CN103189332A - 烧结体和切削工具 - Google Patents

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Abstract

以氧化铝晶粒和氧化锆晶粒为主要成分的烧结体包含正方晶的晶粒作为氧化锆晶粒。另外，将烧结体的任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的氧化锆晶粒的总数设为N个，将周围仅被氧化锆晶粒围绕的第一氧化锆晶粒的数量a个、周围仅被前述氧化铝晶粒围绕的第二氧化锆晶粒的数量b个、周围被前述氧化锆晶粒和氧化铝晶粒围绕的第三氧化锆晶粒的数量c个各自相对于N个的比率设为A～C时，满足0%≤A≤3%、且3%≤B≤22%、且77%≤C≤96%。另外，N的值为140以上。

Description

烧结体和切削工具
相关申请的相互参照
本申请基于2011年7月19日申请的申请号为2011-157624的日本专利申请而要求优先权，其公开的全部内容通过引用纳入本申请。
技术领域
本发明涉及由氧化铝-氧化锆系陶瓷形成的烧结体。
背景技术
氧化铝-氧化锆系陶瓷是化学稳定性、耐磨耗性优异的材料，作为各种结构部件、切削工具材料而利用。该氧化铝-氧化锆系陶瓷的性能很大程度上依赖于氧化锆的晶相、粒径、聚集、分散状态，进行了各种研究(例如下述专利文献1～4)。
然而，现有的氧化铝-氧化锆系陶瓷的氧化锆晶粒和氧化铝晶粒的组织控制不充分。因此，使用现有的氧化铝-氧化锆系陶瓷作为切削工具时，以高进给量进行加工时的耐缺损性不充分。另外，现有的氧化铝-氧化锆系陶瓷有时产生由微小的缺损导致的磨耗，耐磨耗性也不充分。因此，现状是：使用氧化铝-氧化锆系陶瓷的切削工具仅在低进给量的加工(精加工等)中使用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2000-319064号公报
专利文献2：日本特开2000-344569号公报
专利文献3：日本特开平10-194824号公报
专利文献4：日本特开平2-55261号公报
发明内容
发明要解决的问题
考虑到上述问题的至少一部分，本发明要解决的问题是：提高氧化铝-氧化锆系陶瓷的耐磨耗性或耐缺损性。
用于解决问题的方案
本发明为了解决上述问题的至少一部分，能够以以下技术方案或适用例的形式来实现。
[适用例1]一种烧结体，其特征在于，其为以氧化铝晶粒和氧化锆晶粒为主要成分的烧结体，
前述氧化锆晶粒包含正方晶的晶粒，
将前述烧结体的任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的前述氧化锆晶粒的总数设为N个，
将前述N个前述氧化锆晶粒中的、周围仅被前述氧化锆晶粒围绕的第一氧化锆晶粒的数量a个相对于前述N个的比率设为A，
将前述N个前述氧化锆晶粒中的、周围仅被前述氧化铝晶粒围绕的第二氧化锆晶粒的数量b个相对于前述N个的比率设为B，
将前述N个前述氧化锆晶粒中的、周围被前述氧化锆晶粒和前述氧化铝晶粒围绕的第三氧化锆晶粒的数量c个相对于前述N个的比率设为C时，
满足0%≤A≤3%、且3%≤B≤22%、且77%≤C≤96%，
前述N的值为140以上。
该烧结体的氧化锆晶粒和氧化铝晶粒被微小化，内含氧化锆晶粒的氧化铝晶粒的比率受到适度控制。另外，以氧化锆晶粒不会过度聚集而不均匀分布的方式进行控制。因此，能够得到适合作为切削工具的应力诱导相变效果、晶粒生长抑制效果。使用该烧结体作为切削工具时，能够提高耐磨耗性和耐缺损性。
[适用例2]根据适用例1所述的烧结体，其特征在于，前述烧结体的任意5个以上的各个切割面上的边长10μm的正方形的范围内的前述氧化锆晶粒与前述氧化铝晶粒的界面的平均总长度为180μm以上。
该烧结体优选被控制使得氧化锆晶粒和内含氧化锆晶粒的氧化铝晶粒微小、且不会过度聚集而不均匀分布。因此，能够进一步提高适用例1的效果。
[适用例3]根据适用例1或适用例2所述的烧结体，其中，SiO2的含量为0.24Wt%以下。该烧结体由于SiO2的含量较少，因而用于切削工具等时，能够抑制破片、缺损的产生。
本发明能够以适用例4～适用例6的切削工具的形式来实现。
[适用例4]一种切削工具，其特征在于，使用适用例1～适用例3中的任一项所述的烧结体。
[适用例5]根据适用例4所述的切削工具，其用于钢加工。
[适用例6]根据适用例4所述的切削工具，其用于韧性铸铁加工(ductile cast iron)。
附图说明
图1是刀片(chip)20的外观主视图。
图2是示出氧化锆晶粒ZC的类型的说明图。
图3是示出氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的界面的说明图。
图4是示出平均界面距离IL的测定方法的具体例的说明图。
