JP7388961B2 - Ceramic cutting tools and cutting tools - Google Patents
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
本開示は、セラミックス切削工具、及び切削工具に関する。 The present disclosure relates to ceramic cutting tools and cutting tools.
アルミナ（酸化アルミニウム）は耐酸化性に優れ、炭化タングステンは高剛性・高硬度な特徴を有する化合物である。例えば、特許文献１，２では、アルミナ、炭化タングステン、ジルコニア（酸化ジルコニウム）を複合化させた組成物を用いたセラミックス切削工具が開示されている。これらのセラミックス切削工具は、鋳鉄や耐熱合金等の切削に用いることができる。
Alumina (aluminum oxide) has excellent oxidation resistance, and tungsten carbide is a compound with high rigidity and hardness. For example,
ところで、近年の切削加工市場においては、より効率的な切削が求められている。例えば、より切削速度を早くして短時間で加工を完了させることが切望されている。
このような状況の下、従来技術で作られたセラミックス切削工具を、例えば焼入れ鋼用の切削工具として用いた場合には次の課題があった。すなわち、加工速度の増加に伴って、セラミック切削工具に用いられる焼結体において、微小な結晶粒子が凝集した箇所が起
点となって切削工具の刃先にチッピングが発生し、摩耗量が大きくなる課題があった。
本開示は、上記実情に鑑みてなされたものであり、切削工具の耐摩耗性を高めることを目的とする。本開示は、以下の形態として実現することが可能である。
By the way, in recent years in the cutting market, more efficient cutting is required. For example, there is a strong desire to increase cutting speed and complete machining in a short time.
Under these circumstances, when a ceramic cutting tool made by the conventional technique is used as a cutting tool for hardened steel, for example, the following problems arise. In other words, as machining speed increases, chipping occurs on the cutting tool's cutting edge due to the agglomeration of microcrystalline particles in the sintered body used in ceramic cutting tools, which increases the amount of wear. was there.
The present disclosure has been made in view of the above circumstances, and aims to improve the wear resistance of cutting tools. The present disclosure can be realized as the following forms.
〔１〕炭化タングステン、アルミナ、及びジルコニアを含むセラミックス切削工具であって、
すくい面の任意の位置における４．５μｍ×６．０μｍの範囲において、他の炭化タングステン結晶粒子に隣接することなくアルミナ結晶粒子に包囲され、かつ最大径が０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下である特定炭化タングステン結晶粒子が複数存在し、前記特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下である、セラミックス切削工具。
[1] A ceramic cutting tool containing tungsten carbide, alumina, and zirconia,
In a range of 4.5 μm x 6.0 μm at any position on the rake face, it is surrounded by alumina crystal particles without being adjacent to other tungsten carbide crystal particles, and the maximum diameter is 0.01 μm or more and 0.20 μm or less. A ceramic cutting tool, wherein a plurality of specific tungsten carbide crystal particles are present, and the closest distance between the specific tungsten carbide crystal particles is 0.10 μm or more and 1.50 μm or less.
〔２〕前記アルミナ結晶粒子の平均粒径Ａは、０．３０μｍ以下であり、
前記特定炭化タングステン結晶粒子を含めた前記炭化タングステン結晶粒子の平均粒径Ｂは、０．３０μｍ以下であり、
前記平均粒径Ａと前記平均粒径Ｂとが、下記関係式を満たす、〔１〕に記載のセラミックス切削工具。
０．５０≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．６０
[2] The average particle size A of the alumina crystal particles is 0.30 μm or less,
The average particle size B of the tungsten carbide crystal particles including the specific tungsten carbide crystal particles is 0.30 μm or less,
The ceramic cutting tool according to [1], wherein the average grain size A and the average grain size B satisfy the following relational expression.
0.50≦A/(A+B)≦0.60
〔３〕更にコバルトを含む、〔１〕又は〔２〕に記載のセラミックス切削工具。 [3] The ceramic cutting tool according to [1] or [2], further containing cobalt.
〔４〕前記炭化タングステンの含有量が２１体積％以上３９体積％以下であり、
前記ジルコニアの含有量が０．５０体積％以上０．９０体積％以下であり、
前記コバルトの含有量が０．０１体積％以上０．１５体積％以下であり、
前記コバルトは、前記炭化タングステン結晶粒子同士の粒界に存在している、〔３〕に記載のセラミックス切削工具。
[4] The content of the tungsten carbide is 21 volume% or more and 39 volume% or less,
The content of the zirconia is 0.50 volume% or more and 0.90 volume% or less,
The cobalt content is 0.01% by volume or more and 0.15% by volume or less,
The ceramic cutting tool according to [3], wherein the cobalt is present at grain boundaries between the tungsten carbide crystal grains.
〔５〕温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２００以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが４０％以上である、〔１〕から〔４〕のいずれか一項に記載のセラミックス切削工具。 [5] The Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C is 2200 or more, and the Vickers hardness Hv at a temperature of 1000°C is 40% or more relative to the Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C. The ceramic cutting tool according to any one of the items.
〔６〕表面に被覆層が形成されている、請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミックス切削工具。
[6] The ceramic cutting tool according to any one of
〔７〕超硬合金で構成された台座と、
前記台座にロウ材を介して接合された〔１〕から〔６〕のいずれか一項に記載のセラミックス切削工具と、を備えてなる、切削工具。
[7] A pedestal made of cemented carbide,
A cutting tool comprising: the ceramic cutting tool according to any one of [1] to [6] joined to the base via a brazing material.
本開示のセラミックス切削工具は、特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下であることにより、耐摩耗性が高い。
アルミナ結晶粒子の平均粒径と、特定炭化タングステン結晶粒子を含めた炭化タングステン結晶粒子の平均粒径とが所定の関係式を満たす場合には、セラミックス切削工具の耐摩耗性がより高くなる。
更にコバルトを含む場合には、セラミックス切削工具の耐摩耗性がより高くなる。
炭化タングステン、ジルコニア、コバルトの含有量が所定範囲内であり、コバルトが、炭化タングステン結晶粒子同士の粒界に存在している場合には、セラミックス切削工具の耐摩耗性がより高くなる。
温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２００以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが４０％以上である場合には、セラミックス切削工具の耐摩耗性がより高くなる。
表面に被覆層が形成されている場合には、セラミックス切削工具の耐摩耗性がより高くなる。
特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下であるセラミックス切削工具と、台座とを備えた切削工具は、耐摩耗性が高い。
The ceramic cutting tool of the present disclosure has high wear resistance because the closest distance between specific tungsten carbide crystal particles is 0.10 μm or more and 1.50 μm or less.
