JP2673523B2 - 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 - Google Patents
切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法Info
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高密度、強靭性の切削工具用Al2O3−TiC系焼
結体の製法に関するものである。 〔発明の背景〕 Al2O3−TiC系材料はAl2O3系材料の靭性を大幅に改良
した画期的な工具材料であり、主に鋳鉄、高硬度材とし
て使用されている。 〔先行技術及び発明が解決しようとする問題点〕 一般にこの系の材料はホットプレス法により製造され
ているが、大量生産性、加工性が悪く製造コストが高く
なり、また複雑形状品の作製に難点があった。また、成
形後、不活性ガス又は還元性ガス中で焼結し予備焼結体
として対理論密度比を94％以上にし、その後熱間静水圧
プレス法（以下、HIP法と称す）により焼結する方法が
提案されているが、予備焼成に高温（1800℃以上）を要
するためAl2O3の粒成長を伴い易く耐摩耗性が劣化する
欠点がある。これに対し粒成長を抑制するため、Al2O3
の主成分に対しMgO,NiO,CoO,Cr2O3,MnO2等の焼結助剤を
少量添加する試みもなされているが、HIP法により緻密
可能な予備焼結体を得るのに1800℃以上の高温を必要と
するため、粒成長はどうしても避けられなかった。本発
明者は上記問題に鑑み研究を重ねた結果、一般式;TiCX
（ただしＸは0.95〜0.99）からなる炭化チタンとAl2O3
との一定組成比の主成分に対しYb化合物を配合すること
により、HIP法により緻密可能な予備焼結体を1750℃以
下の低温焼成で獲得できた。これにより得られた焼結体
の粒成長は抑制され得るものであることが分かった。 〔発明の目的〕 本発明においてはAl2O3−TiC系セラミック材料をHIP
法により焼成する際のAl2O3の粒成長を抑制することに
より、耐摩耗性の劣化を防止しかつ十分な靭性を有する
切削工具用アルミナ質焼結体の製法を提供することを目
的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば一般式;TiCx（ただしｘは0.95〜0.9
9）で表される炭化チタンを10〜40重量％と、Al2O3を60
〜90重量％とから成る主成分100重量部に対し、Yb化合
物を0.1〜3.0重量部配合してなる混合粉末を成形後、不
活性ガス又は還元性ガス中で一次焼結を行い対理論密度
を94〜99％とし、次いで熱間静水圧プレス法により焼結
することを特徴とする切削工具用アルミナ質焼結体の製
法が提供される。 本発明に使用される炭化チタン原料粉末はTiCXのＸが
0.95〜0.99であることが必要である。つまりTiが過剰で
あることを意味し、TiCXの原子間の結合形態が金属結合
的性質を帯びた共有結合となり靭性が向上する。TiCxに
おけるｘが0.95未満であると工具材料としての耐摩耗性
が劣化し、0.99を越えると靭性が劣化する。このような
TiCxはAl2O3に対して10〜40重量％配合することが必要
である。TiCxが10重量％未満であると靭性を向上させる
効果がなく、40重量％を越えると焼結性が劣化する。さ
らに、前記Al2O3−TiC系主成分100重量部に対してYb2O3
等のYb化合物が酸化物として0.1〜3.0重量部添加するこ
とにより予備焼成時の温度を1750℃以下とし、粒成長を
抑制することができる。 Yb2O3中のYbは他の周期律表第3a族元素（たとえばY,D
y等）と比ベイオン半径が小さい。このことは、共有結
合を示す化合物にイオン半径の小さい第3a族元素を添加
した場合、高温雰囲気における特性、例えば高温耐酸化
性が良好の成ることから、高速切削時に焼結体が高温と
なっても刃先の摩耗、靭性、塑性変形等に対し良好な特
性を有するものと考えらえる。Yb化合物が酸化物として
0.1重量部未満ではHIP可能な焼結体が1750℃前後での焼
成では獲得できず、3.0重量部を越えると耐摩耗性及び
靭性が劣化する。予備焼成時に不活性ガス又は還元性ガ
スの雰囲気にする理由は酸化性雰囲気であればTiCが酸
化され好ましくなく、真空中であればAl2O3が分解蒸発
を起こして緻密な焼結体は得られない。また、予備焼成
後の対理論密度比は94〜99％であることが必要である。
対理論密度比が94％未満であるとHIP処理時において充
分緻密化せず、99％を越えると粒成長を生じ耐摩耗性が
著しく劣化する。なお、HIP処理は1400〜1650℃、不活
性ガス中、1,000気圧以上の条件で行われる。切削工具
材料として充分な特性を得るためには対理論密度比が9
