JPS6251228B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6251228B2
JPS6251228B2 JP58081073A JP8107383A JPS6251228B2 JP S6251228 B2 JPS6251228 B2 JP S6251228B2 JP 58081073 A JP58081073 A JP 58081073A JP 8107383 A JP8107383 A JP 8107383A JP S6251228 B2 JPS6251228 B2 JP S6251228B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
solid solution
composite carbonitride
carbonitride solid
powder
ceramics
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.)
Expired
Application number
JP58081073A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS59232968A (en
Inventor
Hironori Yoshimura
Naohisa Ito
Kenichi Nishigaki
Katsuaki Anzai
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 JP58081073A priority Critical patent/JPS59232968A/en
Publication of JPS59232968A publication Critical patent/JPS59232968A/en
Publication of JPS6251228B2 publication Critical patent/JPS6251228B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

この発明は、高硬度および高靭性を有し、特に
これらの特性が要求される鋼や鋳鉄などの高速切
削などに切削工具として用いた場合にすぐれた切
削性能を発揮する複合炭窒化物固溶体系セラミツ
クス、およびその製造法に関するものである。 一般に、切削工具の分野では、近年生産性向上
のために速い切削速度での切削加工が要望される
傾向にあるが、例えば炭化タングステン基超硬合
金や、炭化チタン基サーメツトなどの硬質焼結材
料は、すぐれた靭性をもつものの、耐摩耗性が十
分でないために、高速切削などの苛酷な条件下で
の使用に際しては、満足する切削寿命を示さない
ものである。 そこで、高硬度、すなわち十分な耐摩耗性を有
する酸化アルミニウムを主体としたセラミツクス
焼結材料を、上記の分野で使用する試みもなされ
ているが、これらの酸化物系セラミツクスは反対
に靭性に劣るものであるために、その用途が限ら
れてしまうものである。 また、最近、切削工具用材料として、窒化けい
素基セラミツクス焼結材料が注目されている。し
かし、この材料の場合、窒化けい素が共有結合性
の強い化合物であることから、焼結が難しく、こ
のため、その製造に際してはホツトプレス法を用
いることが多い。しかし、ホツトプレス法を用い
た場合、緻密な焼結材料が得られるものの、複雑
な形状の焼結材料は製造不可能であり、かつ生産
性の低いものとなる。 さらに、窒化けい素よりも焼結性が高く、かつ
耐熱衝撃性および耐酸化性などにもすぐれた、β
−Si3N4格子のSiの一部をAlで、Nの一部をOで
置換した化合物、すなわち組成式: Si6-zAlzOzN8-z(ただし0<z≦4.3)、 で表わされるβ−サイアロンを主成分とするサイ
アロン基セラミツクス焼結材料を、切削工具とし
て用いる試みもなされているが、このサイアロン
基セラミツクス焼結材料を鋼および鋳鉄などの高
速切削に用いると、構成成分のSiと被削材中の
Feとの反応性が高ために、切刃における逃げ面
摩耗およびすくい面摩耗とも著しく発達してしま
い、十分満足する耐摩耗性(切削寿命)を示さな
いのが現状である。 しかして、本発明者等は、上述のような観点か
ら、ホツトプレス法などによらずに、通常の焼結
条件で、高強度と高靭性を兼ね備え、特にこれら
の特性が要求される鋼や鋳鉄などの高速切削など
に切削工具として用いた場合にすぐれた切削性能
を発揮する材料を製造すべく研究を行なつた結
果、 TiとWの複合炭窒化物固溶体{以下、(Ti、
W)CNで示す}粉末、 Tiと、Wと、Tiの10〜40原子%の範囲で置
換含有するZr、Hf、V、Nb、およびTaのうち
の1種または2種以上との複合炭窒化物固溶体
{以下、(M1、Ti、W)CNで示す、したがつて
M1はTiの10〜40原子%の範囲で置換含有する
Zr、Hf、V、Nb、およびTaのうちの1種また
は2種以上を示す}粉末、 Tiと、Wと、Wの10〜30原子%の範囲で置
換含有するCrおよびMoのうちの1種または2
種との複合炭窒化物固溶体{以下、(Ti、M2
W)CNで示す、したがつてM2はWの10〜30原
子%の範囲で置換含有するCrおよびMoのうち
の1種または2種を示す}粉末、 M1と、Tiと、M2と、Wとの複合炭窒化物固
溶体{以下、(M1、Ti、M2、W)CNで示す}
粉末、 以上〜のうちのいずれか1種からなる単一
相のTiとWを主成分とする複合炭窒化物固溶体
粉末に、MgおよびCaの酸化物(以下、MgOおよ
びCaOで示す)粉末のうちの1種または2種:
0.5〜10重量%と、Al、Y、およびZrの酸化物
(以下、Al2O3、Y2O3、およびZrO2で示す)粉末
のうちの1種または2種以上:1〜10重量%とを
配合してなる混合粉末よりプレス成形した圧粉体
を、非酸化性雰囲気中、1700〜2100℃の範囲内の
温度で焼結すると、焼結時に、前記のMgOおよ
びCaOの粉末の大半が分解し、この分解生成O2
と、前記複合炭窒化物固溶体粉末の表面部の炭素
(C)が反応し、前記複合炭窒化物固溶体粉末の
表面部におけるCは減少するが、同時に前記複合
炭窒化物固溶体粉末の内部から、これの構成成分
であるWとC成分とが優先的に表面部に拡散する
