JPS6143312B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6143312B2 JPS6143312B2 JP53135749A JP13574978A JPS6143312B2 JP S6143312 B2 JPS6143312 B2 JP S6143312B2 JP 53135749 A JP53135749 A JP 53135749A JP 13574978 A JP13574978 A JP 13574978A JP S6143312 B2 JPS6143312 B2 JP S6143312B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ultra
- cutting
- powder
- high pressure
- wear resistance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Ceramic Products (AREA)
Description
この発明は、高硬度、並びにすぐれた耐摩耗性
靭性、および耐食性などが要求される高硬度鋼や
Ni基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削に
切削工具として用いるのに適した超高圧焼結材料
に関するものである。 一般に、従来より上記の用途に対しては、すぐ
れた靭性を有する炭化タングステン（以下WCで
示す）基超硬合金が広く使用されてきているが、
近年その使用条件が苛酷になるにしたがつて、よ
りすぐれた材料の開発が強く望まれている。 最近、かかる要望にしたがつて、立方晶窒化ほ
う素超高圧焼結材料や、これに少量のAlおよび
鉄族金属を含有させた超高圧焼結材料が提案さ
れ、市販されているが、前者の焼結材料はすぐれ
た耐摩耗性をもつものの、靭性が不足したもので
あり、また後者の焼結材料は、特に熱発性の高い
条件で使用した場合に耐摩耗性が劣化するように
なるなど、いずれも満足する特性を備えた材料で
はないのが現状である。 本発明者等は、上述のような観点から、耐摩耗
性および靭性にすぐれ、特に切削工具として用い
るのに適した焼結材料を得べく、立方晶窒化ほう
素（以下CBNで示す）に着目し研究を行なつた
結果、前記CBNに、Ti、ZrおよびHf（周期律表
の4a族金属）の炭化物および窒化物合のうちの１
種または２種以上（以下金属の炭・窒化物とい
う）と、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）
および酸化ジルコニウム（以下ZrO2で示す）の
うちの１種または２種（以下金属酸化物という）
を含有させてなる超高圧焼結材料は、前記CBN
成分によつてすぐれた耐摩耗性を、また前記金属
の炭・窒化物と金属酸化物によつてすぐれた靭性
を具備するようになり、これらの特性が要求され
る高硬度鋼やスーパーアロイなどの切削に切削工
具として用いた場合にすぐれた切削性能を発揮す
るという知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、容量％で、 CBN：22〜89・９％、 金属の炭・窒化物：10〜60％、 金属酸化物および不可避不純物：0.1〜18％、 からなる組成を有し、かつ靭性および耐摩耗性の
すぐれた切削工具用超高圧焼結材料に特徴を有す
るものである。 ついで、この発明の焼結材料において、成分組
成範囲を上述の通りに限定した理由を説明する。 (a) CBN CBNは、温度1200℃以上、圧力40Kb以上、望
ましくは温度1800℃以上、圧力60Kb以上の条件
で含成されるもので、ダイヤモンドに次ぐ硬さ、
すなわちビツカース硬さで6000〜7000Kg／mm2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22容量％未
満では、所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方89.9容量％を越えて含有させると、焼結
性が不充分となつてポアの残存も目立ちはじめ、
靭性低下も著しくなつて、切刃に微小のチツピン
グや欠損などが生じるようになることから、その
含有量を22〜89.9容量％と定めた。 (b) 金属の炭・窒化物 これらの金属の炭・窒化物は、いずれも高融点
高硬度を有し、かつ立方晶にしてNaCl型の結晶
構造を有するものであり、CBN粉末と混合した
状態で超高圧超高温下で焼結すると、CBN粉末
および金属の炭・窒化物粉末とも結晶構造が同じ
立方晶であるために、粉末間に容易に相互拡散が
起つて結合強度が強固となり、この結果良好な結
合材特性を発揮する作用があるが、その含有量が
10容量％未満では、相対的にCBN成分の含有量
が多くなり過ぎて焼結性が不充分となつて靭性低