When the average particle size of alumina crystal particles and the average particle size of tungsten carbide crystal particles including specific tungsten carbide crystal particles satisfy a predetermined relational expression, the wear resistance of the ceramic cutting tool becomes higher.
Furthermore, when cobalt is included, the wear resistance of the ceramic cutting tool becomes higher.
When the contents of tungsten carbide, zirconia, and cobalt are within predetermined ranges and cobalt is present at the grain boundaries between tungsten carbide crystal grains, the wear resistance of the ceramic cutting tool becomes higher.
When the Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C is 2200 or more, and the Vickers hardness Hv at a temperature of 1000°C is 40% or more relative to the Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C, the wear resistance of the ceramic cutting tool is becomes higher.
When a coating layer is formed on the surface, the wear resistance of the ceramic cutting tool becomes higher.
A cutting tool including a ceramic cutting tool in which the closest distance between specific tungsten carbide crystal particles is 0.10 μm or more and 1.50 μm or less and a pedestal has high wear resistance.
以下、更に詳しく説明する。なお、本明細書において、数値範囲について「～」を用いた記載では、特に断りがない限り、下限値及び上限値を含むものとする。例えば、「１０～２０」という記載では、下限値である「１０」、上限値である「２０」のいずれも含むものとする。すなわち、「１０～２０」は、「１０以上２０以下」と同じ意味である。 This will be explained in more detail below. In this specification, descriptions using "~" for numerical ranges include the lower limit and upper limit unless otherwise specified. For example, the description "10 to 20" includes both the lower limit value of "10" and the upper limit value of "20". That is, "10 to 20" has the same meaning as "10 or more and 20 or less".
１．セラミックス切削工具１
（１）セラミックス切削工具１の構成
セラミックス切削工具１は、炭化タングステン（ＷＣ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、及びジルコニア（ＺｒＯ２）を含む。すくい面の任意の位置における４．５μｍ×６．０μｍの範囲において、他の炭化タングステン結晶粒子ＷＣに隣接することなくアルミナ結晶粒子ＡＯに包囲され、かつ最大径が０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下である特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１が複数存在する。特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下である。
1.
(1) Configuration of
図２は、セラミックス切削工具１のＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ，走査型電子顕微鏡）により得られたＳＥＭ画像を模式的に示す。但し、図２は、セラミックス切削工具１のＳＥＭ画像を概念的に示したものであり、実際のＳＥＭ画像を正確に示したものではない。図２は、すくい面の任意の位置における４．５μｍ×６．０μｍの範囲のＳＥＭ画像のうちの１．９μｍ×２．５μｍの部分を示す図である。このＳＥＭ画像では、炭化タングステン結晶粒子ＷＣ、アルミナ結晶粒子ＡＯが存在する様子が示されている。特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１は、炭化タングステン結晶粒子ＷＣのうち、他の炭化タングステン結晶粒子ＷＣに隣接することなくアルミナ結晶粒子ＡＯに包囲され、かつ最大径が０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下である結晶粒子である。図２では、特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１は破線で囲まれた粒子として模式的に示されている。なお、結晶粒子の最大径とは、結晶粒子の外形線と接し、かつ結晶粒子内を横切らないように２本の平行線を、結晶粒子との位置関係を変えながら各種引いたときの、平行線間の距離の最大値をいう。
FIG. 2 schematically shows an SEM image of the
本開示のセラミックス切削工具１では、すくい面の任意の位置における４．５μｍ×６．０μｍの範囲において、特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１が複数存在し、特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下である。特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離は、４．５μｍ×６．０μｍの範囲において、複数観察された特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１の相互の距離をそれぞれ求めて、その内で最も小さいものを最近接距離とする。なお、距離は、２つの特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１の重心の間で測定される。
本要件における特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離は、具体的には次のようにして求める。鏡面研磨とエッチング処理とを施したすくい面の任意の５点から、４．５μｍ×６．０μｍの範囲のＳＥＭ画像をそれぞれ取得して、各ＳＥＭ画像における特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の各最近接距離を求めて、各最近接距離を平均して求める。
なお、特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離は、例えば、原料粉末をジェットミル粉砕する時間、ビーズミル粉砕する時間、焼成条件、各原料粉末が混合されてなる造粒粉末（混合乾燥粉末）をスプレードライ法により調製する際の条件（圧力、流量等）を調整することで制御できる。
In the
Specifically, the closest distance between specific tungsten carbide crystal particles WC1 under this requirement is determined as follows. SEM images in a range of 4.5 μm x 6.0 μm are obtained from five arbitrary points on the mirror-polished and etched rake face, and each recent point between specific tungsten carbide crystal grains WC1 in each SEM image is Find the closest distance and average each closest distance.
Note that the closest distance between the specific tungsten carbide crystal particles WC1 is, for example, the time for jet mill pulverization of the raw material powder, the bead mill pulverization time, the firing conditions, and the granulated powder (mixed dry powder) obtained by mixing each raw material powder. can be controlled by adjusting the conditions (pressure, flow rate, etc.) when preparing by spray drying.
