JPH0255261A

JPH0255261A - 切削工具用セラミックス焼結体

Info

Publication number: JPH0255261A
Application number: JP63207785A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Sobada; 蕎麦田　薫; Yuji Katsumura; 勝村　祐次; Masaki Kobayashi; 正樹小林
Original assignee: Toshiba Tungaloy Co Ltd
Current assignee: Tungaloy Corp
Priority date: 1988-08-22
Filing date: 1988-08-22
Publication date: 1990-02-23
Anticipated expiration: 2011-07-03
Also published as: JP2511700B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、従来の切削工具用セラミックス焼結体の使用
領域から、さらに銅を切削するときに生じるような連続
的切りくずの発生する使用領域にまで用いることができ
る切削工具用セラミックス焼結体に関するものである。

（従来の技術）従来、切削工具用セラミックス焼結体は、大別すると酸
化物系焼結体と非酸化物系焼結体がある。この内、酸化
物系の切削工具用セラミックス焼結体としては、Ａｌ２
２０．−　ＭｇＯ系焼結体又はＡｌ１１　ｇｏｔ　　Ｔ
ｉＣ系焼結体が実用化されている。これらの　Ａ［□０
．−１０系焼結体及びへ氾２ｏ、−ＴｉＣ系焼結体は、
靭性が不足しているために非常に限られた使用領域でし
か使用できないという問題がある。この問題点を解決し
ようとしたものに、酸化アルミニウムと、酸化物系セラ
ミックス中で最大の強度を有する安定化剤人の酸化ジル
コニウムとを組合わせてなるＡｎ　ｘｉｓ−ＺｒＯｚ系
焼結体が多数提案されている。このＡｉｌ　Ｊｚ　−Ｚ
ｒＯ□系焼結体の代表的なものに、特開昭６０−２３９
３５７号公報、特開昭６１−　５８８５７号公報及び特
開昭６２−５６３５５号公報がある。

（発明が解決しようとする問題点）特開昭６０−２３９３５７号公報は、！、５〜５ｍｏ１
％のイツトリア［Ｙ、０．１を含有するジルコニア（ｚ
「０□）５０〜８０育シ％とアルミナ　（４℃２Ｇ、）
又はスピネル（Ｍｇ　Ａｌ２ｚＯ４）５０〜２ｗｔ％と
からなり、かつ３点曲げ強度が１７００ＭＰａ以上であ
る高強度ジルコニア系切削工具用部材が示されている。

この特開昭６０−２３９３５７号公報の高強度ジルコニ
ア系切削工具用部材は、アルミニウム合金などの難削性
金属を切削するのに適したすぐれた切削工具用部材であ
るけれども、鋳物や鋼を切削する場合、特に鋼を切削す
る場合には、−・１摩耗性が極端に低下し、その結果欠
損しやすくなるために実用化できないという問題がある
。

特開昭６１−　５８８５７号公報は、弔均粒径１ｔＬｍ
以下のアルミナを７０〜９０ｗｔ％と、平均粒径１μｍ
以下のジルコニアを１０〜３０育し％とを含有し、前記
ジルコニアの４０％以上がし−７，ｒ　Ｏ□結晶である
切削工具用の高強度アルミナ質焼結体が示されている。

このｔ、？開開６１〜５８８５７号公服の高強度アルミ
ナ質焼結体は、ジルコニアの相転位時の体積膨張変化に
より発生するクラックの存在が焼結体の破壊、靭性値を
向」ニしたとしでも、逆に抗折力強度を低下させるもの
であるということから、アルミナ及びジルコニアの平均
粒径とそれらの含有！１、並びにＬＺｒＯｉ結品を調整
することにより、破壊靭性値を低下することなく抗折力
強度を高めることに成功したすぐれた焼結体であるけれ
ども、焼結体の抗折力強度及び破壊靭性値が全ての切削
性能特性と相関せず、特に刃先が高温高圧の状態になる
鋼切削時においては２耐欠損性が極端に低トして実用化
し難いという問題がある。

