JPH0621313B2 - 高硬度工具用焼結体およびその製造方法 - Google Patents
高硬度工具用焼結体およびその製造方法Info
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- JPH0621313B2 JPH0621313B2 JP61291361A JP29136186A JPH0621313B2 JP H0621313 B2 JPH0621313 B2 JP H0621313B2 JP 61291361 A JP61291361 A JP 61291361A JP 29136186 A JP29136186 A JP 29136186A JP H0621313 B2 JPH0621313 B2 JP H0621313B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、立方晶窒化硼素（以下、ｃＢＮと略す）を
用いた高硬度工具用焼結体およびその製造方法の改良に
関する。
用いた高硬度工具用焼結体およびその製造方法の改良に
関する。
［従来の技術］ ｃＢＮは、ダイヤモンドに次ぐ高硬度物質であり、その
焼結体は種々の切削工具に使用されている。切削工具に
適したこの種のｃＢＮ焼結体の一例が、特開昭５３−７
７８１１号に開示されている。
焼結体は種々の切削工具に使用されている。切削工具に
適したこの種のｃＢＮ焼結体の一例が、特開昭５３−７
７８１１号に開示されている。
上記先行技術には、ｃＢＮを体積％で８０〜４０％含有
し、残部が周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族遷移金属の炭
化物、窒化物、硼化物、硅化物もしくはこれらの混合物
または相互固溶体化合物を主体としたもの、さらにこれ
らにＡｌおよび／またはＳｉを添加したものが開示され
ている。この先行技術のｃＢＮ焼結体では、上記したよ
うな化合物が焼結体組織中において連続した結合相をな
している。
し、残部が周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族遷移金属の炭
化物、窒化物、硼化物、硅化物もしくはこれらの混合物
または相互固溶体化合物を主体としたもの、さらにこれ
らにＡｌおよび／またはＳｉを添加したものが開示され
ている。この先行技術のｃＢＮ焼結体では、上記したよ
うな化合物が焼結体組織中において連続した結合相をな
している。
上記高硬度工具用焼結体では、結合化合物として、周期
律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族遷移金属の炭化物、窒化物、
硼化物、硅化物またはこれらの相互固溶体化合物が用い
られているが、これらの化合物は熱伝導性に優れ高硬度
であるため、この焼結体は切削工具として一般的に高い
性能を示す。
律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族遷移金属の炭化物、窒化物、
硼化物、硅化物またはこれらの相互固溶体化合物が用い
られているが、これらの化合物は熱伝導性に優れ高硬度
であるため、この焼結体は切削工具として一般的に高い
性能を示す。
［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上記した特開昭５３−７７８１１号に開
示されている結晶体においても、たとえば高硬度焼入れ
鋼の断続切削のような特に厳しい衝撃力が加わる用途で
は、切削中に刃先が欠損し、したがってその寿命が比較
的短いという問題があった。この刃先の欠損は、刃先の
強度不足により生じたり、あるいは摩耗、特にクレータ
摩耗が刃先に発生し、刃先が鋭利になるため生じるもの
と推測される。
示されている結晶体においても、たとえば高硬度焼入れ
鋼の断続切削のような特に厳しい衝撃力が加わる用途で
は、切削中に刃先が欠損し、したがってその寿命が比較
的短いという問題があった。この刃先の欠損は、刃先の
強度不足により生じたり、あるいは摩耗、特にクレータ
摩耗が刃先に発生し、刃先が鋭利になるため生じるもの
と推測される。
よって、この発明の目的は、上記した従来のｃＢＮ焼結
体よりもさらに強度および耐摩耗性に優れた高硬度工具
用焼結体を提供することにある。
体よりもさらに強度および耐摩耗性に優れた高硬度工具
用焼結体を提供することにある。
［問題点を解決するための手段］ 本願発明者達は、上述の目的を達成するために鋭意検討
した結果、６５〜７５容量％のｃＢＮと、残部下記の結
合材とを混合してなる混合粉末を用いてｃＢＮの安定な
条件下で超高圧焼結すれば、従来のｃＢＮ焼結体よりも
硬度が高く、かつ耐磨耗性に優れる高硬度工具用焼結体
の得られることを見い出した。
した結果、６５〜７５容量％のｃＢＮと、残部下記の結
