DE102018001515A1

DE102018001515A1 - Gesintertes cBN-Material und Schneidwerkzeug

Info

Publication number: DE102018001515A1
Application number: DE102018001515.8A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Yano; Yosuke Miyashita
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2018-09-06
Also published as: US20180257995A1; US10584069B2; JP2018145020A; JP6853951B2

Abstract

Bereitgestellt wird ein cBN-Sintermaterial für einen Werkzeugkörper, worin ein Verhältnis (PN/ PN) der Anzahl (PN) der cBN-Partikel in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zur Gesamtanzahl (PN) von cBN-Partikeln 0,05 oder weniger beträgt

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein ultrahochdruckgesintertes Material auf Basis von kubischem Bornitrid (im Folgenden als „cBN-Sintermaterial“ bezeichnet) mit ausgezeichneter Zähigkeit, sowie ein Schneidwerkzeug (im Folgenden als „cBN-Werkzeug“ bezeichnet) mit einem aus demselben gebildeten Werkzeugkörper.
Es wird die Priorität der japanischen Patentanmeldung Nr. 2017-038471 , eingereicht am 1. März 2017, beansprucht, deren Inhalt hierin durch Bezugnahme eingeschlossen ist.
Stand der Technik
Üblicherweise sind cBN-Sintermaterialien bekannt dafür, eine ausgezeichnete Härte oder Zähigkeit und eine geringe Affinität zu Materialien auf Basis von Eisen aufzuweisen, und werden somit als Materialien für Schneidwerkzeuge für Werkstücke auf Basis von Eisen wie Stahl, Gusseisen und dergleichen verwendet, wobei diese Eigenschaften ausgenutzt werden.
Patentliteratur 1 offenbart zum Beispiel ein cBN-Sintermaterial, in dem ein Grünling, der eine Ti-Verbindung enthält, gesintert und zerkleinert, cBN-Pulver zu einer durch Reibung gemahlenen Aufschlämmung gegeben und die das cBN-Pulver enthaltende Aufschlämmung zerkleinert, gemischt und getrocknet wird, um einen Grünling zu bilden, und worin eine Peakhöhe im XRD nach Hintergrundkorrektur für einen Peak von TiB₂ (101), der in einer Matrixphase eines durch Sintern des Grünlings gebildeten gesinterten Materials enthalten ist, kleiner als 12% einer Peakhöhe eines cBN-Peaks (111) ist, wodurch die Rissbildungsbeständigkeit und Bruchfestigkeit verbessert wird.
Ferner offenbart beispielsweise die Patentliteratur 2 ein cBN-Verbundsintermaterial, das ein Verbundsintermaterial ist, in dem ein Ti-Verbindungen enthaltendes Rohmaterialpulver durch Steuerung der Zerkleinerungsbedingungen zerkleinert und dann mit einem cBN-Rohmaterialpulver zur Herstellung eines Grünlings gleichmäßig gemischt und der Grünling gesintert wird, und der 25 Vol.-% bis 80 Vol.-% cBN und ein Bindemittel enthält, das eine Gruppe von Ti-Verbindungen enthält, um sowohl Bruchfestigkeit als auch Verschleißfestigkeit zu erhalten. Hier macht die Ti-Gruppe von Verbindungen 10% bis 60% einer Fläche aus, die von dem Bindemittel eingenommen wird, und enthält eine erste Feinpartikelkomponente mit einer Korngröße von 0,1 µm oder weniger und eine zweite Feinpartikelkomponente mit einer Korngröße von mehr als 0,1 µm und 0,25 µm oder weniger, und die erste Feinpartikelkomponente und die zweite Feinpartikelkomponente machen 90% oder mehr einer Fläche aus, die von dem Bindemittel eingenommen wird.
Darüber hinaus offenbart beispielsweise die Patentliteratur 3 ein cBN-Sintermaterial mit verbesserter Zähigkeit, in welchem cBN-Pulver und hexagonales Bornitridpulver (im Folgenden als „hBN“ bezeichnet) zusätzlich zu einer Ti-Verbindung als ein Bindephasen-Rohmaterial und dergleichen gemischt, zerkleinert und gesintert werden, um die Bruchfestigkeit und Verschleißfestigkeit zu verbessern, so dass keine Bildung einer massiven TiB₂-Phase in der Bindephase auftritt und eine feine TiB₂-Phase mit einer durchschnittlichen Korngröße von 50 bis 500 nm dispergiert ist, um die Bildung von bandenförmigen / filmförmigen TiB₂-Phasen auf Oberflächen von cBN-Partikeln zu reduzieren.
Zusätzlich offenbart beispielsweise die Patentliteratur 4 ein cBN-Sintermaterial mit verbesserter Zähigkeit, in dem cBN-Pulver, hBN-Pulver und ein Pulver einer W-Verbindung zusätzlich zu einer Ti-Verbindung als Bindephasen-Rohmaterial und dergleichen gemischt, zerkleinert und gesintert werden, um die Bruchfestigkeit zu verbessern, so dass keine Bildung einer massiven TiB₂-Phase und WB-Phase in der Bindephase vorliegt, und worin eine gesinterte Struktur gebildet wird, in der die feine TiB₂-Phase und die WB-Phase, die harte Materialien sind, dispergiert und verteilt sind.
Zitierungsliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: Veröffentlichte Japanische Übersetzung Nr. 2008-528413 der internationalen PCT Offenlegungsschrift
Patentliteratur 2: ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2011-207689
Patentliteratur 3: Japanisches Patent Nr. 5804448
Patentliteratur 4: ungeprüfte Japanische Patentanmeldung, erste Veröffentlichung Nr. 2014-83664

