CN104884410B - 赛隆烧结体和切削刀片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供赛隆烧结体和切削刀片，其具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性。所述赛隆烧结体包括β‑赛隆(Si6‑ZAlZOZN8‑Z)和选自由12H‑赛隆、15R‑赛隆和21R‑赛隆组成的组的至少一种多型赛隆，其中Z值为0.4以上且1.0以下；各多型赛隆的峰强度的总和与各赛隆的峰强度的总和的比例为10％以上且50％以下，其由X射线衍射分析获得；所述赛隆烧结体包括至少一种选自由La和Ce组成的组的稀土元素B和至少一种选自由Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Lu组成的组的稀土元素C；稀土元素B和稀土元素C的摩尔比为1.0:0.06至1.0:3.5，以氧化物计；稀土元素B和稀土元素C的总含量为0.8mol％以上且4.0mol％以下，以氧化物计。

Description

赛隆烧结体和切削刀片
技术领域
本发明涉及赛隆烧结体和切削刀片。
背景技术
赛隆烧结体被认为是具有优异硬度，在室温至高温温度范围内具有高强度，并具有比氮化硅更高的化学稳定性的材料。因此，预期赛隆烧结体具有广泛的应用，例如机器部件、耐热部件和耐磨部件。赛隆烧结体的一个应用是安装至切削刀具的切削刀片(例如，参见专利文献1至5)。切削刀片是可拆卸地安装至切削刀具主体端部的切削刃，是一种也被称作折叠式刀片(throw-away tip)、刃口可替换的刀片(cutting edge replaceable tip)等的工具部件。
引用列表
专利文献
专利文献1：JP-A-2008-162882
专利文献2：JP-A-2013-224240
专利文献3：WO2010/103839 A1
专利文献4：JP-A-S60-239365
专利文献5：JP-T-2008-529948
发明内容
发明要解决的问题
然而，当通过切削刀片来切削例如耐热合金等工件时，通常在粗加工和半精加工中使用不同种类的切削刀片。在粗加工中，经常使用由强度和韧性优异(即，耐破裂性(breakage resistance)优异)的材料制得的切削刀片。在半精加工中，经常使用VB磨损、边界磨损(boundary wear)等很少会发生(即，抗磨性优异)的材料制得的切削刀片。
如上所述，通常取决于工作阶段来恰当地使用具有不同性质的切削刀片。然而，切削刀片的恰当使用对操作者是种负担。如果在从粗加工到半精加工的工艺中可以使用相同的切削刀片，不必在切削中改变切削刀具，这引起时间的减少和操作的简化。同样，减少了使用不当工具的风险。
本发明的一个目的是提供赛隆烧结体和切削刀片，其具有耐破裂性、抗VB磨损性(VB wear resistance)和抗边界磨损性(boundary wear resistance)。
用于解决问题的方案
解决该问题的手段是：
[1]一种赛隆烧结体，其包括：
β-赛隆；和
选自由12H-赛隆、15R-赛隆和21R-赛隆组成的组的至少一种多型赛隆，
其特征在于：
由Si6-ZAlZOZN8-Z表示的β-赛隆的Z值为0.4以上且1.0以下，
由多型赛隆的峰强度计算的各多型赛隆的峰强度的总和IP与由赛隆的峰强度计算的各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(IP/IA)×100]为10％以上且50％以下，其是由X射线衍射分析获得的，
赛隆烧结体包括至少一种选自由La和Ce组成的组的稀土元素B和至少一种选自由Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Lu组成的组的稀土元素C，
稀土元素B和稀土元素C的摩尔比MB:MC为1.0:0.06至1.0:3.5，以氧化物计，和
稀土元素B和稀土元素C在赛隆烧结体中的总含量为0.8mol％以上且4.0mol％以下，以氧化物计。
[1]的优选的方面如下：
[2]根据[1]所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
