JPH1179827A - 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具Info
- Publication number
- JPH1179827A JPH1179827A JP9236881A JP23688197A JPH1179827A JP H1179827 A JPH1179827 A JP H1179827A JP 9236881 A JP9236881 A JP 9236881A JP 23688197 A JP23688197 A JP 23688197A JP H1179827 A JPH1179827 A JP H1179827A
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- Japan
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- alumina
- cutting
- ceramic
- cutting tool
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- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラ
ミックス製切削工具を提供する。 【解決手段】 酸化アルミニウム基セラミックス製切削
工具を、Ｔｉとの合量割合で５〜３０原子％のＺｒを含
有するＴｉとＺｒの炭窒化物固溶体相：２０〜３０重量
％、Ｚｒとの合量割合で５〜３０原子％のＴｉを含有す
るＺｒとＴｉの炭窒化物固溶体相：１０〜２０重量％、
を含有し、残りが実質的に酸化アルミニウム主体相から
なる組成を有する３相組織の酸化アルミニウム基セラミ
ックスで構成する。
ミックス製切削工具を提供する。 【解決手段】 酸化アルミニウム基セラミックス製切削
工具を、Ｔｉとの合量割合で５〜３０原子％のＺｒを含
有するＴｉとＺｒの炭窒化物固溶体相：２０〜３０重量
％、Ｚｒとの合量割合で５〜３０原子％のＴｉを含有す
るＺｒとＴｉの炭窒化物固溶体相：１０〜２０重量％、
を含有し、残りが実質的に酸化アルミニウム主体相から
なる組成を有する３相組織の酸化アルミニウム基セラミ
ックスで構成する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、特に焼き入れ鋼
などの仕上げ切削を高速で行った場合にもすぐれた耐摩
耗性を発揮する酸化アルミニウム基セラミックス製切削
工具（以下、単に「セラミックス工具」と云う）に関す
るものである。
などの仕上げ切削を高速で行った場合にもすぐれた耐摩
耗性を発揮する酸化アルミニウム基セラミックス製切削
工具（以下、単に「セラミックス工具」と云う）に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、一般に、例えば特開平３−２９０
３５６号公報に記載されるように、ＴｉとＺｒの原子割
合がほぼ等量のＴｉとＺｒの炭窒化物固溶体［以下、
「（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ」で示す］相：３０〜５０重量
％、を含有し、残りが実質的に酸化アルミニウム（以
下、「Ａｌ2 Ｏ3 」で示す］主体相からなる組成を有す
る２相組織のＡｌ2 Ｏ3 基セラミックス（以下、単に
「セラミックス」と云う）で構成されたセラミックス工
具が知られており、またこれの構成成分である前記Ａｌ
2 Ｏ3 主体相が、主成分のＡｌ2 Ｏ3 と、焼結助剤賭し
て０．１〜２重量％の割合で添加したＭｇ、Ｃａ、Ｙ、
希土類元素、およびＺｒなどの酸化物のうちの１種また
は２種以上からなることも知られており、さらに前記セ
ラミックス工具が、主に焼き入れ鋼などの仕上げ切削に
用いられていることも良く知られるところである。
３５６号公報に記載されるように、ＴｉとＺｒの原子割
合がほぼ等量のＴｉとＺｒの炭窒化物固溶体［以下、
「（Ｔｉ，Ｚｒ）ＣＮ」で示す］相：３０〜５０重量
％、を含有し、残りが実質的に酸化アルミニウム（以
下、「Ａｌ2 Ｏ3 」で示す］主体相からなる組成を有す
る２相組織のＡｌ2 Ｏ3 基セラミックス（以下、単に
「セラミックス」と云う）で構成されたセラミックス工
具が知られており、またこれの構成成分である前記Ａｌ
2 Ｏ3 主体相が、主成分のＡｌ2 Ｏ3 と、焼結助剤賭し
て０．１〜２重量％の割合で添加したＭｇ、Ｃａ、Ｙ、
希土類元素、およびＺｒなどの酸化物のうちの１種また
は２種以上からなることも知られており、さらに前記セ
ラミックス工具が、主に焼き入れ鋼などの仕上げ切削に
用いられていることも良く知られるところである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】一方、近年の切削装置
