專利名稱：：cBN燒結(jié)體和由cBN燒結(jié)體制成的工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于加工鑄鐵的cBN燒結(jié)體，特別是，本發(fā)明涉及用于加工極難切削的離心鑄鐵的cBN燒結(jié)體以及由該cBN燒結(jié)體制成的工具。
背景技術(shù)：
：通常，立方氮化硼具有僅次于金剛石的高硬度以及優(yōu)異的導(dǎo)熱性，并且與金剛石相比，其對(duì)鐵的親和力更低。因此，主要由立方氮化硼構(gòu)成的工具材料己經(jīng)被用于對(duì)淬火鋼或鑄鐵進(jìn)行精切削的工具。例如，專利文獻(xiàn)1公開了一種燒結(jié)體，其含有50體積％至80體積％的立方氮化硼以及50體積％至20體積％的粘結(jié)劑相，所述粘結(jié)劑相是由選自TiC、TiN、TiCN中的至少一種鈦化合物以及鋁形成的，并且粘結(jié)劑相中鋁的含量為30體積％至70體積％。該燒結(jié)體被用于鑄鐵的高速切削。此外，專利文獻(xiàn)2公開了一種耐磨燒結(jié)體，其利用了Ah03的抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性，該燒結(jié)體由以下組分形成30體積％至70體積％的立方氮化硼；20體積％至50體積％的A1203;以及10體積%至30體積％的、過(guò)渡金屬碳化物和氮化物中的至少一種。此外，專利文獻(xiàn)3公開了一種還含有氧化鋯的燒結(jié)體。該專利文獻(xiàn)中公開的燒結(jié)體由以下組分構(gòu)成40體積％至70體積％的立方氮化硼粉末顆粒；15體積％至45體積％的氮化鈦，其作為粘結(jié)劑相的主要組分；以及15體積％至35體積％的由SiC針狀晶體和A1203、Zr02、A1N形成的粉末顆粒混合物，其作為粘結(jié)劑相的次要組分，上述粘結(jié)劑相的次要組分由5體積％至15體積％的SiC針狀晶體和50體積％至65體積％的A1203、1體積％至5體積％的Zr02、20體積％至40體積°/。的A1N組成。在對(duì)高硬度材料(例如淬火鋼或硬質(zhì)合金)、耐熱合金等進(jìn)行切削或塑性加工時(shí)，該燒結(jié)體使得粘結(jié)劑相保持立方氮化硼粉末顆粒的能力得到提高，并且使得高溫時(shí)的耐磨性得到改善。專利文獻(xiàn)l:日本專利公開No.2000-44348專利文獻(xiàn)2:日本專利公開No.7-172923專利文獻(xiàn)3:日本專利No.297120
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問(wèn)題由于離心鑄鐵具有優(yōu)異的機(jī)械性能和低的成本，因此人們對(duì)其特別是作為汽車發(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸套用材料的需求日益增加。該離心鑄鐵的結(jié)構(gòu)包含如在砂型鑄鐵中一樣的片狀石墨珠光體。另一方面，由于珠光體較細(xì)微，因此鑄鐵難以切削。這可能是因?yàn)殍T鐵具有微結(jié)構(gòu)，因而導(dǎo)熱率傾向于較低。因此，在切削時(shí)熱量集中在切削刃，并且鑄鐵與切削刃中的組分由于高溫而彼此發(fā)生反應(yīng)，這導(dǎo)致了上述專利文獻(xiàn)1所公開的燒結(jié)體迅速發(fā)生磨耗。此外，如專利文獻(xiàn)2所公開的那樣，在額外添加了具有優(yōu)異耐化學(xué)反應(yīng)性的八1203作為抗磨耗措施的燒結(jié)體中，在加工難以切削的離心鑄鐵時(shí)，由于八1203的韌性較低并且導(dǎo)熱率也較低，在微結(jié)構(gòu)對(duì)切削刃的機(jī)械和熱量沖擊下，切削刃更易發(fā)生斷裂。上述專利文獻(xiàn)3公開了一種燒結(jié)體，其通過(guò)添加SiC針狀晶體和八1203、Zr02以改善燒結(jié)程度，從而使其韌性得到改善。然而，該燒結(jié)體旨在減少在制備燒結(jié)體的過(guò)程中在燒結(jié)體中潛在引起的裂紋，而不是減少在切削期間引起的裂紋，并且在加工離心鑄鐵時(shí)此種燒結(jié)體并不表現(xiàn)出足夠的韌性。