JPS6360163A - 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 - Google Patents
切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法Info
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- JPS6360163A JPS6360163A JP61204574A JP20457486A JPS6360163A JP S6360163 A JPS6360163 A JP S6360163A JP 61204574 A JP61204574 A JP 61204574A JP 20457486 A JP20457486 A JP 20457486A JP S6360163 A JPS6360163 A JP S6360163A
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Landscapes
- Ceramic Products (AREA)
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。
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、切削工具材料として好適な高靭性の窒化ケイ
素焼結体及びその製造方法に関する。
素焼結体及びその製造方法に関する。
従来、鋼及び鋳鉄の高速切削用工具材料としては、超硬
合金にセラミックを被覆した複合材料やアルミナ焼結体
が用いられてきた。しかし、超硬合金とセラミックスの
複合材料からなる工具は耐熱亀裂性の点で難があるため
実用切削速度が高々３００ｍ／分以下に限定されてしま
うという問題点があった。一方、アルミナ焼結体からな
る工具は高速切削時の耐熱酸化性及び鉄との化学反応性
が低い点で上記複合材料工具より優れているが、靭性及
び耐熱衝撃性に難があり、鋳鉄のように切削時に切屑が
断続型となる被切削材においては連続切削（旋削）及び
断続切削（フライス）中に切刃の欠損を生じやすい等の
問題があった。
合金にセラミックを被覆した複合材料やアルミナ焼結体
が用いられてきた。しかし、超硬合金とセラミックスの
複合材料からなる工具は耐熱亀裂性の点で難があるため
実用切削速度が高々３００ｍ／分以下に限定されてしま
うという問題点があった。一方、アルミナ焼結体からな
る工具は高速切削時の耐熱酸化性及び鉄との化学反応性
が低い点で上記複合材料工具より優れているが、靭性及
び耐熱衝撃性に難があり、鋳鉄のように切削時に切屑が
断続型となる被切削材においては連続切削（旋削）及び
断続切削（フライス）中に切刃の欠損を生じやすい等の
問題があった。
上記の事情から、従来の切削工具で鋳鉄材料を高速で安
定して切削することは困難であった。
定して切削することは困難であった。
本発明は、上記の事情に鑑み、鋳鉄材料を高速で安定し
て切削できる切削工具用材料を提供することを目的とす
る。
て切削できる切削工具用材料を提供することを目的とす
る。
本発明の切削工具用材料は、非安定化酸化ジルコニウム
を５〜１５Ｎ量チと、酸化アルミニウムを０５〜８重量
％と、酸化イツトリウムを１〜８重量％と、及び残部の
窒化ケイ素とからなる窒化ケイ素焼結体である。
を５〜１５Ｎ量チと、酸化アルミニウムを０５〜８重量
％と、酸化イツトリウムを１〜８重量％と、及び残部の
窒化ケイ素とからなる窒化ケイ素焼結体である。
この切削工具用窒化ケイ素焼結体は、５〜１５重ｉ％の
非安定化酸化ジルコニウム粉末と、０．５〜８重量％の
酸化アルミニウム粉末と、１〜８重！−％の酸化イツト
リウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを添加混合し、
混合粉末を加圧成形した後、非酸化性ガス雰囲気中にお
いて１６００〜１９００°Ｃで焼結することにより製造
することができる。
非安定化酸化ジルコニウム粉末と、０．５〜８重量％の
酸化アルミニウム粉末と、１〜８重！−％の酸化イツト
リウム粉末と、残部の窒化ケイ素粉末とを添加混合し、