合材とを混合してなる混合粉末を用いてｃＢＮの安定な
条件下で超高圧焼結すれば、従来のｃＢＮ焼結体よりも
硬度が高く、かつ耐磨耗性に優れる高硬度工具用焼結体
の得られることを見い出した。
すなわち、２５〜５０重量％のＡｌを含み、（Ｔｉ
Ｃｚ，ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表わされる混合物およ
び（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表わされる化合物
（但し、ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族
の遷移金属元素であり、０．３＜ｙ＜１．０，０．５≦
ｚ≦０．８５）１種以上を、結合材中のＴｉ含有量のIV
ａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金属元素含有量に対する割合が
原子比で２／３〜９７／１００となるように含み、タン
グステンをＴｉを含む上記混合物もしくは化合物および
ＷＣの少なくとも１の形態で含み、かつ全タングステン
濃度が４〜４０重量％である結合材を、上記割合でｃＢ
Ｎ粉末と混合して得られた混合粉末を超高圧焼結するこ
とにより得られた焼結体である。
Ｃｚ，ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表わされる混合物およ
び（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表わされる化合物
（但し、ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族
の遷移金属元素であり、０．３＜ｙ＜１．０，０．５≦
ｚ≦０．８５）１種以上を、結合材中のＴｉ含有量のIV
ａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金属元素含有量に対する割合が
原子比で２／３〜９７／１００となるように含み、タン
グステンをＴｉを含む上記混合物もしくは化合物および
ＷＣの少なくとも１の形態で含み、かつ全タングステン
濃度が４〜４０重量％である結合材を、上記割合でｃＢ
Ｎ粉末と混合して得られた混合粉末を超高圧焼結するこ
とにより得られた焼結体である。
また、この発明の高硬度工具用焼結体の製造方法は、６
５〜７５容量％のｃＢＮと、上記した結合材とを混合し
て混合粉末を得るステップと、 超高圧装置を用いて２０Ｋｂ〜６０Ｋｂ、１０００℃〜
１５００℃で焼結するステップを備える。焼結に際して
は、上記混合粉末を所定の容器に充填した状態で焼結し
てもよく、あるいは焼結に先立って所定の形状に成形し
ておいてもよい。
５〜７５容量％のｃＢＮと、上記した結合材とを混合し
て混合粉末を得るステップと、 超高圧装置を用いて２０Ｋｂ〜６０Ｋｂ、１０００℃〜
１５００℃で焼結するステップを備える。焼結に際して
は、上記混合粉末を所定の容器に充填した状態で焼結し
てもよく、あるいは焼結に先立って所定の形状に成形し
ておいてもよい。
この発明により得られたｃＢＮ焼結体は、ｃＢＮの他、
Ｔｉの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物またはこれらの
相互固溶体、硼化チタン、硼化アルミニウム、窒化アル
ミニウム、タングステン化合物およびタングステン等を
含んでおり、ｃＢＮ粒子は主として結合相により保持さ
れている。
Ｔｉの炭化物、窒化物もしくは炭窒化物またはこれらの
相互固溶体、硼化チタン、硼化アルミニウム、窒化アル
ミニウム、タングステン化合物およびタングステン等を
含んでおり、ｃＢＮ粒子は主として結合相により保持さ
れている。
［作用］ この発明の焼結体が強度および耐摩耗性に優れているの
は、以下の理由によるものと推測し得る。
は、以下の理由によるものと推測し得る。
焼結体の強度を向上するには、ｃＢＮの含有量が高く、
かつｃＢＮと結合材または結合材自体が強固に接合して
いる必要がある。この発明では、結合材中に２５〜５０
重量％のＡｌを含有させることにより、ＡｌがｃＢＮと
高温・高圧下での焼結時に反応し、硼化アルミニウムや
窒化アルミニウム等に変化すると同時に、これらのアル
ミニウム化合物がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物およ
び硼化物と反応し、それによってｃＢＮと結合材、ある
いは結合材同士を強固に結合するものと考えられる。
かつｃＢＮと結合材または結合材自体が強固に接合して
いる必要がある。この発明では、結合材中に２５〜５０
重量％のＡｌを含有させることにより、ＡｌがｃＢＮと
高温・高圧下での焼結時に反応し、硼化アルミニウムや
窒化アルミニウム等に変化すると同時に、これらのアル
