JPS6156067B2 - - Google Patents

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JPS6156067B2
JPS6156067B2 JP52051381A JP5138177A JPS6156067B2 JP S6156067 B2 JPS6156067 B2 JP S6156067B2 JP 52051381 A JP52051381 A JP 52051381A JP 5138177 A JP5138177 A JP 5138177A JP S6156067 B2 JPS6156067 B2 JP S6156067B2
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JP
Japan
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diamond
cemented carbide
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iron group
powder
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JP52051381A
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English (en)
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JPS53136790A (en
Inventor
Akio Hara
Shuji Yatsu
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Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Sumitomo Electric Industries Ltd
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Priority to FR7813045A priority patent/FR2389437B1/fr
Priority to US05/902,812 priority patent/US4171973A/en
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C26/00Alloys containing diamond or cubic or wurtzitic boron nitride, fullerenes or carbon nanotubes
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J3/00Processes of utilising sub-atmospheric or super-atmospheric pressure to effect chemical or physical change of matter; Apparatus therefor
    • B01J3/06Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies
    • B01J3/062Processes using ultra-high pressure, e.g. for the formation of diamonds; Apparatus therefor, e.g. moulds or dies characterised by the composition of the materials to be processed
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23BTURNING; BORING
    • B23B27/00Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
    • B23B27/14Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
    • B23B27/148Composition of the cutting inserts
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2203/00Processes utilising sub- or super atmospheric pressure
    • B01J2203/06High pressure synthesis
    • B01J2203/0605Composition of the material to be processed
    • B01J2203/062Diamond
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2203/0605Composition of the material to be processed
    • B01J2203/063Carbides
    • B01J2203/0635Silicon carbide
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01J2203/065Composition of the material produced
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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Description

