(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）原料粉末として、炭化チタン粉末、窒化チタン粉末、および炭窒化チタン粉末のうちの１種または２種以上と、立方晶窒化ほう素粉末と、Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物粉末と、炭化タングステン粉末と、を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合し、プレス成形してなる圧粉体に、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で反応処理を施して、硬質の立方晶窒化ほう素からなる硬質分散相がＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物で強固に結合された組織を有する反応焼結材料を形成し、
（ｂ）上記（ａ）の反応焼結材料を粉砕して、粉砕後の個々の粉末を硬質の立方晶窒化ほう素の表面にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物が強固に結合してなる複合粉末とし、この複合粉末を２次原料粉末とし、これに別途用意した炭化チタン粉末、窒化チタン粉末、および炭窒化チタン粉末のうちの１種または２種以上を所定の割合に配合し、混合し、プレス成形してなる圧粉体を、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、
（ｃ）ついで、上記予備焼結体を、別途用意した炭化タングステン基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件で超高圧焼結すること、
（ｄ）以上（ａ）〜（ｃ）の工程により、走査型電子顕微鏡による組織観察で、立方晶窒化ほう素からなる硬質分散相と、炭化チタン、窒化チタン、および炭窒化チタンのうちの１種または２種以上からなる連続結合相の間に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物からなる中間相が介在した組織を示し、かつ面積％で、
上記硬質分散相：５０〜７０％、
上記中間相：５〜１５％、
上記連続結合相および不可避不純物：残り、
からなる組成を有する立方晶窒化ほう素基焼結材料で構成してなる、すぐれた耐チッピング性を有する立方晶窒化ほう素基焼結材料製切削工具切刃片の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に高硬度焼入れ鋼や鋳鉄などの表面仕上加工を断続切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を発揮する立方晶窒化ほう素（以下、ｃ−ＢＮで示す）基焼結材料製切削工具切刃片の製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一般に切刃片としてｃ−ＢＮ基焼結材料を用いた切削工具としては、例えば特公平１−１６８９４号公報の実施例に記載されるように、ｃ−ＢＮ基焼結材料からなる切刃片、あるいはｃ−ＢＮ基焼結材料の切刃片とＷＣ基超硬合金の支持片からなる複合体を通常の超高圧焼結装置を用いて製造し、これを、ＷＣ基超硬合金からなる工具本体の切刃部に、質量％で、例えばＣｕ：３０％、Ｚｎ：２８％、Ｎｉ：２％を含有し、残りがＡｇと不可避不純物からなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けしてなる切削工具が広く知られており、これがスローアウエイチップ（以下、単にチップと云う）やドリル、さらにエンドミルやリーマなどの切削工具として、高硬度焼入れ鋼や鋳鉄などの表面仕上加工に連続切削条件で用いられることも良く知られるところである。
また、上記の切削工具切刃片として、例えば特開昭５６−１５６３３８号公報に記載されるように、走査型電子顕微鏡による組織観察で、ｃ−ＢＮからなる硬質分散相と、炭化チタン、窒化チタン、および炭窒化チタン（以下、それぞれＴｉＣ、ＴｉＮ、およびＴｉＣＮで示す）のうちの１種または２種以上（以下、これらを総称してＴｉ炭・窒化物という）からなる連続結合相で構成された組織を示し、かつ、
上記硬質分散相：５０〜７０面積％、
上記連続結合相および不可避不純物：残り、
からなる組成を有するｃ−ＢＮ基焼結材料で構成した切削工具切刃片が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の切削加工は、切削加工装置の高性能化と相俟って多様化し、かつ切削加工の省力化および省エネ化、さらに低コスト化に対する要求も強く、これに伴なって、切削工具にもできるだけ切削加工条件に制約されない汎用性が求められる傾向にあるが、上記の従来ｃ−ＢＮ基焼結材料製切削工具切刃片においては、表面仕上加工を連続切削条件で行なうのに用いた場合には問題はないが、これを断続切削条件での表面仕上加工に用いると、硬質分散相と連続結合相間の密着性が十分でないために前記硬質分散相に剥離現象が発生するようになり、これが原因で切刃部にチッピング（微小欠け）が発生し、比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記の従来ｃ−ＢＮ基焼結材料製切削工具切刃片に着目し、これの耐チッピング性向上を図るべく研究を行なった結果、
（ａ）まず、原料粉末として、ｃ−ＢＮ粉末、Ｔｉ炭・窒化物粉末、Ｔｉ−Ａｌ合金粉末、望ましくはＴｉ−Ａｌ金属間化合物粉末、および炭化タングステン（以下、ＷＣで示す）粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合した後、圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体に、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で反応処理を施すと、前記圧粉体におけるｃ−ＢＮ粉末は熱的安定性にすぐれているので、前記焼結処理によって実質的に反応せず、そのままの状態で残るが、Ｔｉ−Ａｌ合金粉末とＷＣ粉末は反応し、これらは前記ｃ−ＢＮ粉末の表面部とも反応してＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物を形成することから、きわめて硬質のｃ−ＢＮからなる硬質分散相がＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物で強固に結合された組織を有する反応焼結材料が形成されるようになること。