特開昭６２−　５６３５５号公報は、１８〜３０ｍｏ氾
％のＺｒＯ，とＤｙの酸化物を＋ｉｉ＋記ＺｒＬに対す
る割合で１．５〜２．５ｍｏｌ％含み、残部が実質的に
Ａｌ２．０．からなるセラミックス切削工具が示されて
いる。

この特開昭６２　５６３５５号公報のセラミックス切削
工具は、イツトリアを含有したＺｒＯ□が高温において
、ｔ　−Ｚｒ（ｈからｖ　−ＺｒＯ□への相転位を困難
にし、そのために強靭化を達成できなかったのに対し、
Ｄｙの酸化物を含有したＺｒ０ｚを用いて高温高圧下で
の靭性を高めたすぐれたセラミックス切削工具であるけ
れども、切削工具の刃先が最も高温高圧状態になりやす
い鋼を被削材とする場合には、耐欠損性が極端に低下し
て実用化し難いという問題がある。

本発明は、」一連のような問題点を解決したもので、具
体的には、酸化アルミニウムと酸化イツトリウムを含有
した酸化ジルコニウムとの組成成分を調整することによ
り鋼を切削することも可能にし、さらにブレーカ−付ス
ローアウェイチップとしても実用可能な切削工具用セラ
ミックス焼結体の提供を目的とするものである。

（問題点を解決するための手段）本発明者らは、切削工具用セラミックス焼結体の内、鋼
を切削できるセラミックス焼結体はほとんどなく、　Ａ
氾ｉＬ　　Ｔｉ（Ｃ，Ｎ）系セラミックス焼結体が限ら
れた条件での鋼の切削工具用として使われているにすぎ
ないこと、またそれをプレカー付スローアウェイチップ
としては実用化されてないことから、その原因を調べる
と共に、Ａｊｌｔ　ｚＬ　−Ｚｒ０ｚ系焼結体における
ｉ　２０．とｚ「０２の組成比率、及び７．ｒＯ□の安
定化剤と屑を切削したときの摩耗形態及び欠損現象との
関連性について検討し、以下の知見を得たものである。

まず、切削工具でもって鋼を切削する場合は、加熱され
た切くずが連続的に高速で流出し、その切くずが工具の
切刃から少し離れたすくい面を擦過するという特徴があ
ること、このために、鋼を切削するための切削工具とし
て必要なことは、高圧縮強度、高硬度、高靭性、耐摩耗
性、耐酸化性、低摩擦係数及び鋼との親和性が低いこと
などがある。これらの特性をｉ　、０．とＺｒＯ□で比
較してみると、例えば圧縮強度、硬度、耐摩耗性に対し
てはＡ２□０３がすぐれていること、靭性、摩擦係数に
対してはＺｒ０ａがすぐれていること、耐酸化性、鋼と
の親和性に対してはＡβ２０３とＺｒＯ□の両方がすぐ
れていると考えられる。

そこで、Ａｆｉ　、０．とＺ「０．の組成比率を種々変
えた焼結体及び各種の安定化剤を添加してなるＺｒ０ａ
と　Ａε２０３の焼結体でもって増を切削し、このとき
に得られた摩耗及び欠損状態を確認することにより、鋼
を切削するのに最適なＡｆｉ　２０．とＺｒＯ□の組成
比率及びＺｒＬへの安定化剤についての知見を得たもの
である。この知見に基づいて、本発明を完成するに至っ
たものである。

すなわち、本発明の切削ＩＸ貝用セラミックス焼結体は
、酸化イツトリウムの安定化剤を１〜５ｍｏｌ％含イＴ
する酸化ジルコニウム３２〜４８貰し％と、残り酸化ア
ルミニウムと不可避不純物とからなることを特徴とする
ものである。

