JP2570354B2 - 切削工具用表面被覆セラミックス部材 - Google Patents
切削工具用表面被覆セラミックス部材Info
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/45—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements
- C04B41/52—Multiple coating or impregnating multiple coating or impregnating with the same composition or with compositions only differing in the concentration of the constituents, is classified as single coating or impregnation
-
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- C04B41/50—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials
- C04B41/5053—Coating or impregnating, e.g. injection in masonry, partial coating of green or fired ceramics, organic coating compositions for adhering together two concrete elements with inorganic materials non-oxide ceramics
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、鋳鉄や鋼、特に一般鋳鉄やダクタイル鋳
鉄の切削に切削工具として用いた場合に、350m/mim以上
の高速での湿式切削が可能な表面被覆セラミツクス部材
に関するものである。
鉄の切削に切削工具として用いた場合に、350m/mim以上
の高速での湿式切削が可能な表面被覆セラミツクス部材
に関するものである。
〔従来の技術〕 従来、一般鋳鉄の切削に、200m/mim以下の切削速度で
は、WC基超硬合金部材や、これの表面に硬質被覆層を形
成した表面被覆WC基超硬合金部材が、また200m/mim以上
の高速では、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）基
セラミツクス部材がそれぞれ切削工具として用いられ、
さらにこのAl2O3基セラミツクス部材は十分な強度を具
備するものではないため使用条件は限られるが、ダクタ
イル鋳鉄の切削にも用いられていることは良く知られる
ところである。
は、WC基超硬合金部材や、これの表面に硬質被覆層を形
成した表面被覆WC基超硬合金部材が、また200m/mim以上
の高速では、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）基
セラミツクス部材がそれぞれ切削工具として用いられ、
さらにこのAl2O3基セラミツクス部材は十分な強度を具
備するものではないため使用条件は限られるが、ダクタ
イル鋳鉄の切削にも用いられていることは良く知られる
ところである。
一方、上記のWC基超硬合金部材や表面被覆WC基超硬合
金部材を切削速度が200m/mim以上の高速で使用すると工
具寿命が著しく短かくなり、250m/mim以上では実用に耐
えられなくなるものであり、そこで切削温度を下げて長
寿命化をはかる目的で、湿式でかかる高速切削を行なう
試みもなされたが、この場合は欠けやチツピングが発生
し易く、良好な切削性能を示さず、またAl2O3基セラミ
ツクス部材は高速切削に向いているが、上記のように強
度が十分でないために、切込み量が多い切削では欠けが
発生し易く、また湿式切削では切削中に強い熱衝撃を受
けるために欠損が起り易く、さらに高強度を有するダク
タイル鋳鉄の湿式切削でも欠損のために実用化できない
ほどの問題点がある。
金部材を切削速度が200m/mim以上の高速で使用すると工
具寿命が著しく短かくなり、250m/mim以上では実用に耐
えられなくなるものであり、そこで切削温度を下げて長
寿命化をはかる目的で、湿式でかかる高速切削を行なう
試みもなされたが、この場合は欠けやチツピングが発生
し易く、良好な切削性能を示さず、またAl2O3基セラミ
ツクス部材は高速切削に向いているが、上記のように強
度が十分でないために、切込み量が多い切削では欠けが
発生し易く、また湿式切削では切削中に強い熱衝撃を受
けるために欠損が起り易く、さらに高強度を有するダク
タイル鋳鉄の湿式切削でも欠損のために実用化できない
