JP5275744B2 - Cutting insert, silicon nitride cutting tool, and method of manufacturing silicon nitride sintered body used for cutting insert - Google Patents

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本発明は、窒化珪素焼結体および窒化珪素焼結体により形成される切削工具に関する。   The present invention relates to a silicon nitride sintered body and a cutting tool formed of the silicon nitride sintered body.

従来、自動車用部品等の材料として鋳鉄が利用されている。鋳鉄の加工には、窒化珪素焼結体工具が広く使用されている。窒化珪素焼結体工具は、鋳鉄の切削時において、高い耐欠損性、耐摩耗性、耐熱衝撃性等を有している(例えば、引用文献1)。   Conventionally, cast iron has been used as a material for automobile parts and the like. A silicon nitride sintered tool is widely used for processing cast iron. The silicon nitride sintered body tool has high fracture resistance, wear resistance, thermal shock resistance and the like when cutting cast iron (for example, cited reference 1).

近年、自動車用部品等の金属製部品は、部品の軽量化を目的として、鋳鉄からアルミニウム合金へ材料の転換がされつつある。従来使用されている窒化珪素焼結体工具を用いてアルミニウム合金を切削加工すると、窒化珪素焼結体工具に欠損が生じるため、アルミニウム合金の切削加工には、例えば、ダイヤモンド焼結体工具や、表面に硬質炭素等の被膜が施された超硬工具が利用されている(例えば、引用文献2,引用文献3)。ダイヤモンド焼結体工具は、高耐摩耗性および長寿命という利点を有しており、また、アルミニウム合金とダイヤモンド焼結体との反応性が低いため、良好な切削性能を提供できる。被覆超硬工具は耐摩耗性が優れ、製造コストが低い利点がある。   In recent years, metal parts such as automobile parts are being converted from cast iron to aluminum alloy for the purpose of reducing the weight of the parts. When an aluminum alloy is cut using a conventionally used silicon nitride sintered body tool, since a defect occurs in the silicon nitride sintered body tool, for example, a diamond sintered body tool, A carbide tool having a surface coated with a hard carbon film or the like is used (for example, cited reference 2 and cited reference 3). The diamond sintered body tool has the advantage of high wear resistance and long life, and can provide good cutting performance because of low reactivity between the aluminum alloy and the diamond sintered body. Coated carbide tools have the advantages of excellent wear resistance and low manufacturing costs.

特開平11−139876号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-139876 特開2003−145316号公報JP 2003-145316 A 特開平11−291104号公報JP 11-291104 A

しかしながら、ダイヤモンド焼結体工具は、鋳鉄との反応性が高いため、アルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削時における耐摩耗性の低下という問題や、高価であるため費用がかさむという問題がある。また、高能率な高速切削加工を行なう場合、超硬工具は、刃先形状を鋭利に形成すると摩耗量の増大に起因する短寿命化という問題が生じたり、表層に硬質炭素等の被膜を形成すると、アルミニウム合金や、アルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削時における被膜の剥離という問題が生じたりする。   However, the diamond sintered body tool has high reactivity with cast iron, so there is a problem that wear resistance is reduced when cutting a material made of aluminum alloy and cast iron, and there is a problem that cost is high because it is expensive. . Also, when performing high-efficiency high-speed cutting, the carbide tool has a problem of shortening the life due to increased wear when the cutting edge shape is sharply formed, or when a coating such as hard carbon is formed on the surface layer Further, there arises a problem of peeling of the coating film when cutting an aluminum alloy or a material made of aluminum alloy and cast iron.

上述の課題は、自動車部品に限られるものではなく、種々の機械、装置に用いられるアルミニウム合金、アルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削加工時においても生じる課題である。   The above-described problems are not limited to automobile parts, but are also problems that occur when cutting materials made of aluminum alloys and aluminum alloys and cast iron used in various machines and devices.

本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、アルミニウム合金、アルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削加工時において、耐摩耗性、耐欠損性の高い窒化珪素焼結体工具の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides a silicon nitride sintered body tool having high wear resistance and fracture resistance at the time of cutting an aluminum alloy, a material made of aluminum alloy and cast iron. Objective.

本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態または適用例として実現することが可能である。   SUMMARY An advantage of some aspects of the invention is to solve at least a part of the problems described above, and the invention can be implemented as the following forms or application examples.

[適用例1]
窒化珪素に焼結助剤を添加して焼結することにより生成される窒化珪素系焼結体であって、α型の窒化珪素およびβ型の窒化珪素からなる主結晶相と、前記焼結助剤を成分に含む粒界相と、から構成され、前記窒化珪素系焼結体における、前記α型の窒化珪素の占める比率が35%以下であり、かつ、前記窒化珪素焼結体の二次元断面状での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の占める比率が10%以下であることを特徴とする、窒化珪素焼結体。
[Application Example 1]
A silicon nitride-based sintered body produced by adding a sintering aid to silicon nitride and sintering, the main crystal phase comprising α-type silicon nitride and β-type silicon nitride, and the sintering And a proportion of the α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and two of the silicon nitride sintered body. A silicon nitride sintered body characterized in that the proportion of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more in a dimensional cross-section is 10% or less.

適用例1の窒化珪素焼結体によれば、窒化珪素焼結体の組成は、窒化珪素系焼結体におけるα型の窒化珪素の占める比率が35%以下であり、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での、長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下となる。従って、窒化珪素焼結体の組成中に、粒子形状が針状のβ型の窒化珪素粒子が存在するので、β型の窒化珪素が亀裂進展に対する抵抗となるクラックディフレクションの効果を得ることができるとともに、β型の窒化珪素同士が互いに絡み合うことにより靭性が向上する。よって、窒化珪素焼結体の耐磨耗性及び耐欠損性を向上できる。また、長軸径2μm以上のβ型窒化珪素の割合が10%以下であるため、アルミニウム合金およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の加工に有用な鋭利な刃先を得ることができる。また、α型の窒化珪素が35%以下であるということは、すなわち、微細なα型の窒化珪素が適度に存在していることを意味しているので、β型の窒化珪素粒子を粗大化させることなくクラックディフレクションの効果を得ることができ、靭性を向上できる。   According to the silicon nitride sintered body of Application Example 1, the composition of the silicon nitride sintered body is such that the proportion of α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and the silicon nitride-based sintered body The proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more on the two-dimensional cross section of the sintered body is 10% or less. Accordingly, since β-type silicon nitride particles having a needle shape are present in the composition of the silicon nitride sintered body, the effect of crack deflection in which β-type silicon nitride provides resistance to crack propagation can be obtained. In addition, the β-type silicon nitride is entangled with each other, so that toughness is improved. Therefore, the wear resistance and fracture resistance of the silicon nitride sintered body can be improved. Further, since the ratio of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is 10% or less, a sharp cutting edge useful for processing an aluminum alloy and a material made of aluminum alloy and cast iron can be obtained. Further, the fact that the α-type silicon nitride is 35% or less means that fine α-type silicon nitride is present appropriately, so that the β-type silicon nitride particles are coarsened. The effect of crack deflection can be obtained without causing the toughness to be improved.

[適用例2]
適用例1の窒化珪素焼結体において、前記β型の窒化珪素の長軸径は、7μm以下である。適用例2の窒化珪素焼結体によればアルミニウム合金およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の加工に有用な鋭利な刃先を得ることができる。
[Application Example 2]
In the silicon nitride sintered body of Application Example 1, the major axis diameter of the β-type silicon nitride is 7 μm or less. According to the silicon nitride sintered body of Application Example 2, a sharp cutting edge useful for processing an aluminum alloy and a material made of the aluminum alloy and cast iron can be obtained.

[適用例3]
適用例1または適用例2の窒化珪素焼結体において、前記窒化珪素焼結体の二次元断面上における、前記粒界相の占める比率は、3面積%〜9面積%である。適用例3の窒化珪素焼結体によれば、従来の窒化珪素の焼成温度(約1700℃〜1900℃)よりも低温で焼結できるため、窒化珪素焼結体の粒子形状を、微細、かつ、針状組織化した、緻密な窒化珪素焼結体とすることができる。
[Application Example 3]
In the silicon nitride sintered body of Application Example 1 or Application Example 2, the ratio of the grain boundary phase on the two-dimensional cross section of the silicon nitride sintered body is 3 area% to 9 area%. According to the silicon nitride sintered body of Application Example 3, since sintering can be performed at a temperature lower than the conventional firing temperature of silicon nitride (about 1700 ° C. to 1900 ° C.), the particle shape of the silicon nitride sintered body is fine and Thus, a dense silicon nitride sintered body having a needle-like structure can be obtained.

