JPS6310201B2

JPS6310201B2 -

Info

Publication number: JPS6310201B2
Application number: JP14812279A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Shimoda
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1979-11-15
Filing date: 1979-11-15
Publication date: 1988-03-04
Also published as: JPS5672104A

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は、超硬合金からなる基板上に立方晶形
の窒化硼素等からなる多結晶焼結体を超高圧高温
下で形成するようにした複合切削体に関し、特に
高硬度被削材等に対する断続、高送り、フライス
切削などに好適するようにしたものである。従来、この種の複合切削体は、例えば特公昭52
−43846号公報、特開昭53−77811号公報等にみら
れるように多結晶焼結体が結合材によつて結合さ
れており、結合材の強度が直接切削性能に影響す
る。このようなことから、この種の複合切削体で
は、結合材の選択が重要な問題であり、改良され
た結合材の開発が要望されている。本発明は、上述の点に鑑みなされたもので、超
硬合金の基板上に形成される多結晶焼結体は、立
方晶形窒化硼素等が70〜95体積％（以下％とい
う）で、残り（５〜30％）の金属系成分−セラミ
ツクス系成分からなる結合材が、金属系成分とし
て、Nbからなる第１群、Ni、CoおよびFeから
なる第２群、AlおよびSiからなる第３群によつ
て構成され、それぞれの群から選択された１種ま
たは２種以上が結合材の2/3をこえて含まれ、ま
たセラミツクス系成分として、金属系成分の50％
未満換言すれば結合材の1/3未満の周期律表第
ａ、ａ、ａ族金属の炭化物、窒化物、窒炭化
物および硼化物またはAl₂O₃の１種または２種以
上を含むようにすることにより、高硬度被削材等
に対する断続、高送り、フライス切削等に好適す
るようにしたものである。以下、本発明複合切削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、本発明に係る複合切削
体であり、立方晶形の窒化硼素等の多結晶焼結体
２および超硬合金の基板３からなる。この多結晶焼結体２は、立方晶形および／また
はウルツ形の窒化硼素またはこの一部をダイヤモ
ンドで置換したものが結合材とともに超高圧高温
下の焼結により形成されたもので、前記基板３に
対しては、焼結時に固着される。この場合、基板
３は、焼結済の超硬合金が適用され、例えばWC
−Co系のものが使用される。そして、立方晶形および／またはウルツ形の窒
化硼素は、多結晶焼結体２の全量に対し、70〜95
％で、残りが結合材となるものである。また、窒
化硼素の一部は、ダイヤモンドで置換されること
がある。置換量は、種々の切削試験結果から、15
％以下が好適した。これは、置換量が15％をこえ
ると多結晶焼結体２が熱的に弱くなり、結果的に
は、鋼切削などで不具合となるからである。結合材は、５〜30％の範囲であるが、金属系−
セラミツクス系成分からなる。そして、金属系成
分は、セラミツクス系成分の関係から結合材の2/
３をこえて含まれており、Nbからなる第１群、
Ni、CoおよびFeからなる第２群、AlおよびSiか
らなる第３群からなり、それぞれの群から１種ま
たは２種以上が選択される。この場合、第１群の
成分は、金属系成分の全量に対し、50％以下（０
％を含まず）になつていることが必要である。こ
れは、第１群の成分は、結合材の靭性および高温
強度を高めるが、50％を超えると金属的特性のみ
が強くなりすぎ、逆に高温強度が低下するからで
ある。また、第１群の成分が存在しないときに
は、靭性および高温強度の点で低下の傾向を示す
からである。なお、第１群の成分は、CBNおよび／または
WBN界面において高融点のNbN、NbB₂などの
化合物を形成しやすく、このため結合強度が高く
なり、また被削材に対する濡れ性が悪くなる。そ
して、この濡れ性が悪くなることによつて、切屑
との圧着・分離を起こさず、このため耐すきとり