ほどの問題点がある。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、特に
一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の切削速度が350m/mim以上の
高速切削は勿論のこと、湿式での高速切削も可能な切削
工具を開発すべく研究を行なつた結果、重量％（以下％
は重量％を示す）で、 Al2O3:9〜45％、 Mg、Ｙ、およびZrの酸化物（以下、それぞれMgO、Y
2O3、およびZrO2で示し、これらを総称して金属酸化物
という）のうちの１種または２種以上:0.5〜８％、 を含有し、残りが51〜90％の炭化チタン（以下、TiCで
示す）と不可避不純物からなる組成を有するセラミツク
ス基体の表面に、 Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物（以
下、TiC、TiN、TiCN、およびTiCNOで示し、これらを総
称してTiの炭・窒・酸化物という）のうちの１種の単層
または２種の複層からなる硬質被覆層を0.5〜20μｍの
平均層厚で形成し、さらに必要に応じて、その上に、 AlおよびZrの酸化物（以下、Al2O3およびZrO2で示す）
のうちの１種の単層または２種の複層からなる硬質被覆
層を0.2〜10μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆セ
ラミツクス部材は、高強度と、すぐれた耐摩耗性および
耐熱衝撃性を有し、これらの特性が要求される一般鋳鉄
やダクタイル鋳鉄、さらに鋼の高速切削や湿式切削に切
削工具として用いた場合に、すぐれた性能を長期に亘つ
て発揮するという知見を得たものである。
一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の切削速度が350m/mim以上の
高速切削は勿論のこと、湿式での高速切削も可能な切削
工具を開発すべく研究を行なつた結果、重量％（以下％
は重量％を示す）で、 Al2O3:9〜45％、 Mg、Ｙ、およびZrの酸化物（以下、それぞれMgO、Y
2O3、およびZrO2で示し、これらを総称して金属酸化物
という）のうちの１種または２種以上:0.5〜８％、 を含有し、残りが51〜90％の炭化チタン（以下、TiCで
示す）と不可避不純物からなる組成を有するセラミツク
ス基体の表面に、 Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物（以
下、TiC、TiN、TiCN、およびTiCNOで示し、これらを総
称してTiの炭・窒・酸化物という）のうちの１種の単層
または２種の複層からなる硬質被覆層を0.5〜20μｍの
平均層厚で形成し、さらに必要に応じて、その上に、 AlおよびZrの酸化物（以下、Al2O3およびZrO2で示す）
のうちの１種の単層または２種の複層からなる硬質被覆
層を0.2〜10μｍの平均層厚で形成してなる表面被覆セ
ラミツクス部材は、高強度と、すぐれた耐摩耗性および
耐熱衝撃性を有し、これらの特性が要求される一般鋳鉄
やダクタイル鋳鉄、さらに鋼の高速切削や湿式切削に切
削工具として用いた場合に、すぐれた性能を長期に亘つ
て発揮するという知見を得たものである。
したがつて、この発明は、上記知見にもとづいてなさ
れたものであり、以下に成分組成および硬質被覆層の平
均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
れたものであり、以下に成分組成および硬質被覆層の平
均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ） Al2O3 Al2O3には、セラミツクス基体の耐摩耗性を向上させ
る作用があるが、その含有量が９％未満では所望の耐摩
耗性を確保することができず、一方その含有量が45％を
越えると耐熱衝撃性が低下するようになることから、そ
の含有量を９〜45％と定めた。なお、Al2O3の結晶粒径
は細かいほど耐摩耗性向上が大きく、平均粒径で３μｍ
以下とするのが好ましい。
る作用があるが、その含有量が９％未満では所望の耐摩
耗性を確保することができず、一方その含有量が45％を
越えると耐熱衝撃性が低下するようになることから、そ
の含有量を９〜45％と定めた。なお、Al2O3の結晶粒径
は細かいほど耐摩耗性向上が大きく、平均粒径で３μｍ
以下とするのが好ましい。
（ｂ） 金属酸化物 これらの成分には、セラミツクス基体の焼結性を高め
て、強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.5
％未満では、ホツトプレス法での焼結は可能であるが、
普通焼結法や、熱間静水圧プレス法（HIP法）を併用す
る焼結法では焼結が不十分となり、所望の高強度を確保
することができず、一方その含有量が８％越えると、耐