（２）耐摩耗性が高くなる推測理由
特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下であると、セラミックス切削工具１の耐摩耗性が高くなる推測理由を説明する。一般的に同じ化合物同士や、微小な粒子は凝集しやすいため、切削加工時は、その凝集部を起点にチッピングが発生してしまう。これに対して、本セラミックス切削工具１では、比較的微小な特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下としている。このような組織とすることで炭化タングステンの分散性及び解砕性が向上し、付随して他の化合物の分散性及び解砕性が向上する。その結果、チッピングが発生しやすい箇所が減少し、セラミックス切削工具１の耐摩耗性が向上するものと推測される。最近接距離が０．１０μｍ未満である場合は、微小な特定炭化タングステンが凝集傾向にあるため、耐摩耗性が低下するものと推測される。最近接距離が０．１５μｍ超である場合は、他の組成の微小な粒子が凝集傾向になるから、耐摩耗性が低下するものと推測される。
(2) Reason for the presumed increase in wear resistance Explain the presumed reason for the presumed increase in the wear resistance of the
（３）各結晶粒子の平均粒径
アルミナ結晶粒子ＡＯの平均粒径Ａは、特に限定されない。アルミナ結晶粒子ＡＯの平均粒径Ａは、耐摩耗性向上の観点から、０．３０μｍ以下が好ましく、０．２５μｍよりも大きく０．２９μｍ以下がより好ましく、０．２７μｍよりも大きく０．２９μｍ以下が更に好ましい。
特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１を含めた炭化タングステン結晶粒子ＷＣの平均粒径Ｂは、特に限定されない。炭化タングステン結晶粒子ＷＣの平均粒径Ｂは、耐摩耗性向上の観点から、０．３０μｍ以下が好ましく、０．１５μｍよりも大きく０．２５μｍ以下がより好ましく、０．１８μｍよりも大きく０．２２μｍ以下が更に好ましい。
なお、本明細書における「平均粒径」は、鏡面研磨したセラミックス切削工具１をエッチング処理し、これをＳＥＭ観察した画像を基に行うインターセプト法で測定した値である。
本開示のセラミックス切削工具１では、アルミナ結晶粒子ＡＯの平均粒径Ａと特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１を含めた炭化タングステン結晶粒子ＷＣの平均粒径Ｂとが、下記関係式（１）を満たすことが好ましく、下記関係式（２）を満たすことがより好ましく、下記関係式（３）を満たすことが更に好ましい。
０．５０≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．６０ …関係式（１）
０．５２≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．５８ …関係式（２）
０．５４≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．５６ …関係式（３）
これらの関係式を満たすことで、アルミナ結晶粒子ＡＯと特定炭化タングステン結晶粒
子ＷＣ１を含めた炭化タングステン結晶粒子ＷＣの粒子間結合力が向上し、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。詳細には、これらの関係式を満たすことで、粒径が小さすぎることに起因する同じ化合物同士の凝集体の発生を抑制しつつ、粒径が大きすぎることに起因する粒子間結合力の低下を抑制して、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。
なお、Ａ／（Ａ＋Ｂ）の値は、例えば、各原料粉末の粒径、ジェットミル粉砕時間、ビーズミル粉砕時間、焼成条件、を調整することで制御できる。
(3) Average grain size of each crystal grain The average grain size A of the alumina crystal grains AO is not particularly limited. From the viewpoint of improving wear resistance, the average particle size A of the alumina crystal particles AO is preferably 0.30 μm or less, more preferably greater than 0.25 μm and 0.29 μm or less, and greater than 0.27 μm and 0.29 μm or less. is even more preferable.
The average particle size B of the tungsten carbide crystal particles WC including the specific tungsten carbide crystal particles WC1 is not particularly limited. From the viewpoint of improving wear resistance, the average particle size B of the tungsten carbide crystal particles WC is preferably 0.30 μm or less, more preferably greater than 0.15 μm and 0.25 μm or less, and greater than 0.18 μm and 0.22 μm. The following are more preferable.
Note that the "average grain size" in this specification is a value measured by an intercept method based on an image obtained by etching a mirror-polished
In the
0.50≦A/(A+B)≦0.60...Relational expression (1)
0.52≦A/(A+B)≦0.58...Relational expression (2)
0.54≦A/(A+B)≦0.56 …Relational expression (3)
By satisfying these relational expressions, the interparticle bonding strength between the alumina crystal particles AO and the tungsten carbide crystal particles WC including the specific tungsten carbide crystal particles WC1 is improved, and the chipping resistance and fracture resistance are improved. Specifically, by satisfying these relational expressions, we can suppress the formation of aggregates of the same compounds caused by too small particle sizes, and at the same time suppress the reduction in interparticle bonding force caused by too large particle sizes. This improves chipping resistance and fracture resistance.
The value of A/(A+B) can be controlled, for example, by adjusting the particle size of each raw material powder, jet mill pulverization time, bead mill pulverization time, and firing conditions.
（４）コバルトについて
セラミックス切削工具１は、更にコバルトを含むことが好ましい。コバルトは、アルミナ結晶粒子ＡＯと炭化タングステン結晶粒子ＷＣ及び特定炭化タングステン結晶粒子ＷＣ１との結合相として機能し、セラミックス切削工具１の耐摩耗性を向上させる。
コバルトを含む場合のコバルトの含有量は、特に限定されない。コバルトを含む場合の各成分の好ましい含有量は、以下の通りである。以下の含有量は、セラミックス切削工具１の全体を１００体積％としたときの量である。ここで、「体積％」とは、セラミックス切削工具１に含まれる全物質の体積の総量を１００％としたときの、各物質の割合を意味する。セラミックス切削工具１における各物質の含有量は、蛍光Ｘ線分析法等により各元素の質量％を求め、これを体積％に換算することで算出できる。なお、タングステンとジルコニウムとは化合物換算で算出する。コバルトは単体で存在するとして算出する。
(4) About cobalt It is preferable that the
When cobalt is included, the content of cobalt is not particularly limited. Preferred contents of each component when cobalt is included are as follows. The following contents are based on the entire
耐チッピング性及び耐欠損性を向上させる観点からの各成分の好ましい含有量を説明する。各成分の含有量は、炭化タングステンの含有量が２１体積％以上３９体積％以下であり、ジルコニアの含有量が０．５０体積％以上０．９０体積％以下であり、かつコバルトの含有量が０．０１体積％以上０．１５体積％以下であることが好ましい。各成分の含有量は、炭化タングステンの含有量が２３体積％以上３５体積％以下であり、ジルコニアの含有量が０．６０体積％以上０．９０体積％以下であり、かつコバルトの含有量が０．０．０１体積％以上０．１０体積％以下であることがより好ましい。各成分の含有量は、炭化タングステンの含有量が２５体積％以上３１体積％以下であり、ジルコニアの含有量が０．７０体積％以上０．９０体積％以下であり、かつコバルトの含有量が０．０２体積％以上０．０５体積％以下であることが更に好ましい。
各成分の含有量を好ましい範囲内にすることで、コバルトの結合相としての機能が最大限発揮され、耐摩耗性が向上する。すなわち、各成分の含有量を好ましい範囲内にすることで、十分な結合相が確保され、ジルコニアやコバルトを起点にしたクラックの発生が抑制されて、耐チッピング性及び耐欠損性が向上する。
コバルトの存在部位は、特に限定されない。コバルトは、結合相としての機能を効果的に発揮する観点から、炭化タングステン結晶粒子同士の粒界に存在していることが好ましい。
コバルトの添加方法は、特に限定されない。コバルトは、コバルト粉末を原料に直接添加してもよい。コバルトは、例えばコバルトを含有する超硬球石とエタノールのみで空擦りして得られた摩耗粉を用いてもよい。明確な理由は分かっていないが、摩耗粉を用いると、耐チッピング性及び耐欠損性について高い効果が期待される。
The preferred content of each component from the viewpoint of improving chipping resistance and chipping resistance will be explained. The content of each component is such that the content of tungsten carbide is 21 volume% or more and 39 volume% or less, the zirconia content is 0.50 volume% or more and 0.90 volume% or less, and the cobalt content is It is preferably 0.01 volume % or more and 0.15 volume % or less. The content of each component is such that the content of tungsten carbide is 23 volume% or more and 35 volume% or less, the zirconia content is 0.60 volume% or more and 0.90 volume% or less, and the cobalt content is More preferably, the content is 0.0.01% by volume or more and 0.10% by volume or less. The content of each component is such that the content of tungsten carbide is 25 volume% or more and 31 volume% or less, the zirconia content is 0.70 volume% or more and 0.90 volume% or less, and the cobalt content is More preferably, it is 0.02 volume % or more and 0.05 volume % or less.
