JPH03505708A - アルミナ―ジルコニア―シリコンカーバイド―マグネシア組成物と切削工具 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 しく　−ジレコニ　−ゝｌコン　　− バ　′−マ　　シア　　　　　　　具 Ｉ１１ 本発明は、ジルコニアとシリコンカーバイドとを含んだアルミナ主成分のセラミ ックの切削工具に関し、特に、柔かい鋼やダクタイル又はマレプル鋳鉄を高速度 粗機械加工するのに役立つセラミック切削工具に関する。

これまで、ジルコニアは、破断靭性及び若しくは曲げ強度を高めるために米国特 許第４．５３４．３４５号及び第４．５０７．２２４号で述べられている選択さ れたアルミナ−シリコンカーバイドのホイスカーで補強された合成物に特定量加 えられていた（米国特許第４．．６５７．８７７号と４．７４９．６６７号；日 本特許公報昭６２−２６５１８２号；　Ｃ１ａｕｓｅｎ等の「ボイスカー補強の 酸化物セラミックスＪ物質対談＃Ｃ１。

補遺Ｎｏ、２．４７巻１９８６年２月、ページＣｌ−６９３〜Ｃｌ　−７０２； 　　Ｂｅｃｈａｒ等の「ボイスカー補強によるセラミックスの靭性強化」セミッ クスの破断仕組み７　、　Ｂｒａｄｔ等の編集、プレナムプレス社、ニューヨー ク（１９８６）、ページ６１〜７３を参照されたし）。

ジルコニアは、破断靭性及び若しくは曲げ強度を改善するためには単斜晶系及び 若しくは（準安定の）正方晶系の相でなければならないと述べられて来た。更に 、準安定の正方晶系の相は、ジルコニア粒子寸法を小さくすることによって、又 は立方晶系相を完全に安定化させるのに必要とされるよりも少ない量のイツトリ ア、カルシア、マグネシア及び希土類酸化物のような立方晶系ジルコニア安定化 促進剤を使用して得られるものと述べられて来た。

アルミナ、ジルコニア及びシリコンのカーバイドホイスカーに他の添加物を加え て又は加えずに構成された切削工具が提案されている（ヨーロッパ特許出願筒８ ６１０７９１６．８　（第０２０８９１０号として１９８７年１月２１日に公告 された）；米国特許第４．７４９．６６７号；　ｒセラミックの多重靭性化」テ クノジャパン、１９巻、第１０．１９８６年１０月、ページ７８；第０１９４８ １１号として１９８６年９月１７日公告されたヨーロッパ特許出願筒８６３０１ ５９７．０を参照すること）。

これらの工具によって切削される素材によって表示する場合、これらの工具は、 鋳鉄や硬化鋼やニッケル主成分の超合金の機械加工に適用されて来た。これらは 、金属切削中に生じる高温度で切削インサート中のシリコンカーバイドに対して 相対的に低い反応しか行わない全ての素材である。上記文献のいずれも、柔かい 鋼の高速粗削りに使用する金属切削インサートにとって、切削性能はジルコニア 、アグネシア、シリコンカーバイド及び正方品系ジルコニアの含有量に対して本 願出願人が全知見した限界範囲の組合せ以内にアルミナ主成分のセラミック組成 を制御することによって大幅に改善されると云うことを教示しておらず、示唆も していない。

ｌ旦立Ｕ 出願人は、約１．５〜１７．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーと、約５ 〜１７．５容積％のジルコニアと、残渣のマグネシウム酸化物又は他のマグネシ ウム酸化化合物の添加物と、少なくても４容積％の正方晶系のジルコニアとを含 んだアルミナ主成分のセラミック切削インサートは、柔らかい鋼の高速粗削りに 使用されるとすばらしい切削エッチ寿命をもつことを驚きをもって知見した。

わずかなマグネシアの添加物は、室温では正方晶系（即ち準安定の正方晶系）の ジルコニアの量が減少されるように作用することを知見したとはいえ、効果的な 量のこの添加物はＡｌ５Ｉ　（アメリカ鉄鋼協会）　１０４５鋼のような柔かい 鋼を高速で粗い旋盤加工にかけると切削エッチの寿命に大きく確実に影響すると いうことが驚きをもって知見された。　本発明によると、１９０〜２００の範囲 のブリネル硬度番号を有したＡ　Ｉ　Ｓ　１１０４５鋼を１０００表面フィート ／分で０．０２５インチ／回転で０．１００インチの切込み深さの条件の下で旋 盤加工すると、好ましいことには少なくとも１２分の寿命を切削エッチに与える のに効果的な量だけマグネシア添加物がこの組成に加えられることが驚きをもっ て知見された。より好ましくはこれらのマグネシアの添加物は少なくとも１５分 の、最も好ましくは少なくとも２０分の切削エッチ寿命を与えることができる。

マグネシアは、好ましくは約０．０３〜３容積％、より好ましくは約０．０３〜 ２．０容積％、最も好ましくは約０．０４〜１．０容積の量だけ加えられるべき である。　好ましいことには、本発明に係わるアルミナ主成分のセラミック組成 は、約２．５〜１５容積％、より好ましくは約２．５〜１０．５容積％のシリコ ン−カーバイドホイスカーを含むものである。