【０００５】
（ｂ）上記（ａ）の反応焼結材料を粉砕して、粉砕後の個々の粉末をきわめて硬質のｃ−ＢＮの表面にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物が強固に結合してなる複合粉末とし、この複合粉末を２次原料粉末とし、これに別途用意したＴｉ炭・窒化物粉末を所定の割合に配合し、混合した後、所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で焼結して１次焼結材料とした状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件で超高圧焼結すると、走査型電子顕微鏡による組織観察で、ｃ−ＢＮの硬質分散相とＴｉ炭・窒化物の連続結合相の間にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物の中間相が介在した組織を有するｃ−ＢＮ基焼結材料が形成されるようになること。
【０００６】
（ｃ）上記（ｂ）のｃ−ＢＮ基焼結材料を、上記の原料粉末の配合割合を調整して、同じく走査型電子顕微鏡による組織観察で、
上記ｃ−ＢＮの硬質分散相：５０〜７０％、
上記Ｔｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物の中間相：５〜１５％、
上記Ｔｉ炭・窒化物の連続結合相および不可避不純物：残り、
からなる組成をもつものとした状態で、切削工具切刃片として用いると、前記ｃ−ＢＮ基焼結材料の中間相を構成するＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物が上記の通りｃ−ＢＮの硬質分散相は勿論のこと、Ｔｉ炭・窒化物の連続結合相とも強固に結合することから、これを高硬度焼入れ鋼や鋳鉄などの表面仕上加工を断続切削条件で行なうのに用いても、チッピング発生の原因となる前記硬質分散相の前記連続結合相からの剥離脱落が防止され、すぐれた切削性能を長期に亘って発揮するようになること。
以上（ａ）〜（ｃ）に示される研究結果が得られたのである。
【０００７】
この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたものであって、
（ａ）原料粉末として、ｃ−ＢＮ粉末と、Ｔｉ炭・窒化物粉末と、Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物粉末と、ＷＣ粉末と、を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、混合し、プレス成形してなる圧粉体に、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で反応処理を施して、硬質のｃ−ＢＮからなる硬質分散相がＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物で強固に結合された組織を有する反応焼結材料を形成し、
（ｂ）上記（ａ）の反応焼結材料を粉砕して、粉砕後の個々の粉末を硬質のｃ−ＢＮの表面にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物が強固に結合してなる複合粉末とし、この複合粉末を２次原料粉末とし、これに別途用意したＴｉ炭・窒化物粉末を所定の割合に配合し、混合し、プレス成形してなる圧粉体を、真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に所定時間保持の条件で焼結して切刃片用予備焼結体とし、
（ｃ）ついで、上記予備焼結体を、別途用意したＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件で超高圧焼結すること、
（ｄ）以上（ａ）〜（ｃ）の工程により、走査型電子顕微鏡による組織観察で、ｃ−ＢＮからなる硬質分散相と、Ｔｉ炭・窒化物からなる連続結合相の間に、Ｔｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物からなる中間相が介在した組織を示し、かつ面積％で、
上記硬質分散相：５０〜７０％、
上記中間相：５〜１５％、
上記連続結合相および不可避不純物：残り、
からなる組成を有するｃ−ＢＮ基焼結材料で構成してなる、すぐれた耐チッピング性を有するｃ−ＢＮ基焼結材料製切削工具切刃片の製造方法に特徴を有するものである。
【０００８】
なお、この発明の方法で製造された切削工具切刃片を構成するｃ−ＢＮ基焼結材料において、硬質分散相の割合を５０〜７０面積％としたのは、その割合が５０面積％未満では所望のすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方その割合が７０面積％を超えると、相対的に焼結性および強度向上に寄与するＴｉ炭・窒化物（連続結合相）の割合が少なくなりすぎて切刃部に欠けが発生し易くなるという理由によるものであり、また、中間相の割合を５〜１５面積％と定めたのは、その割合が５面積％未満では硬質分散相および連続結合相との間に所望のすぐれた結合性を確保することができず、この結果切刃部にチッピングの発生が避けられず、一方その割合が１５面積％を超えると、ｃ−ＢＮ基焼結材料自体の強度が低下し、切刃部に欠けが発生し易くなるという理由からである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
つぎに、この発明の切削工具切刃片の製造方法を実施例により具体的に説明する。
