JPS62187173A - 鉄材料を加工するためのバイトチツプ - 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】 産業上の利用分野゛： 本発明は特許請求の範囲第１項の上位概念によるバイト
チップおよび炭素含量１．２％までの鉄材料の切削加工
のだめのバイトチップの使用に関する。

従来の技術： 鋼の切削加工のため過去には多数の金属炭化物主として
炭化タングステンおよび炭化チタンの混合物ならびに結
合金属として少なくともコバルトからなるいわゆる超硬
合金材料が使用された。

この材料からさらに発展して鉄、コバルト、ニッケルお
よびその合金の群からの１つの金属１容量部当りチツ化
チタン、−アルミニウム、−二オフ、−ｚ＋ナジウム、
−ジルコニウム、−タンタル、−ハフニウムの群からの
１つまたは多数のチツ化物が１〜９９容量部の量で分散
したオース）　ＩＪ−特許第２６６’　４６５号明細書
から公知のバイト材料組成が導かれ、この場合全組成は
さらに耐熱性アルミニウム化合物たとえばＡｔ２０３　
、　Ａｔ、Ｃ，を非金属成分の全部に対し１〜９５容量
チ含む。

同様米国特許第３４　０９　４１６号明細書にはオース
トリー特許第２６６　４６５号明細書に記載の結合金属
の代りにモリブデン、タングステン、レニウム、これら
相互の合金およびクロムとの合金ならびにそのアルミニ
ウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム
、ニオブ、タンタル、マンガン、鉄、コバルトおよびニ
ッケルの群から選択した１つの金属少量との合金の使用
が開示される。

さらに耐熱材料および切削工具を製造するため鉄、コバ
ルトおよびニッケルまたはこれらの合金のような結合金
属をチタン、アルミニウム、ニオブ、バナジウム、ジル
コニウム、タンタルおよび（または）ハフニウムのチッ
化物ならびに耐熱性アルミニウム化合物の添加物といっ
しょに使用することが西独特許第１２９５８５５号公報
に開示され、その際前記チッ化物は９５チまでベリリウ
ム、ホウ素、トリウム、ウランのチツ化物もしくはチタ
ン、ジルコニウム、セＩＪ　ラム、タングステン、モリ
ブデン、クロムのホウ化物もしくはチタン、ジルコニウ
ム、タンタル、ニオブの炭化物またはジルコニウム、マ
グネシウムもしくはトリウムの酸化物と置替えることが
できる。

結合金属の使用を必須に規定したこれら文献記載の材料
の共通の欠点は金属成分の使用によって耐熱性が低下す
ることである。結合金属としてもモリブデンおよびタン
グステンを使用する場合高温負荷でサビ発生の危険があ
り、これに対し常用の他の結合金属とくにニッケル、鉄
およびコバルトは比較的低い軟化温度を有し、この温度
を超えるとバイトチップの塑性変形が生じ、したがって
寿命が終る。

米国特許第３１　０８　８８７号明細書にょシ主成分と
してチツ化アルミニウムを５０チより多量に含む材料も
すでに提案された。他の添加物としてアルミニウム、ホ
ウ素、ケイ素および希土類ならびにいわゆる遷移金属た
とえばチタンおよびジルコニウムの酸素、ホウ素、チッ
素、ケイ素および炭素化合物が提案されている。

この文献の例にはＡｔＮ　９６および８０重量％、残部
Ａｔ２０３および不純物の組成が示される。この組成は
たとえばロケットノズルのようなロケットエンジン用構
造部材の製造および溶融金属の処理のため提案されてい
る。この材料の硬度はモース硬度７〜８またはヌーゾ硬
度１２００である。室温の破断強度は３８５００ｐｓｉ
に相当する’ｌ　６５　ＭＰａである。低い硬度および
低い強度からこの材料がまだバイトチップとくに鉄材料
の加工に使用しうるバイトチップの製造に適さないこと
が明らかである。