[適用例4]
適用例1ないし適用例3いずれかの窒化珪素焼結体において、前記焼結助剤は、マグネシウム(Mg)および希土類元素を含む。適用例4の窒化珪素焼結体によれば、マグネシウムが焼結助剤として用いられる。マグネシウムは粒界相を形成する他の焼結助剤及び窒化珪素原料が不純物として含む酸化珪素との液相生成温度を低温化することができることから、窒化珪素粒子の粗大化を抑制し、かつ、緻密化させることができる。また、希土類元素は他の焼結助剤と反応して粒界相を形成し、焼結体を緻密にするとともに、窒化珪素の針状粒子の生成により窒化珪素焼結体の機械的特性を向上することができる。また、イッテルビウム元素を含む焼結助剤は、各種希土類元素を含む焼結助剤の中でも窒化珪素の焼結性を向上させる効果が大きく、特に、マグネシウム元素を含む焼結助剤と組み合わせた場合、焼結性がより向上する。従って、窒化珪素粒子の微細、かつ、針状組織化ができる。
[Application Example 4]
In the silicon nitride sintered body according to any one of Application Examples 1 to 3, the sintering aid includes magnesium (Mg) and a rare earth element. According to the silicon nitride sintered body of Application Example 4, magnesium is used as a sintering aid. Since magnesium can lower the liquid phase generation temperature with other sintering aids that form grain boundary phases and silicon oxide containing silicon nitride as an impurity, it suppresses the coarsening of silicon nitride particles, and Can be densified. In addition, rare earth elements react with other sintering aids to form grain boundary phases, densifying the sintered body, and forming silicon nitride needle-like particles to improve the mechanical properties of the silicon nitride sintered body. Can be improved. In addition, sintering aids containing ytterbium elements have a large effect of improving the sinterability of silicon nitride among sintering aids containing various rare earth elements, especially when combined with sintering aids containing magnesium elements. , Sinterability is further improved. Therefore, the silicon nitride particles can be made fine and acicular.

[適用例5]
適用例4の窒化珪素焼結体において、前記焼結助剤は、前記マグネシウム(Mg)を酸化マグネシウム(MgO)換算で2〜5重量%含み、かつ、希土類元素としてイッテルビウム(Yb)を酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算で3〜11重量%含む。適用例5の窒化珪素焼結体によれば、焼結助剤には、マグネシウム(Mg)を酸化マグネシウム(MgO)換算で2〜5重量%含み、かつ、イッテルビウム(Yb)を酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算で3〜11重量%含まれる。従って、焼結助剤の偏析およびβ型の窒化珪素の粗大化を抑制でき、微細、かつ、針状組織化した、緻密な窒化珪素焼結体とすることができる。
[Application Example 5]
In the silicon nitride sintered body of Application Example 4, the sintering aid contains 2 to 5% by weight of the magnesium (Mg) in terms of magnesium oxide (MgO), and ytterbium oxide (Yb) as a rare earth element. 3 to 11% by weight in terms of (Yb2O3). According to the silicon nitride sintered body of Application Example 5, the sintering aid contains 2 to 5% by weight of magnesium (Mg) in terms of magnesium oxide (MgO), and ytterbium (Yb) contains ytterbium oxide (Yb2O3). ) 3 to 11% by weight in terms of conversion. Therefore, segregation of the sintering aid and coarsening of the β-type silicon nitride can be suppressed, and a fine silicon nitride sintered body having a fine and needle-like structure can be obtained.

[適用例6]
窒化珪素質工具であって、α型の窒化珪素およびβ型の窒化珪素からなる主結晶相と、前記焼結助剤を成分に含む粒界相と、から構成される窒化珪素焼結体からなり、前記窒化珪素焼結体は、前記窒化珪素系焼結体におけるα型の窒化珪素の占める比率が35%以下、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であることを特徴とする、窒化珪素質工具。
[Application Example 6]
A silicon nitride tool comprising a silicon nitride sintered body comprising a main crystal phase composed of α-type silicon nitride and β-type silicon nitride, and a grain boundary phase containing the sintering aid as a component In the silicon nitride sintered body, the proportion of α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and the major axis diameter on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body A silicon nitride-based tool characterized in that the proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a diameter of 2 μm or more is 10% or less.

適用例6の窒化珪素質工具によれば、窒化珪素系焼結体におけるα型の窒化珪素の占める比率が35%以下、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であることを特徴とする窒化珪素焼結体を材料として形成される。従って、高耐摩耗性、高耐欠損性を有する窒化珪素質工具を提供できる。   According to the silicon nitride tool of Application Example 6, the proportion of α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and the long axis on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body The silicon nitride sintered body is characterized in that the proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a diameter of 2 μm or more is 10% or less. Accordingly, a silicon nitride tool having high wear resistance and high fracture resistance can be provided.

[適用例7]
切削インサートであって、α型の窒化珪素およびβ型の窒化珪素からなる主結晶相と、前記焼結助剤を成分に含む粒界相と、から構成される窒化珪素焼結体からなり、前記窒化珪素焼結体は、前記窒化珪素系焼結体のα型の窒化珪素の占める比率が35%以下、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であることを特徴とする、切削インサート。
[Application Example 7]
A cutting insert comprising a silicon nitride sintered body comprising a main crystal phase composed of α-type silicon nitride and β-type silicon nitride, and a grain boundary phase containing the sintering aid as a component, In the silicon nitride sintered body, the ratio of the silicon nitride-based sintered body to the α-type silicon nitride is 35% or less, and the major axis diameter of the silicon nitride-based sintered body on the two-dimensional cross section is 2 μm. A cutting insert in which the proportion of the particle area of the β-type silicon nitride is 10% or less.

適用例7の切削インサートによれば、窒化珪素系焼結体のα型の窒化珪素の占める比率が35%以下、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であることを特徴とする窒化珪素焼結体を材料として形成される。従って、高耐摩耗性、高耐欠損性を有する切削インサートを提供できる。   According to the cutting insert of Application Example 7, the ratio of the silicon nitride-based sintered body to the α-type silicon nitride is 35% or less, and the major axis diameter on the two-dimensional section of the silicon nitride-based sintered body is A silicon nitride sintered body characterized in that the ratio of the particle area of β-type silicon nitride of 2 μm or more is 10% or less is formed as a material. Therefore, it is possible to provide a cutting insert having high wear resistance and high fracture resistance.

[適用例8]
適用例7の切削インサートにおいて、表面に非晶質炭素膜が被覆されていることを特徴とする。適用例8の切削インサートによれば、耐摩耗性、耐欠損性を更に向上できる。
[Application Example 8]
The cutting insert of Application Example 7 is characterized in that the surface is coated with an amorphous carbon film. According to the cutting insert of Application Example 8, the wear resistance and fracture resistance can be further improved.

[適用例9]
窒化珪素切削工具であって、切削インサートを装着するための装着手段と、前記装着手段に装着された適用例7または適用例8の切削インサートと、を備える窒化珪素切削工具。
[Application Example 9]
A silicon nitride cutting tool comprising: a mounting means for mounting a cutting insert; and the cutting insert of Application Example 7 or Application Example 8 mounted on the mounting means.

適用例9の窒化珪素切削工具によれば、窒化珪素系焼結体のα型の窒化珪素の占める比率が35%以下、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であることを特徴とする窒化珪素焼結体を材料として形成される。従って、高耐摩耗性、高耐欠損性を有する窒化珪素切削工具を提供できる。   According to the silicon nitride cutting tool of Application Example 9, the proportion of the silicon nitride-based sintered body in the α-type silicon nitride is 35% or less, and the long axis on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body The silicon nitride sintered body is characterized in that the proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a diameter of 2 μm or more is 10% or less. Therefore, a silicon nitride cutting tool having high wear resistance and high fracture resistance can be provided.

[適用例10]
適用例6または適用例9の窒化珪素切削工具において、アルミニウム合金材料およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削に用いることを特徴とする。適用例10の窒化珪素切削工具によれば、アルミニウム合金材料およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削において、従来の窒化珪素切削工具や超硬工具に比して、優れた切削性能を有する切削工具を提供できる。
[Application Example 10]
The silicon nitride cutting tool of Application Example 6 or Application Example 9 is characterized in that it is used for cutting an aluminum alloy material and a material composed of an aluminum alloy and cast iron. According to the silicon nitride cutting tool of Application Example 10, in cutting of an aluminum alloy material and a material composed of an aluminum alloy and cast iron, cutting having superior cutting performance as compared with conventional silicon nitride cutting tools and carbide tools. Tools can be provided.

[適用例11]
窒化珪素焼結体の製造方法であって、平均粒径0.5μmかつα型の窒化珪素の占める割合が95%以上の窒化珪素粉末と、焼結助剤とを、合計100重量%となるように配合して混合し、前記混合の結果生成された粉末を成形して成形体を生成し、前記成形体を約1500℃〜約1550℃で1次焼成し、前記1次焼成された成形体を、約1450℃〜約1550℃で2次焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法。
[Application Example 11]
A method for producing a silicon nitride sintered body, in which a silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm and an α-type silicon nitride occupying 95% or more and a sintering aid is a total of 100% by weight. The powder formed as a result of the mixing is molded to form a molded body, and the molded body is first fired at about 1500 ° C. to about 1550 ° C., and the primary fired molding is performed. A method for producing a silicon nitride sintered body, wherein the body is subjected to secondary firing at about 1450 ° C to about 1550 ° C.

適用例11の窒化珪素焼結体の製造方法によれば、成形体を約1500℃〜約1550℃で1次焼成し、1次焼成された成形体を、約1450℃〜約1550℃、より好ましくは、約1475℃〜約1525℃で2次焼成することにより窒化珪素焼結体が製造される。従って、従来の窒化珪素の焼成温度よりも低温で焼結できるため、窒化珪素焼結体の粒子形状を、微細、かつ、針状組織化できる。よって、高強度の窒化珪素焼結体を製造できる。   According to the method for producing a silicon nitride sintered body of Application Example 11, the green body is primarily fired at about 1500 ° C. to about 1550 ° C., and the primary fired green body is about 1450 ° C. to about 1550 ° C. Preferably, the silicon nitride sintered body is manufactured by performing secondary firing at about 1475 ° C. to about 1525 ° C. Therefore, since sintering can be performed at a temperature lower than the firing temperature of conventional silicon nitride, the particle shape of the silicon nitride sintered body can be made fine and acicular. Therefore, a high-strength silicon nitride sintered body can be manufactured.