摩耗性を高め、切削寿命を向上させる。第２群および第３群の成分は、個々の成分とし
ては、例えば特開昭53−77811号公報などにみら
れるように金属系成分の結合材として開示されて
いる。そして、第２群の成分は、第３群の成分に
対して通常、合金あるいはNiAl、CoAl、Ni₃Al
などの金属間化合物を形成し、焼結体中の結合相
の高温強度を強める働きをなす。しかし、一方で
は硬もろい傾向を示すため、本発明では、第２群
および第３群につて生成される金属間化合物に第
１群の成分を固溶させるようにして、結合材の高
靭性を得るようにしたものである。そして、この
第１群の成分が、固溶すれば、CBNおよび／ま
たはWBN、セラミツクス系成分に対して一般的
に中間層と呼ばれる複炭化物などの生成が抑制さ
れ、高温強度の高い結合材として機能する。これ
は、セラミツクス系成分に対して、脱窒、脱酸、
脱硼素を防ぐことによつて、塑性変形性が大巾に
改善され、この結果、高温特性が向上したものと
考えられる。さらに、第３群の成分は、BNの六方晶への逆
変態防止の役割をはたすとともに、前述したよう
に第２群とともに合金、金属間化合物をつくり、
高温強度を強める。なお、第２群および第３群の成分は、金属系成
分の全量から50％以下（０％を含まず）の第１群
を除いた残りであり、いずれも０％を含まないも
のである。しかし、後述する実施例１〜４では、
第３群の成分は、結合材中の30％〜50％の範囲に
設定し、また第２群の成分は、第３群の15％〜60
％の範囲に設定した。そして、この範囲では、い
ずれも良好な結果を示した。これに対し、セラミツクス系成分は、金属系成
分の50％未満（０％を含まず）、換言すれば結合
材の1/3未満（０％を含まず）であり、周期律表
第ａ、ａ、ａ族金属の炭化物、窒化物、炭
窒化物および硼化物またはAl₂O₃の１種または２
種以上からなる。この場合、周期律表第ａ、
ａ、ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物の例
としては、TiC、VC、TaC、Cr₃C₂、Mo₂C、
WC等の炭化物、TiN、ZrN、TaN、Mo₂N等の
窒化物、Ti（CN）、Ta（CN）等の炭窒化物、
TiB₂、ZrB₂、HfB₂等の硼化物をあげることがで
きる。セラミツクス系成分は、高温強度を高め、
被削材との濡れ性を悪くして切削時の圧着物の付
着を防止する。また、セラミツクス系成分を金属系成分の50％
未満、換言すれば結合材の1/3未満にしたのは、
多すぎると強靭な結合材が合成できず、CBN、
WBNの結合材が充分とならないからである。そして、この複合切削体１は、例えば超硬合金
からなる支持片６の切欠段部７内でろう付けされ
ることにより、第４図でみられるようなスローア
ウエイチツプ８が構成される。なお、前記切欠段
部７は、段部壁の加工容易性から、平面が好まし
いため、複合切削体１の弧状をなす後側面は、第
２図にみられるように研削により平面とされる。
また、ろう付けは、基板３の段部９内で、底面お
よび後側面が焼結によつて固着されているため、
ろう切れ等の発生がない。実施例１実施例１は、窒化硼素（BN）として、立方晶
形の窒化硼素（CBN）を選び、これに結合材を
組合せた。配合組成、製造条件、性能試験等につ
いては、第１表に示すとおりである。切削試験は、第４図に示されるようなスローア
ウエイチツプ８を製作し、これによつて各種の条
件下で切削した。この結果本発明品は、比較品に
対し、いずれもすぐれた性能を示した。なお、CBNの含有量については、70％未満で
あるとCBNの特性を活かせず、この結果硬度、
耐熱性が低下し、高温における靭性の低下をきた
して、断続切削に不向きとなる。また95％をこえ
た場合には、CBNを結合する結合材の量が少な
くなつて高温強度を維持できず不都合であつた。
また、結合材の金属系成分は、セラミツクス系成
分に対し、結合強度を高める役割から、セラミツ
クス系成分が金属系成分に対して、50％未満（０
％を含まず）であることが必要であつた。さら
に、第１群の成分については、金属系成分の50％
以下（０％を含まず）であることも必要であつ
た。これは、合金化または金属間化合物を形成し
やすい第２群および第３群の成分に対して、添加
により高温強度を高める作用をもつているからで
ある。しかし、多すぎると金属的性質が強くな
り、逆に高温強度が低下するため50％以下が必要
となるのである。