摩耗性が低下するようになるばかりでなく、耐摩耗性が
低下するようになることから、その含有量を0.5〜８％
と定めた。
て、強度を向上させる作用があるが、その含有量が0.5
％未満では、ホツトプレス法での焼結は可能であるが、
普通焼結法や、熱間静水圧プレス法（HIP法）を併用す
る焼結法では焼結が不十分となり、所望の高強度を確保
することができず、一方その含有量が８％越えると、耐
摩耗性が低下するようになるばかりでなく、耐摩耗性が
低下するようになることから、その含有量を0.5〜８％
と定めた。
（Ｃ） TiC TiCには、耐熱衝撃性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が51％未満では所帽おすぐれた耐熱衝撃性を確
保することができず、一方その含有量が90％を越える
と、耐摩耗性の低下が著しくなることから、その含有量
を51〜90％と定めた。なお、TiCの平均結晶粒径は３μ
ｍ以下にするのが好ましいが、高速でも特に速い速度で
の耐摩耗性が要求される切削に用いる場合には結晶粒度
を細かくするのがよく、0.3〜1.5μｍの平均粒径とする
のが望ましい。
の含有量が51％未満では所帽おすぐれた耐熱衝撃性を確
保することができず、一方その含有量が90％を越える
と、耐摩耗性の低下が著しくなることから、その含有量
を51〜90％と定めた。なお、TiCの平均結晶粒径は３μ
ｍ以下にするのが好ましいが、高速でも特に速い速度で
の耐摩耗性が要求される切削に用いる場合には結晶粒度
を細かくするのがよく、0.3〜1.5μｍの平均粒径とする
のが望ましい。
（ｄ） Tiの炭・窒・酸化物硬質被覆層 これらの硬質被覆層は、熱伝導性がAl2O3に比してす
ぐれているので、Al2O3の含有により熱伝導性の低下し
たセラミツクス基体に被覆して、これの熱伝導性を向上
させ、もつて高温での切削になる高速切削や、熱衝撃の
激しい高速での湿式切削を可能ならしめる作用をもつほ
か、TiCを主成分とするセラミツクス基体に対する密着
性がきわめて良好で、高い付着強度を示すが、その平均
層厚が0.5μｍ未満では、前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方その平均層厚が20μｍを越えると耐熱衝撃性
が低下するようになることから、その平均層厚を0.5〜2
0μｍと定めた。なお、前記の平均層厚の範囲内で、激
しい熱衝撃を伴なう切削には薄めの層厚を適用し、一方
ダクタイル鋳鉄の切削の場合のように、高い耐摩耗性が
要求される場合には厚めの層厚を適用するのがよい。
ぐれているので、Al2O3の含有により熱伝導性の低下し
たセラミツクス基体に被覆して、これの熱伝導性を向上
させ、もつて高温での切削になる高速切削や、熱衝撃の
激しい高速での湿式切削を可能ならしめる作用をもつほ
か、TiCを主成分とするセラミツクス基体に対する密着
性がきわめて良好で、高い付着強度を示すが、その平均
層厚が0.5μｍ未満では、前記作用に所望の効果が得ら
れず、一方その平均層厚が20μｍを越えると耐熱衝撃性
が低下するようになることから、その平均層厚を0.5〜2
0μｍと定めた。なお、前記の平均層厚の範囲内で、激
しい熱衝撃を伴なう切削には薄めの層厚を適用し、一方
ダクタイル鋳鉄の切削の場合のように、高い耐摩耗性が
要求される場合には厚めの層厚を適用するのがよい。
（ｅ） Al2O3およびZrO2硬質被覆層 Tiの炭・窒・酸化物硬質被覆層は、上記のように熱伝
導性は良好であるが、反面高温では化学的に不安定で酸
化し易いという欠点をもつので、例えば切刃に局部的に
切屑が集中して当り、局部的に温度を上昇させるような
条件で切削が行なわれる場合に、耐熱性にすぐれたAl2O
3およびZrO2を必要に応じて被覆するが、その平均層厚
が0.2μｍ未満では所望の効果が得られず、一方その平
均層厚が10μｍを越えると、チツピングが発生し易くな
ることから、その平均層厚を0.2〜10μｍと定めた。
導性は良好であるが、反面高温では化学的に不安定で酸
化し易いという欠点をもつので、例えば切刃に局部的に
切屑が集中して当り、局部的に温度を上昇させるような
条件で切削が行なわれる場合に、耐熱性にすぐれたAl2O
3およびZrO2を必要に応じて被覆するが、その平均層厚
が0.2μｍ未満では所望の効果が得られず、一方その平
均層厚が10μｍを越えると、チツピングが発生し易くな
ることから、その平均層厚を0.2〜10μｍと定めた。
つぎに、この発明の表面被覆セラミツクス部材を実施
例により具体的に説明する。
例により具体的に説明する。
原料粉末として、平均粒径:1.0μｍを有するTiC粉
末、同0.6μｍのAl2O3粉末、同１μｍのMgO粉末、並び
に同２μｍのY2O3粉末およびZrO2粉末を用意し、これら
原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合