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
In dem in Patentliteratur 1 offenbarten cBN-Sintermaterial werden die Bruchfestigkeit und Bruchbeständigkeit des cBN-Sintermaterials durch Dispergieren der TiB₂-Phase in der Bindephase verbessert, jedoch wird nichts über eine dispergierte Form der TiB₂-Phase in der Bindephase erwähnt.
Zum Beispiel kann in dem Fall, in dem eine band- oder filmförmige TiB₂-Phase an einer Grenzfläche zwischen den cBN-Partikeln und der Bindephase gebildet wird und eine große Masse in der Bindephase bildet, Rissbildung / Bruch aufgrund einer Abnahme der Zähigkeit auftreten, wenn das cBN-Sintermaterial als Schneidwerkzeug verwendet wird.
Da in dem in Patentliteratur 2 offenbarten cBN-Sintermaterial eine W-Verbindung als Bindemittel eingeschlossen ist, wird während des Sinterns zusätzlich zu der Ti-Verbindung, wie zum Beispiel TiB₂, eine W-Boridphase gebildet, wobei die Bildung der W-Boridphase die Bildung von TiB₂ an der Grenzfläche der Bindephase mit den cBN-Partikeln minimiert, wodurch eine Adhäsionskraft der Grenzfläche der Bindephase mit den cBN-Partikeln abnimmt, was als ein Rissinitiierungspunkt dienen und die Bruchfestigkeit reduzieren kann.
Bei dem in Patentliteratur 3 offenbarten cBN-Sintermaterial wird zwar eine technische Idee offenbart, eine Bindephase zu haben, in der das feine TiB₂ dispergiert und verteilt ist, und die Bildung von filmförmigem TiB₂ an der Grenzfläche zwischen den cBN-Partikeln und der Bindephase zu vermeiden, um einer Verschlechterung der Zähigkeit vorzubeugen, es ist jedoch unmöglich, die Bildung von verdicktem filmförmigen TiB₂ vollständig zu vermeiden.
In dem in Patentliteratur 4 offenbarten cBN-Sintermaterial werden die feine TiB₂-Phase und die WB-Phase in der Bindephase dispergiert und verteilt, indem die hBN- und die W-Verbindung zugegeben werden. Da jedoch die Offenbarung von Mitteln zur Reduktion einer Restmenge an nicht umgesetzter hBN- und W-Verbindung zur Vermeidung der Verringerung der Zähigkeit nur die Einstellung der durchschnittlichen Korngröße der TiB₂-Phase und der WB-Phase innerhalb eines vorbestimmten Bereichs umfasst, können nicht umgesetzte hBN- und W-Verbindungen verbleiben.
Die vorliegende Erfindung löst das Problem, dass eine ausreichende Zähigkeit des cBN-Sintermaterials des oben beschriebenen Stands der Technik nicht sichergestellt werden kann, und eine Aufgabe davon ist die Bereitstellung eines cBN-Sintermaterials mit hoher Zähigkeit und eines cBN-Werkzeugs mit einem aus demselben gebildeten Werkzeugkörper.
Lösung des Problems
Um die oben beschriebenen Probleme für ein cBN-Sintermaterial und einen aus demselben gebildeten Werkzeugkörper zu lösen, haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung darauf fokussiert, eine Dispersions- / Verteilungsform des in der Bindephase enthaltenen Ti-Borids zu steuern; sowie auf die Bildung des Ti-Borids in Kontakt mit den cBN-Partikeln, und haben umfangreiche Untersuchungen darüber durchgeführt. Als Ergebnis wurden die folgenden neuen Erkenntnisse erhalten.
Üblicherweise wird bei der Herstellung eines cBN-Sintermaterials ein eine Ti-Verbindung enthaltendes Rohmaterialpulver, das eine Bindephase bildet, zerkleinert, dann wird ein cBN-Pulver zugegeben und aus dem gemischten und zerkleinerten Pulver wird ein Grünling hergestellt und gesintert, um ein cBN-Sintermaterial zu erhalten.
Die Erfinder haben jedoch herausgefunden, dass in dem Fall, in dem feines Ti-Oxid, als ein Beispiel einer Ti-Verbindung, zur Steuerung einer Dispersions- / Verteilungsform von in einer Bindephase enthaltenem Ti-Borid verwendet wird, wenn nur das feine Ti-Oxid verwendet wird, die Steuerung aufgrund der Aggregation schwierig wird, die Aggregation aber durch Zugabe einer feinen Al-Verbindung minimiert werden kann, und dass es außerdem erstrebenswert ist, das feine Ti-Oxid und die feine Al-Verbindung so nahe wie möglich aneinander anzuordnen, um die Dispersions- und Verteilungsform des in der Bindephase enthaltenen Ti-Borids zu steuern.
Ferner wurde gefunden, dass es erstrebenswert ist, Aluminiumtitanat (im Folgenden als „Al₂O₅Ti“ bezeichnet) zu verwenden, um das feine Ti-Oxid und die feine Al-Verbindung so nahe wie möglich aneinander anzuordnen.
Zusätzlich wurde gefunden, dass eine durchschnittliche Korngröße des cBN-Pulvers vorzugsweise weniger als 100 nm beträgt und eine durchschnittliche Korngröße des Al₂O₅Ti vorzugsweise weniger als 50 nm beträgt.
Somit wurde beispielsweise auf der Basis dieser Tatsachen gefunden, dass es möglich ist, die Bildung von TiB₂ als eine große Masse in der Bindephase und die Bildung von großen Bandfomen oder Filmformen an einer Grenzfläche zwischen den cBN-Partikeln und der Bindephase zu eliminieren.
Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage der obigen Erkenntnisse gemacht und sieht vor:

„(1) Ein cBN-Sintermaterial für einen Werkzeugkörper, der cBN-Partikel und eine Bindephase enthält, worin die Bindephase des gesinterten Materials ein Ti-Borid enthält, eine durchschnittliche Korngröße des Ti-Borids 10 nm bis 200 nm beträgt und ein Gehalt davon in dem gesinterten Material 0,2 Vol.-% bis 10 Vol.-% beträgt, und ein Verhältnis PN_TB / PN_BN der Anzahl PN_TB der cBN-Partikel in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zur Gesamtanzahl PN_BN von cBN-Partikeln 0,05 oder weniger beträgt.
(2) Die cBN-Partikel können eine durchschnittliche Korngröße von 0,5 µm bis 6,0 µm aufweisen und ein Gehalt davon kann von 40 Vol.-% bis 78 Vol.-% betragen.
(3) Ein Schneidwerkzeug mit einem Werkzeugkörper, der aus dem cBN-Sintermaterial nach Anspruch 1 oder 2 gebildet ist.“

Vorteilhafter Effekt der Erfindung
Das cBN-Sintermaterial der vorliegenden Erfindung weist eine hohe Zähigkeit auf und zeigt ausgezeichnete Effekte, worin, wie in 1 dargestellt, das feine Ti-Borid (1) in der Bindephase dispergiert und verteilt vorliegt, und worin die Bildung großer bandförmiger / filmförmiger Ti-Boride in Kontakt mit den cBN-Partikeloberflächen extrem reduziert ist, und worin im Gegensatz zu den in den Stand der Technik Dokumenten beschriebenen Techniken, da im Wesentlichen keine W-Verbindungen enthalten sind, die Abnahme der Zähigkeit weitaus geringer ist, und worin die Haltbarkeit bei Verwendung als Werkzeug verlängert ist, und desweiteren, da hBN-Pulver nicht als Ausgangsmaterial verwendet wird, das Vorliegen von nicht umgesetztem hBN, welches die Eigenschaften des gesinterten Materials beeinflusst, nicht möglich ist.
Ein cBN-basiertes Schneidwerkzeug, das das cBN-Sintermaterial mit ausgezeichneter Zähigkeit der vorliegenden Erfindung als einen Werkzeugkörper verwendet, weist eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit auf, beispielsweise sogar bei Hochgeschwindigkeits-Schneidarbeiten von Stahl mit hoher Härte, und weist ausgezeichnete Verschleißbeständigkeit über einen langen Zeitraum der Verwendung auf.
Figurenliste

1 zeigt eine schematische Ansicht, die eine Verteilung von Strukturen veranschaulicht, die in einer gesinterten Struktur eines cBN-Sintermaterials der vorliegenden Erfindung enthalten sind, wobei eine Form jeder Struktur nicht einer tatsächlichen Struktur entspricht
2 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel der Röntgenbeugung (XRD) von Al2O₃Ti, das in der vorliegenden Erfindung verwendet wird, veranschaulicht.
3 zeigt eine Ansicht, die durch Untersuchung von Strukturen des cBN-Sintermaterials mittels SEM und Extrahieren eines Teils von cBN-Partikeln durch Bildverarbeitung erhalten wurde.