種々の添加物とくに酸化ジルコニウムを含む酸化アルミ
ニウム系バイトチップ材料もすでに提案され、西独公開
特許公報第２７４１２９５号の例によれば酸化ジルコニ
ウムの他にさらに炭化チタン、チツ化チタン、Ｙ２Ｏ３
およびモリブデン、ニッケルのような金属を酸化アルミ
ニウム系材料に添加することが提案される。

これに反し西独公開特許公報第２９２３２１３号には酸
化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化マグネシ
ウムを主成分とする組成が提案されているけれど、この
場合酸化ジルコニウムは安定化されていない。酸化物セ
ラミック材料を主成分として製造したこのバイトチップ
によって現在まで可能と考えられなかった能力上昇を達
成し得たけれど、この能力は多くの場合なお不十分であ
シ、・とくに低い炭素含量の鉄材料すなわち鋼を切削加
工する場合さらに高い能力を有するバイトチップがつね
に要求されている。

一般にバイトチップに高い熱負荷がかかる高い切削速度
が望ましいので、とくに熱負荷性、しかしとくに熱シヨ
ツク安定性の改善が必要となる。高い熱シヨツク安定性
を有するバイトチップはとくに短い切削時間、断続的切
削および不均一な切込深さを有する切削作業に望まれる
。

この使用分野には現在なお主として超硬合金が使用され
る。それは公知酸化物セラミックがこの目的に仲不十分
な熱シヨツク安定性しか有しないからである。しかしこ
の場合低い切削速度の欠点は許容しなければならない。

それは使用する結合金属が小さい熱負荷性しか有しない
からである。

発明が解決しようとする問題点： 本発明の目的は前記欠点を除去し、改善された熱負荷性
とくに改善された熱シヨツク安定性を有するバイトチッ
プを開発することである。

問題点を解決するだめの手段： この目的は特許請求の範囲第１項の上位概念によるバイ
トチップにおいて特許請求の範囲第１項記載の特徴によ
って解決される。

作用： 本発明によるバイトチップはとくに炭素含量が１．２％
より低い鉄材料を加工するため高い切削速度で使用する
場合に好適であることが実証され、その際優れた熱負荷
性を示す。短い切削時間、不連続的切削および切込深さ
の不均一な旋削作業の場合も本発明によるバイトチップ
は優れた熱シヨツク安定性を有することが明らかである
。本発明によるバイトチップ組成の場合結合金属の使用
を必要としないので、高い熱負荷性が得られる。高い熱
シヨツク安定性は本発明のバイトチップの主成分として
のチツ化アルミニウムの高い熱伝導性および小さい膨張
係数によるものと説明される。それにも拘らずこのバイ
トチップが１．２％よシ低い炭素含量の鉄材料の加工に
適することは、チツ化アルミニウムが公知バイトチップ
材料の酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび超硬
合金に比して著しく小さい硬度しか有しないので、意外
としなければならない。

本発明の成果は結合金属を使用しないことのほか提案の
組成の非常に高い純度にもより、この場合た°とえば遊
離炭素または不可避的に発生する金属ダストのような不
純物は最大０．６容量チとくに０．１容量チの程度を超
えてはならない。

本発明の他の有利な実施態様は特許請求の範囲第２〜１
６項に記載される。

硬物質の混合物を使用する場合、炭化チタンと２ホウ化
チタンの混合物でこの２つの硬物質をそれぞれ最低８容
量チ、最高１１容量チ、しかし全部で１５〜２２容量チ
の量で使用する混合物がとくに適することが明らかにな
った。チツ化チタンと２ホウ化チタンの硬物質混合物を
使用する場合これら２つの成分をそれぞれ最低８容量チ
、最高１１容量チ、しかし全部で２２容量−以下の量で
使用するのがとくに有利である。