当在假定包括在β-赛隆中的Al的量与包括在赛隆烧结体中的Al的量相同的情况下将由赛隆烧结体的组成计算的Z值设定为理论Z值时，在β-赛隆中Al的固溶比例(其表示为Z值与理论Z值的比例[(Z值/理论Z值)×100])为30％以上且60％以下。
[3]根据[1]或[2]所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
所述赛隆烧结体不包括α-赛隆。
[4]根据[1]或[2]所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
α-赛隆的峰强度Iα与各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(Iα/IA)×100]为小于10％，其是通过X射线衍射分析获得的，
在由Mx(Si,Al)12(O,N)16(0<x≤2)表示的α-赛隆中，M为包括稀土元素B和稀土元素C的金属元素，和
在α-赛隆中的稀土元素B对稀土元素C的原子比例Aα与在赛隆烧结体中的稀土元素B对稀土元素C的原子比例As的比例Aα/As为70％以下。
[5]一种切削刀片，其包括：
根据[1]至[4]任一项所述的赛隆烧结体。
发明的效果
根据本发明的赛隆烧结体具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性。另外，由于根据本发明的切削刀片由具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的赛隆烧结体制得，因此可以在切削工件(例如耐热合金)时，在粗加工和半精加工两者中长时间表现出充分的切削性能。因此，根据本发明，可以提供可以在切削工件(例如耐热合金)时的粗加工和半精加工两者中使用的长寿命切削刀片。
附图说明
图1是说明根据本发明的切削刀片的实施方案的示意图。
图2是说明包括在图1中所示切削刀片的切削刀具的实施方案的示意图。
具体实施方式
本发明的赛隆烧结体，包括β-赛隆和至少一种选自由12H-赛隆、15R-赛隆和21R-赛隆组成的组的多型赛隆。
β-赛隆通常具有针状。因而，当在赛隆烧结体中存在大量β-赛隆时，形成了其中针状晶体颗粒以复杂方式彼此缠绕的结构，并抑制了赛隆烧结体由外应力引起的裂纹的发展。也就是说，β-赛隆在赛隆烧结体中的比例越高，越能改善赛隆烧结体的耐破裂性。
12H-赛隆、15R-赛隆和21R-赛隆通常都形成为柱状。因而，由于不形成如在β-赛隆中的其中针状晶体颗粒以复杂方式彼此缠绕的结构，耐破裂性的效果比β-赛隆低。另一方面，所有的多型赛隆具有优异的与工件(例如耐热合金)的抗化学反应性，因而，工件几乎不被焊接或延伸(spread)。因此，当在赛隆烧结体中包括多型赛隆时，改善了抗VB磨损性。因为12H-赛隆、15R-赛隆和21R-赛隆具有相同的性质，赛隆烧结体仅必须包括多型赛隆中的至少一种多型赛隆即可。在多型赛隆中，从获得耐破裂性和抗磨性之间良好平衡的观点来看，优选12H-赛隆。
在本发明的赛隆烧结体中，β-赛隆和多型赛隆的总和相对于赛隆烧结体优选为70面积％以上且98面积％以下，更优选85面积％以上且97面积％以下。当在赛隆烧结体中以上述比例包括β-赛隆和多型赛隆时，β-赛隆与多型赛隆的性质可以反映为赛隆烧结体的性质。以此方式确定赛隆烧结体性质的相可以被称作主相。因而，当在赛隆烧结体中以上述比例包括β-赛隆和多型赛隆时，可以获得期望的性能。因此，除了上述主相外，例如还可以包括硬的碳-氮化物，例如SiC、TiN、TiCN、TiC和WC。在赛隆烧结体中以上述比例包括的β-赛隆和多型赛隆，以在多数情况下在赛隆烧结体中具有约亚微米至几微米的短轴尺寸并具有约1至20的纵横比的晶粒的形式存在。在晶粒之间存在无定形或部分结晶的晶界相。在赛隆烧结体烧结时，晶界相以液相存在，并有助于改善赛隆烧结体的可烧结性。
如下可以获得β-赛隆和多型赛隆相对于赛隆烧结体的总量。将赛隆烧结体沿任意平面切割，并利用扫描电子显微镜在2000至5000放大倍数下将镜面抛光的切割表面拍照。将所得微观图像进行图像分析，将β-赛隆、多型赛隆以及除了β-赛隆和多型赛隆之外的相分类，并测量各个面积。通过计算β-赛隆和多型赛隆相对于图像总面积的面积比例，可以获得该总量。
