JPS5874585A - 高速切削用表面被覆窒化けい素基焼結部材 - Google Patents

高速切削用表面被覆窒化けい素基焼結部材

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JPS5874585A
JPS5874585A JP56171262A JP17126281A JPS5874585A JP S5874585 A JPS5874585 A JP S5874585A JP 56171262 A JP56171262 A JP 56171262A JP 17126281 A JP17126281 A JP 17126281A JP S5874585 A JPS5874585 A JP S5874585A
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JP
Japan
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cutting
oxide
silicon nitride
coated
speed cutting
Prior art date
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JP56171262A
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杉澤 泰次郎
照義 棚瀬
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Mitsubishi Metal Corp
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Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、すぐれた耐摩耗性、耐熱衝撃性。
および高温強度を有し、特にこれらの特性が要求される
鋼および鋳鉄の高速切削に切削工具として使用するのに
適した表面被覆窒化けい素基焼結部材に関するものであ
る。
近年、鋼および鋳鉄の高゛速切削を可能とすぺ〈種々の
研究開発が試みられ、なかでも工作機械の高剛性化と切
削工具材料の改善の両面から、これら被剛材の高速切削
への移行は着々と達成されつつあシ、現時煮では300
〜600m/miの高い切削速度での安定した切、削が
1つの目標とされている。
なお、上記の高い切削速度は、高速切削時に発生する熱
に対してすぐれた耐酸化性を示すと共に、Feとの化学
的反応性が低く、かつ摩擦係数の小さな酸化アルミニウ
ム(以下U 、O3で示す)を主成分として含有するA
e 、 O、基焼結材料を切削工具として使用するとい
う前提で、高速切削を可能とす。
ぺ〈工作機械に改良を加えることによって達成できると
して定められたものである。
しかしながら、上記のM、03基焼結材料は、十分な耐
熱衝撃性および高温における機械的強度を備えていない
ために、これを切削工具として、特に鋼の切削に300
〜600m/―の高い切削速度で使用した場合、工作機
械の改良も未だ不十分であることと相まって、安定した
切削性能を発揮し得ないのが現状である。
また、一方、熱膨張係数が小さく、すなわち耐熱衝撃性
にすぐれ、かつ高温における機械的強度にもすぐれた窒
化けい素(以下Si、N、で示す)や、Si、N、’に
M、O,が固溶したものからなるサイアロン(以下81
.N、 (AetOa )で示す)を主成分とし、かつ
酸化イツトリウム(以下i気o3で示す)、酸化マグネ
シウム(以下MgOで示す)、酸化けい素(以下S10
.で示す)、窒化アルミニウム(以下MNで示す)、酸
化チタン(以下Tie、で示す)。
酸化ジルコニウム(以下ZrO,で示す)、および酸化
ハフニウム(以下HfO,で示す)のうちの1種または
2種以上を1〜30重量係程度含有するSi3N4基焼
結材料を、鋼および鋳鉄の高速切削に切削工具として使
用する試みもなされているが、このSi3N、基焼結材
料はF’eとの反応性が高いために、特に鋼の高速切削
に際しては摩耗が激しく、切削工具としては汎用性のき
わめて低いものΦある。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、すぐれ
た耐熱衝撃性および高温強度を有するが、特に鋼の高速
切削に切削工具として使用した場合、摩耗が激しく、実
用に供し得ない上記従来S IB N4基焼結有料に着
目し、これ(すぐれた耐摩耗性を付与すべく研究を行な
った結果、前記従来8i3N4基焼結材料の基体、表面
に、、炭化けい素(以下SiCで示す)および畔化けい
素(以下S10.で示す)のうちの1種また一側方の固
溶体(以下SiC−8i02で示す)からなる内層と、
AA203.酸化ジルコニウム(以下Zr01で示す)
、および酸化チタン(以下、、 Ti1l)、で示す)
のうちの1種、または2種以上の固溶体(以下、 At
2o3HZrO21At203−’rlo2. zro
2・Tz021 およびA1203− ZrO2・Ti
e、で示す)からなる外層とで構成された硬質層で被覆
すると、前記内層は前記基体および外層と強固に結合す
ることから、前記硬質層は前記基体に対してきわめて高
い付着力をもつようにな、シ、また前記外層はFeとの
反応性がきわめて低いものであることから、この結果の
表面被覆焼結部材を、300 ML /#lI+!以上
の高速で鋼および鋳鉄の切削に切削工具として使用した
場合、著しくすぐれた切削性能を安定して発揮するよう
になるという知見を得たのである。
この発明は上記知見にもとづいてなされたものであッテ
、y、o、、 MgO、Bibt* AIN 、 Ti
e、 、 ZrO,。
およびHfO,のうちの1種または2種以上:1〜30
重量% tSi、N4 k ヨび5i3N4(AI、0
3)(7)うちの1種または2種と不可避不純物:残シ
からなる組成を有する焼結基体の表面に、SiCおよび
5in2のうちの1種または両方の固溶体からなる平均
層厚: 0.2〜3.0 pmの内層と、A120B 