图5是示出刀片20的制造工序的工序图。
图6是示出针对刀片20的耐磨耗性试验和耐缺损性试验的结果的图表。
图7是示出针对刀片20的耐磨耗性试验和耐缺损性试验的结果的图表。
图8是示出针对刀片20的湿式铣削加工试验的结果的图表。
图9是示出对第二刀片实施的干式铣削加工试验的结果的图表。
图10是示出对第三刀片实施的车削加工试验的结果的图表。
图11是示出对刀片20实施的车削加工的第一试验的结果的图表。
图12是示出对刀片20实施的车削加工的第二试验的结果的图表。
具体实施方式
A-1.烧结体20的特性：
对本发明的实施方式进行说明。将作为使用本发明的烧结体的实施例的烧结体SC作为材料而制造的切削工具的刀片20的外观示于图1。刀片20为不重磨刀片、即切削镶刀。该刀片20可拆卸地安装于切削工具的主体。如图1所示，刀片20具备大致长方体的外形。图示的刀片20的形状符合ISO标准所规定的SNGN433-TN的形状。但是，刀片20的形状适宜设定即可。
作为该刀片20的材料的烧结体SC由以氧化铝(Al2O3)和氧化锆(ZrO2)为主要成分的氧化铝-氧化锆系陶瓷形成。本实施例中，该氧化铝-氧化锆系陶瓷除了后述的氧化锆的稳定剂、不可避免的杂质之外由氧化铝和氧化锆形成。氧化铝-氧化锆系陶瓷例如可以设为包含60vol%以上且80vol%以下的氧化铝、并包含40vol%以下且20vol%以上的氧化锆。由此能够得到适宜作为切削工具使用的耐磨耗性、耐缺损性。作为氧化锆的稳定剂，可以使用氧化钇(Y2O3)、氧化铈(CeO2)、氧化钙(CaO)、氧化镁(MgO)等。本实施例使用利用2～3mol%的Y2O2稳定化了的氧化锆。另外，烧结体SC的不可避免的杂质(SiO2等)优选为0.3wt%以下，更优选为0.25wt%以下。由此能够抑制不可避免的杂质使刀片20的切削性能降低。烧结体SC中所含的氧化锆的晶粒也称为氧化锆晶粒ZC。另外，烧结体SC中所含的氧化铝的晶粒也称为氧化铝晶粒AC。
该烧结体SC具有以下说明的第一～第四的特性。作为第一特性，烧结体SC中所含的氧化锆晶粒ZC包含正方晶的晶粒。另外，作为第二特性，烧结体SC中所含的氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC具有规定的关系。该第二特性能够通过将各氧化锆晶粒ZC根据其它氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的位置关系分类为三种类型来把握。
该氧化锆晶粒ZC的三种类型示于图2。图2中，各块(block)示出氧化锆晶粒ZC或氧化铝晶粒AC的各晶粒。另外，对表示氧化铝晶粒AC的块画影线来区别表示氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC。
图2的(A)示出作为第一种类型的第一氧化锆晶粒ZC1。如图2的(A)所示，第一氧化锆晶粒ZC1是其周围仅被氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC中的氧化锆晶粒ZC围绕的氧化锆晶粒。换言之，第一氧化锆晶粒ZC1是其与其它晶粒的界面仅由与氧化锆晶粒ZC的界面形成的氧化锆晶粒。
图2的(B)示出作为第二种类型的第二氧化锆晶粒ZC2。如图2的(B)所示，第二氧化锆晶粒ZC2是其周围仅被氧化铝晶粒AC围绕的氧化锆晶粒。
图3的(C)示出作为第三种类型的第三氧化锆晶粒ZC3。如图2的(C)所示，第三氧化锆晶粒ZC3是其周围被氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC两者围绕的氧化锆晶粒。
此处，将烧结体SC的任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的氧化锆晶粒ZC的总数设为N个(N为正整数)。另外，将N个氧化锆晶粒ZC中的第一氧化锆晶粒ZC1的数量设为a个(a为小于N的正整数)。同样地，将N个氧化锆晶粒ZC中的第二氧化锆晶粒ZC2的数量设为b个(b为小于N的正整数)。将N个氧化锆晶粒ZC中的第三氧化锆晶粒ZC3的数量设为c个(c为小于N的正整数)。N、a～c的值满足下式(1)。
N=a+b+c···(1)
进而，将a个相对于N个的比率、即第一氧化锆晶粒ZC1的数量相对于全部氧化锆晶粒ZC的数量的比率设为A(=a/N)。同样地，将b个相对于N个的比率、c个相对于N个的比率分别设为B(=b/N)、C(=c/N)。
此时，作为第二特性，本实施例的烧结体SC同时满足下式(2)、(3)、(4)。
0%≤A≤3%···(2)
3%≤B≤22%···(3)
77%≤C≤96%···(4)
另外，作为第三特性，烧结体SC满足下式(5)。即，烧结体SC的任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的氧化锆晶粒ZC的总数为140个以上。
