶体が示されている。

この窒化棚素結晶体１は、立方晶形および／またはウル
ッ形の窒化棚素結晶が窒化物系−金属系、炭窒化物系−
金属系の結合材とともに超高圧高温下で焼結されたもの
である。この場合、超高圧高温状態は、通常４方加圧方
式、６方加圧方式、ピストンシリンダー方式およびベル
ト方式などの超高圧発生装置により得られるものである
。前記立方晶形および／またはワルツ形の窒化棚素結晶
は、暁結体の全量のうち、体積で４０〜９５％を含み、
残りが結合材となる。

また、窒化棚素の一部がダイヤモンドで置換された場合
には、ダイヤモンドを含めて４０〜９５％になり、ダイ
ヤモンドの置換量は、種々検討した結果、室化棚素に対
して２０％以下が好適した。なお、立方晶形窒化棚素お
よびウルッ形窒化棚素結晶が混在する場合には、原料と
して配合されたウルツ形窒化棚素の約半分以上が超高圧
、高温の競精によって立方晶形窒化棚素に転換されてい
ることが切削性能上好ましいものである。そして、結合
材は前述したように、窒化物系又は炭窒化物系の成分と
金属系の成分とからなっており窒化物系又は炭窒化物系
の成分は、金属系の成分と同じか又は多く含まれ、ＴＩ
Ｎ又はＴＩＣＮをそれぞれ単独もしくはＴＩＮ又はＴＩ
ＣＮを主体としてこれにＷａ、Ｖａ、Ｗａ亜族金属の炭
化物、窒化物、および棚化物又はＡＩ２０３の１種又は
２種以上を含むものが選択されている。

この場合、ＴＩＮ又はＴＩＣＮを主体とするものは、窒
化物系又は炭窒化物系の成分全量のうち体積で少なくと
も５０％以上を占めることが必要である。これは、窒化
棚素結晶体１に対し、籾性を付与することからである。
また、Ｗａ、Ｖａ、町ａ亜族金属の炭化物、窒化物およ
び棚化物の例としては、ＷＣ、Ｍｏ２Ｃ、ＳＩＣ等の炭
化物「Ｍｏ２Ｎ、ＮｂＮ、ＴＩＮ、Ｓｉ４Ｎ３等の窒化
物、Ｔｉ＆、Ｚｒ＆等の棚化物を挙げることができる。
さらに、金属系の成分としては、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂおよ
びＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群、山およびＳ
ｉの第３群からそれぞれ１種又は２種以上が選択された
三群成分からなるものである。

この場合、一つの群としては、第１群から第３群の合計
量の５％以上になっていることが必要である。これは、
三群成分の特性を充分に活かすためである。そして、こ
の窒化棚素結晶体１は、例えば、第２図に示されるよう
な超硬合金からなる板状体２の切欠段部３内にろう付け
されたりして切削に関与する。

また、第３図は、超硬合金からなる基台４上に窒化棚素
結晶体１が超高圧高温下の焼結によって固着されたもの
である。これらの暁結は、前述した特公昭５２−４総４
６号公報等に詳細にわたって説示され、超高圧発生装置
を利用すれば容易に行なえるものである。また、第４図
および第５図は、変形例を示したもので、超硬合金から
なる円板状の基台４の中央凹部５内に窒化棚素結晶体１
が備えられるようにしたものである。

この場合には、例えば第６図にみられるように適宜数に
切り出されることによって切刃チップが構成される。こ
のようにしたのは、窒化棚素結晶体１が通常のろう材に
対しては、漏れ性が悪いため、ろう付け面に超硬合金製
の前記基台４が位置するようにしたものである。

したがって、バイトホルダーを構成する場合には、例え
ば第７図にみられるようにバイトシャンク６の切欠段部
７内で、銭ろう、鋼ろう等でろう付けされる。

第８図は、超硬合金の板状体２の功欠段部３にろう付け
されたものが示されており、この場合には「前記中央凹
部５を多角形としたことから、後方が直線を呈するよう
になっている。

実施例 １ 実施例１は、窒化棚素結晶および結合材からなるもので
、配合組成、製造条件および焼綾体のヌープ硬度がそれ
ぞれ第１表に示されている。

なお得られた窒化棚素結晶体１は、その混合粉をボール
ミルで３畑時間混合した後、乾燥して４ｔ′地の圧力で
成形され、次いで得られた圧粉体が、超高圧発生装置に
より第１表に示された製造条件で競結されたものである
。また、第１表中の実験例１では、金属系のＮｉとＭと
は単独で配合されているが、Ｎｉ山、Ｎｉ２ＡＩ３にみ
られる金属間化合物として配合しても、競綾体の性質は
ほゞ同様であった。