[適用例12]
窒化珪素切削工具の製造方法であって、平均粒径0.5μmかつα型の窒化珪素の占める割合が95%以上の窒化珪素粉末と、焼結助剤とを、合計100重量%となるように配合して混合し、前記混合の結果生成された粉末を成形して成形体を生成し、前記成形体を約1500℃で1次焼結し、前記1次焼成された成形体を、約1450℃〜約1550℃、より好ましくは、約1475℃〜約1525℃で2次焼結し、前記2次焼結により得られた窒化珪素焼結体を切削工具に加工する、窒化珪素切削工具の製造方法。
[Application Example 12]
A method for manufacturing a silicon nitride cutting tool, in which a silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm and an α-type silicon nitride occupying 95% or more and a sintering aid total 100% by weight. The powder formed as a result of the mixing is molded to form a molded body, the molded body is primarily sintered at about 1500 ° C., and the primary fired molded body is about A silicon nitride cutting tool which is subjected to secondary sintering at 1450 ° C. to about 1550 ° C., more preferably at about 1475 ° C. to about 1525 ° C., and the silicon nitride sintered body obtained by the secondary sintering is processed into a cutting tool. Manufacturing method.

適用例12の窒化珪素切削工具の製造方法によれば、従来の窒化珪素の焼成温度よりも低温で焼結することにより生成された窒化珪素焼結体を加工することにより切削工具が製造される。従って、微細針状の粒子組成微細、かつ、針状化した組織を有する高強度の窒化珪素焼結体により切削工具を製造できる。よって、高耐摩耗性、高耐欠損性を有する窒化珪素切削工具を提供できる。   According to the silicon nitride cutting tool manufacturing method of Application Example 12, a cutting tool is manufactured by processing a silicon nitride sintered body generated by sintering at a temperature lower than the firing temperature of conventional silicon nitride. . Therefore, a cutting tool can be manufactured with a high-strength silicon nitride sintered body having a fine needle-like particle composition and a needle-like structure. Therefore, a silicon nitride cutting tool having high wear resistance and high fracture resistance can be provided.

本発明において、上述した種々の態様は、適宜、組み合わせたり、一部を省略したりして適用することができる。   In the present invention, the various aspects described above can be applied by appropriately combining or omitting some of them.

A.第1実施例:
第1実施例の窒化珪素焼結体、切削インサート、窒化珪素切削工具について、適宜図面を参照しつつ、以下に説明する。
A. First embodiment:
The silicon nitride sintered body, cutting insert, and silicon nitride cutting tool of the first embodiment will be described below with reference to the drawings as appropriate.

A1.製造方法:
図1は、第1実施例における窒化珪素切削工具の製造方法を説明するフローチャートである。図2は、第1実施例における切削インサートを例示する説明図である。図3は、第1実施例における窒化珪素切削工具を表す正面図である。図4は、第1実施例における窒化珪素切削工具を表す平面図である。図2に示す切削インサートは、図1に示す製造方法により製造されたインサートである。図3および図4は、切削インサートが装着された状態の窒化珪素切削工具を表している。
A1. Production method:
FIG. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a silicon nitride cutting tool in the first embodiment. FIG. 2 is an explanatory view illustrating a cutting insert in the first embodiment. FIG. 3 is a front view showing the silicon nitride cutting tool in the first embodiment. FIG. 4 is a plan view showing the silicon nitride cutting tool in the first embodiment. The cutting insert shown in FIG. 2 is an insert manufactured by the manufacturing method shown in FIG. 3 and 4 show the silicon nitride cutting tool with the cutting insert attached.

平均粒径0.5μmかつα率が95%の窒化珪素粉末と、焼結助剤とを、合計100重量%となるように配合し、配合された粉末をエタノールと共にボールミル中で約40時間混合し混合物(スラリー)を生成し、次に、スラリーを湯煎乾燥により造粒し粉末にする(ステップS10)。第1実施例では、α率とは、配合される全粉末に含まれるα型の窒化珪素粉末の割合を表している。以降、本明細書では、α型の窒化珪素をα型窒化珪素と呼ぶ。第1実施例では、焼結助剤として、マグネシウム(Mg)および希土類元素を利用しており、特に、希土類として、イッテルビウム(Yb)を用いる。第1実施例の焼結助剤には、マグネシウム(Mg)が酸化マグネシウム(MgO)換算で2〜5重量%含まれており、イッテルビウム(Yb)が酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算で3〜11重量%含まれている。尚、アルミ合金の加工に用いられる窒化珪素焼結体は、焼結体組織中の窒化珪素粒子を微細、かつ、針状組織化するために、鋳鉄加工を目的とした窒化珪素焼結体に対して焼結助剤を多く添加することが好ましく、マグネシウム(Mg)とイッテルビウム(Yb)とが、酸化マグネシウム(MgO)と酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算による合計で、約7重量%〜約15重量%含まれていることが好ましく、約7重量%〜約13重量%含まれていることがより好ましい。   A silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm and an α ratio of 95% and a sintering aid are blended to a total of 100% by weight, and the blended powder is mixed with ethanol in a ball mill for about 40 hours. Then, a mixture (slurry) is produced, and then the slurry is granulated by hot water drying to form a powder (step S10). In the first embodiment, the α rate represents the proportion of α-type silicon nitride powder contained in all powders to be blended. Hereinafter, in this specification, α-type silicon nitride is referred to as α-type silicon nitride. In the first embodiment, magnesium (Mg) and a rare earth element are used as the sintering aid, and in particular, ytterbium (Yb) is used as the rare earth. In the sintering aid of the first example, magnesium (Mg) is contained in an amount of 2 to 5% by weight in terms of magnesium oxide (MgO), and ytterbium (Yb) is 3 to 11% in terms of ytterbium oxide (Yb2O3). %include. In addition, the silicon nitride sintered body used for processing the aluminum alloy is a silicon nitride sintered body for the purpose of cast iron processing in order to make the silicon nitride particles in the sintered body structure fine and acicular. On the other hand, it is preferable to add a large amount of sintering aid, and magnesium (Mg) and ytterbium (Yb) are about 7 wt% to about 15 wt% in total in terms of magnesium oxide (MgO) and ytterbium oxide (Yb 2 O 3). %, Preferably about 7 wt% to about 13 wt%.

次に、造粒した粉末を、1500kgf/cm2、で冷間等方圧加圧(cold isostatic pressing:CIP)成形により成形する(ステップS12)。   Next, the granulated powder is molded by cold isostatic pressing (CIP) molding at 1500 kgf / cm @ 2 (step S12).

続いて、CIP成形により成形された成形体を1次焼成する(ステップS14)。具体的には、成形体を、1気圧の窒素(N2)雰囲気下において、約1500℃〜1550℃で2時間保存する。   Subsequently, the molded body molded by CIP molding is subjected to primary firing (step S14). Specifically, the compact is stored at about 1500 ° C. to 1550 ° C. for 2 hours under a nitrogen (N 2) atmosphere of 1 atm.

続いて、1次焼成された成形体を2次焼成する(ステップS16)。具体的には、1次焼成された成形体を、1000気圧の窒素(N2)雰囲気下において、約1450℃〜約1550℃、より好ましくは、約1475℃〜約1525℃で約4時間保持する。この結果、第1実施例の窒化珪素焼結体が得られる。   Subsequently, the primary fired compact is secondarily fired (step S16). Specifically, the primary fired molded body is held at about 1450 ° C. to about 1550 ° C., more preferably about 1475 ° C. to about 1525 ° C. for about 4 hours in a nitrogen (N 2) atmosphere of 1000 atm. . As a result, the silicon nitride sintered body of the first embodiment is obtained.

次に、得られた窒化珪素焼結体を、所定の工具形状に研磨加工することにより、切削インサートが得られる(ステップS18)。第1実施例では、図2に示すように、所定の工具形状は、ISO規格で、SNGN432サイズ(縦12.7mm、横12.7mm、高さ4.76mm、ホーニング無し)である。第1実施例では、切削インサート2の刃先は面取り刃先加工を施していないが、面取り刃先加工(例えば、面取り幅が0.3mm、面取り角が25°)を行って、面取部を形成してもよい。切削インサート2を、図3及び図4に示す様に、ホルダ付き切削工具(フライスカッター)4にセットすることにより、窒化珪素切削工具が得られる(ステップS20)。なお、切削インサート2の表面には、非晶質炭素を被膜しても良い。非晶質炭素被膜により、アルミニウム合金を切削加工する際の溶着を抑制することができる。   Next, the obtained silicon nitride sintered body is polished into a predetermined tool shape to obtain a cutting insert (step S18). In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the predetermined tool shape is the ISO standard and SNGN432 size (vertical 12.7 mm, horizontal 12.7 mm, height 4.76 mm, no honing). In the first embodiment, the cutting edge of the cutting insert 2 is not chamfered, but chamfering (for example, a chamfering width of 0.3 mm and a chamfering angle of 25 °) is performed to form a chamfered portion. May be. As shown in FIGS. 3 and 4, the cutting insert 2 is set on a cutting tool with a holder (milling cutter) 4 to obtain a silicon nitride cutting tool (step S20). The surface of the cutting insert 2 may be coated with amorphous carbon. The amorphous carbon coating can suppress welding when the aluminum alloy is cut.