N≥140···(5)
另外，对于烧结体SC而言，作为第四特性，作为烧结体SC的任意5个以上的各个切割面的边长10μm的正方形的范围内的、表示氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的界面的总长度的界面距离ILm(m对应任意切割面的数)的简单平均值即平均界面距离IL满足下式(6)。需要说明的是，该第四特性不是必需的。
IL≥180μm···(6)
将氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的界面示于图3。图3中示出了烧结体SC的切割面的边长10μm的正方形的范围。氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的各晶粒的尺寸由于图示的关系表示得比实际更大。在图3中，氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的界面用粗线表示。该粗线的总长度为界面距离ILm。
对上述第二特性的确认方法的具体例进行说明。第二特性的确认程序是：首先，对作为试样的烧结体SC的表面进行平面研削加工后，用金刚石浆(diamond slurry)镜面研磨，进而，在1450℃下实施热蚀处理。接着，用场发射扫描电子显微镜(FieldEmission-Scanning Electron Microscope)观察实施过热蚀处理的试样表面，得到8000倍的组织图像(组织照片)。接着，使用图像处理软件(三谷商事株式会社制WinROOF)，将得到的组织图像转换为灰度的图像。接着在显示转换后的图像的显示器上，选择位于显示图像的大致中心的边长10μm的正方形的范围，计数氧化锆晶粒ZC的数量N个以及第一～第三氧化锆晶粒ZC1～ZC3的数量a～c个。由此，取得上述N个和a～c个，可以由它们的值求出比率A～C。
使用图4对上述第四特性的确认方法的具体例进行说明。第四特性的确认程序是：首先，与第二特性的确认方法同样地得到8000倍的组织图像。对于第四特性的确认，组织图像取得与烧结体SC的5个不同切割面相应的5个图像。需要说明的是，取得的图像分别为切割面不同的5个以上的图像即可。
接着，使用上述图像处理软件，如图4的(A)所示，将得到的组织图像中的一张显示在显示器上，选择位于显示图像的大致中心的边长10μm的正方形的范围。图4的(A)中通过与图2同样的方法示出氧化锆晶粒ZC或氧化铝晶粒AC的各晶粒。图4的(A)的氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的各晶粒的尺寸由于图示的关系表示得比实际更大。
接着，将选择的边长10μm的正方形的范围的图像转换为灰度的图像，进而，利用图像处理软件的“亮度·对比度”的调节功能，将图像黑白化(二值化)。具体而言，将“对比度”的值提高至100(最大值)，使图像内黑白明确化后，将“亮度”的值调整为45以使各晶粒的实际界面与图像上的白色区域和黑色区域的界面一致。图4的(B)示出将边长10μm的正方形的范围黑白化的图像。如图示那样，将氧化铝晶粒AC设为黑色区域，另外，将氧化锆晶粒ZC设为白色区域，能够明确分类地表示。
接着，将得到的图像通过图像处理软件的“自动二值化”将氧化铝晶粒AC设为黑色区域，将氧化锆晶粒ZC设为白色区域，用软件识别。接着，对该图像进行“孤立点去除”，进而通过“闭合(closing)”(边界的平均化)去除图像处理中的误差的因素。将进行过该处理的图像示于图4的(C)。图4的(C)中，通过影线来表示白色区域WP。
然后，使用图像处理软件来测量如上得到的白色区域WP的图像的周长，作为界面距离ILm而取得。需要说明的是，边长10μm的正方形的范围的外缘、即示出边长10μm的正方形的范围的线不包含在周长内。也对剩余的4张组织图像进行该程序，根据求出的界面距离ILm(m为1～5的整数)，计算平均界面距离IL。
A-2.刀片20的制造方法：
对上述刀片20的制造方法的具体例进行说明。将刀片20的制造程序示于图5。如图示那样，对于刀片20的制造，首先，制作作为材料的浆料(步骤S110)。具体而言，将平均粒径为0.6μm的氧化铝粉末和平均粒径为0.7μm、包含2mol%的Y2O3的氧化锆粉末与氧化铝球石和水一起投入氧化铝制的锅中，混合84小时并粉碎，制作浆料。