、 ZrO,、およびTiO2のうちの1種または2種
以上の固溶体からなる平均層厚:0.5〜5.0μmの
外層とで構成された硬質層を被覆してなる高速切削用表
面被覆Si、N、基焼結部材に特徴を有するものである
また、この発明の表面被覆Si3N4基焼結部材におい
て、基体の成分組成、並びに内層および外層の平均層厚
を上記の通シに限定したのは以下の理由によるものであ
る。
Y2O,’ 、 MgO、5i02 、AIN 、Ti
e2. ZrO2,およびHfO,には、基体の焼結性
と靭性を向上させる作用があるが、その含有量が1重量
係未満では、前記作用に所望の効果が得られず、一方3
0重量%を越えて含有させると、相対的にS i 3N
、およびSi、N4・(uto、n)の含有量が少なく
なシすぎて基体の耐熱衝撃性iよび高温強度が低下する
ようになることから、その含有量を1〜30重量%と定
めた。
(b)  内層の平均層厚 上記のように内層には外層を基体□に強固に結合する作
用があるが、その平均層厚が0.2μm未満きず、一方
3.0μmを越えた平均層厚にしてもよシ一層の向上効
果は見られず、前記作用が飽和することから、その平均
層厚を0.2〜3.0μmと定めた。
(C1外層の平均層厚 外層が特に鋼の高速切削に際して、すぐれた耐摩耗性を
示すことは上記した通シであるが、その平均層厚が0.
5μm未満では所望の耐摩耗性を確保することができず
、一方5.0μmを越えた平均層厚にすると、靭性が低
下するようになることから、その平均層厚を0.5〜5
.0μmと定めた。
さらに、この発明の表面被覆Si、N、基焼結部材にお
ける焼結基体は、原料粉末を所定の配合組成に配合し、
混合し、普通焼結あるいはホットプレスを適用すること
によって製造することができ、この場合前記基体は抗折
強度:)0kg7114以上、ヴイツカース硬さくHv
) : l 6.p Okg/−以上をもつものとなシ
、また前記基採表面に被覆される硬質層は、付着強度お
よび耐摩耗性が物理蒸着法によシ形成した場合に比して
一段とすぐれている化学蒸着法によって形成するのが望
ましい。
つぎに、この発明の表面被覆Si3N4基焼結部材を実
施例によシ具体的に説明する。
実施例 原料粉末として、それぞれ平均粒径:1.5μmを有す
る85N4粉末+ 5illN4 (At20a)粉末
、Y2O3粉末、 MgO粉末、 5i02粉末、 A
iN粉末、TiO2粉末。
ZrO2粉末、およびHf○2粉末を用意し、これら原
料粉末をそれぞれ第1表に示される基体配合組成に配合
し、湿式にて混合粉砕し、乾燥した後、@X度:170
0℃、圧カニ200に9/−の条件でホットプレスして
実質的に配合組成と同一の最終成分組成をもった焼結体
を製造し、引続いて前記焼結体から基体となるCIS規
格5NGN432型の切削チップを切シ出し、研削した
後、これら切削チップを外熱型化学−着装量の金属製反
応管内に装入し、それぞれ反*、、、ガス組成および処
理時間を適宜変えて化学蒸着処理を施すことによって、
同じく第1表に示される材質および平均層厚の硬質層で
被覆された本発明表面被覆切削チップ1〜13をそれぞ
れ製造した。
ついで、この結果得られた本発明表面被覆切削チップ1
〜13について、被削材:SNC’M−8(硬さ:HB
220)、切削速度:2501rL/11111゜切込
み:2絹、送シ:0.35朋/rev、の条件での鋼高
速連続切削試験、および被剛材:FC−25(硬さ:H
B180)、切削速度=300 m /―、送シ” 3
 *w/rev、 、切込み:2寵の条件での鋳鉄高速
連続切削試験を行ない、それぞれフランク摩耗幅:0−
3m基準での寿命時間を測定した。この測定結果を第1
表に合せて示した。
また、第1表には、比較の目的で、本発明表面被覆切削
チップ1〜5に関し、硬質層を形成しないものを比較切
削チップ1〜5とし、同^条件での切削試験結果を示し
た。□ 第1表に示される結果が□ら明らかなように、本ト□゛
、 発明表面被覆切削テップ↓〜13は、いずれもすぐれた
耐摩耗性、耐熱衝撃性、および高温強度をもつことから
、鋼および鋳鉄の高速切削においてきわめて長い切削寿
命を示すのに対して、硬質層の形成がないために耐摩耗
性の劣る比較切削チップ1〜5においては切削寿命の著
しく短いものになっている。
上述のように、この発明の表面被覆Si3N4基焼結部
材を鋼や鋳鉄の高速切削に切削工具として使用した場合
、その基体によってすぐれた耐熱衝撃性と高温強度が確
保され、かつその硬質層によってすぐれた耐摩耗性が確
保されるので、きわめてすぐれた切削性能を長期に亘っ
て安定して発揮するのである。
出願人  三菱金属株式会社 代理人  富  1) 和  夫

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 酸化イツトリウム、酸化マグネシウム、酸化けい素、窒
    化アルミニウム、酸化チタン、酸化ジルコニウム、およ
    び酸化ハフニウムのうちの1種または2種以上:1〜3
    0重量%、窒化けい素およびサイアロンのうちの1種ま
    たは2種および不可避不純物:残シからなる組成を有す
    る窒化けい素基焼結基体の表面に、炭化けい素および酸
    化は諭素のうちのいずれか、または両方の固溶体からな
    る平均層厚:0.2〜S、Oμmの内層と、酸化アルミ
    ニウム、酸化ジルコニウム、および酸化チタンのうちの
    1種、ま゛たは2種以上の固溶体からなる平均層厚:0
    .5〜5.0μ電の外層とで構成された硬質層を被覆し
    てなる高速切削用表面被覆窒化けい素基焼結部材。
JP56171262A 1981-10-26 1981-10-26 高速切削用表面被覆窒化けい素基焼結部材 Granted JPS5874585A (ja)

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Cited By (6)

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