【表】実施例２実施例２は、ウルツ形の窒化硼素（WBN）を
選択したもので、配合組成、製造条件、性能試験
等は第２表に示されるとおりである。なお、切削
試験は、実施例１と同様、スローアウエイチツプ
８を製作し、旋削したものである。この結果、WBNも同様に適用できることが確
認された。結合材については、セラミツクス系成
分が金属系成分の50％未満であること、金属系成
分の第１群が金属系成分の50％以下であること
も、実施例１と同様であつた。これらは、前述し
たように主として結合材の高温強度の維持などに
よるからである。

【表】

【表】実施例３実施例３は、CBNおよびWBNの両者を含むよ
うにしたもので、配合組成、製造条件、性能試験
等は、第３表に示されるとおりである。なお、切
削試験は、実施例１と同様、スローアウエイチツ
プ８により行なつたものである。この結果、本発明品が、比較品に対し、いずれ
もすぐれていることが確認された。なお、CBN、WBNの含有量および結合材の金
属系成分に対するセラミツクス系成分の比率、第
１群成分の金属系成分に対する比率についても実
施例１および実施例２と同じ傾向であつた。

【表】

【表】実施例４実施例４は、BNの一部をダイヤモンドで置換
したもので、配合組成等は、第４表で示されると
おりである。なお、切削試験は、実施例１と同様、スローア
ウエイチツプ８を製作し、これにより切削した。
この結果、本発明品は、比較品に対し、すぐれた
効果を示した。また、別の試験によつて、ダイヤモンドの置換
量を調査したが、BNに対し15％以下が好ましい
ことも確認した。これは、15％をこえると鋼切削
などで熱的影響を受け不具合となるためである。

【表】

【表】次に、本発明複合切削体における結合材につい
て、その範囲を特定した効果について、範囲外に
ある比較例を示して説明する。比較例１〜比較例３は、それぞれ第５表〜第７
表に示されるとおりであるが、実験No.１、No.８、
No.21を基礎にして、結合材の範囲外にあるものの
（Ａ〜Ｆ）を対比させたものである。すなわち、Ａは、第１群のNbが金属系成分の
50％をこえる例であり、また、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ
は、それぞれ第１群、第２群、第３群およびセラ
ミツクス系成分を含まない例であり、Ｆは、セラ
ミツクス系成分が金属系成分の50％をこえる例で
ある。

【表】第５表において、第１群のNbが金属系成分の
50％をこえた１−Ａの場合、第３群成分を含まな
い１−Ｄの場合には、いずれもチツピングを生じ
た。これは、高温における靭性が低下したため、
耐欠損性が悪くなつたことからである。また、第
１群、第２群およびセラミツクス系成分をそれぞ
れ含まない１−Ｂ、１−Ｃ、１−Ｅの場合は、い
ずれも高温強度が低下して、摩耗量が大きくなる
傾向を示した。さらに、セラミツクス系成分が金属系成分の50
％をこえる１−Ｆの場合は、多少チツピングの傾
向がみられたが、0.2mmの摩耗量に至る時間が短
かかつた。

【表】第６表において、第３群成分を含まない８−Ｄ
の場合は、高温における靭性が低下したためチツ
ピングを起した。また、その他の８−Ａ、８−
Ｃ、８−Ｅ、８−Ｆの場合は、いずれも耐摩耗性
の低下から0.2mmのフランク摩耗に至るまでの切
削時間が短かかつた。この場合、第１群成分が金
属系成分の50％をこえる８−Ａの場合にチツピン
グを生じなかつたのは、前述した１−Ａの場合と
異なり、結合材の合計量が少なく、Nb増加によ
る影響が大きくなかつたためと思われる。

