JPS6240319B2 - - Google Patents
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- JPS6240319B2 JPS6240319B2 JP57026961A JP2696182A JPS6240319B2 JP S6240319 B2 JPS6240319 B2 JP S6240319B2 JP 57026961 A JP57026961 A JP 57026961A JP 2696182 A JP2696182 A JP 2696182A JP S6240319 B2 JPS6240319 B2 JP S6240319B2
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Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
Description
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表面
被覆サイアロン基焼結部材に関するものである。 近年、被削材としての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、これら被削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300〜600
ｍ／min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Al2O3で示す）
を主成分として含有するAl2O3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
能とすべく工作機械に改良を加えることによつて
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／min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
ることと相まつ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Si3N4にAl2O3が固溶したものからな
るサイアロンを主成分とし、かつ酸化イツトリウ
ム（以下Y2O3で示す）、酸化マグネシウム（以下
MgOで示す）、酸化けい素（以下SiO2で示す）、
窒化アルミニウム（以下AlNで示す）、酸化ジル
コニウム（以下ZrO2で示す）、および酸化ハフニ
ウム（以下HfO2で示す）のうちの１種または２
種以上からなる結合形成成分を１〜30重量％含有
するサイアロン基焼結材料を、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、このサイアロン基焼結材料は、Feとの
反応性が高いために、特に鋼の高速切削に際して
は、摩耗が激しく、切削工具としては汎用性のき
わめて低いものがある。 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の従来
サイアロン基焼結部材に着目し、これにすぐれた
耐摩耗性を付与すべく研究を行なつた結果、前記
従来サイアロン基焼結材料の基体表面に、Al固
溶の酸窒化けい素（以下（Si、Al）ONで示す）、
およびAl固溶の炭酸窒化けい素（以下（Si、
Al）CONで示す）のうちの１種の単層または２
種の交互複層からなる化学蒸着皮膜を0.5〜10.0
μｍの平均層厚で被覆すると、前記化学蒸着皮膜
は、前記基体表面との密着性が激しく高く、かつ
すぐれた耐摩耗性を有しているので、この結果の
表面被覆サイアロン基焼結部材は、これを鋼およ
び鋳鉄の切削に切削工具として使用した場合、
300ｍ／min以上の高速切削において著しくすぐ
れた切削性能を安定して発揮するようになり、さ
らに必要に応じて上記の化学蒸着皮膜の上に、外
層としてAl2O3の化学蒸着皮膜を0.5〜5.0μｍの
平均層厚で被覆すると、このAl2O3層は前記
（Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONとの付着強
度が高く、しかもAl2O3層は高速切削に際して、
すぐれた耐酸化性および耐摩耗性を示すことか
ら、工具寿命の一段の延命がはかれるようになる
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
のであつて、以下に基体の成分組成、並びに化学
蒸着皮膜の平均層厚を上記の通りに限定した理由
を説明する。 (a) 基体の成分組成 Y2O3、MgO、SiO2、AlN、ZrO2、および
HfO2の結合相形成成分には、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％未満では、前記作用に所望の効果が得
られず、一方30重量％を越えて含有させると、
相対的にサイアロンの含有量が少なくなりすぎ
て基体の耐熱衝撃性お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) （Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONの平均
層厚 上記の通り、これらの成分の化学蒸着皮膜
は、サイアロン基焼結材料の基体表面との結合
力がきわめて強固で、かつすぐれた耐摩耗性を
有するものであるため、前記化学蒸着皮膜によ
つて被覆されたサイアロン基焼結部材は鋳鉄切
削は勿論のこと、鋼の高速切削においてもすぐ
れた耐摩耗性を示すが、その平均層厚が0.5μ
ｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することが
できず、一方10.0μｍを越てて厚くしてもより
一層の耐摩耗性向上効果は得られないことか
ら、その平均層厚を0.5〜10.0μｍと定めた。 (c) Al2O3の平均層厚 上記の通り、Al2O3の化学蒸着皮膜は、上記
の（Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONの化学
蒸着皮膜との結合力が非常に強く、かつ自身も
すぐれた耐酸化性および耐摩耗性を有するもの
であるので、Al2O3皮膜を外層として形成する
ことによつて一層の切削寿命の延命化がはかれ