By controlling the content of each component within a preferable range, the function of cobalt as a binder phase is maximized, and wear resistance is improved. That is, by controlling the content of each component within a preferable range, sufficient binder phase is ensured, the occurrence of cracks originating from zirconia and cobalt is suppressed, and chipping resistance and chipping resistance are improved.
The site where cobalt exists is not particularly limited. Cobalt is preferably present at grain boundaries between tungsten carbide crystal grains from the viewpoint of effectively exhibiting its function as a binder phase.
The method of adding cobalt is not particularly limited. Cobalt may be added directly to the raw material using cobalt powder. As cobalt, for example, abrasion powder obtained by dry rubbing a cemented carbide ball containing cobalt with only ethanol may be used. Although the exact reason is not known, the use of wear powder is expected to have a high effect on chipping resistance and chipping resistance.
（５）ビッカース硬度Ｈｖについて
セラミックス切削工具１のビッカース硬度Ｈｖは、特に限定されない。切削速度が速い加工条件、すなわち、刃先温度が高くなる加工条件であっても、高い耐摩耗性を確保する観点から、温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２００以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが４０％以上であることが好ましく、温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２４０以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが５０％以上であることがより好ましく、温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２６０以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが５５％以上であることが更に好ましい。温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖは、高ければ高い程よいが、通常２５００以下である。温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖは、１００％であってもよいが、通常は６０％以下である。
なお、ビッカース硬度Ｈｖは、日本工業規格ＪＩＳ Ｒ １６１０に準拠して測定される。試験荷重は９８．０７Ｎとする。
(5) Regarding Vickers hardness Hv The Vickers hardness Hv of the
Note that Vickers hardness Hv is measured in accordance with Japanese Industrial Standards JIS R 1610. The test load is 98.07N.
（６）セラミックス切削工具１の製造方法
セラミックス切削工具１の製造方法は特に限定されない。セラミックス切削工具１の製造方法の一例を以下に示す。ここでは、コバルトを含む場合の例を説明する。
(6) Method for manufacturing the
（６．１）原料
原料として次の原料粉末を使用する。
・アルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３粉末）
・炭化タングステン粉末（ＷＣ粉末）
・ジルコニア粉末（ＺｒＯ２粉末）
・コバルト粉末（Ｃｏ粉末）
(6.1) Raw materials The following raw material powders are used as raw materials.
・Alumina powder ( Al2O3 powder )
・Tungsten carbide powder (WC powder)
・Zirconia powder ( ZrO2 powder)
・Cobalt powder (Co powder)
（６．２）混合乾燥粉末の作製
（６．２．１）アルミナ粉末、炭化タングステン粉末、ジルコニア粉末、及びコバルト粉末を用意する。
（６．２．２）各原料粉末をジェットミルにて予備粉砕する。
（６．２．３）予備粉砕した各原料粉末を乾燥させて、各原料粉末が所定割合の通りになるよう秤量し、イオン交換水及び分散剤とともにビーズミルに投入して、混合粉砕しスラリーを得る。
（６．２．４）スラリーを別容器に移し、バインダーを投入後、十分撹拌する。これにより得られたスラリーをスプレードライ法により乾燥させ、混合乾燥粉末を得る。
なお、明確な理由は分かっていないが、スプレードライ法により得られた造粒素地（混合乾燥粉末）を用いた方が、各化合物の分散性が向上する。流動性の良い造粒素地を用いることで、型への素地の充填性が向上するためと推測される。
(6.2) Preparation of mixed dry powder (6.2.1) Alumina powder, tungsten carbide powder, zirconia powder, and cobalt powder are prepared.
(6.2.2) Each raw material powder is pre-pulverized using a jet mill.
(6.2.3) Dry each pre-pulverized raw material powder, weigh it so that each raw material powder has a predetermined ratio, put it into a bead mill together with ion-exchanged water and a dispersant, mix and pulverize it, and make a slurry. obtain.
(6.2.4) Transfer the slurry to another container, add the binder, and stir thoroughly. The slurry thus obtained is dried by a spray drying method to obtain a mixed dry powder.
Although the clear reason is not known, the use of a granulated base (mixed dry powder) obtained by a spray drying method improves the dispersibility of each compound. It is assumed that this is because the use of a granulated base with good fluidity improves the ability to fill the mold with the base.
（６．３）焼成
得られた混合乾燥粉末をカーボン冶具に投入し、所定温度でホットプレス焼成する。このようにして、セラミックス焼結体が作製される。セラミックス焼結体は、切削、研削、及び研磨の少なくとも１つの加工法によって形状や表面の仕上げを行って、セラミックス切削工具１とすることができる。もちろん、これらの仕上げが不要であれば、セラミックス焼結体をそのままセラミックス切削工具１として用いてもよい。
(6.3) Firing The obtained mixed dry powder is put into a carbon jig and hot press fired at a predetermined temperature. In this way, a ceramic sintered body is produced. The ceramic sintered body can be made into the
（７）表面の被覆層７
セラミックス切削工具１は、図３に示されるように、表面に被覆層７が形成されていてもよい。被覆層７が形成されると、セラミックス切削工具１の表面硬度が増加すると共に、被加工物との反応・溶着による摩耗進行が抑制される。その結果、セラミックス切削工具１の耐摩耗性が向上する。
被覆層７の成分は特に限定されない。被覆層７は、チタン、ジルコニウム、及びアルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、及び炭窒酸化物より選択される少なくとも１種の化合物から形成されていることが好ましい。チタン、ジルコニウム、及びアルミニウムの炭化物、窒化物、酸化物、炭窒化物、炭酸化物、酸窒化物、及び炭窒酸化物より選択される少なくとも１種の化合物としては、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＶＮが好適な例として挙げられる。
被覆層７の厚みは、特に限定されない。被覆層７の厚みは、耐摩耗性の観点から、０．０２μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。
(7)
As shown in FIG. 3, the
The components of the
The thickness of the
（８）セラミックス切削工具１の用途
セラミックス切削工具１は、従来公知の様々な切削工具に適用することができる。切削工具として、旋削加工用又はフライス加工用刃先交換型チップ（切削インサート、スローアウェイチップ）、エンドミルを好適に例示できる。なお、セラミックス切削工具１は、広義の切削工具であり、旋削加工、フライス加工などを行う工具全般を言う。
(8) Applications of the
２．切削工具１０
切削工具１０は、図４に例示されるように、超硬合金で構成された台座１１と、台座１１にロウ材を介して接合されたセラミックス切削工具１と、を備えてなる。
超硬合金の組成は、特に限定されない。超硬合金としては、例えば、炭化タングステン結晶粒子を含有する超硬合金（以下「炭化タングステン（ＷＣ）系超硬合金」ともいう）を好適に挙げることができる。炭化タングステン系超硬合金としては、ＷＣ－Ｎｉ－Ｃｒ系超硬合金、ＷＣ－Ｃｏ系超硬合金、ＷＣ－Ｃｏ－Ｃｒ系超硬合金を例示できる。
ロウ材の成分は、特に限定されない。ロウ材は、例えば活性金属と、１種又は２種以上の展延性を有する金属と、を成分としている。活性金属としては、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）等が挙げられる。展延性を有する金属としては、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）やニッケル（Ｎｉ）等が挙げられる。ロウ材としては、例えば、Ａｕ－Ｎｉ－Ｔｉ合金などが挙げられる。
2. cutting
As illustrated in FIG. 4, the cutting
The composition of the cemented carbide is not particularly limited. As the cemented carbide, for example, a cemented carbide containing tungsten carbide crystal particles (hereinafter also referred to as "tungsten carbide (WC) type cemented carbide") can be suitably mentioned. Examples of the tungsten carbide based cemented carbide include WC-Ni-Cr based cemented carbide, WC-Co based cemented carbide, and WC-Co-Cr based cemented carbide.