因此，為了對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工，需要有與常規(guī)的燒結(jié)體相比，耐磨性和抗斷裂性得到進(jìn)一步改善的材料。本發(fā)明的目的是提供一種在對(duì)離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)具有更長(zhǎng)壽命的cBN復(fù)合燒結(jié)體。5解決問(wèn)題的手段為了實(shí)現(xiàn)上述目的，據(jù)發(fā)現(xiàn)，由立方氮化硼復(fù)合燒結(jié)體制成的切削工具在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行切削時(shí)表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，其中所述的立方氮化硼復(fù)合燒結(jié)體是通過(guò)在120(TC至1950'C的溫度下、并且在不低于4GPa且不高于7GPa的壓力下燒結(jié)如下的原料粉末而獲得的，所述原料粉末由50體積％至90體積％的立方氮化硼(cBN組分)、1體積％至20體積％的TiC、以及9體積％至50體積％的A1203和Zr02組合構(gòu)成；或者所述原料粉末由40體積％至85體積％的立方氮化硼、0.5體積％至15體積％的TiCN、以及9體積％至50體積％的八1203和Zr02組合構(gòu)成。此處，立方氮化硼在燒結(jié)體原料中的含量被設(shè)定為50體積％至90體積％，優(yōu)選為55體積％至70體積％。當(dāng)cBN組分的含量低于50體積％時(shí)，在對(duì)難以切削的鑄鐵進(jìn)行切削時(shí)強(qiáng)度不足并且切削刃會(huì)斷裂。另一方面，當(dāng)cBN組分的含量高于90體積。/。時(shí)，由于切削過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，立方氮化硼與作為加工材料的鐵之間更容易發(fā)生反應(yīng)，并且傾向于產(chǎn)生磨耗。此外，在粘結(jié)劑中含有TiCN的情況下，立方氮化硼在燒結(jié)體原料中的含量被設(shè)定為40體積％至85體積％。通過(guò)將cBN組分的含量設(shè)置在上述范圍，在對(duì)難以切削的鑄鐵進(jìn)行切削時(shí)能夠獲得足夠的強(qiáng)度，并且能夠抑制切削刃的斷裂。此外，熱磨耗降低。下面將描述粘結(jié)劑。粘結(jié)劑中的TiC在燒結(jié)體原料中的含量被設(shè)定為1體積％至20體積％或更低，并且優(yōu)選被設(shè)定為1體積％至10體積％。此外，TiCN的含量被設(shè)定為0.5體積％至15體積％，并且優(yōu)選為0.5體積％至8體積％。據(jù)認(rèn)為，當(dāng)TiC的含量低于1體積%或者TiCN的含量低于0.5體積％時(shí)，無(wú)法利用TiC或TiCN有效地防止立方氮化硼與鐵進(jìn)行反應(yīng)的特性，并且工具的切削刃傾向于產(chǎn)生磨耗。此外，八1203和Zr02在燒結(jié)體原料中的含量被設(shè)定為9體積％至50體積％或更低，并且優(yōu)選為15體積％至30體積％。八1203等的含量被設(shè)定在上述范圍內(nèi)的原因如下。通過(guò)利用A1203的抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等性能，能夠防止由于鑄鐵與切削刃中的組分之間發(fā)生的反應(yīng)而引起磨耗的進(jìn)展。另一方面，盡管A1203的硬度較髙，但是其韌性較低。因此，當(dāng)僅含有八1203時(shí)，切削刃容易斷裂。為了解決上述問(wèn)題，添加Zr02以改進(jìn)韌性。隨著溫度降低，Zr02單體在從立方晶經(jīng)四方晶向單斜晶的相變過(guò)程中，體積變化較大，并且在從燒結(jié)時(shí)的高溫冷卻至室溫的過(guò)程中，其體積也顯著變化，這會(huì)導(dǎo)致燒結(jié)體產(chǎn)生裂紋。因此，Zr02單體并不適用于待燒結(jié)的原料。此處，一般而言，采用部分穩(wěn)定化的氧化鋯，在該氧化鋯中添加有穩(wěn)定化材料(如Y203、MgO、CaO或ReO)，并且在該氧化鋯中，高溫穩(wěn)定相中的立方晶的穩(wěn)定區(qū)域或者中間相中的四方晶的穩(wěn)定區(qū)域向低溫?cái)U(kuò)展，因此即使在室溫下，立方晶或四方晶也以穩(wěn)定狀態(tài)存在。