JPS6253475B2 - - Google Patents
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- JPS6253475B2 JPS6253475B2 JP59090739A JP9073984A JPS6253475B2 JP S6253475 B2 JPS6253475 B2 JP S6253475B2 JP 59090739 A JP59090739 A JP 59090739A JP 9073984 A JP9073984 A JP 9073984A JP S6253475 B2 JPS6253475 B2 JP S6253475B2
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
Description
〔産業上の利用分野〕
この発明は、すぐれた耐熱衝撃性および耐摩耗
性を有し、特に鋼および鋳鉄の高速切削に使用す
るのに適した窒化けい素基焼結材料に関するもの
である。 〔従来技術およびその問題点〕 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、工作機械の高剛性化
と切削工具用材料の改善の両面から、これらの鋼
および鋳鉄の高速切削への移行は一般的趨勢にあ
り、現時点では300m／minの切削速度での安定
した切削が１つの目標とされている。 この切削速度は、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、鉄との化学
的反応性が低く、かつ摩擦係数も小さい酸化アル
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、上記Al2O3基焼結材料を、例えば鋼の
高速連続切削に切削工具として使用した場合に
は、すぐれた耐摩耗性を発揮するものの、これを
例えば鋳鉄のフライス切削に使用した場合には、
耐熱衝撃性および高温における機械的特性が不十
分であるために、機械的および熱的衝撃によつて
切刃にチツピングを起しやすく、したがつて
Al2O3基焼結材料製切削工具によつて、300m／
minの切削速度で安定して鋼および鋳鉄の両方を
切削することはきわめて困難であるのが現状であ
る。 そこで、熱膨張係数が小さく、すなわち耐熱衝
撃性にすぐれ、かつ高温における硬さおよび機械
的強度にもすぐれた窒化けい素（以下Si3N4で示
す）が注目され、このSi3N4を主成分として含有
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たが、前
記Si3N4は鉄との反応性が高いために摩耗が激し
く、高速切削には適さず、汎用性のきわめて低い
ものであつた。 〔研究の目的および研究に基く知見事項〕 本発明者等は、上述のような観点から、耐熱衝
撃性、高温硬さ、および高温強度にすぐれた
Si3N4基焼結材料に、すぐれた耐摩耗性を付与す
べく研究を行なつた結果、焼結性のあまり良好で
ないSi3N4に、窒化アルミニウム（以下AlNで示
す）、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）、お
よび酸化イツトリウム（以下Y2O3で示す）の３
成分を配合して焼結すると、焼結時にこれら３成
分は固溶し合つてガラス相を形成して、焼結性を
著しく向上させ、さらに、これにTiの炭化物、
窒化物、および炭窒化物（以下、それぞれTiC、
TiN、TiCNで示す）のうちの１種または２種以
上を分散相形成成分として含有させるとSi3N4の
もつすぐれた特性が、損なわれることなく、耐摩
耗性が著しく改善されるようになり、しかもこの
結果得られたSi3N4基焼結材料を300m／min以上
の高速での鋼および鋳鉄の切削に切削工具として
使用すると、いずれの場合でも著しくすぐれた切
削性能を発揮するという知見を得たのである。 〔発明の構成要件〕 したがつて、この発明は、上記知見に基いてな
されたもので、重量％で（以下％は重量％を示
す）、 分散相形成成分としてのTiC、TiN、および
TiCNのうちの１種または２種以上：６〜35％、
AlN、Al2O3、およびY2O3の３成分が固溶したガ
ラス相：５〜10％、 を含有し、残りがSi3N4と不可避不純物からなる
組成を有する切削工具用Si3N4基焼結材料に特徴
を有するものである。 〔成分組成範囲の限定理由〕 つぎに、この発明のSi3N4基焼結材料におい
て、成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。 (a) TiC、TiN、およびTiCN これらの成分には、素地中に分散してSi3N4
が高温下でFeと反応するのを抑制し、もつて
材料の耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が６％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方35％を越えて含有させると、
Si3N4の含有量が相対的に減少し、Si3N4のもつ
すぐれた特性を十分に発揮することができなく
なることから、その含有量を６〜35％と定め
た。 (b) AlN＋Al2O3＋Y2O3 これらの３成分は、共に固溶し合い、ガラス
相を形成して焼結性のあまり良好でないSi3N4
と反応して材料の焼結性を著しく改善し、もつ
て材料を緻密化して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が５％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方10％を越えて含有さ
せると、粒界部分に析出するガラス相の析出が
多くなり過ぎて、Si3N4のもつすぐれた特性、
すなわち耐熱衝撃性、高温硬さ、および高温強
度が損なわれるようになることから、その含有
量を５〜10％を定めた。 なお、この発明のSi3N4基焼結材料は、通常の
粉末冶金法によつて製造することができるが、
Si3N4は焼結性があまり良好でないので、ホツト
プレスによる焼結を適用したり、あるいは普通焼