ようになり、この結果前記複合炭窒化物固溶体粉
末は、内部がWとC成分の拡散減少によりTiと
N成分に富み、一方表面部が内部から拡散したW
とC成分とによつて内部に比して相対的にWとC
成分に富んだ有芯2相構造組織をもつようにな
り、このような有芯2相構造組織を有する複合炭
窒化物固溶体のW成分に富んだ表面部によつて焼
結が著しく促進されるようになると共に、上記の
ように大半は焼結中に分解・反応してしまうが、
残存した0.01〜1重量%(以下%は重量%を示
す)のMgOおよびCaOが前記複合炭窒化物固溶
体、並びにAl2O3、Y2O3、およびZrO2の粒成長を
抑制することから、得られたセラミツクスは、緻
密で高強度をもつたものになり、さらに上記のよ
うに複合炭窒化物固溶体が有芯2相構造組織をも
つようになることから、高硬度と高靭性、すなわ
ちすぐれた耐摩耗性と高抗折力をもつたものにな
り、かつ微細均一に分散したAl2O3、Y2O3、およ
びZrO2によつて、一段とすぐれた耐酸化性およ
び耐摩耗性をもつ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、 (1) MgOおよびCaOのうちの1種または2種:
0.01〜1%、 Al2O3、Y2O3、およびZrO2のうちの1種また
は2種以上:1〜10%、 を含有し、残りが、 (Ti、W)CN、 (M1、Ti、W)CN、 (Ti、M2、W)CN、 (M1、Ti、M2、W)CN、 以上〜のうちのいずれか1種からなる
TiとWを主成分とする複合炭窒化物固溶体と
不可避不純物からなる組成を有し、かつ前記複
合炭窒化物固溶体が有芯2相構造組織を有する
切削工具用複合炭窒化物固溶体系セラミツク
ス。並びに、 (2) (Ti、W)CN粉末、 (M1、Ti、W)CN粉末、 (Ti、M2、W)CN粉末、 (M1、Ti、M2、W)CN粉末、 以上〜のうちのいずれか1種からなる単
一相のTiとWを主成分とする複合炭窒化物固
溶体粉末に、MgO粉末およびCaO粉末のうち
の1種または2種:0.5〜10%と、Al2O3粉末、
Y2O3粉末、およびZrO2粉末のうちの1種また
は2種以上:1〜10%を配合してなる混合粉末
よりプレス成形した圧粉体を、非酸化性雰囲気
中、1700〜2100℃の範囲内の温度で焼結するこ
とによつて、上記(1)に示す組成および組織を有
する切削工具用複合炭窒化物固溶体系セラミツ
クスを製造する方法。 に特徴を有するものである。 つぎに、この発明のセラミツクスおよびその製
造法において、MgOおよびCaO、並びにAl2O3
Y2O3、およびZrO2の配合量および含有量、さら
に焼結温度を上記の通りに定めた理由を説明す
る。 (a) MgOおよびCaOの配合量および含有量 これらの成分は、上記のように焼結時に、そ
の大半が分解し、分解生成O2が複合炭窒化物
固溶体粉末と反応して有芯2相構造組織を形成
し、もつて焼結性を促進し、かつそのわずかな
量がセラミツクス中に残存して複合炭窒化物固
溶体相、並びに、Al2O3、Y2O3、およびZrO2
らなる酸化物相の粒成長を抑制し、もつてセラ
ミツクスを緻密化し、かつ強化する作用をもつ
が、その配合量が0.5%未満では所望の焼結性
改善効果が得られないばかりでなく、セラミツ
クス中に残存する量が0.01%未満となつてしま
つて所望の粒成長抑制効果が得られず、一方、
その配合量が10%を越えると、セラミツクス中
の残存量が1%を越えて高くなつてしまい、セ
ラミツクス中に多量の巣が発生し、靭性および
耐欠損性の劣化が著しくなることから、その配
合量を0.5〜10%、含有量を0.01〜1%と定め
た。 (b) Al2O3、Y2O3、およびZrO2配合量および含有
量 これらの成分には、微細均一に分散してセラ
ミツクスの耐酸化性および耐摩耗性を一段と向
上させる作用があるが、その配合量、すなわち
含有量が1%未満では前記作用に所望の改善効
果がみられず、一方10%を越えた配合量、すな
わち含有量になると、セラミツクスの靭性およ
び耐欠損性が低下するようになることから、こ
の配合量、すなわち含有量を1〜10%と定め
た。 (c) 焼結温度 その温度が1700℃未満では、MgOおよび
CaOの分解が十分行なわれず、したがつて焼結
性の改善を期待することはできず、しかも
MgOおよびCaOの多くがセラミツクス中に残
存するようになつてセラミツクスの靭性および
耐欠損性が低下するようになり、一方、その温
度が2100℃を越えると、Al2O3、Y2O3、および
ZrO2もMgOおよびCaOと同様に分解してしま
うことから、セラミツクスの耐酸化性および耐
摩耗性の一段の向上効果が期待できなくなるば
かりでなく、靭性および耐欠損性も低下するよ
うになることから、焼結温度を1700〜2100℃と
定めた。 なお、この発明の複合炭窒化物固溶体、すなわ
ち(M1Ti、W)CN、(Ti、M2、W)CN、および
(M1、Ti、M2、W)CNに関して、M1は(Ti、
W)CNにおけるTiの一部を10〜40原子%の範囲
内で置換した形で含有するのが望ましく、この場
合M1がZrおよびHfであれば、セラミツクスの耐
摩耗性が一段と向上するようになり、またM1
V、Nb、およびTaであれば、靭性および耐欠損
性が一層向上し、さらにM2は同じく(Ti、W)
CNにおけるWの一部を10〜30原子%の範囲内で
CrおよびMoで置換した形で含有するのが望まし
く、これによつて焼結性が一段と向上するように
なるのである。 つぎに、この発明のセラミツクスおよびその製
造法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、それぞれ第1表に示される組
成式(括弧内数字は原子比を示す)をもち、かつ
いずれも平均粒径が1μmにして単一相の各種の
複合炭窒化物固溶体粉末、平均粒径:0.5μmの
Al2O3粉末、同0.6μmのY2O3粉末、同0.5μmの
ZrO2粉末、同0.4μmのMgO粉末、および同0.5μ
mのCaO粉末を用意し、これら原料粉末を同じく
第1表に示される配合組成に配合し、ボールミル
にて72時間湿式粉砕混合し、乾燥した後、15Kg/
mm2の圧力にて圧粉体にプレス成形し、ついでこの
圧粉体を同じく第1表に示される条件にて焼結す
ることによつて同じく第1表に示される成分組成