己知的是，各穩(wěn)定化材料具有其特定的且合適的添加量。例如，對(duì)于穩(wěn)定化材料丫203而言，當(dāng)添加3mol。/。的丫203時(shí)，部分穩(wěn)定化的氧化鋯的撓曲強(qiáng)度最大；并且當(dāng)添加3mol。/?；蚋嗟腨203時(shí)，K^降低。根據(jù)本發(fā)明，據(jù)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)將原料粉末與作為其它原料的cBN、TiC或TiCN—起在超高壓力下燒結(jié)，即使當(dāng)所用的原料粉末添加有不同于合適量(在該合適量時(shí)，部分穩(wěn)定化的氧化鋯最大程度地表現(xiàn)出其性能)的量的穩(wěn)定化材料時(shí)，與使用常規(guī)的穩(wěn)定化材料(例如Y203)時(shí)相比，氧化鋯也更充分地被穩(wěn)定，使得立方晶和四方晶中的任意一者或者二者的組合能夠存在。此處，部分穩(wěn)定化的氧化鋯的主要特性如下室溫下的撓曲強(qiáng)度在750MPa至1800MPa范圍內(nèi)，并且在100CTC下的撓曲強(qiáng)度為300MPa;斷裂韌性IQC在8MPa.m""至12MPa.m—1/2的范圍內(nèi)。Zr02能夠提高韌性的機(jī)理如下當(dāng)將較大的應(yīng)力施加于部分穩(wěn)定化的氧化鋯(其具有這樣的結(jié)構(gòu)在室溫左右的溫度下，立方晶和四方晶同時(shí)存在)時(shí)，隨著體積的膨脹，發(fā)生由四方晶向單斜晶的相變。在較大的應(yīng)力場(chǎng)中產(chǎn)生的裂紋被該體積膨脹所沖壓和擠壓，從而防止了裂紋的擴(kuò)展。因此，能夠提高抗斷裂性。7從本發(fā)明的燒結(jié)體的X射線衍射測(cè)量可見，燒結(jié)體中的氧化鋯的晶體結(jié)構(gòu)中，不僅存在立方晶和四方晶，還存在單斜晶，但是單斜晶的量較小。這可能是因?yàn)槿缟纤?，在燒結(jié)后的冷卻過(guò)程中，所有的氧化鋯顆粒在同時(shí)存在立方晶和四方晶的狀態(tài)下并未充分地發(fā)生部分穩(wěn)定化，在冷卻過(guò)程中有一些顆粒發(fā)生朝向單斜晶的相變。然而，在朝向單斜晶的相變中，體積膨脹了約4.6%。因此，極可能在單斜晶附近產(chǎn)生微小裂紋。因此，為了保持作為切削工具的性能，需要限制單斜晶的存在量，并且鑒于X射線衍射測(cè)量的結(jié)果，理想的是不存在單斜晶的峰，或者即使存在這樣的峰，峰強(qiáng)度比{/頻返(111)+/.,,'<嵐(111)}/U財(cái)通(100)+/#;^(111)}也不高于0.4。艮P，本發(fā)明的cBN燒結(jié)體和由cBN燒結(jié)體制成的工具利用了下面的特征i)一種用于切削工具的cBN燒結(jié)體，所述切削工具至少具有由cBN組分和粘結(jié)劑作為原料而形成的切削部位，所述原料中cBN組分的含量為不低于50體積％且不高于90體積％，在所述原料中所述粘結(jié)劑含有不低于1體積％且不高于20體積％的TiC、以及不低于9體積％且不高于50體積％的A1203和Zr02，并且Zr02/A1203的重量比值不低于0.1且不高于4。ii)一種用于切削工具的cBN燒結(jié)體，所述切削工具至少具有由cBN組分和粘結(jié)劑作為原料而形成的切削部位，所述原料中cBN組分的含量為不低于40體積％且不高于85體積％，在所述原料中所述粘結(jié)劑含有不低于0.5體積％且不高于15體積％的TiCN、以及不低于9體積％且不高于50體積％的A1203和Zr02，并且Zr02/A1203的重量比值不低于0.1且不高于4。iii)如以上i)或ii)所述的cBN燒結(jié)體，其中所含的作為粘結(jié)劑的八1203和Zr02的平均粒徑不大于5.0nm，并且Zr02中的晶體結(jié)構(gòu)至少是由立方晶和四方晶中的任意一者、或者這二者的組合形成的。iv)如以上i)至iii)中所述的cBN燒結(jié)體，其中單斜晶在cBN燒結(jié)體中以這樣的狀態(tài)存在在X射線衍射測(cè)量中，不存在單斜晶的峰，或者即使存在這樣的峰，峰強(qiáng)度比{/牽編(111")+/稀,"111)}/{/西方逼(100)+/j方遍(111)}也不高于0.4。