るようになるが、その平均層厚が0.5μｍ未満
では所望の向上効果が得られず、一方5.0μｍ
を越えて厚くすると、部材自体の靭性が低下す
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サイアロン基焼結
部材における焼結基体は、原材粉末を所定の配合
組成に配合し、混合し、普通焼結あるいはホツト
プレスを適用することによつて製造することがで
き、この場合前記基体は抗折強度：70Kg／mm2以
上、ビツカース硬さ：1600Kg／mm2以上をもつもの
となり、さらに前記基体表面に被覆される化学蒸
着皮膜は、通常の化学蒸着法（望ましくはプラズ
マ化学蒸着法がよい）にしたがい、反応ガスとし
て、塩化シラン、メチル塩化シラン、モノシラ
ン、アンモニア、N2ガス、３塩化アルミニウ
ム、アセチレン、メタン、COガス、CO2ガス、
およびH2Oなど、キヤリヤーガスとしてＨガスを
用い、これら反応ガスを適宜選択組合せて使用す
ることによつて所定組成の１層または２層以上の
ものを形成することができる。 つぎに、この発明の表面被覆サイアロン基焼結
部材を実施例により具体的に説明する。 実施例 原料粉末として、いずれも市板の平均粒径：１
〜２μｍを有するY2O3粉末、MgO粉末、SiO2粉
末、AlN粉末、ZrO2粉末、HfO2粉末、Si3N4粉
末、およびAl2O3粉末を用意し、これら原料粉末
をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合し、
湿式ボールミルにて十分に混合し、乾燥した後、
黒鉛型を用い、温度：1700〜1900℃、圧力：100
〜250Kg／cm2、保持時間：30〜60分の条件でホツ
トプレスすることによつて、実質的に配合組成と
同一の最終成分組成を有するサイアロン基焼結材
料基体を製造し、ついで前記基体に研削を施して
ISO規格SNGN432型の切削チツプとした後、所定
のホーニングを刃先に施し、引続いて公知の化学
蒸着装置を用い、それぞれ第１表に示される材質
および平均層厚の化学蒸着皮膜を形成することに
よつて本発明表面被覆切削チツプ１〜８を製造し
た。なお、上記の表面被覆を施さない切削チツプ
のうちの３種を比較切削チツプ１〜３として用意
した。 ついで、この結果得られた本発明表面被覆切削
チツプ１〜８および比較切削チツプ１〜３につい
て、被削材：SNCM−８（ブリネル硬さ：270）、
切削速度：300ｍ／min、切込み：1.5mm、送り：
0.35mm／rev.の条件での鋼高速連続切削試験、お
よび被削材：FC−５（ブリネル硬さ：150）、切
削速度：350ｍ／min、送り：0.25mm／rev.、切込
み：２mm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が0.3mmに至るまで
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。
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表面
被覆サイアロン基焼結部材に関するものである。 近年、被削材としての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、これら被削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300〜600
ｍ／min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Al2O3で示す）
を主成分として含有するAl2O3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
能とすべく工作機械に改良を加えることによつて
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／min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
ることと相まつ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Si3N4にAl2O3が固溶したものからな
るサイアロンを主成分とし、かつ酸化イツトリウ
ム（以下Y2O3で示す）、酸化マグネシウム（以下
MgOで示す）、酸化けい素（以下SiO2で示す）、
窒化アルミニウム（以下AlNで示す）、酸化ジル
コニウム（以下ZrO2で示す）、および酸化ハフニ
ウム（以下HfO2で示す）のうちの１種または２
種以上からなる結合形成成分を１〜30重量％含有
するサイアロン基焼結材料を、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、このサイアロン基焼結材料は、Feとの
反応性が高いために、特に鋼の高速切削に際して
は、摩耗が激しく、切削工具としては汎用性のき
わめて低いものがある。 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の従来
サイアロン基焼結部材に着目し、これにすぐれた
耐摩耗性を付与すべく研究を行なつた結果、前記
従来サイアロン基焼結材料の基体表面に、Al固
溶の酸窒化けい素（以下（Si、Al）ONで示す）、
およびAl固溶の炭酸窒化けい素（以下（Si、
Al）CONで示す）のうちの１種の単層または２
種の交互複層からなる化学蒸着皮膜を0.5〜10.0
μｍの平均層厚で被覆すると、前記化学蒸着皮膜
は、前記基体表面との密着性が激しく高く、かつ
すぐれた耐摩耗性を有しているので、この結果の
表面被覆サイアロン基焼結部材は、これを鋼およ
び鋳鉄の切削に切削工具として使用した場合、
300ｍ／min以上の高速切削において著しくすぐ
れた切削性能を安定して発揮するようになり、さ
らに必要に応じて上記の化学蒸着皮膜の上に、外
層としてAl2O3の化学蒸着皮膜を0.5〜5.0μｍの
平均層厚で被覆すると、このAl2O3層は前記
（Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONとの付着強
度が高く、しかもAl2O3層は高速切削に際して、
すぐれた耐酸化性および耐摩耗性を示すことか
ら、工具寿命の一段の延命がはかれるようになる
