ＣＢＮ烧结体以及使用该烧结体的切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种在高速、高效率切削铁基高硬度难切削材料时具有优良耐磨性和抗崩刃性的高强度、高耐磨ｃＢＮ烧结体，并提供一种使用该ｃＢＮ烧结体的切削工具。所述ｃＢＮ烧结体含有重量百分比至少为４５％并且不超过９９．９％的ｃＢＮ成分，其中，在ｃＢＮ烧结体的ｃＢＮ颗粒内部以及ｃＢＮ颗粒间的结合界面处，所述ｃＢＮ烧结体包括相对于ｃＢＮ成分重量百分比至少为０．００１％并不超过０．１５％的碳。并且在所述切削工具中，至少在与切削相关的部位使用所述ｃＢＮ烧结体。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种在铁基高硬度难切削材料的高速、高效率切削 中具有优良耐磨性和抗崩刃性的cBN烧结体，并涉及一种使用该cBN 烧结体的切削工具。
技术介绍
与诸如硬质合金工具等传统切削工具相比，cBN烧结体切削工 具由于cBN烧结体的硬度和化学稳定性而具有更好的材料性能，表 现出较长的工具寿命以及较高的效率；还具有远高于研磨工具的优良 适应性，并实现环境友好的生产。因此，cBN烧结体切削工具在加 工难切削铁基材料，特别是加工硬化钢方面已经代替磨削。cBN烧 结体材料可以分成两种， 一种包括粘结材料，其中cBN含量高并且 cBN颗粒与粘结材料结合在一起，粘结材料主要包括钴或铝，参见 专利文献l;另一种具有相对较低的cBN含量，并且cBN颗粒通过 具有优良耐磨性的钛系陶瓷结合在一起，参见专利文献2。这两种类 型分别适于切削铁基烧结零件和硬化钢。专利文献3披露了一种高纯度cBN烧结体，其中诸如铝之类的 金属和氧被当作杂质，并且这些杂质的含量保持在极低水平，这种 cBN烧结体具有优良的机械性能和切削性能。据报导，由高纯度cBN 颗粒形成的cBN烧结体具有优良的切削性能。然而，在切削含有大量硬质颗粒并且Hv (维氏硬度)至少为 2.5GPa的铁基烧结材料时，或者在执行去除HRc (洛氏C硬度)为 40到62的硬化钢渗碳层的渗碳层去除加工时，或者在执行HRe (洛 氏C硬度)为58以上的硬化钢齿轮或具有螺栓孔或缺口的部件的精 切削加工时，传统cBN烧结体切削工具会发生异常磨损或突然崩刃， 从而对于稳定、连续的加工来说可靠性不足，因此在一些加工应用场合仍然必须依靠磨削。专利文献l:日本专利特开昭52 — 43486 专利文献2:日本专利特开昭53 — 77811 专利文献3:日本专利特开平7 — 29173
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种在铁基高硬度难切削材料的高速、高 效率切削中具有优良耐磨性和抗崩刃性的cBN烧结体，并提供一种 使用该cBN烧结体的切削工具。由于上述传统cBN烧结体工具的可靠性差，本专利技术人对cBN烧 结体工具的刀刃在其未曾应用的场合中使用时的损坏机理进行了深 入研究。结果本专利技术人发现，在连续加工诸如硬化钢等高硬度难切削 材料时，与主要涉及与铁发生化学反应的典型磨损机理不同，其主要 因素是机械损坏机理，例如由于cBN颗粒本身的强度不足造成的崩 刃，或者由于cBN颗粒之间的结合强度不足造成的cBN颗粒的累积 脱落。如上所述，传统上认为高纯度cBN颗粒形成的cBN烧结体具有 优良的切削性能。但是，经过本专利技术人的深入研究发现，在cBN烧 结体中加入很少量的碳实际上会增大cBN颗粒之间的结合强度以及 cBN颗粒本身的强度，从而发现本专利技术的cBN烧结体，其在诸如硬 化钢或高硬度烧结制品的高负荷加工应用中具有稳定的、长期的切削 性能。具体地，本专利技术如下(1) 一种含有至少45wt。/。并且不超过99.9wt。/。的cBN成分的 cBN烧结体，其特征在于，在cBN烧结体的cBN颗粒内部以及cBN颗粒间 的结合界面处，所述cBN烧结体包括相对于cBN成分至少为 0.001wty。并不超过0.15wt。/o的碳。(2) 根据上面(1)所述的cBN烧结体，包括cBN成分三维结 合在一起的结构。(3) —种切削工具，其中至少在与切削相关的部位使用根据上 面(1)或(2)所述的CBN烧结体。对本专利技术的烧结体仔细分析发现，处于cBN颗粒内部以及cBN 颗粒结合的界面处的碳含量相对于烧结体中的cBN成分至少为 0.001wt。