本发明的赛隆烧结体不仅包括β-赛隆和多型赛隆，而且以下述特定比例包含特定的β-赛隆和多型赛隆。此外，赛隆烧结体以特定比例包含特定的稀土元素。因而，所述赛隆烧结体具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性。也就是说，当利用所述赛隆烧结体做切削刀片来切削例如耐热合金等的工件时，本发明的赛隆烧结体在粗加工和半精加工两者中，可以长时间表现出充分的切削性能。本文中，抗VB磨损性是对抗主要由化学因素引起的磨损劣化的性质，且抗边界磨损性是对抗主要由物理因素引起的磨损劣化的性质。
β-赛隆由式Si6-ZAlZOZN8-Z表示，且其Z值优选0.4以上且1.0以下，更优选0.6以上且0.9以下。因为Z值至少为0.4以上且1.0以下，优选0.6以上且0.9以下，因此可以提供具有全部耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的赛隆烧结体。随着Z值增加，即，随着在β-赛隆中固溶的Al的量增加，与例如耐热合金等的工件的化学反应更不可能发生。结果，防止了赛隆烧结体的化学磨损，改善了抗VB磨损性。另一方面，通过在β-赛隆中固溶Al，增加了离子结合性能，并增大了在原子之间的结合距离。因此，随着在β-赛隆中固溶的Al的量增加，β-赛隆的晶粒变得易损坏，并降低了耐破裂性。另外，随着在β-赛隆中固溶的Al的量增大，β-赛隆的形状由针状变为柱状，以减少纵横比。结果，几乎不形成其中针状晶粒以复杂方式彼此缠绕的结构，并降低了耐破裂性。因此，当赛隆烧结体在Z值大于1.0下用作切削刀片时，不能获得耐热合金粗加工所需的耐破裂性。当赛隆烧结体在Z值小于0.4下用作切削刀片时，与例如耐热合金等的工件的反应性增加，降低了抗VB磨损性。因此，当Z值小于0.4时，不能获得半精加工所需的抗VB磨损性。
如下获得Z值(Z)。通过由X射线衍射分析测量在距离赛隆烧结体烧结表面为1mm以上的深度处的β-赛隆的a轴的晶格常数，并利用测量值a和β-氮化硅的a轴的晶格常数(7.60442埃)，可以通过以下等式(1)获得Z值。
Z＝(a-7.60442)/0.0297…(1)
在本发明的赛隆烧结体中，由多型赛隆的峰强度计算的各多型赛隆的峰强度的总和IP与由赛隆的峰强度计算的各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(IP/IA)×100]为10％以上且50％以下，优选10％以上且40％以下，更优选10％以上且30％以下，其是通过X射线衍射分析获得的。至少，该比例[(IP/IA)×100]为10％以上且50％以下，优选10％以上且40％以下，更优选10％以上且30％以下，因而，可以提供具有全部耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的赛隆烧结体。比例[(IP/IA)×100]是表明多型赛隆在赛隆烧结体中的含量比例的指数。当比例[(IP/IA)×100]小于10％时，多型赛隆在赛隆烧结体中的含量比例小，因而，不能充分获得多型赛隆改善抗VB磨损性的效果。结果，赛隆烧结体的抗VB磨损性变劣。当比例[(IP/IA)×100]大于50％时，多型赛隆在赛隆烧结体中的含量比例大，因而，β-赛隆的含量比例相对小。因此，几乎不形成其中针状晶粒以复杂方式彼此缠绕的结构，赛隆烧结体的耐破裂性劣化。
如下可获得比例[(IP/IA)×100]。首先，将赛隆烧结体试样进行X射线衍射(XRD)分析。对于由X射线衍射分析获得的各赛隆的峰强度，使用在以下2θ值处的峰高。除21R-赛隆之外，在JCPDS卡中所示的最大峰值被用作以下所示的各赛隆的峰强度，除在JCPDS卡中所示最大峰值之外的峰值被用作21R-赛隆的峰强度。因而，通过将由X射线衍射分析获得的峰强度乘以2.5获得的值，设置为计算用的21R-赛隆的峰强度I21R，以便将该峰与其他赛隆峰强度的峰高比较。当鉴定来自下面所示各赛隆的不同类型赛隆的峰强度时，将X射线衍射图与JCPDS卡彼此比较，选择更少受到来源于其他赛隆的峰影响的峰。当选择的峰值不是最大峰值时，将峰值乘以合适的倍数以获得峰强度Ix。
