[發明專利]立方氮化硼燒結體工具

有效

• 申請號: 201180006194.0
• 申請日: 2011-10-07
• 公開（公告）號: CN102712048A
• 公開（公告）日: 2012-10-03
• 發明（設計）人: 岡村克己;阿部真知子;久木野曉
• 申請（專利權）人: 住友電工硬質合金株式會社
• 主分類號: B23B27/14
• 分類號: B23B27/14;B23B27/20;C04B35/583
• 代理公司: 北京天昊聯合知識產權代理有限公司 11112
• 代理人: 丁業平;張天舒

技術領域

本發明涉及立方氮化硼燒結體工具，特別是具有優異的耐熱性和耐崩裂性的立方氮化硼燒結體工具。

背景技術

與常規硬質合金相比，立方氮化硼（下文中也稱為“cBN”）燒結體工具所采用的cBN燒結體因其化學穩定性、對鐵的低親和性以及高硬度，從而被認為是一種高效的、具有長使用壽命的材料。當將這種cBN燒結工具用作切削工具時，它具有柔韌性優于磨削工具、環境負荷小等優點。因此，cBN燒結體工具在難加工的鐵系材料的加工中取代了常規工具。

cBN燒結體主要分為兩種組成，即，高cBN含量燒結體和低cBN含量燒結體。前者具有高的cBN含有率，其中cBN顆粒彼此結合，并且余物由含有Co和/或Al作為主要成分的結合劑結合在一起。后者具有較低的cBN顆粒含有率，因此所表現出的cBN顆粒之間的接觸率低，并且通過諸如Ti的氮化物（TiN）和Ti的碳化物（TiC）之類的對鐵的親和性低的陶瓷結合在一起。這兩種cBN燒結體由于cBN含有率的不同，相對應的切削加工的工件也不同。下文將對每種cBN燒結體所適合的工件進行說明。

在對鐵系燒結部分進行切削加工、以及對灰鑄鐵進行切削加工時，由于切屑容易分斷為小片，因此不容易產生由切屑所導致的剪切熱，其中，在對鐵系燒結部分進行切削加工中，與硬顆粒接觸而造成的機械磨損和損傷是主要的；在對灰鑄鐵進行切削加工中，由高速斷續機械加工產生的熱沖擊所造成的損傷是主要的。在對這種材料進行切削加工時，適宜通過使用前者（高cBN含量燒結體）來進行機械加工。換言之，在對灰鑄鐵等進行切削加工時，由于cBN的優異的機械性能（高硬度、高強度、高韌性）和高導熱率，因此高cBN含量燒結體具有顯著的穩定性和長使用壽命。

然而，在將高cBN含量燒結體應用于硬化鋼的機械加工時，會因高硬度和連續產生切屑而導致產生剪切熱。高cBN含量燒結體的切削刃被暴露在高溫下，cBN和鐵之間的反應致使磨損快速發展。由此無法獲得足夠長的工具使用壽命。

因此，對硬化鋼進行機械加工時，優選使用低cBN含量燒結體。換言之，由于低cBN含量燒結體含有大量的基于TiN或TiC陶瓷的結合劑，該結合劑在高溫下對鐵的親和性低，因此低cBN含量燒結體尤其在高溫下表現了優異的耐磨性。工具使用壽命可以達到常規工具的十倍至幾十倍。具有這樣性質的低cBN含量燒結體打開了硬化鋼的切削市場。

近來在汽車產業領域，一些汽車制造廠開始使用非常薄的高強度鑄鐵部件，致力于改善性能并減輕汽車的重量。例如，將由片狀石墨鑄鐵制成的汽缸體改良為由蠕墨鑄鐵制成的汽缸體，并將差速器箱（一種汽車部件）的材料由FCD450改為FCD700。FCD的后三位數字表示抗張強度，數值越大意味著強度越高。隨著這種材料的更替，人們開始需要一種能夠以高效率和高精度加工高強度鑄鐵材料的工具。

使用常規硬質合金工具和陶瓷工具時，只能在至多200m/分鐘的速度下對諸如球墨鑄鐵之類的高強度材料進行機械加工。此外，即使使用常規的cBN燒結體工具，切削速度也最多為300m/分鐘至400m/分鐘，并且工具的使用壽命也沒達到滿意的水平。

例如，日本專利特開No.08-120391（PTL?1）公開了能夠以長使用壽命切削球墨鑄鐵的cBN燒結體的組成。具體而言，根據專利文獻1所述，通過采用Hf、TiHf、元素周期表中的IVa族元素、Va族元素、VIa族元素中任意元素的碳氮化物作為構成cBN燒結體的結合相的主要組分，由此使cBN燒結體獲得長使用壽命。然而，需要進一步改善專利文獻1中的cBN燒結體的耐磨性，從而滿足當前對高速和長使用壽命的需求。

此外，日本專利特開No.2008-222485（PTL?2）和WO2007/057995（PTL?3）公開了一種被覆復合燒結體，這種被覆復合燒結體具有被陶瓷包覆的高cBN含量燒結體。然而，作為任何被覆復合燒結體基材的cBN燒結體均不具備充分的耐磨性。需要進一步改善耐磨性。

此外，日本專利特開No.2000-044347（PTL?4）和日本專利特開No.2000-044350（PTL?5）公開了一種cBN燒結體，其是通過用諸如TiN和AlN之類的金屬氮化物層包覆cBN顆粒，并將該cBN顆粒與構成結合相的材料一同燒結而獲得的。

引用列表

專利文獻

PTL?1：日本專利特開No.08-120391

PTL?2：日本專利特開No.2008-222485

PTL?3：WO?2007/057995

PTL?4：日本專利特開No.2000-044347