/。并且不超过0.15wt。/。。特别是，通过观察发现，碳原子处于 cBN颗粒的B—N点阵之间的位置，或者通过置换硼和氮原子而结合 在cBN颗粒内。在传统cBN烧结体中，在cBN颗粒结合的界面处的 很多位置都观察到硼和氮的非晶相或氧化物；而在本专利技术的烧结体 中，在cBN颗粒间的界面处几乎未观察到氧化物或非晶相，而是cBN 颗粒直接结合在一起，或者几乎所有区域都形成B — C一N化合物， 这些化合物推定是硼的碳氮化物，例如BC2N和BCN。分析的结果发现，由于碳侵入cBN颗粒内部使cBN颗粒产生固 溶强化，或者对颗粒表面产生压应力，而且由于在cBN颗粒之间的 结合方面，阻碍cBN颗粒间结合的氧化物不易形成，或者硼的碳氮 化物具有优良的机械性能，因此提高了本专利技术cBN烧结体工具的切 削性能。本专利技术的效果本专利技术的cBN烧结体含有至少为45wtn/。并且不超过99.9wt。/。的 cBN成分，其特征在于，在cBN烧结体的cBN颗粒内部以及在cBN 颗粒结合的界面处，所述cBN烧结体包括相对于cBN成分至少为 0.001wt。/。并且不超过0.15wt。/。的碳。这导致形成cBN烧结体的cBN 颗粒本身具有优良的强度以及cBN颗粒之间具有优良的结合强度。 因此，在与切削相关部位使用本专利技术cBN烧结体的工具将具有cBN 烧结体的优良强度和硬度，因此与传统cBN烧结体工具相比，在抗 崩刃性和耐磨性方面得到大大改善。具体实施例方式本专利技术的cBN烧结体含有至少45wt% (重量百分比，以下同) 并且不超过99.9wt。/。的cBN成分，其特征在于，在cBN烧结体的cBN颗粒内部以及在cBN颗粒间的结合界面处，所述cBN烧结体包括相 对于cBN成分至少为0.001wt。/。并且不超过0.15wt。/。的碳。其余成分 可以包括粘结材料，其起始原料是IVA、 VA或VIA族元素(根据日 本使用的元素周期表)的氮化物或碳化物，典型的如TiN或TiC,或 者是这些化合物的固溶体形成的陶瓷成分，或者是金属成分，典型的 如铝或钴，并且氧可以作为不可避免的杂质。如果cBN烧结体中所含的cBN成分的数量小于45%，则cBN 成分将在cBN烧结体中占有较少的比例，从而cBN颗粒彼此接触的 区域减少，不能形成cBN颗粒间的充分结合。当使用粘结材料时，根据通过气体分析和高频等离子发射光谱 法(下面简称为ICP法)定量分析而得到的最终烧结体中各种元素 的含量，以及通过酸处理去除烧结体中的粘结材料而得到的cBN成 分中的硼含量，可以确定cBN烧结体中的cBN成分含量。当不使用 粘结材料时，将烧结体酸处理，以去除附着在表面的任何游离碳等， 然后通过ICP法确定氧含量和碳含量的数量，其余的可以认为是cBN 成分。如上所述，处于cBN烧结体中cBN颗粒间的结合界面处以及 cBN颗粒内部的碳，称为处于cBN颗粒的B—N原子点阵之间的碳， 或者称为通过置换硼和氮原子而处于cBN颗粒内部的碳。当使用粘 结材料时，这些碳的含量可以通过如下方法确定通过酸处理去除 cBN烧结体的粘结材料；接着通过酸处理去除附着在表面的任何游 离碳；以及通过ICP法测量所得到的cBN成分中的碳含量。当不使 用粘结材料时，通过酸处理去除附着在表面的任何游离碳，并且通过 ICP法测量所得到的cBN成分中的碳含量。如果相对于cBN成分的重量碳的含量超过0.15%,则在cBN颗 粒中将存在过量的碳成分，耐磨性和抗崩刃性都将下降。优选地，相 对于cBN成分的重量，处于cBN颗粒内部以及cBN颗粒间的结合界 面处的碳的含量至少为0.007%并且不超过0.03%。为了提高形成本专利技术c本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含有重量百分比至少为４５％并且不超过９９．９％的ｃＢＮ成分的ｃＢＮ烧结体，其中，在所述ｃＢＮ烧结体的ｃＢＮ颗粒内部以及ｃＢＮ颗粒间的结合界面处，所述ｃＢＮ烧结体包括相对于ｃＢＮ成分重量百分比至少为０．００１％并不超过０．１５％的碳。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：久木野晓，冈村克己，深谷朋弘，
申请(专利权)人：住友电工硬质合金株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]