本発明に係わるジルコニアの含有量は、好ましくは約７．５〜１７．５容積％、 より好ましくは１０〜１５容積％である６本発明によると、ジルコニアの重要な わずかな量（好ましくは少なくとも２２容積％）は、正方晶系のジルコニアの形 を成しており、又組成の内の少なくとも４容積％を形成しなければならない０組 成の内好ましくは少なくとも６容積％、より好ましくは少なくとも７容積％、最 も好ましくは少なくとも８容積％が正方晶系ジルコニアの形を成している。

本発明のこれらの及び他の局面は、以下に簡潔に説明した図面と関連した本発明 の詳細な説明を詳読するとより明かになるであろう。

第１図は、本発明に係わる正方形の切削インサートの一実施例の等角投影図であ る。

第２図は、マグネシア又はイツトリアの添加物の容積％の関数とした組成中の正 方晶系ジルコニアの容積パーセントのグラフを示している。

を 本発明において、第１図に示すように好ましくは指標可能性の金属切削インサー ト１０は、レーキ面３ｏとフランク面５０とこれらレーキ及び７フランク面の連 結部の切削エツジ７０を有Ｌ　テｕＮる。切削エツジ７０は、第１図に示してｂ するようにチャンファのついた状態（例えばに−ランド）となっている、金属切 削インサートは、約１．５〜１７．５容量％のシリコンカーバイドホイスカーと 、約５〜１７．５容積％のジルコニアと、約９０〜２００ＢＨＮ　（ブリネル硬 度番号）の硬度を有したＡＩＳ　Ｉ　１０４５鋼のような柔かい鉄主成分の合金 を高速粗旋盤加工するのに使用された時、切削エッチの金属切削寿命を延ばすの に有効な量だけ加えられた残渣のマグネシウム酸化物又は他のマグネシウム−酸 素の化合物添加物とを含むアルミナ主成分のセラミック組成物で構成されている 。シリコンカーバイドホイスカーとジルコニアと残渣のマグネシアは、アルミナ 主成分のマトリックス番こ実質的に均質に分散されている。

シリコンカーバイドホイスカーは、最小レベルの切削エツジ寿命の改善を確実に するためし；少なくとも約１．５容積％のレベルで存在する。より好ましくは、 シリコンカーバイドホイスカ一番よ、約２．５容積％又はそれ以上、最も好まし くは約５容積％又はそれ以上存在する。シリコンカーバイドホイスカーの含有量 は、好ましくは組成の約１７．５容積％を越すべきでない。この値を越えたシリ コンカーバイドホイスカーの含有量は、柔かい鋼の高速粗旋盤加工中の切削エッ チ寿命を大幅に減じることになるものと我々は信じている。

従って、Ａ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　１０４５のような鋼の高速粗切削中において更に切削 エッチ寿命を最大にするために、シリコンカーバイドホイスカーの最大含有量は 、アルミナ主成分のセラミック組成の約１５容積％に又はより少なく、より好ま しくは１０．５容積％に又はより少なく保持されることが望ましい。

ここで使用されるシリコンカーバイドホイスカーは１例えばこれまでニッケル主 成分の超合金を機械加工するためにアルミナ主成分の金属切削インサートに使用 されてきた商取引で入手可能ないずれのブランドでもよい。

好ましくないのはほぼ等軸形状の又は小板形状のシリコンカーバイド粒子がこの 発明のシリコンカーバイドホイスカーの一部分にとってかわっている場合である 。

ジルコニアの含有量は、セラミック組成の約５〜１７．５容積％の範囲に入って いる。この範囲からはずれたジルコニアの含有量は＋　Ａ　Ｉ　Ｓ　１１０４５ 鋼の高速度粗切削中に切削エッチ寿命を減じるような組成を提供するものと信じ られる。

好ましくは、切削エッチ寿命を最大にするには、ジルコニアの含有量は組成の約 ７．５〜１７．５容積％、より好ましくは約１０〜１５容積％の範囲内に入って いるべきである。正方晶系のジルコニアの濃度は、最良の切削性能のために最大 にすべきであると我々は信じているのであるが、室温で存在する可能な限り多量 な正方晶系ジルコニアを機械加工中切削エッチに生ずる温度又は可能な限り近い 温度での靭性化を図るために利用すべきであるというのが我々の意見であり、例 えより多くとは言わずとも等しく重要なものである。従ってマグネシアは切削エ ッチの寿命を最大限伸すために重要であるとみなされてきたあるわずかなしかし 効果的な量だけ存在するのが本発明にとって重量なのである０本発明に依ると、 セラミック組成の少なくても約４容積％及び存在しているジルコニアの少なくと も約２２容積％は、正方晶系ジルコニアでなければならない、好ましくは正方晶 系のジルコニアは組成の少なくとも約６容積％、より好ましくは組成の少なくと も約７容積％、最も好ましくは組成の少なくとも約８容積％を形成している。