をもつた本発明セラミツクス1〜33および比較セ
ラミツクス1〜6をそれぞれ製造した。 なお、比較セラミツクス1〜6は、いずれも配
合組成(最終成分組成)および焼結温度のうちの
いずれかの条件(第1表に※印を付したもの)が
この発明の範囲から外れた条件で製造されるもの
である。 ついで、この結果得られた本発明セラミツクス
1〜33および比較セラミツクス1〜6について、
耐摩耗性を評価する目的でビツカース硬さを、ま
た靭性を評価する目的で抗折力を測定し、さらに
ASTM規格に則したポア発生状態、並びに金属
顕微鏡組織を観察した。 これらの結果を第2表に示した。 第2表に示される結果から、本発明セラミツク
ス1〜33は、いずれも高硬度および高靭性を有す
ると共に、緻密な有芯2相構造組織を有するのに
対して、比較セラミツクス1〜6に見られるよう
に、配合組成(成分組成)および焼結温度のうち
のいずれかでもこの発明の範囲から外れると、硬
さおよび靭性の劣つたものになり、しかもポア発
生の多いものとなることが明らかである。なお、
比較セラミツクス3は、本発明セラミツクス1〜
33と同様に複合炭窒化物固溶体が有芯2相構造組
織をもつものであつたが比較セラミツクス1、
2、4、5、および6は、いずれも複合炭窒化物
固溶体が1相組織をもつものであつた。 また、上記本発明セラミツクス1〜33および比
較セラミツクス1〜6について、 チツプ形状:SNP432(ホーニング:0.2×25
゜)、 被削剤:SNCM−8(硬さ:HB240)の丸棒、 切削速度:400m/min 送り:0.2mm/rev.、 切込み:1.5mm、 切削時間:10min、 の条件での鋼連続高速切削試験、および
This invention provides a composite carbonitride solid solution system that has high hardness and toughness and exhibits excellent cutting performance when used as a cutting tool for high-speed cutting of steel, cast iron, etc., which particularly require these properties. This article relates to ceramics and their manufacturing methods. In general, in the field of cutting tools, there has been a trend in recent years to require cutting at high cutting speeds to improve productivity. Although it has excellent toughness, it does not have sufficient wear resistance, so it does not show a satisfactory cutting life when used under severe conditions such as high-speed cutting. Therefore, attempts have been made to use ceramic sintered materials mainly made of aluminum oxide, which have high hardness, that is, sufficient wear resistance, in the above fields, but these oxide-based ceramics, on the other hand, have poor toughness. Because it is a product, its uses are limited. Furthermore, silicon nitride-based ceramic sintered materials have recently attracted attention as materials for cutting tools. However, this material is difficult to sinter because silicon nitride is a compound with strong covalent bonds, and for this reason hot pressing is often used for its manufacture. However, when hot pressing is used, although a dense sintered material can be obtained, it is impossible to produce a sintered material with a complicated shape, and productivity is low. In addition, β
-Si 3 N 4 A compound in which part of the Si in the lattice is replaced with Al and part of the N is replaced with O, i.e. compositional formula: Si 6-z Al z O z N 8-z (0<z≦4.3) Attempts have also been made to use a sialon-based ceramic sintered material mainly composed of β-SiAlON represented by , as a cutting tool; Constituent Si and work material