このことは、Ｃｏ山、Ｃｏ２ＡＩ５、Ｃｏ４ＡＩ３、Ｃ
ｏ２ＡＩ９にみられる金属間化合物も同機のことがいえ
る。さらに、第１表中の実験例１〜９について、切削試
験をしたが、その結果は、第２表に示されるとおりであ
る。

この結果、本発明の切削用高硬度競結体は、焼入れ鋼材
であっても、相当な高速切削が可能であり、２０分〜３
０分の切削時においてフランク摩耗が少なかった。また
、第２表の切削試験とは、別にチルド鋳鉄（ショアー硬
度６２）および焼入れされたＳＫＤ−１１を対象にして
、実験例１でみられる試料で断続的な旋削、フライス切
削をしたがこれらにも利用できることが確認された。こ
の場合、断続切削は、直径５仇舷からなる被削材の鞄方
向に２つの切欠き（１比咳中）を設けたもので「そのと
きの切削条件は、切削速度Ｖ＝８０の′ｍｉｎ、切込み
ｄ＝０．２雌、送りｆ＝０．２肌／ｒｅｖとしたもので
ある。そして、２０分切削時でフランク摩耗が０．２８
肋であった。また、フライス切削は、１枚刃のものとし
てカッター本体（図示せず）に取付けて行なったもので
ある。

このときの切削条件は、切削速度Ｖ＝２００ｍ′ｍｊｎ
、切込みｄ＝０．５側、送りｆ＝０．１肋／刃で、３０
００塊の切削面積で欠損した。これに対し、比較の従来
品では、断続族肖りでは刃こばれを起し、またフライス
切削では、約半分位の切削面積で欠損した。

このような優劣が出たのは、本発明の窒化棚素結晶体１
が結合材の選択により、高温特性、鞠性等が改善された
結果と考えられる。言 黍 船 岬 ふ亀 蟹− 溝庁 〇Ｎ シ０ ＜旨 Ｑ− ‐ 肇− 三− 言上 登； 薄暑 辱′ 三や 脳三 昼蓮 選る 。

；；ふ 吋ｇ Ｐ） ‐ −Ｓ ３０ ヒ￥ 重量 聡‐ 署員 ふ旨 ＊＊ 第‐ ３ 表（実施例２） ※その他の添加物は、Ｎａ，Ｖａ，Ｗａ族金属の炭化物
、窒化物、棚化物又はＡ乙２０３を意味する。

本発明の窒化棚素結晶体１は、以上述べた実施例および
各種の実験から以下の事項が確認された。

■ 立方晶形および／またはウルッ形の窒化棚素結晶は
、体積で４０〜９５％含まれる範囲が適用できること。

これは、切削条件、被削材によりその範囲が選択される
ものである。また涙晶の場合は、原料として配・合され
たウルッ形窒化棚素の約半分以上が、超高圧、高温下の
暁結によって立方晶形窒化側素結晶に転換していること
が好ましい。

これは、切削試験結果の傾向によるものである。またこ
れらの窒化棚素の一部は、ダイヤモンドで置換できるも
のである。■ 窒化物系および炭窒化物系の成分は、Ｔ
ＩＮおよびＴＩＣＮがそれぞれ単独もしくはＴＩＮ又は
ＴＩＣＮを主体としてこれにＮａ〜 Ｖａ、Ｗａ亜族金
属の炭化物および棚化物の１種又は２種以上が含まれた
ものが適用できること。

ＴＩＮ又はＴＩＣＮを主体とした場合には、ＴＩＮおよ
びＴＩＣＮが、体積で少なくとも５０％以上占めるもの
が好適する。

また、その上限としては８０％が好適する。■ 窒化物
系および炭窒化物系の成分は、金属系の成分と等量か又
はこれよりも多く、すなわち結合材中の５０〜８０％含
まれること。

これは、窒化物系および炭窒化物系の特徴である高温特
性が有効に働くために必要なためである。

■ 結合材としての金属系の成分は、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ
およびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群、さらに
ＮおよびＳｉの第３群からそれぞれ１種又は２種以上が
選択された三元成分が適用されること。

