JPH03247555A - Al↓2O↓3―TiCx系切削工具焼結体の製造方法 - Google Patents
Al↓2O↓3―TiCx系切削工具焼結体の製造方法Info
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- JPH03247555A JPH03247555A JP2288612A JP28861290A JPH03247555A JP H03247555 A JPH03247555 A JP H03247555A JP 2288612 A JP2288612 A JP 2288612A JP 28861290 A JP28861290 A JP 28861290A JP H03247555 A JPH03247555 A JP H03247555A
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- C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B35/00—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
- C04B35/01—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
- C04B35/10—Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on aluminium oxide
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は高硬度金属切削工具で使用されるAl2O2−
TiCX系切削工具焼結体の製造方法に関する。
TiCX系切削工具焼結体の製造方法に関する。
〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕一般に
、Al2O3TiC,系セラミック切削工具は耐磨耗性
および既存のAlt(hセラミック工具に比べて靭性が
優秀であるため、高硬度金属切削用として開発されて以
後、大好評を受けている。Al2O3−TiC,系はそ
の性能面においては優秀であるが、焼結させ難いという
難焼結性であるとともに、これらはセラミック素材が有
する脆弱性を有し、これらの焼結特性の向上と切削能力
の増加の為の研究が現在も絶えずに進められているのが
実情である。
、Al2O3TiC,系セラミック切削工具は耐磨耗性
および既存のAlt(hセラミック工具に比べて靭性が
優秀であるため、高硬度金属切削用として開発されて以
後、大好評を受けている。Al2O3−TiC,系はそ
の性能面においては優秀であるが、焼結させ難いという
難焼結性であるとともに、これらはセラミック素材が有
する脆弱性を有し、これらの焼結特性の向上と切削能力
の増加の為の研究が現在も絶えずに進められているのが
実情である。
そこで、最近.Al2O:l Tic切削工具の性能
を向上するため、米国特許第4,416,840号及び
米国特許第4.407,968号明細書では、TiC0
代わりにTiCx(x=0.65〜0.95)を20〜
40体積%範囲内で添加使用し、焼結温度の低下及び焼
結体の緻密化などの特性を向上してA1□03 Ti
C系焼結体の構造欠陥を改善することが試みられている
。しかし、この方法により製造された焼結体は焼結雰囲
気と温度などに従いTicヨ結晶中X比率変動が激しく
、各製品間の品質変動が激しいという短所を持っている
。
を向上するため、米国特許第4,416,840号及び
米国特許第4.407,968号明細書では、TiC0
代わりにTiCx(x=0.65〜0.95)を20〜
40体積%範囲内で添加使用し、焼結温度の低下及び焼
結体の緻密化などの特性を向上してA1□03 Ti
C系焼結体の構造欠陥を改善することが試みられている
。しかし、この方法により製造された焼結体は焼結雰囲
気と温度などに従いTicヨ結晶中X比率変動が激しく
、各製品間の品質変動が激しいという短所を持っている
。
また、上記のような難点等を改善するため、熱圧縮法や
HIP法又は1900℃まで高温に昇温させる焼結法な
どを応用したり、この他にも各種焼結添加剤を添加利用
する方法も知られている。
HIP法又は1900℃まで高温に昇温させる焼結法な
どを応用したり、この他にも各種焼結添加剤を添加利用
する方法も知られている。
例えば、特公昭62−45194号公報、特開昭56−
6387号公報及び特開昭62−153159号公報な
どではY2O3を添加して焼結性を向上し、特開昭62
−32151号公報ではrhzOsを、特公昭49−1
444号公報ではMgOを焼結補助剤として添加する方
法で焼結していた。
6387号公報及び特開昭62−153159号公報な
どではY2O3を添加して焼結性を向上し、特開昭62
−32151号公報ではrhzOsを、特公昭49−1