切削インサート2を装着した窒化珪素切削工具(フライスカッター)4について説明する。図3及び図4に示す様に、フライスカッター4は、略円柱状のカッターボディ本体(ホルダ)5を有し、その先端側(加工面側:図3の手前側)の外周に沿って、6箇所に凹状の切削部6が設けられたものである。つまり、ホルダ5の先端側の外周に沿って、6箇所に凹状の取付部7が設けられ、この取付部7内に、切削インサート2、切削インサート2を取り付けるための合金鋼製のカートリッジ8、同じ合金鋼製のクサビ9等の部材が配置されて、切削部6が構成されている。フライスカッター4の1箇所の取付部7に1枚の切削インサート2が装着されている。尚、図3及び図4では、窒化珪素切削工具の構造を明瞭にするために、一部切削インサート2等の部材が省略されている。   The silicon nitride cutting tool (milling cutter) 4 equipped with the cutting insert 2 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the milling cutter 4 has a substantially cylindrical cutter body main body (holder) 5, along the outer periphery of the tip side (processing surface side: front side of FIG. 3), Recessed cutting portions 6 are provided at six locations. That is, along the outer periphery on the front end side of the holder 5, concave mounting portions 7 are provided at six locations, and the cutting insert 2 and the alloy steel cartridge 8 for mounting the cutting insert 2 in the mounting portion 7, A member such as a wedge 9 made of the same alloy steel is arranged to constitute the cutting portion 6. One cutting insert 2 is attached to one mounting portion 7 of the milling cutter 4. 3 and 4, some members such as the cutting insert 2 are omitted in order to clarify the structure of the silicon nitride cutting tool.

図5は、第1実施例における窒化珪素焼結体の結晶の組成を表す模式図である。図(a)5は、2次焼成後の結晶組成を表している。図5(b)は、β型の窒化珪素の径について表している。結晶組成100は、微細な粒子であるα型窒化珪素101と、針状の粒子であるβ型の窒化珪素(以降、本明細書では、β型窒化珪素と呼ぶ)103からなる結晶相110と、α型窒化珪素およびβ型窒化珪素の粒子の間に存在する、焼結助剤成分を含む粒界相120とから構成されている。第1実施例において、β型窒化珪素粒子の長軸径および短軸径は、窒化珪素焼結体を鏡面研磨し、エッチング後、走査型電子顕微鏡(SEM)により組織を撮影し(図5(a))、撮影画像を画像解析して、測定される。撮影画像は、窒化珪素系焼結体の二次元断面に当たる。図5(b)に示すように、β型窒化珪素の1つの粒子の中で最も幅が大きい部分がその粒子の長軸径(X)であり、長軸に対して略垂直方向で最も幅が小さい部分が、その粒子の短軸径(Y)である。第1実施例では、窒化珪素焼結体の二次元断面上における、粒界相120の占める比率は、3面積%〜9面積%である。上記製造方法によれば、従来の窒化珪素の焼成温度(約1700℃〜1900℃)よりも低温で焼結できる。窒化珪素の焼成温度が高くなると、焼結体中の比較的大きな粒子は、周囲の微細な粒子を吸収して更に粗大化するので、窒化珪素の焼成温度を低温化することで、粒子の粗大化を抑制、言い換えれば、粒子の微細化(窒化珪素の場合は柱状に粒成長していくので針状化)することができる。従って窒化珪素焼結体の粒子形状を、微細、かつ、針状組織化した、緻密な窒化珪素焼結体とすることができる。   FIG. 5 is a schematic diagram showing the crystal composition of the silicon nitride sintered body in the first embodiment. FIG. 5A shows the crystal composition after secondary firing. FIG. 5B shows the diameter of β-type silicon nitride. The crystal composition 100 includes an α-type silicon nitride 101 that is fine particles and a crystal phase 110 that includes β-type silicon nitride (hereinafter referred to as β-type silicon nitride) 103 that is needle-like particles. And a grain boundary phase 120 containing a sintering aid component, which is present between the α-type silicon nitride and β-type silicon nitride particles. In the first example, the major axis diameter and minor axis diameter of the β-type silicon nitride particles were determined by mirror-polishing the silicon nitride sintered body, etching, and photographing the structure with a scanning electron microscope (SEM) (FIG. 5 ( a)) A photographed image is image-analyzed and measured. The photographed image corresponds to a two-dimensional cross section of the silicon nitride sintered body. As shown in FIG. 5 (b), the largest width portion of one particle of β-type silicon nitride is the major axis diameter (X) of the particle, and the largest width in a direction substantially perpendicular to the major axis. The portion where is small is the minor axis diameter (Y) of the particles. In the first example, the ratio of the grain boundary phase 120 on the two-dimensional cross section of the silicon nitride sintered body is 3 area% to 9 area%. According to the above manufacturing method, sintering can be performed at a temperature lower than the conventional firing temperature of silicon nitride (about 1700 ° C. to 1900 ° C.). When the firing temperature of silicon nitride increases, relatively large particles in the sintered body absorb surrounding fine particles and become further coarsened. Therefore, by lowering the firing temperature of silicon nitride, the coarseness of the particles In other words, it is possible to make the particles finer (in the case of silicon nitride, the grains grow in a columnar shape, so that they become acicular). Therefore, the silicon nitride sintered body can be a fine silicon nitride sintered body having a fine and acicular structure.

第1実施例の窒化珪素焼結体は、窒化珪素系焼結体におけるα率が35%以下であり、かつ、窒化珪素系焼結体の二次元断面上での長軸径が2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下である。α率は、25%以下であることがより好ましく、長軸径が2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の占める比率は、5%以上であることがより好ましい。また、β型窒化珪素の長軸径は、7μm以下であることが好ましい。窒化珪素系焼結体におけるα率は、冷却後の窒化珪素焼結体におけるα相(α型窒化珪素の相)の存在率を意味している。ここで、窒化珪素系焼結体のα率が35%以下であるとは、次のことを意味する。すなわち、通常、原料となるα型窒化珪素粉末に焼結助剤を添加して焼成した場合、昇温途中および温度保持の最中に高温層のβ相(β型窒化珪素の相)に相転移するが、冷却後の焼結体において、α相が35%以下の割合で存在していることを意味している。   In the silicon nitride sintered body of the first embodiment, the α ratio in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and the major axis diameter on the two-dimensional section of the silicon nitride-based sintered body is 2 μm or more. The proportion of the β-type silicon nitride particle area is 10% or less. The α ratio is more preferably 25% or less, and the proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is more preferably 5% or more. The major axis diameter of β-type silicon nitride is preferably 7 μm or less. The α ratio in the silicon nitride-based sintered body means the abundance of the α phase (α-type silicon nitride phase) in the cooled silicon nitride sintered body. Here, the α ratio of the silicon nitride-based sintered body being 35% or less means the following. That is, usually, when a sintering aid is added to the raw material α-type silicon nitride powder and fired, it is in phase with the β phase (β-type silicon nitride phase) of the high temperature layer during the temperature rising and during the temperature holding. This means that the α phase is present in a ratio of 35% or less in the sintered body after cooling.

窒化珪素系焼結体のα率は、以下に示す式1により表される。なお、式1において、α型窒化珪素の指数(hkl)のX線回折強度をα(hkl)と表し、β型窒化珪素の指数(hkl)のX線回折強度をβ(hkl)と表す。   The α rate of the silicon nitride-based sintered body is expressed by the following formula 1. In Equation 1, the X-ray diffraction intensity of the index (hkl) of α-type silicon nitride is expressed as α (hkl), and the X-ray diffraction intensity of the index (hkl) of β-type silicon nitride is expressed as β (hkl).

Figure 0005275744
Figure 0005275744

窒化珪素系焼結体のα率を35%以下としたのは次の理由による。すなわち、窒化珪素系焼結体のα率が35%より高い場合、焼結体組織自体は微細化するが、針状のβ型窒化珪素の割合が少ないために、クラックディフレクションの効果が低減され、靭性が低下し、耐摩耗性および耐欠損性の低下を招くためである。   The reason why the α ratio of the silicon nitride-based sintered body is set to 35% or less is as follows. That is, when the α ratio of the silicon nitride-based sintered body is higher than 35%, the sintered body structure itself is refined, but the ratio of acicular β-type silicon nitride is small, so the effect of crack deflection is reduced. This is because the toughness is lowered and the wear resistance and fracture resistance are lowered.

また、窒化珪素系焼結体の二次元断面上に置いて、長軸径が2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の占める比率を10%以下としたのは、次の理由による。すなわち、針状のβ型窒化珪素が存在すると、窒化珪素焼結体の亀裂進展に対する抵抗となることにより強度が向上するとともに、針状のβ型窒化珪素が互いに絡み合って、更に強度が向上する。よって、高い耐摩耗性および耐欠損性を得ることができる。また、β型窒化珪素の長軸径を2μm以下とすることにより、アルミニウム合金およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削に有効な鋭利な刃先を得ることができる。   The ratio of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body is set to 10% or less for the following reason. That is, when acicular β-type silicon nitride is present, the strength is improved by becoming a resistance to the crack propagation of the silicon nitride sintered body, and the acicular β-type silicon nitride is entangled with each other, and the strength is further improved. . Therefore, high wear resistance and fracture resistance can be obtained. Further, by setting the major axis diameter of β-type silicon nitride to 2 μm or less, it is possible to obtain a sharp cutting edge effective for cutting an aluminum alloy and a material made of aluminum alloy and cast iron.

