JPS6256106B2 - - Google Patents
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- JPS6256106B2 JPS6256106B2 JP60105678A JP10567885A JPS6256106B2 JP S6256106 B2 JPS6256106 B2 JP S6256106B2 JP 60105678 A JP60105678 A JP 60105678A JP 10567885 A JP10567885 A JP 10567885A JP S6256106 B2 JPS6256106 B2 JP S6256106B2
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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。 〔従来の技術〕 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。 〔発明が解決しようとする問題点〕 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。 〔問題点を解決するための手段〕 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基焼結材料に着目し研究を行なつた結果、
Si3N4に、酸化アルミニウムおよび酸化イツトリ
ウム(以下、それぞれAl2O3およびY2O3で示し、
かつこの両成分を総称して酸化物という)を含有
させると焼結材料の焼結性が一段と向上し、さら
にTiの炭化物、窒化物、および炭窒化物(以
下、それぞれTiC、TiN、およびTiCNで示し、
これらの成分を総称してTiの炭・窒化物とい
う)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。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたもので、重量%で、 分散相形成成分としてのTiの炭・窒化物のう
ちの1種または2種以上:15〜40%、 酸化物のうちの1種または2種以上:5〜10
%、 Si3N4および不可避不純物:残り、 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。 ついで、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) Tiの炭・窒化物 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15%未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方40%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15〜40%と定め
た。 (b) 酸化物 これらの成分には、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改善促進
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、粒界部分へのガラス相の析出
が多くなつて、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%と定めた。 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の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後に熱
間静水圧プレス(以下HIPという)を施すことに
よつて、実質的に配合組成と同一の成分組成をも
つた本発明Si3N4基焼結材料1〜10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1〜10および市販の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、
性を有し、特に鋼および鋳鉄の高速切削に使用す
るに適した窒化けい素基焼結材料に関するもので
ある。 〔従来の技術〕 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。 〔発明が解決しようとする問題点〕 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。 〔問題点を解決するための手段〕 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基焼結材料に着目し研究を行なつた結果、
Si3N4に、酸化アルミニウムおよび酸化イツトリ
ウム(以下、それぞれAl2O3およびY2O3で示し、
かつこの両成分を総称して酸化物という)を含有
させると焼結材料の焼結性が一段と向上し、さら
にTiの炭化物、窒化物、および炭窒化物(以
下、それぞれTiC、TiN、およびTiCNで示し、
これらの成分を総称してTiの炭・窒化物とい
う)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。 したがつて、この発明は、上記知見にもとづい
てなされたもので、重量%で、 分散相形成成分としてのTiの炭・窒化物のう
ちの1種または2種以上:15〜40%、 酸化物のうちの1種または2種以上:5〜10
%、 Si3N4および不可避不純物:残り、 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。 ついで、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) Tiの炭・窒化物 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15%未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方40%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15〜40%と定め
た。 (b) 酸化物 これらの成分には、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改善促進
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、粒界部分へのガラス相の析出
が多くなつて、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%と定めた。 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の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後に熱
間静水圧プレス(以下HIPという)を施すことに
よつて、実質的に配合組成と同一の成分組成をも
つた本発明Si3N4基焼結材料1〜10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1〜10および市販の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、
【表】
【表】
【表】
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、
送り:0.2mm/rev.、
の条件での鋼高速連続切削試験、並びに
被削材:FC−25、
被削材寸法:幅120mm×長さ320mm、
切削速度:500m/min、
切込み:2mm、
1刃当りの送り:0.2mm/刃、
カツター径:160mmφ、
切刃:0.1mm×−25゜のチヤンフアホーニング、
の条件での鋳鉄高速フライス切削試験を行ない、
切刃の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至るまでの切削時
間を測定した。これらの測定結果を第2表に示し
た。さらに第2表には室温および1000℃における
ビツカース硬さと抗折力を示した。 〔発明の効果〕 第2表に示される結果から、本発明Si3N4基焼
結材料1〜10は、いずれも室温および高温におい
て高硬度および高強度を有し、鋼および鋳鉄のい
ずれも高速切削でもすぐれた耐摩耗性を示し、き
わめて長い使用寿命を示すことが明らかである。 一方、市販のAl2O3基焼結材料は、室温および
高温における硬さが高いので、鋼の連続高速切削
では本発明Si3N4基焼結材料と同等のすぐれた耐
摩耗性を示すものの、高温強度および耐熱衝撃性
が劣るために、鋳鉄の高速フライス切削では切削
開始後、0.1分で切刃にチツピングが発生し、使
用寿命に至るものであつた。 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。
切刃の逃げ面摩耗幅が0.2mmに至るまでの切削時
間を測定した。これらの測定結果を第2表に示し
た。さらに第2表には室温および1000℃における
ビツカース硬さと抗折力を示した。 〔発明の効果〕 第2表に示される結果から、本発明Si3N4基焼
結材料1〜10は、いずれも室温および高温におい
て高硬度および高強度を有し、鋼および鋳鉄のい
ずれも高速切削でもすぐれた耐摩耗性を示し、き
わめて長い使用寿命を示すことが明らかである。 一方、市販のAl2O3基焼結材料は、室温および
高温における硬さが高いので、鋼の連続高速切削
では本発明Si3N4基焼結材料と同等のすぐれた耐
摩耗性を示すものの、高温強度および耐熱衝撃性
が劣るために、鋳鉄の高速フライス切削では切削
開始後、0.1分で切刃にチツピングが発生し、使
用寿命に至るものであつた。 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。
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:15〜40%、 酸化アルミニウムおよび酸化イツトリウム: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 |
---|---|---|---|
JP60105678A JPS6117473A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 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 |
---|---|---|---|
JP60105678A JPS6117473A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 切削工具用窒化けい素基焼結材料 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6117473A JPS6117473A (ja) | 1986-01-25 |
JPS6256106B2 true JPS6256106B2 (ja) | 1987-11-24 |
Family
ID=14414087
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP60105678A Granted JPS6117473A (ja) | 1985-05-17 | 1985-05-17 | 切削工具用窒化けい素基焼結材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6117473A (ja) |
Families Citing this family (6)
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 |
JP2573230B2 (ja) * | 1987-06-23 | 1997-01-22 | 株式会社東芝 | 窒化ケイ素系セラミックス |
US6010777A (en) * | 1997-01-31 | 2000-01-04 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Titanium carbo-nitride complex silicon nitride tool |
JPH11189473A (ja) | 1997-12-25 | 1999-07-13 | Ngk Spark Plug Co Ltd | セラミック工具 |
JP4636574B2 (ja) * | 2000-11-22 | 2011-02-23 | 独立行政法人産業技術総合研究所 | 工具用セラミック基焼結材及びその製造方法 |
JP4950715B2 (ja) * | 2007-03-22 | 2012-06-13 | 株式会社東芝 | 窒化珪素焼結体とそれを用いた摺動部材 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4921091A (ja) * | 1972-06-16 | 1974-02-25 | ||
JPS5231910A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Toshiba Corp | Cutting tool |
-
1985
- 1985-05-17 JP JP60105678A patent/JPS6117473A/ja active Granted
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS4921091A (ja) * | 1972-06-16 | 1974-02-25 | ||
JPS5231910A (en) * | 1975-09-08 | 1977-03-10 | Toshiba Corp | Cutting tool |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPS6117473A (ja) | 1986-01-25 |
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