ミニウム化合物がＴｉの炭化物、窒化物、炭窒化物およ
び硼化物と反応し、それによってｃＢＮと結合材、ある
いは結合材同士を強固に結合するものと考えられる。
ｃＢＮ含有量が焼結体中の６５容量％未満では、焼結体
の強度および硬度が低下し好ましくない。他方、ｃＢＮ
含有量が焼結体中の７５容量％を越えると、ｃＢＮ同士
が接触し、刃先に高応力が付加された場合など、ｃＢＮ
結晶内またはｃＢＮ同士の接合部にクラックが発生し、
焼結体の強度が低下する。
の強度および硬度が低下し好ましくない。他方、ｃＢＮ
含有量が焼結体中の７５容量％を越えると、ｃＢＮ同士
が接触し、刃先に高応力が付加された場合など、ｃＢＮ
結晶内またはｃＢＮ同士の接合部にクラックが発生し、
焼結体の強度が低下する。
また、Ａｌの結合材中における含有量は、ＣとＮとの比
率を表わすｙの値が０．３＜ｙ≦１．０の場合には、２
５重量％〜５０重量％が好ましい。一般に炭化物と窒化
物とでは、Ａｌに対する反応性が異なっており、炭化物
のほうが反応性の点で若干劣る。そのため、炭化物の量
が多くなれば、最適なＡｌの含有量も多くなる。Ａｌの
含有量が２５重量％未満の場合には、ＡｌとｃＢＮとの
反応が不十分であり、結合材によるｃＢＮ結晶の保持力
が弱くなる。他方、Ａｌ含有量が結合材中の５０重量％
を越えると、ｃＢＮと結合材との結合強度が高くなるも
のの、結合材自体の硬度が低下するため好ましくない。
率を表わすｙの値が０．３＜ｙ≦１．０の場合には、２
５重量％〜５０重量％が好ましい。一般に炭化物と窒化
物とでは、Ａｌに対する反応性が異なっており、炭化物
のほうが反応性の点で若干劣る。そのため、炭化物の量
が多くなれば、最適なＡｌの含有量も多くなる。Ａｌの
含有量が２５重量％未満の場合には、ＡｌとｃＢＮとの
反応が不十分であり、結合材によるｃＢＮ結晶の保持力
が弱くなる。他方、Ａｌ含有量が結合材中の５０重量％
を越えると、ｃＢＮと結合材との結合強度が高くなるも
のの、結合材自体の硬度が低下するため好ましくない。
次の耐磨耗性が高い理由としては結合材自体の耐磨耗性
が優れていることにあると推測できる。一般にｃＢＮ焼
結体の磨耗は、ｃＢＮの耐磨耗性が優れているため結合
材が優先的に磨耗し、ｃＢＮが脱落するという形態をと
ると考えられる。
が優れていることにあると推測できる。一般にｃＢＮ焼
結体の磨耗は、ｃＢＮの耐磨耗性が優れているため結合
材が優先的に磨耗し、ｃＢＮが脱落するという形態をと
ると考えられる。
この発明の焼結体では、耐磨耗性に優れる（ＴｉＣｚ，
ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y および（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ
1-y ）ｚを結合材として用いること、ならびに結合材中
にタングステンの化合物および純タングステンの少なく
とも一方を含有していることにより、耐磨耗性が一段と
改善されることがわかった。
ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y および（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ
1-y ）ｚを結合材として用いること、ならびに結合材中
にタングステンの化合物および純タングステンの少なく
とも一方を含有していることにより、耐磨耗性が一段と
改善されることがわかった。
この発明の焼結体では、ＣとＮとの比率を表わすｙの値
を０．３＜ｙ≦１．０としている。言い換えれば、窒化
物に比べて炭化物の量を多くしている。炭化物は、窒化
物に比べて、耐欠損性に劣っているが耐摩耗性に優れて
いる。本発明では特に耐摩耗性を重視する観点から、ｙ
の値を０．３＜ｙ≦１．０の範囲内としている。
を０．３＜ｙ≦１．０としている。言い換えれば、窒化
物に比べて炭化物の量を多くしている。炭化物は、窒化
物に比べて、耐欠損性に劣っているが耐摩耗性に優れて
いる。本発明では特に耐摩耗性を重視する観点から、ｙ
の値を０．３＜ｙ≦１．０の範囲内としている。
この発明の焼結体の結合材において、Ｔｉと、周期律表
IVａ，Ｖａ，VIａ族金属の合計の原子比は２／３〜９７
／１００が好ましい。この原子比が２／３未満では、ｃ
ＢＮや結合材との反応性の高いＴｉ含有量が少なくな
り、これらとの接合強度が弱くなり焼結体の強度が低下
する。他方、原子比が９７／１００を超えると（Ｔｉ
Ｃ，ＭＣ）−（ＭＮ）および（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃ，Ｎ）の
強度が低下して好ましくない。また、ｙの値が０．３未
満であると、この発明のＡｌ含有率の範囲では、結合材
の耐磨耗性が低下する。特に、この発明の焼結体におい