The components of the brazing material are not particularly limited. The brazing material contains, for example, an active metal and one or more malleable metals. Examples of the active metal include titanium (Ti), zirconium (Zr), and hafnium (Hf). Examples of metals having malleability include gold (Au), silver (Ag), copper (Cu), and nickel (Ni). Examples of the brazing material include Au--Ni--Ti alloy.
切削工具１０は、従来公知の様々な切削工具に適用することができる。このような切削工具として、旋削加工用又はフライス加工用切削工具、エンドミル、リーマを好適に例示できる。なお、切削工具１０は、広義の切削工具であり、旋削加工、フライス加工などを行う工具全般を言う。
The cutting
１．セラミックス切削工具の作製
１．１ 実施例１～１２のセラミックス切削工具
（１）原料
原料として次の原料粉末を使用した。
・アルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３粉末）：平均粒径０．５μｍ
・炭化タングステン粉末（ＷＣ粉末）：平均粒径０．５μｍ
・ジルコニア粉末（ＺｒＯ２粉末）：平均粒径０．５μｍ
・コバルト粉末（Ｃｏ粉末）：平均粒径０．５μｍ
1. Preparation of Ceramic Cutting Tools 1.1 Ceramic Cutting Tools of Examples 1 to 12 (1) Raw Materials The following raw material powders were used as raw materials.
・Alumina powder ( Al2O3 powder): average particle size 0.5μm
・Tungsten carbide powder (WC powder): average particle size 0.5 μm
・Zirconia powder ( ZrO2 powder): average particle size 0.5 μm
・Cobalt powder (Co powder): average particle size 0.5 μm
（２）混合乾燥粉末の作製
（２．１）アルミナ粉末、炭化タングステン粉末、ジルコニア粉末、及びコバルト粉末を用意した。
（２．２）各原料粉末をジェットミルにて予備粉砕した。
（２．３）予備粉砕した各原料粉末を乾燥させて、各原料粉末が表１の割合の通りになるよう秤量し、イオン交換水及び分散剤（ＡＤ－５０８Ｅ、日油株式会社製）とともにビーズミルに投入して、混合粉砕しスラリーを得た。尚、コバルト組成の数字は１／１０００桁の数字を四捨五入した数値である。
（２．４）スラリーを別容器に移し、バインダーを投入後、十分撹拌した。これにより得られたスラリーをスプレードライ法により乾燥させ、混合乾燥粉末を得た。
(2) Preparation of mixed dry powder (2.1) Alumina powder, tungsten carbide powder, zirconia powder, and cobalt powder were prepared.
(2.2) Each raw material powder was pre-pulverized using a jet mill.
(2.3) Dry each pre-pulverized raw material powder, weigh it so that the proportions of each raw material powder are as shown in Table 1, and add it together with ion-exchanged water and a dispersant (AD-508E, manufactured by NOF Corporation). The mixture was put into a bead mill and mixed and ground to obtain a slurry. Note that the cobalt composition numbers are rounded to 1/1000 digits.
(2.4) The slurry was transferred to another container, a binder was added thereto, and the mixture was thoroughly stirred. The resulting slurry was dried by spray drying to obtain a mixed dry powder.
（３）焼成
得られた混合乾燥粉末をカーボン冶具に投入し、所定の焼成温度でホットプレス焼成してセラミックス切削工具を作製した。焼成時間は４５分～１．５時間、圧力は２０ＭＰａ～４０ＭＰａ、雰囲気ガスはアルゴン（Ａｒ）とした。
(3) Firing The obtained mixed dry powder was put into a carbon jig and hot press fired at a predetermined firing temperature to produce a ceramic cutting tool. The firing time was 45 minutes to 1.5 hours, the pressure was 20 MPa to 40 MPa, and the atmospheric gas was argon (Ar).