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
のであつて、以下に基体の成分組成、並びに化学
蒸着皮膜の平均層厚を上記の通りに限定した理由
を説明する。 (a) 基体の成分組成 Y2O3、MgO、SiO2、AlN、ZrO2、および
HfO2の結合相形成成分には、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％未満では、前記作用に所望の効果が得
られず、一方30重量％を越えて含有させると、
相対的にサイアロンの含有量が少なくなりすぎ
て基体の耐熱衝撃性お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) （Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONの平均
層厚 上記の通り、これらの成分の化学蒸着皮膜
は、サイアロン基焼結材料の基体表面との結合
力がきわめて強固で、かつすぐれた耐摩耗性を
有するものであるため、前記化学蒸着皮膜によ
つて被覆されたサイアロン基焼結部材は鋳鉄切
削は勿論のこと、鋼の高速切削においてもすぐ
れた耐摩耗性を示すが、その平均層厚が0.5μ
ｍ未満では、所望の耐摩耗性を確保することが
できず、一方10.0μｍを越てて厚くしてもより
一層の耐摩耗性向上効果は得られないことか
ら、その平均層厚を0.5〜10.0μｍと定めた。 (c) Al2O3の平均層厚 上記の通り、Al2O3の化学蒸着皮膜は、上記
の（Si、Al）ONおよび（Si、Al）CONの化学
蒸着皮膜との結合力が非常に強く、かつ自身も
すぐれた耐酸化性および耐摩耗性を有するもの
であるので、Al2O3皮膜を外層として形成する
ことによつて一層の切削寿命の延命化がはかれ
るようになるが、その平均層厚が0.5μｍ未満
では所望の向上効果が得られず、一方5.0μｍ
を越えて厚くすると、部材自体の靭性が低下す
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サイアロン基焼結
部材における焼結基体は、原材粉末を所定の配合
組成に配合し、混合し、普通焼結あるいはホツト
プレスを適用することによつて製造することがで
き、この場合前記基体は抗折強度：70Kg／mm2以
上、ビツカース硬さ：1600Kg／mm2以上をもつもの
となり、さらに前記基体表面に被覆される化学蒸
着皮膜は、通常の化学蒸着法（望ましくはプラズ
マ化学蒸着法がよい）にしたがい、反応ガスとし
て、塩化シラン、メチル塩化シラン、モノシラ
ン、アンモニア、N2ガス、３塩化アルミニウ
ム、アセチレン、メタン、COガス、CO2ガス、
およびH2Oなど、キヤリヤーガスとしてＨガスを
用い、これら反応ガスを適宜選択組合せて使用す
ることによつて所定組成の１層または２層以上の
ものを形成することができる。 つぎに、この発明の表面被覆サイアロン基焼結
部材を実施例により具体的に説明する。 実施例 原料粉末として、いずれも市板の平均粒径：１
〜２μｍを有するY2O3粉末、MgO粉末、SiO2粉
末、AlN粉末、ZrO2粉末、HfO2粉末、Si3N4粉
末、およびAl2O3粉末を用意し、これら原料粉末
をそれぞれ第１表に示される配合組成に配合し、
湿式ボールミルにて十分に混合し、乾燥した後、
黒鉛型を用い、温度：1700〜1900℃、圧力：100
〜250Kg／cm2、保持時間：30〜60分の条件でホツ
トプレスすることによつて、実質的に配合組成と
同一の最終成分組成を有するサイアロン基焼結材
料基体を製造し、ついで前記基体に研削を施して
ISO規格SNGN432型の切削チツプとした後、所定
のホーニングを刃先に施し、引続いて公知の化学
蒸着装置を用い、それぞれ第１表に示される材質
および平均層厚の化学蒸着皮膜を形成することに
よつて本発明表面被覆切削チツプ１〜８を製造し
た。なお、上記の表面被覆を施さない切削チツプ
のうちの３種を比較切削チツプ１〜３として用意
した。 ついで、この結果得られた本発明表面被覆切削
チツプ１〜８および比較切削チツプ１〜３につい
て、被削材：SNCM−８（ブリネル硬さ：270）、
切削速度：300ｍ／min、切込み：1.5mm、送り：
0.35mm／rev.の条件での鋼高速連続切削試験、お
よび被削材：FC−５（ブリネル硬さ：150）、切
削速度：350ｍ／min、送り：0.25mm／rev.、切込
み：２mm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が0.3mmに至るまで
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。
【表】
【表】
第１表に示される結果から明らかなように、本
発明表面被覆切削チツプ１〜８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、化学蒸着
皮膜の形成がないために耐摩耗性の劣つたものに
なつている比較切削チツプ１〜３においては、相
対的に短かい切削寿命しか示さないのである。 上述のように、この発明の表面被覆サイアロン
基焼結部材によれば、その基体によつてすぐれた
耐熱衝撃性と高温強度が確保され、かつ前記基体
表面との結合力および外層としてのAl2O3皮膜と
の結合力が著しく強固（Si、Al）ONおよび
（Si、Al）CON皮膜並びに前記Al2O3皮膜によつ
てすぐれた耐摩耗性が確保されるので、これをこ
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れば、きわめてすぐれた
切削性能を長期に亘つて安定して発揮するように
なるなどの工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
発明表面被覆切削チツプ１〜８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、化学蒸着
皮膜の形成がないために耐摩耗性の劣つたものに
なつている比較切削チツプ１〜３においては、相
対的に短かい切削寿命しか示さないのである。 上述のように、この発明の表面被覆サイアロン
基焼結部材によれば、その基体によつてすぐれた
耐熱衝撃性と高温強度が確保され、かつ前記基体