の高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化に対す
る要求も益々強く、これに伴い、切削加工はより一層高
速化の傾向にあるが、上記の従来セラミックス工具はじ
め、その他の多くのセラミックス工具の場合、これを例
えば焼き入れ鋼の高速仕上げ切削に用いると、摩耗進行
がきわめて速く、この結果比較的短時間で使用寿命に至
るのが現状である。
の高性能化はめざましく、かつ切削加工の省力化に対す
る要求も益々強く、これに伴い、切削加工はより一層高
速化の傾向にあるが、上記の従来セラミックス工具はじ
め、その他の多くのセラミックス工具の場合、これを例
えば焼き入れ鋼の高速仕上げ切削に用いると、摩耗進行
がきわめて速く、この結果比較的短時間で使用寿命に至
るのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明者等は、
上述のような観点から、焼き入れ鋼などの仕上げ切削を
高速で行ってもすぐれた耐摩耗性を発揮するセラミック
ス工具を開発すべく、特に上記の従来セラミックス工具
に着目し、研究を行った結果、セラミックス工具を、Ｔ
ｉとの合量割合で５〜３０原子％のＺｒを含有するＴｉ
とＺｒの炭窒化物固溶体［以下、「（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）
ＣＮ」で示す。したがってｘは原子比で０．０５〜０．
３を示す］相：２０〜３０重量％、Ｚｒとの合量割合で
５〜３０原子％のＴｉを含有するＺｒとＴｉの炭窒化物
固溶体［以下、「（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ」で示す。し
たがってｙは原子比で０．０５〜０．３を示す］相：１
０〜２０重量％、を含有し、残りが実質的にＡｌ2 Ｏ3
主体相からなる組成を有する３相組織のセラミックスで
構成すると、この結果のセラミックス工具においては、
構成相である（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相の含有によって
セラミックスの硬さが上昇し、耐摩耗性が著しく向上す
る反面、これの含有によってセラミックスの靭性が低下
し、切刃に欠けやチッピングなどの欠損が発生し易くな
るが、これに共存含有させた（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相
によってセラミックスの靭性が向上し、欠損発生が著し
く抑制されるようになることから、これを焼き入れ鋼な
どの高速仕上げ切削に用いても切刃に欠けやチッピング
などの欠損の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘っ
て発揮するという研究結果を得たのである。
上述のような観点から、焼き入れ鋼などの仕上げ切削を
高速で行ってもすぐれた耐摩耗性を発揮するセラミック
ス工具を開発すべく、特に上記の従来セラミックス工具
に着目し、研究を行った結果、セラミックス工具を、Ｔ
ｉとの合量割合で５〜３０原子％のＺｒを含有するＴｉ
とＺｒの炭窒化物固溶体［以下、「（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）
ＣＮ」で示す。したがってｘは原子比で０．０５〜０．
３を示す］相：２０〜３０重量％、Ｚｒとの合量割合で
５〜３０原子％のＴｉを含有するＺｒとＴｉの炭窒化物
固溶体［以下、「（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ」で示す。し
たがってｙは原子比で０．０５〜０．３を示す］相：１
０〜２０重量％、を含有し、残りが実質的にＡｌ2 Ｏ3
主体相からなる組成を有する３相組織のセラミックスで
構成すると、この結果のセラミックス工具においては、
構成相である（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相の含有によって
セラミックスの硬さが上昇し、耐摩耗性が著しく向上す
る反面、これの含有によってセラミックスの靭性が低下
し、切刃に欠けやチッピングなどの欠損が発生し易くな
るが、これに共存含有させた（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相
によってセラミックスの靭性が向上し、欠損発生が著し
く抑制されるようになることから、これを焼き入れ鋼な
どの高速仕上げ切削に用いても切刃に欠けやチッピング
などの欠損の発生なく、すぐれた耐摩耗性を長期に亘っ
て発揮するという研究結果を得たのである。
【０００５】この発明は、上記の研究結果に基づいてな
されたものであって、（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ［ただ