【発明の詳細な説明】
現在非鉄合金やプラスチツク、セラミツクの切
削に、ダイヤモンドが70容量%を越し結合材とし
てCoを主成分とする金属が用いられた焼結体部
が超硬合金母材上に接合された工具材が市販され
ている。この工具材は価格が高いにもかかわらず
Siを多く含むAl合金や硬度の高い銅合金などの切
削工具として一部好評を博している。 本発明者らもこの工具材についてその特性など
を種々調査した。そして確かに従来用いられてい
た超硬合金に対してははるかに耐摩耗性に富むこ
と、ダイヤモンドが主成分でありしかもこのダイ
ヤモンド結晶は互いに隣接したスケルトン構造を
なしていることを認識した。この工具材を使用者
の立場からみると、耐摩耗性に富んでいるメリツ
トの裏側として高価格であることと更に重要なこ
とは再研削コストが大変高いというデメリツトを
有することが判つた。このチツプそのものは高価
格である為、現在超硬合金で主流をなしている如
く、スローアウエイ方式をとり摩耗したら再研削
することなく廃棄するということは出来ない。 この考えから再研削テストをしてみると、研削
するというよりも研削用のダイヤモンド砥石をド
レツシングしているという如きでその再研削の能
率は極めて低く、又砥石の消耗が極めて高くなる
ことが分つた。 本発明者らは、この再研削の問題点を克服せん
として切削時の耐摩機構と研削時の耐摩機構の両
者を考えてみて、切削時の耐摩耗性を若干犠性と
すれば再研削性が大幅に改善されることに気付き
本発明に至つたものである。 現在市販されている切削用ダイヤモンド焼結体
はこのような考察の結果から現在の構造、組成に
なつたものでなく、日本特許公開昭46―5204をみ
ても理解されるようにたまたま現在の構造、組成
となつたものと考えられる。即ち、ダイヤモンド
が主成分となり、しかも隣接するダイヤモンド結
晶が互いに直接接合している構造をとるのは性能
を十分検討した結果ではなく、その製造技術―ダ
イヤモンド塊内に外部よりダイヤモンド合成の触
媒であるCoを溶浸させて焼結体を製造―に起因
するものと考えられる。 摩耗機構を考えてみれば、第1図に示すように
ダイヤモンド結晶のみが相手材と接触するという
幾何学的配置をとることが出来れば工具材の全面
がダイヤモンドからなる場合と余り大きな耐摩耗
性の差は生じないことは発明者らの工具材の長年
の研究から推定出来る。工具の摩耗には微小のチ
ツピング現象という要素が無視出来ないからダイ
ヤモンド結晶を保持するマトリツクス部が超硬合
金の如く剛性に富み且つ靭性に富む場合にはかえ
つて摩耗量も小さくなることが考えられる。ダイ
ヤモンドの場合高温では黒鉛化するので刃先が高
温となるような用途にはしよせん使い得ず、マト
リツクスにはそれぼど高い耐熱性は必要でなく金
属を含有した超硬合金で十分と考えられる。なお
第1図中1は工具材、2はダイヤモンド結晶、3
は微細WC―Co合金から成るマトリツクス、5は
被削材(切屑)を示している。 一方研削の場合は第2図に示すように鋭いダイ
ヤモンド砥粒の刃が工具材に接触する箇所がダイ
ヤモンド結晶に比べ軟かいマトリツクスであり、
さらにダイヤモンド結晶が互いに結合せずに均一
に分散していれば被研削性は大幅に向上されると
考えられる。 なお第2図中1は工具材、2はダイヤモンド結
晶、3は微細WC―Co合金から成るマトリツク
ス、6は砥石、7は砥石の中のダイヤモンド結晶
(鋭い刃を持つ)を示している。 以上の考えからダイヤモンドをWC―5%Coの
超硬合金とからなる第1表にその組成を示す種々
の合金を50Kb,1500℃の条件下でホツトプレス
して作成し、その切削時耐摩耗性およびダイヤモ
ンド砥石による被研削性を検討した。
【表】 より大きいものほど優れる。
第1表で分るようにダイヤモンドの容量%が減
少するにつれて僅少ながら耐摩耗性は減少する
が、逆に被研削性は70容量%以下になると著しく
向上することが分る。これはダイヤモンド結晶が
実質上互いに隣接接合しなくなる限界を越えると
考えられる。 しかし乍ら70容量%以下のダイヤモンド結晶を
含有する場合でもダイヤモンド結晶同士が接合し
ている構造であれば前述した研削機構とならず被
研削性は改善されない。ダイヤモンドの容量%が
30%未満となると耐摩耗性が低下し、超高圧下で
ホツトプレスするということから来るコスト上の
制約を乗り越えることが出来なくなつてしまう。 マトリツクスの超硬合金は第1図に示した摩耗
機構及び第2図に示した研削機構から、そのWC
結晶は微細である必要がある。即ち微細なWC結
晶を用いることによりダイヤモンド結晶の周囲を
微細なWC結晶が取り囲みダイヤモンド結晶同士
の接触を防止する。原料から微細なものを使用す
ることが好ましいが、ボールミルにより粉砕する
こともでき、十分にボールミルする場合は必ずし
も微細粉末を原料として用いなくても良い。また
後述する如く、ボールミル中ボールやポツトより
混入する微細超硬合金粉末は超高圧ホツトプレス
中殆ど粒成長しないので、これをそのまゝマトリ
ツクスの一部又は全部として用いることができ
る。しかし、超微粒WC合金という名前で市販さ
れている合金、例えばイゲタロイのN―70シリー
ズものを用いるときは硬度、強度とも従来のWC
合金よりも高く又研削による刃立ち性も優れてい
るので好ましい。 焼結ダイヤモンド切削工具は仕上切削に用いら
れることが多いから研削による刃立ち性が問題と
なる。この意味からもマトリツクスに超微粒WC
合金を使うことが望ましい。この時にはダイヤモ
ンド結晶の大きさも1ミクロン以下であることが
好ましい。特にこのようなミクロン以下のダイヤ