マグネシア添加物は、室温で観察される正方晶系のジルコニアの量を減じると言 う事実にもかかわらず、好ましくは組成の約０．０３〜２容積％、より好ましく は約０．０３〜１．０容積％、最も好ましくは約０．０４〜１．０容積％の範囲 で加えられる。

マグネシアは、コンパクトプレスの直前にアルミナ又・はジルコニアとブレンド されたり、又はアルミナ又はジルコニアと事前にブレンドされたり又は事前に合 金される。事前にブレンドされたマグネシアは、高温準安定の正方晶系ジルコニ アにおいてより効果であって、かくしてより少量のマグネシアが添加されるよう にし且つ高マグネシア添加物の有害な作用（例えば、より低い溶融点のガラスと Ｍｇ−Ａｌ−０の形成）を最少にするのにより有効であると信じられているので 、マグネシア粉体を事前にブレンドしておくことが好ましい。

マグネシアをつくるために燃焼のような付加処理工程を必栗とマグネシウムカー バイドのような他のマグネシウム−酸素化合物の等量をマグネシア添加物で全部 又は部分的に大替される。ブレンドされた組成物の焼結後は、マグネシア添加物 は、分離状態では存在せず、残渣として存在する。この残渣は、例えば、マグネ シウムアルミ酸塩、マグネシアとアルミナの固溶体、マグネシアとジルコニアの 固溶体及び若しくは、例えば、シリコンカーバイドホイスカー上の薄いコーティ ングとして存在するシリコン二酸化物の不純物で形成されたガラスを含む、　セ ラミック組成物の残りは、基本的には、アルミナであり、好ましくは不純物を除 いて全てアルミナである。あらゆる場合、このアルミナ主成分のセラミック組成 物は、少なくとも４０容積％のアルミナ、好ましくは少なくとも５０容積％のア ルミナを含んでいる ホイスカーとしての及び若しくは実質的に等軸の粒子としてのチタニウムカーバ イドは、組成の約２〜３５容積％、好ましくは約１０〜３０容積％の量添加され る。チタニウムカーバイドは、アルミナよりも高い熱膨張係数を有している。従 って、チタニウムカーバイドの添加物は、より多くの正方晶系ジルコニアが室温 で保有されるようにしなければならないと思われている。チタニウムカーバイド ホイスカーは、Ａ、　Ｋａｔｏ等の「化学蒸気析出でのチタニウムカーバイドホ イスカーの生長速幻Ｊ、　Ｃｒｙｓｔ　Ｇｒｏｗｔｈ、３７（１９７７）　、ペ ージ２９３〜３００と、Ｎ、　Ｔａｍａｒｉ等のｒ化学蒸気析出によるＴｉＣホ イスカーの生長に関する各種金属及び耐火酸化物の触媒効果ＪＩ　　Ｊ、　Ｃｒ ｙｓｔ　Ｇｒｏｗｔｈ、　４６　（１９７９）、ページ２２１〜２３７に述べら れた方法によって製造され且つ採取される。チタニウムカーバイドホイスカーと それらのアルミナ主成分の切削インサートへの組込みと利用については、１９８ ７年５月２８日に出頭され且つＫｅｎｎａｍｅｔａ１社に譲渡され現在米国特許 第４．８５２．９８９となっているＭｅｈｒｏｔｒａ等の米国特許出願第０５６ ．０９１号に開示されている。

ここで使用されるアルミナ粉は、Ａ　ｌ　ｃ　ｏ　Ａ　（例えば、グレードＡ１ ６５Ｇ）によって、又はＣｅｒａｌｏス　（例えば、マグネシアを含む又は含ま ないグレードＨＰＡ−０，５）によって、又はＲｅｙｎｏｌｄｓ　Ｃｈｅｍｉｃ ａｌｓ　（グレードＲｅ−ＨＰ又はＲＣ−ＨＰ−ＤＢＭ）によって生産されてい るような高純度アルミナ（即ち、〉９９％純度）でなければならない。

イツトリア、カルシア、希土類酸化物及び正方晶系から単斜晶系への転換温度に おける還元を介して切削エッチ寿命に悪影響を持つ他の化合物山野ましいことに は、全からく、存在するとすれば不純物としてのみ存在している。

本発明に係る上記金属は、粉砕され、ブレンドされ、高温で固められ、好ましく は全体がアルミナでまたシリコンカーバイド、マグネシア添加物からのマグネシ ア残渣、ジルコニア及びチタニウムカーバイドがもし幾分でもあれば少なくとも 実質的に均質に分布されているアルミナ主成分のマトリックスを有した少なくと も９８％、好ましくは９９％の稠密アルミナ主成分セラミック組成物を生成する 。ホットプレス焼結の温度は、好ましくは、１７００℃より低く、より好ましく は１６５０℃より低く、最も好ましくは約１６００℃より低く保持され、ジルコ ニア粒子の生長を最小に抑え、これによって最終製品に存在する正方晶系（即ち 、準安定正方晶系）ジルコニア相を最少に抑える。切削インサートにおける平均 的なジルコニア粒子寸法は、約５ミクロンを超えるべきでなく、好ましくは２ミ クロンを、より好ましくは１ミクロンを超えるべきでない、しかし、このジルコ ニア粒子は、使用中に大部分の正方晶系ジルコニアが単斜晶系ジルコニアに変換 できるように充分大きいものでなければならない、この最小寸法は、セラミック 組成に依存し、現在のところ決定されていない。