制作浆料后，接着，将制作的浆料转移至搅拌容器中，边用搅拌叶片搅拌边进行pH调整(步骤S120)。该pH调整是为了控制粉碎颗粒的分散、聚集状态而进行的。本实施例中制作的浆料的pH值为9。该pH值处于氧化铝的Zeta电位(表面电位)的等电点(pH9～10)以及包含2mol%Y2O3的氧化锆的Zeta电位(表面电位)的等电点(pH8～9)附近。因此，通过调整至氧化铝以及包含2mol%Y2O3的氧化锆都带正电的pH8以下，从而产生静电排斥力，使分散稳定化，得到期望的晶粒分散状态。本实施例中，pH的调整、分散和聚集状态的控制使用盐酸(HCl)、氨水等进行。此外，粉碎浆料的分散、聚集的状态根据原料、粉碎条件而不同。因此，原料、粉碎条件不同时，相应地调整pH值，以能够得到规定的聚集和分散的状态即可。规定的聚集和分散的状态是用于满足上述式(2)的条件的状态，是指避免过度聚集或完全均匀地分散、确保适度的聚集和分散的状态。另外，除了如上所述地调整pH值之外，也可以使用分散剂来得到期望的晶粒分散状态。作为分散剂，例如可以使用多元羧酸系分散剂SANNOPCO LIMITED制SN Dispersant5027、多元羧酸型高分子表面活性剂即中京油脂株式会社制CelunaD735等。
进行pH调整后，接着，在调整过pH的浆料中添加粘结剂，搅拌后，通过喷雾干燥法制作颗粒(步骤S130)。此时，根据浆料状态添加分散剂。分散剂例如使用多元羧酸铵等。作为粘结剂，例如可以使用聚乙烯醇、丙烯酸系等树脂材料。
制作颗粒后，接着，将制作的喷雾颗粒压制成形，脱脂，烧结，从而制作烧结体SC(步骤S140)。本实施例中，烧结通过如下方法进行：在1450～1550℃的温度下保持2小时，将得到的1次烧结体在1450℃、100MPa的氩气(Ar)中进行HIP(Hot IsostaticPressing，热等静压)处理。
进行烧结处理后，接着，将得到的烧结体SC的表面研磨加工，从而加工成期望的工具形状(此处，SNGN433-TN)(步骤S150)。由此完成刀片20。此外，上述步骤S110～S140也可以作为烧结体SC的制造方法来掌握。
A-3.效果：
在作为上述刀片20的材料的烧结体SC的任意切割面上的边长10μm的正方形的范围内，相对于氧化锆晶粒ZC的总数(N个)的第一氧化锆晶粒ZC1的数量(a个)的比率A满足0%≤A≤3%。氧化锆晶粒ZC存在于氧化锆晶粒ZC群的内部，从而应力诱导相变的效果增加，能够提高耐缺损性。比率A大于3%时，氧化锆晶粒ZC相互的聚集变多，从而烧结体SC的硬度降低，或产生氧化锆晶粒ZC的粗大晶粒(grain coarsening)，担心烧结体SC的耐磨耗性降低，通过将比率A控制在3%以下，应力诱导相变效果和颗粒脱落抑制的效果并存，耐缺损性、耐磨耗性提高。
另外，对于烧结体SC，相对于氧化锆晶粒ZC的总数(N个)的第二氧化锆晶粒ZC2的数量(b个)的比率B满足3%≤B≤22%。氧化锆晶粒ZC存在于氧化铝晶粒AC群的内部，从而能够抑制氧化铝晶粒AC的聚集、晶粒粗大化。通过将比率B设为3%以上，能够抑制氧化铝晶粒AC的聚集、粗大晶粒的产生，能够提高烧结体SC的耐磨耗性、耐缺损性。另外，通过将比率B设为22%以下，能够抑制应力诱导相变效果的降低、邻接的氧化铝晶粒AC的聚集、粗大晶粒的产生，能够提高烧结体SC的耐磨耗性、耐缺损性。
另外，对于烧结体SC，相对于氧化锆晶粒ZC的总数(N个)的第三氧化锆晶粒ZC3的数量(c个)的比率C满足77%≤C≤96%。在氧化锆晶粒ZC的周围配置有氧化铝晶粒AC和氧化锆晶粒ZC两者，从而各晶粒的晶粒粗大化受到抑制。另外，对裂纹扩展的偏向效果增加，烧结体SC的耐磨耗性、耐缺损性提高。通过将比率C设为77%以上，能够抑制氧化铝晶粒AC和氧化锆晶粒ZC的聚集体的产生，即能够抑制粗大晶粒的产生，从而提高烧结体SC的耐磨耗性、耐缺损性。另外，通过将比率C设为96%以下，能够抑制氧化铝晶粒AC和氧化锆晶粒ZC成为均匀分散的状态。其结果，通过满足上述0%≤A≤3%和3%≤B≤22%的条件，能够抑制得到的效果降低。
另外，烧结体SC在任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的氧化锆晶粒ZC的数量为140个以上。因此，能够将各聚集体自身微小化。
烧结体SC通过满足全部这些条件，从而氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC微小化，内含氧化锆晶粒ZC的氧化铝晶粒AC的比率得到适度控制。另外，以烧结体SC中氧化锆晶粒ZC不会过度聚集而不均匀分布的方式进行控制。其结果，能够得到适宜作为切削工具的应力诱导相变效果、晶粒生长抑制效果。使用该烧结体SC制造刀片20时，能够提高刀片20的耐磨耗性、耐缺损性。此外，氧化锆晶粒ZC的晶相优选为正方晶。由此能够充分得到应力诱导相变的效果。但是，也不排除一部分混杂单斜晶、立方晶的氧化锆晶粒ZC。
进而，烧结体SC在任意5个以上切割面的边长10μm的正方形的范围内的氧化锆晶粒ZC与氧化铝晶粒AC的平均界面距离IL为180μm以上。因此，氧化锆晶粒ZC的聚集体以及内含氧化锆晶粒ZC的氧化铝晶粒AC的聚集体更优选被控制使其微小且不会过度聚集而不均匀分布。其结果，能够进一步提高烧结体SC的耐磨耗性、耐缺损性。