また、窒化珪素系焼結体の二次元断面上において、長軸径が2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の占める比率を5%以上とすることにより、長軸径が2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の占める比率が5%未満の場合に比して、窒化珪素系焼結体の耐摩耗性および耐欠損性を向上できる。   Further, on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body, the ratio of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is set to 5% or more, so that the β type having a major axis diameter of 2 μm or more The abrasion resistance and fracture resistance of the silicon nitride-based sintered body can be improved as compared with the case where the proportion of the silicon nitride particle area is less than 5%.

また、β型窒化珪素の長軸径が7μmより大きい粒子が存在するということは、全体的に長軸径の比較的大きなβ型窒化珪素が多く存在しているとともに、α率が低いと考えられ、窒化珪素系焼結体の耐摩耗性および耐欠損性が低下すると考えられる。よって、β型窒化珪素の長軸径が7μm以下となるように窒化珪素焼結体を製造することにより、アルミニウム合金およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の加工に有用な鋭利な刃先を得ることができる。   In addition, the presence of particles having a major axis diameter larger than 7 μm in β-type silicon nitride means that a large amount of β-type silicon nitride having a larger major axis diameter exists as a whole and that the α ratio is low. Therefore, it is considered that the wear resistance and fracture resistance of the silicon nitride-based sintered body are lowered. Therefore, by producing a silicon nitride sintered body so that the major axis diameter of β-type silicon nitride is 7 μm or less, a sharp cutting edge useful for processing an aluminum alloy and a material made of aluminum alloy and cast iron is obtained. Can do.

以上説明した第1実施例の窒化珪素焼結体によれば、窒化珪素焼結体の組成は、窒化珪素系焼結体のα型の窒化珪素の占める比率が35%以下であり、かつ、長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下となる。従って、窒化珪素焼結体の組成中に、粒子形状が針状のβ型の窒化珪素粒子が存在するので、β型の窒化珪素が亀裂進展に対する抵抗となるとともに、β型の窒化珪素同士が互いに絡み合うことにより靭性が向上する。よって、窒化珪素焼結体の耐磨耗性及び耐欠損性を向上できる。また、長軸径2μm以上のβ型窒化珪素の粒子面積の割合が10%以下であるため、アルミニウム合金およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の加工に有用な鋭利な刃先を得ることができる。また、α型の窒化珪素が35%以下であるということは、すなわち、微細なα型の窒化珪素が適度に存在していることを意味しているので、β型の窒化珪素粒子を粗大化させることなくクラックディフレクションの効果を得ることができ、靭性を向上できる。   According to the silicon nitride sintered body of the first embodiment described above, the composition of the silicon nitride sintered body is such that the ratio of α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and The ratio of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is 10% or less. Accordingly, since β-type silicon nitride particles having a needle shape are present in the composition of the silicon nitride sintered body, β-type silicon nitride provides resistance to crack propagation, and β-type silicon nitride is Toughness is improved by intertwining each other. Therefore, the wear resistance and fracture resistance of the silicon nitride sintered body can be improved. Further, since the ratio of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is 10% or less, a sharp cutting edge useful for processing an aluminum alloy and a material made of aluminum alloy and cast iron can be obtained. Further, the fact that the α-type silicon nitride is 35% or less means that fine α-type silicon nitride is present appropriately, so that the β-type silicon nitride particles are coarsened. The effect of crack deflection can be obtained without causing the toughness to be improved.

また、第1実施例の窒化珪素焼結体は、窒化珪素系焼結体の二次元断面上において、長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率は、5%以上である。適用例1の窒化珪素焼結体によれば、窒化珪素焼結体の組成中に、長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素が5%〜10%含まれる。よって、粒子形状が針状のβ型の窒化珪素粒子を窒化珪素焼結体の組成中に適度に存在させることができ、靭性を向上できる。   In the silicon nitride sintered body of the first embodiment, the proportion of the particle area of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more on the two-dimensional cross section of the silicon nitride-based sintered body is 5% or more. It is. According to the silicon nitride sintered body of Application Example 1, 5% to 10% of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more is included in the composition of the silicon nitride sintered body. Therefore, β-type silicon nitride particles having a needle shape can be appropriately present in the composition of the silicon nitride sintered body, and toughness can be improved.

また、第1実施例の窒化珪素焼結体によれば、焼結助剤には、マグネシウム(Mg)が酸化マグネシウム(MgO)換算で0.5〜5重量%含まれ、かつ、イッテルビウム(Yb)が酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算で3〜11重量%含まれる。従って、1450℃〜1550℃程度の温度(従来の窒化珪素の焼成温度よりも低温)で焼成できるため、α型の窒化珪素のβ型の窒化珪素への相転移が抑制されるとともに、β型の窒化珪素の径の拡大が抑制される。よって、微細、かつ、針状組織化した、緻密な窒化珪素焼結体とすることができる。   Moreover, according to the silicon nitride sintered body of the first embodiment, the sintering aid contains 0.5 to 5 wt% of magnesium (Mg) in terms of magnesium oxide (MgO), and ytterbium (Yb ) Is contained in an amount of 3 to 11% by weight in terms of ytterbium oxide (Yb2O3). Therefore, since it can be fired at a temperature of about 1450 ° C. to 1550 ° C. (lower than the firing temperature of conventional silicon nitride), the phase transition of α-type silicon nitride to β-type silicon nitride is suppressed, and β-type Expansion of the silicon nitride diameter is suppressed. Therefore, a fine silicon nitride sintered body having a fine and needle-like structure can be obtained.

A2.切削性能の評価:
上述の製造方法により製造された窒化珪素焼結体の性能について、比較例と比較しつつ以下に説明する。図6は、第1実施例の窒化珪素焼結体と従来の窒化珪素焼結体との組織をそれぞれ表す画像である。図7は、第1実施例におけるフライス加工を説明する模式図である。表1は、上述の製造方法により得られた窒化珪素焼結体(実施例試料1〜8)と、比較例の窒化珪素焼結体(比較例試料9〜14)の、配合組成(wt%)、1次焼成温度(℃)、2次焼成温度(℃)、窒化珪素焼結体の2次元断面において長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の占める割合(%)、β型の窒化珪素の最大長軸径(μm)、窒化珪素焼結体のα率(%)、および、粒界相量(面積%)を表している。また、表1には、後述する方法により評価された耐欠損性について「欠損」の欄に併せて示した。以降、本明細書では、実施例の製造方法により得られた窒化珪素焼結体の試料1〜8を実施例試料1〜8と呼び、比較例としての窒化珪素焼結体の試料9〜14を比較例試料9〜14と呼ぶ。
A2. Evaluation of cutting performance:
The performance of the silicon nitride sintered body produced by the above production method will be described below in comparison with a comparative example. FIG. 6 is images showing the structures of the silicon nitride sintered body of the first embodiment and the conventional silicon nitride sintered body, respectively. FIG. 7 is a schematic diagram for explaining milling in the first embodiment. Table 1 shows the composition (wt%) of the silicon nitride sintered bodies (Example Samples 1 to 8) obtained by the above-described manufacturing method and the silicon nitride sintered bodies of Comparative Examples (Comparative Example Samples 9 to 14). ) Primary firing temperature (° C.), secondary firing temperature (° C.), proportion (%) of β-type silicon nitride having a major axis diameter of 2 μm or more in the two-dimensional cross section of the silicon nitride sintered body, The maximum major axis diameter (μm) of silicon nitride, the α ratio (%) of the silicon nitride sintered body, and the grain boundary phase amount (area%) are shown. Table 1 also shows the fracture resistance evaluated by the method described later in the column “Deficiency”. Hereinafter, in this specification, samples 1 to 8 of the silicon nitride sintered body obtained by the manufacturing method of the examples are referred to as example samples 1 to 8, and samples 9 to 14 of the silicon nitride sintered body as a comparative example. Are referred to as Comparative Samples 9-14.

Figure 0005275744
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表1において、窒化珪素粒子の長軸径および短軸径は、窒化珪素焼結体を鏡面研磨し、エッチング後、走査型電子顕微鏡(SEM)により組織を撮影し、5000倍に拡大した撮影画像を画像解析して測定した。また、窒化珪素焼結体における粒界相量は、窒化珪素焼結体の中央部を切断して得られる断面の鏡面研磨面をSEM観察し、得られた組織写真を二階調化し、その後、画像解析ソフトウェアで解析することで測定した。本実施例では、画像処理ソフトは、三谷商事株式会社製のWinROOFを使用した。また、窒化珪素焼結体のα率は、既述の式1に示す計算式を用いて算出した。   In Table 1, the major axis diameter and minor axis diameter of the silicon nitride particles are obtained by mirror-polishing a silicon nitride sintered body, etching, photographing the structure with a scanning electron microscope (SEM), and enlarging the magnification by 5000 times. Was measured by image analysis. Further, the amount of grain boundary phase in the silicon nitride sintered body is obtained by observing the mirror-polished surface of the cross section obtained by cutting the central portion of the silicon nitride sintered body by SEM, and then converting the obtained structure photograph into two gradations, It was measured by analyzing with image analysis software. In this embodiment, WinROOF manufactured by Mitani Corporation was used as the image processing software. Further, the α ratio of the silicon nitride sintered body was calculated using the calculation formula shown in the above-described formula 1.