混合粉末を加圧成形した後、非酸化性ガス雰囲気中にお
いて１６００〜１９００°Ｃで焼結することにより製造
することができる。
本発明の窒化ケイ素焼結体は、窒化ケイ素焼結体が本来
有する高硬度及び熱的安定性に加えて、極めて高靭性で
あるため、切削工具として急激な熱サイクルを伴うフラ
イス加工や湿式切削加工の際に切刃の欠損がなく、鋳鉄
材料の切削においても従来のアルミナ焼結体工具に比較
してはるかに長寿命である。
有する高硬度及び熱的安定性に加えて、極めて高靭性で
あるため、切削工具として急激な熱サイクルを伴うフラ
イス加工や湿式切削加工の際に切刃の欠損がなく、鋳鉄
材料の切削においても従来のアルミナ焼結体工具に比較
してはるかに長寿命である。
かかる高靭性化の機構は、焼結体中に非安定化酸化ジル
コニウムが高温型（正方晶）として含有され、これが応
力集中を受ると低温型（単斜晶）に応力誘起変態して応
力を緩和するだめと考えられる。この応力緩和による高
靭性化は、焼結過程において窒素又はアルゴン若しくは
その混合ガス雰囲気中で、１０〜２０００気圧の熱間静
水圧プレス（ＨＩＰ）を行なうことにより一層顕著にな
る。
コニウムが高温型（正方晶）として含有され、これが応
力集中を受ると低温型（単斜晶）に応力誘起変態して応
力を緩和するだめと考えられる。この応力緩和による高
靭性化は、焼結過程において窒素又はアルゴン若しくは
その混合ガス雰囲気中で、１０〜２０００気圧の熱間静
水圧プレス（ＨＩＰ）を行なうことにより一層顕著にな
る。
非安定化酸化ジルコニウムの含有量は５〜１５重１：チ
であり、５重量％未満では窒化ケイ素焼結体の高靭性化
の効果が少なく、１５重ｉ％を越えると窒化ケイ素焼結
体の強度が著しく低下する。
であり、５重量％未満では窒化ケイ素焼結体の高靭性化
の効果が少なく、１５重ｉ％を越えると窒化ケイ素焼結
体の強度が著しく低下する。
また、酸化アルミニウム及び酸化イツトリウムの添加は
単独では焼結困難な窒化ケイ素粉末の焼結性の改善と緻
密化のために必要であり、酸化アルミニウムを０．５〜
８重量％及び酸化イツトリウムを１〜８重量％添加する
ことによって、ホットプレス等の加圧焼結はもちろん、
切削工具のように多品種大量生産品にとってコスト的に
有利な常圧焼結でも十分に緻密な焼結体が得られる。
単独では焼結困難な窒化ケイ素粉末の焼結性の改善と緻
密化のために必要であり、酸化アルミニウムを０．５〜
８重量％及び酸化イツトリウムを１〜８重量％添加する
ことによって、ホットプレス等の加圧焼結はもちろん、
切削工具のように多品種大量生産品にとってコスト的に
有利な常圧焼結でも十分に緻密な焼結体が得られる。
酸化アルミニウムが０．５重量％未満では焼結体の緻密
化が不充分であり、８重量％を超えると切削工具材料と
して充分な耐摩耗性が得られない。
化が不充分であり、８重量％を超えると切削工具材料と
して充分な耐摩耗性が得られない。
また、酸化イツトリウムが１重量％未満ではやはり焼結
体の緻密化が充分でなく、８重量％を超えると焼結過程
でその一部が酸化ジルコニウムの安定化元素となって酸
化ジルコニウム中に固溶し、焼結体中に立方晶の安定化
酸化ジルコニウムが生成するため、上記非安定化酸化ジ
ルコニウムの応力緩和による高靭性化の効果が低下する
。
体の緻密化が充分でなく、８重量％を超えると焼結過程
でその一部が酸化ジルコニウムの安定化元素となって酸
化ジルコニウム中に固溶し、焼結体中に立方晶の安定化
酸化ジルコニウムが生成するため、上記非安定化酸化ジ
ルコニウムの応力緩和による高靭性化の効果が低下する
。
実施例１
市販のα−８１３Ｎ４粉末、非安定化ＺｒＯ□粉末、Ａ
ｚ、、Ｏ粉末及びＹ２Ｏ３粉末を下記第１表に示す割合
、 ３ で配合し、ゼールミルで粉砕混合し、混合粉末を１５０
ＭＰａの圧力でプレス成形した。この成形体を９索ガス
雰囲気中において１７５０℃の温度で２時間常圧焼結し
、更に窒素ガス雰囲気中において１８００℃、１０００
気圧でＨＩＰ処理した。
ｚ、、Ｏ粉末及びＹ２Ｏ３粉末を下記第１表に示す割合
、 ３ で配合し、ゼールミルで粉砕混合し、混合粉末を１５０
ＭＰａの圧力でプレス成形した。この成形体を９索ガス
雰囲気中において１７５０℃の温度で２時間常圧焼結し