另外，烧结体SC对钢和韧性铸铁的加工是有用的。尤其是在高切削速度(例如800m/分钟)下的铣削加工和车削加工中显示优异的切削性能。
另外，通过将烧结体SC中的SiO2量控制在0.24wt%以下，在包含黑皮(casting surface)部的铸铁的加工中，能够抑制烧结体SC的缺损的产生。
为了使上述效果更加明确，将对刀片20实施的干式切削试验的结果示于图6和图7。该切削试验包含评价耐磨耗性的耐磨耗性试验以及评价耐缺损性的耐缺损性试验。这些试验条件如下。
＜耐磨耗性试验＞
刀片形状：SNGN432-TN
被切削材料：FC300
切削速度：500m/分钟
切削深度：0.3mm
进给量：0.3mm/rev
评价方法：经过60次循环后的后隙面磨耗量(flank wear)的测定
＜耐缺损性试验＞
刀片形状：SNGN432-TN
被切削材料：FC200
切削速度：200m/分钟
切削深度：1.5mm
进给量：0.50～0.75mm/rev
评价方法：缺损产生时的进给量的测定
如图6、7所示，本试验中准备使用了具有上述特性的烧结体SC的刀片20作为实施例1～11的试样来作为试验对象。另外，将使用了不具有上述特性的烧结体的刀片作为比较例12～17。
图6中示出各试样的氧化锆的类型比率、边长10μm的正方形中的氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的数量、平均界面距离IL、晶相、氧化铝和氧化锆的组成比、作为氧化锆稳定剂的Y2O3的含量以及作为不可避免的杂质的SiO2的含量的测定结果。氧化锆的类型比率为上述比率A～C的测定结果。晶相的“T”表示正方晶。晶相的“M”表示单斜晶。如图6所示，实施例1～11的试样具有上述第一～第三特性。另外，实施例1～11的试样中，实施例1～10的试样具有不必需的第四特性，但实施例11的试样不具有第四特性。另一方面，比较例12～17的试样不具有第一～第三特性中的至少一种特性。图6中用影线表示显示与第一～第四特性不同特性的测定值。此外，如图6所示，实施例1～11的试样的任一个的任意边长10μm的正方形中的氧化铝晶粒AC的数量均为108个以上。
图7示出各试样的耐磨耗性试验和耐缺损性试验的结果以及基于其的切削性能判定的结果。另外，作为参考，还一并记载了弯曲强度、断裂韧性、维氏硬度的测定结果。关于耐缺损性试验的结果，对各进给量的条件，将产生缺损时表示为“×”，将不产生缺损时表示为“○”。在本实施例中，作为切削性能判定，判定满足耐磨耗性试验中测定的磨耗量不足0.10mm且在耐缺损性试验中进给量为0.6mm/rev的条件下不产生缺损两者的试样为满足期望的性能基准。对于满足性能基准的试样，区分为“△”(可以)、“○”(良好)以及“◎”(很好)。“◎”表示磨耗量不足0.10mm且在进给量为0.70mm/rev的条件下也不产生缺损的情况。“○”表示磨耗量不足0.10mm且在进给量为0.65mm/rev的条件下也不产生缺损的情况。“△”表示磨耗量不足0.10mm且在进给量为0.6mm/rev的条件下也不产生缺损的情况。对于不满足性能基准的试样，标记为“×”(差)。
如图7所示，实施例2～6的样品能够得到“◎”的评价。实施例1、7～10的试样能够得到“○”的评价。实施例11的试样能够得到“△”的评价。另一方面，比较例12～17的试样能够得到“×”的评价。耐磨耗性试验确认，实施例1～11的试样与比较例12～17相比，磨耗量能够减小至约1/2～1/3，显示出优异的耐磨耗性。另外，耐缺损性试验确认，实施例1～11的试样直至高于比较例12～17的进给量也不发生缺损，显示出优异的耐缺损性。由此，使用本实施例的烧结体SC时，能够提供长寿命且能够高效率加工的氧化铝-氧化锆系的刀片20。
另外，根据实施例1～11的切削性能判定，具体而言，根据“○”和“◎”的评价的差异，比率A满足0%≤A≤2%是理想的。比率B满足9%≤B≤20%是理想的。比率C满足82%≤C≤90%是理想的。
同样地，根据“○”和“◎”的评价的差异，在边长10μm的正方形的范围内，氧化铝晶粒AC的数量设为110个以上是理想的。氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的总数设为250个以上是理想的。另外，平均界面距离IL设为200μm以上是理想的。此外，上述第四特性(IL≥180μm)与“○”和“△”的评价的差异相对应。
