JPS5973472A - 切削工具用サイアロン系セラミック材料 - Google Patents

切削工具用サイアロン系セラミック材料

Info

Publication number
JPS5973472A
JPS5973472A JP57183553A JP18355382A JPS5973472A JP S5973472 A JPS5973472 A JP S5973472A JP 57183553 A JP57183553 A JP 57183553A JP 18355382 A JP18355382 A JP 18355382A JP S5973472 A JPS5973472 A JP S5973472A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cutting
ceramic material
powder
oxide
sialon
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP57183553A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS6246513B2 (ja
Inventor
杉澤 泰次郎
照義 棚瀬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Metal Corp filed Critical Mitsubishi Metal Corp
Priority to JP57183553A priority Critical patent/JPS5973472A/ja
Publication of JPS5973472A publication Critical patent/JPS5973472A/ja
Publication of JPS6246513B2 publication Critical patent/JPS6246513B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Ceramic Products (AREA)

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した場合
にすぐれた切削性能を発揮するセラミ、ツク材料に関す
るものである。
近年、鋼および鋳鉄の高速切削を可能とすべく種々の研
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・1.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り、現時点では30
0〜600 m/rrin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300〜6001′rL/諭の高い切削速
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廷く、かつ
摩擦係数の小さな酸化アルミニウム(以下AI! 20
3で示す)を主成分として含有するAI!203系セラ
ミックセラミック材料として使用するという前提で、高
速切削を可能とすべく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Al2O3系セラミック材料は、
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300〜6oom/mm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、したがって耐熱衝撃
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Si3N、で示す)からなるセラミッ
ク材料や、Si3N4にAR,203を固溶させた組成
を有するサイアロンからなるセラミック材料、さらにこ
れらセラミック材料に、それぞれ酸化イツトリウム(以
下¥203で示す)、酸化マグネシウム(以下MgOで
示す)、酸化けい素(以下S]0.で示す)、窒化アル
ミニウム(以下AINで示す)、酸化チタン(以下Tl
O2で示す)。
酸化ジルコニウム(以下ZrO2で示す)、および酸化
・・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重量係程度含有させたものからな
るSi3N4系セラミック材料やサイアロン系セラミッ
ク材料を、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、これら8 i 3 N
4系およびサイアロン系セラミック材料はFeとの反応
性が高いために、特に鋼の高速切削に際して摩耗が激し
く、切削工具としては汎用性のきわめて低いものである
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Si3N4系セラミック材料お
よびサイアロン系セラミック材料に着目し、これにすぐ
れた耐摩耗性を付与すべく研究を行なった結果、上記の
S i 3 N4系およびサイアロン系セラミック材料
に、TiとWの複合炭窒化物固溶体(以下、(Ti、 
W) CNで示す)を含有させると、Si3N4 およ