て結合相が連続しており、かつ粗粒のｃＢＮの周囲また
は間隙に微粒のｃＢＮが充填されている組織を有する焼
結体は、ｃＢＮ含有量を多くすることができ、したがっ
て強度および耐磨耗性をより一層向上させることが可能
である。
IVａ，Ｖａ，VIａ族金属の合計の原子比は２／３〜９７
／１００が好ましい。この原子比が２／３未満では、ｃ
ＢＮや結合材との反応性の高いＴｉ含有量が少なくな
り、これらとの接合強度が弱くなり焼結体の強度が低下
する。他方、原子比が９７／１００を超えると（Ｔｉ
Ｃ，ＭＣ）−（ＭＮ）および（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃ，Ｎ）の
強度が低下して好ましくない。また、ｙの値が０．３未
満であると、この発明のＡｌ含有率の範囲では、結合材
の耐磨耗性が低下する。特に、この発明の焼結体におい
て結合相が連続しており、かつ粗粒のｃＢＮの周囲また
は間隙に微粒のｃＢＮが充填されている組織を有する焼
結体は、ｃＢＮ含有量を多くすることができ、したがっ
て強度および耐磨耗性をより一層向上させることが可能
である。
この発明の焼結体の製造にあたっては、（ＴｉＣｚ，Ｍ
Ｃ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表わされる混合物および（Ｔ
ｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表される化合物（但し、
ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金
属であり、０．３＜ｙ＜１．０，０．５≦ｚ≦０．８
５）１種以上の粉末と、ＡｌまたはこれにＡｌとＴｉの
金属間化合物を加えたものと、ＷＣ粉末およびＣＢＮ粉
末を混合し、超高圧・高温下で焼結する。このとき上記
Ｔｉを含む混合物または化合物中に存在する遊離Ｔｉや
Ａｌまたは金属間化合物として添加したＴｉもしくはＡ
ｌは、ｃＢＮと反応し、ＴｉやＡｌの硼化物もしくは窒
化物となり、ｃＢＮと結合材との接合強度を改善させる
と考えられる。
Ｃ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表わされる混合物および（Ｔ
ｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表される化合物（但し、
ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金
属であり、０．３＜ｙ＜１．０，０．５≦ｚ≦０．８
５）１種以上の粉末と、ＡｌまたはこれにＡｌとＴｉの
金属間化合物を加えたものと、ＷＣ粉末およびＣＢＮ粉
末を混合し、超高圧・高温下で焼結する。このとき上記
Ｔｉを含む混合物または化合物中に存在する遊離Ｔｉや
Ａｌまたは金属間化合物として添加したＴｉもしくはＡ
ｌは、ｃＢＮと反応し、ＴｉやＡｌの硼化物もしくは窒
化物となり、ｃＢＮと結合材との接合強度を改善させる
と考えられる。
上記ｚの値が０．５未満であると結合材の硬度や耐磨耗
性が低下して好ましくない。また、ｚの値が０．８５を
超えるとｃＢＮと結合材との接合強度が低下するため、
ｚは上記のように０．５〜０．８５の範囲にあることが
好ましい。
性が低下して好ましくない。また、ｚの値が０．８５を
超えるとｃＢＮと結合材との接合強度が低下するため、
ｚは上記のように０．５〜０．８５の範囲にあることが
好ましい。
この発明の焼結体では、結合材中にＡｌの化合物として
ＡｌＢ２、ＡｌＮ、Ｗの化合物として硼化タングステン
あるいは炭化タングステンが生成するような条件下で焼
結すれば、強度が高く、かつ耐磨耗性に優れた焼結体を
得ることができる。
ＡｌＢ２、ＡｌＮ、Ｗの化合物として硼化タングステン
あるいは炭化タングステンが生成するような条件下で焼
結すれば、強度が高く、かつ耐磨耗性に優れた焼結体を
得ることができる。
また、上記Ｍとしてタングステンを使用すれば、結合材
の強度、耐磨耗性の双方が改善されて好ましい。
の強度、耐磨耗性の双方が改善されて好ましい。
［発明の効果］ この発明では、ｃＢＮにＴｉに加えてＡｌをかなりの割
合で含む結合材を混合し、超高圧下で焼結することよ
り、ｃＢＮを６５〜７５容量％含有し、チタンの炭化
物、窒化物、炭窒化物もしくはこれらの固溶体、硼化チ
タン、硼化アルミニウム、窒化アルミニウム、タングス
テン化合物ならびに／またはタングステンを含む高硬度
工具用焼結体を得ることができる。すなわち、結合材中
にＡｌが２５〜５０重量％含有されており、このＡｌは
硼化アルミニウムおよび窒化アルミニウムを形成してお
り、また該結合材中にタングステンが４〜４０重量％含
有されており、このタングステンは、純タングステン、
タングステン化合物および／またはＴｉを含有する炭化