表2は、実施例試料1〜3と、比較例としての従来の窒化珪素焼結体(比較例試料9、13、14)の特性の測定結果を表している。   Table 2 shows the measurement results of the characteristics of Example Samples 1 to 3 and conventional silicon nitride sintered bodies (Comparative Samples 9, 13, and 14) as comparative examples.

Figure 0005275744
Figure 0005275744

表2において、特性としては、強度(MPa)、靭性(MPa/m0.5)、硬度(Hv)、熱伝導率(W/mK)を測定した。各特性の測定方法および値について説明する。強度はJISR1601に基づく3点曲げ強度測定により測定した。破壊靭性はJISR1607に基づくIF法により測定した。硬度はJISR1610に基づくビッカース硬さ試験法により測定した。熱伝導率はJISR1611に基づくレーザーフラッシュ法により測定した。   In Table 2, as properties, strength (MPa), toughness (MPa / m0.5), hardness (Hv), and thermal conductivity (W / mK) were measured. The measurement method and value of each characteristic will be described. The strength was measured by three-point bending strength measurement based on JIS R1601. Fracture toughness was measured by the IF method based on JISR1607. Hardness was measured by the Vickers hardness test method based on JISR1610. The thermal conductivity was measured by a laser flash method based on JIS R1611.

図6(a)は、実施例試料3の窒化珪素焼結体の組織を表しており、図6(b)は、比較例試料9の窒化珪素焼結体の組織を表している。図6において、黒色の領域は結晶相を表しており、白色の領域は粒界相を表している。図6(a)および図6(b)に示すように、実施例試料3の窒化珪素焼結体は、比較例試料9の窒化珪素焼結体に比して、粒子形状が、微細針状となっている。このような粒子形状にすることにより、微細針状のβ型窒化珪素同士が絡み合って、強度、硬度が向上する。また、靭性もほぼ維持される。   6A shows the structure of the silicon nitride sintered body of Example Sample 3, and FIG. 6B shows the structure of the silicon nitride sintered body of Comparative Example Sample 9. In FIG. 6, the black area represents the crystal phase, and the white area represents the grain boundary phase. As shown in FIGS. 6A and 6B, the silicon nitride sintered body of Example Sample 3 has a fine needle shape as compared with the silicon nitride sintered body of Comparative Sample 9. It has become. By adopting such a particle shape, the fine needle-like β-type silicon nitrides are entangled with each other and the strength and hardness are improved. Moreover, toughness is substantially maintained.

実施例試料1〜8と比較例試料9〜14の切削インサートを、図4に示す正面削り用6枚歯フライスカッター用ホルダに1枚セットし、以下に示す切削試験条件で切削加工を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。なお、切削インサート2は、ホーニング(面取り)加工が施されていないものを利用した。評価試験における切削加工は、具体的には、図7に示すように、フライスカッター4が回転軸4aに取り付けられており、切削対象のアルミニウム合金200がテーブルに固定されている。回転軸4aを矢印R1に示すように回転させつつ、フライスカッター4を回転軸4aに対して垂直方向(図7の矢印R2方向)に移動させることにより、アルミニウム合金200の表面200aを切削加工する。以降、本明細書では、フライスカッター4が、被削材(第1実施例ではアルミニウム合金)200上を矢印R2方向に走査した回数を「パス」と表す。例えば、フライスカッター4が被削材200上を2回走査すると、パス数は2と表される。表1において、「欠損」の欄には、耐欠損性が示されており、この切削試験により欠損が発生するまでのパス数が10以上の試料については「A」を付し、パス数が2〜9の試料については「B」を付し、パス数が1または0の試料については「C」を付した。   The cutting inserts of Example Samples 1 to 8 and Comparative Example Samples 9 to 14 are set in a holder for a 6-tooth milling cutter for face milling shown in FIG. 4, and cutting is performed under the following cutting test conditions. Abrasion resistance and fracture resistance were evaluated. The cutting insert 2 was not subjected to honing (chamfering) processing. Specifically, in the evaluation test, as shown in FIG. 7, the milling cutter 4 is attached to the rotating shaft 4a, and the aluminum alloy 200 to be cut is fixed to the table. The surface 200a of the aluminum alloy 200 is cut by moving the milling cutter 4 in a direction perpendicular to the rotation shaft 4a (in the direction of arrow R2 in FIG. 7) while rotating the rotation shaft 4a as indicated by the arrow R1. . Hereinafter, in this specification, the number of times the milling cutter 4 has scanned the work material (aluminum alloy in the first embodiment) 200 in the direction of the arrow R2 is referred to as “pass”. For example, when the milling cutter 4 scans the work material 200 twice, the number of passes is represented by two. In Table 1, in the column of “defect”, defect resistance is shown, and “A” is attached to a sample having 10 or more passes until the defect is generated by this cutting test. Samples 2 to 9 were marked with “B”, and samples with 1 or 0 passes were marked with “C”.

<切削試験条件>
・被削材:アルミニウム合金(AC4A−T6)
・切削速度:1000m/min.
・送り速度:0.1mm/刃
・切り込み深さ:1mm
・切削油:湿式(水溶性クーラントを使用)
<Cutting test conditions>
・ Work material: Aluminum alloy (AC4A-T6)
Cutting speed: 1000 m / min.
・ Feeding speed: 0.1 mm / blade ・ Incision depth: 1 mm
・ Cutting oil: wet (uses water-soluble coolant)

表1に示すように、実施例試料1〜8では優れた耐欠損性が得られたのに対し、比較例試料9〜14は1〜9パスで欠損が発生した。   As shown in Table 1, excellent fracture resistance was obtained in Example Samples 1 to 8, whereas defects were generated in Comparative Example Samples 9 to 14 in 1 to 9 passes.

図8は、第1実施例における窒化珪素切削工具についてのアルミニウム合金の連続切削試験による工具刃先の逃げ面の摩耗量(mm)についての評価結果を示すグラフである。図8に、実施例の一例としての実施例試料3の切削インサートおよび比較例としての超硬工具(K種超硬)を用いて、アルミニウム合金の連続切削試験による工具刃先の逃げ面の摩耗量(mm)についての評価結果を示した。また、表3に、実施例試料1〜8,比較例試料10およびの切削インサートおよび超硬工具(K種超硬)の切削インサートを用いて、アルミニウム合金の連続切削試験による工具刃先の逃げ面の摩耗量(mm)および欠損の発生についての評価結果を示した。   FIG. 8 is a graph showing the evaluation results on the amount of wear (mm) of the flank of the tool edge by the continuous cutting test of the aluminum alloy for the silicon nitride cutting tool in the first example. FIG. 8 shows the amount of wear on the flank face of the tool edge by a continuous cutting test of an aluminum alloy using the cutting insert of Example Sample 3 as an example of the example and the cemented carbide tool (type K carbide) as a comparative example. The evaluation result about (mm) was shown. Table 3 shows the flank of the cutting edge of the cutting edge of a continuous cutting test of an aluminum alloy using the cutting inserts of Example Samples 1 to 8 and Comparative Example Sample 10 and the cutting inserts of a carbide tool (type K carbide). The evaluation results for the amount of wear (mm) and the occurrence of defects were shown.

Figure 0005275744
Figure 0005275744

図8および表3のいずれも、以下の切削試験条件の下で行われた評価試験の結果を表している。図8のグラフ300において、縦軸は、切削インサートの逃げ面の摩耗量(mm)を表しており、横軸は、切削加工のパス数を表している。グラフ300では、一例として、実施例試料3の切削インサートの摩耗量と、超硬工具(K種超硬)の切削インサートの摩耗量を表している。なお、比較例試料の窒化珪素焼結体により形成された切削インサートでは、9パス以内に欠損してしまい、摩耗量の測定が困難であるため、比較例として、超硬工具(K種超硬)を用いた。表3における各試料および超硬工具の摩耗量は、一例である。表3において、「欠損」の欄には、耐欠損性が示されており、この切削試験により欠損が発生しない試料については「A」を付し、欠損が発生した試料については欠損の発生したパス数を記載した。また、欠損が発生しない試料については、更に継続試験を行い、40パス時点においても欠損が発生しない試料については「S」を付した。   Each of FIG. 8 and Table 3 represents the result of an evaluation test performed under the following cutting test conditions. In the graph 300 of FIG. 8, the vertical axis represents the amount of wear (mm) of the flank of the cutting insert, and the horizontal axis represents the number of passes of cutting. In the graph 300, as an example, the wear amount of the cutting insert of Example Sample 3 and the wear amount of the cutting insert of the carbide tool (K-type carbide) are shown. In addition, in the cutting insert formed by the silicon nitride sintered body of the comparative example sample, it is lost within 9 passes, and it is difficult to measure the wear amount. Therefore, as a comparative example, a carbide tool (K type carbide) ) Was used. The amount of wear of each sample and carbide tool in Table 3 is an example. In Table 3, the column of “defect” indicates defect resistance. “A” is attached to a sample in which no defect is generated by this cutting test, and defect is generated for a sample in which the defect has occurred. The number of passes is listed. In addition, a continuation test was further performed on samples in which no defects occurred, and “S” was assigned to samples in which defects did not occur even at the time of 40 passes.