特定の理論によって束縛されるのを望まないが、出願人は、本発明について次の 説明を提供している。アルミナ−シリコンカーバイドホイスカー。

ジルコニア組成物において、室温で得られる準安定正方品系ジルコニアの量は、 イツトリア、カルシア及び若しくは希土類酸化物のようないわゆる立方晶系の安 定化剤の添加又はジルコニア粒子寸法の減少によって増大される。　　（Ｓｔａ ｖｅｎｓ氏の「ジルコニアーージルコニア及びジルコニアセラミックスへの紹介 」マグネシウムエレクトロン刊第１１３号、マグネシウムエレクトロン社イギリ ス１９８６年））、この文献は、一般に上記リストの安定化剤の内にマグネシア を含んでいるが、マグネシアが現在の組成に約０．３〜３容積％の量加えられる と、マグネシアは室温で存在している正方晶系ジルコニアの量を減じると云うこ とを出願人は知見している。イツトリアがジルコニアに加えられると、ジルコニ アの正方晶系と立方晶系の相をより低い温度まで安定化させる傾向にある。マグ ネシアを除いて全ての上記安定化剤と大部分の不純物は同様の方法でＺｒＯ，に 作用する（即ち、それらは、正方晶系ジルコニア相が安定している温度を下げる ）、室温で、幾分かのジルコニアが、準安定正方品系のジルコニアとして存在し 得る。引張応力の作用の下で、この正方晶系ジルコニアは、単斜晶系になり、転 換靭性化を生じさせる。しかし、温度が上るに従って、正方晶系ジルコニアは安 定化し、従って単斜晶系結晶構造への転換に役立たなくなる。かくして、より低 い温度で正方晶系ジルコニアを安定化させるイツトリアのような添加物や不純物 は、切削チップ温度が高速度機械加工で役１０００〜２０００℃に上昇するので 金属切削の用途には不適当である。それ故１本発明の理論に依ると、ジルコニア の単斜晶系から正方晶系への転換温度を上昇させる添加物が、高温転換靭性化に 必要とされている。我々は、転換温度を上昇させるＭｇＯとＨｆＯ，のただ２つ の酸化物の添加物が存在していることを見い出した。かくして、ジルコニア粒子 寸法を小さく保つことによって大部分のジルコニアは、マグネシア又はハフニア とジルコニアを合金にすることによって金属切削の高温度で準安定正方晶系ジル コニアとして保有されるものと我々は信じている。これによって、金属切削運転 における工具寿命を高めるのを補助しているものと思われる。

ジルコニアは、通常、不純物として約２重量％に及ぶハフニアを含んでいること を注意すべきである。

マグネシア添加物が金属切削性能に影響すると云う重要で確実なインパクトは、 本発明を正確に解説している次の例によってより明白に表示されている。

６つの組成物が用意されていて（表１）、呼称の組成物はＡｌ、０．−１０容積 ％の５ｉＣＷ　　（シリコンカーバイドホイスカー）−１０容積％のＺｒＯ。

であった、わずかなｙ、ｏ、とＭｇＯの添加が行われた。混合物　Ｎｏ、６の場 合、約０．０５重量％（約０．０６容積％）のＭｇＯが、粉体製造業者によって Ａｌ、Ｏ，と既にブレンドされていた。これで約０．０４容積％のマグネシア含 有量が混合物Ｎｏ。

６に与えられた。これら粉体の５０ｇパッチが、１時間Ａ１□０３のサイクロイ ドを使用したジャーミルで先ずＡ１．Ｏ，とＺｒＯ，（もしあれば、安定化添加 物との）スラリー（プロパツール）をブレンドすることによって用意された。超 音波処理されたｓｉｃｗスラリーが次いで加えられ、混合物全体が１時間ブレン ドされた。Ａ１．Ｏ，と　ＺｒＯ。

のスラリーが、予かじめ粉砕され、０．５〜０．６μｍと０．６〜０．８μｍの 平均粒子寸法を各々得る（ＢＥＴによって計測された対応した比表面積は、各々 １０〜１４ボ／ｇと２０〜４０ｒｆ／ｇであった）０次いで、混合物は、平鍋で 乾燥され、１００メツシユのスクリーンでふるいにけられ、アルゴン中で１時間 表１の下に示されている温度と圧力で１インチ直径のグラファイト型でホットプ レスされた。

結果的に構成されたとレットは、９９％以上の密度で、切断され、研磨され、物 理的及び機械的性質の計測のためにみがかれた。ビレットは、更↓こ切断され研 磨されて金属切削テスト用の指標可能なインサートを形成した。