本発明のバイトチップを製造する場合、常圧焼結法もい
わゆる高温プレス法も使用される。

常圧焼結の場合、焼結助剤とくにＡｔ２０３　、　　Ｃ
ａｂ。

５ｉ０２およびＹ２Ｏ３の単独または混合物の使用がと
くに有利なことが実証された。最高品質のバイトチップ
を製造するため、バイトチップは使用原料混合物から計
算した理論密度の少なくとも９５％の密度を有しなけれ
ばならない。本発明のバイトチップを焼結するため常圧
の保護ガス雰囲気とくにチッ素雰囲気の使用が必要であ
る。焼結温度は常圧の場合１６５０〜２０４０℃、焼結
時間０．５〜５時間であり、これに対し高温プレスは少
し低い１４５０〜１７５０°Ｃの温度、０．５〜２時間
の保持時間で実施される。

同様圧縮はガス圧焼結または高温等静圧後プレスによっ
て可能である。

実施例： 次に本発明を例によシ説明する。

例１〜６： 下記の表１に示す値に応じてチツ化アルミニウムおよび
硬物質を攪拌ボールミルで強力に摩砕および混合した。

摩砕媒体としてベンジンを使用した。摩砕体として酸化
アルミニウムのボールを使用し、その際乾燥粉末混合物
に対し２重量％の摩砕ダストが得られた。ベンジンの蒸
発および６３０μｍのふるいによる乾燥粉末混合物のふ
るい分けの後、バイトチップを１５５０℃のグラファイ
ト型、滞留時間１時間およびプレス圧力３８０　ｋｇ／
ａｎ２でチッ素雰囲気中の高温プレスによって製造した
。達成した密度はすべ゛て出発混合物からの計算値の１
００％に相当した。製造したバイトチップ中にチツ化ア
ルミニウムは１．５μｍの粒度で存在し、硬物質は３μ
ｍの粒度を有する。バイトチップのビッカース硬度は１
６５０である。

表１： ＡｔＮ　　　Ｔ　ｉ　ＣＴ　ｉＮ　　　Ｔ　ｉＢ　２　
　硬物質（重量％）（重量％）（重量％）（重量％）（
容量チ）例１：　　７３．４　２４．６　　　　　−　
　２０例２：　　６９．５　　　　２８．５　　　　　
２０例３：　　７４．８　１１．７　　　　　１３．５
　　２０上記表に示す硬物質のほかにバイトチップはな
おチッ化アルミニウムの地および焼結助剤としての酸化
アルミニウムからなる。

このバイトチップに表２に示す値が得られた。

表２二 例１４００±４０　４１０±４５〉９ 例２５４０±６０　３５０±３０〃 例３６９０±６０　３７０±６０〃 ＴｉＣ分１５または２８．５容量チのＡｔＮからなるバ
イトチップの場合、測定されたモース硬度は〉９、Ｈν
値（ビッカース硬度）は１６６０または１４７０であっ
た。

バイトチップを切削速度６００７Ｆｌ／ｍ・１ｎで鋼の
加工に使用し、６分の寿命を達成した。さらにこのバイ
トチップは６００ｍ／ｍｉｎの切削速度で２〜５秒間の
短い切削を実施するために適当なことが明らかになった
。この場合５分の切削時間が達成された。

超硬合金または被覆した超硬合金からなるバイトチップ
による比較実験は高温が発生するこの速度では塑性変形
のため切削不能であった。

公知Ａｔ２０３　／　ＺｒＯ２セラミックのバイトチッ
プによるもう１つの比較実験は前記短時間切削試験で悪
い結果を示した。それはこのバイト材料の熱シヨツク安
定性が明らかに十分高くなかったからである。

切削試験は一様に１つの形状：　５ＮＧＮ　１２０８１
６ＴＯ２０２０のバイトチップおよび鋼ＣＫ４５で実施
した。・ 例４および５： チツ化アルミニウム、焼結助剤および硬物質を例１〜６
と同様下記の表６に従って調製した。