、更に窒素ガス雰囲気中において１８００℃、１０００
気圧でＨＩＰ処理した。
得られた焼結体を研削加工によって１２．７ Ｘ ］、
２２．７４４．７６ｍのＪＩＳＳＮＱ４３３のスロー
アウェイチップとした。このチップを用いて次の条件に
より切削テストを行なった結果を第１表に要約した。
２２．７４４．７６ｍのＪＩＳＳＮＱ４３３のスロー
アウェイチップとした。このチップを用いて次の条件に
より切削テストを行なった結果を第１表に要約した。
ワ − り ： Ｆｅ１２ １５０ＷＸ３００
Ｌ機 械：竪形フライス盤 カッター： ＤＮＦ４０８０Ｒ（住友電工製）１枚方切
削 切削条件：切削速度４００ ｍｒｔｔ／ ｍｉ ｎ切込
み ２朋 送り ０．２朋／刃 刃先処理０．１５ｍＴＩｔＸ−２５ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅０．３ ｍｍ第１表 １ 残部 ５ ３ ３ ２０２
ｐ ５ ８ ３ １３４＊／ｌ
５ １０ １０ ８５＊ ＃
５−５１０分欠損 ６” ｔｔ ５ ５−７７” 〃
５０．１０．５ ５分欠損８＊／／ −５５７ ９＊ 市販Ａｔ２０３焼結体材料 ０．５分欠損（
注）Ａ４〜９は比較例である。
Ｌ機 械：竪形フライス盤 カッター： ＤＮＦ４０８０Ｒ（住友電工製）１枚方切
削 切削条件：切削速度４００ ｍｒｔｔ／ ｍｉ ｎ切込
み ２朋 送り ０．２朋／刃 刃先処理０．１５ｍＴＩｔＸ−２５ 寿命判定：切刃逃げ面摩耗幅０．３ ｍｍ第１表 １ 残部 ５ ３ ３ ２０２
ｐ ５ ８ ３ １３４＊／ｌ
５ １０ １０ ８５＊ ＃
５−５１０分欠損 ６” ｔｔ ５ ５−７７” 〃
５０．１０．５ ５分欠損８＊／／ −５５７ ９＊ 市販Ａｔ２０３焼結体材料 ０．５分欠損（
注）Ａ４〜９は比較例である。
実施例２
市販のα−８ｉ３Ｎ４粉末、非安定化Ｚ ｒ０２粉末、
Ａｔ２０３粉末及びＹ２Ｏ３粉末を下記第２表に示す害
Ｕ合で配合し、ゼールミルで粉砕混合し、混合粉末を１
５０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形し、第２表に示す焼結条
件で焼結した。
Ａｔ２０３粉末及びＹ２Ｏ３粉末を下記第２表に示す害
Ｕ合で配合し、ゼールミルで粉砕混合し、混合粉末を１
５０ＭＰａの圧力でＣＩＰ成形し、第２表に示す焼結条
件で焼結した。
第２表
１０ 残部 ５ ３ ３ 常圧２Ｈ１
１ＩＩ ５ ３ ３ Ｎ２１００
気圧ＨＩＰ１２ ｔｌ １０ ３
３ Ｎ２１００気圧ＨＩＰ１３ ／／
１５ ３ ３ ｔｔ１４
ｔｔ ５ ８３ 常圧２Ｈ１６
ｔｌ ５ ０．５ １
ｔｔ１７＊ｔｔ ５ １０
１０ ／／１８” ／ｊ ２
０ ３ ３ ｎ１９＊〃３３〃 ２０＊／／ ５ ３ − ｔ
ｔ２１＊Ｉ／ ５ ５ １／
２２＊１，５５Ｎ２１ｏｏ気圧ＨＩＰ ２３” ＩＩ ５ ０．１ ０．５
常圧２Ｈ（注）屋１７〜２３は比較例である。
１ＩＩ ５ ３ ３ Ｎ２１００
気圧ＨＩＰ１２ ｔｌ １０ ３
３ Ｎ２１００気圧ＨＩＰ１３ ／／
１５ ３ ３ ｔｔ１４
ｔｔ ５ ８３ 常圧２Ｈ１６
ｔｌ ５ ０．５ １
ｔｔ１７＊ｔｔ ５ １０
１０ ／／１８” ／ｊ ２
０ ３ ３ ｎ１９＊〃３３〃 ２０＊／／ ５ ３ − ｔ
ｔ２１＊Ｉ／ ５ ５ １／
２２＊１，５５Ｎ２１ｏｏ気圧ＨＩＰ ２３” ＩＩ ５ ０．１ ０．５
常圧２Ｈ（注）屋１７〜２３は比較例である。
得られた各焼結体を研削加工に：より・３Ｘ３Ｘ４０＋
＋＋ｍのＪＩＳ Ｒ１６０１の抗折試験片とし、研磨し
た後に相対密度（％）、硬度（ＨＲＡ）、抗折力（ＭＰ
ａ）及び破壊靭性（ＭＮ／ｍ”２）を測定した結果を下
言己第３表に示した。
＋＋ｍのＪＩＳ Ｒ１６０１の抗折試験片とし、研磨し
た後に相対密度（％）、硬度（ＨＲＡ）、抗折力（ＭＰ
ａ）及び破壊靭性（ＭＮ／ｍ”２）を測定した結果を下
言己第３表に示した。
第３表
１０ ９８ １７５０ １０００ ８５ ６０
５゜０１１ １００１８２０ １１００ １００
７０ ５．４１２ １００１８２０ １１４０ １
１０ ７０ ５．６１３ ９９１８００ １１００
９５ ６５ ５．７１４ ９８１７７０ ９３０ ９
０ ６０ ５．１１５ ９８１７７０ ９６０ ９５
６５ ５．３１６ ９６１７１０ ９８０