Beschreibung von Ausführungsformen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend im Detail beschrieben.
cBN-Partikel:
Die durchschnittliche Korngröße der in der vorliegenden Erfindung verwendeten cBN-Partikel ist nicht besonders beschränkt, liegt jedoch vorzugsweise in einem Bereich von 0,5 bis 6,0 µm.
Der Grund hierfür ist, dass Bruch und Absplittern ausgehend von einer unregelmäßigen Form einer Schneidkante, die durch Abtrennung der cBN-Partikel von einer Werkzeugoberfläche während der Werkzeugverwendung verursacht wird, minimiert werden, wenn cBN-Partikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,5 µm bis 6,0 µm in einem gesinterten Material dispergiert werden, und die Ausbreitung von Rissen, die sich an einer Grenzfläche zwischen den cBN-Partikeln und einer Bindephase durch auf die Schneidkante während der Werkzeugverwendung ausgeübte Spannung entwickeln, oder die Bildung von Rissen, die durch Brechen von cBN-Partikeln verursacht werden, werden durch diese cBN-Partikel mit der vorbestimmten Korngröße, die in dem gesinterten Material dispergiert sind, ebenfalls minimiert und so kann eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit zusätzlich zu einem Effekt der Erhöhung der Bruchfestigkeit durch Einschließen von harten cBN-Partikeln in das gesinterte Material bereitgestellt werden.
Mengenverhältnis von cBN-Partikeln in dem cBN-Sintermaterial:
Wenn ein Mengenverhältnis der cBN-Partikel in dem cBN-Sintermaterial weniger als 40 Vol.-% beträgt, wird die Bruchfestigkeit bei Verwendung als Werkzeug verringert, da eine Menge an harten Substanzen in dem gesinterten Material gering ist. Wenn dieses andererseits 78 Vol.-% übersteigt, werden Lücken, die als Ausgangspunkt von Rissen dienen, in dem gesinterten Material gebildet, wodurch die Bruchfestigkeit verringert wird. Daher liegt das Mengenverhältnis von cBN-Partikeln in dem cBN-Sintermaterial vorzugsweise in einem Bereich von 40 Vol.-% bis 78 Vol.-%, damit die Effekte der vorliegenden Erfindung weiter erzielt werden.
Ti-Borid:
Da ein Ti-Borid, das in der Bindephase des cBN-Sintermaterials dispergiert und verteilt ist, im Wesentlichen als TiB₂ angesehen werden kann, erfolgt die folgende Beschreibung unter der Annahme, dass das Ti-Borid TiB₂ ist. Eine durchschnittliche Korngröße des TiB₂ liegt in einem Bereich von 10 nm bis 200 nm. Wie in einem später beschriebenen Herstellungsverfahren beschrieben, ist es bevorzugt, da TiB₂ zur Bildung in der Bindephase durch Reaktion von feinem Ti-Oxid mit feinen cBN-Partikeln als Rohmaterialpulver gebildet wird, diese durch Mischen und Zerkleinern zu mikronisieren, um ihre Reaktivität zu erhöhen. Da Ti-Oxid leicht aggregiert, bevor TiB₂ erzeugt wird, wird vorzugsweise eine feine AI-Verbindung zugegeben und es wird darüber hinaus noch bevorzugter bis zu einer Reaktion, die TiB₂ bildet, so nahe wie möglich dazu angeordnet. Folglich ist als eine Quelle für das Ti-Oxid und die Al-Verbindung beispielsweise Al₂O₅Ti-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 50 nm bevorzugt. Ferner dienen die feinen cBN-Partikel in der vorliegenden Erfindung als eine Hauptquelle von elementarem B, das zur Erzeugung von TiB₂ notwendig ist, und für cBN-Partikel, die als eine harte Phase in dem cBN-Sintermaterial dienen, werden grobe cBN-Partikel als separates Rohmaterialpulver verwendet. Als feines cBN-Pulver ist beispielsweise feines cBN-Pulver mit einer mittleren Korngröße von weniger als 100 nm bevorzugt.
Wenn die durchschnittliche Korngröße von TiB₂ weniger als 10 nm beträgt, wird eine Funktion der Minimierung der Ausbreitung von Rissen, die in dem gesinterten Material während der Verwendung als Werkzeug gebildet werden, nicht ausreichend erreicht, und so kann die Zähigkeit verringert werden. Wenn andererseits die durchschnittliche Korngröße von TiB₂ in der Bindephase 200 nm übersteigt, wird grobes TiB₂ gebildet, was zu einer Abnahme der Zähigkeit führt und Risse verursacht, und somit beträgt die durchschnittliche Korngröße von in der Bindephase des cBN-Sintermaterials dispergiertem und verteiltem TiB₂, 10 nm bis 200 nm.
Die Korngrößen des Al₂O₅Ti-Pulvers als Quelle für elementares Ti und elementares Al und die cBN-Partikel als Quelle für das elementare B sind erstrebenswerte Durchmesser, um in einem Bereich der mittleren Korngröße des TiB₂ zu liegen.
Gehalt an TiB₂ im gesinterten Material:
Ein in dem cBN-Sintermaterial dispergierter und verteilter Gehalt an TiB₂ beträgt vorzugsweise 0,2 Vol.-% bis 10 Vol.-%. Wenn er weniger als 0,2 Vol.-% beträgt, kann die Funktion der Minimierung der Ausbreitung von Rissen, die in dem gesinterten Material gebildet werden, wenn es als Werkzeug verwendet wird, nicht erreicht werden, und eine Lebensdauer des Werkzeugs wird verkürzt. Wenn sie 10 Vol.-% übersteigt, nimmt ein davon abhängender Anteil der Bindephase zu, die Bindephase wird brüchig und die Zähigkeit in einem gesinterten Material nimmt ab. Somit wird das cBN-Sintermaterial bei Verwendung als Werkzeug zu Brüchen neigen, und die Lebensdauer davon wird kürzer.
Ferner wird wie oben beschrieben gebildetes TiB₂ in der Bindephase dispergiert und verteilt, und ein Verhältnis (PN_TB / PN_BN) der Anzahl PN_TB der cBN-Partikel, in welchen TiB₂-Partikel mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr in Kontakt mit Oberflächen der cBN-Partikel sind, zu der Anzahl PN_BN von cBN-Partikeln muss auch 0,05 oder weniger betragen.
