JPS6347763B2

JPS6347763B2 -

Info

Publication number: JPS6347763B2
Application number: JP14812179A
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: 1988-09-26
Also published as: JPS5672103A

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％）の結合材が金属系成分
−セラミツクス系成分からなるものである。すな
わち金属系成分は、結合材の2/3以上でNbおよび
Alが選択され、また残りのセラミツクス系成分
は、結合材の1/3以下で周期律表第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
ものであり、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図においては、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からなつている。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が結合材とともに、超高圧
高温下の焼結により転換されたもので、前記基板
３の段部４内で、その底面および後側面が焼結時
に固着されるものである。この場合、基板３は、
既に焼結されたものが適用されるもので例えば
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
体積％（以下％という）で、残りが結合材となる
ものである。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、NbおよびAlからなり、しかもこれらのNb
およびAl（いずれも０％を除く）の合計量が結合
材の2/3以上になつているものである。これは、
金属系成分の50％以下がセラミツクス系成分で置
き換えられるためである。なお、これらのNbお
よびAlは、配合時では、単味、合金、金属間化
合物から選択される。この場合、Nb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いため結合強度
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、濡れ性が悪くなることは、その作用
として、切屑との圧着・分離を起こさず、これに
伴つて耐すきとり摩耗性を高めるため、切削寿命
を向上させる。また、Alは、例えば特開昭53−77811号公報な
どにみられるように有効な金属系成分の結合材と
して開示されているが、CBN、WBNなどの界面
における結合強度を高める機能を有する。したが
つて、Alは、金属系成分の40％以上で残りの60
％以下をNbが含まれるように配慮した。そして、
これらのAlおよびNb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。また、セラミツクス系成分としては、金属系成
分の50％以下、換言すれば結合材の1/3以下であ
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結合材の1/3以下
換言すれば金属系成分の50％以下にしたのは、多
すぎると強靭な結合材が合成できず、結果的に
CBN、WBNの結合力が充分とならないからであ
る。なお、立方晶形とウルツ形の窒化硼素とが混在
する場合には、原料として配合されたウルツ形の
窒化硼素の約半分以上が超高圧高温下の焼結によ
つて立方晶窒化硼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。また、本発明では、前記窒化硼素の一部がダイ
ヤモンドで置換されてもよいものである。置換量
は、種々の切削試験結果から、窒化硼素の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
切削で不具合となるからである。なお、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。この場合、本発明で超高圧発生装置に
より得られるものは、第２図に示されるような出
発素材５である。この出発素材５は、適宜形状の中央凹部６内に
多結晶焼結体２を位置させた板状体からなつてお
り、これを適宜数の扇形片に切断することにより
前記複合切削体１が得られる。そして、この複合切削体１が例えば、超硬合金
からなる支持片７の切欠段部８内でろう付けされ
ることにより第３図でみられるようなスローアウ
エイチツプ９として構成される。なお、前記切欠
段部８はその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１図にみられるように研削により平面とされ
る。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表に示されるとおりである。切削試験は、第３図に示されるようなスローア
ウエイチツプ９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、結合材のセラミツクス系成分は、金属系成
分が結合強度を高める役割から、金属系成分の50
％以下であることが必要であつた。

【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
９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。セラミツクス系成分が金属系成分の50
％以下であることについては、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】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９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系成分の比率、につ
いても実施例１および実施例２と同じ傾頃であつ
た。

【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９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。さらに、結合材の金属系成分については、実施
例１〜４では、目安としてNbが結合材中の10〜
約40％になるように配合し、またAlが結合材中
の30〜70％になるように配合した。そして、この
範囲では、いずれも良好な成績を収めた。

【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.３、No.９、
No.29を基礎にして、結合材の範囲外にあるもの
（Ａ〜Ｅ）を対比（ただし29−Ｅを除く）させた
ものである。なお、比較例３（第７表）におけるNo.29−Ｅは、
ダイヤモンドが窒化硼素に対して15％をこえた比
較例である。

【表】第５表（比較例１）において、Alを含まない
３−Ｂの場合、セラミツクス系成分が金属系成分
の50％をこえる３−Ｄの場合には、欠損、チツピ
ングを起した。前者は、CBNに対する界面の結
合強度が低くなつたことにより高温強度、靭性が
低下したものであり、また、後者は、高温強度が
低下したためである。また、Nbを含まない３−Ａの場合、セラミツ
クス系成分を含まない３−Ｃの場合には、耐摩耗
性の低下から0.2mm摩耗までの切削時間が本発明
品に比べて短かゝつた。さらに、Alが金属系成分の40％未満でNbが60
％をこえる３−Ｅの場合には、CBNに対する結
合強度が弱くなつたため、３−Ｂ、３−Ｄの場合
と同様チツピングを起し不具合であつた。

【表】第６表（比較例２）において、Alを含まない
９−Ｂの場合、セラミツクス系成分が金属系成分
の50％をこえる９−Ｄの場合には、前述した第５
表（比較例１）と同様、欠損、チツピングを起し
た。そして、９−Ｂの場合は、WBNの界面にお
ける結合強度が低くなつたことが原因で、９−Ｄ
の場合は、靭性が低下に伴う高温強度が低下が原
因である。また、Nbを含まない９−Ａ、セラミツクス系
成分を含まない９−Ｃの場合も、前述した比較例
１と同様、0.2mm摩耗までの切削時間が本発明品
に比べて低かつた。これは、耐摩耗性の低下に基
づくものである。さらに、Alが金属系成分の40％未満でNbが60
％をこえる９−Ｅの場合には、WBNに対する結
合強度が弱くなつたため、10分でチツピングを起
し不具合であつた。

【表】第７表（比較例３）においても、前述した第５
表（比較例１）および第６表（比較例２）と同様
な傾向を示した。すなわち、Alを含まない29−
Ｂの場合、セラミツクス系成分が金属系成分の50
％をこえる29−Ｄの場合は、いずれも欠損、チツ
ピングを起した。また、Nbを含まない29−Ａの
場合、セラミツクス系成分を含まない29−Ｃの場
合には、所定摩耗量に至る切削時間が短かゝつ
た。これら不具合の理由は、前述した理由と同じ
である。さらに、ダイヤモンドが窒化硼素に対して15％
をこえる29−Ｅの場合には、熱的影響を受け、本
発明品を対して短寿命であつた。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
れた金属系成分−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、第１図で示される複合切削体
の出発素材を示す正面図、第３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……段部、９……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、前記金属系成分は、結合材の2/3以上で、Nbお
よびAlからなり、しかも、これらの間では、Al
が金属系成分の40％以上で残りの60％以下をNb
が占めるようになつており、前記セラミツクス系成分は、結合材の1/3以下
で、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、前記金属系成分は、結合材の2/3以上で、Nbお
よびAlからなり、しかも、これらの間では、Al
が金属系成分の40％以上で残りの60％以下をNb
が占めるようになつており、前記セラミツクス系成分は、結合材の1/3以下
で、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種以上からなつていることを特徴
とする複合切削体。