物、窒化物、または炭窒化物の形態で存在する。よっ
て、たとえば刃先に高い応力が付加される高硬度焼入れ
鋼の断続切削に有効である。また、この発明の焼結体は
耐摩耗性にも優れているため、鋳鉄や耐熱性合金の切削
にも好適に使用し得る。
合で含む結合材を混合し、超高圧下で焼結することよ
り、ｃＢＮを６５〜７５容量％含有し、チタンの炭化
物、窒化物、炭窒化物もしくはこれらの固溶体、硼化チ
タン、硼化アルミニウム、窒化アルミニウム、タングス
テン化合物ならびに／またはタングステンを含む高硬度
工具用焼結体を得ることができる。すなわち、結合材中
にＡｌが２５〜５０重量％含有されており、このＡｌは
硼化アルミニウムおよび窒化アルミニウムを形成してお
り、また該結合材中にタングステンが４〜４０重量％含
有されており、このタングステンは、純タングステン、
タングステン化合物および／またはＴｉを含有する炭化
物、窒化物、または炭窒化物の形態で存在する。よっ
て、たとえば刃先に高い応力が付加される高硬度焼入れ
鋼の断続切削に有効である。また、この発明の焼結体は
耐摩耗性にも優れているため、鋳鉄や耐熱性合金の切削
にも好適に使用し得る。
特にこの発明では、耐摩耗性に優れた炭化物を多く含有
するので、耐摩耗性が重要視される工具に特に有利に適
用され得る。
するので、耐摩耗性が重要視される工具に特に有利に適
用され得る。
実施例１ 第１表に示すＴｉを含有する炭化物、窒化物または炭窒
化物粉末と、アルミニウム粉末および炭化タングステン
粉末との混合粉末を作製した。次に、粒径が４〜８μｍ
のもの、２〜４μｍのものおよび２μｍ以下のものを体
積比で３対５対２の割合で含むｃＢＮ粉末と、上記した
結合材粉末を第１表に示す割合で混合した。次に、得ら
れた混合粉末を、Ｍｏ製の容器に挿入し、この容器を真
空炉内で１０−４ｔｏｒｒの真空度で１０００℃の温度
で２０分間加熱して脱気した。次に、５５Ｋｂの圧力な
らびに１４００℃の温度で焼結を行なった。
化物粉末と、アルミニウム粉末および炭化タングステン
粉末との混合粉末を作製した。次に、粒径が４〜８μｍ
のもの、２〜４μｍのものおよび２μｍ以下のものを体
積比で３対５対２の割合で含むｃＢＮ粉末と、上記した
結合材粉末を第１表に示す割合で混合した。次に、得ら
れた混合粉末を、Ｍｏ製の容器に挿入し、この容器を真
空炉内で１０−４ｔｏｒｒの真空度で１０００℃の温度
で２０分間加熱して脱気した。次に、５５Ｋｂの圧力な
らびに１４００℃の温度で焼結を行なった。
得られた焼結体の組織を走査型電子顕微鏡で観察したと
ころ、４〜８μｍのｃＢＮ粒子の周囲に、あるいはｃＢ
Ｎ粒子間の間隙に、４μｍ未満の径のｃＢＮ粒子が結合
材を介して存在していることが認められた。
ころ、４〜８μｍのｃＢＮ粒子の周囲に、あるいはｃＢ
Ｎ粒子間の間隙に、４μｍ未満の径のｃＢＮ粒子が結合
材を介して存在していることが認められた。
また、Ｘ線回折により得られた焼結体を同定したとこ
ろ、ｃＢＮとＴｉを含有する炭化物もしくは炭窒化物の
ピーク以外に、ＡｌＢ２、ＴｉＢ２、ＴｉＮ、Ｗおよび
ＷＢと思われるピークが観察された。さらに、焼結体中
のＴｉのＴｉを除くIVａ，Ｖａ，VIａ族金属に対する割
合を化学分析で調査したところ、原子比で、試料ｂａ−
１、ｂａ−２、ｂａ−３、ｂａ−４、ｂａ−６およびｂ
ａ−７では７２対２８であり、試料ｂａ−５では９３対
７であった。
ろ、ｃＢＮとＴｉを含有する炭化物もしくは炭窒化物の
ピーク以外に、ＡｌＢ２、ＴｉＢ２、ＴｉＮ、Ｗおよび
ＷＢと思われるピークが観察された。さらに、焼結体中
のＴｉのＴｉを除くIVａ，Ｖａ，VIａ族金属に対する割
合を化学分析で調査したところ、原子比で、試料ｂａ−
１、ｂａ−２、ｂａ−３、ｂａ−４、ｂａ−６およびｂ
ａ−７では７２対２８であり、試料ｂａ−５では９３対
７であった。
次に、得られた焼結体を用いて切削加工用のチップを作
製し、ＳＫＤ１１種の鋼（ＨＲＣ５９）からなる被削材
を施削した。被削材の形状は、外周部に４カ所の幅１０
ｍｍの断面Ｕ字状の溝を有する円筒体である。切削条件
は、切削速度：１００ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送
り：０．１ｍｍ／回転であり、乾式で行なった。この切
削試験結果を第１図に示す。
製し、ＳＫＤ１１種の鋼（ＨＲＣ５９）からなる被削材
を施削した。被削材の形状は、外周部に４カ所の幅１０
ｍｍの断面Ｕ字状の溝を有する円筒体である。切削条件
は、切削速度：１００ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送
り：０．１ｍｍ／回転であり、乾式で行なった。この切
削試験結果を第１図に示す。
実施例２ 第２表−１に示す異なる粒径のｃＢＮ粉末を該第２表−
１に示す割合で混合してなるｃＢＮ粉末と、第２表−２