Due to its high reactivity with Fe, flank wear and rake face wear on the cutting edge develop significantly, and the current situation is that it does not exhibit sufficiently satisfactory wear resistance (cutting life). Therefore, from the above-mentioned viewpoint, the present inventors have found that steel and cast iron, which have both high strength and high toughness, can be produced under normal sintering conditions without using the hot pressing method or the like, and which particularly require these characteristics. As a result of research to produce a material that exhibits excellent cutting performance when used as a cutting tool for high-speed cutting such as
W) Powder denoted by CN; Composite carbon of Ti, W, and one or more of Zr, Hf, V, Nb, and Ta substituted in a range of 10 to 40 atom % of Ti. Nitride solid solution {hereinafter referred to as (M 1 , Ti, W)CN, therefore
M 1 contains substituted Ti in the range of 10 to 40 atom%
Powder containing one or more of Zr, Hf, V, Nb, and Ta; Ti, W, and one of Cr and Mo containing W by substitution in the range of 10 to 30 atom %; species or two
Composite carbonitride solid solution with species {hereinafter, (Ti, M 2 ,
W) CN, therefore M 2 represents one or two of Cr and Mo substituted in the range of 10 to 30 atom % of W} powder, M 1 , Ti, M 2 and a composite carbonitride solid solution with W {hereinafter referred to as (M 1 , Ti, M 2 , W)CN}
Powder, a single-phase composite carbonitride solid solution powder consisting of any one of the above ~ mainly composed of Ti and W, and Mg and Ca oxide (hereinafter referred to as MgO and CaO) powder. One or two of these:
0.5 to 10% by weight and one or more of Al, Y, and Zr oxide (hereinafter referred to as Al2O3 , Y2O3 , and ZrO2 ) powders: 1 to 10 % by weight When a green compact press-molded from a mixed powder containing Most of it decomposes, and this decomposition produces O 2
Then, carbon (C) on the surface of the composite carbonitride solid solution powder reacts, and C on the surface of the composite carbonitride solid solution powder decreases, but at the same time, from inside the composite carbonitride solid solution powder, The W and C components, which are the constituent components of this, diffuse preferentially to the surface, and as a result, the interior of the composite carbonitride solid solution powder becomes Ti and N components due to the reduced diffusion of the W and C components. rich, while the surface part has W diffused from the inside.
and C component, W and C relatively compared to the inside.
The composite carbonitride solid solution has a cored two-phase structure rich in components, and sintering is significantly promoted by the surface portion rich in W components of the composite carbonitride solid solution having such a cored two-phase structure. However, as mentioned above, most of it decomposes and reacts during sintering.
