JP5685523B2 - サイアロン焼結体および切削インサート - Google Patents
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Description
α−サイアロンと、β−サイアロンと、12H−サイアロンのうち、少なくとも前記β−サイアロンと、前記12H−サイアロンとを含むサイアロン相を有するサイアロン焼結体であって、
前記α−サイアロンと前記β−サイアロンと前記12H−サイアロンの含有量の合計を第1のサイアロン合計量とし、前記α−サイアロンと前記12H−サイアロンの含有量の合計を第2のサイアロン合計量としたとき、前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2サイアロン合計量の割合が、20%より大きく、55%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、2%以上かつ55%以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、β−サイアロンを有することにより耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。また、このサイアロン焼結体は、含有比率を好適な範囲で調整された12H−サイアロンやα−サイアロンを有することによって耐横逃げ境界摩耗性能の低下を抑制しつつ、耐VB摩耗性能を向上させることができる。従って、サイアロン焼結体の耐摩耗性能が向上する。
適用例1記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2のサイアロン合計量の割合は、20%より大きく50%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、2%以上かつ50%以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相における12H−サイアロンやα−サイアロンの含有比率が大きくなりすぎることにより、耐横逃げ境界摩耗性能が低下してしまうことを、さらに抑制できる。
適用例1または適用例2記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2のサイアロン合計量の割合が、21%以上かつ46%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が3%以上かつ46%以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相における12H−サイアロンやα−サイアロンの含有量が適切に調整されるため、さらに耐摩耗性能が向上する。
適用例1記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、0%より大きく15%以下であるとともに、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、5%以上かつ30%以下である、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、サイアロン相に、α−サイアロンと、12H−サイアロンと、β−サイアロンとをそれぞれ含み、かつ、α−サイアロンの含有量および12H−サイアロンの含有量が適切に調整されている。従って、サイアロン焼結体の強度を向上させるとともに、耐摩耗性能を向上させることができる。
適用例1ないし適用例4のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、
Si6-ZAlZOZN8-Zで表されるβ−サイアロンのZ値が、0.7より大きく、1.5より小さい、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、β−サイアロンの耐摩耗性能の低下や、β−サイアロンの靱性及び耐熱衝撃性能の低下を抑制できる。
適用例1ないし適用例5のいずれかに記載のサイアロン焼結体であって、さらに、
前記α−サイアロンまたは前記サイアロン相に含まれる各サイアロン粒子の間に存在する相である粒子間相にイットリウムを含む、サイアロン焼結体。
このサイアロン焼結体によれば、粒子間相に存在するイットリウムが高融点のガラス相を生成するため、または、α−サイアロンに存在するイットリウムがα−サイアロン自体の耐熱性を向上させるため、サイアロン焼結体の高温領域における耐摩耗性能を向上させることができる。
切削インサートであって、
適用例1ないし適用例6のいずれかに記載のサイアロン焼結体によって構成される、切削インサート。
この切削インサートによれば、強度および耐摩耗性能が向上するため、その切削性能が向上する。
(1)β−サイアロン
β−サイアロンの粒子形態は柱状(針状)である。従って、サイアロン焼結体は、サイアロン相にβ−サイアロンを多量に含有する場合には、β−サイアロンの粒子同士が複雑に絡み合うため、外部応力などによってサイアロン焼結体に生じる亀裂の進行が抑制される。即ち、サイアロン相におけるβ−サイアロンの含有量が多いほど、サイアロン焼結体の強度を向上させ、耐横逃げ境界摩耗性能を向上させることができる。
12H−サイアロンは、比較的高温における耐摩耗性能が高い。従って、サイアロン相に12H−サイアロンを含有させることにより、サイアロン焼結体において、摩擦熱に起因するVB摩耗を抑制でき、サイアロン焼結体の耐VB摩耗性能を向上させることができる。ただし、12H−サイアロンの粒子形態は板状であるため、β−サイアロンに比較してサイアロン焼結体の靱性を向上させる効果は低く、サイアロン相に多量に12H−サイアロンが含有する場合には、サイアロン焼結体の靱性の低下を引き起こす可能性がある。
α−サイアロンは、比較的高い硬度を有している。そのため、サイアロン相にα−サイアロンを含有させることにより、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させることができる。ただし、α−サイアロンの粒子形態は粒状であるため、その含有量が多くなると、β−サイアロンや、12H−サイアロンよりも、サイアロン焼結体の靱性の低下及び横逃げ境界摩耗性能の低下を引き起こす可能性が高い。
本発明の発明者は、これらの特性を有する各サイアロンを組み合わせることにより、サイアロン焼結体の耐摩耗性能を向上させることができることを見出した。