し、ｘは原子比で０．０５〜０．３を示す］相：２０〜
３０重量％、（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ」［ただし、ｙは
原子比で０．０５〜０．３を示す］相：１０〜２０重量
％、を含有し、残りが実質的にＡｌ2 Ｏ3 主体相からな
る組成を有する３相組織のセラミックスで構成してな
る、耐摩耗性のすぐれたセラミックス工具に特徴を有す
るものである。
されたものであって、（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ［ただ
し、ｘは原子比で０．０５〜０．３を示す］相：２０〜
３０重量％、（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ」［ただし、ｙは
原子比で０．０５〜０．３を示す］相：１０〜２０重量
％、を含有し、残りが実質的にＡｌ2 Ｏ3 主体相からな
る組成を有する３相組織のセラミックスで構成してな
る、耐摩耗性のすぐれたセラミックス工具に特徴を有す
るものである。
【０００６】つぎに、この発明のセラミックス工具にお
いて、これを構成するセラミックスの組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。 （ａ）（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相 （Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相は、ＴｉとＺｒの合量割合で
相対的にＴｉの割合を多くし、Ｚｒの割合を少なくする
ことにより、これ自体が高い硬さをもつようにしたもの
であり、したがって原子比でｘ値が０．０５未満では、
Ｔｉの割合が多くなって硬くなり過ぎ、切刃にチッピン
グが発生し易くなり、一方同じくｘ値が０．３を越える
と、相対的にＺｒの割合が多くなり過ぎ、硬さ向上が不
十分となることから、ｘ値を０．０５〜０．３、すなわ
ちＴｉとＺｒの合量割合でＺｒの割合を５〜３０原子
％、望ましくは１０〜２０％と定めたものである。ま
た、このように（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相は、ｘを０．
０５〜０．３とすることにより所望の高硬度を具備し、
もってセラミックス工具の耐摩耗性を向上させる作用を
もつが、その含有量が２０重量％未満では所望の耐摩耗
性向上効果が得られず、一方その含有量が３０重量％を
越えると、セラミックス工具の靭性が低下し、切刃に欠
損が発生し易くなることから、その含有量を２０〜３０
重量％、望ましくは２０〜２５重量％と定めた。
いて、これを構成するセラミックスの組成を上記の通り
に限定した理由を説明する。 （ａ）（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相 （Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相は、ＴｉとＺｒの合量割合で
相対的にＴｉの割合を多くし、Ｚｒの割合を少なくする
ことにより、これ自体が高い硬さをもつようにしたもの
であり、したがって原子比でｘ値が０．０５未満では、
Ｔｉの割合が多くなって硬くなり過ぎ、切刃にチッピン
グが発生し易くなり、一方同じくｘ値が０．３を越える
と、相対的にＺｒの割合が多くなり過ぎ、硬さ向上が不
十分となることから、ｘ値を０．０５〜０．３、すなわ
ちＴｉとＺｒの合量割合でＺｒの割合を５〜３０原子
％、望ましくは１０〜２０％と定めたものである。ま
た、このように（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相は、ｘを０．
０５〜０．３とすることにより所望の高硬度を具備し、
もってセラミックス工具の耐摩耗性を向上させる作用を
もつが、その含有量が２０重量％未満では所望の耐摩耗
性向上効果が得られず、一方その含有量が３０重量％を
越えると、セラミックス工具の靭性が低下し、切刃に欠
損が発生し易くなることから、その含有量を２０〜３０
重量％、望ましくは２０〜２５重量％と定めた。
【０００７】（ｂ）（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相 （Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相は、ＺｒとＴｉの合量割合
で、Ｔｉに比してＺｒの割合を多くすることにより、こ
れ自体に靭性をもたせ、前記（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相
による靭性低下を抑制するために含有するものであり、
したがって原子比でｙ値が０．０５未満では、Ｔｉの割
合がＺｒに比して低くなり過ぎ、自信の硬さ低下が著し