結後に熱間静水圧プレスを適用したりすることに
よつて、緻密な焼結材料を得るようにするのが好
ましい。 〔実施例〕 つぎに、この発明のSi3N4基焼結材料を実施例
により説明する。 原料粉末として、平均粒径：２μｍのSi3N4粉
末、同1.2μｍのTiC粉末、同1.2μｍのTiN粉
末、同1.3μｍのTiCN粉末、同1.0μｍのAlN粉
末、同0.5μｍのAl2O3粉末、および同0.8μｍの
Y2O3粉末を用意し、これら原料粉末を第１表に
示される配合組成に配合し、湿式ボールミルにて
混合し、乾燥した後、同じく第１表に示される条
件で普通焼結またはホツトプレス（普通焼結の場
合は混合粉末を圧粉体に成形し、またホツトプレ
スの場合は黒鉛モールドを使用し、さらに必要に
応じて、普通焼結の場合には熱間静水圧プレス
（以下HIPという）を施すことによつて本発明
Si3N4基焼結材料１〜12をそれぞれ製造した。 つぎに、この結果得られた本発明Si3N4基焼結
材料１〜12と、市販のAl2O3基焼結材料より超硬
工具協会規格（CIS）・SNGN432に則した切削チ
ツプを切り出し、 被削材：JIS・SNCM−８、 切刃：0.1mm×−25゜のチヤンフアホーニン
グ、 切削速度：300m／min、 切込み：２mm、
性を有し、特に鋼および鋳鉄の高速切削に使用す
るのに適した窒化けい素基焼結材料に関するもの
である。 〔従来技術およびその問題点〕 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、工作機械の高剛性化
と切削工具用材料の改善の両面から、これらの鋼
および鋳鉄の高速切削への移行は一般的趨勢にあ
り、現時点では300m／minの切削速度での安定
した切削が１つの目標とされている。 この切削速度は、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、鉄との化学
的反応性が低く、かつ摩擦係数も小さい酸化アル
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、上記Al2O3基焼結材料を、例えば鋼の
高速連続切削に切削工具として使用した場合に
は、すぐれた耐摩耗性を発揮するものの、これを
例えば鋳鉄のフライス切削に使用した場合には、
耐熱衝撃性および高温における機械的特性が不十
分であるために、機械的および熱的衝撃によつて
切刃にチツピングを起しやすく、したがつて
Al2O3基焼結材料製切削工具によつて、300m／
minの切削速度で安定して鋼および鋳鉄の両方を
切削することはきわめて困難であるのが現状であ
る。 そこで、熱膨張係数が小さく、すなわち耐熱衝
撃性にすぐれ、かつ高温における硬さおよび機械
的強度にもすぐれた窒化けい素（以下Si3N4で示
す）が注目され、このSi3N4を主成分として含有
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たが、前
記Si3N4は鉄との反応性が高いために摩耗が激し
く、高速切削には適さず、汎用性のきわめて低い
ものであつた。 〔研究の目的および研究に基く知見事項〕 本発明者等は、上述のような観点から、耐熱衝
撃性、高温硬さ、および高温強度にすぐれた
Si3N4基焼結材料に、すぐれた耐摩耗性を付与す
べく研究を行なつた結果、焼結性のあまり良好で
ないSi3N4に、窒化アルミニウム（以下AlNで示
す）、酸化アルミニウム（以下Al2O3で示す）、お
よび酸化イツトリウム（以下Y2O3で示す）の３
成分を配合して焼結すると、焼結時にこれら３成
分は固溶し合つてガラス相を形成して、焼結性を
著しく向上させ、さらに、これにTiの炭化物、
窒化物、および炭窒化物（以下、それぞれTiC、
TiN、TiCNで示す）のうちの１種または２種以
上を分散相形成成分として含有させるとSi3N4の
もつすぐれた特性が、損なわれることなく、耐摩
耗性が著しく改善されるようになり、しかもこの
結果得られたSi3N4基焼結材料を300m／min以上
の高速での鋼および鋳鉄の切削に切削工具として
使用すると、いずれの場合でも著しくすぐれた切
削性能を発揮するという知見を得たのである。 〔発明の構成要件〕 したがつて、この発明は、上記知見に基いてな
されたもので、重量％で（以下％は重量％を示
す）、 分散相形成成分としてのTiC、TiN、および
TiCNのうちの１種または２種以上：６〜35％、
AlN、Al2O3、およびY2O3の３成分が固溶したガ
ラス相：５〜10％、 を含有し、残りがSi3N4と不可避不純物からなる
組成を有する切削工具用Si3N4基焼結材料に特徴
を有するものである。 〔成分組成範囲の限定理由〕 つぎに、この発明のSi3N4基焼結材料におい
て、成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。 (a) TiC、TiN、およびTiCN これらの成分には、素地中に分散してSi3N4
が高温下でFeと反応するのを抑制し、もつて
材料の耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量が６％未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方35％を越えて含有させると、
Si3N4の含有量が相対的に減少し、Si3N4のもつ
すぐれた特性を十分に発揮することができなく
なることから、その含有量を６〜35％と定め
た。 (b) AlN＋Al2O3＋Y2O3 これらの３成分は、共に固溶し合い、ガラス
相を形成して焼結性のあまり良好でないSi3N4
と反応して材料の焼結性を著しく改善し、もつ
て材料を緻密化して強度を向上させる作用があ
るが、その含有量が５％未満では前記作用に所
望の効果が得られず、一方10％を越えて含有さ
せると、粒界部分に析出するガラス相の析出が
多くなり過ぎて、Si3N4のもつすぐれた特性、
すなわち耐熱衝撃性、高温硬さ、および高温強
度が損なわれるようになることから、その含有
量を５〜10％を定めた。 なお、この発明のSi3N4基焼結材料は、通常の
粉末冶金法によつて製造することができるが、