そして、一つの群としては、第１群〜第３群の合計量に
対して５％以上は含まれること。これらは、単体金属粉
末、合金粉末又は金属間化合物として組合わされてもよ
いものである。

こ場合、第１群の成分は、第２群および第３群の成分に
対して固溶体化を促進する働きをなすものである。そし
て、これらの成分は、前記窒化物系、炭窒化物系の成分
に対しては、結合助材的な役割をなし、結果的に強固な
結合が得られるものである。

また、金属系結合材の第１群から選択された金属成分は
、ＴＩＮ又はＴＩＣＮもこ対して体積で５０％以上含む
ことが好ましいものである。

これは、結合強度の点からくるものである。本発明は、
以上説明したように、切削用高硬度蛾結体について、高
温特性鞄性等が改善されるように特定された窒化物系−
金属系又は炭峯化物系−金属系の結合材を選択したもの
であるから、高硬度被削材の断続切削や重切削において
「特に好適するものである。

【図面の簡単な説明】

第竃図は、本発明切削用高硬度焼絹体の一実施例を示す
斜視図、第２図は、超硬合金の板状体にろう付けした場
合における斜視図、第３図は、超硬合金からなる基台上
に超高圧高温下で焼結固着した斜視図、第４図は、第３
図の変形例を示す正面図、第５図は、第４図中のＶ−Ｖ
線に沿って得られる断面図、第６図は、第４図および第
６図のものから切り出された切刃チップを示す斜視図、
第７図は、バイトホルダーにろう付けした状態を示す斜
視図、第８図は、変形した切刃チップを超硬合金の板状
体にろう付けした状態を示す斜視図である。 １・・・・・・窒化棚素結晶体、２・・・・・・板状体
、４・・・・・・基台、５・・…・中央凹部、６・・・
・・・バイトシャンク。 矛／図オ２図 オ３図 矛４図 オ５図 矛６図 矛７図 力８図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素結晶を
   ４０〜９５体積％（以下％という）および窒化物系−金
   属系および／または炭窒化物系−金属系からなる結合材
   を残部とする高硬度焼結体において、 前記窒化物系お
   よび／または炭窒化物系の成分は、結合材中の５０〜８
   ０％の範囲内で、しかもＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮ
   がそれぞれ単独もしくはＴｉＮおよび／またはＴｉＣＮ
   が窒化物系および／または炭窒化物系中の５０〜８０％
   の範囲で、残りをIVａ、Vａ、VIａ族金属の炭化物、窒
   化物および硼化物又はＡｌ＿２Ｏ＿３の１種又は２種以
   上としたものからなり、 また、前記金属系の成分は、
   結合材中の５０〜２０％の範囲内で、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂ
   およびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群、Ａｌお
   よびＳｉの第３群からそれぞれ選択された１種又は２種
   以上を含み、しかも一つの群としては、第１群〜第３群
   の合計量の５％以上になっていることを特徴とする切削
   用高硬度焼結体。 ２ 立方晶形および／またはウルツ形の窒化硼素結晶お
   よびダイヤモンドを４０〜９５体積％（以下％という）
   含み、残りを窒化物系−金属系および／または炭窒化物
   系−金属系からなる結合材とした高硬度焼結体において
   、 前記ダイヤモンドは、窒化硼素結晶に対して２０％
   以下（０％を含まず）になっており、 また、前記窒化
   物系および／または炭窒化物系の成分は、結合材中の５
   ０〜８０％の範囲内で、しかもＴｉＮおよび／またはＴ
   ｉＣＮがそれぞれ単独もしくは、ＴｉＮおよび／または
   ＴｉＣＮが窒化物系および／または炭窒化物系中の５０
   〜８０％で、残りをIVａ、Vａ、VIａ族金属の炭化物、
   窒化物および硼化物又はＡｌ＿２Ｏ＿３の１種又は２種
   以上としたものからなり、 さらに、前記金属系の成分
   は、結合材中の５０〜２０％の範囲内で、Ｚｒ、Ｔｉ、
   ＮｂおよびＭｏの第１群、ＮｉおよびＣｏの第２群、Ａ
   ｌおよびＳｉの第３群からそれぞれ選択された１種又は
   ２種以上を含み、しかも一つの群としては、第１群〜第
   ３群の合計量の５％以上になっていることを特徴とする
   切削用高硬度焼結体。