另外，根据“○”和“◎”的评价的差异和实施例1～11的耐缺损性试验的结果，具体而言，着眼于即使在进给量为0.75mm/rev的条件下也无缺损与缺损之间的差异时，在边长10μm的正方形的范围内，氧化锆晶粒ZC的总数设为180个以上是理想的。氧化铝晶粒AC的数量设为150个以上是理想的。氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的总数设为330个以上是理想的。另外，平均界面距离IL设为250μm以上是理想的。
另外，在“○”和“◎”的评价的差异和实施例1～11的耐缺损性试验的结果的基础上，根据耐磨耗性试验的结果，具体而言，着眼于磨耗量为0.06mm以下和0.07mm以上的差异时，在边长10μm的正方形的范围内，氧化锆晶粒ZC的总数设为210个以上是更理想的。氧化铝晶粒AC的数量设为150个以上是理想的。氧化锆晶粒ZC和氧化铝晶粒AC的总数设为360个以上是更理想的。另外，平均界面距离IL设为250μm以上是理想的。
另外，将对刀片20实施的湿式铣削加工试验的结果示于图8。本试验将图6、7所示的实施例3的试样、比较例12、14的试样以及作为比较例18的市售的碳化钛(TiC)-氧化铝系工具(日本特殊陶业株式会社制HC2)作为对象来实施。试验条件如下。
＜湿式铣削加工试验＞
刀片形状：SNGN432-TN
被切削材料：FC300
切削速度：600m/分钟
切削深度：1.0mm
进给量：0.1mm/rev
评价方法：产生热缺损时的循环次数的测定
比较例12、14具有氧化锆颗粒以不聚集的状态均匀分散在氧化铝中的组织，但如图8所示，比较例12、14的试样在600次以下的冲击次数(循环次数)下发生热缺损。另一方面，实施例3、18即使在3600次的冲击次数下也没有发生热缺损。由此确认，本实施例的刀片20显示出与氧化铝-TiC系工具(比较例18)同等的优异的耐热冲击性。现有的氧化铝-氧化锆系陶瓷的切削工具在湿式铣削加工中容易发生热缺损，难以使用，但根据本实施例的刀片20，即使在湿式铣削加工中也能够适宜地使用。
另外，将对与刀片20不同的第二刀片实施的干式铣削加工试验(耐磨耗性试验)的结果示于图9。本试验中使用的第二刀片的刀片形状与刀片20不同，作为材料的烧结体与刀片20的烧结体SC相同。本试验中使用的被切削材料为合金钢(铬钼钢)。本试验的试验条件如下。
＜干式铣削加工试验＞
刀片形状：SEKN1203AF
被切削材料：SCM415
切削速度：200～1500m/分钟
切削深度：1.0mm
进给量：0.10mm/rev.
切削油：无(干式)
评价方法：3次加工循环后的外周刃(peripheral wear)最大磨耗量
如图9所示，本试验将实施例3、比较例15、比较例19、比较例20的总计四个试样作为对象来实施。实施例3的试样和比较例15的试样与图6、7所示的实施例3的试样和比较例15的试样相同。比较例19的试样为市售的氧化铝-氧化锆系工具(日本特殊陶业株式会社制HC1)，比较例20的试样为市售的被覆有PVD的超硬质工具(Kyocera Corporation制PR905)。另外，本试验对各试样在四种切削速度下进行加工来评价。
如图9所示，比较例15和比较例19在最低速(200m/分钟)至最高速(1500m/分钟)的任一切削速度下都发生缺损或破片。比较例20在较低的切削速度(200、400m/分钟)下不发生缺损和破片，能够以较少的磨耗量正常进行加工，然而在较高的切削速度(800m/分钟)下发生破片。此外，对于比较例20，切削速度为1500m/分钟时，被覆的PVD剥离，底层的超硬质露出，磨耗明显进行，因而无法继续试验。
与这些比较例15、18、19相对，实施例3在较低的切削速度(200、400m/分钟)下的磨耗量能够抑制为与比较例20同水平的磨耗量。此外，实施例3即使在较高的切削速度(800，1500m/分钟)下也不发生破片、缺损，磨耗量也能够抑制在与在较低的切削速度(200、400m/分钟)下的磨耗量同水平。由此，根据本实施例的第二刀片，即使被切削材料为合金钢，干式铣削加工时也显示出高耐磨耗性。此外，根据图7所示的试验结果，可以推测，使用实施例2、4～6中的任一试样来代替实施例3进行本试验都能得到同样的结果。另外，本试验使用铬钼钢作为被切削材料，但可以推测使用任意合金钢(含有一种或两种以上合金元素的钢)来代替铬钼钢，也能够得到同样的试验结果。另外，可以推测，使用碳钢、不锈钢、耐热钢等任意钢来代替合金钢，也能够得到同样的试验结果。
另外，将对与刀片20不同的第三刀片实施的车削加工试验(耐磨耗性试验)的结果示于图10。本试验中使用的第三刀片的刀片形状与刀片20不同，作为材料的烧结体与刀片20的烧结体SC相同。本试验中使用的被切削材料为韧性铸铁。本试验的试验条件如下。此外，如以下条件所示，本试验的切削速度为较高速(800m/分钟)。
＜车削加工试验＞
刀片形状：SNGN120412T01020
被切削材料：FC600
切削速度：800m/分钟
切削深度：1.0mm
进给量：0.10mm/rev.