本発明の切削工具用セラミックス焼結体における安定化
剤は、酸化ジルコニウムに対して１〜５ｍｏｌｔ％の酸
化イツトリウムのみを含む場合、又は１〜５ｍｏ１２％
の酸化イツトリウムの内の０．１〜２ｍａｎ％をＭｇ、
　Ｃａ、　Ｃｅ、　Ｎｄ、　Ｓｍ、　Ｅｕ、　Ｇｄ、　
Ｔｂ、　Ｄｙ。

ｆｌｏ、　Ｙｂの酸化物で置換してなる複合安定化剤で
なる場合がある。この内、酸化イツトリウムのみからな
る安定化剤の場合は、２〜３ｍａｉ１％の酸化イツトリ
ウムが焼結体の強度を最も高めるので、特に好ましく、
複合安定化剤の場合は、２〜：３ｓｏβ％の酸化イツト
リウムに上述の酸化物なＯ８〜２ｍｏ、ｇ％を加えたも
のが、特に好ましいものである。この複合安定化剤の内
、Ｃｅの酸化物を含イ１したものは橙赤色〜茶色系の色
調を有する焼結体となること、　Ｓｍ、　Ｄｙ、　Ｉｌ
ｏの酸化物を含有したものは黄色系の色調を有する焼結
体となること、　Ｅｕの酸化物を含有したものは薄桃色
系の色調を有する焼結体となること、Ｙｂの酸化物を含
有したものは青色〜薄緑色系の色調を有する焼結体とな
ること、Ｎｄの酸化物を含有したものは赤紫色系の色調
になることから１例えばスローアウェイチップなどの切
削工具部材を形成した場合に色別による品質管理が可能
となり好ましいことである。これらの安定化剤又は複合
安定化剤が１ｍ０２％未満になると、酸化ジルコニウム
の安定化が不充分となり、逆に５ｍｏｆｉ％を超えて多
くなると立方晶の酸化ジルコニウムが多くなりすぎるた
めに耐欠損性の低下となる。

本発明の切削工具用セラミックス焼結体における酸化ジ
ルコニウムは、正方品の酸化ジルコニウムのみからなる
場合、又はｉＥ方品に１０％以下の単斜方晶及び／又は
立方晶の混在してなる酸化ジルコニウムの場合がある。

この酸化ジルコニウムは、特に平均粒径０．５μｍ以下
であると、鋼を切削するための切削工具として適するこ
とから好ましいことである。この酸化ジルコニウムは、
焼結体金用に対して３２ｗシ％未満になると、耐欠損性
が低下し、逆に酸化ジルコニウムが４８Ｗシ％を超えて
多くなると、耐摩耗性の低下と共に耐熱衝撃性の低下か
ら欠損して短寿命となる。特に、耐欠損性から酸化ジル
コニウムは３５〜４５ｗｔ％であることが好ましいこと
である。

酸化ジルコニウムの他に、焼結体中に主成分として存在
している酸化アルミニウムは、ａ　−ＡＩ２２０．のみ
からなる場合、又はα−Ａβ２０．に１０％以下のβ−
Ａβ２０３の混在してなる酸化アルミニウムの場合があ
る。この酸化アルミニウムは、特に・Ｖ均粒径ｌ〜３μ
ｍであると」二連の゛ト均粒径０，５μｍ以ドの酸化ジ
ルコニウムとの用剰効果Ｃもって鋼を切削するだめの切
削工具として適することから好ましいことである。

本発明の切削工具用セラミックス焼結体は、従来のセラ
ミックス焼結体では未完成であったブレーカ−骨切削工
具として用いることができ、特に鋼などの工具ホルダー
との接合性に問題のない、ブレーカ−付スローアウェイ
デツプを形成して用いることができる。

本発明のセラミックス焼結体をブレーカ付スローアウェ
イチップに形成する場合は、特に２〜３ｍｏｊ２％の酸
化イツトリウムを含有する酸化ジルコニウム３５〜４５
ｗｔ％と、残り酸化アルミニウムと不可避不純物とから
なる焼結体であることが好ましく、また酸化ジルコニウ
ムの平均粒径が０．５μｍ以下、酸化アルミニウムの下
向粒径が１〜３μｍであることが好ましいことである。