人」」」Ｉえ艷 呼称組成：　Ａｌ、０３−１０容積％のＳｉＣｗ−１０容積％ＺｒＯ。

Ａｌ、０．　　：　　Ａｌｃｏａ　ＡＡｌ６５ＧＳｉＣ：東海カーボン（株）　 　（東京０日本）ＴＯＫＡＶＨＩＳＫＥＲ（ＴＯＫＡＭＡＸ）グレード１（０， ３−１，０μｍ直径；２０−５０μｍ長さ）ＺｒＯ８：　ＺｉｒＣａｒ−不安定 化されているＭｇＯ：　フィッシャー科学社−リージエントグレードＢＥＴ＝４ ０．４ｒｒｆ／ｇ Ｙａｋｓ　　：　Ｈｏｌｙ社、ＢＥＴ＝１５．４ｒｒｒ／ｇホットプレス 混合物Ｎｏ　　温度（℃）圧力（Ｐｓｉ）　　　　　組　　成１　　　１６５０ 　　　４０００　　　　呼称２　　　１６５０　　　４５００　　　　呼称＋１ 容積％ｙ、ｏ。

３　　　１６２５　　　４５００　　　　呼称＋１容積％ＭｇＯ４１６００４５ ００呼称＋１容積％Ｙ３０゜＋１容積％Ｍｇ０ ５　　　１６２５　　　４５００　　　　呼称、しかし使われていたＡｌ、Ｏ， はＣｅｒａｌｏｘグレー ドＨＰ＾−０，５（０，５−０，７ｐ　ｍ平均粒子寸法であった点 を除く） ６　　　１６２５　　　４５００　　　　呼称、しかし使われていたＡＩ、０． はＣｅｒａｌｏｘグレー ドＨＰＡ−０，５Ｍｇ０を含む （Ｏ，ＯＳ重量％） 勇λＩＬＪＬ 正方晶系ＺｒＯβ２ 混合物　　破断靭性　　　ＺｒＯ，組成Ｎｏ、　ＲＡ硬度　　Ｋｔｅ　（Ｅ＆Ｃ ）”　（ＭＰａ　Ｍ　＋）　　容積％　容積％１　９３．３　　　　５．５９　 　　８４　　８．４２　９３．３　　　　４．９７　　　１００　　１０３　９ ３．６　　　　５．９６　　　７０　　７４　９３．６　　　　４．６３　　　 ９８　　９．８５　９３．９　　　　５．８８　　　　ｇ４　　８．４６　９３ ．８　　　　５．８８　　　７６　　７．６×１エバンスとチャールスのｒノツ チにより破断靭性の決定ｊＪ、　アメリカンセラミック協会、５９巻の第７〜８ 、Ｎｏ、　Ｐ　３７１と３７２．１８．５ｋｇの負荷を使用している。

×２磨き表面のＸ線回折によって計測されたものである。

ジルコニアの残りは単斜晶系のジルコニアと思われる。最少量存在するかも知れ ない立方晶系のジルコニアは、正方晶系のジルコニアの見積内に含まれている。

ホットプレスされた組成物の物理的及び機械的性質は。

表２に示されている。

ポーター−ホイアーの公式（ポーター等のＪ−アメリカセンラミック協会、６２ 巻、第５〜６（１９７９年）、ページ２９８〜３０５）は、単斜晶系Ｚｒ０１１ １１耐火物（Ｉｓ（１１１））と正方晶系ＺｒＯ。

の１１１耐火物（Ｉｔ（１１１））のピーク強度から単斜晶系ＺｒＯ，の分数（ Ｖｍ）を推定するために変更され且つ使用された。

Ｖｍ＝１．６０３　１ｍ（１１１）／　（１，６０３１ｍ（１１１）＋Ｉｔ　　 （１１１）　　（１）Ｖｔ＝１−Ｖ醜　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （２）但しＶｔは正方晶系ＺｒＯ，の分数である。

全体の組成における正方品系ＺｒＯ，の推定された容積分数（Ｖｔ）は、ｖｔ＝ Ｖｔ　ｖｚ　　　　　（３）但しｖｚは混合物に加えられた全Ｚ　ｒ　Ｏ、の容 積分数である。上記関係はＺｒＯ，は上で述べた相転換を除いて硬化中に実質的 に変化しないままでいると想定している。