びサイアロンによってもたらされるすぐれた耐熱衝撃性
と高温強度を保持した状態で、すぐれた耐摩耗性および
靭性な具備するようになシ、シたがってこの結果のセラ
ミック材料を切削工具として用いた場合には、鋳鉄は勿
論のこと、鋼の高速切削においてもすぐれた切削性能を
長期に亘って発揮するという知見を得たのである。
したがって、この発明は、上記知見にもとづいてなされ
たものであって、重量係で、 (Ti、 W)CN : 10〜7’ 0%、を含有し
、さらに必要に応じて、 Y2O3,MgO,5i02 、 ALN 、 TiO
2,ZrO2,およびHf02(AAN成分を含むが、
他成分が金属の酸化物からなるので、以下、これらを総
称して金属酸化物という)のうちの1種または2種以上
:l〜30係。
を含有し。
残りがS i 3 N4およびサイアロンのいずれか、
または両方と不可避不純物、 からなる組成を有する耐摩耗性、耐熱衝撃性、高温強度
、および靭性にすぐれ、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用いた場合に
長期に亘ってすぐれた切削性能を発揮するセラミック材
料に特徴を有するものである。
つぎに、この発明のセラミック材料において5成分組成
範囲を上記の通りに限定した理由を説明する。
(a)  (Ti、 w) CN この成分は、セラミック材料中で、子連′続相あるいは
連続相を形成した状態で存在し、セラミック材料にすぐ
れた耐摩耗性と靭性を付与する作用をもつが、その含有
量が10%未満では所望の耐摩耗性および靭性な確保す
ることができず、一方70チを越えて含有させるとセラ
ミック材料の耐熱衝撃性が劣化するようになることから
、その含有量を10〜70%と定めた。
なお、この(Ti、 W) CN成分は、Wに比してT
iの割合が多い炭窒化物相と、Wを主成分とする金真相
との2相域組織をもつものであシ、組成式:(TIX 
+ Wl −x ) CyNzで表わした場合、ツレツ
レ0.2≦X≦O,’7,0.05≦y≦0.70,0
.15≦2≦O,’70,0.3≦x −1−y≦0.
85を満足するものが望ましい。すなわち、Xの値が0
2未満ではT1を主成分とする炭窒化物相の量が少なく
なりすぎて所望のすぐれた耐摩耗性を確保することがで
きず、一方0.7を越えたX値になると、逆に前記Wを
主成分とする金属相の量が少なくクシすぎて、靭性が低
下するようになることから、X値を03〜07とする。
また、yの値が0.05未満では炭窒化物相の形成が少
なく、窒化物相が表われて耐摩耗性を劣化させるように
なシ、一方y値が0.7を越えると炭化物相が形成され
るようになって靭性劣化の原因となることから、y値を
0.05〜0.70とした。2の値については、窒素に
は炭窒化物相の粒径を細かくすると共に、被削材との反
応を抑制して耐摩耗性を向上させる作用があるので、そ
の値が0.15未満では炭窒化物相の粒度が粗くなり、
かつ炭化物相も形成されるようになって靭性が低下し、
一方2値がO,’i’Oを越えることは、X値の上限が
0.70であることから、6j)得す、かかる点から0
.15〜0.70とする。さらにx −1−yの値が0
3未満では炭窒化物相の量が少なすぎて所望の耐摩耗性
を確保することができず、一方x 十y値が085を越
えると、逆に金属相が少なくなりすぎて所望の靭性な確
保することができないことがら x −1−y値を0.
30−0.85とするのである。
(bl  金属酸化物 これらの成分には、焼結性を改善し、普通焼結法によっ
ても緻密なセラミック材料の製造を可能とし、もって靭
性および強度を一段と向上させる作用があるので、これ
らの特性が要求される場合に必要に応じて含有されるが
、その含有量が1%未満では前記作用に所望の効果が得
られず、一方30%を越えて含有させると、耐摩耗性が
劣化するように々ることから、その含有量を1〜30%
と定めた。
(C1不可避不純物 不可避不純物として、Fe、 Ca、 Na、 Co、
 Ni、 Mn。
およびOrなどのうちの1種または2種以上を含有する
が、これらの不可避不純物は総量で5%を越えない限シ
、セラミック材料の特性に何ら悪影響を及ぼすものでは
ない。
また、この発明のセラミック材料は、原料粉末として、
例えばSi3N4粉末、  U2O,粉末、およびAA
N粉末な固溶化調製して形成した組成式;5i3A93
03N、で表わされるサイアロン粉末、焼結時にサイア
ロンを形成する目的で、サイアロンの構成粉末であるS
i3N4粉末、  M2O3粉末、およびAAN粉末、
さらに種々の組成(組成式: (Ti)(+ Wl−X
)CyN2のX+Y+および2の値が異ったもの)を有
する( Ti、 W) CN粉末、各種の金属酸化物粉
末。
さらにSi3N4系セラミック材料製造用および構成成
分用としてSi3N4粉末をそれぞれ用意し、これら原
料粉末を所定の配合組成に配合し、ボールミルや振動ミ
ルなどを用いて十分に混合した後、静水圧プレスや機械
的プレスを用いて圧粉体に成形し、ついで、との圧粉体
を、真空中または雰囲気ガス中で普通焼結するか、ある
いはホットプレスし、さらに必要に応じて焼結後、よシ
確実に緻密化する目的で熱間静水圧プレス(HIP)処
理を施すことによって製造することができる。