444号公報ではMgOを焼結補助剤として添加する方
法で焼結していた。
しかし、熱圧縮法は一軸加圧により焼結体を生産するた
め、焼結体形状の多様化には制約が多々あり、多様な形
状を製造するには多大な加工費がかかるという短所があ
った。なお、高温に急昇温する方法による焼結体製造は
急昇温による熱衝撃のため、焼結体表面に亀裂の発生や
焼結温度が高温である関係で焼結体が撓むかあるいは焼
結体の微細構造が粗大化することにより、耐磨耗および
靭性の低下などの特性低下を誘発した。
め、焼結体形状の多様化には制約が多々あり、多様な形
状を製造するには多大な加工費がかかるという短所があ
った。なお、高温に急昇温する方法による焼結体製造は
急昇温による熱衝撃のため、焼結体表面に亀裂の発生や
焼結温度が高温である関係で焼結体が撓むかあるいは焼
結体の微細構造が粗大化することにより、耐磨耗および
靭性の低下などの特性低下を誘発した。
特に、焼結装備である発熱体および焼結炉の寿命短縮を
も引き起こしたり、製造単価も上昇するという短所があ
った。
も引き起こしたり、製造単価も上昇するという短所があ
った。
一方、Y2O3やDVzO+ 、 MgOなどを添加
する焼結体製造方法ではh(h 、 hz03及びMg
OなどがAl2O:1と反応して容易に脆弱特性を示す
か又は切削時、熱化温度を低める液状になるか、あるい
は切削工具に悪い影響を与える熱膨張係数が異なる3Y
ZO3・5Al、03固溶体であるYAG (Yttr
ium AluminiumGarnet)など、第2
相の鉱物たちが結晶粒子間に生成され、高速切削時発生
する熱衝撃により破れる脆弱特性を有していた。
する焼結体製造方法ではh(h 、 hz03及びMg
OなどがAl2O:1と反応して容易に脆弱特性を示す
か又は切削時、熱化温度を低める液状になるか、あるい
は切削工具に悪い影響を与える熱膨張係数が異なる3Y
ZO3・5Al、03固溶体であるYAG (Yttr
ium AluminiumGarnet)など、第2
相の鉱物たちが結晶粒子間に生成され、高速切削時発生
する熱衝撃により破れる脆弱特性を有していた。
よって、本発明では上記のような品質変動が少なく、同
時に焼結温度の低下及び緻密な焼結体を得る方法に対し
て鋭意研究してきた結果、TiC粉末の添加の代わりT
iCと類似するTiO□とWCを一定比率で添加し、焼
結中TiC,に変化される様にし、焼結性をより向上さ
せ、切削工具の機械的要求特性に悪い影響を与える結晶
粒子の粗大化を防止でき、焼結性も増加させると共に最
終焼結体から緻密な八1403 Tic工系(x =
0.7ないし0.9)となる様にする切削工具焼結体
の製造方法を提供するものである。
時に焼結温度の低下及び緻密な焼結体を得る方法に対し
て鋭意研究してきた結果、TiC粉末の添加の代わりT
iCと類似するTiO□とWCを一定比率で添加し、焼
結中TiC,に変化される様にし、焼結性をより向上さ
せ、切削工具の機械的要求特性に悪い影響を与える結晶
粒子の粗大化を防止でき、焼結性も増加させると共に最
終焼結体から緻密な八1403 Tic工系(x =
0.7ないし0.9)となる様にする切削工具焼結体
の製造方法を提供するものである。
本発明はAl2O:l : TiC: TiO2: I
ICが20〜80 : 30〜10;1〜30:1〜1
0重量%からなる焼結体原料混合物をArガス雰囲気下
で1600〜1700”Cの低い温度で焼結し、HIP
処理して緻密なA1zO+ TiCX系(x = 0
.7〜0.9)の切削工具焼結体を製造する方法である
。
ICが20〜80 : 30〜10;1〜30:1〜1
0重量%からなる焼結体原料混合物をArガス雰囲気下
で1600〜1700”Cの低い温度で焼結し、HIP
処理して緻密なA1zO+ TiCX系(x = 0
.7〜0.9)の切削工具焼結体を製造する方法である
。
以下、本発明をより詳細に説明する。
本発明はAlzCh TiC間の反応性を向上するた
め、TiC粉末の添加の代わりTiCと類似しているT
iO□とWCを一定比率で添加し、焼結中にTiC,(
x=0.7〜0.9)に変化する様にし、また通常的に
知られているMgO及びY2O3などの焼結補助剤を添
加し、焼結途中に第2鉱物の生成を防止するため第2鉱
物生成抑制剤であるZrO□、 Mo2Cを0.1〜5
重量%添加し、YAGなとの鉱物生成が防止される様に
し、高速切削時発生する熱衝撃に耐えられる耐熱衝撃性
が向上したAl2O3TiC,系切削工具焼結体を製造
する方法である。
め、TiC粉末の添加の代わりTiCと類似しているT
iO□とWCを一定比率で添加し、焼結中にTiC,(
x=0.7〜0.9)に変化する様にし、また通常的に
知られているMgO及びY2O3などの焼結補助剤を添
加し、焼結途中に第2鉱物の生成を防止するため第2鉱
物生成抑制剤であるZrO□、 Mo2Cを0.1〜5
重量%添加し、YAGなとの鉱物生成が防止される様に