し、ボールミルにて72時間湿式粉砕混合し、乾燥した
後、圧粉体に成形し、この圧粉体を、減圧不活性ガス雰
囲気中、温度:1750℃に２時間保持の条件で焼結し、さ
らに不活性ガス雰囲気中、圧力:1500気圧、温度:1600
℃、保持時間:1時間の条件でHIP処理を施すことにより
実質的に配合組成と同じ組成をもつたセラミツクス基体
を製造し、引続いて通常の化学蒸着法を用い、前記セラ
ミツクス基体の表面にそれぞれ第１表の組成および平均
層厚を有する硬質被覆層を形成することにより本発明表
面被覆セラミツクス部材（以下、本発明被覆部材とい
う）１〜12および比較表面被覆セラミツクス部材（以
下、比較被覆部材という）１〜 ５をそれぞれ製造した。
末、同0.6μｍのAl2O3粉末、同１μｍのMgO粉末、並び
に同２μｍのY2O3粉末およびZrO2粉末を用意し、これら
原料粉末をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合
し、ボールミルにて72時間湿式粉砕混合し、乾燥した
後、圧粉体に成形し、この圧粉体を、減圧不活性ガス雰
囲気中、温度:1750℃に２時間保持の条件で焼結し、さ
らに不活性ガス雰囲気中、圧力:1500気圧、温度:1600
℃、保持時間:1時間の条件でHIP処理を施すことにより
実質的に配合組成と同じ組成をもつたセラミツクス基体
を製造し、引続いて通常の化学蒸着法を用い、前記セラ
ミツクス基体の表面にそれぞれ第１表の組成および平均
層厚を有する硬質被覆層を形成することにより本発明表
面被覆セラミツクス部材（以下、本発明被覆部材とい
う）１〜12および比較表面被覆セラミツクス部材（以
下、比較被覆部材という）１〜 ５をそれぞれ製造した。
なお、比較被覆部材１〜５は、いずれもセラミツクス
基体の成分組成および硬質被覆層の平均層厚のうちのい
ずれかの条件（第１表に※印を付す）がこの発明の範囲
から外れたものである。
基体の成分組成および硬質被覆層の平均層厚のうちのい
ずれかの条件（第１表に※印を付す）がこの発明の範囲
から外れたものである。
つぎに、この結果得られた各種の被覆部材について、 被削材:FC25、切削速度:400m/min、 送り:0.25mm/rev、切込み:0.5mm、 の条件で一般鋳鉄の湿式による連続高速切削試験を行な
い、また、 被削材：ダクタイル鋳鉄（FCD60）、 切削速度:350m/min、送り:0.25mm/rev、 切込み:1.5mm、 の条件でダクタイル鋳鉄の同じく湿式による連続高速切
削試験を行ない、いずれの試験でも切刃の逃げ面摩耗幅
が0.3mmに至るまでの切削時間を測定した。なお、切削
途中でチツピングや欠損が発生した場合には、それまで
の切削時間を示した。これらの測定結果を第１表に示し
た。
い、また、 被削材：ダクタイル鋳鉄（FCD60）、 切削速度:350m/min、送り:0.25mm/rev、 切込み:1.5mm、 の条件でダクタイル鋳鉄の同じく湿式による連続高速切
削試験を行ない、いずれの試験でも切刃の逃げ面摩耗幅
が0.3mmに至るまでの切削時間を測定した。なお、切削
途中でチツピングや欠損が発生した場合には、それまで
の切削時間を示した。これらの測定結果を第１表に示し
た。
第１表に示される結果から、本発明被覆部材１〜12
は、いずれも高強度、並びにすぐれた耐摩耗性および耐
熱衝撃性が要求される一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の湿式
による高速切削ですぐれた切削性能を長時間に亘つて発
揮するのに対して、比較被覆部材１〜５に見られるよう
に、セラミツクス基体の成分組成および硬質被覆層の平
均層厚のいずれかでもこの発明の範囲から外れると所望
の切削性能を示さず、きわめて短時間で使用寿命に至る
ことが明らかである。
は、いずれも高強度、並びにすぐれた耐摩耗性および耐
熱衝撃性が要求される一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の湿式
による高速切削ですぐれた切削性能を長時間に亘つて発
揮するのに対して、比較被覆部材１〜５に見られるよう
に、セラミツクス基体の成分組成および硬質被覆層の平
均層厚のいずれかでもこの発明の範囲から外れると所望
の切削性能を示さず、きわめて短時間で使用寿命に至る
ことが明らかである。
上述のように、この発明の表面被覆セラミツクス部材
は、切削工具として、一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の高速
切削は勿論のこと、これらの湿式による高速切削に用い
ても、すぐれた性能を著しく長期に亘つて発揮し、さら
にこれらの結果は鋼の乾式および湿式による高速切削で
も同様に発揮されるなど工業上有用な特性を有するもの
である。