【表】第７表において、第１群成分が金属成分の50％
をこえる21−Ａの場合、第３群成分を含まない21
−Ｄの場合、セラミツクス系成分が金属系成分の
50％をこえる21−Ｆの場合は、いずれもチツピン
グを発生した。前二者の場合は、比較例１および
比較例２と同じ理由であるが、21−Ｆの場合にチ
ツピングを生じたのは、フエライト磁石がアブレ
ツシブ摩耗を起しやすい被削材であるためであ
る。また、その他の21−Ｂ、21−Ｃ、21−Ｅの場合
は、耐摩耗性の低下から短寿命であつた。本発明は、以上説明したように、立方晶形の窒
化硼素等を70〜95％にし、残りの結合材を特定さ
れた三群からなる金属系成分および特定されたセ
ラミツクス系成分から構成したことから、特に、
高硬度材、焼入れ鋼材等の断続、高送りおよびフ
ライス切削に好適するという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明複合切削体の一実施例を示す
斜視図、第２図は、変形例を示す斜視図、第３図
は、第２図で示される複合体の出発素材を示す正
面図、第４図は、スローアウエイチツプに適用し
た斜視図である。１……複合切削体、２……多結晶焼結体、３…
…基板、４……出発素材、８……スローアウエイ
チツプ。

Claims

【特許請求の範囲】１超硬合金からなる基板上には、多結晶焼結体
が固着され、しかもこの多結晶焼結体は、立方晶
形および／またはウルツ形の窒化硼素が70〜95体
積％（以下％という）で、残りの５〜30％を金属
系成分−セラミツクス系成分からなる結合材とし
ている複合切削体において、前記結合材の金属系成分は、Nbからなる第１
群、Ni、CoおよびFeからなる第２群、Alおよび
Siからなる第３群によつて構成され、それぞれの
群から選択された１種または２種以上を含み、し
かも金属系成分は、結合材の2/3をこえていると
ともに、第１群の成分が、金属系成分の全量に対
し、50％以下（０％を含まず）で、残りを第２群
および第３群の成分（いずれも０％を含まず）が
占めるようになつており、前記セラミツクス系成分は、周期律表第ａ、
ａ、ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物お
よび硼化物またはAl₂O₃の１種または２種以上を
含み、前記金属系成分に対して、50％未満（０％
を含まず）で、結合材に対して、1/3未満（０を
含まず）になつていることを特徴とする複合切削
体。２超硬合金からなる基板上には、多結晶焼結体
が固着され、しかもこの多結晶焼結体は、立方晶
形および／またはウルツ形の窒化硼素およびダイ
ヤモンドが70〜95体積％（以下％という）で、残
りの５〜30％を金属系成分−セラミツクス系成分
からなる結合材としている複合切削体において、前記ダイヤモンドは、窒化硼素に対して15％以
下（０％を含まず）になつており、前記結合材の金属系成分は、Nbからなる第１
群、Ni、CoおよびFeからなる第２群、Alおよび
Siからなる第３群によつて構成され、それぞれの
群から選択された１種または２種以上を含み、し
かも金属系成分は、結合材の2/3をこえていると
ともに、第１群の成分が、金属系成分の全量に対
し、50％以下（０％を含まず）で、残りを第２群
および第３群の成分（いずれも０％を含まず）が
占めるようになつており、前記セラミツクス系成分は、周期律表第ａ、
ａ、ａ族金属の炭化物、窒化物、炭窒化物お
よび硼化物またはAl₂O₃の１種または２種以上を
含み、前記金属系成分に対して、50％未満（０％
を含まず）で、結合材に対して、1/3未満（０を
含まず）になつていることを特徴とする複合切削
体。