表面との結合力および外層としてのAl2O3皮膜と
の結合力が著しく強固（Si、Al）ONおよび
（Si、Al）CON皮膜並びに前記Al2O3皮膜によつ
てすぐれた耐摩耗性が確保されるので、これをこ
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れば、きわめてすぐれた
切削性能を長期に亘つて安定して発揮するように
なるなどの工業上有用な効果がもたらされるので
ある。
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：１〜30重量％を含有し、残りがサイアロンと
不可避不純物からなる組成を有するサイアロン基
焼結基体の表面に、Al固溶の酸窒化けい素およ
びAl固溶の炭酸窒化けい素のうちの１種の単層
または２種の交互複層からなる化学蒸着皮膜を
0.5〜10.0μｍの平均層厚で被覆してなる高速切
削工具用表面被覆サイアロン基焼結部材。 ２ 上記特許請求の範囲第１項記載の表面被覆サ
イアロン基焼結部材において、上記化学蒸着皮膜
の上に、さらに外層として酸化アルミニウムから
なる化学蒸着皮膜を0.5〜5.0μｍの平均層厚で被
覆してなる高速切削工具用表面被覆サイアロン基
焼結部材。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2696182A JPS58145676A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | 高速切削工具用表面被覆サイアロン基焼結部材 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2696182A JPS58145676A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | 高速切削工具用表面被覆サイアロン基焼結部材 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58145676A JPS58145676A (ja) | 1983-08-30 |
| JPS6240319B2 true JPS6240319B2 (ja) | 1987-08-27 |
Family
ID=12207747
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2696182A Granted JPS58145676A (ja) | 1982-02-22 | 1982-02-22 | 高速切削工具用表面被覆サイアロン基焼結部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58145676A (ja) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4892848A (en) * | 1985-07-30 | 1990-01-09 | Kyocera Corporation | Silicon nitride sintered body and process for preparation thereof |
| JPS62153169A (ja) * | 1985-12-25 | 1987-07-08 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素セラミツクス焼結体 |
| JPS62162683A (ja) * | 1986-01-14 | 1987-07-18 | 住友電気工業株式会社 | 被覆窒化硅素部品 |
| JPH0699197B2 (ja) * | 1986-08-01 | 1994-12-07 | 住友電気工業株式会社 | 被覆セラミツクス工具の製造法 |
| US4880755A (en) * | 1987-05-19 | 1989-11-14 | Kennametal Inc. | Sialon cutting tool composition |
| WO1988009315A1 (en) * | 1987-05-19 | 1988-12-01 | Kennametal Inc. | Sialon cutting tool composition |
| US4913936A (en) * | 1987-05-19 | 1990-04-03 | Kennametal Inc. | Method of surface alloying sialon articles |
| CN116874312B (zh) * | 2023-07-06 | 2024-09-17 | 东北大学 | 一种具有自包覆结构的刚玉结合塞隆多孔陶瓷的制备方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155080A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
| JPS5716162A (en) * | 1980-07-02 | 1982-01-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Coated cutting tool |
-
1982
- 1982-02-22 JP JP2696182A patent/JPS58145676A/ja active Granted
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56155080A (en) * | 1980-04-30 | 1981-12-01 | Sumitomo Electric Industries | Coated cutting tool |
| JPS5716162A (en) * | 1980-07-02 | 1982-01-27 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Coated cutting tool |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58145676A (ja) | 1983-08-30 |
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