切削油：有
评价方法：6次加工循环后的后隙面磨耗量
如图10所示，本试验将实施例3、比较例15、比较例19、比较例21的总计四个试样作为对象来实施。实施例3的试样和比较例15的试样与图6、7所示的实施例3的试样和比较例15的试样相同。比较例19的试样与图9所示的比较例19的试样相同，为市售的氧化铝-氧化锆系工具(日本特殊陶业株式会社制HC1)，比较例21的试样为市售的TiC·氧化铝系工具(日本特殊陶业株式会社制HC6)。
如图10所示，比较例15、19由于1次加工循环而产生缺损，无法继续试验。比较例21由于2次加工循环而发生破片，因此无法继续试验。此时，磨耗量为0.3mm。与这些比较例15、19、21相对，实施例3能够正常进行6次加工循环，磨耗量为0.21mm。由此，即使被切削材料为韧性铸铁，本实施例的第三刀片也能在高速车削加工时显示出高耐磨耗性。此外，根据图7所示的试验结果，可以推测，使用实施例2、4～6的任一试样来代替实施例3进行本试验都能得到同样的结果。
由上述两个试验结果可知，根据本实施例的第二刀片和第三刀片，在合金钢和韧性铸铁的加工中也能适宜地使用。此处，一直以来，为了各种产品的轻量化、强度的提高，希望使用合金钢、韧性铸铁。然而，由于这些材料的硬度、粘结性高，因而作为能够切削加工这些材料的工具，无法采用现有的使用氧化铝-氧化锆系陶瓷的工具，而限定于例如被覆有PVD的超硬质工具等一部分工具。另外，即使是能够用于合金钢、韧性铸铁的切削加工的工具，在超高速(例如800m/分钟以上)的切削中也会产生缺损、破片，因而无法使用。但是，根据本实施例的第二刀片和第三刀片，能够用于合金钢、韧性铸铁的高速切削加工，因而能够高效地加工这些材料。此外，用于合金钢、韧性铸铁的高速切削加工的刀片的形状优选为相对于主切削刃的后角为3～30度的正形(positive shape)。
另外，将对刀片20实施的车削加工的第一试验(耐缺损性试验)的结果示于图11。从一部分露出黑皮来看，本试验中使用的被切削材料与图6、7的耐缺损性试验和耐磨耗性试验中使用的被切削材料不同。本试验的试验条件如下。
＜车削加工试验＞
刀片形状：SNGN432-TN
被切削材料：FC300(一部分露出黑皮)
切削速度：500m/分钟
切削深度：0.4mm
进给量：0.4mm/rev.
切削油：无(干式)
评价方法：5次加工循环后的缺损、破片的发生情况
本试验是用于评价刀片20(烧结体SC)中所含的SiO2量(wt%)对耐缺损性的影响的试验，各试样所含有的SiO2量(wt%)互不相同。SiO2量可以通过例如在图5的步骤S110中在浆料中投入SiO2并调整投入的SiO2量来进行调整。
如图11所示，本试验将实施例12、实施例5、实施例13、实施例7、比较例22的总计5个试样作为对象来实施。实施例5的试样和实施例7的试样与图6、7所示的实施例5的试样和实施例7的试样相同。实施例12、13具有全部上述第一～第四特性。实施例12的试样的SiO2量为0.06wt%，实施例13的试样的SiO2量为0.15wt%。比较例22的试样具有全部上述第一～第四特性。然而，比较例22的试样的SiO2量为0.30wt%，比其它试样多。各试样中所含的SiO2量可以通过例如荧光X射线分析来测定。此外，图11所示的试样在边长10μm的正方形的范围内的氧化铝晶粒数为120个以上。
如图11所示，实施例12、5、13未发生破片和缺损。实施例7发生破片。比较例22发生缺损。根据本试验结果，SiO2量较少时，不发生破片和缺损。另外，根据本试验结果，SiO2量为0.24wt%以下时，至少能够抑制缺损的发生。由此推测，SiO2量较少时，破片和缺损的发生受到抑制是由于如下的原因。烧结体SC内的SiO2容易与作为被切削材料的铸铁的组织控制成分Si、Mn、黑皮所含的源自铸模(铸砂)的成分Ca在切削加工中那样的高温下反应。烧结体SC内的SiO2与这些成分的反应促进烧结体SC内的以SiO2为主体的晶界相的软化或Mn、Si、Ca对烧结体SC(刀片20)表面的附着。因此，可以推测，使烧结体SC内的SiO2量较少时，由反应导致的烧结体SC内的以SiO2为主体的晶界相的软化受到抑制，破片、缺损变得不易发生。另外，可以推测，由反应导致的烧结体SC(刀片20)表面上Mn、Si、Ca的附着受到抑制，由于加工时的冲击而导致附着物剥离时产生的破片、缺损不易发生。