下をきたし、一方60容量％を越えて含有させる
と、相対的にCBN成分の含有量が少なくなり過
ぎて、CBN成分のもつ高硬度を焼結材料に充分
反映させることができず、この結果耐摩耗性の低
下をもたらすようになることから、その含有量を
10〜60容量％と定めた。 (c) 金属酸化物 例えば、Al2O3は融点：2050℃、マイクロビツ
カース硬さ：2720Kg／mm2を有するように、これら
金属酸化物は高融点高硬度を有し、さらにMgO
やTiO2などの他の金属酸化物に比して高い靭性
を有し、しかもCBNおよび金属の炭・窒化物と
の親和性にもすぐれているので、焼結材料の強度
向上に寄与する作用を有するが、その含有量が
0.1容量％未満では、前記作用に所望の効果が得
られず、一方18容量％を越えて含有させると、靭
性は向上するものの耐摩耗性が低下するようにな
ることから、その含有量を0.1〜18容量％と定め
た。 さらに、この発明の焼結材料は、従来公知の超
高圧超高温発生装置を使用して製造することがで
きる。 すなわち、CBN粉末と、金属の炭・窒化物粉
末と、金属酸化物粉末とを所定割合に配合し、例
えば鉄製ボールミル中で長時間混合して均質な混
合粉末とした後、前記混合粉末を、例えば鋼製あ
るいは高融点金属製の容器内に封入し、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、圧力および温度を上げて最
終的に圧力40〜60Kb、温度1200〜1800℃とし、
この最高圧力および最高温度に0.5〜10分間保持
し、冷却後、圧力を開放することによつて製造す
ることができる。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より具体的に説明する。 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CBN粉末、いずれも１〜５
μｍの範囲内の平均粒径を有するTiC粉末、ZrC
粉末、HfC粉末、TiN粉末、ZrN粉末、および
HfN粉末、さらに平均粒径：0.2μｍを有する
Al2O3粉末、および同0.2μｍのZr粉末を用意し、
これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合
組成に配合し、これらの配合粉末を、それぞれ
WC基超硬合金で内張りされた小型の高速遊星運
動ミル内に装入し、さらに前記配合粉末に対して
40容量％のメチルアルコールを加えて１時間混合
し、混合後、前記ミルの蓋をアルゴン雰囲気中で
開放し、温度：130℃に加熱して前記メチルアル
コールを蒸発させ、乾燥し、ついで同じくアルゴ
ン雰囲気内において、別途用意した内径：10mφ
×高さ：15mmの寸法をもつたTi製円筒型容器の
底部に、まず同じく別途用意した直径：9.8mmφ
×厚さ：２mmの寸法をもつたWC基超硬合金製円
板を装入し、この円板上に厚みが７mmとなるよう
に上記混合粉末を装入し、押し棒で軽く押えて充
填し、この充填混合粉末上に厚さ２mmのWC基超
硬合金製円板を載置し、つぎにアルゴン雰囲気か
ら取出した後、さらにTi製上蓋をかぶせてプレ
スして前記Ti製円筒型容器内の混合粉末の厚み
を5.5mmに圧縮し、引続いて前記円筒型容器に前
記上蓋を溶接して、これを密封し、このように上
記混合粉末を充填して密封した円筒型容器を公知
の超高圧超高温発生装置に装入し、最高付加圧
力：50Kb、最高加熱温度：1450℃の条件で１分
間保持した後、冷却についで圧力解放を行なうこ
とによつて、実質的に配合組成と同一の成分組成
を有し、かつ上記WC基超硬合金製の上下円板に
拡散結合した状態の本発明超高圧焼結材料１〜11
および比較超高圧焼結材料１〜６をそれぞれ
靭性、および耐食性などが要求される高硬度鋼や
Ni基あるいはCo基スーパーアロイなどの切削に
切削工具として用いるのに適した超高圧焼結材料
に関するものである。 一般に、従来より上記の用途に対しては、すぐ
れた靭性を有する炭化タングステン（以下WCで
示す）基超硬合金が広く使用されてきているが、
近年その使用条件が苛酷になるにしたがつて、よ
りすぐれた材料の開発が強く望まれている。 最近、かかる要望にしたがつて、立方晶窒化ほ
う素超高圧焼結材料や、これに少量のAlおよび
鉄族金属を含有させた超高圧焼結材料が提案さ
れ、市販されているが、前者の焼結材料はすぐれ
た耐摩耗性をもつものの、靭性が不足したもので
あり、また後者の焼結材料は、特に熱発性の高い
条件で使用した場合に耐摩耗性が劣化するように
なるなど、いずれも満足する特性を備えた材料で
はないのが現状である。 本発明者等は、上述のような観点から、耐摩耗
性および靭性にすぐれ、特に切削工具として用い
るのに適した焼結材料を得べく、立方晶窒化ほう
素（以下CBNで示す）に着目し研究を行なつた
結果、前記CBNに、Ti、ZrおよびHf（周期律表