さらに、ブレーカ−の形状としては、超硬合金又はサー
メットでなる市販のブレーカ−付スローアウェイチップ
の内、例えば仕上切削用のブレーカ−形状又は軽・中切
削用のブレーカ−形状を形成して用いると、特に好まし
いものである。

本発明の切削工具用セラミックス焼結体における不可避
不純物は、出発物として用いる、例えば酸化ジルコニウ
ム粉末２ｍ化アルミニウム、粉末などの粉末中に含有し
ている場合と、他に製造工程、例えば混合粉砕工程から
混入する場合とがある。

本発明の切削工具用セラミックス焼結体は、従来から行
われている粉末冶金による方法を利用して作製すること
ができる。特に、混合粉砕工程で；ま１例えばポリウレ
タンを内張したステンレス製混合容器と　Ａｊ２２０．
系焼結体、　ＺｒＯ□系焼結体又はＡｆｉ　２０＊　、
Ｚｒ０ａ系焼結体のボールを用いて不可避不純物の混入
Ｉｎをできるだけ少なくすることが好ましいことである
。この混合粉末を各種の粉末冶金による成形方法で成形
体とした後、大気中又は酸素ガス雰囲気中、　１４５０
〜１６００℃の温度で焼結し、次いで、Ａ「又は酸素ガ
スを含んだ什ガス中。

１００［１〜２０［１０ａｔｍの圧力、　１４００〜１
５００℃の温度で熱間静水圧処理（ｔｉｌｌ’処理）を
行うことにより本発明の焼結体を得ることができる。

（作用）本発明の切削工具用セラミックス焼結体は。

安定化剤の含有した酸化ジルコニウムが主として靭性を
高め、被削材である鋼との摩擦を緩和する作用をし、酸
化アルミニウムが主として硬度及び＊−１摩耗性を高め
る作用をしているものである。

実施例市販の１次粒径が２３０人のＹ　−１’５Ｚ（３ｍｏ、９％Ｙ２Ｏ３含有のＺｒＬ）
粉末、Ｙ　−Ｃｅ　−Ｉ’５Ｚ（２，５ｎｏｎ　　％　
ＹｚＯ＋　・０．５ｍｏｆｌ　　％　ＣｅｚＬ　　　含
　イｉのＺｒ０ｚ）粉末、Ｙ−Ｙｂ　−ＰＳＺ（２ｍｏｎ％ＹＪｓ・Ｉ　ｍｏ［％
ＹｂＪ、含有のＺｒ０ｚ）粉末と、平均粒径が０．４μ
ｍのＡｌ１　ｚｏ：＋粉末［９９，９９％）とを用いて
第１表の如くに配合した。第１表に示したそれぞれの試
料の、ＡＱ　２０３粉末をＡ１１ｚＯｉ　−ＺｒＯ□製
ボールと共にポリウレタンを内張した容器に入れて、メ
タノールによる４式で１０時間混合粉砕し１次いで、　
ｐｓｚ粉末を入れて４８時間混合粉砕した後、乾燥及び
Ｉ　ｔ／ｃｍ２のＦｆＥ力によるラバープレスにより成
形体を得た。この成形体を１４２／ｍｉｎの酸素ガス流
入中、１４５０〜１６００℃の温度で２時間保持して焼
結した後、Ａｒガス中、１５００ａＬｍの圧力、＋４５
０’ｃの温度でＩＩＩＰ処理して本発明の焼結体及び本
発明を外れた比較の焼結体を得た。

こうして得た、それぞれの焼結体と、市販のへβ２０３
−ＴｉＣ系焼結体の硬さ及び抗折力を測定し、その結果
を第１表に併記した。

また、第１表に示したそれぞれの焼結体を下記の　　ｆ
Ａ）切削試験、（Ｂ）切削試験及び　（Ｃ１切削試験に
より耐摩耗性、耐欠損性の切削試験を行って、その結果
を第１表に併記した。