β-赛隆的峰强度Iβ：在2θ＝约33.4°下的峰高(在β-赛隆的(1,0,1)面中的峰高)
α-赛隆的峰强度Iα：在2θ＝约30.8°下的峰高(在α-赛隆的(2,0,1)面中的峰高)
12H-赛隆(化学式：SiAl5O2N5)的峰强度I12H：在2θ＝约32.8°下的峰高(在12H-赛隆的(0,0,12)面中的峰高)
15R-赛隆(化学式：SiAl4O2N4)的峰强度I15R：在2θ＝约32.0°下的峰高(在15R-赛隆的(0,0,15)面中的峰高)
21R-赛隆(化学式：SiAl6O2N6)的峰强度I21R：在2θ＝约37.6°处的峰高乘以2.5(在21R-赛隆的(1,0,10)面中的峰高×2.5)
通过如上所述X射线衍射分析获得，由通过计算各赛隆的峰强度的总和IA(＝Iβ+Iα+I12H+I15R+I21R+Ix)与多型赛隆的峰强度的总和IP(＝I12H+I15R+I21R)获得的计算值，可以获得比例[(IP/IA)×100]。
本发明的赛隆烧结体包括至少一种选自由La和Ce组成的组的稀土元素B，和至少一种选自由Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Lu组成的组的稀土元素C。当在赛隆烧结体中包括稀土元素B和稀土元素C时，通常在该赛隆烧结体的原料粉末中包括稀土元素B和稀土元素C。当在赛隆烧结体的原料粉末中只包括稀土元素C，且在形成具有0.4以上且1.0以下的Z值的β-赛隆的条件下制造赛隆烧结体时，很可能形成α-赛隆。也就是说，当烧结赛隆烧结体时，在原料粉末中只包括稀土元素C，并且在该粉末中不包括稀土元素B，不能获得其中β-赛隆和多型赛隆以主相存在的赛隆烧结体。然而，发明人已经发现：当赛隆烧结体被烧结时，通过包含稀土元素B和稀土元素C作为原料粉末，可抑制α-赛隆的形成，并形成多型赛隆。优选的是：赛隆烧结体在稀土元素B中包括La。La比Ce更易于形成针状的β-赛隆，并形成其中针状晶粒以复杂方式彼此缠绕的结构。优选的是：赛隆烧结体在稀土元素C中包括选自由Y、Dy和Er组成的组的至少一种。通过加入少量这些稀土元素C，可改善可烧结性。
在本发明的赛隆烧结体中，稀土元素B和稀土元素C的摩尔比MB:MC为1.0:0.06至1.0:3.5，优选1.0:0.1至1.0:3.0，以氧化物计。换句话说，稀土元素B与稀土元素C的摩尔比MC/MB为0.06以上且3.5以下，更优选0.1以上且3.0以下。当以氧化物计的摩尔比MB:MC为1.0:0.06至1.0:3.5，且优选1.0:0.1至1.0:3.0时，在烧结时，可以以所需含量比例形成β-赛隆和多型赛隆，并且可以提供具有优异耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的赛隆烧结体。当摩尔比MC/MB小于0.06时，可烧结性降低，难以获得致密的赛隆烧结体。进一步地，即使当烧结它时，很可能形成多型赛隆，且形成的赛隆烧结体具有劣化的耐破裂性。当摩尔比MC/MB大于3.5时，很可能形成α-赛隆，且在烧结时难以形成多型赛隆。结果，不能获得其中β-赛隆和多型赛隆以主相存在的赛隆烧结体，且抗VB磨损性劣化。即使当形成多型赛隆时，摩尔比例MC/MB大于3.5，且在晶界相中具有石榴石型晶体结构的晶体很可能被沉淀。因此，形成的赛隆烧结体很可能变得易碎，并且当该赛隆烧结体用作切削刀片时，耐破裂性和抗边界磨损性劣化，且寿命变短。
稀土元素B和稀土元素C在赛隆烧结体中的总含量，以氧化物计为0.8mol％以上且4.0mol％以下，优选1.0mol％以上且3.0mol％以下。当该含量以氧化物计为0.8mol％以上且4.0mol％以下，优选1.0mol％以上且3.0mol％以下时，在烧结时，可以以所需含量比例形成β-赛隆和多型赛隆。结果，可以提供具有优异耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的致密赛隆烧结体。当该含量以氧化物计小于0.8mol％时，可烧结性降低，难以获得致密的赛隆烧结体。进一步地，即使当赛隆烧结体被烧结时，也难以获得其中β-赛隆具有针状且其中针状晶粒以复杂的方式彼此缠绕的结构。因而，形成的赛隆烧结体具有劣化的耐破裂性。当该含量以氧化物计大于4.0mol％时，晶界相很可能偏析。结果，赛隆烧结体的强度下降。另外，当该含量以氧化物计大于4.0mol％时，大量在赛隆中没有固溶的稀土元素B和C保留在晶界相中，因而，形成大量软的晶界相。因此，形成的赛隆烧结体具有劣化的抗边界磨损性。