The remaining 0.01 to 1% by weight (hereinafter % indicates weight%) of MgO and CaO suppresses the grain growth of the composite carbonitride solid solution, as well as Al2O3 , Y2O3 , and ZrO2. The obtained ceramics are dense and have high strength, and as mentioned above, the composite carbonitride solid solution has a cored two-phase structure, so it has high hardness and high toughness. It has excellent wear resistance and high transverse rupture strength, and even better oxidation and wear resistance due to finely and uniformly dispersed Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , and ZrO 2 We have obtained the knowledge that it becomes possible to have . This invention was made based on the above findings, and includes: (1) one or two of MgO and CaO:
0.01 to 1%, one or more of Al2O3, Y2O3 , and ZrO2 : 1 to 10%, and the remainder is (Ti, W)CN, ( M1 , Ti, W) CN, (Ti, M 2 , W) CN, (M 1 , Ti, M 2 , W) CN, consisting of any one of the above ~
A composite carbonitride solid solution ceramic for a cutting tool, which has a composition consisting of a composite carbonitride solid solution containing Ti and W as main components and inevitable impurities, and wherein the composite carbonitride solid solution has a cored two-phase structure. and (2) (Ti, W) CN powder, (M 1 , Ti, W) CN powder, (Ti, M 2 , W) CN powder, (M 1 , Ti, M 2 , W) CN powder, and above. 0.5 to 10% of one or two of MgO powder and CaO powder to a single-phase composite carbonitride solid solution powder mainly composed of Ti and W consisting of any one of ~; Al2O3 powder ,
A green compact is press-molded from a mixed powder containing 1 to 10% of one or more of Y 2 O 3 powder and ZrO 2 powder at 1700 to 2100°C in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing composite carbonitride solid solution ceramics for cutting tools having the composition and structure shown in (1) above by sintering at a temperature within the range of . It has the following characteristics. Next, in the ceramics and the manufacturing method thereof of the present invention, MgO and CaO, and Al 2 O 3 ,
The reason why the blending amount and content of Y 2 O 3 and ZrO 2 and the sintering temperature were determined as above will be explained. (a) Blending amount and content of MgO and CaO Most of these components decompose during sintering as described above, and the decomposed O 2 reacts with the composite carbonitride solid solution powder to form a cored two-phase It forms a structural structure and promotes sinterability, and a small amount remains in the ceramics to form a complex carbonitride solid solution phase, as well as from Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , and ZrO 2 . It has the effect of suppressing grain growth of the oxide phase, thereby making ceramics denser and stronger, but if the amount is less than 0.5%, not only will the desired sinterability improvement effect not be obtained, but the ceramics The amount remaining in the grain is less than 0.01%, and the desired grain growth suppressing effect cannot be obtained.
If the blending amount exceeds 10%, the residual amount in the ceramic will exceed 1%, and a large number of cavities will occur in the ceramic, resulting in significant deterioration of toughness and fracture resistance. The blending amount was determined to be 0.5-10%, and the content was determined to be 0.01-1%. (b) Blend amount and content of Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , and ZrO 2 These components have the effect of further improving the oxidation resistance and wear resistance of ceramics by dispersing them finely and uniformly. If the blending amount, i.e., the content, is less than 1%, the desired improvement effect on the above action will not be seen, while if the blending amount, i.e., the content, exceeds 10%, the toughness and fracture resistance of the ceramics will decrease. Therefore, the blending amount, that is, the content, was determined to be 1 to 10%. (c) Sintering temperature If the temperature is less than 1700℃, MgO and
CaO is not sufficiently decomposed, and therefore no improvement in sinterability can be expected.
Most of MgO and CaO remain in the ceramics, reducing the toughness and fracture resistance of the ceramics. On the other hand, when the temperature exceeds 2100°C, Al 2 O 3 , Y 2 O 3 , and
Since ZrO 2 also decomposes in the same way as MgO and CaO, not only can further improvements in the oxidation resistance and wear resistance of ceramics be no longer expected, but also the toughness and fracture resistance will decrease. Therefore, the sintering temperature was determined to be 1700-2100℃. Regarding the composite carbonitride solid solution of this invention, that is, (M 1 Ti, W)CN, (Ti, M 2 , W)CN, and (M 1 ,Ti, M 2 ,W)CN, M 1 is ( Ti,
W) It is desirable to contain a part of Ti in CN in a substituted form within the range of 10 to 40 atomic %. In this case, if M 1 is Zr or Hf, the wear resistance of the ceramics will be further improved. , and if M 1 is V, Nb, and Ta, the toughness and fracture resistance are further improved, and M 2 is the same (Ti, W).
Part of W in CN is within the range of 10 to 30 atomic%
It is desirable to contain it in the form of substitution with Cr and Mo, which further improves sinterability. Next, the ceramics of the present invention and the method for producing the same will be specifically explained using examples. Examples As raw material powders, various single-phase composite carbonitride solid solution powders each having the compositional formula shown in Table 1 (the numbers in parentheses indicate the atomic ratio) and each having an average particle size of 1 μm were used. , average particle size: 0.5μm
Al 2 O 3 powder, 0.6 μm Y 2 O 3 powder, 0.5 μm
ZrO 2 powder, 0.4μm MgO powder, and 0.5μm
m of CaO powder was prepared, these raw material powders were blended into the composition shown in Table 1, wet pulverized and mixed in a ball mill for 72 hours, and after drying, 15 kg/m of CaO powder was prepared.
By press-forming into a compact at a pressure of mm 2 and then sintering this compact under the conditions also shown in Table 1, a book having the composition shown in Table 1 is produced. Invention ceramics 1-33 and comparative ceramics 1-6 were produced, respectively. In addition, Comparative Ceramics 1 to 6 all have conditions in which either the compounding composition (final component composition) or the sintering temperature (those marked with * in Table 1) are outside the scope of this invention. It is manufactured by. Next, regarding the resulting ceramics 1 to 33 of the present invention and comparative ceramics 1 to 6,
We measured Bitkers hardness for the purpose of evaluating wear resistance and transverse rupture strength for the purpose of evaluating toughness.