１．２ 比較例１～８のセラミックス切削工具
比較例１，３，７，８のセラミックス切削工具は、実施例１～１２のセラミックス切削工具に準じて作製した。具体的には、ジェットミルによる予備粉砕を省略して作製した。
比較例２のセラミックス切削工具は、表１の※1の欄に記載されているように、アルミナ粉末（Ａｌ２Ｏ３粉末）として平均粒径が約１．０μｍのものを使用した以外は、実施例１～１２のセラミックス切削工具に準じて作製した。実施例１～１２と比べてアルミナ粉末の粒径を大きくしたのは、特定炭化タングステン結晶粒子の間の距離を大きくするためである。すなわち、特定炭化タングステン結晶粒子はアルミナ結晶粒子に囲まれているから、アルミナ結晶粒子を大きくすることにより特定炭化タングステン結晶粒子の間の距離を大きくできる。
比較例４のセラミックス切削工具は、表１の※２の欄に記載されているように、炭化タングステン粉末（ＷＣ粉末）として平均粒径が約１．０μｍ使用のものを使用した以外は、実施例１～１２のセラミックス切削工具に準じて作製した。実施例１～１２と比べて炭化タングステン粉末の粒径を大きくしたのは、特定炭化タングステン結晶粒子の数を減らすためである。すなわち、特定炭化タングステン結晶粒子の数を減らせば、おのずと特定炭化タングステン結晶粒子の間の距離を大きくできる。
比較例５のセラミックス切削工具は、表１の※Ａの欄に記載されているように、ジェットミル粉砕やビーズミル粉砕の代わりにボールミル粉砕した以外は、実施例１～１２のセラミックス切削工具に準じて作製した。明確な理由は分かっていないが、ボールミル粉砕を適用すると特定炭化タングステン結晶粒子の間の距離が大きくなる。
比較例６のセラミックス切削工具は、表１の※３の欄に記載されているように、コバルト粉末（Ｃｏ粉末）として平均粒径が約１．０μｍ使用のものを使用した以外は、実施例１～１２のセラミックス切削工具に準じて作製した。実施例１～１２と比べてコバルト粉末の粒径を大きくしたのは、特定炭化タングステン結晶粒子の間の距離を大きくするためである。すなわち、粗大なコバルト粒子を残存させることにより、他の結晶粒子の分散の程度を変えることができる。
1.2 Ceramic cutting tools of Comparative Examples 1 to 8 Ceramic cutting tools of Comparative Examples 1, 3, 7, and 8 were produced in accordance with the ceramic cutting tools of Examples 1 to 12. Specifically, it was produced by omitting preliminary pulverization using a jet mill.
In the ceramic cutting tool of Comparative Example 2, as described in the *1 column of Table 1, except that alumina powder (Al 2 O 3 powder) with an average particle size of about 1.0 μm was used. The ceramic cutting tools were manufactured in accordance with Examples 1 to 12. The reason why the particle size of the alumina powder was increased compared to Examples 1 to 12 was to increase the distance between specific tungsten carbide crystal particles. That is, since the specific tungsten carbide crystal particles are surrounded by alumina crystal particles, by increasing the size of the alumina crystal particles, the distance between the specific tungsten carbide crystal particles can be increased.
The ceramic cutting tool of Comparative Example 4 was used as described in the *2 column of Table 1, except that tungsten carbide powder (WC powder) with an average particle size of about 1.0 μm was used. The ceramic cutting tools were manufactured in accordance with Examples 1 to 12. The reason why the particle size of the tungsten carbide powder was increased compared to Examples 1 to 12 was to reduce the number of specific tungsten carbide crystal particles. That is, by reducing the number of specific tungsten carbide crystal particles, the distance between the specific tungsten carbide crystal particles can naturally be increased.
The ceramic cutting tool of Comparative Example 5 was similar to the ceramic cutting tools of Examples 1 to 12, except that the ceramic cutting tool of Comparative Example 5 was ground by a ball mill instead of jet mill grinding or bead mill grinding, as described in the *A column of Table 1. It was made using Although the exact reason is not known, when ball milling is applied, the distance between specific tungsten carbide crystal particles increases.
The ceramic cutting tool of Comparative Example 6 was the same as that of Example 6, except that cobalt powder (Co powder) having an average particle diameter of approximately 1.0 μm was used, as described in the *3 column of Table 1. It was manufactured in accordance with the ceramic cutting tools Nos. 1 to 12. The reason why the particle size of the cobalt powder was increased compared to Examples 1 to 12 was to increase the distance between specific tungsten carbide crystal particles. That is, by allowing coarse cobalt particles to remain, the degree of dispersion of other crystal particles can be changed.
１．３ 実施例１３～１６のセラミックス切削工具
表２に示すように、実施例３，６，７，１０、比較例３，８のセラミックス切削工具を基材として、その表面に、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＶＮのいずれかを表面被覆して、実施例１３～１６のセラミックス切削工具を作製した。
1.3 Ceramic cutting tools of Examples 13 to 16 As shown in Table 2, using the ceramic cutting tools of Examples 3, 6, 7, 10 and Comparative Examples 3 and 8 as base materials, TiN, TiAlN Ceramic cutting tools of Examples 13 to 16 were prepared by coating the surface with either , or TiAlVN.
２．特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離の測定
実施例１～１３、及び比較例１～８の各セラミックス切削工具を鏡面研磨加工後、さらにエッチング処理を行って、ＳＥＭ観察を行って微細組織画像を得た。画像は、セラミックス切削工具毎に、すくい面の任意の５点から、４．５μｍ×６．０μｍの範囲のＳＥＭ画像をそれぞれ取得した。セラミックス切削工具毎に取得した複数の画像をＷｉｎＲｏｏｆ（画像解析・計測ソフトウェア 三谷商事株式会社）にて解析した。各セラミックス切削工具における複数の画像毎に特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離を測定し、これらの最近接距離を算術平均することで、表１に示す最近接距離を求めた。
2. Measurement of the closest distance between specific tungsten carbide crystal grains The ceramic cutting tools of Examples 1 to 13 and Comparative Examples 1 to 8 were mirror-polished, further etched, and subjected to SEM observation to obtain microstructure images. I got it. For each ceramic cutting tool, SEM images in a range of 4.5 μm x 6.0 μm were obtained from five arbitrary points on the rake face. A plurality of images obtained for each ceramic cutting tool were analyzed using WinRoof (image analysis/measurement software Mitani Shoji Co., Ltd.). The closest distances between specific tungsten carbide crystal particles were measured for each of a plurality of images in each ceramic cutting tool, and the closest distances shown in Table 1 were determined by taking the arithmetic average of these closest distances.
３．各結晶粒子の平均粒径の測定
インターセプト法により、アルミナ結晶粒子の平均粒径Ａ（μｍ）と炭化タングステン結晶粒子の平均粒径Ｂ（μｍ）を測定し、Ａ／（Ａ＋Ｂ）の値を求めた。
3. Measurement of the average grain size of each crystal grain Using the intercept method, measure the average grain size A (μm) of alumina crystal grains and the average grain size B (μm) of tungsten carbide crystal grains, and calculate the value of A/(A+B). Ta.
４．コバルトの測定
コバルトはＴＥＭ分析（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で炭化タングステン結晶粒子同士の粒界を測定し、存在位置を確認した。
4. Measurement of Cobalt The location of cobalt was confirmed by measuring the grain boundaries between tungsten carbide crystal grains using a TEM analysis (Transmission Electron Microscope).