Der Grund hierfür ist, dass im Fall dass das Verhältnis von cBN 0,05 übersteigt, viel verdicktes bandförmiges oder filmförmiges TiB₂ auf den Oberflächen der cBN-Partikel in dem in der Bindephase dispergierten und verteilten TiB₂ vorliegt, und während der Verwendung eines Werkzeugs dient solches vergröbertes bandförmig oder filmförmig gebildetes TiB₂ selbst als Ausgangspunkt von Brüchen, und daher kann die Zähigkeit des gesinterten Materials nicht gewährleistet werden, und außerdem kann, weil das feine TiB₂ nicht in der Bindephase dispergiert und verteilt wird, die Funktion der Minimierung der Ausbreitung von Rissen, die in dem gesinterten Material erzeugt werden, wenn es als Werkzeug verwendet wird, nicht erhalten werden, und die Zähigkeit des gesinterten Materials wird verringert und die Lebensdauer als Werkzeug wird verkürzt.
Verfahren zur Herstellung von cBN-Sintermaterial
Ein Beispiel eines Verfahrens zur Herstellung des cBN-Sintermaterials der vorliegenden Erfindung mit ausgezeichneter Zähigkeit wird nachstehend beschrieben.
Herstellung eines Rohmaterialpulvers mit einer die Bindephase bildenden Komponente
Für ein Rohmaterialpulver, das die Bindephase bildet, wird ein Rohmaterial für die Dispersion und Verteilung von TiB₂ in der Bindephase und ein Hauptmaterial für die Bindephase hergestellt. Als Rohmaterial für die Dispersion und Verteilung von TiB₂ in der Bindephase werden Al₂O₅Ti-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 50 nm und cBN-Partikel mit einer durchschnittlichen Korngröße von weniger als 100 nm hergestellt. Dieses Al₂O₅Ti -Pulver ist im Handel erhältlich und zeigt zum Beispiel ein XRD, wie in 2 gezeigt. Das Al₂O₅Ti-Pulver und das feine cBN-Pulver werden in einen z. B. mit Hartmetall ausgekleideten Behälter zusammen mit Hartmetallkugeln und Aceton gefüllt, mit einem Deckel bedeckt und dann zerkleinert und durch eine Kugelmühle gemischt, um das Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der gleichmäßig gemischten feinen Bindephase zu erhalten. Ferner werden als Hauptrohmaterial der Bindephase übliche bekannte Bindephasen bildende Rohmaterialpulver (TiN-Pulver, TiC-Pulver, TiCN-Pulver, Al-Pulver, Al₂O₅Ti-Pulver und dergleichen) hergestellt.
Zerkleinern und Mischen
Diese Rohmaterialpulver werden in einen z. B. mit Hartmetall ausgekleideten Behälter zusammen mit Hartmetallkugeln und Aceton gefüllt, mit einem Deckel bedeckt und dann durch eine Kugelmühle zerkleinert und gemischt.
Dann wird cBN-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,5 bis 8,5 um, das gemacht wird, um als harte Phase zu dienen, zugegeben und weiteres Mischen wird mit der Kugelmühle durchgeführt.
Formen und Sintern
Als nächstes wird das erhaltene Rohmaterialpulver des gesinterten Materials bei einem vorbestimmten Druck geformt, um einen Grünling herzustellen, und der Grünling wird vorbereitend bei 900 bis 1300 °C gesintert und dann in eine Ultrahochdruck-Sintervorrichtung überführt und bei einem Druck von 5 GPa und einer vorbestimmten Temperatur innerhalb eines Bereichs von beispielsweise 1200 °C bis 1600 °C gesintert und somit ein cBN-Sintermaterial der vorliegenden Erfindung hergestellt.
CBN-Werkzeug:
Ein aus einem cBN-basierten ultrahochdruckgesinterten Material für einen Werkzeugkörper hergestelltes Schneidwerkzeug, welches ein cBN-Sintermaterial mit ausgezeichneter Zähigkeit verwendet, weist eine ausgezeichnete Bruchfestigkeit selbst bei Hochgeschwindigkeits-Schneidarbeiten beispielsweise von Stahl mit hoher Härte auf und zeigt eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit über eine lange Nutzungsdauer.
Methode zur Messung jedes der numerischen Werte:
Für jeden der numerischen Werte, die in der vorliegenden Erfindung spezifiziert sind, wird ein Meßverfahren beschrieben.
Mittlere Korngröße von in der Bindephase enthaltenem TiB₂:
Um die durchschnittliche Korngröße von in der Bindephase enthaltenem TiB₂ zu messen, wird unter Verwendung der Auger-Elektronenspektroskopie (nachstehend als AES bezeichnet) für eine Querschnittsstruktur des cBN-Sintermaterials ein Verteilungsbild von elementarem Ti und elementarem B erhalten. In dem erhaltenen Bild wird ein Abschnitt, in dem elementares Ti und elementares B überlappen, mittels Bildverarbeitung extrahiert, und die durchschnittliche Korngröße wird auf der Basis einer maximalen Länge jedes durch Bildanalyse erhaltenen Partikels berechnet. Für die Bildanalyse kann beispielsweise die maximale Länge erhalten werden, indem ein Feret-Durchmesser jedes Partikels erhalten wird. Ferner kann ein Prozess zum Trennen eines Abschnitts, in dem die TiB₂-Partikel als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, durchgeführt werden, das heißt, die TiB₂-Partikel, die als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, können z. B. mittels Wasserscheide, die eines der Bildverarbeitungsverfahren darstellt, getrennt werden.
Bei der Berechnung der durchschnittlichen Korngröße von TiB₂ wird zuerst die maximale Länge jedes Partikels, der auf der Grundlage des Verteilungsbildes des elementaren Ti und des elementaren B in einem Bild als TiB₂ erkannt wird, als ein Durchmesser jedes Partikels genommen. Aus diesen Durchmessern wird ein kumulatives Volumen gemäß einem Volumen jedes Partikels berechnet, auf der Basis dieses kumulativen Volumens wird ein Graph mit einer vertikalen Achse als Volumenprozent [%] und einer horizontalen Achse als Durchmesser [µm] gezeichnet, ein Durchmesser bei einem Volumenprozentsatz von 50% wird als die durchschnittliche Korngröße von TiB₂ angesetzt, dieses Verfahren wird für 3 Bilder durchgeführt, und ein Durchschnittswert davon wird als die durchschnittliche Korngröße [µm] von TiB₂ angesetzt. Wenn die Partikelanalyse durchgeführt wird, wird eine Länge (µm) pro Pixel unter Verwendung eines Skalenwerts eingestellt, der im Voraus durch AES ermittelt wurde. Für die Bildverarbeitung wird eine Bildfläche von etwa 5,0 µm × 3,0 µm als Untersuchungsbereich bevorzugt.