The state of pore generation and metallurgical microstructure were observed in accordance with ASTM standards. These results are shown in Table 2. From the results shown in Table 2, ceramics 1 to 33 of the present invention all have high hardness and toughness, as well as a dense cored two-phase structure, whereas comparative ceramics 1 to 6 have As can be seen, it is clear that if either the blending composition (component composition) or the sintering temperature is outside the range of the present invention, the hardness and toughness will be poor, and moreover, more pores will occur. It is. In addition,
Comparative ceramics 3 are ceramics 1 to 1 of the present invention.
Similar to 33, the composite carbonitride solid solution had a cored two-phase structure, but Comparative Ceramics 1,
In all of Nos. 2, 4, 5, and 6, the composite carbonitride solid solution had a one-phase structure. In addition, regarding the ceramics 1 to 33 of the present invention and comparative ceramics 1 to 6, chip shape: SNP432 (honing: 0.2×25
゜), Work material: SNCM-8 (hardness: H B 240) round bar, Cutting speed: 400m/min Feed: 0.2mm/rev., Depth of cut: 1.5mm, Cutting time: 10min, under the following conditions. Steel continuous high speed cutting test, and

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】【table】

【表】 チツプ形状:SNP432(ホーニング:0.1×25
゜)、 被削剤:FC25(硬さ:HB150)の角材、 切削速度:500m/min 送り:0.25mm/rev.、 切込み:3mm、 切削時間:10min、 の条件での鋳鉄断続高速切削試験を行ない、前者
の切削試験では耐摩耗性を評価する目的で切刃の
逃げ面摩耗幅を測定し、また後者の切削試験では
靭性および耐欠損性を評価する目的で10個の切刃
について試験を行ない、欠損発生切刃数(欠損切
刃数/試験切刃数)をチエツクした。これらの結
果を第2表に示した。また、第2表には、比較の
目的で市販のAl2O3−30%TiCセラミツクス(従
来セラミツクス1という)およびSi3N4−10%
Al2O3−5%AlNセラミツクス(従来セラミツク
ス2という)の同一条件による切削試験結果も示
した。 第2表に示される結果から、本発明セラミツク
ス1〜33は高硬度および高靭性を有するので、硬
さおよび靭性の劣る比較セラミツクス1〜6およ
び特に靭性の劣る市販セラミツクスに比して、き
わめてすぐれた耐摩耗性および耐欠損性を示すこ
とが明らかである。 上述のように、この発明の方法によれば、高硬
度および高靭性を有し、かつ緻密な組織を有する
複合炭窒化物固溶体系セラミツクスをホツトプレ
スなどの方法を用いることなく製造することがで
き、しかもこの結果の複合炭窒化物固溶体系セラ
ミツクスを鋼および鋳鉄などの高速切削などに切
削工具として用いた場合には著しく長期に亘つて
すぐれた切削性能を発揮するなど工業上有用な効
果が得られるのである。
[Table] Chip shape: SNP432 (honing: 0.1×25
゜), Work material: FC25 (hardness: H B 150) square material, Cutting speed: 500m/min Feed: 0.25mm/rev., Depth of cut: 3mm, Cutting time: 10min, Intermittent high-speed cutting of cast iron under the following conditions. In the former cutting test, the flank wear width of the cutting edge was measured for the purpose of evaluating wear resistance, and in the latter cutting test, 10 cutting edges were measured for the purpose of evaluating toughness and fracture resistance. A test was conducted to check the number of cutting edges that were damaged (number of broken cutting edges/number of tested cutting edges). These results are shown in Table 2. Table 2 also lists commercially available Al 2 O 3 -30% TiC ceramics (conventionally referred to as ceramics 1) and Si 3 N 4 -10% for comparison purposes.