Al在β-赛隆中的固溶比例，优选30％以上且60％以下。当Al在β-赛隆中的固溶比例为30％以上且60％以下时，Al在β-赛隆中的固溶比例与Al在多型赛隆和在晶界相中的固溶比例之间的平衡良好。也就是说，当Al在β-赛隆中的固溶比例小于30％时，晶界相的量增加，且Al在晶界相中的密度增加。结果，存在耐热性可能下降的担心。另外，当Al在β-赛隆中的固溶比例小于30％时，在晶界相中具有石榴石型晶体结构的结晶很可能沉淀，其导致赛隆烧结体变得易碎。因而，存在耐破裂性和抗边界磨损性可能下降的担心。当Al在β-赛隆中的固溶比例大于60％时，晶界相的量减少，且Al在晶界相中的密度减小。结果，存在以下的担心：很可能发生晶粒偏析，且赛隆烧结体的抗VB磨损性和抗边界磨损性可能下降。
当在假定包括在β-赛隆中的Al的量与包括在赛隆烧结体中的Al的量相同的情况下将由赛隆烧结体的组成计算的Z值设定为理论Z值时，在β-赛隆中Al的固溶比例表示为Z值与理论Z值的比例[(Z值/理论Z值)×100]。如下可获得比例[(Z值/理论Z值)×100]。将赛隆烧结体进行X射线衍射分析，通过上述等式(1)获得Z值(Z)。通过由X射线荧光分析或化学分析等，测量在赛隆烧结体中包括的Si和Al的含量(质量％)，通过将测量的Si含量除以Si的原子量获得的值设为MSi，并将测量的Al含量除以Al的原子量获得的值设为MAl，由下列等式(2)，获得理论Z值(TZ)。
TZ＝6MAl/(MSi+MAl)...(2)
由获得的Z值和理论Z值，计算比例[(Z值/理论Z值)×100]。
优选本发明的赛隆烧结体不包括α-赛隆。α-赛隆通常具有球状。因而，当在赛隆烧结体中包括α-赛隆时，赛隆烧结体变得易碎，且耐破裂性和抗边界磨损性下降。另一方面，当在赛隆烧结体中包括α-赛隆时，硬度增加，因而，改善了抗VB磨损性。当赛隆烧结体被用作只在半精加工中的切削刀片时，改善抗VB磨损性是优选的，因而，优选赛隆烧结体包含α-赛隆。同时，当赛隆烧结体通常被用作在由粗加工到半精加工过程中的切削刀片时，所有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性都必须优良，因而，优选赛隆烧结体包括少量的α-赛隆，更优选赛隆烧结体不包括α-赛隆。
当本发明的赛隆烧结体包括α-赛隆时，只要满足下列条件(1)至(3)，就可以提供具有与当不包括α-赛隆的情况相比相同水平的耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的赛隆烧结体。条件如下：
(1)当赛隆烧结体进行X射线衍射分析时获得的α-赛隆的峰强度Iα与各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(Iα/IA)×100]小于10％；
(2)在由Mx(Si,Al)12(O,N)16(0<x≤2)表示的α-赛隆中，M为包括稀土元素B和稀土元素C的金属元素，和
(3)在α-赛隆中的稀土元素B对稀土元素C的原子比例Aα与在赛隆烧结体中的稀土元素B对稀土元素C的原子比例As的比例Aα/As为70％以下。
随着在赛隆烧结体中的α-赛隆的含量增加，赛隆烧结体变得更易碎，且耐破裂性和抗边界磨损性下降。因此，如上所述，优选α-赛隆在赛隆烧结体中的含量小。然而，当满足条件(2)和(3)时，可以维持其中以满足条件(1)的量包括α-赛隆的赛隆烧结体的耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的全部性能。众所周知的是：稀土元素B具有大的离子半径，因而，不会单独进入也不固溶在α-赛隆中。然而，通过将稀土元素B和稀土元素C两者加入到赛隆烧结体的原料粉末中，当稀土元素C进入并固溶在α-赛隆中时，稀土元素可以进入的部位稍稍变宽，因而，稀土元素B可以进入并固溶在α-赛隆中。在稀土元素B和稀土元素C两者进入并固溶的α-赛隆中，与只有稀土元素C进入并固溶的α-赛隆相比，很少发生晶粒偏析。稀土元素B和稀土元素C进入并固溶的α-赛隆，具有优异的抗边界磨损性。进一步地，当比例Aα/As为70％以下时，也就是说，当在α-赛隆中稀土元素B对稀土元素C的原子比例小于在全部赛隆烧结体中的比例，且为70％以下时，稀土元素B进入α-赛隆的固溶比例小，在晶界相和α-赛隆之间的界面结合力进一步增加。结果，很少发生晶粒偏析，因而，抗边界磨损性和耐破裂性优异。