の4a族金属）の炭化物および窒化物合のうちの１
種または２種以上（以下金属の炭・窒化物とい
う）と、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）
および酸化ジルコニウム（以下ZrO2で示す）の
うちの１種または２種（以下金属酸化物という）
を含有させてなる超高圧焼結材料は、前記CBN
成分によつてすぐれた耐摩耗性を、また前記金属
の炭・窒化物と金属酸化物によつてすぐれた靭性
を具備するようになり、これらの特性が要求され
る高硬度鋼やスーパーアロイなどの切削に切削工
具として用いた場合にすぐれた切削性能を発揮す
るという知見を得たのである。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたものであつて、容量％で、 CBN：22〜89・９％、 金属の炭・窒化物：10〜60％、 金属酸化物および不可避不純物：0.1〜18％、 からなる組成を有し、かつ靭性および耐摩耗性の
すぐれた切削工具用超高圧焼結材料に特徴を有す
るものである。 ついで、この発明の焼結材料において、成分組
成範囲を上述の通りに限定した理由を説明する。 (a) CBN CBNは、温度1200℃以上、圧力40Kb以上、望
ましくは温度1800℃以上、圧力60Kb以上の条件
で含成されるもので、ダイヤモンドに次ぐ硬さ、
すなわちビツカース硬さで6000〜7000Kg／mm2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22容量％未
満では、所望の耐摩耗性を確保することができ
ず、一方89.9容量％を越えて含有させると、焼結
性が不充分となつてポアの残存も目立ちはじめ、
靭性低下も著しくなつて、切刃に微小のチツピン
グや欠損などが生じるようになることから、その
含有量を22〜89.9容量％と定めた。 (b) 金属の炭・窒化物 これらの金属の炭・窒化物は、いずれも高融点
高硬度を有し、かつ立方晶にしてNaCl型の結晶
構造を有するものであり、CBN粉末と混合した
状態で超高圧超高温下で焼結すると、CBN粉末
および金属の炭・窒化物粉末とも結晶構造が同じ
立方晶であるために、粉末間に容易に相互拡散が
起つて結合強度が強固となり、この結果良好な結
合材特性を発揮する作用があるが、その含有量が
10容量％未満では、相対的にCBN成分の含有量
が多くなり過ぎて焼結性が不充分となつて靭性低
下をきたし、一方60容量％を越えて含有させる
と、相対的にCBN成分の含有量が少なくなり過
ぎて、CBN成分のもつ高硬度を焼結材料に充分
反映させることができず、この結果耐摩耗性の低
下をもたらすようになることから、その含有量を
10〜60容量％と定めた。 (c) 金属酸化物 例えば、Al2O3は融点：2050℃、マイクロビツ
カース硬さ：2720Kg／mm2を有するように、これら
金属酸化物は高融点高硬度を有し、さらにMgO
やTiO2などの他の金属酸化物に比して高い靭性
を有し、しかもCBNおよび金属の炭・窒化物と
の親和性にもすぐれているので、焼結材料の強度
向上に寄与する作用を有するが、その含有量が
0.1容量％未満では、前記作用に所望の効果が得
られず、一方18容量％を越えて含有させると、靭
性は向上するものの耐摩耗性が低下するようにな
ることから、その含有量を0.1〜18容量％と定め
た。 さらに、この発明の焼結材料は、従来公知の超
高圧超高温発生装置を使用して製造することがで
きる。 すなわち、CBN粉末と、金属の炭・窒化物粉
末と、金属酸化物粉末とを所定割合に配合し、例
えば鉄製ボールミル中で長時間混合して均質な混
合粉末とした後、前記混合粉末を、例えば鋼製あ
るいは高融点金属製の容器内に封入し、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、圧力および温度を上げて最
終的に圧力40〜60Kb、温度1200〜1800℃とし、
この最高圧力および最高温度に0.5〜10分間保持
し、冷却後、圧力を開放することによつて製造す
ることができる。 ついで、この発明の超高圧焼結材料を実施例に
より具体的に説明する。 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CBN粉末、いずれも１〜５
μｍの範囲内の平均粒径を有するTiC粉末、ZrC
粉末、HfC粉末、TiN粉末、ZrN粉末、および
HfN粉末、さらに平均粒径：0.2μｍを有する
Al2O3粉末、および同0.2μｍのZr粉末を用意し、
これら原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合
組成に配合し、これらの配合粉末を、それぞれ
WC基超硬合金で内張りされた小型の高速遊星運
動ミル内に装入し、さらに前記配合粉末に対して
40容量％のメチルアルコールを加えて１時間混合