The cutting test results of Al 2 O 3 -5% AlN ceramics (conventionally referred to as Ceramics 2) under the same conditions are also shown. From the results shown in Table 2, ceramics 1 to 33 of the present invention have high hardness and toughness, and are therefore extremely superior to comparative ceramics 1 to 6, which are inferior in hardness and toughness, and commercially available ceramics, which are particularly inferior in toughness. It is clear that the material exhibits excellent wear resistance and chipping resistance. As described above, according to the method of the present invention, composite carbonitride solid solution ceramics having high hardness and high toughness and a dense structure can be produced without using a method such as hot pressing, Moreover, when the resulting composite carbonitride solid solution ceramics are used as a cutting tool for high-speed cutting of steel, cast iron, etc., industrially useful effects such as extremely long-term excellent cutting performance can be obtained. It is.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 MgおよびCaの酸化物のうちの1種または2
種:0.01〜1重量%、 Al、Y、およびZrの酸化物のうちの1種また
は2種以上、:1〜10重量%、 を含有し、残りがTiとWを主成分とする複合炭
窒化物固溶体と不可避不純物からなる組成を有
し、かつ前記複合炭窒化物固溶体が有芯2相構造
組織を有することを特徴とする切削工具用複合炭
窒化物固溶体系セラミツクス。 2 上記複合炭窒化物固溶体が、TiとWとの複
合炭窒化物固溶体からなることを特徴とする上記
特許請求の範囲第1項記載の切削工具用複合炭窒
化物固溶体系セラミツクス。 3 上記複合炭窒化物固溶体が、Tiと、Wと、
Tiの10〜40原子%の範囲で置換含有するZr、
Hf、V、Nb、およびTaのうちの1種または2種
以上との複合炭窒化物固溶体からなることを特徴
とする上記特許請求の範囲第1項記載の切削工具
用複合炭窒化物固溶体系セラミツクス。 4 上記複合炭窒化物固溶体が、Tiと、Wと、
Wの10〜30原子%の範囲で置換含有するCrおよ
びMoのうちの1種または2種との複合炭窒化物
固溶体からなることを特徴とする上記特許請求の
範囲第1項記載の切削工具用複合炭窒化物固溶体
系セラミツクス。 5 上記複合炭窒化物固溶体が、Tiと、Wと、
Tiの10〜40原子%の範囲で置換含有するZr、
Hf、V、Nb、およびTaのうちの1種または2種
以上と、Wの10〜30原子%の範囲で置換含有する
CrおよびMoのうちの1種または2種との複合炭
窒化物固溶体からなることを特徴とする上記特許
請求の範囲第1項記載の切削工具用複合炭窒化物
固溶体系セラミツクス。 6 単一相のTiとWを主成分とする複合炭窒化
物固溶体粉末に、MgおよびCaの酸化物粉末のう
ちの1種または2種:0.5〜10重量%と、Al、
Y、およびZrの酸化物粉末のうちの1種または2
種以上:1〜10重量%を配合してなる混合粉末よ
りプレス成形した圧粉体を、非酸化性雰囲気中、
1700〜2100℃の範囲内の温度で焼結することを特
徴とする切削工具用複合炭窒化物固溶体系セラミ
ツクスの製造法。 7 上記複合炭窒化物固溶体粉末が、単一相の
TiとWとの複合炭窒化物固溶体粉末からなるこ
とを特徴とする上記特許請求の範囲第6項記載の
切削工具用複合炭窒化物固溶体系セラミツクスの
製造法。 8 上記複合炭窒化物固溶体粉末が、単一相の
Tiと、Wと、Tiの10〜40原子%の範囲で置換含
有するZr、Hf、V、Nb、およびTaのうちの1種
または2種以上との複合炭窒化物固溶体粉末から
なることを特徴とする上記特許請求の範囲第6項
記載の切削工具用複合炭窒化物固溶体系セラミツ
クスの製造法。 9 上記複合炭窒化物固溶体粉末が、単一相の
Tiと、Wと、Wの10〜30原子%の範囲で置換含
有するCrおよびMoのうちの1種または2種との
複合炭窒化物固溶体粉末からなることを特徴とす
る上記特許請求の範囲第6項記載の切削工具用複
合炭窒化物固溶体系セラミツクスの製造法。 10 上記複合炭窒化物固溶体粉末が、単一相の
Tiと、Wと、Tiの10〜40原子%の範囲で置換含
有するZr、Hf、V、Nb、およびTaのうちの1種
または2種以上と、Wの10〜30原子%の範囲で置
換含有するCrおよびMoのうちの1種または2種
との複合炭窒化物固溶体粉末からなることを特徴
とする上記特許請求の範囲第6項記載の切削工具
用複合炭窒化物固溶体系セラミツクスの製造法。
[Claims] 1. One or two of oxides of Mg and Ca.