下面将描述本发明的制造赛隆烧结体的方法的例子。将包括作为赛隆组分的元素的粉末，例如α-Si3N4粉末、Al2O3粉末或AlN粉末，与作为稀土元素B氧化物的粉末的La2O3粉末和CeO2粉末的至少一种，以及作为稀土元素C氧化物的Y2O3粉末、Nd2O3粉末、Sm2O3粉末、Eu2O3粉末、Gd2O3粉末、Dy2O3粉末、Er2O3粉末、Yb2O3粉末和Lu2O3粉末的至少一种一起混合。从而，制备原料粉末。代替AlN，可以使用21R-赛隆粉末。另外，代替氧化物，可以使用氢氧化物。作为原料粉末，优选使用具有5μ以下，优选3μ以下，且更优选1μ以下的平均粒径的粉末。考虑赛隆烧结体在烧结后的组成，来分别确定原料粉末的混合比例。
紧接着，将制得的原料粉末、微晶蜡溶解在乙醇中的有机粘合剂和乙醇放置在由Si3N4制得的釜中，通过利用由Si3N4制得的球，将所有的成分湿式混合。将所得浆料充分干燥，并压制成所需的形状。将获得的成形体在加热器中，在1大气压氮气气氛中，在400℃至800℃下，进行脱脂60至120分钟。将脱脂的成形体放置在Si3N4容器中，并在氮气气氛中在1700℃至1900℃下进行热处理120至360分钟，以获得赛隆烧结体。当获得的赛隆烧结体的理论密度小于99％时，将赛隆烧结体在1000-大气压氮气气氛中，在1500℃至1700℃下，进行HIP 120至240分钟，以获得具有99％以上的理论密度的致密体。
本发明的赛隆烧结体可以用作切削刀片。图1是说明根据本发明的切削刀片的实施方案的示意图。图2是说明包括在图1中所示切削刀片的切削刀具的实施方案的示意图。如在图1中所示，实施方案的切削刀片1具有基本圆柱形状，并安装至要使用的切削刀具10。切削刀具10被用在耐热合金等的切削中，并且在主体11的端部包括安装部12。切削刀片1可拆卸地安装至安装部12。
实施方案的切削刀片1由本发明的赛隆烧结体制得。因为切削刀片1由上述赛隆烧结体制得，所以切削刀片具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性。也就是说，切削刀片1具有对抗耐热合金粗加工的耐破裂性、在半精加工中获得良好工作表面所需的抗VB磨损性、和防止可能发生在工件(例如Waspaloy)被切割和加工硬化的位置处的尖端类(fang-like)磨损的抗边界磨损性，并且通常可以用在从粗加工到半精加工的工艺中。切削刀片1适合用于其中耐热合金被用作工件的切割中，耐热合金例如是包括Ni作为主要组分的Inconel 718，或耐热合金例如是包括Ni作为主要组分和10质量％以上的Co的Waspaloy。
本发明的切削刀片可以有另外的实施方案，其包括赛隆烧结体，和在所述赛隆烧结体的至少部分的外周面上设置的、由各种表示为TiN、Ti(C,N)、TiC、Al2O3、(Ti,Al)N和(Ti,Si)N的氮碳化物形成的涂膜。当在切削刀片中，在赛隆烧结体的至少部分切削刃处设置涂膜时，与工件的反应性降低，并增加了硬度。因而，进一步改善了涂膜的抗磨性。
本发明的赛隆烧结体不局限于切削刀片，并且可以用作其他的切削刀具、机器部件、耐热部件、耐磨部件等。
实施例
(制备切削刀片)
通过将α-Si3N4粉末、Al2O3粉末和AlN粉末(具有1.0μm以下的平均粒径)与稀土元素氧化物粉末(具有1.0μm以下的平均粒径)混合，来制备具有表1中所示组成的原料粉末。接着，将混合的原料粉末、微晶蜡溶解在乙醇中的有机粘合剂和乙醇放置在由Si3N4制得的釜中，通过利用由Si3N4制得的球，将所有的成分湿式混合。将所得浆料充分干燥，并压制成符合ISO标准RNGN120700T01020的切削刀片形状。用加热器在1-大气压氮气气氛中在约600℃下，将所得成形体进行脱脂60分钟。将脱脂的成形体进一步放置在Si3N4容器中，并在氮气气氛中在1850℃下进行热处理240分钟，以获得赛隆烧结体。当获得的赛隆烧结体的理论密度小于99％时，将赛隆烧结体在1000-大气压氮气气氛中在约1600℃下进行HIP 180分钟，以获得具有99％以上的理论密度的致密体。用金刚石砂轮将赛隆烧结体研磨成符合ISO标准RNGN120700T01020的形状，从而，获得切削刀具用的切削刀片。