v)如以上i)至iv)中任一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體，其中在壓力不低于4GPa且不高于7GPa、并且溫度不低于1200。C且不高于195(TC的條件下對(duì)所述原料進(jìn)行燒結(jié)。vi)如以上i)至v)中任一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體，其中作為余量部分，所述粘結(jié)劑含有元素周期表中第4a、5a或6a族的過(guò)渡金屬的碳化物或氮化物中的一種或兩種或多種作為原料粉末。vii)—種由cBN燒結(jié)體制成的切削工具，其中以上i)至v)中任一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體是通過(guò)整體燒結(jié)或用釬焊料而連接到基體上的，并且所述基體是由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷或鐵基材料制成的。發(fā)明效果本發(fā)明的cBN燒結(jié)體由于添加了具有抗氧化性和化學(xué)穩(wěn)定性等特性的八1203，所以具有優(yōu)異的耐磨性，并且由于還添加了Zr02，因而獲得改善的韌性和優(yōu)異的抗斷裂性。本發(fā)明獲得了這樣的工具，該工具特別是在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)具有改善的耐磨性和抗斷裂性。圖1為示出作為No.2的X射線衍射測(cè)量結(jié)果的峰圖案的圖。圖2為示出作為No.17的X射線衍射測(cè)量結(jié)果的峰圖案的圖。圖3為示出作為No.21的X射線衍射測(cè)量結(jié)果的峰圖案的圖。發(fā)明的最佳實(shí)施方式下面將參考例子對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，但是，下面的例子僅僅出于示例的目的而非意圖限制本發(fā)明。實(shí)施例1將具有如表1所示組成的原料混合以制備原料粉末。在No.1至20(除了6、5和13以外)中，除了混合cBN、TiC、Zr02和A1203，還混合有作為粘結(jié)劑余量部分的TiN、Al等。將這些樣品在5.5GPa的壓力和1350。C的溫度下燒結(jié)。為了比較，制備僅含有Al203的No.15和僅含有Zr02的No.18作為其中未同時(shí)混有A1203和Zr(^的材料。此外，關(guān)于原料粉末八1203，將平均粒徑為0.5|1111的八1203粉末用于除了No.19和20之外的樣品中。將平均粒徑為5)im的A1203粉末用于No.19，并且將平均粒徑為6pm的八1203粉末用于No.20。將具有表1所示組成的燒結(jié)體加工成符合ISO標(biāo)準(zhǔn)SNGN090312的刀片(cuttinginsert)，并且將圓筒形離心鑄鐵襯套中內(nèi)徑O為85mm的那部分用于進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)徑切削測(cè)試。切削條件為切削速度被設(shè)定為900m/分鐘，切削深度被設(shè)定為0.3mm，進(jìn)給速率被設(shè)定為0.2mm/轉(zhuǎn)，并采用濕法切削[冷卻劑乳液(由JapanFluidSystem株式會(huì)社制造，商品名為SystemCut96)，稀釋20倍]。在切削距離達(dá)10km和12km之后，觀察切削刃。觀察在切削距離達(dá)10km之后是否存在斷裂以及后刀面的磨耗量VB，以及在切削距離達(dá)12km之后的磨耗類型和斷裂狀況，并且其結(jié)果也示于表1中。如表1中的結(jié)果所示，本發(fā)明的工具的刀刃正常發(fā)生磨耗，并且后刀面的磨耗量VB能夠被抑制在250或更小。在VB超過(guò)250lim后，No.15和18都發(fā)生斷裂。在切削后采用SEM觀察切削刃的磨耗部分，沒(méi)有添加ZrCb的No.15由于條紋狀磨耗(如劃痕)的積聚而產(chǎn)生磨耗。另一方面，在除了No.15之外的、添加有Zr02的材料中，磨耗部分中的條紋狀磨耗(如劃痕)較少，甚至僅僅觀察到磨耗(正常的磨耗)。該條紋狀磨耗取決于Zr02的添加量。即，均勻度按照從好到次的順序?yàn)镹o.18、17、16、15，并且No.18的磨耗部分是最均勻的。