５．切削試験
（１）試験方法
各セラミックス切削工具を用いて、切削試験を行って耐摩耗性及び耐欠損性を評価した。試験条件は下記の通りである。
・工具形状：ＴＮＧＡ１６０４０８Ｚ０１２２５
・被削材：高硬度材（ＳＣＭ４１５）
・切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：０．１ｍｍ
・送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
・切削環境：ＤＲＹ
5. Cutting test (1) Test method A cutting test was conducted using each ceramic cutting tool to evaluate wear resistance and chipping resistance. The test conditions are as follows.
・Tool shape: TNGA160408Z01225
・Work material: High hardness material (SCM415)
・Cutting speed: 300m/min
・Depth of cut: 0.1mm
・Feed amount: 0.2mm/rev.
・Cutting environment: DRY
（２）試験結果
表１に試験結果を併記し、これについて検討する。
実施例１～１２のセラミックス切削工具は、下記第１要件を満たしている。これに対して比較例１～８のセラミックス切削工具は、第１要件を満たしていない。実施例１～１２のセラミックス切削工具は、比較例１～８のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性が高かった。よって、第１要件を満たすことで耐摩耗性が向上することが確認された。
〔第１要件〕：特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下である。
(2) Test results The test results are also listed in Table 1 and will be discussed.
The ceramic cutting tools of Examples 1 to 12 satisfy the following first requirement. In contrast, the ceramic cutting tools of Comparative Examples 1 to 8 do not meet the first requirement. The ceramic cutting tools of Examples 1 to 12 had higher wear resistance than the ceramic cutting tools of Comparative Examples 1 to 8. Therefore, it was confirmed that wear resistance was improved by satisfying the first requirement.
[First requirement]: The closest distance between specific tungsten carbide crystal particles is 0.10 μm or more and 1.50 μm or less.
次に、実施例１，２，９，１０のセラミックス切削工具を比較検討する。実施例１，２，９，１０のセラミックス切削工具はいずれも第１要件に加えて下記第２，３要件も満たしている。実施例１，２，１０のセラミックス切削工具はいずれも第４要件も満たしている。他方、実施例９のセラミックス切削工具は第４要件を満たしていない。実施例１，２，１０のセラミックス切削工具は、実施例９のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性がより高かった。よって、第１要件に加えて第２，３，４要件を満たすことで耐摩耗性がより向上することが確認された。
〔第２要件〕：アルミナ結晶粒子の平均粒径Ａは、０．３０μｍ以下である。
〔第３要件〕：炭化タングステン結晶粒子の平均粒径Ｂは、０．３０μｍ以下である。
〔第４要件〕：平均粒径Ａと平均粒径Ｂは、０．５０≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．６０の関係を満たす。
Next, the ceramic cutting tools of Examples 1, 2, 9, and 10 will be compared and studied. The ceramic cutting tools of Examples 1, 2, 9, and 10 all satisfy the following second and third requirements in addition to the first requirement. The ceramic cutting tools of Examples 1, 2, and 10 all also satisfy the fourth requirement. On the other hand, the ceramic cutting tool of Example 9 does not meet the fourth requirement. The ceramic cutting tools of Examples 1, 2, and 10 had higher wear resistance than the ceramic cutting tool of Example 9. Therefore, it was confirmed that wear resistance is further improved by satisfying the second, third, and fourth requirements in addition to the first requirement.
[Second requirement]: The average particle size A of the alumina crystal particles is 0.30 μm or less.
[Third requirement]: The average particle size B of the tungsten carbide crystal particles is 0.30 μm or less.
[Fourth requirement]: The average particle size A and the average particle size B satisfy the relationship of 0.50≦A/(A+B)≦0.60.
次に、実施例４，５，８，１２のセラミックス切削工具を比較検討する。実施例４，５，８，１２はいずれも第１要件に加えて第２，３要件も満たしている。実施例４，１２のセラミックス切削工具はいずれも第４要件も満たしている。他方、実施例５，８のセラミックス切削工具は第４要件を満たしていない。実施例４，１２のセラミックス切削工具は、実施例５，８のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性がより高かった。よって、第１要件に加えて第２，３，４要件を満たすことで耐摩耗性がより向上することが確認された。 Next, the ceramic cutting tools of Examples 4, 5, 8, and 12 will be compared and studied. Examples 4, 5, 8, and 12 all satisfy the second and third requirements in addition to the first requirement. Both of the ceramic cutting tools of Examples 4 and 12 also satisfy the fourth requirement. On the other hand, the ceramic cutting tools of Examples 5 and 8 do not satisfy the fourth requirement. The ceramic cutting tools of Examples 4 and 12 had higher wear resistance than the ceramic cutting tools of Examples 5 and 8. Therefore, it was confirmed that wear resistance is further improved by satisfying the second, third, and fourth requirements in addition to the first requirement.
次に、コバルトの有無に着目して実施例１～１２のセラミックス切削工具を比較検討する。実施例１，３，４，５，６，７，８，１１，１２のセラミックス切削工具はいずれも下記第５要件も満たしている。他方、実施例２，９，１０のセラミックス切削工具は第５要件を満たしていない。実施例１，３，４，５，６，７，８，１１，１２のセラミックス切削工具は、実施例２，９，１０のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性がより高かった。よって、第１要件に加えて第５要件を満たすことで耐摩耗性がより向上することが確認された。
〔第５要件〕：コバルトを含む。
Next, the ceramic cutting tools of Examples 1 to 12 will be compared and examined, focusing on the presence or absence of cobalt. All of the ceramic cutting tools of Examples 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, and 12 also satisfy the following fifth requirement. On the other hand, the ceramic cutting tools of Examples 2, 9, and 10 do not satisfy the fifth requirement. The ceramic cutting tools of Examples 1, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 11, and 12 had higher wear resistance than the ceramic cutting tools of Examples 2, 9, and 10. Therefore, it was confirmed that wear resistance is further improved by satisfying the fifth requirement in addition to the first requirement.
[Fifth requirement]: Contains cobalt.
次に、実施例１，５，８のセラミックス切削工具を比較検討する。実施例１，５，８のセラミックス切削工具はいずれも第１要件に加えて第５，９要件も満たしている。実施例５，８のセラミックス切削工具はいずれも第６，７，８要件も満たしている。他方、実施例１は第６，７要件を満たしていない。実施例５，８のセラミックス切削工具は、実施例１のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性がより高かった。よって、第１要件に加えて第５，６，７，８，９要件を満たすことで耐摩耗性がより向上することが確認された。
〔第６要件〕：炭化タングステンの含有量が２１体積％以上３９体積％以下である。
〔第７要件〕：ジルコニアの含有量が０．５０体積％以上０．９０体積％以下である。
〔第８要件〕：コバルトの含有量が０．０１体積％以上０．１５体積％以下である。
〔第９要件〕：コバルトは、炭化タングステン結晶粒子同士の粒界に存在している。
Next, the ceramic cutting tools of Examples 1, 5, and 8 will be compared and studied. The ceramic cutting tools of Examples 1, 5, and 8 all satisfy the 5th and 9th requirements in addition to the 1st requirement. The ceramic cutting tools of Examples 5 and 8 also satisfy the 6th, 7th, and 8th requirements. On the other hand, Example 1 does not satisfy the sixth and seventh requirements. The ceramic cutting tools of Examples 5 and 8 had higher wear resistance than the ceramic cutting tool of Example 1. Therefore, it was confirmed that wear resistance is further improved by satisfying the fifth, sixth, seventh, eighth, and ninth requirements in addition to the first requirement.