に示す結合材粉末とを、ｃＢＮ粉末含有量が第２表−１
に示す割合となるように混合し、しかる後実施例１と同
様にして焼結体を得た。
１に示す割合で混合してなるｃＢＮ粉末と、第２表−２
に示す結合材粉末とを、ｃＢＮ粉末含有量が第２表−１
に示す割合となるように混合し、しかる後実施例１と同
様にして焼結体を得た。
得られた焼結体をＸ線回折により同定したところ、試料
ｂａ−８、ｂａ−９、ｂａ−１０、ｂａ−１１およびｂ
ａ−１２ではｃＢＮおよび（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）のピ
ーク以外に、ＡｌＢ２，ＡｌＮ、ＴｉＢ２およびＷＢ２
と思われるピークが認められた。試料ｂａ−１３の焼結
体では、ｃＢＮ、（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＢ２，
ＡｌＮおよびＴｉＢ２のピークが観察された。
ｂａ−８、ｂａ−９、ｂａ−１０、ｂａ−１１およびｂ
ａ−１２ではｃＢＮおよび（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）のピ
ーク以外に、ＡｌＢ２，ＡｌＮ、ＴｉＢ２およびＷＢ２
と思われるピークが認められた。試料ｂａ−１３の焼結
体では、ｃＢＮ、（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＢ２，
ＡｌＮおよびＴｉＢ２のピークが観察された。
また、Ｔｉと、Ｔｉを除くIVａ，Ｖａ，VIａ族金属の合
計との原子比は試料ｂａ−８〜１１の焼結体では９１対
９であった。これに対して、試料ｂａ−１２の焼結体で
は該原子比は５５対４５であり、試料ｂａ−１３の焼結
体では９７．４対２．６であった。
計との原子比は試料ｂａ−８〜１１の焼結体では９１対
９であった。これに対して、試料ｂａ−１２の焼結体で
は該原子比は５５対４５であり、試料ｂａ−１３の焼結
体では９７．４対２．６であった。
次に、上記した各焼結体の組織を調べたところ、試料ｂ
ａ−８、９、１２では部分的にｃＢＮ粒子が接合してい
るところがあった。他方、試料ｂａ−１０、ｂａ−１１
およびｂａ−１２の焼結体は、粗粒ｃＢＮ粒子間の間隙
あるいは該粒子の周囲に、微粒のｃＢＮが充填された形
態となっており、これらのｃＢＮ粒子は結合材を介して
接合していることが認められた。
ａ−８、９、１２では部分的にｃＢＮ粒子が接合してい
るところがあった。他方、試料ｂａ−１０、ｂａ−１１
およびｂａ−１２の焼結体は、粗粒ｃＢＮ粒子間の間隙
あるいは該粒子の周囲に、微粒のｃＢＮが充填された形
態となっており、これらのｃＢＮ粒子は結合材を介して
接合していることが認められた。
次に、上記各焼結体を加工して切削用チップを作製し、
被削材を切削した被削材は、外周にキー溝を有するＳＮ
ＣＭ９種（ＨＲＣ５８〜６０）の鋼からなるものであ
り、切削条件は切削速度：１２０ｍ／分、切込み：０．
１ｍｍ、送り：０．１ｍｍ／回転、乾式である。切削結
果を、第３表に示す。
被削材を切削した被削材は、外周にキー溝を有するＳＮ
ＣＭ９種（ＨＲＣ５８〜６０）の鋼からなるものであ
り、切削条件は切削速度：１２０ｍ／分、切込み：０．
１ｍｍ、送り：０．１ｍｍ／回転、乾式である。切削結
果を、第３表に示す。
実施例３ 実施例１および２で得られた焼結体につき、耐磨耗性を
調べるため、ＳＫＤ１１種の鋼からなる被削材を用いて
連続切削試験を行なった。
調べるため、ＳＫＤ１１種の鋼からなる被削材を用いて
連続切削試験を行なった。
被削材の硬度はＨＲＣ６０である。切削条件は、切削速
度：１００ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送り：０．１
ｍｍ／回転および乾式、切削時間１０分とした。すくい
面クレータ深さを測定した結果を、第２図に示す。
度：１００ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送り：０．１
ｍｍ／回転および乾式、切削時間１０分とした。すくい
面クレータ深さを測定した結果を、第２図に示す。
実施例４ Ｔｉを含む炭化物または炭窒化物の粉末と、アルミニウ
ム粉末および炭化タングステン粉末とを混合し、この粉
末を予め１２００℃の高温で熱処理し、これを超硬合金
製ボールミルにて予備粉砕することにより、第４表に示
す組成の平均粒径１μｍ以下の結合材粉末を得た。な
お、第４表中＊＊は、ＴｉとＴｉを除くIVａ，Ｖａ，VI
ａ族金属との原子比を示す。得られた結合材粉末に、粒
度４〜１０μｍ、２〜４μｍおよび２μｍ未満のｃＢＮ
粒子が５対４対１で混合されたｃＢＮ粉末を体積％で７
０容量％、結合材を３０容量％の割合で混合し、実施例
１と同様にしてＭｏ製の容器に入れ、圧力４０Ｋｂ、温
度１２００℃の条件で焼結を行なった。