9.5％以上に成ることが望ましい。 〔実施例〕 純度99.9％、平均粒径0.3μｍのα−Al2O3と、炭素量
ｘを有する平均粒径0.5μｍのTiC粉末と、NiO,MgO,Yb2O
3とを第１表に示すように各種配合し、振動ミルにて20
時間混合粉砕した。これを乾燥後パラフィンワックス６
重量％を添加して造粒した。その後焼結体としての寸法
が13×13×5mmになるように約1.0ton/cm2の圧力でプレ
ス成型した後、100mmHgのアルゴン又はCoガス雰囲気で
対理論密度比が94〜98％と成るように予備焼結した。 焼結後HIP炉を用いて1550℃×１時間、2000Kg/cm2圧
力で焼成した。ガスはアルゴンを用いた。得られた焼結
体はダイヤモンド砥石を用いてSNGN120408の形状に仕上
げた。 このものについて次のＩ、II及びIIIの条件にて切削
テストを行い耐摩耗性及び靭性の評価を行った。これら
の結果を第１表に示す。 I:被削材−FCD45 切削条件 切削速度（Ｖ）＝400m/min 切込み（ｄ）＝2mm 送り速度（ｆ）＝0.30mm/rev 寿命判定＝15分切削後のフランク摩耗幅VB（mm）を測定 II:被切削−SKD11 切削条件 切削速度（Ｖ）＝100m/min 切込み（ｄ）＝1mm 送り速度（ｆ）＝0.10mm/rev 寿命判定＝５分切削後のフランク摩耗幅VB（mm）を測定 III:被削材−FC20 切削条件 切削速度（Ｖ）＝200m/min 切込み（ｄ）＝2mm 送り速度（ｆ）＝0.80mm/rev 寿命判定＝10コーナー切削時の欠損確率Ｖにて判定。 第１表から理解されるように、試料番号１〜5,8,10及
び14は本発明の範囲外を示すものであり、試料番号１及
び２はAl2O3及びTiCの量比が外れる場合で、TiCが10重
量％以下であると靭性が悪く、且つ耐摩耗性も劣る。Ti
Cが40重量％を越えると結合性が悪いために予備焼成後
の対理論密度比が94％以上に焼結せず、この様な予備焼
結体をHIP処理しても得られた焼結体の密度は94％程度
までにしか緻密化しない、試料番号３及び４はTiCxの炭
素量ｘが外れる場合で、TiC原料粉末中の炭素量ｘが0.9
5未満であると耐摩耗性が悪く、0.99を越えると耐摩耗
性のほか靭性が劣化する。Yb2O3が0.1重量部以下である
試料番号５のものは1750℃以下では予備焼成後の対理論
密度比が約90％程度までにしか焼結せず、それをHIP処
理してもそれ以上緻密化しない。焼成温度が高すぎるた
めに焼結後の対理論密度比が99％を越える試料番号８の
ものは靭性が優れてはいるものの耐摩耗性が劣化する。
Yb2O3の添加量が多過ぎた試料番号10の場合は耐摩耗性
が劣化する。また、試料番号14は予備焼成後の対理論密
度比が低過ぎるためHIP焼成後における焼結体の対理論
密度比も低く充分緻密化していない。これに対し、本発
明の試料番号6,7,9,11,12,13は耐摩耗性切削テストのＩ
の条件においてフランク摩耗0.38mmまで、IIの条件にお
いてフランク摩耗0.18mmまでと良好であり、またIIIの
条件における靭性テストではそれぞれ10本中３本までの
欠損ですみ良好であった。 〔発明の効果〕 本発明においては耐摩耗性の劣化を防止し、かつ充分
な靭性を有するAl2O3系切削工具用アルミナ質焼結体の
製法を提供することができる。
結体の製法に関するものである。 〔発明の背景〕 Al2O3−TiC系材料はAl2O3系材料の靭性を大幅に改良
した画期的な工具材料であり、主に鋳鉄、高硬度材とし
て使用されている。 〔先行技術及び発明が解決しようとする問題点〕 一般にこの系の材料はホットプレス法により製造され
ているが、大量生産性、加工性が悪く製造コストが高く
なり、また複雑形状品の作製に難点があった。また、成
形後、不活性ガス又は還元性ガス中で焼結し予備焼結体
として対理論密度比を94％以上にし、その後熱間静水圧
プレス法（以下、HIP法と称す）により焼結する方法が
提案されているが、予備焼成に高温（1800℃以上）を要
するためAl2O3の粒成長を伴い易く耐摩耗性が劣化する
欠点がある。これに対し粒成長を抑制するため、Al2O3
の主成分に対しMgO,NiO,CoO,Cr2O3,MnO2等の焼結助剤を
少量添加する試みもなされているが、HIP法により緻密
可能な予備焼結体を得るのに1800℃以上の高温を必要と
するため、粒成長はどうしても避けられなかった。本発
明者は上記問題に鑑み研究を重ねた結果、一般式;TiCX
（ただしＸは0.95〜0.99）からなる炭化チタンとAl2O3
との一定組成比の主成分に対しYb化合物を配合すること
により、HIP法により緻密可能な予備焼結体を1750℃以
下の低温焼成で獲得できた。これにより得られた焼結体
の粒成長は抑制され得るものであることが分かった。 〔発明の目的〕 本発明においてはAl2O3−TiC系セラミック材料をHIP
法により焼成する際のAl2O3の粒成長を抑制することに
