JPH0460077B2 - - Google Patents
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- JPH0460077B2 JPH0460077B2 JP62206397A JP20639787A JPH0460077B2 JP H0460077 B2 JPH0460077 B2 JP H0460077B2 JP 62206397 A JP62206397 A JP 62206397A JP 20639787 A JP20639787 A JP 20639787A JP H0460077 B2 JPH0460077 B2 JP H0460077B2
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- sintered body
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- silicon nitride
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Description
［産業上の利用分野］
本発明は、切削工具材料として好適な耐摩耗性
及び耐欠損性を有する窒化ケイ素焼結体の製造方
法に関する。 ［従来技術］ 従来、鋼及び鋳鉄の高速切削用工具材料として
は、超硬合金にセラミツクスを被覆した複合材料
やアルミナ焼結体が用いられてきた。しかし超硬
合金とセラミツクスの複合材料からなる工具は耐
熱亀裂性の点で難があるため実用切削速度が高々
300m／分以下に限定されてしまうという問題点
があつた。一方、アルミナ焼結体からなる工具は
高速切削時の耐熱酸化性及び鉄との化学的反応性
が低い点で上記複合材料工具より優れた耐摩耗特
性を示すが、靭性及び耐熱衝撃性に難があり、鋳
鉄のように切削時に切屑が断続型となる被切削材
においては連続切削（旋削）及び断続切削（フラ
イス）中に切刃の欠損を生じやすい等の問題があ
つた。上記の事情から従来の複合材料やアルミナ
焼結体からなる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定
して切削することは困難であつた。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記の事情に鑑み、鋳鉄材料の湿式
切削又は断続切削等の激しい熱衝撃を伴なう場合
あるいは鋳鉄材料の乾式高速切削に至るまで安定
して切削することのできる高強度で高靭性の切削
工具用材料を製造する方法を提供することを目的
とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、従来より上記課題を解決するため
研究を重ねてきたが、非安定化酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化イツトリウムを窒化
ケイ素に特定量配合したものを選択された条件の
下で焼結および熱処理することによつて解決し得
ることを見出し、本発明に至つた。 すなわち、本発明は、１〜10重量％の非安定化
酸化ジルコニウム粉末と、１〜５重量％の酸化ア
ルミニウム粉末と、１〜10重量％の酸化イツトリ
ウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを混合し、
混合粉末を窒素雰囲気中において1600〜1900℃で
焼結し、さらに得られた焼結体を非酸化性雰囲気
中において1200〜1600℃で熱処理することを特徴
とする切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法で
ある。 本発明の焼結体の製法に使用する原料粉末は、
非安定化酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、
酸化イツトリウムおよび窒化ケイ素からなる。 本発明において非安定化酸化ジルコニウムを使
用するのは、焼結体の靭性を向上させる効果に加
えて熱処理過程における焼結体粒界層の結晶化を
促進化させるのに寄与するからである。これは原
料粉末全体の１〜10重量％の範囲で用いられる。
１重量％未満では上記の高靭性化及び結晶化の効
果が十分でなく、また10重量％を越えると焼結体
の緻密化を阻害する。 酸化アルミニウム及び酸化イツトリウムは、窒
化ケイ礎の焼結助剤として作用すると共に焼結体
の緻密化及び高強度化に寄与するものである。 本発明において酸化アルミニウムは原料粉末全
体の１〜５重量％、又酸化イツトリウムは１〜10
重量％の範囲で用いられる。これは、酸化アルミ
ニムウ又は酸化イツトリウムが各々１重量％未満
では焼結体の緻密化が不十分であり、酸化アルミ
ニウムが５重量％又は酸化イツトリウムが10重量
％を越えると焼結体の高温での強度が著しく低下
するからである。 本発明における焼結工程は、上記粉末混合物を
不活性ガス雰囲気中で1600〜1900℃で加熱するこ
とにより行なわれる。上記不活性ガスとしては、
窒素又はアルゴンあるいはそれらの混合ガスが使
用される。 この焼結工程において10〜2000気圧の熱間静水
圧プレス（HIP）を行うことにより焼結体の高靭
性化効果を一層高めることができる。 また、本発明における熱処理工程は、焼結工程
で得られた焼結体を非酸化性雰囲気中で1200〜
1600℃で加熱処理することにより行なわれる。 この処理過程においても焼結工程と同様に窒素
又はアルゴンもしくはその混合ガス雰囲気下10〜
2000気圧下で行なうことにより、やはり上記の結
晶化および焼結体の緻密化を促進することができ