ム粉末および炭化タングステン粉末とを混合し、この粉
末を予め１２００℃の高温で熱処理し、これを超硬合金
製ボールミルにて予備粉砕することにより、第４表に示
す組成の平均粒径１μｍ以下の結合材粉末を得た。な
お、第４表中＊＊は、ＴｉとＴｉを除くIVａ，Ｖａ，VI
ａ族金属との原子比を示す。得られた結合材粉末に、粒
度４〜１０μｍ、２〜４μｍおよび２μｍ未満のｃＢＮ
粒子が５対４対１で混合されたｃＢＮ粉末を体積％で７
０容量％、結合材を３０容量％の割合で混合し、実施例
１と同様にしてＭｏ製の容器に入れ、圧力４０Ｋｂ、温
度１２００℃の条件で焼結を行なった。
得られた焼結体をＸ線回折により同定したところ、結合
材ｂａ−２５〜ｂａ−３０を用いたこの発明の範囲に入
る焼結体では、ｃＢＮおよびＴｉを含有する炭窒化物の
ピークの他に、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、Ｗの硼化物および／
またはＷならびにＷＣと思われるピークが観察された。
他方、結合材ｂａ−２０を用いた焼結体では上記ピーク
以外にＡｌ３Ｔｉのピークが、結合材ｂａ−２１を用い
た焼結体ではＷＣの大きなピークが、結合材ｂａ−２２
を用いた焼結体ではＴｉ３Ａｌのピークが、結合材ｂａ
−２３を用いた焼結体ではＡｌ３Ｔｉのピークが認めら
れた。
材ｂａ−２５〜ｂａ−３０を用いたこの発明の範囲に入
る焼結体では、ｃＢＮおよびＴｉを含有する炭窒化物の
ピークの他に、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、Ｗの硼化物および／
またはＷならびにＷＣと思われるピークが観察された。
他方、結合材ｂａ−２０を用いた焼結体では上記ピーク
以外にＡｌ３Ｔｉのピークが、結合材ｂａ−２１を用い
た焼結体ではＷＣの大きなピークが、結合材ｂａ−２２
を用いた焼結体ではＴｉ３Ａｌのピークが、結合材ｂａ
−２３を用いた焼結体ではＡｌ３Ｔｉのピークが認めら
れた。
また、各焼結体組織を観察したところ、粗粒ｃＢＮ粒子
の周囲あるいは粒子間の間隙に微粒のｃＢＮ粒子が結合
材を介して分散していることがわかった。
の周囲あるいは粒子間の間隙に微粒のｃＢＮ粒子が結合
材を介して分散していることがわかった。
次に、各焼結体を用いて切削加工用チップを作製し、被
削材を用いて切削試験を行なった。被削材は、ＳＵＪ２
種（ＨＲＣ５９〜６１）の鋼からなり、内周面に１本の
キー溝を有する円筒体（内径：２５ｍｍ）であり、切削
条件は切削速度１５０ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送
り：０．１５ｍｍ／回転である。結果を、第５表に示
す。
削材を用いて切削試験を行なった。被削材は、ＳＵＪ２
種（ＨＲＣ５９〜６１）の鋼からなり、内周面に１本の
キー溝を有する円筒体（内径：２５ｍｍ）であり、切削
条件は切削速度１５０ｍ／分、切込み：０．２ｍｍ、送
り：０．１５ｍｍ／回転である。結果を、第５表に示
す。
実施例５ （Ｔｉ0.9 Ｗ0.1 ）（Ｃ0.9 ，Ｎ0.1 ）0.85と、ＴｉＡ
ｌ３と、ＷＣとを４対５対１の重量比に配合した後、１
３００℃の温度で１時間、１torrの窒素ガス中で均一化
処理を施した。得られた粉末を超硬合金製のポットおよ
びボールを用いて平均粒径が１μｍ以下となるように粉
砕した。このようにして得られた結合材を分析したとこ
ろ、結合材中にはＡｌが３０重量％存在していた。ま
た、ＴｉとＷとの原子比は８７対１３であった。
ｌ３と、ＷＣとを４対５対１の重量比に配合した後、１
３００℃の温度で１時間、１torrの窒素ガス中で均一化
処理を施した。得られた粉末を超硬合金製のポットおよ
びボールを用いて平均粒径が１μｍ以下となるように粉
砕した。このようにして得られた結合材を分析したとこ
ろ、結合材中にはＡｌが３０重量％存在していた。ま
た、ＴｉとＷとの原子比は８７対１３であった。
上記結合材と、粒径６μｍ以下のｃＢＮ粉末とを容積比
で３０対７０になるように配合した後、Ｍｏ製の容器に
充填し、圧力５０Ｋｂ、１３５０℃で１５分間焼結し
た。
で３０対７０になるように配合した後、Ｍｏ製の容器に
充填し、圧力５０Ｋｂ、１３５０℃で１５分間焼結し
た。
得られた焼結体をＸ線回折で同定したところ、ｃＢＮ、
（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、ＴｉＮ、
およびＷＢ２と思われるピークが認められた。なお、Ａ
ｌ３Ｔｉは観察されなかった。
（Ｔｉ，Ｗ）（Ｃ，Ｎ）、ＡｌＢ２、ＡｌＮ、ＴｉＮ、
およびＷＢ２と思われるピークが認められた。なお、Ａ
ｌ３Ｔｉは観察されなかった。
次に、この焼結体を切削加工用のチップに加工し、実施
例１と同様に切削試験を行なったところ、実施例１にお
ける試料ｂａ−２の焼結体の約３．２倍の性能を有する
ことが確かめられた。