は、切削工具として、一般鋳鉄やダクタイル鋳鉄の高速
切削は勿論のこと、これらの湿式による高速切削に用い
ても、すぐれた性能を著しく長期に亘つて発揮し、さら
にこれらの結果は鋼の乾式および湿式による高速切削で
も同様に発揮されるなど工業上有用な特性を有するもの
である。
Claims (2)
- 【請求項１】酸化アルミニウム:9〜45％、 Mg、Ｙ、およびZrの酸化物のうちの１種または２種以
上:0.5〜８％、 を含有し、残りが51〜90％の炭化チタンと不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有するセラミツクス基体
の表面に、 Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物のう
ちの１種の単層または２種以上の複層からなる硬質被覆
層を0.5〜20μｍの平均層厚で形成してなる切削工具用
表面被覆セラミツクス部材。 - 【請求項２】酸化アルミニウム:9〜45％、 Mg、Ｙ、およびZrの酸化物のうちの１種または２種以
上:0.5〜８％、 を含有し、残りが51〜90％の炭化チタンと不可避不純物
からなる組成（以上重量％）を有するセラミツクス基体
の表面に、 Tiの炭化物、窒化物、炭窒化物、および炭窒酸化物のう
ちの１種の単層または２種の複層からなる硬質被覆層を
0.5〜20μｍの平均層厚で形成し、さらにその上に、 AlおよびZrの酸化物のうちの１種の単層または２種の複
層からなる硬質被覆層を0.2〜10μｍの平均層厚で形成
してなる切削工具用表面被覆セラミツクス部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63003529A JP2570354B2 (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 切削工具用表面被覆セラミックス部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63003529A JP2570354B2 (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 切削工具用表面被覆セラミックス部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01179778A JPH01179778A (ja) | 1989-07-17 |
| JP2570354B2 true JP2570354B2 (ja) | 1997-01-08 |
Family
ID=11559915
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63003529A Expired - Lifetime JP2570354B2 (ja) | 1988-01-11 | 1988-01-11 | 切削工具用表面被覆セラミックス部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2570354B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101312927B (zh) * | 2005-11-17 | 2011-04-06 | 倍锐特有限责任公司 | 覆层硬质合金件 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60127905A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 高靭性セラミック工具 |
| JPS6126564A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-05 | 日本特殊陶業株式会社 | 耐熱・耐摩耗性セラミツク材料の製造法 |
-
1988
- 1988-01-11 JP JP63003529A patent/JP2570354B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60127905A (ja) * | 1983-12-09 | 1985-07-08 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 高靭性セラミック工具 |
| JPS6126564A (ja) * | 1984-07-13 | 1986-02-05 | 日本特殊陶業株式会社 | 耐熱・耐摩耗性セラミツク材料の製造法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01179778A (ja) | 1989-07-17 |
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