まず、原料粉末として、いずれも０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するｃ−ＢＮ粉末、Ｔｉ炭・窒化物粉末であるＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、およびＴｉＣＮ粉末、Ｔｉ−Ａｌ金属間化合物粉末であるＴｉ3Ａｌ粉末、ＴｉＡｌ粉末、およびＴｉＡｌ3粉末、さらにＷＣ粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される配合組成に配合し、ボールミルで７２時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で３０ｍｍ×３０ｍｍ×１０ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体に、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に３０分間保持の条件で反応処理を施して、硬質のｃ−ＢＮからなる硬質分散相がＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物で強固に結合された組織を有する反応焼結材料Ａ〜Ｊを製造した。
【００１０】
ついで、上記反応焼結材料Ａ〜Ｊを粉砕して、粉砕後の個々の粉末を硬質のｃ−ＢＮの表面にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物が強固に結合してなる複合粉末とした状態で、これに別途用意した同じく０．５〜４μｍの範囲内の平均粒径を有するＴｉ炭・窒化物粉末であるＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、およびＴｉＣＮ粉末を表２に示される割合で配合し、ボールミルで４８時間湿式混合し、乾燥した後、１００ＭＰａの圧力で直径：４０ｍｍ×厚さ：２ｍｍの寸法をもった圧粉体にプレス成形し、ついでこの圧粉体に、圧力：１Ｐａの真空雰囲気中、９００〜１３００℃の範囲内の所定温度に３０分間保持の条件で焼結を施して切刃片用予備焼結体とし、この予備焼結体を、別途用意した、Ｃｏ：８質量％、ＷＣ：残りの組成、並びに直径：４０ｍｍ×厚さ：２．５ｍｍの寸法をもったＷＣ基超硬合金製支持片と重ね合わせた状態で、通常の超高圧焼結装置に装入し、通常の条件である圧力：５ＧＰａ、温度：１２００〜１４００℃の範囲内の所定温度、保持時間：０．５時間の条件で超高圧焼結し、焼結後上下面を研摩し、ワイヤー放電加工装置にて十字切断して４分割し、さらにこれに仕上げ研摩を施すことにより本発明法を実施し、本発明切削工具切刃片１〜１０をそれぞれ製造した。
【００１１】
また、比較の目的で、原料粉末として、上記の本発明切削工具切刃片１〜１０の製造に用いたと同じｃ−ＢＮ粉末、ＴｉＣ粉末、ＴｉＮ粉末、およびＴｉＣＮ粉末を用い、これら原料粉末を表３に示される配合組成に配合する以外は同一の条件で従来法を実施し、従来切削工具切刃片１〜６をそれぞれ製造した。
【００１２】
上記の本発明切削工具切刃片１〜１０および従来切削工具切刃片１〜６について、走査型電子顕微鏡およびオージェ分析装置を用いて組織観察したところ、それぞれ表２、３に示される組成を示し、かつ前者では、いずれもｃ−ＢＮの硬質分散相とＴｉ炭・窒化物の連続結合相の間にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物の中間相が介在した組織を示し、また後者では、いずれもｃ−ＢＮの硬質分散相とＴｉ炭・窒化物の連続結合相からなる組織を示した。
【００１３】
ついで、これらの本発明切削工具切刃片１〜１０および従来切削工具切刃片１〜６について、それぞれＣｏ：５質量％、ＴａＣ：５質量％、ＷＣ：残りの組成およびＣＩＳ規格ＴＮＧＡ３３２の形状（厚さ：３．１８mm×一辺長さ：１６mmの正三角形）をもったＷＣ基超硬合金製チップ本体のろう付け部（コーナー部）に、質量％で、Ｃｕ：３０％、Ｚｎ：２８％、Ｎｉ：２％、Ａｇ：残りからなる組成を有するＡｇ合金のろう材を用いてろう付けした状態で、
被削材：ＳＣＭ４１５の浸炭焼き入れ材（硬さＨR Ｃ：６０）の長さ方向等間隔４本縦溝入り丸棒、
切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ．、
送り：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．、
切り込み：０．５ｍｍ、
切削時間：４０分、
の条件での浸炭焼き入れ鋼の乾式断続表面仕上加工を行ない、切刃片の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表２，３に示した。
【００１４】
【表１】
0004244108.tif 000002
【００１５】
【表２】
0004244108.tif 000003
【００１６】
【表３】
0004244108.tif 000004
【００１７】
【発明の効果】
表２，３に示される結果から、本発明法で製造された本発明切削工具切刃片１〜１０は、いずれもこれを構成するｃ−ＢＮ基焼結材料がｃ−ＢＮの硬質分散相とＴｉ炭・窒化物の連続結合相の間にＴｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物の中間相が介在した組織をもつことから、高硬度焼入れ鋼や鋳鉄などの表面仕上加工を断続切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、従来法で製造された、前記Ｔｉ−Ａｌ−Ｗ系炭窒ほう化物からなる中間相の介在がないｃ−ＢＮ基焼結材料で構成された従来切削工具切刃片１〜６は、いずれもチッピングの発生によって、比較的短時間で使用寿命に至ることが明らかである。
上述のように、この発明の方法で製造された切削工具切刃片は、高硬度焼入れ鋼や鋳鉄などの表面仕上加工を連続切削条件で行なった場合は勿論のこと、断続切削条件で行なった場合にも、すぐれた耐チッピング性を示し、長期に亘ってすぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、切削加工の多様化、省力化、および省エネ化、さらに低コスト化に十分満足に対応できるものである。