つぎに、この発明のセラミック材料を実施例によシ具体
的に説明する。
実施例 まず、いずれも市販の平均粒径;1.5μmを有するT
iC粉末、同1.5μmのTfN粉末、および同lOμ
mのN粉末を用意し、これら粉末を所定の配合組成に配
合し、乾式で混合した後、圧力5、0 mmHgの窒素
雰囲気中、温度:1500’Cに加熱保持して固溶化し
、冷却後粗砕し、引続いてボールミルにて粉砕すること
によって、それぞれ第1表に示される組成、並びにいず
れも平均粒径:1.0μmをもった5種類の(Ti、 
W) CN粉末を調製した。
また、同様に、いずれも市販の平均粒径:1.3pmを
有するSi3N、粉末、同0.7 p mのag2o、
粉末、および同1.5μmの1dlN粉末を用意し、こ
れら粉末を所定の配合組成に配合し、乾式で混合した後
、圧カニ ’760 mtttHgの窒素雰囲気中、温
度:1550℃に加熱保持して固溶化し、冷却後粗砕し
、引続いて粉砕することによって、組成式;S 13 
An 303 N sを有する平均粒径:1.0μmの
サイアロン粉末を調製した。
ついで、上記の各種の(Ti、 W) CN粉末および
サイアロン粉末を、別途用意した平均粒径:1.3μm
を有するSi3N4粉末、並びにいずれも平均粒径:o
、sμmを有するY、0.粉末、 MgO粉末、 5i
02粉末1MN粉末、T10□粉末、 ZrO□粉末、
およびHfO2粉末とともに原料粉末として用い、これ
ら原料粉末を、それぞれ第1表に示される配合組成に配
合し、/V2O5ffボールミルにて48時時間式混合
し、乾燥した後、黒鉛モールドを用い、温度:1550
℃に20分間保持の条件でホットプレスすることによっ
て、実質的に配合組成と同一の成分組成をもった本発明
セラミック材料1−11および(Ti、W) CNを含
有しない比較セラミック材料1,2をそれぞれ製造した
また、上記のホットプレス法に代って、混合粉末を、機
械的プレスを用いて、1 t、on/iの圧力で圧粉体
に成形し、この圧粉体を窒素雰囲気中。
温度:1600〜1750℃に2時間保持の条件で焼結
することからなる普通焼結法を適用する以外は、同一の
製造条件で本発明セラミック材料12〜22および同じ
< (Ti、 W) CNを含有しなり比較セラミック
ー、材料3.4をそれぞれ製造した。
つぎに、この結果得られた本発明セラミック材料1〜2
2および比較セラミック材料1〜4について、ビッカー
ス硬さおよび抗折力を測定すると共に、これよシcrs
規格8NGN432型の切削チップを成形し、被削材:
SNCM−8(硬さ:HB220)、切削速度::JQ
Om/mtn、切込み:2Rm+送り: 0.45ur
n/ rev、の条件での鋼高速連続切削試験、および
被削材:FC−25(硬さ:HBコ80)、切削速度:
400m1mm、切込み:21+121L+送り: 0
.45 III/ rev、の条件での鋳鉄高速連続切
削試験を行ない、それぞれ切刃の逃げ面摩耗幅:0.4
mm基準での寿命時間を測定した。これらの測定結果を
第1表に合せて示した。
第1表に示される結果から、本発明セラミック材料1〜
22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
おいて長い切削寿命を示すことが明らかである。これに
対して、(Ti、W)CN成分を含有しない、すなわち
従来Si3N4セラミツク材料および従来サイアロンセ
ラミック材料に相当する比較セラミック材料1−4は、
いずれも耐熱衝撃性および高温強度を有するものの耐摩
耗性に劣るものであるため、その切削寿命はきわめて短
かいものとなっている。
」二連のように、この発明のセラミック材料は。
すぐれた耐摩耗性、耐熱衝撃性、および高温強度を兼ね
備えているので、特にこれらの特性が要求される鋼の高
速切削は勿論のこと、鋳鉄の高速切削に切削工具として
用いた場合に、著しく長期に亘ってすぐれた切削性能を
発揮するのである。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)  TiとWの複合炭窒化物固溶体:10〜70
    重量係を含有し、残シが窒化けい素およびサイアロンの
    込ずれか、または両方と不可避不純物からなる組成を有
    することを特徴とする切削工具用セラミック材料。
  2. (2)  TiとWの複合炭窒化物固溶体:lO〜70
    重量係を含有し、さらに酸化イツトリウム、酸化マグネ
    シウム、酸化りい素、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・・フニウ
    ムのうちの1種または2種以上:1〜30重量係重量布
    し、残りが窒化けい素およびサイアロンのいずれか、ま
    たは両方と不可避不純物からなる組成を有することを特
    徴とする切削工具用セラミック材料。
JP57183553A 1982-10-19 1982-10-19 切削工具用サイアロン系セラミック材料 Granted JPS5973472A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57183553A JPS5973472A (ja) 1982-10-19 1982-10-19 切削工具用サイアロン系セラミック材料