し、混合後、前記ミルの蓋をアルゴン雰囲気中で
開放し、温度：130℃に加熱して前記メチルアル
コールを蒸発させ、乾燥し、ついで同じくアルゴ
ン雰囲気内において、別途用意した内径：10mφ
×高さ：15mmの寸法をもつたTi製円筒型容器の
底部に、まず同じく別途用意した直径：9.8mmφ
×厚さ：２mmの寸法をもつたWC基超硬合金製円
板を装入し、この円板上に厚みが７mmとなるよう
に上記混合粉末を装入し、押し棒で軽く押えて充
填し、この充填混合粉末上に厚さ２mmのWC基超
硬合金製円板を載置し、つぎにアルゴン雰囲気か
ら取出した後、さらにTi製上蓋をかぶせてプレ
スして前記Ti製円筒型容器内の混合粉末の厚み
を5.5mmに圧縮し、引続いて前記円筒型容器に前
記上蓋を溶接して、これを密封し、このように上
記混合粉末を充填して密封した円筒型容器を公知
の超高圧超高温発生装置に装入し、最高付加圧
力：50Kb、最高加熱温度：1450℃の条件で１分
間保持した後、冷却についで圧力解放を行なうこ
とによつて、実質的に配合組成と同一の成分組成
を有し、かつ上記WC基超硬合金製の上下円板に
拡散結合した状態の本発明超高圧焼結材料１〜11
および比較超高圧焼結材料１〜６をそれぞれ
【表】
製造した。
なお、比較超高圧焼結材料１〜６は、いずれも
構成成分のうちの少くともいずれかの成分含有量
がこの発明の範囲から外れた組成をもつものであ
る。 つぎに、上記の本発明超高圧焼結材料１〜11、
比較超高圧焼結材料１〜６、並びに第１表に示さ
れる組成を有する市販の超高圧焼結材料から、切
断および研磨により切刃を仕上げ、上記WC基超
硬合金製円板と結合したままの状態で、別途用意
した四角形状のWC基超硬合金製チツプに銀ろう
によつて固定し、さらにノーズＲを0.4mmに仕上
げて切削工具とし、 被削材：浸炭焼入鋼（ロツクウエル硬さ：
60）、 切削速度：120m／min、 送り：0.08mm／rev.、 切込み：0.1mm、 の条件での高硬度鋼の連続切削試験、並びに、 被削材：ハステロイＸ（Ni基合金）、 切削速度：70m／min、 送り：0.2mm／rev.、 切込み：0.5mm、 の条件でのNi基合金の連続切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅が0.1
mmに達するまでの切削時間を測定した。これらの
測定結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結
材料１〜11は、いずれもすぐれた靭性と耐摩耗性
を有するので、これらの特性が要求される高硬度
鋼やNi基合金の切削にすぐれた切削性能を長期
に亘つて発揮するのに対して、市販の超高圧焼結
材料は、耐摩耗性不足が原因で、比較的短かい切
削時間しか示さないことが明らかである。 また、比較超高圧焼結材料１〜６に見られるよ
うに、構成成分のうちのいずれかの成分含有量で
もこの発明の範囲から外れると、靭性および耐摩
耗性のうちの少なくともいずれかの性質が劣つた
ものになり、所望のすぐれた切削性能を長時間に
亘つて発揮することができないことが明らかであ
る。 以上の結果から明らかなように、この発明の超
高圧焼結材料は、すぐれた耐摩耗性と、従来WC
基超硬合金のもの靭性に匹敵するすぐれた靭性を
有するので、特に高硬度鋼や、スーパーアロイな
どの切削に切削用工具として使用した場合に、一
般切削から仕上げ切削までの広範囲に亘つてすぐ
れた切削性能を発揮するものである。
構成成分のうちの少くともいずれかの成分含有量
がこの発明の範囲から外れた組成をもつものであ
る。 つぎに、上記の本発明超高圧焼結材料１〜11、
比較超高圧焼結材料１〜６、並びに第１表に示さ
れる組成を有する市販の超高圧焼結材料から、切
断および研磨により切刃を仕上げ、上記WC基超
硬合金製円板と結合したままの状態で、別途用意
した四角形状のWC基超硬合金製チツプに銀ろう
によつて固定し、さらにノーズＲを0.4mmに仕上
げて切削工具とし、 被削材：浸炭焼入鋼（ロツクウエル硬さ：
60）、 切削速度：120m／min、 送り：0.08mm／rev.、 切込み：0.1mm、 の条件での高硬度鋼の連続切削試験、並びに、 被削材：ハステロイＸ（Ni基合金）、 切削速度：70m／min、 送り：0.2mm／rev.、 切込み：0.5mm、 の条件でのNi基合金の連続切削試験を行ない、
いずれの切削試験でも切刃の逃げ面摩耗幅が0.1
mmに達するまでの切削時間を測定した。これらの
測定結果を第１表に示した。 第１表に示される結果から、本発明超高圧焼結
材料１〜11は、いずれもすぐれた靭性と耐摩耗性
を有するので、これらの特性が要求される高硬度
鋼やNi基合金の切削にすぐれた切削性能を長期
に亘つて発揮するのに対して、市販の超高圧焼結
材料は、耐摩耗性不足が原因で、比較的短かい切