る。 上記本発明のプロセスにより得られた切削工具
用窒化ケイ素焼結体は、Si3N4の大部分がβ相と
なつており、かつこのSi3N4基質中にZrO2が分散
しており、窒化ケイ素焼結体が本来有する高硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、高
い熱伝導率と小さな熱膨脹係数を有する。また、
窒化ケイ素焼結体の機械的特性に影響を与える粒
界構造が焼結過程後にさらに熱処理を施すことに
より、前記Si3N4基質中に分散したZrO2が核とな
つて結晶化を促進するので、従来の窒化ケイ素焼
結体に比較し極めて高い結晶性を示すため、さら
に焼結体の高温安定性を向上させることができ
る。 従つて、これを切削工具として用いれば、急激
な熱サイクルを伴なうフライス加工や湿式切削加
工の際に切刃の欠損、チツピングを生じることが
ない等、靭性、耐スポーリング性に富み、また乾
式高速切削時においてもその優れた高温安定性か
ら優れた耐摩耗性を示すため、従来のアルミナ焼
結体工具に比較してはるかに長寿命の切削工具と
することができる。 なお、本発明においては、窒化ケイ素に上記の
如く焼結助剤として酸化アルミニウム、酸化イツ
トリウムを特定量添加することによつて、ホツト
プレス等の加圧焼結はもちろん、切削工具のよう
に多品種大量生産品にとつてコスト的に有利な常
圧焼結でも十分に高密度で高強度な焼結体を得る
ことができる。 ［実施例］ 以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例 １ 市販のα−Si3N4粉末、非安定化ZrO2粉末、
Al2O3粉末及びY2O3粉末を下記第１表に示す割合
で配合し、ボールミルにて粉砕混合し、のちプレ
ス成形した。この成形体を窒素ガス雰囲気中にお
いて、1800℃の温度で３時間常圧焼結し、さらに
窒素ガス雰囲気中において1400℃の温度で10時
間、熱処理を行つた。得られた焼結体を研削加工
により12.7×12.7×4.76mmのJISSNG433のスロー
アウエイチツプとした。このチツプを用いて以下
の条件により切削テストを行つた結果を第１表に
要約した。 条件 １ワーク：FC25 幅150mm×300mm×50mm
（20mmφ×25なる溝穴12箇付被削材） 機械：堅型フライス盤 カツター：DNF4080R（住友電工製）１枚刃切削 切削条件：切削速度400m／分乾式 切り込み ３mm 送り 0.3mm／刃 刃先処理 0.2mm×−25° 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅0.3mm 条件 ２ワーク：FC25 直径300mm×長さ1000mm
丸棒材 機械：NC型旋盤 切削条件：切削速度600m／分 湿式 切り込み 1.5mm 送り 0.25mm／回転 刃先処理 0.15mm×−25° 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅0.3mm
及び耐欠損性を有する窒化ケイ素焼結体の製造方
法に関する。 ［従来技術］ 従来、鋼及び鋳鉄の高速切削用工具材料として
は、超硬合金にセラミツクスを被覆した複合材料
やアルミナ焼結体が用いられてきた。しかし超硬
合金とセラミツクスの複合材料からなる工具は耐
熱亀裂性の点で難があるため実用切削速度が高々
300m／分以下に限定されてしまうという問題点
があつた。一方、アルミナ焼結体からなる工具は
高速切削時の耐熱酸化性及び鉄との化学的反応性
が低い点で上記複合材料工具より優れた耐摩耗特
性を示すが、靭性及び耐熱衝撃性に難があり、鋳
鉄のように切削時に切屑が断続型となる被切削材
においては連続切削（旋削）及び断続切削（フラ
イス）中に切刃の欠損を生じやすい等の問題があ
つた。上記の事情から従来の複合材料やアルミナ
焼結体からなる切削工具で鋳鉄材料を高速で安定
して切削することは困難であつた。 ［発明が解決しようとする問題点］ 本発明は、上記の事情に鑑み、鋳鉄材料の湿式
切削又は断続切削等の激しい熱衝撃を伴なう場合
あるいは鋳鉄材料の乾式高速切削に至るまで安定
して切削することのできる高強度で高靭性の切削
工具用材料を製造する方法を提供することを目的
とする。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明者は、従来より上記課題を解決するため
研究を重ねてきたが、非安定化酸化ジルコニウ
ム、酸化アルミニウム、酸化イツトリウムを窒化
ケイ素に特定量配合したものを選択された条件の
下で焼結および熱処理することによつて解決し得
ることを見出し、本発明に至つた。 すなわち、本発明は、１〜10重量％の非安定化
酸化ジルコニウム粉末と、１〜５重量％の酸化ア
ルミニウム粉末と、１〜10重量％の酸化イツトリ
ウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを混合し、
混合粉末を窒素雰囲気中において1600〜1900℃で
焼結し、さらに得られた焼結体を非酸化性雰囲気
中において1200〜1600℃で熱処理することを特徴
とする切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法で
ある。 本発明の焼結体の製法に使用する原料粉末は、
非安定化酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム、
酸化イツトリウムおよび窒化ケイ素からなる。 本発明において非安定化酸化ジルコニウムを使
用するのは、焼結体の靭性を向上させる効果に加
えて熱処理過程における焼結体粒界層の結晶化を