第２図は、上記組成における正方晶系ジルコニアの量に与える各種添加物の作用 を示している。

マグネシア添加物は正方晶系ジルコニアの量を低下させる（カーブ１）ことにな り、これに対しイツトリア添加物は、室温で正方晶系ジルコニアの量を増加させ る（カーブ２）のが明らかに見受はインサート　　切削エッチ寿命と　　平均寿 命Ｊｌ　　　　　　　　　　　　　　−０分」−混合物１　　　１４．０　ＢＫ 　　１４．７　ＢＫ　　　１４．４同　　２　　　　　　　８．０　　ＢＫ　　 　１２．６　８Ｋ　　　　　　　１０．３同　　３　　　　　　１５．９　８Ｋ 　　　２９．２　　Ｆｌ　　　　　　　２２．６同　　４　　　　　　　１．７ ８Ｋ　　　　７．７Ｆ１　　　　　　　４．７同　　５　　　　　　１７．０　 　ＦＷ　　　　７．５　８Ｋ　　　　　　　１２．３同６　　　　　　２２．９ 　　ＯＮ　　　３２．９　　Ｆｉｌ　　　　　　　２７．９１二丞」２条」ｔ １０００　　　ｓｆｍ（表面フィー８７分）０．０２５　　ｉｐｒ　（インチ／ 回転）０．１００　　インチｄｏｃ　（切込み深さ）ＳＮＧＮ−４５３Ｔ　（Ａ ＮＳＩ　　Ｂ２１２．４−１９８６に依る米国国家規格表示）指標可能な切削イ ンサートスタイル（切削エッチ準備：　０．００８インチＸＺＯ°に一ランド） １５°　リード角（側方切削エッチ角）−５°側方レーキ角 一５°後方レーキ角 冷却剤無し 二　− ＦＷ−０，０１５’一様なフランク摩耗ＭＷ−０，０３０’集中したフランク摩 耗ＣＲ−０，００４’クレータ摩耗 Ｄ　Ｎ−０，０３０’切込ノツチの深さＣＨ−０，０３０’集中摩耗又は欠け ＢＫ−破断 ｍＡ　Ｉ　Ｓ　Ｉ　１０４５は、統一採番システム（ＬＩＮＳ）の表示−０１０ ４５０゜ 予かしめ機械加工されたＡ　Ｉ　Ｓ　ｌ１０４５鋼の高速粗切削における指標可 能なインサート切削エッチの寿命は、表３に示されている。切削エッチ寿命にお ける重量な改善は、マグネシアの添加によって達成されるのに対し、イツトリア を含む組成に存在する高レベルの正方品系ジルコニアにもかかわらずイツトリア が加えられると工具寿命の短縮が起ることが明白に見受けられる。

−表」Ｌユ」【滅１直 呼称組成物：Ａ１．Ｏ，−５容積％ＳｉＣｗ　−１０容積％ＺｒＯ。

ＡＩ、Ｏ，：　Ｃｇｒａｌｏｘ　−ＨＰＡ　−０，５ＭｇＯ＠　ＬｔＳｉｃｋ　 　：東海グレードｌ Ｚｒ０□　：マグネシウムエレクトロン（ＳＣ１５）−不安定化処理済み（０， ５〜０．６μｍ粒子寸法Ｂｌ！Ｔ　５〜８ｒｒｒ／ｇ） 圭しΣヱＬλ 混合物Ｎｏ、　　温度℃　圧力（Ｐｓｉ）　　組成物７　　　　　　　１５３５ ℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼１＋０．０５容１％　ＭｇＯ８１５５０℃　　 　５０００ｐｓｉ　　　呼１÷０．２５容Ｉ％　Ｍｇ０９　　　　　　　１５５ ０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼１＋０．５０１１１％　　Ｍｇ０１０　　　 　　　　１５５０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼＄＋１．０　　容積％　Ｍｇ Ｏ１１１５５０℃　　　５０００ｐｓｉ　　　呼＄＋３．０　　容１％　ＭｇＯ 表４に示されている第２シリーズの混合物７〜１１は、マグネシアのレベルが正 方晶系ジルコニア含有量と切削エッチ寿命に与える効果を更にデモンストレーシ ョンするために造られたものである。

全てのサンプルは、基本的に、混合物１〜６から造られたサンプルに対して述べ られたように処理され且つホットプレスされた。

それら素材の物理的及び機械的性質は、表５に報告されている。正方晶系ジルコ ニアの含有量東マグネシア添加物の量を増大させながら再度明白に減少している ことが明らかに見受けられる。この結果は、第１図のカーブ３に示されている。

混合物７〜１１は、カーブ１によって表わされた素材に見出されるものよりもよ り多い正方晶系ジルコニア含量量を有しているのが見受けられる。この効果は第 ２グループの混合物で使用されたより低い５ｉＣＷ含有量（５容積％対１０容積 ％）に依るものと思われている。出頴人は、一般にＳ　ｉ　Ｃｖホイスカー含有 量が増大するに従って正方晶系ジルコニアの量が成る所定のジルコニア含有量と ジルコニア粒子寸法に対して減少し、他の全ては一定に保持されていることを観 察した。

ｍ土工ｌ 混合物　　容１％の　　ＲＡ　　　　　　ＩＩＩ！　　　　　　　　　組成の容 重％としてのＮｏ、　　　ＭｇＯＩｔ　　　　Ｋ　　　ＣＥ＆Ｃ）（ＭＰａｙｓ 　　）　　正方！Ａ　　ＺｒＯ。

７　　　０．０５　　９３．５　　　　　　　５．５７　　　　　　　　　　　 ８．５８　　　０．２５　　９３．４　　　　　　　５．００　　　　　　　　 　　　　ｇ、１９　　　０．５０　　９３．３　　　　　　　５，０６　　　　 　　　　　　　８．０１０　　　１．０　　　９３．４　　　　　　　４．７５ 　　　　　　　　　　　７．６１１　　　３．０　　　９３．５　　　　　　　 ４．９８　　　　　　　　　　　７．３ＡＩＳ１１０４５鋼の高速粗切削での指 標可能なインサート切削エッチの寿命は１表６に示されている。