Gehalt an TiB₂ im gesinterten Material:
Um ein Mengenverhältnis von TiB₂ in dem cBN-Sintermaterial zu erhalten, wird ein Verteilungsbild des elementaren Ti und des elementaren B für eine Querschnittsstruktur des cBN-Sintermaterials mittels AES erhalten. In dem erhaltenen Bild wird ein Abschnitt, in dem das elementare Ti und das elementare B überlappen, durch Bildverarbeitung als TiB₂ extrahiert, eine durch TiB₂ belegte Fläche wird durch die Bildanalyse berechnet, und ein durch TiB₂ belegtes Verhältnis wird erhalten. Dieses Verfahren wird für mindestens 3 Bilder durchgeführt, und ein Durchschnittswert der erhaltenen Werte wird als das Mengenverhältnis von TiB₂ angesetzt. Für die Bildverarbeitung wird eine Bildfläche von etwa 5,0 µm × 3,0 µm als Untersuchungsbereich bevorzugt.
Durchschnittliche Korngröße von cBN-Partikeln:
Die durchschnittliche Korngröße der cBN-Partikel kann wie folgt erhalten werden.
Ein Sekundärelektronenbild wird erhalten, indem die cBN-Sintermaterialstruktur in einer Querschnittsstruktur des cBN-Sintermaterials mittels SEM untersucht wird. Ein Teil der cBN-Partikel in dem erhaltenen Bild wird durch Bildverarbeitung (Binarisierung) extrahiert, wie in 3 dargestellt, und die durchschnittliche Korngröße wird auf der Basis der maximalen Länge jedes Partikels berechnet, das aus der Bildanalyse erhalten wird. Wenn der Teil der cBN-Partikel in dem Bild durch die Bildverarbeitung extrahiert wird, wird das Bild monochrom mit 256 Abstufungen von 0 für Schwarz bis 255 für Weiß angezeigt, und eine Binärisierungsverarbeitung wird durchgeführt, um die cBN-Partikel und die Bindephase klar zu bestimmen, so dass die cBN-Partikel schwarz werden, wobei ein Bild mit einem Pixelwert verwendet wird, bei dem ein Verhältnis eines Pixelwerts des cBN-Partikelabschnitts zu einem Pixelwert des Bindephasenabschnitts 2 oder mehr beträgt.
Ein Durchschnittswert wird in einem Bereich von etwa 0,5 µm × 0,5 µm einer Fläche zur Bestimmung des Pixelwerts des cBN-Partikelabschnitts oder des Bindephasenabschnitts erhalten, und der Durchschnittswert wird von mindestens drei verschiedenen Stellen in dem gleichen Bild erhalten, vorzugsweise eingestellt bei jedem Kontrast.
Ferner wird nach der Binärisierungsverarbeitung das Verfahren zum Trennen eines Abschnitts, in dem die cBN-Partikel als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, durchgeführt, das heißt, die cBN-Partikel, die als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, werden beispielsweise unter Verwendung einer Wasserscheide getrennt.
Ein Abschnitt (schwarzer Abschnitt), der den cBN-Partikeln in dem Bild entspricht, das nach der Binärisierungsverarbeitung erhalten wird, wird einer Partikelanalyse unterzogen, und eine erhaltene maximale Länge wird als die maximale Länge jedes Partikels angesetzt und als der Durchmesser jedes Partikels angenommen. Zur Partikelanalyse zur Bestimmung der maximalen Länge wird beispielsweise ein Wert einer größeren Länge von zwei Längen, die durch Berechnen des Feret-Durchmessers in Bezug auf ein cBN-Partikel erhalten wird, als die maximale Länge genommen, und der Wert wird als der Durchmesser jedes Partikels genommen. Aus diesem Durchmesser wird ein kumulatives Volumen bis zu einem Volumen jedes Partikels berechnet, auf der Basis dieses kumulativen Volumens wird ein Graph mit einer vertikalen Achse als Volumenprozent [%] und einer horizontalen Achse als Durchmesser [µm] gezeichnet, ein Durchmesser bei einem Volumenprozentsatz von 50% wird als die durchschnittliche Korngröße der cBN-Partikel angesetzt, dieses Verfahren wird für 3 Bilder durchgeführt, und ein Durchschnittswert davon wird als die durchschnittliche Korngröße [µm] der cBN-Partikel angesetzt. Wenn die Partikelanalyse durchgeführt wird, wird eine Länge (µm) pro Pixel unter Verwendung eines Skalenwerts eingestellt, der im Voraus durch SEM ermittelt wurde. Wenn die mittlere Korngröße der cBN-Partikel 3 µm beträgt, ist für die Bildverarbeitung eine Bildfläche von etwa 15,0 µm × 15,0 µm als Untersuchungsbereich bevorzugt.
Gehalt an cBN-Partikeln im gesinterten Material:
Um ein Mengenverhältnis der cBN-Partikel zu erhalten, das von dem cBN-Sintermaterial abhängt, wird die Querschnittsstruktur des cBN-Sintermaterials mittels SEM untersucht, ein Teil der cBN-Partikel in dem erhaltenen Sekundärelektronenbild wird durch Bildverarbeitung extrahiert, eine durch die cBN-Partikel belegte Fläche wird durch Bildanalyse berechnet, ein durch die cBN-Partikel besetztes Verhältnis in einem Bild wird erhalten und ein Durchschnittswert von Werten, die durch Durchführen dieses Verfahrens an mindestens 3 Bildern erhalten werden, wird als das Mengenverhältnis von cBN-Partikeln angenommen. Wenn beispielsweise die durchschnittliche Korngröße der cBN-Partikel 3 µm beträgt, ist eine Bildfläche von etwa 15 µm × 15 µm als Untersuchungsbereich für die Bildverarbeitung bevorzugt.
Bestätigung der Anwesenheit von TiB₂-Partikeln in Kontakt mit cBN-Partikeln und Berechnung der langen Achse:
Im Falle des Mengenverhältnisses des TiB₂, das von dem cBN-Sintermaterial abhängt, wird in dem Verteilungsbild des elementaren Ti, des elementaren B und des elementaren N, das durch AES für eine Querschnittsstruktur des cBN-Sintermaterials erhalten wurde, ein Anteil in dem das elementare Ti und das elementare B überlappen, als TiB₂ identifiziert, und ein Anteil, in dem das elementare B und das elementare N überlappen, wird als cBN spezifiziert, und TiB₂ in Kontakt mit dem spezifizierten cBN-Anteil wird als TiB₂ in Kontakt mit einem cBN-Partikel angesetzt. TiB₂ in Kontakt mit cBN-Partikeln wird durch Bildverarbeitung extrahiert, und eine maximale Länge jedes durch Bildanalyse erhaltenen Partikels wird als eine lange Achse von TiB₂ in Kontakt mit einem cBN-Partikel genommen.