從上面的測(cè)試結(jié)果推測(cè)，在切削離心鑄鐵時(shí)，在熱量引起的磨耗和機(jī)械沖擊引起的磨耗中，機(jī)械磨耗占據(jù)主導(dǎo)地位，并且由于機(jī)械沖擊而產(chǎn)生微小裂紋(如條紋狀劃痕)，并且發(fā)生磨耗。因此，據(jù)估計(jì)，在添加有Zr02的原料中，即使由于機(jī)械沖擊產(chǎn)生微小裂紋，通過(guò)使得微小裂紋擴(kuò)展而施加的應(yīng)力，立方晶Zr02和四方晶Zr02也會(huì)朝向單斜晶進(jìn)行相變，同時(shí)發(fā)生體積膨脹，這會(huì)沖壓和擠壓微小裂紋，因此微小裂紋的擴(kuò)展得到抑制，并且不發(fā)生斷裂。在僅添加有Zr02的No.18中，未產(chǎn)生劃痕之類的磨耗，但是熱磨耗較大，并且VB達(dá)到250pm或更高。Zr02是導(dǎo)熱率較低的材料，因此其在諸如高溫爐材料或坩堝等應(yīng)用中被用作絕熱陶瓷材料。因此，在切削過(guò)程中熱量集中于切削刃，并且熱輻射可能較低。然后，切削刃的溫度變得更高，并且燒結(jié)體中的cBN組分與加工材料中的鐵組分發(fā)生反應(yīng)。因此，據(jù)估計(jì)，在添加有大量Zr02的樣品中熱磨耗較大。如No.19和20的結(jié)果所示，在其中使用粒徑超過(guò)5pm的A1203作為原料粉末的樣品中，由于其組成與No.1的組成相同，因此磨耗量與No.1的磨耗量大致相當(dāng)，但是卻產(chǎn)生斷裂。據(jù)估計(jì)，產(chǎn)生斷裂是因?yàn)樵谇邢鲿r(shí)的負(fù)荷下刀刃中呈粗顆粒狀態(tài)的A1203會(huì)脫落。如No.3、4、5和6的結(jié)果所示，cBN含量低于50體積％的樣品的強(qiáng)度不足并發(fā)生斷裂(No.3)。另一方面，在cBN的含量髙于卯體積％的樣品中，由于切削熱量而使得cBN與加工材料之間進(jìn)行熱反應(yīng)，并且磨耗較大，這導(dǎo)致切削阻力增加并發(fā)生斷裂(No.6)。如No.7、8、9和10的結(jié)果所示，當(dāng)樣品中TiC的含量低于1體積％時(shí)，無(wú)法利用TiC與鐵的親合力低于TiC與cBN的親合力的特性，并且發(fā)生熱磨耗。因此，磨耗發(fā)展至250pm或更大，切削阻力增加，并且產(chǎn)生斷裂(No.7)。另一方面，在TiC含量為20體積%或更髙的燒結(jié)體中，由于TiC的脆性而使得切削刃發(fā)生斷裂(No.10)。如No.11、12、13和14的結(jié)果所示，在八1203和Zr02的總含量低于9體積％的樣品中，Zr02的添加量小，因而觀察到諸如條紋11劃痕之類的磨耗類型，并且磨耗發(fā)展至磨耗量為250pm或更大(No.ll)。當(dāng)八1203和Zr02的總含量高于50體積％時(shí)，隨著cBN的含量下降，強(qiáng)度不足并且產(chǎn)生斷裂(No.14)。如上面的測(cè)試結(jié)果所示，由本發(fā)明的燒結(jié)體制成的切削工具為在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)具有長(zhǎng)壽命的工具，這是因?yàn)榧航?jīng)證明，與代表常規(guī)材料的No.15相比其抗斷裂性得到改善，并且與No.18相比其耐磨性得到提高。在用X射線衍射裝置(在X射線管中使用Cu)對(duì)具有如表1所示組成的燒結(jié)體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，在除了No.15以外的燒結(jié)體中，普遍確認(rèn)到cBN、TiC、TiCN、a-Al203、c-Zr02(立方晶)以及t-Zr02(四方晶)的峰。作為燒結(jié)體No.2、17和21的X射線衍射測(cè)量結(jié)果，圖1、2和3分別示出了具有No.2、17和21所示組成的燒結(jié)體的X射線衍射測(cè)量結(jié)果的峰圖案。進(jìn)一步檢測(cè)單斜晶的峰強(qiáng)度。如圖1所示，No.2的X射線衍射峰中不存在m-Zr02(單斜晶)的峰。No.17顯示出峰強(qiáng)度比(111)+/輔滯(111)}/{/扁(100)+/"111)}=0,40。如表1所示，在樣品No.21中，將混有5重量％的單斜晶Zr02的Zr02粉末用作原料粉末。