例１と同様に切削試験を行なったところ、実施例１にお
ける試料ｂａ−２の焼結体の約３．２倍の性能を有する
ことが確かめられた。
第１図は、実施例１の切削試験結果を示す図であり、第
２図は、実施例３における切削試験結果を示す図であ
る。
２図は、実施例３における切削試験結果を示す図であ
る。
Claims (10)
- 【請求項１】立方晶窒化硼素６５〜７５容量％と残部結
合材とを混合し、超高圧焼結して得られた焼結体であっ
て、 前記結合材が、 ２５〜５０重量％のＡｌを含み、 （ＴｉＣｘ，ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表される混合物
または（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表される化合
物（但し、ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ
族の遷移金属元素であり、０．３＜ｙ≦１．０，０．５
≦ｚ≦０．８５）１種以上を結合材中のＴｉ含有量のIV
ａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金属元素含有量に対する割合が
原子比で２／３〜９７／１００となるように含み、かつ タングステンを前記Ｔｉを含む混合物もしくは化合物お
よびＷＣの少なくとも一方の形態で含み、結合材中の全
タングステン濃度が４〜４０重量％であり、 前記結晶体の組織において、結合相が連続しており、か
つ粗粒立方晶窒化硼素の周囲または間隙に微粒の立方晶
窒化硼素が充填されている、高硬度工具用焼結体。 - 【請求項２】前記高硬度工具用焼結体は、立方晶窒化硼
素の他、（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚ、硼化チタ
ン、硼化アルミニウム、窒化アルミニウム、タングステ
ン化合物およびタングステンの少なくとも１種以上を含
む、特許請求の範囲第１項記載の高硬度工具用焼結体。 - 【請求項３】前記Ａｌは、Ａｌ化合物の形態で含まれて
いる、特許請求の範囲第１項または第２項に記載の高硬
度工具用焼結体。 - 【請求項４】前記タングステンは、硼化タングステンま
たは炭化タングステンの形態で混合されている、特許請
求の範囲第１項〜第３項のいずれか１項に記載の高硬度
工具用焼結体。 - 【請求項５】前記Ｍがタングステンである、特許請求の
範囲第１項〜第４項のいずれか１項に記載の高硬度工具
用焼結体。 - 【請求項６】６５〜７５体積％の立方晶窒化硼素粉末
と、２５〜３５体積％の結合材とを混合して混合粉末を
得るステップを備え、前記立方晶窒化硼素粉末は、粗粒
の立方晶窒化硼素粉末と微粒の立方晶窒化硼素粉末とを
含み、前記結合材は、２５〜５０重量％のＡｌを含み、
（ＴｉＣｚ，ＭＣ）ｙ−（ＭＮ）1-y で表される混合物
および（Ｔｉ，Ｍ）（Ｃｙ，Ｎ1-y ）ｚで表される化合
物（但し、ＭはＴｉを除く周期律表第IVａ，Ｖａ，VIａ
族の遷移金属元素であり、０．３＜ｙ≦１．０，０．５
≦ｚ≦０．８５）１種以上を、結合材中のＴｉ含有量の
IVａ，Ｖａ，VIａ族の遷移金属元素含有量に対する割合
が原子比で２／３〜９７／１００となるように含み、前
記タングステンを前記Ｔｉを含む混合物、化合物および
ＷＣの少なくとも１の形態で含み、かつ結合材中の全タ
ングステン濃度が４〜４０重量％であり、 前記混合粉末を超高圧装置を用いて２０Ｋｂ〜６０Ｋｂ
の圧力で、１０００℃〜１５００℃の温度で焼結させる
ステップをさらに備えることを特徴とする、高硬度工具
用焼結体の製造方法。 - 【請求項７】微粒の立方晶窒化硼素粉末の粒度が、粗粒
の立方晶窒化硼素粉末の粒度の１／２以下であることを
特徴とする、特許請求の範囲第６項記載の高硬度工具用
焼結体の製造方法。 - 【請求項８】前記Ｍがタングステンである、特許請求の
範囲第６項または第７項に記載の高硬度工具用焼結体の
製造方法。 - 【請求項９】前記タングステンは、硼化タングステンま
たは炭化タングステンの形態で混合される、特許請求の
範囲第６項〜第８項のいずれか１項に記載の高硬度工具
用焼結体の製造方法。 - 【請求項１０】前記ＡｌはＡｌ化合物の形態で混合され
る、特許請求の範囲第６項〜第９項のいずれか１項に記
載の高硬度工具用焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61291361A JPH0621313B2 (ja) | 1985-12-28 | 1986-12-05 | 高硬度工具用焼結体およびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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