８０ ６０ ５゜０１７” ９８ １７４０
８２０ ８５ ３５ ４．７１８＊９６
１６８０ ９００ ７０ ４０ ４．９１９＊９７１
７４０ ８７０ ８０ ４０ ４．５２０＊９７ １
６９０ ８２０ ７５ ３５ ４．２２１
１９６１６８０ ９２０ ６５ ４０ ４．６２２＊
９８１７００ ９４０ ７５ ４５ ４．７２３＊９
５１６１０ ９００ ５５ ３０ ４．４（注）試料
屋１７〜２３は比較例でろる。
５゜０１１ １００１８２０ １１００ １００
７０ ５．４１２ １００１８２０ １１４０ １
１０ ７０ ５．６１３ ９９１８００ １１００
９５ ６５ ５．７１４ ９８１７７０ ９３０ ９
０ ６０ ５．１１５ ９８１７７０ ９６０ ９５
６５ ５．３１６ ９６１７１０ ９８０
８０ ６０ ５゜０１７” ９８ １７４０
８２０ ８５ ３５ ４．７１８＊９６
１６８０ ９００ ７０ ４０ ４．９１９＊９７１
７４０ ８７０ ８０ ４０ ４．５２０＊９７ １
６９０ ８２０ ７５ ３５ ４．２２１
１９６１６８０ ９２０ ６５ ４０ ４．６２２＊
９８１７００ ９４０ ７５ ４５ ４．７２３＊９
５１６１０ ９００ ５５ ３０ ４．４（注）試料
屋１７〜２３は比較例でろる。
本発明によれば、窒化ケイ素焼結体が本来布する高硬度
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であるため、鋳鉄
材料の粗切削、断続切削等の従来のセラミック工具では
切刃が欠損しやすい切削条件においても高速で安定した
切削ができ、急激な熱サイクルを伴なうフライス加工や
湿式切削加工にも長時間針えうる切削工具用窒化ケイ素
焼結体材料を提供することができる。
及び熱的安定性に加えて極めて高靭性であるため、鋳鉄
材料の粗切削、断続切削等の従来のセラミック工具では
切刃が欠損しやすい切削条件においても高速で安定した
切削ができ、急激な熱サイクルを伴なうフライス加工や
湿式切削加工にも長時間針えうる切削工具用窒化ケイ素
焼結体材料を提供することができる。
Claims (3)
- （１）非安定化酸化ジルコニウムを５〜１５重量％と、
酸化アルミニウムを０．５〜８重量％と、酸化イットリ
ウムを１〜８重量％と、及び残部の窒化ケイ素とからな
る窒化ケイ素焼結体。 - （２）５〜１５重量％の非安定化酸化ジルコニウム粉末
と、０．５〜８重量％の酸化アルミニウム粉末と、１〜
８重量％の酸化イットリウム粉末と、残部の窒化ケイ素
粉末とを添加混合し、混合粉末を加圧成形した後、非酸
化性ガス雰囲気中において１６００〜１９００℃で焼結
することを特徴とする窒化ケイ素焼結体の製造方法。 - （３）焼結過程において、窒素又はアルゴン若しくはそ
の混合ガス雰囲気中で、１０〜２０００気圧の熱間静水
圧プレスをすることを特徴とする、特許請求の範囲（２
）記載の窒化ケイ素焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61204574A JPS6360163A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61204574A JPS6360163A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6360163A true JPS6360163A (ja) | 1988-03-16 |
Family
ID=16492724
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61204574A Pending JPS6360163A (ja) | 1986-08-29 | 1986-08-29 | 切削工具用窒化ケイ素焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6360163A (ja) |
-
1986
- 1986-08-29 JP JP61204574A patent/JPS6360163A/ja active Pending
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