促進化させるのに寄与するからである。これは原
料粉末全体の１〜10重量％の範囲で用いられる。
１重量％未満では上記の高靭性化及び結晶化の効
果が十分でなく、また10重量％を越えると焼結体
の緻密化を阻害する。 酸化アルミニウム及び酸化イツトリウムは、窒
化ケイ礎の焼結助剤として作用すると共に焼結体
の緻密化及び高強度化に寄与するものである。 本発明において酸化アルミニウムは原料粉末全
体の１〜５重量％、又酸化イツトリウムは１〜10
重量％の範囲で用いられる。これは、酸化アルミ
ニムウ又は酸化イツトリウムが各々１重量％未満
では焼結体の緻密化が不十分であり、酸化アルミ
ニウムが５重量％又は酸化イツトリウムが10重量
％を越えると焼結体の高温での強度が著しく低下
するからである。 本発明における焼結工程は、上記粉末混合物を
不活性ガス雰囲気中で1600〜1900℃で加熱するこ
とにより行なわれる。上記不活性ガスとしては、
窒素又はアルゴンあるいはそれらの混合ガスが使
用される。 この焼結工程において10〜2000気圧の熱間静水
圧プレス（HIP）を行うことにより焼結体の高靭
性化効果を一層高めることができる。 また、本発明における熱処理工程は、焼結工程
で得られた焼結体を非酸化性雰囲気中で1200〜
1600℃で加熱処理することにより行なわれる。 この処理過程においても焼結工程と同様に窒素
又はアルゴンもしくはその混合ガス雰囲気下10〜
2000気圧下で行なうことにより、やはり上記の結
晶化および焼結体の緻密化を促進することができ
る。 上記本発明のプロセスにより得られた切削工具
用窒化ケイ素焼結体は、Si3N4の大部分がβ相と
なつており、かつこのSi3N4基質中にZrO2が分散
しており、窒化ケイ素焼結体が本来有する高硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、高
い熱伝導率と小さな熱膨脹係数を有する。また、
窒化ケイ素焼結体の機械的特性に影響を与える粒
界構造が焼結過程後にさらに熱処理を施すことに
より、前記Si3N4基質中に分散したZrO2が核とな
つて結晶化を促進するので、従来の窒化ケイ素焼
結体に比較し極めて高い結晶性を示すため、さら
に焼結体の高温安定性を向上させることができ
る。 従つて、これを切削工具として用いれば、急激
な熱サイクルを伴なうフライス加工や湿式切削加
工の際に切刃の欠損、チツピングを生じることが
ない等、靭性、耐スポーリング性に富み、また乾
式高速切削時においてもその優れた高温安定性か
ら優れた耐摩耗性を示すため、従来のアルミナ焼
結体工具に比較してはるかに長寿命の切削工具と
することができる。 なお、本発明においては、窒化ケイ素に上記の
如く焼結助剤として酸化アルミニウム、酸化イツ
トリウムを特定量添加することによつて、ホツト
プレス等の加圧焼結はもちろん、切削工具のよう
に多品種大量生産品にとつてコスト的に有利な常
圧焼結でも十分に高密度で高強度な焼結体を得る
ことができる。 ［実施例］ 以下に実施例を示し、本発明をさらに詳細に説
明する。 実施例 １ 市販のα−Si3N4粉末、非安定化ZrO2粉末、
Al2O3粉末及びY2O3粉末を下記第１表に示す割合
で配合し、ボールミルにて粉砕混合し、のちプレ
ス成形した。この成形体を窒素ガス雰囲気中にお
いて、1800℃の温度で３時間常圧焼結し、さらに
窒素ガス雰囲気中において1400℃の温度で10時
間、熱処理を行つた。得られた焼結体を研削加工
により12.7×12.7×4.76mmのJISSNG433のスロー
アウエイチツプとした。このチツプを用いて以下
の条件により切削テストを行つた結果を第１表に
要約した。 条件 １ワーク：FC25 幅150mm×300mm×50mm
（20mmφ×25なる溝穴12箇付被削材） 機械：堅型フライス盤 カツター：DNF4080R（住友電工製）１枚刃切削 切削条件：切削速度400m／分乾式 切り込み ３mm 送り 0.3mm／刃 刃先処理 0.2mm×−25° 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅0.3mm 条件 ２ワーク：FC25 直径300mm×長さ1000mm
丸棒材 機械：NC型旋盤 切削条件：切削速度600m／分 湿式 切り込み 1.5mm 送り 0.25mm／回転 刃先処理 0.15mm×−25° 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅0.3mm
【表】
実施例 ２
市販のα−Si3N4粉末、非安定化ZrO2粉末、
Al2O3粉末及びY2O3粉末を下記第２表に示す割合
で配合し、ボールミルで粉砕混合し、150MPaの
圧力でCIP成形した。この成形体を窒化ガス雰囲
気中において、1750℃の温度で２時間常圧焼結
し、さらに窒素ガス雰囲気中において1800℃、
1000気圧で１時間HIP処理した。かくして得られ
た焼結体をさらに窒素ガス雰囲気中において1400
℃の温度で10時間熱処理を行つた。この各焼結体
を研砕加工により３×４×40mmのJIS R1601の抗
析試験片並びにJIS SNG433のスローアウエイ、
チツプ（刃先処理0.15×−25°）を切出し、実施
例１と同様の切削テストによる寿命時間（分）並
びに所定の機械特性を測定した結果を第３表に示
した。
Al2O3粉末及びY2O3粉末を下記第２表に示す割合
で配合し、ボールミルで粉砕混合し、150MPaの
圧力でCIP成形した。この成形体を窒化ガス雰囲
気中において、1750℃の温度で２時間常圧焼結
し、さらに窒素ガス雰囲気中において1800℃、
1000気圧で１時間HIP処理した。かくして得られ