<切削試験条件>
・被削材:アルミニウム合金(AC4A−T6)
・切削速度:1000m/min.
・送り速度:0.1mm/刃
・切り込み深さ:1mm
・切削油:湿式(水溶性クーラントを使用)
・パス数:30パス
<Cutting test conditions>
・ Work material: Aluminum alloy (AC4A-T6)
Cutting speed: 1000 m / min.
・ Feeding speed: 0.1 mm / blade ・ Incision depth: 1 mm
・ Cutting oil: wet (uses water-soluble coolant)
・ Number of passes: 30 passes

グラフ300に示すように、切削加工のパス数の増加に伴い、実施例試料3の切削インサートも比較例としての超硬工具(K種超硬)の切削インサートも摩耗するが、実施例試料3の切削インサートの摩耗量は、超硬工具(K種超硬)の切削インサートに比して少ない。例えば、30パス終了した時点では、実施例試料3の切削インサートの摩耗量は、超硬工具の切削インサートの約1/3である。   As shown in the graph 300, the cutting insert of the example sample 3 and the cutting insert of the cemented carbide tool (K type carbide) as a comparative example wear with the increase in the number of passes of the cutting process. The amount of wear of this cutting insert is smaller than that of a cutting insert of a carbide tool (K-type carbide). For example, when 30 passes are completed, the wear amount of the cutting insert of Example Sample 3 is about 1/3 of the cutting insert of the carbide tool.

表3に示すように、実施例試料では優れた耐欠損性が得られた。また、超硬工具(K種超硬)に対しても優れた耐磨耗性が得られた。なお、比較例試料10については7パス目で欠損が発生したため、欠損発生時点における摩耗量を示した。   As shown in Table 3, excellent fracture resistance was obtained with the example samples. Also, excellent wear resistance was obtained for carbide tools (K-type carbide). In addition, about the comparative example sample 10, since the defect | deletion generate | occur | produced in the 7th pass, the abrasion loss at the time of a defect generation | occurrence | production was shown.

以上説明したように、第1実施例の窒化珪素切削工具によれば、アルミニウム合金の切削において、従来の窒化珪素切削工具、超硬工具に比して、優れた切削性能を有する切削工具を提供できる。   As described above, according to the silicon nitride cutting tool of the first embodiment, in cutting an aluminum alloy, a cutting tool having superior cutting performance compared to conventional silicon nitride cutting tools and carbide tools is provided. it can.

B.第2実施例:
第2実施例では、性能評価試験において、アルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料を被削材とする。なお、第2実施例において、窒化珪素焼結体を生成するための試料、窒化珪素焼結体、切削インサート、窒化珪素切削工具の製造方法は、第1実施例と同様である。
B. Second embodiment:
In the second embodiment, a material made of aluminum alloy and cast iron is used as a work material in the performance evaluation test. In the second embodiment, the sample for producing the silicon nitride sintered body, the silicon nitride sintered body, the cutting insert, and the method for manufacturing the silicon nitride cutting tool are the same as in the first embodiment.

B1.切削性能の評価:
図9は、第2実施例における被削材を例示する説明図である。図10は、第2実施例におけるフライス加工を説明する模式図である。図11は、第2実施例における耐摩耗性の試験結果を表すグラフである。図9および図10に示すように、第2実施例の被削材500は、2本の矩形柱状のアルミニウム合金510と、2本のアルミニウム合金510の間に、アルミニウム合金510よりも小さい矩形柱状の鋳鉄520を2つ配置してなるアルミニウム合金・鋳鉄複合部材である。以降、被削材500をアルミニウム合金・鋳鉄複合部材500と呼ぶ。実施例試料1〜8、比較例試料10(第1実施例において説明した表1参照)および超硬(K種超硬)の切削インサートの刃先を、図4に示す正面削り用6枚歯フライスカッター用ホルダにセットし、以下に示す切削試験条件で、図9に示すアルミニウム合金・鋳鉄複合部材500の切削加工を行い、耐摩耗性および耐欠損性を評価した。第1実施例と同様に、フライスカッター4の回転軸4aを矢印R1に示すように回転させつつ、フライスカッター4を回転軸4aに対して垂直方向(図10の矢印R2方向)に移動させることにより、アルミニウム合金・鋳鉄複合部材500の表面を切削加工する。
B1. Evaluation of cutting performance:
FIG. 9 is an explanatory view illustrating a work material in the second embodiment. FIG. 10 is a schematic diagram for explaining milling in the second embodiment. FIG. 11 is a graph showing the results of the abrasion resistance test in the second example. As shown in FIGS. 9 and 10, the work material 500 of the second embodiment has a rectangular column shape smaller than the aluminum alloy 510 between the two rectangular columnar aluminum alloys 510 and the two aluminum alloys 510. This is an aluminum alloy / cast iron composite member in which two cast irons 520 are arranged. Hereinafter, the work material 500 is referred to as an aluminum alloy / cast iron composite member 500. The cutting edge of Example Samples 1 to 8, Comparative Example Sample 10 (see Table 1 described in the first example) and carbide (K-type carbide) cutting inserts are shown in FIG. The aluminum alloy / cast iron composite member 500 shown in FIG. 9 was cut under the cutting test conditions shown below, and the wear resistance and fracture resistance were evaluated. As in the first embodiment, the milling cutter 4 is moved in the direction perpendicular to the rotating shaft 4a (the direction of the arrow R2 in FIG. 10) while rotating the rotating shaft 4a of the milling cutter 4 as indicated by the arrow R1. Thus, the surface of the aluminum alloy / cast iron composite member 500 is cut.

図11に、実施例試料3の切削インサートおよび比較例としての超硬工具(K種超硬)、アルミナ+SiCウィスカー系工具および比較例試料10を用いて、アルミニウム合金・鋳鉄複合部材500の連続切削試験による工具刃先の磨耗量(VB)についての評価結果を示した。また、表4に、実施例試料1〜8の切削インサートおよび比較例試料10および超硬工具(K種超硬)を用いて、アルミニウム合金・鋳鉄複合部材500の連続切削試験による工具刃先の逃げ面の摩耗量(mm)および欠損の発生についての評価結果を示した。   FIG. 11 shows continuous cutting of an aluminum alloy / cast iron composite member 500 using the cutting insert of Example Sample 3 and a cemented carbide tool (K-type carbide) as a comparative example, an alumina + SiC whisker-based tool, and Comparative Sample 10. The evaluation result about the abrasion amount (VB) of the tool blade edge by the test was shown. Table 4 shows the clearance of the tool edge by the continuous cutting test of the aluminum alloy / cast iron composite member 500 using the cutting inserts of Example samples 1 to 8, the comparative example sample 10, and the carbide tool (K-type carbide). The evaluation result about the abrasion amount (mm) of a surface and generation | occurrence | production of a defect | deletion was shown.

Figure 0005275744
Figure 0005275744

図11および表4のいずれも、以下の切削試験条件の下で行われた評価試験の結果を表している。図11のグラフ600において、縦軸は、切削インサートの逃げ面の摩耗量(mm)を表しており、横軸は、切削加工のパス数を表している。表3における各試料の窒化珪素焼結体および超硬工具の摩耗量は、一例である。表4において、「欠損」の欄には、耐欠損性が示されており、この切削試験により欠損が発生しない試料については「A」を付し、欠損が発生した試料については欠損の発生したパス数を記載した。   Each of FIG. 11 and Table 4 represents the result of an evaluation test performed under the following cutting test conditions. In the graph 600 of FIG. 11, the vertical axis represents the wear amount (mm) of the flank of the cutting insert, and the horizontal axis represents the number of passes of cutting. The amount of wear of the silicon nitride sintered body and the cemented carbide tool in each sample in Table 3 is an example. In Table 4, the “Deficit” column shows flaw resistance, and “A” is attached to a sample in which no deficiency occurs by this cutting test, and deficiency occurs for a sample in which a deficiency has occurred. The number of passes is listed.

(切削試験条件)
・被削材:アルミニウム合金(AC4A−T6)+鋳鉄(FC200)
・被削材比率:アルミニウム合金(56パーセント)、鋳鉄(13パーセント)、空転(31パーセント)
・切削速度:1000m/min.
・送り速度:0.1mm/刃
・切り込み深さ:0.5mm
・切削油:湿式(水溶性クーラントを使用)
・パス数:10パス
(Cutting test conditions)
Work material: Aluminum alloy (AC4A-T6) + cast iron (FC200)
Work material ratio: Aluminum alloy (56 percent), cast iron (13 percent), idling (31 percent)
Cutting speed: 1000 m / min.
・ Feeding speed: 0.1 mm / blade ・ Incision depth: 0.5 mm
・ Cutting oil: wet (uses water-soluble coolant)
・ Number of passes: 10 passes

グラフ600に示すように、切削加工のパス数の増加に伴い、実施例試料3の切削インサートも比較例としての超硬工具(K種超硬)、アルミナ+SiCウィスカー系工具および比較例試料10も摩耗するが、実施例試料3の切削インサートの摩耗量は、超硬工具(K種超硬)、アルミナ+SiCウィスカー系工具および比較例試料10に比して少ない。例えば、超硬工具(K種超硬)は1パス目終了時点での摩耗面の荒れが大きく、アルミナ+SiCウィスカー系工具は3パス目終了時点での摩耗面の荒れが大きく、それぞれ1パス目、3パス目で試験を終了せざるを得ないほど摩耗する、すなわち、実施例試料3との耐摩耗性の比較が困難なほど摩耗する。比較例試料10は、6パス目で欠損が発生しており、また、10パス目が終了した時点での摩耗量は実施例試料3の切削インサートに比して大きい。   As shown in the graph 600, with the increase in the number of cutting passes, the cutting insert of Example Sample 3 is also a carbide tool (K type carbide) as a comparative example, an alumina + SiC whisker-based tool, and a comparative sample 10 Although it is worn, the amount of wear of the cutting insert of Example Sample 3 is smaller than that of the carbide tool (K type carbide), the alumina + SiC whisker-based tool, and the comparative sample 10. For example, a carbide tool (K type carbide) has a large wear surface roughness at the end of the first pass, and an alumina + SiC whisker tool has a large wear surface roughness at the end of the third pass. The wear is so great that the test must be finished in the third pass, that is, the wear is so difficult that it is difficult to compare the wear resistance with Example Sample 3. The comparative sample 10 has a defect at the sixth pass, and the wear amount at the time when the tenth pass is finished is larger than that of the cutting insert of the example sample 3.