（Ａ）切削試験の条件（乾式旋削試験）チップ形状　５
ＰＧＲ１２０３０８（軽切削用リード形ブレーカー付）４８Ｃ４００ｍ／ｍ１ｎ１．５ｍｍ０、２ｍｍ／ｒｅｖ１０分間切削後の゛１ε均逃げ面摩耗量（ｖ８）、ただし、途中で欠損又はＶ、が０．４ｍｍになった場合は中１Ｆ。

被削材切削速度切込みｒｒｌ送　　リ　　−１評　　　価（ｒｌ＋切削試験の条件（乾式旋削試験）チップ形状　
５ＰＧＲ１２０３０８（軽切削用リード形ブレーカー付）被削材　３４８Ｃ切削速度　　６００　ｍ／ｍｉｎ切込み壜　　１．Ｏｍｍ送評り価０．１ｍｍ／ｒｅｖ５分間切削後の平均逃げ面摩耗量（ｖ８）、ただし、途中で欠損又はｖｌｌが０．４ｍｍになった場合は中１Ｆ、。

ｆｃ）切削試験の条件（フライス試験）チップ形状　５ＮＧＮ　＋２０４０８被削材　　ＦＣＤ６０（３００Ｘ　１５０　ｍｍの而）
切削速度　　１４０　ｍ／ｍｉｎ切込みｉ；ｔ　　　１．５ｍｍ評　　価　　送りｆｆ１ｉ）　Ｏ，Ｉ　ｍｍ／ｒｅｖか
ら欠損するまで送り量を増加し、切削可能な最大の送り雀で表示以下余白（発明の効果）本発明の切削上具用セラミックス焼結体は、本発明から
外れた従来のセラミックス焼結体に相″−１する比較の
焼結体に比べて、硬さ及び抗折力についてはほとんど差
がないが、切削試験における耐摩耗性及び耐欠損性の両
方共にすぐれていて、特に耐欠損性では約１６％〜６４
％もすぐれるという効果がある。

また、従来の＾ｎ２（Ｌ　−ＺｒＯ□系焼結体が鋳物又
はＡＲ金合金どの難削材の切削に効果を発揮したのに対
して１本発明の切削工具用セラミックス焼結体は、鋼を
切削した場合にも著しくすぐれた効果を発揮すると共に
、ブレーカ−骨切削工具として用いた場合にも著しくす
ぐれた効果を発揮することから、従来の切削工具用セラ
ミックス焼結体の用途と、さらに新たな切削工具の用途
範囲にまで応用できる可能性のある産業上有用な焼結体
である。

特許出願人　東芝タンガロイ株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）酸化イットリウムの安定化剤を１〜５ｍｏｌ％含
有する酸化ジルコニウム３２〜４８ｗｔ％と、残り酸化
アルミニウムと不可避不純物とからなることを特徴とす
る切削工具用セラミックス焼結体。
（２）上記安定化剤は、０．１〜２ｍｏｌ％をＭｇ，Ｃ
ａ，Ｃｅ，Ｎｄ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ
，Ｙｂの酸化物の中の少なくとも１種で置換してなる複
合安定化剤であることを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の切削工具用セラミックス焼結体。
（３）酸化イットリウムの安定化剤を１〜５ｍｏｌ％含
有する酸化ジルコニウム３２〜４８ｗｔ％と、残り酸化
アルミニウムと不可避不純物とからなる焼結体をブレー
カー付スローアウェイチップに形成してなることを特徴
とする切削工具用セラミックス焼結体。
（４）上記安定化剤は、０．１〜２ｍｏｌ％をＭｇ，Ｃ
ａ，Ｃｅ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｙｂ
の酸化物の中の少なくとも１種で置換してなる複合安定
化剤であることを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
の切削工具用セラミックス焼結体。