因此，如圖3所示，No.21顯示出峰強(qiáng)度比{/,m,,s(1U)+/単辨4111)}/{/^方遼(100)+/*方遏(111)}=0.55。即，可見在燒結(jié)體中存在單斜晶Zr02。此外，將燒結(jié)體No.2、17和21加工成前述的刀片，用該刀片對(duì)圓筒形離心鑄鐵襯套的內(nèi)徑進(jìn)行連續(xù)切削測(cè)試。結(jié)果，關(guān)于在切削距離達(dá)10km之后切削刃的損傷情況，如表l所示，具有No.2和17的組成的燒結(jié)體顯示出正常的磨耗，艮口，后刀面磨耗量Ve分別為175)im和198pm，而具有No.21的組成的燒結(jié)體在切削距離達(dá)10km后表現(xiàn)出Ve為187pm，并產(chǎn)生小的斷裂。因此，據(jù)推測(cè)，單斜晶Zr02的存在量較多使得由應(yīng)力變形引起的體積膨脹較小，并且不能夠抑制微小裂紋的擴(kuò)展，從而發(fā)生斷裂。表1單位[體積％]樣品No.cBNTiCai2o3禾nZr02的總含量"5》U>、、-維氏硬度(Hv)切削10km后的后刀面磨耗量VB[|im]切削12km后的磨耗類型和斷裂狀態(tài)170172.52863157正常磨耗2701812906175正常磨耗340282.52183斷裂—450282.52310165正常磨耗90192.53474246正常磨耗6950.54.52.53598302斷裂7800.1172.52998296斷裂8801172.53040237正常磨耗96020132.52879223正常磨耗10603092.52670產(chǎn)生斷裂—1180852.53012283劃似(條紋狀磨耗)斷裂1275892.52895211正常磨耗13501492.52281242正常磨耗14403552.52144斷裂—157020只有A12032807279劃痕(條紋狀磨耗)斷裂16703200.12792182輕微條紋狀磨耗但無(wú)斷裂1770204.02728198hIH常磨耗187020只有Zr022598293斷裂1970317所用A1203的平均粒徑為5nm252647165正常磨耗207017所用A1203的平均粒徑為6|im252558168斷裂21*7031812654187小的斷裂*No.21包含混有5重量％單斜晶Zr02的Zr02粉末作為原料粉末。實(shí)施例2將具有如表2所示組成的原料混合以制備原料粉末。在樣品No.1至9中，除了混合cBN、TiC、Zr02和A1203以外，還混合有作為粘結(jié)劑余量部分的TiN、Al等。將這些樣品分別在表2所示的條件下燒結(jié)。將所獲得的燒結(jié)體加工成符合ISO標(biāo)準(zhǔn)SNGN0卯312的刀片，并且使用通過(guò)將外徑O為95mm的圓筒形離心鑄鐵襯套的厚度13約0.5mm的黑皮切削掉而獲得的加工材料，進(jìn)行連續(xù)的外徑切削測(cè)試o切削條件為切削速度被設(shè)定為900m/分鐘，切削深度被設(shè)定為1.0mm，進(jìn)給速率被設(shè)定為0.5mm/轉(zhuǎn)，并采用濕法切削[冷卻劑乳液(由JapanFluidSystem株式會(huì)社制造，商品名為SystemCut96)，稀釋20倍]。在切削距離達(dá)10km和12km之后，觀察切削刃。觀察切削距離達(dá)10km之后是否存在斷裂以及后刀面的磨耗量VB，以及切削距離達(dá)12km之后的磨耗類型和斷裂狀況，其結(jié)果也示于表2中。如表2中的結(jié)果所示，據(jù)推測(cè)，在燒結(jié)過(guò)程中的壓力低于4GPa這樣的條件下制備的No.2中，燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)并未充分地致密化，因此燒結(jié)體的強(qiáng)度較低，并在切削距離達(dá)12km之后觀察到斷裂。此外，據(jù)推測(cè)，在燒結(jié)過(guò)程中的壓力高于7GPa這樣的條件下制備的No.5中，由于高壓，Zr02和TiC發(fā)生異常的晶粒生長(zhǎng)，因而燒結(jié)體的強(qiáng)度較低并發(fā)生斷裂。在4GPa至7GPa的燒結(jié)壓力條件下獲得的燒結(jié)體在切削距離達(dá)12km之后的損傷類型屬于正常磨耗。