より、耐摩耗性の劣化を防止しかつ十分な靭性を有する
切削工具用アルミナ質焼結体の製法を提供することを目
的とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明によれば一般式;TiCx（ただしｘは0.95〜0.9
9）で表される炭化チタンを10〜40重量％と、Al2O3を60
〜90重量％とから成る主成分100重量部に対し、Yb化合
物を0.1〜3.0重量部配合してなる混合粉末を成形後、不
活性ガス又は還元性ガス中で一次焼結を行い対理論密度
を94〜99％とし、次いで熱間静水圧プレス法により焼結
することを特徴とする切削工具用アルミナ質焼結体の製
法が提供される。 本発明に使用される炭化チタン原料粉末はTiCXのＸが
0.95〜0.99であることが必要である。つまりTiが過剰で
あることを意味し、TiCXの原子間の結合形態が金属結合
的性質を帯びた共有結合となり靭性が向上する。TiCxに
おけるｘが0.95未満であると工具材料としての耐摩耗性
が劣化し、0.99を越えると靭性が劣化する。このような
TiCxはAl2O3に対して10〜40重量％配合することが必要
である。TiCxが10重量％未満であると靭性を向上させる
効果がなく、40重量％を越えると焼結性が劣化する。さ
らに、前記Al2O3−TiC系主成分100重量部に対してYb2O3
等のYb化合物が酸化物として0.1〜3.0重量部添加するこ
とにより予備焼成時の温度を1750℃以下とし、粒成長を
抑制することができる。 Yb2O3中のYbは他の周期律表第3a族元素（たとえばY,D
y等）と比ベイオン半径が小さい。このことは、共有結
合を示す化合物にイオン半径の小さい第3a族元素を添加
した場合、高温雰囲気における特性、例えば高温耐酸化
性が良好の成ることから、高速切削時に焼結体が高温と
なっても刃先の摩耗、靭性、塑性変形等に対し良好な特
性を有するものと考えらえる。Yb化合物が酸化物として
0.1重量部未満ではHIP可能な焼結体が1750℃前後での焼
成では獲得できず、3.0重量部を越えると耐摩耗性及び
靭性が劣化する。予備焼成時に不活性ガス又は還元性ガ
スの雰囲気にする理由は酸化性雰囲気であればTiCが酸
化され好ましくなく、真空中であればAl2O3が分解蒸発
を起こして緻密な焼結体は得られない。また、予備焼成
後の対理論密度比は94〜99％であることが必要である。
対理論密度比が94％未満であるとHIP処理時において充
分緻密化せず、99％を越えると粒成長を生じ耐摩耗性が
著しく劣化する。なお、HIP処理は1400〜1650℃、不活
性ガス中、1,000気圧以上の条件で行われる。切削工具
材料として充分な特性を得るためには対理論密度比が9
9.5％以上に成ることが望ましい。 〔実施例〕 純度99.9％、平均粒径0.3μｍのα−Al2O3と、炭素量
ｘを有する平均粒径0.5μｍのTiC粉末と、NiO,MgO,Yb2O
3とを第１表に示すように各種配合し、振動ミルにて20
時間混合粉砕した。これを乾燥後パラフィンワックス６
重量％を添加して造粒した。その後焼結体としての寸法
が13×13×5mmになるように約1.0ton/cm2の圧力でプレ
ス成型した後、100mmHgのアルゴン又はCoガス雰囲気で
対理論密度比が94〜98％と成るように予備焼結した。 焼結後HIP炉を用いて1550℃×１時間、2000Kg/cm2圧
力で焼成した。ガスはアルゴンを用いた。得られた焼結
体はダイヤモンド砥石を用いてSNGN120408の形状に仕上
げた。 このものについて次のＩ、II及びIIIの条件にて切削
テストを行い耐摩耗性及び靭性の評価を行った。これら
の結果を第１表に示す。 I:被削材−FCD45 切削条件 切削速度（Ｖ）＝400m/min 切込み（ｄ）＝2mm 送り速度（ｆ）＝0.30mm/rev 寿命判定＝15分切削後のフランク摩耗幅VB（mm）を測定 II:被切削−SKD11 切削条件 切削速度（Ｖ）＝100m/min 切込み（ｄ）＝1mm 送り速度（ｆ）＝0.10mm/rev 寿命判定＝５分切削後のフランク摩耗幅VB（mm）を測定 III:被削材−FC20 切削条件 切削速度（Ｖ）＝200m/min 切込み（ｄ）＝2mm 送り速度（ｆ）＝0.80mm/rev 寿命判定＝10コーナー切削時の欠損確率Ｖにて判定。 第１表から理解されるように、試料番号１〜5,8,10及
び14は本発明の範囲外を示すものであり、試料番号１及
び２はAl2O3及びTiCの量比が外れる場合で、TiCが10重
量％以下であると靭性が悪く、且つ耐摩耗性も劣る。Ti
Cが40重量％を越えると結合性が悪いために予備焼成後
の対理論密度比が94％以上に焼結せず、この様な予備焼
結体をHIP処理しても得られた焼結体の密度は94％程度
までにしか緻密化しない、試料番号３及び４はTiCxの炭
素量ｘが外れる場合で、TiC原料粉末中の炭素量ｘが0.9