另外，将对刀片20实施的车削加工的第二试验(耐缺损性试验)的结果示于图12。从一部分露出黑皮来看，本试验中使用的被切削材料与图6、7的耐缺损性试验和耐磨耗性试验中使用的被切削材料不同。本试验的试验条件与对上述刀片20实施的车削加工的第一试验的试验条件相同。
本试验是用于评价刀片20(烧结体SC)中的平均界面距离IL对耐磨耗性的影响的试验，各试样的平均界面距离IL互不相同。平均界面距离IL可以通过例如调整图5的步骤S140(压制、脱脂、烧结处理)中的烧结温度或保持时间来进行调整。具体而言，越提高烧结温度或越延长保持时间，越能够缩短平均界面距离IL。另外，例如，可以通过在图5的步骤S110中调整混合时间来调整平均界面距离IL。具体而言，通过进一步延长混合时间，能够进一步加长平均界面距离IL。
如图12所示，本试验将实施例3、实施例4、实施例14、比较例23、比较例24的总计5个试样作为对象来实施。实施例3的试样和实施例4的试样与图6、7所示的实施例3的试样和实施例4的试样相同。实施例15的试样具有全部上述第一～第四特性。此外，实施例15的平均界面距离IL为195μm。比较例23、24的试样均具有上述第一～第三特性。然而，比较例23、24的试样均不具有上述第四特性(IL≥180μm)。具体而言，比较例23的试样的平均界面距离IL为176μm，比较例24的试样的平均界面距离IL为155μm。
如图12所示，平均界面距离IL较长(202μm以上)的试样(实施例3、4)未发生破片和缺损。实施例14发生破片。比较例23、24均发生缺损。根据本试验结果，平均界面距离IL较短时，不发生破片和缺损。另外，根据本试验结果，平均界面距离IL为195μm以上时，至少能够抑制缺损的发生。由此，可以推测，平均界面距离IL较长时，破片和缺损的发生受到抑制是因为，平均界面距离IL越长，氧化铝晶粒与氧化锆晶粒之间的结合力变得越强。此外，未产生缺损的实施例3、4、15的各试样在边长10μm的正方形的范围内的氧化铝晶粒数为108个以上。
以上对本发明的实施方式进行了说明，但本发明不限定于这种实施方式，在不超出其主旨的范围内能够采取各种构成。例如，在能够解决本申请的问题的至少一部分的方式、或、起到上述各效果中的至少一部分的方式中，与上述各适用例的构成要素相对应的实施例中的要素可以适宜地进行组合、省略、上位概念化。另外，本发明的烧结体能够用于车削加工、铣削加工、开槽加工等各种加工中使用的各种形状的切削工具。另外，本发明的烧结体能够用于各种钢的加工和韧性铸铁加工。
附图标记说明
20…刀片
SC…烧结体
ZC…氧化锆晶粒
AC…氧化铝晶粒
IL…平均界面距离
WP…白色区域
ZC1…第一氧化锆晶粒
ZC2…第二氧化锆晶粒
ZC3…第三氧化锆晶粒

Claims (6)

1.一种烧结体，其特征在于，其为以氧化铝晶粒和氧化锆晶粒为主要成分的烧结体，
所述氧化锆晶粒包含正方晶的晶粒，
将所述烧结体的任意切割面的边长10μm的正方形的范围内的所述氧化锆晶粒的总数设为N个，
将所述N个所述氧化锆晶粒中的、周围仅被所述氧化锆晶粒围绕的第一氧化锆晶粒的数量a个相对于所述N个的比率设为A，
将所述N个所述氧化锆晶粒中的、周围仅被所述氧化铝晶粒围绕的第二氧化锆晶粒的数量b个相对于所述N个的比率设为B，
将所述N个所述氧化锆晶粒中的、周围被所述氧化锆晶粒和所述氧化铝晶粒围绕的第三氧化锆晶粒的数量c个相对于所述N个的比率设为C时，
满足0%≤A≤3%、且3%≤B≤22%、且77%≤C≤96%，
所述N的值为140以上。
2.根据权利要求1所述的烧结体，其特征在于，所述烧结体的任意5个以上的各个切割面的边长10μm的正方形的范围内的、所述氧化锆晶粒与所述氧化铝晶粒的界面的平均总长度为180μm以上。
3.根据权利要求1或2所述的烧结体，其中，SiO2的含量为0.24Wt%以下。
4.一种切削工具，其特征在于，使用权利要求1～权利要求3中的任一项所述的烧结体。
5.根据权利要求4所述的切削工具，其用于钢加工。
6.根据权利要求4所述的切削工具，其用于韧性铸铁加工。
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