し、高速切削時発生する熱衝撃に耐えられる耐熱衝撃性
が向上したAl2O3TiC,系切削工具焼結体を製造
する方法である。
一般に、知られたAlga、−TiCの界面反応は次の
ように示される。
ように示される。
Al2O:1(S) +TiC(S) +2C(S)
=AhO(g) +2CO(g)Alz(h(S)+T
iC(S)=へlzo軸)+Ti0(S)+CO(g)
A1.z03(S) +2/3TIC(S) =A1z
O(g) +2/3TiOz(S) +2/3CO(g
)Alga3(S) +C(S) =AlzO□(g)
十Co (g>A1□03 (S) 十C(S) ”
=2A10(g) +CO(g)ここで、(S)は固体
状、(g)は気体状を意味する。
=AhO(g) +2CO(g)Alz(h(S)+T
iC(S)=へlzo軸)+Ti0(S)+CO(g)
A1.z03(S) +2/3TIC(S) =A1z
O(g) +2/3TiOz(S) +2/3CO(g
)Alga3(S) +C(S) =AlzO□(g)
十Co (g>A1□03 (S) 十C(S) ”
=2A10(g) +CO(g)ここで、(S)は固体
状、(g)は気体状を意味する。
上記反応式でガスを発生させる主物質はAl2O。
とTiC又はグラファイト炉の使用時発生するガラス状
炭素であり、この時焼結温度が高いほど反応性が向上し
、ガス量が増加する。
炭素であり、この時焼結温度が高いほど反応性が向上し
、ガス量が増加する。
この様に、ガス発生量が増加すると、セラミック焼結体
内部に気孔が多くなり、機械的特性が低下するので、本
発明ではガス発注の生成要因中の一つであるTiCの添
加量を従来の40〜80重量%であったものを10〜3
0重量%に低めて、ガス発生量を従前の173水準に減
少させた。
内部に気孔が多くなり、機械的特性が低下するので、本
発明ではガス発注の生成要因中の一つであるTiCの添
加量を従来の40〜80重量%であったものを10〜3
0重量%に低めて、ガス発生量を従前の173水準に減
少させた。
また、焼結温度を低めガス発生量を滅すため、通常知ら
れているMgO、Y2O3を0.1〜5重量%添加し、
ここにA1□03とTiCの界面反応を促進するTiO
□をTiC0代わりに1〜30重量%添加し、焼結温度
をさらに低めたため、その結果、耐熱衝撃性、靭性およ
び機械的強度が優秀で緻密なA1□Os TiC。
れているMgO、Y2O3を0.1〜5重量%添加し、
ここにA1□03とTiCの界面反応を促進するTiO
□をTiC0代わりに1〜30重量%添加し、焼結温度
をさらに低めたため、その結果、耐熱衝撃性、靭性およ
び機械的強度が優秀で緻密なA1□Os TiC。
系(x=0.7〜0.9)焼結体を得られた。
さらに、ここにWCを1〜10重量%添加し、焼結時T
iO□と反応させて高温で一定のTiC,(x=0.7
〜0.9)結晶を生成させ、従前のA1.03−T1C
x系の短所である高速切削時引生する約1200〜13
00℃の高熱による破損を改善し、耐熱衝撃性を向上し
、寿命を約30%以上延長させた。そして、従前のAl
2O3TiC2系の短所中、YAGなどの第2を物生成
により耐熱衝撃性が急激に低下することを防止するため
、本発明ではZrO□、 Mo2Gを0.1〜5重量%
添加し、第2鉱物の生成を抑制し、耐熱衝撃性と耐熱磨
耗性をさらに向上させた。
iO□と反応させて高温で一定のTiC,(x=0.7
〜0.9)結晶を生成させ、従前のA1.03−T1C
x系の短所である高速切削時引生する約1200〜13
00℃の高熱による破損を改善し、耐熱衝撃性を向上し
、寿命を約30%以上延長させた。そして、従前のAl
2O3TiC2系の短所中、YAGなどの第2を物生成
により耐熱衝撃性が急激に低下することを防止するため
、本発明ではZrO□、 Mo2Gを0.1〜5重量%
添加し、第2鉱物の生成を抑制し、耐熱衝撃性と耐熱磨
耗性をさらに向上させた。
なお、添加されてTiCつに転移してから残っているT
iO□はAha、とT1Cxとの結合度を向上し、微量
のYzOz 、 ZrO2、MozC、WCが機械的特
性、即ち靭性、機械的強度、耐磨耗性および熱的衝撃性
などの上昇効果を示す。
iO□はAha、とT1Cxとの結合度を向上し、微量
のYzOz 、 ZrO2、MozC、WCが機械的特
性、即ち靭性、機械的強度、耐磨耗性および熱的衝撃性
などの上昇効果を示す。
かかる本発明の効果により切削工具用焼結体の耐チッピ
ング性が大幅向上され、高速切削時引き起こされる被削
体との摩擦力をWCがWOに転移されつつ減少させ、熱
的衝撃も緩和させ高温潤滑特性を示す優秀な高速切削用
工具材料として使用可能になった。
ング性が大幅向上され、高速切削時引き起こされる被削
体との摩擦力をWCがWOに転移されつつ減少させ、熱
的衝撃も緩和させ高温潤滑特性を示す優秀な高速切削用
工具材料として使用可能になった。
本発明の焼結体に靭性をさらに増進させる為には、特公