６　：　　Ｉ　Ｓ　Ｉ　　１０４５　１９−１９９　ＢＨＮインサート　切削エ ッチ寿命と　　平均寿命−亙ｌ−モー′　　　　−０公つ一 混合物７　　１９　　ｂｋ　　　５　　ｃｈ／ｂｋ　　　１２８　　１２．６ｄ ｎ／ｃｈ　　１　　ｂｋ　　　　　６．８９　　１２．３ｄｎ　　　　　　　　 　　１３．２１０　　９．７ｂｋ　　　　　　　　　　８．４１１　　　　７． ０ｂｋ　　　　　　　　　　　　　　　　　６．９表５と表６に示されたデータ を提供するために使用されたテスト手順及び条件と切削エッチの寿命基準につい ては、表２と表３に対して述べられたものと同じであった。

本発明に係るもう一つ別の例では、Ａｌ□ｏ３−２．５容積％の５ｉＣｕ−１０ 容積％（７）　Ｚ　ｒ　Ｏ，−１，０５容積％のＭｇＯを含む組成物がつくられ た。この組成物５０ｇのバッチは、１時間Ａｌ、０３サイクロイドを使用したジ ャー型粉砕機において、ＡＩ　、　Ｏ、（Ｃｅｒａｌａｘグレード　ＨＰＡ−０ ，５Ｍｇ０　（０，０５重量％）を有する）、ＺｒＯ，（マグネシウムエレクト ロン５Ｃ１５）及びＭｇＯ（フイッシャーリージエント　グレード）のスラリー （プロパツール）を先ずブレンドすることによって用意された。超音波処理され た５ｉＣＶ（東海グレード１）のスラリーが次いで加えられ全体の混合物が１時 間ブレンドされた。Ａｌ、Ｏ，とＺｒＯ，を含んだスラリーは、各々約０．５〜 ０．７μｍと０．５μｍ〜０．６μｍの平均粒子寸法を得るために予め粉砕され ていた１次いで混合物は平鍋で乾燥され、１００メツシユのスクリーンでふるい にかけられ、室温で３０、０００ｐｓｉで平衡状態で圧縮された。結果的に生じ た冷えた圧縮された板から次いで小片が切出され、１気圧のアルゴン内で１時間 １７００℃で焼結され、引続いて１７．０ＯＯｐｓｉのアルゴン内で１時間１６ ００℃で平衡状態でホットプレスがかけられた。

この結果得られたサンプルは、９９％密度よりも大きいものであった。（即ち完 全に緻密なものであった）。

従来例で述べられたように、サンプルは次いで物理的及び機械的テストのために 準備され、指標可能な切削インサートに研磨された。サンプルＬ約６．６容積％ の正方晶系ジルコニアを含むことが決定された。このように処理された素材は、 約５μｍ又はそれ以下のジルコニア粒子寸法を有しているものと推定される０表 ３で述べられたスタイルの切削インサートは、表３で使用された条件のもとでテ ストされた。１４．４分（ＤＮ破損）と１８゜９分（ＦＷとＣ’Ｈの破損）の切 削エッチ寿命が得られた。

切削エッチ寿命は、もし切削エッヂがホーニング仕上げされ及び若しくはインサ ート表面がラッピングされたり又は磨かれ、素材の塊（即ち磨かれた表面）の特 性よりも大きいパーセントの単斜晶系ジルコニアとより低いパーセントの正方晶 系ジルコニアとを含む表面材を除去すれば延長され又はより一様にされるものと 思われる。研磨応力は、準安定正方晶系ジルコニアの一部が単斜晶系ジルコニア に転換されている表面層を形成することが知られている。使用中に高温にさらさ れるインサートの少なくともそれら表面域は、高温転換に役立つ最大量の正方晶 系ジルコニアを有しているのが望ましい。

ここで参照された全ての特許出願及び文献は。

結果的に参考までに組込まれている。

本発明の他の実施例については、ここで開示された発明のこの明細書又は実施を 考慮すると当業者にとって明らかになろう０本発明の真正な技術的範囲及び精神 は、次の請求の範囲によって示されているものであり、明細書や例は単なる事例 にすぎないものであると考慮すべきである。