Wenn der Anteil von TiB₂, der mit den cBN-Partikeln in dem Bild in Kontakt ist, durch Bildverarbeitung extrahiert wird, wird das Bild monochrom mit 256 Abstufungen von 0 für Schwarz bis 255 für Weiß angezeigt, und die Binärisierungsverarbeitung wird so durchgeführt, dass TiB₂ in Kontakt mit cBN-Partikel schwarz wird. Ferner wird nach der Binärisierungsverarbeitung der Prozess des Abtrennens eines Abschnitts, in dem die mit den cBN-Partikeln in Kontakt stehenden TiB₂-Partikel als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, durchgeführt, das heißt, die TiB₂-Partikel in Kontakt mit den cBN-Partikeln, die als miteinander in Kontakt stehend angesehen werden, werden z. B. mittels Wasserscheide getrennt.
Ein Abschnitt (schwarzer Abschnitt), der TiB₂ in Kontakt mit den cBN-Partikeln in dem Bild entspricht, das nach der Binärisierungsverarbeitung erhalten wird, wird einer Partikelanalyse unterzogen, und eine erhaltene maximale Länge wird als die lange Achse jedes Partikels angesetzt. Wenn die Partikelanalyse durchgeführt wird, wird eine Länge (µm) pro Pixel unter Verwendung eines Skalenwerts eingestellt, der im Voraus durch SEM ermittelt wurde.
Verhältnis PN_TB / PN_BN der Anzahl PN_TB von cBN-Partikeln in Kontakt mit Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zu der Anzahl PN_BN von cBN-Partikeln, die in dem cBN-Sintermaterial enthalten sind:
In einem Häufigkeitsverhältnis von cBN in Kontakt mit TiB₂ mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr wird die Gesamtanzahl PN_BN1 der cBN-Partikel in einem Bild erhalten, die Anzahl PN_TB1 von cBN-Partikeln in Kontakt mit TiB₂ mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr unter den TiB₂-Partikeln in Kontakt mit den cBN-Partikeln, wie oben bestätigt, wird erhalten, PN_TB1 / PN_BN1 wird erhalten, und ein Durchschnittswert von Werten, die durch Durchführen dieses Verfahrens mit mindestens 3 Bildern erhalten werden, wird als das Verhältnis PN_TB / PN_BN der Anzahl PN_TB der cBN-Partikel in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zu der Anzahl PN_BN von cBN-Partikeln, die in dem cBN-Sintermaterial enthalten sind, angesetzt.
Nachstehend wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Beispiele
Bei der Herstellung des cBN-Sintermaterials der Ausführungsform wurden Al₂O₅Ti-Pulver als Ausgangsmaterial für die Dispersion und Verteilung von TiB₂ in der Bindephase und cBN-Pulver als Rohmaterialpulver zur Bildung der Bindephase hergestellt, und ein Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid in der Bindephase, in der jedes dieser Pulver mit einer gewünschten durchschnittlichen Korngröße mit einer Kugelmühle gemischt und zerkleinert wurde, um die Korngröße oder die Dispersion von TiB₂ in dem cBN-Sintermaterial zu steuern, wurde hergestellt.
Zum Beispiel wurden Al₂O₅Ti -Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 10 nm und cBN-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 80 nm hergestellt, zusammen mit Hartmetallkugeln und Aceton in einen mit Hartmetall ausgekleideten Behälter gefüllt, mit einem Deckel bedeckt und dann unter Verwendung einer Kugelmühle für 6 Stunden zerkleinert und gemischt, und dann wurde die gemischte Aufschlämmung getrocknet, um das Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid in einer feinen Bindephase zu erhalten, in der das Al₂O₅Ti-Pulver und das cBN-Pulver gleichmäßig gemischt wurden.
Wie in Tabelle 1 beschrieben, wurden Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid in einer feinen Bindephase mit unterschiedlichen Partikelgrößen hergestellt, indem eine Kombination der durchschnittlichen Korngröße des Al₂O₅Ti-Pulvers und des cBN-Pulvers oder eine Mischzeit mit der Kugelmühle verändert wurde.
Die Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase, wie oben beschrieben, und 0,3 µm bis 0,9 µm TiN-Pulver, TiC-Pulver, TiCN-Pulver, Al-Pulver und Al₂O₅-Pulver wurden hergestellt und zusammengemischt, so dass das Mengenverhältnis der cBN-Partikel nach dem Sintern 36 bis 80 Vol.-% betrug, wobei eine Gesamtmenge mehrerer aus diesen Rohmaterialpulvern ausgewählter Rohmaterialpulver zur Bildung der Bindephase, sowie von grobem cBN-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,5 µm bis 8,5 µm als cBN Rohmaterial für eine harte Phase als 100 Vol.-% angesetzt wurden, und dann wurde nass gemischt und getrocknet.
Dann wurde das erhaltene Sintermaterial-Rohmaterialpulver zu einer Größe von 50 mm Durchmesser × 1,5 mm Dicke bei einem Formdruck von 1 MPa preßgeformt und der Grünling wurde bei einer vorbestimmten Temperatur innerhalb eines Bereichs von 900 bis 1300 °C in einer Vakuumatmosphäre bei einem Druck von 1 Pa oder weniger gehalten und vorläufig gesintert, dann in eine Ultrahochdruck-Sintervorrichtung überführt und bei einer vorbestimmten Temperatur von 1400 °C und einem Druck von 5 GPa gesintert und so cBN-Sintermaterialien 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung (als Beispiele 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung bezeichnet), die in Tabelle 2 gezeigt sind, hergestellt.
Ein Hauptzweck der auf den Grünling angewandten Wärmebehandlung bestand darin, ein Lösungsmittel zum Zeitpunkt des Naßmischens zu entfernen.
Bei dem oben beschriebenen Herstellungsverfahren ist es bevorzugt, eine Oxidation der Rohmaterialpulver in dem Verfahren bis zum Ultrahochdruck-Sintern zu verhindern, und insbesondere ist es bevorzugt, sie in einer nicht-oxidierenden Schutzatmosphäre zu handhaben.