[Sixth requirement]: The content of tungsten carbide is 21 volume % or more and 39 volume % or less.
[Seventh requirement]: The content of zirconia is 0.50 volume % or more and 0.90 volume % or less.
[Eighth Requirement]: The content of cobalt is 0.01% by volume or more and 0.15% by volume or less.
[Ninth Requirement]: Cobalt exists at grain boundaries between tungsten carbide crystal grains.
次に、ビッカース硬度Ｈｖに着目して実施例１～１２のセラミックス切削工具を比較検討する。実施例３，６，７，１１のセラミックス切削工具はいずれも第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０要件を全て満たしている。他方、実施例１，２，４，５，８，９，１０，１２のセラミックス切削工具は、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０要件のうちで少なくとも１つの要件を満たしてない。実施例３，６，７，１１のセラミックス切削工具は、実施例１，２，４，５，８，９，１０，１２のセラミックス切削工具と比較して耐摩耗性がより著しく高かった。よって、第１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０要件を全て満たすことで耐摩耗性が著しく向上することが確認された。
〔第１０要件〕：温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖが２２００以上であり、かつ温度２５℃でのビッカース硬度Ｈｖに対する温度１０００℃でのビッカース硬度Ｈｖが４０％以上である。
Next, the ceramic cutting tools of Examples 1 to 12 will be compared and studied focusing on Vickers hardness Hv. The ceramic cutting tools of Examples 3, 6, 7, and 11 all satisfy all of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, and tenth requirements. On the other hand, the ceramic cutting tools of Examples 1, 2, 4, 5, 8, 9, 10, and 12 meet at least the 1st, 2nd, 3rd, 4th, 5th, 6th, 7th, 8th, 9th, and 10th requirements. Does not meet one requirement. The ceramic cutting tools of Examples 3, 6, 7, and 11 had significantly higher wear resistance than the ceramic cutting tools of Examples 1, 2, 4, 5, 8, 9, 10, and 12. Therefore, it was confirmed that wear resistance was significantly improved by satisfying all of the first, second, third, fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, and tenth requirements.
[10th requirement]: The Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C is 2200 or more, and the Vickers hardness Hv at a temperature of 1000°C with respect to the Vickers hardness Hv at a temperature of 25°C is 40% or more.
次に、表面の被覆層の効果について表２を参照しつつ検討する。表面に被覆層を形成した実施例１３，１４，１５，１６のセラミックス切削工具は、それぞれに対応する実施例３，６，７，１０のセラミックス切削工具と比べて摩耗量を低減できた。 Next, the effect of the surface coating layer will be discussed with reference to Table 2. The ceramic cutting tools of Examples 13, 14, 15, and 16 in which a coating layer was formed on the surface were able to reduce the amount of wear compared to the corresponding ceramic cutting tools of Examples 3, 6, 7, and 10, respectively.
本発明は上記で詳述した実施形態に限定されず、本発明の請求項に示した範囲で様々な変形又は変更が可能である。 The present invention is not limited to the embodiments detailed above, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims of the present invention.
１ …セラミックス切削工具
７ …被覆層
１０ …切削工具
１１ …台座
ＡＯ …アルミナ結晶粒子
ＷＣ …炭化タングステン結晶粒子
ＷＣ１…特定炭化タングステン結晶粒子
1 ...
Claims (6)
すくい面の任意の位置における４．５μｍ×６．０μｍの範囲において、他の炭化タングステン結晶粒子に隣接することなくアルミナ結晶粒子に包囲され、かつ最大径が０．０１μｍ以上０．２０μｍ以下である特定炭化タングステン結晶粒子が複数存在し、前記特定炭化タングステン結晶粒子間の最近接距離が０．１０μｍ以上１．５０μｍ以下であり、
前記アルミナ結晶粒子の平均粒径Ａは、０．３０μｍ以下であり、
前記特定炭化タングステン結晶粒子を含めた前記炭化タングステン結晶粒子の平均粒径Ｂは、０．３０μｍ以下であり、
前記平均粒径Ａと前記平均粒径Ｂとが、下記関係式を満たす、セラミックス切削工具。
０．５０≦Ａ／（Ａ＋Ｂ）≦０．６０ A ceramic cutting tool containing tungsten carbide, alumina, and zirconia,
In a range of 4.5 μm x 6.0 μm at any position on the rake face, it is surrounded by alumina crystal particles without being adjacent to other tungsten carbide crystal particles, and the maximum diameter is 0.01 μm or more and 0.20 μm or less. A plurality of specific tungsten carbide crystal particles are present, and the closest distance between the specific tungsten carbide crystal particles is 0.10 μm or more and 1.50 μm or less,
The average particle size A of the alumina crystal particles is 0.30 μm or less,
The average particle size B of the tungsten carbide crystal particles including the specific tungsten carbide crystal particles is 0.30 μm or less,
A ceramic cutting tool in which the average grain size A and the average grain size B satisfy the following relational expression.
0.50≦A/(A+B)≦0.60
前記ジルコニアの含有量が０．５０体積％以上０．９０体積％以下であり、
前記コバルトの含有量が０．０１体積％以上０．１５体積％以下であり、
前記コバルトは、前記炭化タングステン結晶粒子同士の粒界に存在している、請求項２に記載のセラミックス切削工具。 The content of the tungsten carbide is 21% by volume or more and 39% by volume or less,
The content of the zirconia is 0.50 volume% or more and 0.90 volume% or less,
The cobalt content is 0.01% by volume or more and 0.15% by volume or less,
The ceramic cutting tool according to claim 2 , wherein the cobalt is present at grain boundaries between the tungsten carbide crystal grains.
前記台座にロウ材を介して接合された請求項１から５のいずれか一項に記載のセラミックス切削工具と、を備えてなる、切削工具。 A pedestal made of cemented carbide,
A cutting tool comprising: the ceramic cutting tool according to any one of claims 1 to 5 , which is joined to the base via a brazing material.
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