Composite carbon containing: 0.01 to 1% by weight, 1 to 10% by weight of one or more of the oxides of Al, Y, and Zr, and the remainder being mainly composed of Ti and W. A composite carbonitride solid solution ceramic for a cutting tool, characterized in that the composite carbonitride solid solution has a composition consisting of a nitride solid solution and unavoidable impurities, and the composite carbonitride solid solution has a cored two-phase structure. 2. The composite carbonitride solid solution ceramic for a cutting tool according to claim 1, wherein the composite carbonitride solid solution is composed of a composite carbonitride solid solution of Ti and W. 3 The composite carbonitride solid solution contains Ti, W,
Zr containing substitution in the range of 10 to 40 atom% of Ti,
The composite carbonitride solid solution system for a cutting tool according to claim 1, characterized in that it is made of a composite carbonitride solid solution with one or more of Hf, V, Nb, and Ta. Ceramics. 4 The composite carbonitride solid solution contains Ti, W,
The cutting tool according to claim 1, characterized in that it is made of a composite carbonitride solid solution with one or two of Cr and Mo containing 10 to 30 at % of W by substitution. Composite carbonitride solid solution ceramics. 5 The composite carbonitride solid solution contains Ti, W,
Zr containing substitution in the range of 10 to 40 atom% of Ti,
Substituted with one or more of Hf, V, Nb, and Ta in a range of 10 to 30 atom% of W
The composite carbonitride solid solution ceramic for cutting tools according to claim 1, characterized in that it is made of a composite carbonitride solid solution with one or two of Cr and Mo. 6. One or two of Mg and Ca oxide powders: 0.5 to 10% by weight, Al,
One or two of Y and Zr oxide powders
A green compact formed by press molding a mixed powder containing 1 to 10% by weight of seeds or more, in a non-oxidizing atmosphere,
A method for producing composite carbonitride solid solution ceramics for cutting tools, characterized by sintering at a temperature within the range of 1700 to 2100°C. 7 The above composite carbonitride solid solution powder is a single-phase
7. A method for producing a composite carbonitride solid solution ceramic for a cutting tool according to claim 6, characterized in that the composite carbonitride solid solution ceramic is made of a composite carbonitride solid solution powder of Ti and W. 8 The above composite carbonitride solid solution powder is a single-phase
It is composed of a composite carbonitride solid solution powder of Ti, W, and one or more of Zr, Hf, V, Nb, and Ta substituted in the range of 10 to 40 at% of Ti. A method for producing composite carbonitride solid solution ceramics for cutting tools as set forth in claim 6. 9 The composite carbonitride solid solution powder has a single phase.
The scope of the above-mentioned claims is characterized in that it consists of a composite carbonitride solid solution powder of Ti, W, and one or two of Cr and Mo containing 10 to 30 atom % of W by substitution. 7. A method for producing a composite carbonitride solid solution ceramic for cutting tools according to item 6. 10 The above composite carbonitride solid solution powder is a single-phase
Ti, W, and one or more of Zr, Hf, V, Nb, and Ta substituted in a range of 10 to 40 atom% of Ti, and one or more of Zr, Hf, V, Nb, and Ta in a range of 10 to 30 atom% of W. A composite carbonitride solid solution ceramic for a cutting tool according to claim 6, characterized in that the composite carbonitride solid solution powder is composed of a composite carbonitride solid solution powder with one or two of substituted Cr and Mo. Manufacturing method.
JP58081073A 1983-05-10 1983-05-10 Carbonitride ceramic for cutting tool and manufacture Granted JPS59232968A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58081073A JPS59232968A (en) 1983-05-10 1983-05-10 Carbonitride ceramic for cutting tool and manufacture

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP58081073A JPS59232968A (en) 1983-05-10 1983-05-10 Carbonitride ceramic for cutting tool and manufacture

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS59232968A JPS59232968A (en) 1984-12-27
JPS6251228B2 true JPS6251228B2 (en) 1987-10-29

Family

ID=13736211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP58081073A Granted JPS59232968A (en) 1983-05-10 1983-05-10 Carbonitride ceramic for cutting tool and manufacture

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS59232968A (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002338356A (en) * 2001-05-17 2002-11-27 Honda Motor Co Ltd Multicomponent system carbide nitride powder, its manufacturing method and sintered compact manufactured therefrom
JP7393253B2 (en) * 2020-03-03 2023-12-06 Ntkカッティングツールズ株式会社 Ceramic sintered bodies and cutting tools

Also Published As

Publication number Publication date
JPS59232968A (en) 1984-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS6227033B2 (en)
JPS638075B2 (en)
JPS5918157A (en) Aluminum oxide ceramic for cutting tool
JPS6251228B2 (en)
JP3266200B2 (en) Silicon nitride based sintered body
JPS6257597B2 (en)
JPS6253474B2 (en)
JP2778179B2 (en) Manufacturing method of silicon nitride based sintered material with high toughness and high strength
JP2712737B2 (en) Silicon nitride based sintered material with high toughness and high strength
JP2684250B2 (en) Silicon nitride sintered body and method for producing the same
JPS63100055A (en) Alumina base ceramic for cutting tool and manufacture
JP2673523B2 (en) Alumina sintered body for cutting tool and its manufacturing method
JPH07224346A (en) Titanium carbon nitride cement excellent in toughness
JPS6257596B2 (en)
JPH0513762B2 (en)
JPS6153152A (en) Manufacture of alumina base ceramics
JPS6221750B2 (en)
JP3082432B2 (en) Manufacturing method of aluminum oxide based ceramic cutting tool with excellent toughness
JPS6241194B2 (en)
JP2778189B2 (en) Fracture resistant silicon nitride based sintered material with high toughness and high strength
JPS6257598B2 (en)
JPS5973472A (en) Cutting tool ceramic material
JPH1112025A (en) Cutting tool made of aluminum oxide-sintered material excellent in hardwearing property
JPS638074B2 (en)
JPS6366796B2 (en)