[Tabelle 1]

Klassifizierung	Mittlere Korngröße des Rohmaterialpulvers zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid in der Bindephase (nm)		ZerkleinerungsBedingungen
Klassifizierung	Al₂O₅Ti	cBN	Mischungszeit mittels Kugelmühle (Stunden)
A	10	80	6
B	10	80	48
C	25	80	6
D	50	100	3
E	50	100	12

[Tabelle 2]

Klassifizierung		Klassifizierung der Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid	cBN		TiB₂ Gehalt (vol%)	Mittlere Korngröße von TiB₂ (nm)	Zusammensetzung der Bindephase (XRD Peaks)	Wert von PN_TB/PN_BN (Zahlenverhältnis)
Klassifizierung			Gehalt (errechneter Wert) (vol%)	Mittlere Korngröße (µm)	TiB₂ Gehalt (vol%)	Mittlere Korngröße von TiB₂ (nm)	Zusammensetzung der Bindephase (XRD Peaks)	Wert von PN_TB/PN_BN (Zahlenverhältnis)
Sintermaterialien der vorliegenden Erfindung	1	B	54	1,1	5,2	10	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0
	2	A	53	0,9	4,7	27	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0
	3	C	55	1,1	5,1	49	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,01
	4	A+B	80	0,5	0,8	21	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0
	5	A+C	56	1,0	7,3	114	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,02
	6	E	36	1,8	3,1	128	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,02
	7	A+E	40	4,3	6,0	171	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,02
	8	D	56	1,4	4,8	200	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,05
	9	B	43	1,3	10,0	64	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0,01
	10	B	76	4,7	0,2	12	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0
	11	B+C	78	0,5	1,2	80	TiN, TiC, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0,01
	12	A	61	6,0	2,4	27	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0
	13	A	57	8,0	3,7	31	TiCN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0
	14	B	62	0,3	3,3	11	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0
	15	B	57	2,6	7,9	78	TiC, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0,01

Zum Vergleich wurden die Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der in Tabelle 3 gezeigten feinen Bindephase und TiN-Pulver, TiC-Pulver, TiC-Pulver, AI-Pulver und Al₂O₅-Pulver von 0,3 µm bis 0,9 µm hergestellt und gemischt, so dass das Mengenverhältnis der cBN-Partikel nach dem Sintern 44 bis 67 Vol.% betrug, wobei eine Gesamtheit mehrerer aus diesen Rohmaterialpulvern ausgewählter Rohmaterialpulver zur Bildung der Bindephase, sowie von grobem cBN-Pulver mit einer durchschnittlichen Korngröße von 0,5 µm bis 6,5 µm als cBN Rohmaterial als 100 Vol.-% angesetzt wurde, und dann wurde nass gemischt und getrocknet.
Danach wurde ein Grünling unter den gleichen Bedingungen wie die gesinterten Materialien 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung hergestellt und dann einer Hitzebehandlung unterzogen, und dieser Grünling wurde bei Ultrahochdruck und einer hohen Temperatur den gleichen Bedingungen wie die gesinterten Materialien 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung unterworfen und somit cBN-Sintermaterialien 1 bis 10 der Vergleichsbeispiele (nachfolgend als gesinterte Materialien der Vergleichsbeispiele bezeichnet), die in Tabelle 4 gezeigt sind, hergestellt.
Wie aus Tabelle 4 hervorgeht, war das gesinterte Material 1 des Vergleichsbeispiels ein cBN-Sintermaterial, das das Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der feinen Bindephase nicht aufweist; und die gesinterten Materialien 2 und 3 der Vergleichsbeispiele waren cBN-Sintermaterialien, in denen nur eines von dem Al₂O₅Ti-Pulver und dem cBN-Pulver der Rohmaterialpulver zur Herstellung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase verwendet wurde. So veränderte sich der Zustand der TiB₂-Bildung; und das Verhältnis PN_TB / PN_BN der Anzahl PN_TB der cBN-Partikel in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zu der Anzahl PN_BN von cBN-Partikeln, die in dem cBN-Sintermaterial enthalten sind, lag außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung . Die gesinterten Materialien 4 und 5 waren cBN-Sintertmaterialien, in denen der Gehalt an TiB₂ aufgrund von Mengen an Rohmaterialpulvern, die zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase verwendet wurden, außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung lag. Das gesinterte Material 6 des Vergleichsbeispiels war ein cBN-Sintermaterial, bei dem die Korngröße von TiB₂ in der Bindephase aufgrund der Zerkleinerungsbedingungen des Rohmaterialpulvers zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung lag. Das gesinterte Material 7 des Vergleichsbeispiels war ein cBN-Sintermaterial, in dem das cBN-Pulver des Rohmaterialpulvers zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase auf hBN eingestellt war. Somit lag die Korngröße von TiB₂ in der Bindephase außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung. Die gesinterten Materialien 8 bis 10 der Vergleichsbeispiele waren cBN-Sintermaterialien, in denen aufgrund der verwendeten Menge des Rohmaterialpulvers zur Bildung und Dispersion des Ti-Borids in der Bindephase zwei oder mehr der folgenden Merkmale: Gehalt an TiB₂; Korngröße von TiB₂; und Verhältnis PN_TB / PN_BN der Anzahl PN_TB von cBN-Partikeln in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zu der Anzahl PN_BN von cBN-Partikeln, die in dem gesinterten cBN-Material enthalten sind, außerhalb des Bereichs der vorliegenden Erfindung lagen.

[Tabelle 3]

Klassifizierung	Mittlere Korngröße des Rohmaterialpulvers zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid in der Bindephase (nm)			ZerkleinerungsBedingungen
Klassifizierung	Al₂O₅Ti	cBN	hBN	Mischungszeit mittels Kugelmühle (Stunden)
a	-	80	-	-
b	25	-	-	-
c	10	80	-	6
d	25	80	-	6
e	25	80	-	96
f	50	-	100	3

[Tabelle 4]

Klassifizierung		Klassifizierung der Rohmaterialpulver zur Bildung und Dispersion von Ti-Borid	cBN		TiB₂ Gehalt (vol%)	Mittlere Korngröße von TiB₂ (nm)	Zusammensetzung der Bindephase (XRD Peaks)	Wert von PN_TB/PN_BN (Zahlenverhältnis)
Klassifizierung			Gehalt (errechneter Wert) (vol%)	Mittlere Korngröße (µm)	TiB₂ Gehalt (vol%)	Mittlere Korngröße von TiB₂ (nm)	Zusammensetzung der Bindephase (XRD Peaks)	Wert von PN_TB/PN_BN (Zahlenverhältnis)
Vergleichs-Sintermaterialien	1	Nicht verwendet	56	1,3	5,4	267	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,53
	2	a	53	1,5	5,7	187	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,47
	3	b	48	1,5	4,5	143	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,26
	4	c	44	1,4	20,1	153	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,05
	5	d	67	2,1	0,05	48	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,02
	6	e	65	1,2	4,2	3	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0
	7	f	54	1,0	4.6	300	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,05
	8	c	57	1,1	22,8	193	TiC, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,37
	9	d	50	3,1	18,4	294	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃	0,44
	10	e	53	5,7	17,1	121	TiN, TiB₂, AlN, Al₂O₃, WC	0,32

