JPH01140901A - セラミックス製切削工具 - Google Patents
セラミックス製切削工具Info
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- JPH01140901A JPH01140901A JP62300536A JP30053687A JPH01140901A JP H01140901 A JPH01140901 A JP H01140901A JP 62300536 A JP62300536 A JP 62300536A JP 30053687 A JP30053687 A JP 30053687A JP H01140901 A JPH01140901 A JP H01140901A
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- alumina
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- cutting
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Links
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Landscapes
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- Compositions Of Oxide Ceramics (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）
本発明は切削工具に係り、更に詳しくはセラミックス製
の衝撃に強い高靭性、高強度、高硬度を具備したスロー
アウェイチップに関する。
の衝撃に強い高靭性、高強度、高硬度を具備したスロー
アウェイチップに関する。
（従来技術と問題点）
従来、鋼や鋳鉄の高速切削工具用材料としては高速切削
時における優れた耐摩耗性を示すこと、且つ鉄との摩擦
係数が小さい等の理由で現在アルミナ（Ａｂｏｚ）−炭
化チタン（Ｔｉｅ）のセラミックス製切削工具が実用化
され主流となついる。しかしながら、アルミナ−炭化チ
タンは靭性に難があり耐衝撃性が不十分であるため欠損
を起こしやすい欠点があり安定して使用することができ
ないのが現状である。
時における優れた耐摩耗性を示すこと、且つ鉄との摩擦
係数が小さい等の理由で現在アルミナ（Ａｂｏｚ）−炭
化チタン（Ｔｉｅ）のセラミックス製切削工具が実用化
され主流となついる。しかしながら、アルミナ−炭化チ
タンは靭性に難があり耐衝撃性が不十分であるため欠損
を起こしやすい欠点があり安定して使用することができ
ないのが現状である。
そこで、近年切削工具として機械的強度、硬度、衝撃性
に優れた窒化珪素ｃｓｘｚＮＪやアルミナ−炭化珪素（
ＳｉＣ）ウィスカー−ジルコニア（ＺｒＯ，）が注目さ
れているが、窒化珪素は鉄との反応による摩耗が激しく
汎用性が低いこと、又、本出願人が先に特開昭６１−２
７０２６６号にて開示した高強度、高靭性、高硬度を具
備したアルミナ−炭化珪素ウィスカー−ジルコニア複合
セラミックスを超硬合金等の難切削材の切削に利用する
ことが検討されており、超硬工具に比べ５〜１０倍の切
削速度が可能になる等の効果も確認されている。
に優れた窒化珪素ｃｓｘｚＮＪやアルミナ−炭化珪素（
ＳｉＣ）ウィスカー−ジルコニア（ＺｒＯ，）が注目さ
れているが、窒化珪素は鉄との反応による摩耗が激しく
汎用性が低いこと、又、本出願人が先に特開昭６１−２
７０２６６号にて開示した高強度、高靭性、高硬度を具
備したアルミナ−炭化珪素ウィスカー−ジルコニア複合
セラミックスを超硬合金等の難切削材の切削に利用する
ことが検討されており、超硬工具に比べ５〜１０倍の切
削速度が可能になる等の効果も確認されている。
しかし、アルミナ−炭化珪素ウィスカー−ジルコニア複
合セラミックスは炭化珪素ウィスカーを１５容積％以上
含む場合、炭化珪素ウィスカーの存在が成形密度をあげ
ることを阻害し、ホットプレス以外の方法では容易に理
論密度比９９％以上の高密度まで焼結できない等の問題
点を有している。