分別在燒結(jié)溫度低于1200'C和燒結(jié)溫度高于195(TC這樣的燒結(jié)條件下制備的No.6和9中，后刀面的磨耗量大于No.7和8的后刀面磨耗量，并且還發(fā)生斷裂。這可能是因?yàn)樵跓Y(jié)溫度不高于1200°C下燒結(jié)的No.6燒結(jié)體的結(jié)構(gòu)沒(méi)有致密化，這導(dǎo)致cBN顆粒之間的強(qiáng)度較低，并且對(duì)機(jī)械沖擊較脆弱。此外，已知的是，在140(TC或更高的溫度下，穩(wěn)定化的氧化鋯晶粒(特別是穩(wěn)定化的立方晶氧化鋯晶粒)快速地進(jìn)行生長(zhǎng)。已知的是，在170(TC或更高的燒結(jié)條件下，晶體生長(zhǎng)達(dá)到粒徑約30)am，因此，可以估計(jì)，在高于195(TC的溫度下燒結(jié)的No.9，由于Zr02晶粒生長(zhǎng)為較大的顆粒并且cBN燒結(jié)體的強(qiáng)度相應(yīng)地降低，所以會(huì)發(fā)生斷裂。因此，如果在燒結(jié)壓力不低于4GPa并且不高于7GPa、以及燒結(jié)溫度不低于120(TC并且不高于1950'C這樣的燒結(jié)條件下制備工具，則由本發(fā)明的燒結(jié)體制成的切削工具在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)可發(fā)揮具有更長(zhǎng)壽命的工具的作用。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>實(shí)施例3此處，將代表表3所示組成的原料的cBN、A1203、Zr02、TiCN、Al和Ti2AlN混合、并將混合物在5.5GPa和1350°C的條件下燒結(jié)。表3示出的不是組成，而是在分析燒結(jié)體時(shí)測(cè)定的各化合物的體積%。將具有表3所示組成的燒結(jié)體加工成符合ISO標(biāo)準(zhǔn)SNGN090312的刀片，并且將圓筒形離心鑄鐵襯套中內(nèi)徑O為85mm的那部分用于進(jìn)行連續(xù)的內(nèi)徑切肖U測(cè)試。切削條件為切削速度被設(shè)定為900m/分鐘，切削深度被設(shè)定為0.3mm，進(jìn)給速率被設(shè)定為0.2mm/轉(zhuǎn)，并采用濕法切削[冷卻劑乳液(由JapanFluidSystem株式會(huì)社制造，商品名SystemCut96)，稀釋20倍]。在切削距離達(dá)到10km和12km之后，觀察切削刃。觀察切削距離達(dá)10km之后是否存在斷裂以及后刀面的磨耗量VB，以及切削距離達(dá)12km之后的磨耗類型和斷裂狀況，并且其結(jié)果也示于表3中。如表3中的結(jié)果所示，在由本發(fā)明的cBN燒結(jié)體制成的工具中，刀刃正常發(fā)生磨耗，并且后刀面的磨耗量VB能夠被抑制為250|im或更小。與No.19相比，由于將原料混合物中的TiC替換為TiCN，因此使得No.2的強(qiáng)度得到改善而且斷裂得到抑制，并且No.2表現(xiàn)出正常的磨耗。與實(shí)施例1中No.3、4、5和6的結(jié)果一樣，當(dāng)cBN含量低于30體積％時(shí)，No.1、2、3和4的強(qiáng)度不足并且產(chǎn)生斷裂，而當(dāng)cBN含量高于90體積％時(shí)，切削熱量引起的與cBN的熱反應(yīng)導(dǎo)致發(fā)生磨耗，這造成切削阻力增加和斷裂。如No.5、6、7和8的結(jié)果所示，當(dāng)TiCN的含量低于1體積％時(shí)，發(fā)生后刀面磨耗并產(chǎn)生斷裂。這可能是因?yàn)門iCN促進(jìn)了cBN與八1203、Zr02之間的反應(yīng)。另一方面，由于TiCN具有脆性，因此其中TiCN含量為15體積％或更高的燒結(jié)體發(fā)生斷裂。在No.9、10、11和12中，當(dāng)八1203和Zr02的總含量低于9體積％時(shí)，Zr02的添加量較低，因此強(qiáng)度降低并發(fā)生斷裂。當(dāng)A1203和ZrO2的總含量等于或高于50體積y。時(shí)，cBN的含量較低，因此強(qiáng)度不足并發(fā)生斷裂，這與實(shí)施例1中的No.11、12、13和14的結(jié)果相同。