削時間しか示さないことが明らかである。 また、比較超高圧焼結材料１〜６に見られるよ
うに、構成成分のうちのいずれかの成分含有量で
もこの発明の範囲から外れると、靭性および耐摩
耗性のうちの少なくともいずれかの性質が劣つた
ものになり、所望のすぐれた切削性能を長時間に
亘つて発揮することができないことが明らかであ
る。 以上の結果から明らかなように、この発明の超
高圧焼結材料は、すぐれた耐摩耗性と、従来WC
基超硬合金のもの靭性に匹敵するすぐれた靭性を
有するので、特に高硬度鋼や、スーパーアロイな
どの切削に切削用工具として使用した場合に、一
般切削から仕上げ切削までの広範囲に亘つてすぐ
れた切削性能を発揮するものである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 立方晶窒化ほう素：22〜89.9％、 Ti、Zr、およびHfの炭化物および窒化物のう
ちの１種または２種以上：10〜60％、 酸化アルミニウムおよび酸化ジルコニウムのう
ちの１種または２種および不可避不純物：0.1〜
18％、 からなる組成（以上容量％）を有することを特徴
とする靭性および耐摩耗性のすぐれた切削工具用
超高圧焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13574978A JPS5562862A (en) | 1978-11-06 | 1978-11-06 | Sintering material with tenacity and abrasion resistance |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13574978A JPS5562862A (en) | 1978-11-06 | 1978-11-06 | Sintering material with tenacity and abrasion resistance |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5562862A JPS5562862A (en) | 1980-05-12 |
| JPS6143312B2 true JPS6143312B2 (ja) | 1986-09-26 |
Family
ID=15158962
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13574978A Granted JPS5562862A (en) | 1978-11-06 | 1978-11-06 | Sintering material with tenacity and abrasion resistance |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5562862A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI486568B (zh) * | 2013-06-06 | 2015-06-01 | Wistron Corp | 真空電磁閥檢測裝置及使用該裝置檢測真空電磁閥的方法 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5860678A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 切削および耐摩耗工具用高靭性窒化硼素基超高圧焼結材料 |
| JPS5860679A (ja) * | 1981-10-02 | 1983-04-11 | 三菱マテリアル株式会社 | 切削および耐摩耗工具用高靭性窒化硼素基超高圧焼結材料 |
| JP2546709B2 (ja) * | 1988-09-29 | 1996-10-23 | 東芝タンガロイ株式会社 | 高強度立方晶窒化ホウ素含有焼結体 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5298632U (ja) * | 1976-01-20 | 1977-07-25 |
-
1978
- 1978-11-06 JP JP13574978A patent/JPS5562862A/ja active Granted
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI486568B (zh) * | 2013-06-06 | 2015-06-01 | Wistron Corp | 真空電磁閥檢測裝置及使用該裝置檢測真空電磁閥的方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5562862A (en) | 1980-05-12 |
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