混合摩砕後付加的に常用の有機プレス助剤を５重量−の
濃度で添加した。軸方向プレスによる成形後プレス助剤
をチッ素雰囲気中で加熱除去した。成形体を１７６０℃
の常圧チッ素雰囲気中４．５時間の滞留時間で焼結した
。達成した密度値は粉末混合物から計算した理論値の９
９．５チより高かった。達成した粒度はチツ化アルミニ
ウムで２μｍ１硬物質で６μｍであった。ビッカース硬
度は１６００より高かった。

表６： ＡｔＮ　　ｋｔ２０３　　Ｙ２Ｏ３ＷＣＮｂＣＮｂＢ２
１量チ）（重量％）（重量％）（重量％）（重量％）（
重量％）例４４８７　　　　　４５−− 例５　５７　　　　４．６　　−　　２０．３　１８．
１バイトチツプは 例４　：　ＡｔＮ　７５．９容量チ、Ａｚ、、ｏ３９−
１容量チおよびｗｃ１５容量チ 例５　：　ＡｔＮ　７４容量チ、Ｙ２ｏ３４容量チ、Ｎ
ｂＣおよびＮｂＢ　２からなる硬物質２２容量チからな
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、硬物質としてチタン、タングステンおよびニオブの
   炭化物、チッ化物およびホウ化物ならびに他の成分とし
   て金属酸化物が均一に分布している少なくとも７０容量
   ％のチッ化アルミニウムを含む焼結セラミック材料から
   なる鉄材料を加工するためのバイトチップにおいて、硬
   物質が７〜２９容量％の量、金属酸化物化合物が１〜１
   ５容量％の量で存在し、チッ化アルミニウムとともに少
   なくとも ９９．７容量％を占め、０．３容量％より多い不純物を
   含まないことを特徴とする鉄材料を加工するためのバイ
   トチツプ。 ２、硬物質として炭化チタン、チッ化チタン、２ホウ化
   チタン、炭化タングステン、炭化ニオブ、ホウ化ニオブ
   またはこれら物質の混合物を含む特許請求の範囲第１項
   記載のバイトチップ。 ３、硬物質を１０〜２５容量％の量で含む特許請求の範
   囲第１項または第２項記載のバイトチツプ。 ４、金属酸化物化合物として酸化イットリウム、酸化ア
   ルミニウム、酸化カルシウムおよび２酸化ケイ素を含む
   特許請求の範囲第１項から第３項までのいずれか１項に
   記載のバイトチップ。 ５、金属酸化物化合物を２〜８容量％の量で含む特許請
   求の範囲第１項から第４項までのいずれか１項に記載の
   バイトチップ。 ６、硬物質として１５〜２２容量％の炭化チタンを含む
   特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項に
   記載のバイトチツプ。 ７、硬物質として１５〜２２容量％のチッ化チタンを含
   む特許請求の範囲第１項から第５項までのいずれか１項
   に記載のバイトチツプ。 ８、硬物質として炭化チタンと２ホウ化チタンの混合物
   １５〜２２容量％を含む特許請求の範囲第１項から第５
   項までのいずれか１項に記載のバイトチップ。 ９、チッ化チタンと２ホウ化チタンの混合物１５〜２２
   容量％を含む特許請求の範囲第１項から第５項までのい
   ずれか１項に記載のバイトチップ。 １０、高温プレスした特許請求の範囲第１項から第９項
   までのいずれか１項に記載のバイトチップ。 １１、金属酸化物化合物を少なくとも５容量％の量で含
   む常圧で焼結した特許請求の範囲第１項から第９項まで
   のいずれか１項に記載のバイトチップ。 １２、９より高いモース硬度を有する特許請求の範囲第
   １項から第１１項までのいずれか１項に記載のバイトチ
   ップ。 １３、破断曲げ強度δ＿Ｂが室温で３５０ＭＰａより大
   きく、１２００℃で３００ＭＰａより大きい特許請求の
   範囲第１項から第１２項までのいずれか１項に記載のバ
   イトチップ。