[表1]
(切削刀片的分析)
获得的赛隆烧结体的分析结果示于表2中。
通过获得的赛隆烧结体的X射线衍射分析，来鉴定在赛隆烧结体中包含的赛隆的类型。
当用扫描电子显微镜观察赛隆烧结体时，在全部赛隆烧结体中，观察到其中晶体部分地包括在晶粒之间的无定形晶界相。
将各个获得的赛隆烧结体进行X射线衍射分析，并由上述等式(1)获得β-赛隆的z值。
通过将获得的赛隆烧结体进行X射线荧光分析，以通过利用上述等式(2)获得理论Z值，并将所得Z值和理论Z值带入"Z值/理论Z值×100"，获得了Al在β-赛隆中的固溶比例。
通过将获得的赛隆烧结体进行X射线衍射分析，并如上所述计算各多型赛隆的峰强度的总和IP与各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(IP/IA)×100]，获得多型赛隆的含量。
以与获得多型赛隆的含量相同的方法，通过计算α-赛隆的峰强度Iα与各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(Iα/IA)×100]，获得α-赛隆的含量。
通过X射线荧光分析，获得在各个获得的赛隆烧结体中包括的稀土元素B和稀土元素C的含量。
通过计算将五个以上的α-赛隆晶粒进行利用透射电子显微镜的EDS分析获得的值的平均值，获得了包括在α-赛隆中的稀土元素B和稀土元素C的含量。
(切削刀片的切削性能评价)
在下列切削条件下，通过利用获得的切削刀片进行切削。在切削中，当满足下列任一条件时的切削距离示于表2中。崩裂(chipping)和剥落与在切削刀片中出现损害的现象不同，但是是由切削刀片的性质(例如强度和韧性)引起的现象。
(1)当VB磨损(VB)变得大于0.5mm时
(2)当侧边表面边界磨损(side flank surface boundary abrasion)(VN)变得大于1.0mm时
(3)当发生崩裂(B)时
(4)当发生剥落(F)时
[切削条件1]
工件：Inconel 718
切削速度：250m/min
进给速度：0.2mm/rev
切削深度：1.2mm
切削油：使用
[切削条件2]
工件：Waspaloy
切削速度：200m/min
进给速度：0.2mm/rev
切削深度：0.8mm
切削油：使用
如在表2中所示，发现了：在本发明范围内的切削刀片直至在切削期间满足VB磨损、侧边表面边界磨损、崩裂和剥落的任一条件下具有长的切割距离，其具有抗VB磨损性、抗边界磨损性和耐破裂性。因此，在本发明范围内的切削刀片，可用于利用耐热合金(例如Inconel 718和Waspaloy)作为工件的粗加工和半精加工两者中。另一方面，发现了：与在本发明范围内的切削刀片相比，在本发明范围外的切削刀片直至在切割期间满足VB磨损、侧边表面边界磨损、崩裂和剥落的任一条件下具有短的切割距离，其抗VB磨损性、抗边界磨损性和耐破裂性的至少一种劣化。
以下，将详细描述表2的测试结果。
与在本发明范围内的切削刀片相比，β-赛隆的Z值小于0.4的测试编号25的切削刀片，具有短的切削距离。在测试编号25的切削刀片中，其寿命因子是VB磨损，因而，当β-赛隆的Z值低于0.4时，发现抗VB磨损性易于劣化。
与在本发明范围内的切削刀片相比，β-赛隆的Z值大于1.0的测试编号20和21的切削刀片，具有短的切削距离。此外，在测试编号20和21的两种切削刀片中，剥落作为寿命因子。因此，当β-赛隆的Z值大于1.0时，发现很可能发生剥落，且耐破裂性易于劣化。
发现了：在不包含稀土元素B的测试编号20至22、25和26的切削刀片中，几乎不形成多型赛隆。