5未満であると耐摩耗性が悪く、0.99を越えると耐摩耗
性のほか靭性が劣化する。Yb2O3が0.1重量部以下である
試料番号５のものは1750℃以下では予備焼成後の対理論
密度比が約90％程度までにしか焼結せず、それをHIP処
理してもそれ以上緻密化しない。焼成温度が高すぎるた
めに焼結後の対理論密度比が99％を越える試料番号８の
ものは靭性が優れてはいるものの耐摩耗性が劣化する。
Yb2O3の添加量が多過ぎた試料番号10の場合は耐摩耗性
が劣化する。また、試料番号14は予備焼成後の対理論密
度比が低過ぎるためHIP焼成後における焼結体の対理論
密度比も低く充分緻密化していない。これに対し、本発
明の試料番号6,7,9,11,12,13は耐摩耗性切削テストのＩ
の条件においてフランク摩耗0.38mmまで、IIの条件にお
いてフランク摩耗0.18mmまでと良好であり、またIIIの
条件における靭性テストではそれぞれ10本中３本までの
欠損ですみ良好であった。 〔発明の効果〕 本発明においては耐摩耗性の劣化を防止し、かつ充分
な靭性を有するAl2O3系切削工具用アルミナ質焼結体の
製法を提供することができる。
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．一般式;TiCx（ただし、ｘは、0.95〜0.99）で表さ
れる炭化チタンを10〜40重量％と、Al2O3を60〜90重量
％とから成る主成分100重量部に対し、Yb化合物を0.1〜
3.0重量部配合してなる混合粉末を成形後、不活性ガス
又は還元性ガス中で一次焼結を行い対理論密度比を94〜
99％とし、次いで熱間静水圧プレス法により焼結するこ
とを特徴とする切削工具用アルミナ質焼結体の製法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276731A JP2673523B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276731A JP2673523B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01119558A JPH01119558A (ja) | 1989-05-11 |
| JP2673523B2 true JP2673523B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=17573555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62276731A Expired - Lifetime JP2673523B2 (ja) | 1987-10-30 | 1987-10-30 | 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2673523B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2805957B2 (ja) * | 1990-02-23 | 1998-09-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 高強度および高靭性を有する酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具 |
| JP2805969B2 (ja) * | 1990-04-05 | 1998-09-30 | 三菱マテリアル株式会社 | 高靭性および高強度を有する酸化アルミニウム基セラミックス |
| JP7138035B2 (ja) * | 2018-12-14 | 2022-09-15 | 京セラ株式会社 | 電解研磨用導電性部材および摺動リング |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59102865A (ja) * | 1982-12-03 | 1984-06-14 | 日本特殊陶業株式会社 | 切削用セラミツク工具の製造方法 |
| JPS6153155A (ja) * | 1984-08-22 | 1986-03-17 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツクの製造法 |
-
1987
- 1987-10-30 JP JP62276731A patent/JP2673523B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01119558A (ja) | 1989-05-11 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
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