く、これがセラミックス中含有した場合に切刃の摩耗進
行が促進されるようになり、一方同じくｙ値が原子比で
０．３を越えると、Ｔｉの割合が相対的にＺｒに比して
多くなり、自身の硬さが高くなり過ぎて、セラミックス
工具の耐欠損性が低下するようになることから、ｙ値を
０．０５〜０．３、すなわちＺｒとＴｉの合量割合でＴ
ｉの割合を５〜３０原子％、望ましくは１０〜２０％と
定めたものである。また、このように（Ｚｒ1-y Ｔ
ｉy ）ＣＮ相は、ｙ値を０．０５〜０．３とすることに
よりセラミックス中で（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相による
靭性低下を抑制する作用をもつが、その含有量が１０重
量％未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方その
含有量が２０重量％を越えると、セラミックス工具の耐
摩耗性が低下するようになることから、その含有量を１
０〜２０重量％、望ましくは１０〜１５重量％と定め
た。
で、Ｔｉに比してＺｒの割合を多くすることにより、こ
れ自体に靭性をもたせ、前記（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相
による靭性低下を抑制するために含有するものであり、
したがって原子比でｙ値が０．０５未満では、Ｔｉの割
合がＺｒに比して低くなり過ぎ、自信の硬さ低下が著し
く、これがセラミックス中含有した場合に切刃の摩耗進
行が促進されるようになり、一方同じくｙ値が原子比で
０．３を越えると、Ｔｉの割合が相対的にＺｒに比して
多くなり、自身の硬さが高くなり過ぎて、セラミックス
工具の耐欠損性が低下するようになることから、ｙ値を
０．０５〜０．３、すなわちＺｒとＴｉの合量割合でＴ
ｉの割合を５〜３０原子％、望ましくは１０〜２０％と
定めたものである。また、このように（Ｚｒ1-y Ｔ
ｉy ）ＣＮ相は、ｙ値を０．０５〜０．３とすることに
よりセラミックス中で（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相による
靭性低下を抑制する作用をもつが、その含有量が１０重
量％未満では所望の靭性向上効果が得られず、一方その
含有量が２０重量％を越えると、セラミックス工具の耐
摩耗性が低下するようになることから、その含有量を１
０〜２０重量％、望ましくは１０〜１５重量％と定め
た。
【０００８】
【発明の実施の形態】この発明のセラミックス工具を実
施例により具体的に説明する。原料粉末として、いずれ
も０．１〜１μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＡ
ｌ2 Ｏ3 粉末、表１、２に示される組成の各種の（Ｔｉ
1-x Ｚｒx ）ＣＮ粉末、（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ、およ
び焼結助剤を用意し、これら原料粉末を同じく表１、２
に示される配合組成に配合し、ボールミルで４８時間混
合した後、圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を大気
中、温度：１７００℃に３時間保持の条件で焼結し、さ
らにこの焼結体にＡｒ雰囲気中、温度：１５００℃、圧
力：１００ＭＰａ、保持時間：２時間の条件で熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）を施すことにより、いずれもＳＮＧ
Ｎ１２０４０８のスローアウエイチップ形状を有し、か
つ表１、２の配合組成と実質的に同じ成分組成（この場
合Ａｌ2 Ｏ3 と焼結助剤によってＡｌ2 Ｏ3 主体相が形
成される）をもった３相組織の本発明セラミックス工具
１〜１０、および２相組織の従来セラミックス工具１〜
１０をそれぞれ製造した。
施例により具体的に説明する。原料粉末として、いずれ
も０．１〜１μｍの範囲内の所定の平均粒径を有するＡ
ｌ2 Ｏ3 粉末、表１、２に示される組成の各種の（Ｔｉ
1-x Ｚｒx ）ＣＮ粉末、（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ、およ
び焼結助剤を用意し、これら原料粉末を同じく表１、２
に示される配合組成に配合し、ボールミルで４８時間混
合した後、圧粉体にプレス成形し、この圧粉体を大気
中、温度：１７００℃に３時間保持の条件で焼結し、さ
らにこの焼結体にＡｒ雰囲気中、温度：１５００℃、圧
力：１００ＭＰａ、保持時間：２時間の条件で熱間静水
圧プレス（ＨＩＰ）を施すことにより、いずれもＳＮＧ
Ｎ１２０４０８のスローアウエイチップ形状を有し、か
つ表１、２の配合組成と実質的に同じ成分組成（この場
合Ａｌ2 Ｏ3 と焼結助剤によってＡｌ2 Ｏ3 主体相が形
成される）をもった３相組織の本発明セラミックス工具