図3は、本発明によるサイアロン焼結体の実施例および比較例における各原料粉末の調整比率をまとめた表である。具体的には、まず、平均粒径1.0μm以下のα−Si3N4粉末およびAl2O3粉末、AlN粉末、Y2O3粉末、Dy2O3粉末、Yb2O3粉末、AlN結晶多形の21R(6AlN・SiO2)粉末を、この表に示す割合で配合した。次に、配合された原料粉末と、エタノールおよびエタノールに溶解したマイクロワックス系の有機バインダとを、Si3N4製のポットに投入し、Si3N4製のボールを用いて湿式混合した。これによって得られたスラリーを十分に乾燥させ、ISO規格でSNGN120412の切削インサートの形状にプレス成形した。得られた成形体に対して、加熱装置を用いて、1気圧の窒素雰囲気下、約600℃にて、60分間の脱脂処理を施した。さらに、脱脂された成形体をSi3N4製の容器中に配置し、窒素雰囲気下、温度1850℃で180分間にわたり加熱してサイアロン焼結体を得た。このサイアロン焼結体をダイヤモンド砥石で研磨加工することにより、ISO規格でSNGN120412形状に整え、切削工具用の切削インサート1(図1(A))を得た。
(a)α−サイアロンの含有量Iα:2θ=30.8°付近、(201)面におけるα−サイアロンのピーク高さ
(b)β−サイアロンの含有量Iβ:2θ=33.4°付近、(101)面におけるβ−サイアロンのピーク高さ
(c)12H−サイアロンの含有量I12H:2θ=32.8°付近、(0,0,12)面における12H−サイアロンのピーク高さ
Z=(a−7.60442Å)/0.03 …(1)
切削条件:
(a)被削材:インコネル718(45HRC)
(b)切削速度:200m/min
(c)送り速度:0.3mm/rev
(d)切り込み:1.0mm
(e)インサート形状:ISO規格SNGN120412
(f)刃先処理:0.05mm
(g)切削油あり
なお、表では、切削インサート1が、横逃げ境界摩耗やVB摩耗などの摩耗劣化を超えて破損に至ってしまった場合を「欠損」として示してある。
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
上記実施例では、サイアロン焼結体を用いて切削インサート1を構成していた。しかし、本発明のサイアロン焼結体は、切削インサートに限らず、他の工具や、製品の部材として用いられるものとしても良い。
上記実施例のサイアロン焼結体には、さらに、窒化チタン(TiN)や炭窒化チタン(TiCN)など、サイアロン粒子以外の硬質粒子が添加されるものとしても良い。これによって、サイアロン焼結体の耐摩耗性能をさらに向上させることができる。また、サイアロン焼結体には、β−サイアロン、12H−サイアロン、α−サイアロン以外のサイアロン粒子が含まれているものとしても良い。
10…切削工具
11…本体部
12…取付部
Claims (9)
- α−サイアロンと、β−サイアロンと、12H−サイアロンのうち、少なくとも前記β−サイアロンと、前記12H−サイアロンとを含むサイアロン相を有するサイアロン焼結体であって、
前記α−サイアロンと前記β−サイアロンと前記12H−サイアロンの含有量の合計を第1のサイアロン合計量とし、前記α−サイアロンと前記12H−サイアロンの含有量の合計を第2のサイアロン合計量としたとき、前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2のサイアロン合計量の割合が、20%より大きく、55%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、2%以上かつ55%以下であり、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、0%以上かつ15%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項1記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2のサイアロン合計量の割合は、20%より大きく50%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、2%以上かつ50%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項1または請求項2記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記第2のサイアロン合計量の割合が、21%以上かつ46%以下であるとともに、前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が3%以上かつ46%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項1記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記α−サイアロンの含有量の割合が、0%より大きく15%以下であるとともに、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、5%以上かつ30%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項1記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、7%以上かつ46%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項5記載のサイアロン焼結体であって、
前記第1のサイアロン合計量に対する前記12H−サイアロンの含有量の割合が、7%以上かつ30%以下である、サイアロン焼結体。 - 請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のサイアロン焼結体であって、
Si6-ZAlZOZN8-Zで表されるβ−サイアロンのZ値が、0.7より大きく、1.5より小さい、サイアロン焼結体。 - 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載のサイアロン焼結体であって、さらに、
前記α−サイアロンまたは前記サイアロン相に含まれる各サイアロン粒子の間に存在する相である粒子間相にイットリウムを含む、サイアロン焼結体。 - 切削インサートであって、
請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のサイアロン焼結体によって構成される切削インサート。
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