ＦＩＧ、　！ ＡＤＤＩＴＩＶＥ　ｆｖｌｏ　Ｏｒ　ＣＯＭＰＯ５ＩＴＥ）ＦＩＧ、　２ 手続補正書 平成３年９月ｉ五日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．レーキ面と； フランク面と； 上記レーキ面とフランク面との連結部における切削エッヂとから構成され； 約１．５〜１７．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーと； 約５〜１７．５容積％のジルコニアと；約０．０３〜３容積％の量で加えられた マグネシア添加物の残渣と； 本組成の残りを基本的に形成するアルミナとから基本的に成るアルミナ主成分の セラミック組成を有しており； ここで上記シリコンカーバイドホイスカーと上記ジルコニアと上記マグネシア添 加物の残渣とば、上記アルミナから成るマトリックスに実質的に均質に分散され ており； また、ここで上記セラミック組成の少なくても約４．０容積％は正方晶系ジルコ ニアであることを特徴とする金属切削インサート。 ２．上記組成の少なくても約６．０容積％は正方晶系ジルコニアである請求の範 囲第１項記載の金属切削インサート。 ３．上記組成の少なくても７．０容積％は、正方晶系ジルコニアである請求の範 囲第１項記載の金属切削インサート。 ４．上記マグネシア添加物の残渣を約０．０３〜２容積％含む請求の範囲第１項 記載の金属切削インサート。 ５．上記マグネシア添加物の残渣を約０．０４〜１容積％含む請求の範囲第１項 記載の金属切削インサート。 ６．約２．５〜１５容積％のシリコンカーバイドホイスカーを含む請求の範囲第 １項記載の金属切削インサート。 ７．約２．５〜１０．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーを含む請求の範 囲第１項記載の金属切削インサート。 ８．約７．５〜１７．５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１項記載の金属 切削インサート。 ９．１０〜１５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第１項記載の金属切削イン サート。 １０．上記ジルコニアは、２ミクロンよりも小さい平均粒子寸法を有している請 求の範囲第１項記載の金属切削インサート。 １１．上記ジルコニアは、１ミクロンよりも小さい又は等しい平均粒子寸法を有 している請求の範囲第１項記載の金属切削インサート。 １２．レーキ面と； フランク面と； 上記レーキ面とフランク面との連結部における切削エッヂとから構成されており ； 約１．５〜１７．５容積％のＳｉＣｗと、約５〜１７．５容積％のＺｒＯ２と、 １０００表面フィート／分で０．０２５インチ／回転で０．１００インチの切込 み深さの条件の下で１９０〜２００の範囲のブリネル硬度番号を有したＡＩＳＩ １０４５鋼を旋盤加工するとき少なくても１２分の寿命を切断エッヂに与えるの に有効な量だけ付加されたマグネシア添加物の残渣と； 上記シリコンカーバイドホイスカーと上記ジルコニアと上記マグネシウム酸化物 添加物の残渣とが実質的に均質に分散されたアルミナ主成分のマトリックスとか ら成るアルミナ主成分のセラミック組成を有しており； また、ここで正方晶系ジルコニアは、上記アルミナ主成分のセラミック組成のう ちの少なくても４容積％を形成していることを特徴とする金属切削インサート。 １３．上記寿命は、少なくても約１５分である請求の範囲第１２項記載の金属切 削インサート。 １４．上記寿命は、少なくても約２０分である請求の範囲第１２項記載の金属切 削インサート。 １５．少なくても６容積％の正方晶系ジルコニアを含む請求の範囲第１２項記載 の金属切削インサート。 １６．少なくても７容積％の正方晶系ジルコニアを含む請求の範囲第１２項記載 の金属切削インサート。 １７．少なくても８容積％の正方晶系ジルコニアを含む請求の範囲第１２項記載 の金属切削インサート。 １８．上記アルミナ主成分のマトリックスは、不純物を除いて全てアルミナであ る請求の範囲第１２項記載の金属切削インサート。 １９．上記ジルコニアは、５μｍ以下の平均粒子寸法法を有している請求の範囲 第１２項記載の金属切削インサート。 ２０．上記ジルコニアは、２μｍより小さい平均粒子寸法法を有している請求の 範囲第１２項記載の金属切削インサート。 ２１．基本的に、 約１．５〜１７．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーと； 約５〜１７．５容積％のジルコニアと；約０．０３〜３容積％の量加えられたマ グネシア添加物の残渣と； 本組成の残りを基本的に形成するアルミナとから構成されており； ここで、上記シリコンカーバイドホイスカーと上記ジルコニアと上記マグネシア 添加物の残渣とは、上記アルミナから形成されたマトリックスに実質的に均質に 分散されており； また、ここで本セラミック組成のうち少なくても約４．０容積％は、正方晶系ジ ルコニアであることを特徴とするアルミナ主成分のセラミック組成２２．上記組 成のうち少なくても約６．０容積％は、正方晶系ジルコニアである請求の範囲第 ２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２３．上記組成のうち少なくても約７容積％は、正方晶系ジルコニアである請求 の範囲第２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２４．上記マグネシア添加物残渣の約０．０３〜２容積％を含む請求の範囲第２ １項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２５．上記マグネシア添加物残渣の約０．０４〜１容積％を含む請求の範囲第２ １項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２６．約２．５〜１５容積％のシリコンカーバイドホイスカーを含む請求の範囲 第２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２７．約２．５〜１０．５容積％のシリコンカーバイドホイスカーを含む請求の 範囲第２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ２８．約７．５〜１７．５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第２１項記載の アルミナ主成分のセラミック組成。 ２９．１０〜１５容積％のジルコニアを含む請求の範囲第２１項記載のアルミナ 主成分のセラミック組成。 ３０．上記ジルコニアは、２ミクロンよりも小さい平均粒子寸法を有している請 求の範囲第２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。 ３１．上記ジルコニアは、１ミクロンよりも小さい又は等しい平均粒子寸法を有 している請求の範囲第２１項記載のアルミナ主成分のセラミック組成。