１〜１０、および２相組織の従来セラミックス工具１〜
１０をそれぞれ製造した。
【０００９】ついで、この結果得られた各種のセラミッ
クス工具について、 被削材：ＳＣＭ４１５（侵炭焼入れ鋼）の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、 切り込み：０．２ｍｍ、 切削時間：１０分。 の条件で焼き入れ鋼の乾式高速仕上げ切削試験を行い、
切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表
１、２に示した。
クス工具について、 被削材：ＳＣＭ４１５（侵炭焼入れ鋼）の丸棒、 切削速度：３００ｍ／ｍｉｎ、 送り：０．１ｍｍ／ｒｅｖ、 切り込み：０．２ｍｍ、 切削時間：１０分。 の条件で焼き入れ鋼の乾式高速仕上げ切削試験を行い、
切刃の逃げ面摩耗幅を測定した。これらの測定結果を表
１、２に示した。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【発明の効果】表１、２に示される結果から、３相組織
の本発明セラミックス工具１〜１０は、構成相である
（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相によって高硬度が確保され、
かつ同（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相によって高靭性が確保
されることから、焼き入れ鋼の高速仕上げ切削でも切刃
に欠けやチッピングなどの発生なく、すぐれた耐摩耗性
を発揮するのに対して、２相組織の従来セラミックス工
具１〜１０においては、摩耗進行がきわめて速く、この
結果相対的に短時間で使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明のセラミックス工具は、す
ぐれた耐摩耗性と耐欠損性を具備するので、通常の条件
での鋼の仕上げ切削は勿論のこと、切削条件が一段と苛
酷となる、例えば焼き入れ鋼の仕上げ切削を高速で行っ
てもすぐれた切削性能を長期に亘って発揮することか
ら、切削加工の省力化にも大いに寄与するものである。
の本発明セラミックス工具１〜１０は、構成相である
（Ｔｉ1-x Ｚｒx ）ＣＮ相によって高硬度が確保され、
かつ同（Ｚｒ1-y Ｔｉy ）ＣＮ相によって高靭性が確保
されることから、焼き入れ鋼の高速仕上げ切削でも切刃
に欠けやチッピングなどの発生なく、すぐれた耐摩耗性
を発揮するのに対して、２相組織の従来セラミックス工
具１〜１０においては、摩耗進行がきわめて速く、この
結果相対的に短時間で使用寿命に至ることが明らかであ
る。上述のように、この発明のセラミックス工具は、す
ぐれた耐摩耗性と耐欠損性を具備するので、通常の条件
での鋼の仕上げ切削は勿論のこと、切削条件が一段と苛
酷となる、例えば焼き入れ鋼の仕上げ切削を高速で行っ
てもすぐれた切削性能を長期に亘って発揮することか
ら、切削加工の省力化にも大いに寄与するものである。
Claims (1)
- 【請求項１】 Ｔｉとの合量割合で５〜２０原子％のＺ
ｒを含有するＴｉとＺｒの炭窒化物固溶体相：２０〜３
０重量％、 Ｚｒとの合量割合で５〜３０原子％のＴｉを含有するＺ
ｒとＴｉの炭窒化物固溶体相：１０〜２０重量％、を含
有し、残りが実質的に酸化アルミニウム主体相からなる
組成を有する３相組織の酸化アルミニウム基セラミック
スで構成したことを特徴とする耐摩耗性のすぐれた酸化
アルミニウム基セラミックス製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9236881A JPH1179827A (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9236881A JPH1179827A (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1179827A true JPH1179827A (ja) | 1999-03-23 |
Family
ID=17007176
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9236881A Withdrawn JPH1179827A (ja) | 1997-09-02 | 1997-09-02 | 耐摩耗性のすぐれた酸化アルミニウム基セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1179827A (ja) |
-
1997
- 1997-09-02 JP JP9236881A patent/JPH1179827A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20041102 |