在用X射線衍射裝置(在X-射線管中使用Cu)對(duì)具有表3所示組成的燒結(jié)體進(jìn)行測(cè)量時(shí)，可以在除了No.17以外的燒結(jié)體中普遍確認(rèn)到cBN、TiCN、a-Al203、c-Zr02(立方晶)、t-Zr02(四方晶)、TiB2、A舊2和A1N的峰。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>*No.19包含TiC粉末而不是TiCN粉末作為原料粉末。權(quán)利要求1.一種用于切削工具的cBN燒結(jié)體，所述切削工具具有由cBN組分和粘結(jié)劑作為原料而形成的切削部位，所述原料中cBN組分的含量為不低于50體積％且不高于90體積％，在所述原料中所述粘結(jié)劑含有不低于1體積％且不高于20體積％的TiC、以及不低于9體積％且不高于50體積％的Al2O3和ZrO2，并且ZrO2/Al2O3的重量比值不低于0.1且不高于4。2.—種用于切削工具的cBN燒結(jié)體，所述切削工具具有由cBN組分和粘結(jié)劑作為原料而形成的切削部位，所述原料中cBN組分的含量為不低于40體積％且不高于85體積％，在所述原料中所述粘結(jié)劑含有不低于0.5體積％且不高于15體積％的TiCN、以及不低于9體積％且不高于50體積％的A1203和Zr02，并且Zr02/Al2()3的重量比值不低于0.1且不高于4。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的cBN燒結(jié)體，其中所含的作為所述粘結(jié)劑的八1203和Zr02的平均粒徑不大于5.0pm，并且Zr02中的晶體結(jié)構(gòu)至少由立方晶和四方晶中的任意---者、或這二者的組合形成。4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體，其中在所述cBN燒結(jié)體中單斜晶以這樣的狀態(tài)存在在X射線衍射測(cè)量中，不存在單斜晶的峰，或者即使存在這樣的峰，峰強(qiáng)度比/{/財(cái),4;(100)卜/",》;(111)}也不高于0.4。5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體，其中所述原料是在壓力不低于4GPa且不高于7GPa、并且溫度不低于1200"C且不高于1950'C的條件下進(jìn)行燒結(jié)的。6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任意一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體，其中作為余量部分，所述粘結(jié)劑含有元素周期表中第4a、5a、或6a族的過(guò)渡金屬的碳化物和氮化物中的一種或兩種或多種物質(zhì)作為原料粉末。7.—種由cBN燒結(jié)體制成的切削工具，其中根據(jù)權(quán)利要求1至6中任意一項(xiàng)所述的cBN燒結(jié)體是通過(guò)整體燒結(jié)或用釬焊材料而連接到基體上的，并且所述基體是由硬質(zhì)合金、金屬陶瓷、陶瓷或鐵基材料制成的。全文摘要本發(fā)明提供一種cBN燒結(jié)體，在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)該cBN燒結(jié)體具有優(yōu)異的抗斷裂性和耐磨性。本發(fā)明涉及這樣的cBN燒結(jié)體，其由不低于50體積％且不高于90體積％或者不低于40體積％且不高于85體積％的cBN組分構(gòu)成，所述cBN燒結(jié)體的特征在于，所述燒結(jié)體含有不低于9體積％且不高于50體積％的氧化鋁和氧化鋯，并且氧化鋯/氧化鋁的重量比值不低于0.1且不高于4。與由cBN燒結(jié)體制成的常規(guī)工具相比，在切削部位中含有本發(fā)明的cBN燒結(jié)體的工具在對(duì)難以切削的離心鑄鐵進(jìn)行加工時(shí)獲得改善的性能，這是因?yàn)樗龅腸BN燒結(jié)體具有優(yōu)異的強(qiáng)度、硬度和韌性。文檔編號(hào)B23B27/14GK101583451SQ200880002320公開日2009年11月18日申請(qǐng)日期2008年1月15日優(yōu)先權(quán)日2007年1月15日發(fā)明者久木野曉,寺本三記,深谷朋弘,阿部真知子申請(qǐng)人:住友電工硬質(zhì)合金株式會(huì)社