合セラミックスは炭化珪素ウィスカーを１５容積％以上
含む場合、炭化珪素ウィスカーの存在が成形密度をあげ
ることを阻害し、ホットプレス以外の方法では容易に理
論密度比９９％以上の高密度まで焼結できない等の問題
点を有している。
ここで、ホットプレスとはセラミックスの焼結等比較的
高温を要するものでは、通常黒鉛型に粉末を入れ高温で
加圧しながら焼結させる方法で一種の加速焼結法である
が、この場合加圧方向が一軸であるため比較的単純な形
状の製品に限られること、又、切削工具では常圧焼結／
ＨＩＰ（熱間等方プレスでアルゴンなどのガスを圧力媒
体として高温で等方的にプレスする）法に比べても切断
加工という工程が加わるため生産性が低くなるという問
題点がある。
高温を要するものでは、通常黒鉛型に粉末を入れ高温で
加圧しながら焼結させる方法で一種の加速焼結法である
が、この場合加圧方向が一軸であるため比較的単純な形
状の製品に限られること、又、切削工具では常圧焼結／
ＨＩＰ（熱間等方プレスでアルゴンなどのガスを圧力媒
体として高温で等方的にプレスする）法に比べても切断
加工という工程が加わるため生産性が低くなるという問
題点がある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、上述の切削工具の問題点に鑑みてなされたも
ので、高靭性、高硬度を有し特に鋼や鋳鉄等の切削工具
として適した材料、特に、高強度。
ので、高靭性、高硬度を有し特に鋼や鋳鉄等の切削工具
として適した材料、特に、高強度。
高靭性のアルミナ−炭化珪素ウィスカー−ジルコニア複
合焼結体の成形性及び焼結性を改良すべく、鋭意研究と
試験を重ねた結果、衝撃に強い高強度。
合焼結体の成形性及び焼結性を改良すべく、鋭意研究と
試験を重ねた結果、衝撃に強い高強度。
高靭性のアルミナ−粒状炭化珪素−ジルコニア複合焼結
体がこの目的に適うことを見出した。
体がこの目的に適うことを見出した。
本発明の衝撃に強い高強度、高靭性のアルミナ−粒状炭
化珪素−ジルコニア複合焼結体からなる切削工具は、平
均粒径３μｍ以下の粒状炭化珪素５〜５０容積％；平均
粒径０．１〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア２〜３
ｏ容積％（但し、このジルコニアと前記粒状炭化珪素の
合計は５５容積％以下）； 残部が実質的にアルミナか
らなることを特徴としている。
化珪素−ジルコニア複合焼結体からなる切削工具は、平
均粒径３μｍ以下の粒状炭化珪素５〜５０容積％；平均
粒径０．１〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア２〜３
ｏ容積％（但し、このジルコニアと前記粒状炭化珪素の
合計は５５容積％以下）； 残部が実質的にアルミナか
らなることを特徴としている。
次に、衝撃に強い高強度、高靭性アルミナ−粒状炭化珪
素−ジルコニア複合焼結体の成分範囲の限定亀山につい
て述べる。
素−ジルコニア複合焼結体の成分範囲の限定亀山につい
て述べる。
粒状炭化珪素は、その粒径が３μｍを超えるとアルミナ
マトリックスとの熱膨張係数との違い（α５ｉＣ＝ ４
、５ Ｘ １０−’／℃、αＡ１□０．＝８Ｘ１０−
’／’Ｃ）によって焼結後、室温に戻した時点でマイク
ロクラックを導入する場合が多く強度を低下させるので
３μｍ以下とした。その量は容積比で５％未満では硬度
及び特に熱伝導に関係する切削工具特性の効果が顕著で
なく、一方５０％を超えるとマトリックスが炭化珪素と
なるため鉄系材料との反応による摩耗の増加と靭性の低
下を来すため５〜５０％の範囲とする。
マトリックスとの熱膨張係数との違い（α５ｉＣ＝ ４
、５ Ｘ １０−’／℃、αＡ１□０．＝８Ｘ１０−
’／’Ｃ）によって焼結後、室温に戻した時点でマイク
ロクラックを導入する場合が多く強度を低下させるので
３μｍ以下とした。その量は容積比で５％未満では硬度
及び特に熱伝導に関係する切削工具特性の効果が顕著で
なく、一方５０％を超えるとマトリックスが炭化珪素と
なるため鉄系材料との反応による摩耗の増加と靭性の低
下を来すため５〜５０％の範囲とする。
部分安定化ジルコニアは粒径が０．１μｍ未満であると
安定し過ぎ、一方１．０μｍを超えると不安定化になり
過ぎて、いずれも強度改善に寄与しなくなるため粒径の
範囲を０．１〜１．０μｍとした。
安定し過ぎ、一方１．０μｍを超えると不安定化になり
過ぎて、いずれも強度改善に寄与しなくなるため粒径の
範囲を０．１〜１．０μｍとした。
その量は容積比で２％未満では高靭化の効果が顕著でな
く、３０％を超えると硬度の低下をきたすため２〜３０
％の範囲とする。
く、３０％を超えると硬度の低下をきたすため２〜３０
％の範囲とする。
前記粒状炭化珪素とジルコニアとの合計量は容積比で５
５％を超えると炭化珪素又はジルコニアの添加過多とな
り、反応による摩耗或いは硬度不足によりいずれも摩耗
が増加するので、その合計は５５％以下とした。
５％を超えると炭化珪素又はジルコニアの添加過多とな
り、反応による摩耗或いは硬度不足によりいずれも摩耗
が増加するので、その合計は５５％以下とした。
本発明品は、優れた靭性、高硬度および耐摩耗性を有し
且つ耐熱性、耐食性にも優れているので、これらの特性
が要求される鋳物や鋼から最難削材の超合金にいたるま
での、低速切削から高速切削までの幅広い範囲にわたっ
て、切削工具として広く適用することができ、更に、本
発明の特徴である粒状炭化珪素の使用により成形密度を
高めることができ、ホットプレスのかわりに常圧焼結／
ＨＩＰ処理が可能となり、充分高い生産性で製造するこ
とができる。
且つ耐熱性、耐食性にも優れているので、これらの特性
が要求される鋳物や鋼から最難削材の超合金にいたるま
での、低速切削から高速切削までの幅広い範囲にわたっ
て、切削工具として広く適用することができ、更に、本
発明の特徴である粒状炭化珪素の使用により成形密度を
高めることができ、ホットプレスのかわりに常圧焼結／
ＨＩＰ処理が可能となり、充分高い生産性で製造するこ
とができる。
（実施例）
以下本発明の実施例について具体的に説明する。
容積比でアルミナ粉末６０％、粒状炭化珪素３０％、部
分安定化ジルコニア１０％を配合した。
分安定化ジルコニア１０％を配合した。
アルミナ粉末は純度９９％以上、平均粒径０゜４μｍ、
α型結晶形のものである。粒状炭化珪素はα型結晶形の
もので平均粒径０．４５μｍである。ジルコニア粉末は
２モル％（３，５重量％）イツトリアで安定化した平均
粒径０．２μｍの部分安定化ジルコニアである。
α型結晶形のものである。粒状炭化珪素はα型結晶形の
もので平均粒径０．４５μｍである。ジルコニア粉末は
２モル％（３，５重量％）イツトリアで安定化した平均
粒径０．２μｍの部分安定化ジルコニアである。
この原材料をアルミナ容器とアルミナボールを使用する
ボールミル中でエチルアルコールを混合液に使用して７
２時時間式混合し、次ぎにこれらの混合粉を乾燥した。
ボールミル中でエチルアルコールを混合液に使用して７
２時時間式混合し、次ぎにこれらの混合粉を乾燥した。
この混合粉から金型プレスによって直径６５ｍｍ×厚さ
７ｍ＋＋＋の円板を成形し、２ｔ／ｃｍ”のラバープレ
スで高密度化したものを１７２０℃で３時間アルゴンガ
ス雰囲気中で焼結し、更に１６００℃、１．９ｔ／Ｃｍ
”のアルゴンガス圧中で１時間ＨＩＰ処理した。
７ｍ＋＋＋の円板を成形し、２ｔ／ｃｍ”のラバープレ
スで高密度化したものを１７２０℃で３時間アルゴンガ
ス雰囲気中で焼結し、更に１６００℃、１．９ｔ／Ｃｍ
”のアルゴンガス圧中で１時間ＨＩＰ処理した。
これらの焼結体から、ダイヤモンド砥石を用いて切断し
研削加工によって１２．７ｍｍＸ４゜７６ｍｍのＪＩＳ
Ｒ４１２１５ＮＧＮ４３３型に則したスローアウェイ
チップを作成した。このチップにより旋盤を用いて次の
切削条件によって切削テストを行なった。
研削加工によって１２．７ｍｍＸ４゜７６ｍｍのＪＩＳ
Ｒ４１２１５ＮＧＮ４３３型に則したスローアウェイ
チップを作成した。このチップにより旋盤を用いて次の
切削条件によって切削テストを行なった。
比較品として市販のアルミナ−炭化珪素セラミックス製
チップについて同一の条件で切削テストを行なった。
チップについて同一の条件で切削テストを行なった。
切削条件
被剛材 強靭鋳鉄（ＦＣ３０材相当材）Ｈシリンダラ
イす 内径９５＋ｓｍＸ長さ１５０ａ＋ｍ 切削速度 １４２ ＋＊／ｗｉｎ 送り ０ 、３５ ａｍ／ ｒ、ｐ、ａ＋切込み
０．２５ｍｍ 切削本数 ２５０本 上記の切削条件でシリンダライナの内周面の仕上げ切削
加工を行い、チップの欠損の発生情況と仕上り寸法の変
化を測定してチップの摩耗程度を推定してチップの寿命
の良否を判定した。
イす 内径９５＋ｓｍＸ長さ１５０ａ＋ｍ 切削速度 １４２ ＋＊／ｗｉｎ 送り ０ 、３５ ａｍ／ ｒ、ｐ、ａ＋切込み
０．２５ｍｍ 切削本数 ２５０本 上記の切削条件でシリンダライナの内周面の仕上げ切削
加工を行い、チップの欠損の発生情況と仕上り寸法の変
化を測定してチップの摩耗程度を推定してチップの寿命
の良否を判定した。
切削テストの結果を第１図に示す。
更に、これらの焼結体から厚さ２ｗ＋＋＊Ｘ幅３ｍｍＸ
長さ１３ｍｍの曲げ試験片を採取して引張り側の表面を
鏡面仕上げし、下記の試験を行なった（１）曲げ試験 （２）硬度試験 （３）破壊靭性試験 硬度試験及び破壊靭性試験は曲げ試験後の破断した材料
を用いて行なった。
長さ１３ｍｍの曲げ試験片を採取して引張り側の表面を
鏡面仕上げし、下記の試験を行なった（１）曲げ試験 （２）硬度試験 （３）破壊靭性試験 硬度試験及び破壊靭性試験は曲げ試験後の破断した材料
を用いて行なった。
尚、比較品として、従来の切削用チップに用いられてい
る市販のアルミナ−炭化チタンセラミックスを用いて同
一の条件で試験を行なった。
る市販のアルミナ−炭化チタンセラミックスを用いて同
一の条件で試験を行なった。
試験方法は下記によった。
（１）曲げ試験
ＪＩＳ Ｒ１６０１（ファインセラミックスの曲げ強
さ試験方法）に準拠した３点曲げ試験方法によって行な
った。試験片を１０ｍｍの距離に配置された２点点上に
おき、支点間の中央の１点にクロスヘツド速度Ｑ、５Ｈ
／ａ＋ｉｎの荷重を加え試験片が破壊するまでの最大荷
重を測定した。
さ試験方法）に準拠した３点曲げ試験方法によって行な
った。試験片を１０ｍｍの距離に配置された２点点上に
おき、支点間の中央の１点にクロスヘツド速度Ｑ、５Ｈ
／ａ＋ｉｎの荷重を加え試験片が破壊するまでの最大荷
重を測定した。
（２）硬度試験
硬度測定は、ビッカース硬度計によって荷重２０Ｋｇで
行なった。
行なった。
（３）破壊靭性試験
本試験はビッカース硬度計を用いたインデンテーション
法によって靭性の評価を行った。荷重は２０Ｋｇを用い
た。靭性の評価は破壊靭性Ｋｃを求めてその大小によっ
て行った。破壊靭性Ｋｃは新涼の式によって算出した。
法によって靭性の評価を行った。荷重は２０Ｋｇを用い
た。靭性の評価は破壊靭性Ｋｃを求めてその大小によっ
て行った。破壊靭性Ｋｃは新涼の式によって算出した。
試験結果を第１表に示す。
第１表
切削テストの結果、本発明のセラミックスチップは４本
共欠損等の異常の発生は認められず、寸法の変化は０
、１ ｍｍ以内にあり問題なく、仕上り面も良好であっ
たのに対して、比較品のアルミナ−炭化チタンセラミッ
クスのチップは４本の内３本は加工本数１３８本、１９
６本、２４８本目でチップの欠損が発生した。欠損の発
生しなかったのは１本だけであり、寸法変化は０．１３
ｍｍと本発明品より大きかったことから、本発明品のセ
ラミックス製チップは良好な耐衝撃性と耐摩耗性を示す
のに対して、比較品は相対的に靭性が低いために耐衝撃
性、耐摩耗性が劣っており、本発明のセラミックス製チ
ップの寿命が著しく改善されていることが認められる。
共欠損等の異常の発生は認められず、寸法の変化は０
、１ ｍｍ以内にあり問題なく、仕上り面も良好であっ
たのに対して、比較品のアルミナ−炭化チタンセラミッ
クスのチップは４本の内３本は加工本数１３８本、１９
６本、２４８本目でチップの欠損が発生した。欠損の発
生しなかったのは１本だけであり、寸法変化は０．１３
ｍｍと本発明品より大きかったことから、本発明品のセ
ラミックス製チップは良好な耐衝撃性と耐摩耗性を示す
のに対して、比較品は相対的に靭性が低いために耐衝撃
性、耐摩耗性が劣っており、本発明のセラミックス製チ
ップの寿命が著しく改善されていることが認められる。
又試験片による試験結果は第１表から明らかなように１
曲げ強度は比較品のアルミナ−炭化チタンと略同程度で
あるが、特に破壊靭性は比較品のＫｃが４．２ＭＰａ西
に対して６．２ＭＰａ１と著しく改善されており靭性、
耐衝撃性に優れていることが認められる。硬度はＨｖ２
０３０の高硬度を示し、耐摩耗性に優れているアルミナ
−炭化チタンセラミックスを２３０上回っており耐摩耗
性に優れていることが認められる。
曲げ強度は比較品のアルミナ−炭化チタンと略同程度で
あるが、特に破壊靭性は比較品のＫｃが４．２ＭＰａ西
に対して６．２ＭＰａ１と著しく改善されており靭性、
耐衝撃性に優れていることが認められる。硬度はＨｖ２
０３０の高硬度を示し、耐摩耗性に優れているアルミナ
−炭化チタンセラミックスを２３０上回っており耐摩耗
性に優れていることが認められる。
（効果）
本発明のセラミックス製の切削工具は衝撃に強く高靭性
、耐摩耗性に優れ、切削工具用チップ等に適用した場合
性能の著しい向上が図られた。
、耐摩耗性に優れ、切削工具用チップ等に適用した場合
性能の著しい向上が図られた。
更に、粒状炭化珪素の使用によりホットプレスに代わり
、高生産性の期待できる常圧焼結／ＨＩＰ処理が可能と
なった実用上の効果は顕著である。
、高生産性の期待できる常圧焼結／ＨＩＰ処理が可能と
なった実用上の効果は顕著である。
Claims (1)
- 平均粒径３μｍ以下の炭化珪素５〜５０容積％；平均粒
径０．１〜１．０μｍの部分安定化ジルコニア２〜３０
容積％（但し、このジルコニアと前記炭化珪素の合計は
５５容積％以下）；残部が実質的にアルミナからなるア
ルミナ−炭化珪素−ジルコニア複合焼結体で構成したこ
とを特徴とするセラミックス製切削工具。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300536A JPH01140901A (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | セラミックス製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62300536A JPH01140901A (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | セラミックス製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01140901A true JPH01140901A (ja) | 1989-06-02 |
Family
ID=17886005
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62300536A Pending JPH01140901A (ja) | 1987-11-27 | 1987-11-27 | セラミックス製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01140901A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648303A (en) * | 1994-02-25 | 1997-07-15 | Kyocera Corporation | Non-magnetic ceramics for recording/reproducing heads and method of producing the same |
-
1987
- 1987-11-27 JP JP62300536A patent/JPH01140901A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5648303A (en) * | 1994-02-25 | 1997-07-15 | Kyocera Corporation | Non-magnetic ceramics for recording/reproducing heads and method of producing the same |
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