た焼結体をさらに窒素ガス雰囲気中において1400
℃の温度で10時間熱処理を行つた。この各焼結体
を研砕加工により３×４×40mmのJIS R1601の抗
析試験片並びにJIS SNG433のスローアウエイ、
チツプ（刃先処理0.15×−25°）を切出し、実施
例１と同様の切削テストによる寿命時間（分）並
びに所定の機械特性を測定した結果を第３表に示
した。
【表】
【表】
【表】
件から熱処理を施さなかつた比較例で
ある。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の構成
によれば、窒化ケイ素焼結体が本来有する高硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、耐
摩耗性及び耐欠損性に優れ、急激な熱サイクルを
伴なう切削条件においても安定した性能を発揮す
る窒化ケイ素焼結体を製造することができる。
ある。
［発明の効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明の構成
によれば、窒化ケイ素焼結体が本来有する高硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であり、耐
摩耗性及び耐欠損性に優れ、急激な熱サイクルを
伴なう切削条件においても安定した性能を発揮す
る窒化ケイ素焼結体を製造することができる。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ １〜10重量％の非安定化酸化ジルコニウム粉
末と、１〜５重量％の酸化アルミニウム粉末と、
１〜10重量％の酸化イツトリウム粉末と、残部の
窒化ケイ素粉末とを混合し、混合粉末を不活性ガ
ス雰囲気中において、1600〜1900℃で焼結し、さ
らに得られた焼結体を非酸化性雰囲気中において
1200〜1600℃で熱処理することを特徴とする切削
工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法。 ２ 焼結過程において窒素又はアルゴン若しくは
その混合ガス雰囲気中で、10〜2000気圧の熱間静
水圧プレスする特許請求の範囲(1)記載の切削工具
用窒化ケイ素焼結体の製造方法。 ３ 熱処理過程を窒素又はアルゴン若しくはその
混合ガス10〜2000気圧下で行う特許請求の範囲(1)
記載の切削工具用窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62206397A JPS6451378A (en) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | Production of silicon nitride sintered body for cutting tool |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62206397A JPS6451378A (en) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | Production of silicon nitride sintered body for cutting tool |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6451378A JPS6451378A (en) | 1989-02-27 |
| JPH0460077B2 true JPH0460077B2 (ja) | 1992-09-25 |
Family
ID=16522677
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62206397A Granted JPS6451378A (en) | 1987-08-21 | 1987-08-21 | Production of silicon nitride sintered body for cutting tool |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6451378A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04218452A (ja) * | 1990-04-09 | 1992-08-10 | East Japan Railway Co | 流線形状車両のボンネット洗浄装置 |
| GB9015892D0 (en) * | 1990-07-19 | 1990-09-05 | Tioxide Group Services Ltd | Compositions |
| JPH04197856A (ja) * | 1990-11-29 | 1992-07-17 | East Japan Railway Co | 流線形状車輌のボンネット洗浄装置 |
| JP2513361Y2 (ja) * | 1991-10-17 | 1996-10-02 | 株式会社整電社 | 車両肩部洗浄装置 |
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1987
- 1987-08-21 JP JP62206397A patent/JPS6451378A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6451378A (en) | 1989-02-27 |
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