昭56−9473号公報、特開昭51−5214号公報
などで添加使用したMOとNiOなどを添加使用すれば
よい。これはMoとNiOが結晶粒子の成長を抑制する
役割をするにおいて、一般に機械的特性が結晶粒子の大
きさに反比例するためである。
昭56−9473号公報、特開昭51−5214号公報
などで添加使用したMOとNiOなどを添加使用すれば
よい。これはMoとNiOが結晶粒子の成長を抑制する
役割をするにおいて、一般に機械的特性が結晶粒子の大
きさに反比例するためである。
また、上記組成にCo、Fe、Ni及びこれらの酸化物
を少量添加しても焼結特性などが向上することが分かる
。
を少量添加しても焼結特性などが向上することが分かる
。
一方、本発明の組成物粒子の大きさが微細であると同時
に充分に理論密度に到達する緻密な焼結体を得るため、
焼結後HIPを実施した。この時、HIFの条件はAr
ガス雰囲気下で1500〜2000Mpa1400〜1
700℃で20〜60分程度実施した。このとき、HI
F処理前に焼結体の密度は95%TD (理論密度、t
rue density)以上となる様にし、その後の
HIP処理を通じて100%TDに到達する緻密な焼結
体を得られた。
に充分に理論密度に到達する緻密な焼結体を得るため、
焼結後HIPを実施した。この時、HIFの条件はAr
ガス雰囲気下で1500〜2000Mpa1400〜1
700℃で20〜60分程度実施した。このとき、HI
F処理前に焼結体の密度は95%TD (理論密度、t
rue density)以上となる様にし、その後の
HIP処理を通じて100%TDに到達する緻密な焼結
体を得られた。
本発明を実施例に基づき、以下にさらに詳細に説明する
。
。
尖隻炭−土二主
平均粒径が0.5〜1μである各原料粉末を次の表1の
配合組成のように八1□03. TiC、TiO□、t
icの組合せからなる原料に、焼結助剤としてYzOz
、 MgO2第2鉱物抑制剤としてMOZC、ZrO
□をそれぞれ添加したものを配合原料とした。
配合組成のように八1□03. TiC、TiO□、t
icの組合せからなる原料に、焼結助剤としてYzOz
、 MgO2第2鉱物抑制剤としてMOZC、ZrO
□をそれぞれ添加したものを配合原料とした。
これらの配合原料をWCボールとジャーを使用して24
時間均一に混合した。この時の混合溶媒はメタノールを
使用した。混合後、乾燥された粉末は450kg/a+
1の圧力で成型体を製造した後、成型体を成型体と同一
組成の粉末中に埋没させ、Arガス雰囲気で次の表1の
様に低い温度で1時間焼結させてA1□03−TiC,
系焼結体を得た上、HIP処理した。HIP処理された
試片はピンカース・インデンターを利用し、Hvとに2
Cを測定し、切削試験を実施した。被削体はハイクロム
綱(HRC60)を選択し、直径は304mmロールを
使用した。切削条件はRPM170、フィード(fee
d) 0.1 am / rev、 、深さ0.5園に
して切削寿命が終わるまで切削特性を見てみた。
時間均一に混合した。この時の混合溶媒はメタノールを
使用した。混合後、乾燥された粉末は450kg/a+
1の圧力で成型体を製造した後、成型体を成型体と同一
組成の粉末中に埋没させ、Arガス雰囲気で次の表1の
様に低い温度で1時間焼結させてA1□03−TiC,
系焼結体を得た上、HIP処理した。HIP処理された
試片はピンカース・インデンターを利用し、Hvとに2
Cを測定し、切削試験を実施した。被削体はハイクロム
綱(HRC60)を選択し、直径は304mmロールを
使用した。切削条件はRPM170、フィード(fee
d) 0.1 am / rev、 、深さ0.5園に
して切削寿命が終わるまで切削特性を見てみた。
この時、工具の寿命は過多磨耗あるいは破れ現象による
過多火花などの異常現象が出るまで被削体の長さ方向、
加工長さで判断した。
過多火花などの異常現象が出るまで被削体の長さ方向、
加工長さで判断した。
本発明の試験結果と従来製品との比較例を表1に示した
。
。
この試験結果により分かる様に、本発明が比較例より焼
結温度を50〜100℃程度低めることができ、また切
削寿命である切削加工長さが30〜100%向上した優
秀なAh(h−TiCx系切削工具であることが判明し
た。
結温度を50〜100℃程度低めることができ、また切
削寿命である切削加工長さが30〜100%向上した優
秀なAh(h−TiCx系切削工具であることが判明し
た。
Claims (3)
- 1.Al_2O_3:TiC:TiO_2:WCが20
〜80:30〜10:1〜30:1〜10重量%からな
る焼結体原料混合物をArガス雰囲気下で1600〜1
700℃の低い温度で焼結し、HIP処理し、Al_2
O_3:TiC_x(x=0.7〜0.9)系切削工具
焼結体を製造する方法。 - 2.原料混合物には焼結補助剤としてY_2O_3とM
gOをそれぞれ0.1〜5重量%添加する請求項1記載