Si3N4は焼結性があまり良好でないので、ホツト
プレスによる焼結を適用したり、あるいは普通焼
結後に熱間静水圧プレスを適用したりすることに
よつて、緻密な焼結材料を得るようにするのが好
ましい。 〔実施例〕 つぎに、この発明のSi3N4基焼結材料を実施例
により説明する。 原料粉末として、平均粒径：２μｍのSi3N4粉
末、同1.2μｍのTiC粉末、同1.2μｍのTiN粉
末、同1.3μｍのTiCN粉末、同1.0μｍのAlN粉
末、同0.5μｍのAl2O3粉末、および同0.8μｍの
Y2O3粉末を用意し、これら原料粉末を第１表に
示される配合組成に配合し、湿式ボールミルにて
混合し、乾燥した後、同じく第１表に示される条
件で普通焼結またはホツトプレス（普通焼結の場
合は混合粉末を圧粉体に成形し、またホツトプレ
スの場合は黒鉛モールドを使用し、さらに必要に
応じて、普通焼結の場合には熱間静水圧プレス
（以下HIPという）を施すことによつて本発明
Si3N4基焼結材料１〜12をそれぞれ製造した。 つぎに、この結果得られた本発明Si3N4基焼結
材料１〜12と、市販のAl2O3基焼結材料より超硬
工具協会規格（CIS）・SNGN432に則した切削チ
ツプを切り出し、 被削材：JIS・SNCM−８、 切刃：0.1mm×−25゜のチヤンフアホーニン
グ、 切削速度：300m／min、 切込み：２mm、
【表】
上述のように、この発明のSi3N4基焼結材料
は、Si3N4のもつすぐれた耐熱衝撃性および高温
における機械的強度を具備した状態で、すぐれた
耐摩耗性を有するので、特に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きわめてす
ぐれた切削性能を発揮するのである。
は、Si3N4のもつすぐれた耐熱衝撃性および高温
における機械的強度を具備した状態で、すぐれた
耐摩耗性を有するので、特に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きわめてす
ぐれた切削性能を発揮するのである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 分散相形成成分としてのチタンの炭化物、窒
化物、および炭窒化物のうちの１種または２種以
上：６〜35％、 窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、および
酸化イツトリウムの３成分の固溶したガラス相：
５〜10％、 を含有し、残りが窒化けい素と不可避不純物から
なる組成（以上重量％）を有することを特徴とす
る切削工具用窒化けい素基焼結材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59090739A JPS59217676A (ja) | 1984-05-07 | 1984-05-07 | 切削工具用窒化けい素基焼結材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59090739A JPS59217676A (ja) | 1984-05-07 | 1984-05-07 | 切削工具用窒化けい素基焼結材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59217676A JPS59217676A (ja) | 1984-12-07 |
| JPS6253475B2 true JPS6253475B2 (ja) | 1987-11-10 |
Family
ID=14006947
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59090739A Granted JPS59217676A (ja) | 1984-05-07 | 1984-05-07 | 切削工具用窒化けい素基焼結材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59217676A (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6278158A (ja) * | 1985-09-30 | 1987-04-10 | 京セラ株式会社 | 導電性窒化珪素質焼結体 |
| SE520252C2 (sv) * | 2000-11-22 | 2003-06-17 | Sandvik Ab | Sätt att fräsa ett material bestående av aluminium och perlitiskt grått gjutjärn |
| EP1770075A1 (en) * | 2005-10-03 | 2007-04-04 | Oertli Werkzeuge AG | Ceramic matrix composite cutting blade for wood machining and the method of manufacturing the cutting blade |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895662A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-07 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素と窒化チタニウム複合焼結体 |
-
1984
- 1984-05-07 JP JP59090739A patent/JPS59217676A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5895662A (ja) * | 1981-11-30 | 1983-06-07 | 京セラ株式会社 | 窒化珪素と窒化チタニウム複合焼結体 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS59217676A (ja) | 1984-12-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |