JPH02157176A - 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 - Google Patents
耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具Info
- Publication number
- JPH02157176A JPH02157176A JP63309659A JP30965988A JPH02157176A JP H02157176 A JPH02157176 A JP H02157176A JP 63309659 A JP63309659 A JP 63309659A JP 30965988 A JP30965988 A JP 30965988A JP H02157176 A JPH02157176 A JP H02157176A
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- Japan
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- coated
- wear resistance
- excellent wear
- cutting tool
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- Pending
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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〕
この発明は、高強度および高靭性を有し、かつ機械的熱
的耐衝撃性および耐摩耗性にすぐれたセラミック基体と
、耐摩耗性のすぐれた表面硬質層との共存作用によって
、強度、靭性、および耐衝撃性か要求される鋼および鋳
鉄の乾式および湿式断続切削や、高送りおよび高切込み
などの重切削は勿論のこと、特に耐摩耗性か強く要求さ
れる鋼や鋳鉄の高速切削に用いた場合に、すぐれた切削
性能を著しく長期に亘って発揮し、使用寿命の延命化を
可能ならしめるウィスカー含有の表面被覆セラミック製
切削工具に関するものである。
的耐衝撃性および耐摩耗性にすぐれたセラミック基体と
、耐摩耗性のすぐれた表面硬質層との共存作用によって
、強度、靭性、および耐衝撃性か要求される鋼および鋳
鉄の乾式および湿式断続切削や、高送りおよび高切込み
などの重切削は勿論のこと、特に耐摩耗性か強く要求さ
れる鋼や鋳鉄の高速切削に用いた場合に、すぐれた切削
性能を著しく長期に亘って発揮し、使用寿命の延命化を
可能ならしめるウィスカー含有の表面被覆セラミック製
切削工具に関するものである。
従来、高強度および高靭性を有し、かつ機械的熱的耐衝
撃性にすぐれたセラミックとして、例えば特開昭６１−
２７４８０３号公報に記載されるセラミックか知られて
おり、このセラミックは、容量％で（以下％は容量％を
示す）、 炭化けい素（以下ＳｉＣで示す）ウィスカ２〜４０％、 を含有し、残りが酸化アルミニウム（以下Ａｇ２Ｏ３で
示す）と不可避不純物からなる組成を有するものであっ
て、これらの特性が要求される鋼や鋳鉄の乾式および湿
式断続切削や、高送りおよび高切込みなとの重切削に切
削工具として用いられている。
撃性にすぐれたセラミックとして、例えば特開昭６１−
２７４８０３号公報に記載されるセラミックか知られて
おり、このセラミックは、容量％で（以下％は容量％を
示す）、 炭化けい素（以下ＳｉＣで示す）ウィスカ２〜４０％、 を含有し、残りが酸化アルミニウム（以下Ａｇ２Ｏ３で
示す）と不可避不純物からなる組成を有するものであっ
て、これらの特性が要求される鋼や鋳鉄の乾式および湿
式断続切削や、高送りおよび高切込みなとの重切削に切
削工具として用いられている。
しかし、上記のウィスカー含有の従来セラミック製切削
工具においては、これを鋼や鋳鉄の高速切削に用いた場
合、ウィスカーを構成するＳｉＣが被削材のＦｅ成分と
反応し易く、かつ熱伝導性が低く、相対的に軟質である
ために、工具自体が著しく摩耗し、実用に供することか
できないのが現状である。
工具においては、これを鋼や鋳鉄の高速切削に用いた場
合、ウィスカーを構成するＳｉＣが被削材のＦｅ成分と
反応し易く、かつ熱伝導性が低く、相対的に軟質である
ために、工具自体が著しく摩耗し、実用に供することか
できないのが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、高強度
および高靭性を有し、かつ耐衝撃性にもすぐれたウィス
カー含有のセラミック製切削］二具に着目し、これのも
つ前記のすぐれた特性を損なうことなく、特に鋼や鋳鉄
の高速切削に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を発揮す
る切削工具を開発すべく研究を行なった結果、 Ｔｊ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Ｔ１ＣＮで示し、これらを総
合してＴｉＣ−Ｎで表イつす）のうちの１種または２種
以上：２０〜５０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｇ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｙ、および希土類元素の酸化物（
以下、それぞれＭ ｇ Ｏ、Ｔ ｔ Ｏ２。
および高靭性を有し、かつ耐衝撃性にもすぐれたウィス
カー含有のセラミック製切削］二具に着目し、これのも
つ前記のすぐれた特性を損なうことなく、特に鋼や鋳鉄
の高速切削に用いた場合に、すぐれた耐摩耗性を発揮す
る切削工具を開発すべく研究を行なった結果、 Ｔｊ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Ｔ１ＣＮで示し、これらを総
合してＴｉＣ−Ｎで表イつす）のうちの１種または２種
以上：２０〜５０％、 を含有し、さらに必要に応じて、 Ｍｇ、Ｔｉ 、Ｚｒ、Ｙ、および希土類元素の酸化物（
以下、それぞれＭ ｇ Ｏ、Ｔ ｔ Ｏ２。
Ｚｒ０ＹＯおよびＲ２Ｏ３で示し、こ
２ ′ ２ ３ 。
れらを総合して金属酸化物という）のうちの１種または
２種以上二０．５〜１０％、 を含有し、残りが八Ω２０３と不可避不純物からなり、
かつ上記ＴｉＣ−Ｎは、その１０〜８０％がウィスカー
で構成された組成を有するセラミック基体の表面を、通
常の化学蒸着法または物理蒸着法によって形成された０
、１〜１０μｍの平均層厚を有する単層または複層の表
面硬質層で被覆してなる表面被覆セラミック製切削工具
は、上記ＴｉＣ−Ｎウィスカーの含有によって、強度、
靭性、および機械的熱的耐衝撃性が向上し、さらに耐摩
耗性が一段と向上したセラミック基体と、耐摩耗性のす
ぐれた表面硬質層との共存作用にて、鋼および鋳鉄の断
続切削および重切削は勿論のこと、特にこれらの高速切
削においてすぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するという知見を得たのである。
２種以上二０．５〜１０％、 を含有し、残りが八Ω２０３と不可避不純物からなり、
かつ上記ＴｉＣ−Ｎは、その１０〜８０％がウィスカー
で構成された組成を有するセラミック基体の表面を、通
常の化学蒸着法または物理蒸着法によって形成された０
、１〜１０μｍの平均層厚を有する単層または複層の表
面硬質層で被覆してなる表面被覆セラミック製切削工具
は、上記ＴｉＣ−Ｎウィスカーの含有によって、強度、
靭性、および機械的熱的耐衝撃性が向上し、さらに耐摩
耗性が一段と向上したセラミック基体と、耐摩耗性のす
ぐれた表面硬質層との共存作用にて、鋼および鋳鉄の断
続切削および重切削は勿論のこと、特にこれらの高速切
削においてすぐれた耐摩耗性を示し、長期に亘ってすぐ
れた切削性能を発揮するという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下にセラミック基体の成分組成および表面硬質層
の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
て、以下にセラミック基体の成分組成および表面硬質層
の平均層厚を上記の通りに限定した理由を説明する。
（ａ）ＴｉＣ−ＮおよびＴＩＣ−Ｎウィスカーの含有量
ＴｉＣ−Ｎ成分は、化学的にきわめて安定で、被削材で
ある鋼や鋳鉄との反応性か八Ω２０３と同様に著しく低
く、かつＡｇ２Ｏ３と同様に高硬度をもつほか、熱伝導
性にもすぐれていることから、これの含有によって工具
は鋼や鋳鉄の高速切削でもすぐれた耐摩耗性を示すよう
になる作用をもつが、その含有量が２０％未満では所望
の耐摩耗性を確保することができず、一方その含有量が
５０％を越えると、強度および靭性が低下するようにな
ることから、その含有量を２０〜５０％と定めた。
ある鋼や鋳鉄との反応性か八Ω２０３と同様に著しく低
く、かつＡｇ２Ｏ３と同様に高硬度をもつほか、熱伝導
性にもすぐれていることから、これの含有によって工具
は鋼や鋳鉄の高速切削でもすぐれた耐摩耗性を示すよう
になる作用をもつが、その含有量が２０％未満では所望
の耐摩耗性を確保することができず、一方その含有量が
５０％を越えると、強度および靭性が低下するようにな
ることから、その含有量を２０〜５０％と定めた。
また、上記のＴｉＣ−Ｎ成分の作用は、これの一部をウ
ィスカーで構成することによって飛躍的に向」二するよ
うになるばかりでなく、ＴＩＣ−Ｎウィスカーの含有に
よって、強度、靭性、および耐衝撃性が向上し、これら
の特性が要求される鋼や鋳鉄の断続切削や重切削にすく
れた切削性能を示すようになるか、その含有量がＴｉＣ
−Ｈに占める割合で１０％未満ては前記作用に所望の効
果か得られず、一方その含有量が同じ＜８０％を越える
と焼結性が低下し、所望の前記特性を確保することがで
きなくなることから、ＴＩＣ−Ｎウィスカーの含有量を
、ＴｉＣ−Ｎ成分に占める割合で１０〜８０％と定めた
。
ィスカーで構成することによって飛躍的に向」二するよ
うになるばかりでなく、ＴＩＣ−Ｎウィスカーの含有に
よって、強度、靭性、および耐衝撃性が向上し、これら
の特性が要求される鋼や鋳鉄の断続切削や重切削にすく
れた切削性能を示すようになるか、その含有量がＴｉＣ
−Ｈに占める割合で１０％未満ては前記作用に所望の効
果か得られず、一方その含有量が同じ＜８０％を越える
と焼結性が低下し、所望の前記特性を確保することがで
きなくなることから、ＴＩＣ−Ｎウィスカーの含有量を
、ＴｉＣ−Ｎ成分に占める割合で１０〜８０％と定めた
。
（ｂ） 金属酸化物の含有量
これらの成分は、焼結助剤として作用し、焼結性を一層
改善し、もって強度および靭性を向上させる作用がある
ので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０５％
未満では前記作用に所望の効果か得られず、一方その含
有量が１０％を越えると耐摩耗性か低下するようになる
ことから、その含有量を０．５〜１０％と定めた。
改善し、もって強度および靭性を向上させる作用がある
ので、必要に応じて含有されるが、その含有量が０５％
未満では前記作用に所望の効果か得られず、一方その含
有量が１０％を越えると耐摩耗性か低下するようになる
ことから、その含有量を０．５〜１０％と定めた。
（ｃ） 表面硬質層の平均層厚
その平均層厚か０．１μｍ未満では、セラミック基体の
もつすぐれた耐摩耗性との共存作用による耐摩耗性の一
層の向上をはかることができず、一方その平均層厚が１
０μｍを越えると、工具切刃に欠けやチッピングが発生
し易くなることから、その平均層厚を０．１〜１０庫と
定めた。
もつすぐれた耐摩耗性との共存作用による耐摩耗性の一
層の向上をはかることができず、一方その平均層厚が１
０μｍを越えると、工具切刃に欠けやチッピングが発生
し易くなることから、その平均層厚を０．１〜１０庫と
定めた。
つぎに、この発明の表面被覆セラミック製切削工具を実
施例により具体的に説明する。
施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも０．５〜１．５陣の平均粒径
を有するＡΩ２０３粉末、ＴｉＣ−Ｎ粉末、および各種
の金属酸化物粉末、さらにいずれも０．３〜２μｍの範
囲内の平均径を有し、かつアスペクト比が５〜４０のＴ
ＩＣ−ＮウィスカーおよびＳｉＣウィスカーを用意し、
これら原料粉末を第１表に示される配合組成に配合し、
まずウィスカーを除く粉末をボールミルにて７２時時間
式混合粉砕した後、これにウィスカーを超音波振動を加
えながら靜かに撹拌混合し、乾燥し、ついで温度 １６
５０°Ｃ１圧カニ ４ ｋｇ ／ ｍＡ、保持時間、１
時間の条件でホットプレス焼結を施すことによりＩＳＯ
規格Ｓ Ｎ Ｍ Ｇ １２０４０８に則した形状を有し
、かつ配合組成と実質的に同じ組成をもったセラミック
基体、並びにいずれもＡΩ２０３以外の構成成分である
ＳｉＣおよびＴｉＣ成分の全量をウィスカーとした従来
切削チップおよび比較切削チップを製造し、ついで前記
セラミック基体の表面に、通常の化学蒸着法を用い、同
じく第１表に示される組成および平均層厚の表面硬質層
を形成することにより本発明表面被覆セラミック製切削
チップ（以下本発明被覆切削チップという）１〜１２を
それぞれ製造した。
を有するＡΩ２０３粉末、ＴｉＣ−Ｎ粉末、および各種
の金属酸化物粉末、さらにいずれも０．３〜２μｍの範
囲内の平均径を有し、かつアスペクト比が５〜４０のＴ
ＩＣ−ＮウィスカーおよびＳｉＣウィスカーを用意し、
これら原料粉末を第１表に示される配合組成に配合し、
まずウィスカーを除く粉末をボールミルにて７２時時間
式混合粉砕した後、これにウィスカーを超音波振動を加
えながら靜かに撹拌混合し、乾燥し、ついで温度 １６
５０°Ｃ１圧カニ ４ ｋｇ ／ ｍＡ、保持時間、１
時間の条件でホットプレス焼結を施すことによりＩＳＯ
規格Ｓ Ｎ Ｍ Ｇ １２０４０８に則した形状を有し
、かつ配合組成と実質的に同じ組成をもったセラミック
基体、並びにいずれもＡΩ２０３以外の構成成分である
ＳｉＣおよびＴｉＣ成分の全量をウィスカーとした従来
切削チップおよび比較切削チップを製造し、ついで前記
セラミック基体の表面に、通常の化学蒸着法を用い、同
じく第１表に示される組成および平均層厚の表面硬質層
を形成することにより本発明表面被覆セラミック製切削
チップ（以下本発明被覆切削チップという）１〜１２を
それぞれ製造した。
ついで、この結果得られた各種の切削チップについて、
被削材：ＦＣ２５
切削速度：５００ｍ／川ｉｎ。
用 リ： ０．４５＋ｎ＋ｎ／ ｒｅｖ切込み１．
５ ｍｍ。
５ ｍｍ。
の条件での鋳鉄の乾式連続高速切削試験、並びに］ ０
被削材： Ｓ Ｎ ＣＭ４３９（硬さ：ＨＢ２２ｏ）ノ
丸棒。
丸棒。
切削速度＋ ４００ ｒｎ／ｍｉｎ 。
送 リ： ０．３ ＋ｎ＋＋＋／ ｒｅｖ、。
切込み＋１．５ｍｍ
の条件での鋼の乾式連続高速切削試験を行ない、切刃の
逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍに至るまでの切削時間をそれ
ぞれ測定した。これらの測定結果を第１表に示した。
逃げ面摩耗幅が０．４ｍｍに至るまでの切削時間をそれ
ぞれ測定した。これらの測定結果を第１表に示した。
第１表に示される結果から、本発明被覆切削チップ１〜
１２は、いずれも鋳鉄および鋼の高速切削において、す
ぐれた耐摩耗性を発揮し、長い切削時間を示すのに対し
て、従来切削チップおよび比較切削チップは摩耗がはげ
しく、実用に供することができないことが明らかである
。
１２は、いずれも鋳鉄および鋼の高速切削において、す
ぐれた耐摩耗性を発揮し、長い切削時間を示すのに対し
て、従来切削チップおよび比較切削チップは摩耗がはげ
しく、実用に供することができないことが明らかである
。
上述のように、この発明の表面被覆セラミック製切削］
二具は、セラミック基体と表面硬質層の共存によって鋼
や鋳鉄の高速切削に用いた場合にもすぐれた耐摩耗性を
発揮し、さらにセラミック基体のもつ高強度および高靭
性、すぐれた機械的熱目 的耐衝撃性によって、鋼や鋳鉄の断続切削や重切削にお
いても、すぐれた耐摩耗性を有する表面硬質層の作用と
含まって、すぐれた切削性能を著しく長期に亘って発揮
し、切削寿命の大幅な延命をはかることができるなど工
業上有用な効果をもたらすものである。
二具は、セラミック基体と表面硬質層の共存によって鋼
や鋳鉄の高速切削に用いた場合にもすぐれた耐摩耗性を
発揮し、さらにセラミック基体のもつ高強度および高靭
性、すぐれた機械的熱目 的耐衝撃性によって、鋼や鋳鉄の断続切削や重切削にお
いても、すぐれた耐摩耗性を有する表面硬質層の作用と
含まって、すぐれた切削性能を著しく長期に亘って発揮
し、切削寿命の大幅な延命をはかることができるなど工
業上有用な効果をもたらすものである。
Claims (2)
- （１）Ｔｉ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：２０〜５０容量％、を含有し、残
りが酸化アルミニウムと不可避不純物からなり、 かつ、上記Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物は、
その１０〜８０容量％がウィスカーで構成された組成を
有するセラミック基体の表面を、通常の化学蒸着法また
は物理蒸着法によって形成された０．１〜１０μｍの平
均層厚を有する単層または複層の表面硬質層で被覆して
なる耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具
。 - （２）Ｔｉ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：２０〜５０容量％、を含有し、さ
らに、 Ｍｇ，Ｔｉ，Ｚｒ，Ｙ，および希土類元素の酸化物のう
ちの１種または２種以上：０．５〜１０容量％、を含有
し、残りが酸化アルミニウムと不可避不純物からなり、 かつ、上記Ｔｉの炭化物、窒化物、および炭窒化物は、
その１０〜８０容量％がウィスカーで構成された組成を
有するセラミック基体の表面を、通常の化学蒸着法また
は物理蒸着法によって形成された０．１〜１０μｍの平
均層厚を有する単層または複層の表面硬質層で被覆して
なる耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具
。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309659A JPH02157176A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63309659A JPH02157176A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02157176A true JPH02157176A (ja) | 1990-06-15 |
Family
ID=17995718
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63309659A Pending JPH02157176A (ja) | 1988-12-07 | 1988-12-07 | 耐摩耗性のすぐれた表面被覆セラミック製切削工具 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02157176A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997018177A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-22 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| US6204213B1 (en) | 1999-09-18 | 2001-03-20 | Kennametal Pc Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
-
1988
- 1988-12-07 JP JP63309659A patent/JPH02157176A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997018177A1 (en) * | 1995-11-13 | 1997-05-22 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| AU699964B2 (en) * | 1995-11-13 | 1998-12-17 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| US5955390A (en) * | 1995-11-13 | 1999-09-21 | Kennametal Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
| US6204213B1 (en) | 1999-09-18 | 2001-03-20 | Kennametal Pc Inc. | Whisker reinforced ceramic cutting tool and composition thereof |
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