また、表4に示すように、実施例試料1〜6では優れた耐欠損性が得られた。また、超硬工具(K種超硬)に対しても優れた耐磨耗性が得られた。なお、比較例試料10については6パス目で欠損が発生した。また、超硬工具(K種超硬)は、被削材摩耗面の荒れが大きかったので1パスで試験を終了した。   Further, as shown in Table 4, excellent fracture resistance was obtained in Example Samples 1 to 6. Also, excellent wear resistance was obtained for carbide tools (K-type carbide). In addition, with respect to the comparative sample 10, defects occurred in the sixth pass. In addition, the carbide tool (K type carbide) finished the test in one pass because the wear surface of the work material was very rough.

以上説明した第2実施例の窒化珪素焼結体は、第1実施例と同様の効果を有する。また、また、第2実施例の窒化珪素切削工具によれば、アルミニウム合金と鋳鉄とからなるアルミニウム合金・鋳鉄複合部材の切削において、従来の窒化珪素切削工具、超硬工具に比して、優れた切削性能を有する切削工具を提供できる。   The silicon nitride sintered body of the second embodiment described above has the same effect as that of the first embodiment. Moreover, according to the silicon nitride cutting tool of the second embodiment, it is superior to conventional silicon nitride cutting tools and carbide tools in cutting an aluminum alloy / cast iron composite member made of an aluminum alloy and cast iron. A cutting tool having high cutting performance can be provided.

以上、本発明の種々の実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の構成をとることができる。   As mentioned above, although the various Example of this invention was described, this invention is not limited to these Examples, A various structure can be taken in the range which does not deviate from the meaning.

第1実施例における窒化珪素切削工具の製造方法を説明するフローチャート。The flowchart explaining the manufacturing method of the silicon nitride cutting tool in 1st Example. 第1実施例における切削インサートを例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates the cutting insert in 1st Example. 第1実施例における窒化珪素切削工具を表す正面図。The front view showing the silicon nitride cutting tool in 1st Example. 第1実施例における窒化珪素切削工具を表す平面図。The top view showing the silicon nitride cutting tool in 1st Example. 第1実施例における窒化珪素焼結体の結晶の組成を表す模式図。The schematic diagram showing the composition of the crystal | crystallization of the silicon nitride sintered compact in 1st Example. 第1実施例の窒化珪素焼結体と従来の窒化珪素焼結体との組織をそれぞれ表す画像。The image showing the structure | tissue of the silicon nitride sintered compact of 1st Example, and the conventional silicon nitride sintered compact, respectively. 第1実施例におけるフライス加工を説明する模式図。The schematic diagram explaining the milling process in 1st Example. 第1実施例における耐摩耗性の試験結果を表すグラフ。The graph showing the abrasion resistance test result in 1st Example. 第2実施例における被削材を例示する説明図。Explanatory drawing which illustrates the work material in 2nd Example. 第2実施例におけるフライス加工を説明する模式図。The schematic diagram explaining the milling process in 2nd Example. 第2実施例における耐摩耗性の試験結果を表すグラフ。The graph showing the abrasion resistance test result in 2nd Example.

符号の説明Explanation of symbols

2…切削インサート
4…フライスカッター
4a…回転軸
5…ホルダ
6…切削部
7…取付部
8…カートリッジ
9…クサビ
100…結晶組成
101…α型窒化珪素
103…β型窒化珪素
110…結晶相
120…粒界相
200…アルミニウム合金
200a…表面
300…グラフ
500…アルミニウム合金・鋳鉄複合部材
510…アルミニウム合金
520…鋳鉄
600…グラフ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... Cutting insert 4 ... Milling cutter 4a ... Rotating shaft 5 ... Holder 6 ... Cutting part 7 ... Mounting part 8 ... Cartridge 9 ... Wedge 100 ... Crystal composition 101 ... alpha silicon nitride 103 ... beta silicon nitride 110 ... crystal phase 120 ... Grain boundary phase 200 ... Aluminum alloy 200a ... Surface 300 ... Graph 500 ... Aluminum alloy / cast iron composite member 510 ... Aluminum alloy 520 ... Cast iron 600 ... Graph

Claims (5)

窒化珪素に焼結助剤を添加して焼結することにより生成される窒化珪素焼結体からなる切削インサートであって、
前記窒化珪素焼結体は、
α型の窒化珪素およびβ型の窒化珪素からなる主結晶相と、
前記焼結助剤を成分に含む粒界相と、から構成され、
前記窒化珪素系焼結体のα型の窒化珪素の占める比率が35%以下であり、かつ、前記窒化珪素系焼結体の二次元断面上での、長軸径が2μm以上のβ型の窒化珪素の粒子面積の占める比率が10%以下であり、
前記焼結助剤は、マグネシウム(Mg)を酸化マグネシウム(MgO)換算で2〜5重量%含み、かつ、希土類元素としてイッテルビウム(Yb)を酸化イッテルビウム(Yb2O3)換算で3〜11重量%含み、
アルミニウム合金材料およびアルミニウム合金と鋳鉄とからなる材料の切削に用いることを特徴とする、切削インサート。
A cutting insert comprising a silicon nitride sintered body produced by adding a sintering aid to silicon nitride and sintering,
The silicon nitride sintered body is
a main crystal phase composed of α-type silicon nitride and β-type silicon nitride;
A grain boundary phase containing the sintering aid as a component, and
The proportion of α-type silicon nitride in the silicon nitride-based sintered body is 35% or less, and the long-axis diameter is 2 μm or more on the two-dimensional section of the silicon nitride-based sintered body. The proportion of the silicon nitride particle area is 10% or less,
The sintering aid contains 2 to 5% by weight of magnesium (Mg) in terms of magnesium oxide (MgO), and 3 to 11% by weight of ytterbium (Yb) in terms of ytterbium oxide (Yb2O3) as a rare earth element,
A cutting insert used for cutting an aluminum alloy material and a material made of an aluminum alloy and cast iron.
請求項1記載の切削インサートであって、
前記β型の窒化珪素の最大長軸径は、7μm以下である、切削インサート。
The cutting insert according to claim 1,
A cutting insert in which the maximum major axis diameter of the β-type silicon nitride is 7 μm or less.
請求項1または請求項2記載の切削インサートであって、
前記窒化珪素焼結体の二次元断面上における、前記粒界相の占める比率は、3面積%〜9面積%である、切削インサート。
The cutting insert according to claim 1 or 2,
The cutting insert whose ratio which the said grain boundary phase occupies on the two-dimensional cross section of the said silicon nitride sintered compact is 3 area%-9 area%.
請求項1ないし請求項3いずれか記載の切削インサートを備える窒化珪素切削工具。   A silicon nitride cutting tool comprising the cutting insert according to any one of claims 1 to 3. 請求項1ないし請求項3いずれか記載の切削インサートに用いられる窒化珪素焼結体の製造方法であって、
平均粒径0.5μmかつα型の窒化珪素の占める割合が95%以上の窒化珪素粉末と、焼結助剤とを、合計100重量%となるように配合して混合し、
前記混合の結果生成された粉末を成形して成形体を生成し、
前記成形体を1500℃〜1550℃で1次焼成し、
前記1次焼成された成形体を、1450℃〜1550℃で2次焼成する、窒化珪素焼結体の製造方法。
A method for producing a silicon nitride sintered body used for the cutting insert according to any one of claims 1 to 3,
A silicon nitride powder having an average particle size of 0.5 μm and α-type silicon nitride occupying 95% or more and a sintering aid are blended and mixed so that the total amount is 100 wt%,
Molding the powder produced as a result of the mixing to produce a molded body,
The molded body is first fired at 1500 ° C. to 1550 ° C.,
The primary sintered molded body to secondary baking at 1 450 ° C. to 1 550 ° C., the manufacturing method of the silicon nitride sintered body.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH05208869A (en) * 1992-01-29 1993-08-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Silicon nitride cutting tool
JP3395247B2 (en) * 1993-04-21 2003-04-07 住友電気工業株式会社 Silicon nitride based sintered body
JP3624225B2 (en) * 1994-10-04 2005-03-02 独立行政法人産業技術総合研究所 Silicon nitride or sialon ceramics and molding method thereof
JPH0987037A (en) * 1995-07-18 1997-03-31 Ngk Spark Plug Co Ltd Silicon nitride-base sintered compact and its production
JP2008049475A (en) * 2007-08-15 2008-03-06 Sumitomo Electric Hardmetal Corp Composite high-hardness material for tool

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