Als nächstes wurden die Beispiele 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung und die Vergleichsbeispiele 1 bis 10, die wie oben beschrieben hergestellt wurden, mit einer Drahterodiermaschine auf vorbestimmte Abmessungen geschnitten und an einen Lötabschnitt (Eckabschnitt) eines aus WC-basiertem Hartmetall gebildeten Einsatzkörpers mit einer Zusammensetzung, umfassend 5 Massen-% Co, 5 Massen-% TaC und einen Rest von WC, und einer Einsatzform gemäß ISO-Standard CNGA 120408, unter Verwendung eines Ag-Legierungslötmaterials mit einer Zusammensetzung, umfassend 26 Massen-% Cu , 5 Massen-% Ti und einen Rest von Ag, gelötet, gefolgt von Polieren der oberen und unteren Oberflächen und einer Außenseite davon und einer Honbehandlung, wodurch die cBN-basierten Ultrahochdruck-Sintermaterial-Schneidwerkzeuge 1 bis 15 mit einer Einsatzform gemäß ISO-Standard CNGA 120408 der vorliegenden Erfindung (als Werkzeuge gemäß der Beispiele der vorliegenden Erfindung bezeichnet) und die cBN-basierten Ultrahochdruck-Sintermaterial-Schneidwerkzeuge 1 bis 10 der Vergleichsbeispiele (als Werkzeuge der Vergleichsbeispiele bezeichnet) hergestellt wurden.
Als nächstes wurden die Werkzeuge der Beispiele 1 bis 15 der vorliegenden Erfindung und die Werkzeuge der Vergleichsbeispiele 1 bis 10 unter den folgenden Schneidbedingungen Schneidarbeiten unterworfen und die Lebensdauer der Werkzeuge (Anzahl der Male) bis zum Auftreten von Absplitterungen gemessen.
<Schneidbedingungen>
Ein Trockenschneidetest von Stahl mit hoher Härte wird unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Werkstück: Rundstab aus einsatzgehärtetem Stahl mit 8 vertikalen Rillen in regelmäßigen Abständen in Längsrichtung (JIS / SCM 415, Härte: HRC 58 bis 62)
Schnittgeschwindigkeit: 200 m / min
Schnitttiefe: 0,1 mm
Zuführung: 0,1 mm / U

Die Anzahl von einzelnen Schneidvorgängen, bevor eine Schneidkante eines jeden Werkzeugs absplitterte oder brach, wurde als Lebensdauer des Werkzeugs angesetzt, die Schneidkante wurde nach jeweils 500 einzelnen Vorgängen untersucht und das Vorhandensein oder Fehlen von Absplitterungen und Brüchen an der Schneidkante wurde überprüft.
Tabelle 5 zeigt die Ergebnisse des obigen Schneidetests.

[Tabelle 5]

Klassifizierung	Werkzeug Lebensdauer (intermittierende Anzahl)	Klassifizierung	Werkzeug Lebensdauer (intermittierende Anzahl)
Werkzeug gemäß Beispiel 1 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 15.500 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 1	Brechen (nach 2.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 2 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 16.500 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 2	Absplittern (nach 3.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 3 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 18.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 3	Brechen (nach 3.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 4 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 14.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 4	Brechen (nach 2.500 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 5 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 16.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 5	Brechen (nach 2.500 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 6 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 10.500 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 6	Brechen (nach 3.500 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 7 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 12.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 7	Absplittern (nach 3.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 8 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 14.500 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 8	Absplittern (nach 3.000 times)
Werkzeug gemäß Beispiel 9 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 15.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 9	Absplittern (nach 2.500 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 10 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 16.000 Mal)	Werkzeug gemäß Vergleichsbeispiel 10	Absplittern (nach 3.500 Mal)
Beispiel 11 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 15.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 12 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 15.500 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 13 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 12.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 14 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 14.000 Mal)
Werkzeug gemäß Beispiel 15 der vorliegenden Erfindung	Absplittern (nach 15.500 Mal)

Mit den in Tabelle 5 gezeigten Ergebnissen wurde gezeigt, dass die Zähigkeit der erfindungsgemäßen Werkzeuge gegenüber den Werkzeugen der Vergleichsbeispiele verbessert wurde, da die Lebensdauer der Werkzeuge ohne Auftreten unerwarteter Absplitterungen der Schneidkanten verlängert wurde.
Industrielle Anwendbarkeit
Wenn die cBN-Sintermaterialien mit hervorragender Zähigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung als Werkzeugkörper eines cBN-Werkzeugs verwendet werden, weisen diese hervorragende Bruchbeständigkeit über eine lange Verwendungszeit auf, ohne dass Absplitterungen oder Brüche auftreten,und die Werkzeug-Lebensdauer ist verlängert, so dass es möglich ist, die Verbesserung der Leistung von Schneidmaschinen, Arbeits- und Energieeinsparungen im Schneidprozess und die Kostenreduktion zufriedenstellend zu unterstützen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2017038471 [0002]
JP 2008528413 [0007]
JP 2011207689 [0007]
JP 5804448 [0007]
JP 201483664 [0007]

Claims

Ein cBN-Sintermaterial für einen Werkzeugkörper, der cBN-Partikel und eine Bindephase enthält, worin die Bindephase des gesinterten Materials ein Ti-Borid enthält, eine durchschnittliche Korngröße des Ti-Borids 10 nm bis 200 nm beträgt und ein Gehalt davon in dem gesinterten Material 0,2 Vol.-% bis 10 Vol.-% beträgt, und ein Verhältnis (PN_TB / PN_BN) der Anzahl (PN_TB) der cBN-Partikel in Kontakt mit dem Ti-Borid mit einer langen Achse von 150 nm oder mehr zur Gesamtanzahl (PN_BN) von cBN-Partikeln 0,05 oder weniger beträgt.
cBN-Sintermaterial gemäß Anspruch 1, worin die cBN-Partikel eine durchschnittliche Korngröße von 0,5 µm bis 6,0 µm aufweisen und ein Gehalt davon 40 Vol.-% bis 78 Vol.-% beträgt.
Ein Schneidwerkzeug mit einem Werkzeugkörper, der aus dem cBN-Sintermaterial nach Anspruch 1 oder 2 gebildet ist.