モンド結晶、WC結晶とから合金が構成される時
には、超硬合金製ボール及び超硬合金で内張りし
たポツトを用いて両者を湿式ボールミル混合する
ことが便利である。又湿式ボールミルとほぼ同じ
作用をするアトライターや振動ミルを用いても良
い。 ダイヤモンドは硬いからボールや内張りからか
なり多量の摩耗粉が混入する。これをそのまゝマ
トリツクス成分として利用すれば便利である。特
にボールと内張りをマトリツクスを構成しようと
する超硬合金と同じ組成としておけばより便利で
ある。 マトリツクスは剛性を必要とするので余りに金
属成分が多いことは好ましくない。Coの場合15
重量%位が限度である。必ずしもCoでなくても
良くNiやFeあるいはCo、Ni、Feの合金であつて
も良い。WCが主成分でなくても良いがWCのも
つ強靭性や熱伝導率が高いといつた優れた特性を
利用するという立場からWCを用いることが最も
好ましい。上述のダイヤモンドとWCを主成分と
する混合粉末をダイヤモンドが安定な超高圧高温
下で焼結することにより本発明焼結体を得ること
ができる。なおグラフアイトが安定な領域で焼結
すればダイヤモンドのグラフアイト化が生じ目的
とする高硬度の焼結体が得られない。 以下実施例を述べる。 実施例 1 0.5ミクロンの超微粒のWC結晶から構成される
WC―5重量%Co組成の超硬合金ボールと内張り
をもつたボールミルを用いて1〜5ミクロンの粒
度のダイヤモンド粉末80容量%とボールおよび内
張りに用いている超硬合金の原料粉末20容量%と
をアセトンを加えて12時間湿式ボールミルした。
とり出してアセトンを乾燥后全重量を測定し、そ
の値からダイヤモンドと超硬合金の混合割を計算
によつて求めたところダイヤモンドの量は容量で
52%であつた。 この混合粉末に潤滑剤として2%のカンフアー
を加え厚さ1mm、径10mmの型押体を作成した。そ
の型押体からカンフアーおよび含有している水分
や酸素を除去し、ダイヤモンドと合成するのに用
いる超高圧容器中にWC―7重量%Coの超硬合金
の厚み4mm、径10mmのチツプの上へ重ねる形で装
入した。これを50Kb、1500℃に20分保持しホツ
トプレス焼結すると同時に下地の超硬合金と接合
した。得られた焼結物はダイヤモンド含有部が約
0.5mmの厚みを有するものであつた。この焼結体
をダイヤモンドの切断刃を用いて4分割しその一
つを12.7角の超硬合金チツプにろう付し、4角の
スローアウエイチツプを作成した。 このチツプを用いてセメントを切削速度50m/
分切込1mm、送り0.2mm/回転で20分旋削テスト
したところ、市販の焼結ダイヤモンドの最大摩耗
幅が0.15mmであつたのに対して本合金のそれは
0.13mmでむしろ良い耐摩耗性を示した。 再研削したところでは市販の焼結ダイヤモンド
の方は1個1時間を要したのに対し、本発明品は
10分で再研削出来、再使用に供し得た。 実施例 2 超硬合金製造に用いられる粒度約2ミクロン、
Co含有量7%の普通の超硬合金製内張り、ボー
ルを用いたボールミルを用いて、粒度300メツシ
ユ以下400メツシユ以上のダイヤモンド粉末をア
セトン溶媒を用いて48時間ボールミルした。アセ
トンを蒸発乾燥した後乾燥粉末の比重を求め、こ
の値からダイヤモンド容量%を計算したところ63
%であつた。 この混合粉末を実施例1と同様にしてホツトプ
レスしたところ光学顕微鏡的には結晶粒度の識別
が難しい微細WC合金マトリツクスにダイヤモン
ド結晶が互いに接合していない構造をもつ緻密な
焼結体を得た。 実施例 3 実施例2のボールミルを72時間行つた。この場
合ダイヤモンドの容量%が41%%の緻密な焼結体
を得た。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の工具材の切削時の摩耗機構の
説明図、第2図は本発明の工具材をダイヤモンド
砥石で研削した時の機構の説明図である。 1……工具材、2……ダイヤモンド結晶、3…
…微細WC―Co合金からなるマトリツクス、5…
…被削材、6……砥石、7……砥石中のダイヤモ
ンド結晶。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 1μ程度のダイヤモンドが容量で70〜30%を
    占め、且つ残りが1ミクロン以下のWCと鉄族金
    属とからなり、上記WCと鉄族金属との割合がそ
    の共晶組成よりWCの量が多い結合材であること
    を特徴とする高硬度工具用焼結体。 2 WCと鉄族金属との割合がその共晶組成より
    WCの量が多く、WCを主成分とする超硬合金ボ
    ール、同じく超硬合金を内張りしたポツトを用い
    てダイヤモンド粉末を1μ程度に粉砕し、ボール
    と内張材とから摩耗によつて発生した微細超硬合
    金と前述のダイヤモンド粉末との混合粉末を予め
    常温下で型押成型したのち、これを高圧高温下に
    てホツトプレスすることを特徴とする1μ程度の
    ダイヤモンドが容量で70〜30%を占め、且つ残り
    が1ミクロン以下のWCと鉄族金属とからなる高
    硬度工具用焼結体の製造法。
JP5138177A 1977-05-04 1977-05-04 Sintered body for highly hard tool and method of producing same Granted JPS53136790A (en)

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JPS53136790A JPS53136790A (en) 1978-11-29
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