与在本发明范围内的切削刀片相比，多型赛隆的含量小于10％的试验编号20、22、25和28的切削刀片，具有短的切削距离。因为在测试编号20至22、25和26的切削刀片中，不包含稀土元素B，几乎不形成多型赛隆。此外，在不含多型赛隆的测试编号22和25的切削刀片中，寿命因子为VB磨损，因而，当多型赛隆的含量小于10％时，发现抗VB磨损性易于劣化。
与在本发明范围内的切削刀片相比，多型赛隆的含量大于50％的测试编号18和19的切削刀片，具有短的切削距离。此外，在测试编号18和19的切削刀片中，在多数情况下寿命因子为崩裂性，因而，当多型赛隆的含量大于50％时，发现耐破裂性易于劣化。
在稀土元素B的含量和稀土元素C的含量总和小于0.8mol％的测试编号24的切削刀片中，发现可烧结性劣化，因而，不能获得致密的赛隆烧结体。
与落在本发明范围内的切削刀片相比，稀土元素B的含量和稀土元素C的含量总和大于4.0mol％的测试编号23的切削刀片，具有短的切削距离。此外，在测试编号23的切削刀片中，寿命因子为侧边表面边界磨损，因而，当稀土元素B的含量和稀土元素C的含量总和大于4.0mol％时，发现抗边界磨损性易于劣化。
与落在本发明范围内的切削刀片相比，包括稀土元素B和稀土元素C且摩尔比MC/MB小于0.06的测试编号27的切削刀片，具有短的切削距离。此外，在测试编号27的切削刀片中，在寿命因子中包括剥落，因而，当摩尔比MC/MB小于0.06时，发现耐破裂性易于劣化。
与落在本发明范围内的切削刀片相比，包括稀土元素B和稀土元素C且摩尔比MC/MB大于3.5的测试编号28的切削刀片，具有短的切削距离。在测试编号28的切削刀片中，寿命因子是侧边表面边界磨损，因而，发现测试编号28的切削刀片的抗边界磨损性易于劣化。因为在测试编号28的切削刀片中包含稀土元素B，所以认为：以针状形成β-赛隆，与不包含稀土元素B的测试编号20至22、25和26的切削刀片相比，改善了耐破裂性。
附图标记说明
1 切削刀片
10 切削刀具
11 主体
12 安装部

Claims (5)

1.一种赛隆烧结体，其包括：
β-赛隆；和
选自由12H-赛隆、15R-赛隆和21R-赛隆组成的组的至少一种多型赛隆，
其特征在于：
由Si6-ZAlZOZN8-Z表示的β-赛隆的Z值为0.4以上且1.0以下，
由多型赛隆的峰强度计算的各多型赛隆的峰强度的总和IP与由赛隆的峰强度计算的各赛隆的峰强度总和IA的比例[(IP/IA)×100]为10％以上且50％以下，其是由X射线衍射分析获得的，
所述赛隆烧结体包括至少一种选自由La和Ce组成的组的稀土元素B和至少一种选自由Y、Nd、Sm、Eu、Gd、Dy、Er、Yb和Lu组成的组的稀土元素C，
所述稀土元素B和所述稀土元素C的摩尔比MB:MC为1.0:0.06至1.0:3.5，以氧化物计，和
所述稀土元素B和所述稀土元素C在所述赛隆烧结体中的总含量为0.8mol％以上且4.0mol％以下，以氧化物计。
2.根据权利要求1所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
当在假定包括在所述β-赛隆中的Al的量与包括在所述赛隆烧结体中的Al的量相同的情况下将由所述赛隆烧结体的组成计算的Z值设定为理论Z值时，在所述β-赛隆中的Al的固溶比例，其被表示为Z值与理论Z值的比例[(Z值/理论Z值)×100]，为30％以上且60％以下。
3.根据权利要求1或2所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
所述赛隆烧结体不包括α-赛隆。
4.根据权利要求1或2所述的赛隆烧结体，
其特征在于：
α-赛隆的峰强度Iα与各赛隆的峰强度的总和IA的比例[(Iα/IA)×100]为小于10％，其是通过X射线衍射分析获得的，
在由Mx(Si,Al)12(O,N)16表示的α-赛隆中，M为包括所述稀土元素B和所述稀土元素C的金属元素，0＜x≤2，和
在所述α-赛隆中的所述稀土元素B对所述稀土元素C的原子比例Aα与在所述赛隆烧结体中的所述稀土元素B对所述稀土元素C的原子比例As的比例Aα/As为70％以下。
5.一种切削刀片，其包括：
根据权利要求1或2所述的赛隆烧结体。
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