の方法。 - 3.原料混合物に第2鉱物の生成抑制剤としてZnO_
2とMo_2Cをそれぞれ0.1〜5重量%添加する請
求項1又は2記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR2361/1990 | 1990-02-24 | ||
KR1019900002361A KR920006806B1 (ko) | 1990-02-24 | 1990-02-24 | Al_2O_3-TiC_x계 절삭공구 소결체의 제조방법 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH03247555A true JPH03247555A (ja) | 1991-11-05 |
Family
ID=19296388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2288612A Pending JPH03247555A (ja) | 1990-02-24 | 1990-10-29 | Al↓2O↓3―TiCx系切削工具焼結体の製造方法 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH03247555A (ja) |
KR (1) | KR920006806B1 (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109485425A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-03-19 | 燕山大学 | 一种碳化钨复合材料及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5314568A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Hitachi Ltd | Photolithography treatment system device |
JPS54161612A (en) * | 1978-06-13 | 1979-12-21 | Ngk Spark Plug Co | Ceramic sintered article for cutting tool and its manufacture |
JPS57205368A (en) * | 1981-05-26 | 1982-12-16 | Gen Electric | Ceramic composition |
JPS58185477A (ja) * | 1982-04-21 | 1983-10-29 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速切削性能にすぐれた切削工具用セラミック材料の製造法 |
-
1990
- 1990-02-24 KR KR1019900002361A patent/KR920006806B1/ko not_active IP Right Cessation
- 1990-10-29 JP JP2288612A patent/JPH03247555A/ja active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5314568A (en) * | 1976-07-26 | 1978-02-09 | Hitachi Ltd | Photolithography treatment system device |
JPS54161612A (en) * | 1978-06-13 | 1979-12-21 | Ngk Spark Plug Co | Ceramic sintered article for cutting tool and its manufacture |
JPS57205368A (en) * | 1981-05-26 | 1982-12-16 | Gen Electric | Ceramic composition |
JPS58185477A (ja) * | 1982-04-21 | 1983-10-29 | 三菱マテリアル株式会社 | 高速切削性能にすぐれた切削工具用セラミック材料の製造法 |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109485425A (zh) * | 2019-01-04 | 2019-03-19 | 燕山大学 | 一种碳化钨复合材料及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR920006806B1 (ko) | 1992-08-20 |
KR910015508A (ko) | 1991-09-30 |
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