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP57183553A JPS5973472A (ja) 1982-10-19 1982-10-19 切削工具用サイアロン系セラミック材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5973472A true JPS5973472A (ja) 1984-04-25
JPS6246513B2 JPS6246513B2 (ja) 1987-10-02

Family

ID=16137814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP57183553A Granted JPS5973472A (ja) 1982-10-19 1982-10-19 切削工具用サイアロン系セラミック材料

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5973472A (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4881950A (en) * 1986-05-30 1989-11-21 Gte Valenite Corporation Silicon nitride cutting tool
US5034022A (en) * 1987-10-05 1991-07-23 Gte Valenite Corporation Silicon nitride cutting tool

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4881950A (en) * 1986-05-30 1989-11-21 Gte Valenite Corporation Silicon nitride cutting tool
US5034022A (en) * 1987-10-05 1991-07-23 Gte Valenite Corporation Silicon nitride cutting tool

Also Published As

Publication number Publication date
JPS6246513B2 (ja) 1987-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS59199579A (ja) 耐摩耗性のすぐれたサイアロン基セラミツクス
JPS623795B2 (ja)
JPS638075B2 (ja)
JPS5973472A (ja) 切削工具用サイアロン系セラミック材料
JPS5918157A (ja) 切削工具用酸化アルミニウム系セラミツク
JPS5874585A (ja) 高速切削用表面被覆窒化けい素基焼結部材
JPS6257597B2 (ja)
JP3550420B2 (ja) 耐摩耗性窒化珪素質焼結体及びその製造方法、並びに切削工具
JP2684250B2 (ja) 窒化珪素質焼結体及びその製造方法
JPS63100055A (ja) 高靭性を有するアルミナ基セラミックス製切削工具
JP2712737B2 (ja) 高靱性および高強度を有する窒化けい素基焼結材料
JPH07157362A (ja) 高強度および高靭性を有する酸化アルミニウム基セラミックス
JP2851721B2 (ja) 切削工具用窒化珪素質焼結体
JPS6257598B2 (ja)
JPS5969477A (ja) サイアロン基セラミツク焼結材料の製造法
JPS593073A (ja) 切削工具および耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料
JPS6251228B2 (ja)
JPS59217676A (ja) 切削工具用窒化けい素基焼結材料
JPS63260869A (ja) 炭化珪素ウイスカ−強化複合材料
JPS6257596B2 (ja)
JPS62235260A (ja) Si↓3N↓4基複合材料
JPS6253474B2 (ja)
JPH01119558A (ja) 切削工具用アルミナ質焼結体及びその製法
JPS5820774A (ja) 耐熱焼結材料の製造方法
JPS5926977A (ja) 切削工具用サイアロン基セラミツク焼結材料