JPH03218968A - 工具用焼結体及びその製造方法 - Google Patents
工具用焼結体及びその製造方法Info
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- JPH03218968A JPH03218968A JP2011831A JP1183190A JPH03218968A JP H03218968 A JPH03218968 A JP H03218968A JP 2011831 A JP2011831 A JP 2011831A JP 1183190 A JP1183190 A JP 1183190A JP H03218968 A JPH03218968 A JP H03218968A
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Landscapes
- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- 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】
く産業上の利用分舒〉
本発明は、工具用焼結体及びその製造方法に関し、特に
例えば軸受綱等の高硬度材料の高速切削加工に用いて最
適なものである。
例えば軸受綱等の高硬度材料の高速切削加工に用いて最
適なものである。
く従来の技術〉
従来において、被削材の硬度がロック・ウエル硬さ（
Ｈ，ｃ）で、６０以上の高硬度材輯の加工は、切削加工
が困難であるため、主としてダイヤモンド砥粒等による
研削加工を行っている。しかしながら該研削加工は、加
工速度が遅いため、工程短縮が思うようにならない。
Ｈ，ｃ）で、６０以上の高硬度材輯の加工は、切削加工
が困難であるため、主としてダイヤモンド砥粒等による
研削加工を行っている。しかしながら該研削加工は、加
工速度が遅いため、工程短縮が思うようにならない。
乙のＷＲｌｌを解決するため、高硬度材料を切削加工す
る工具として、 ■ＷＣ−Ｃｏを主成分とするｓｌ！合金工具，■ＴｉＣ
−ＴｉＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系のサーメット工具，■Ａｊ２０
，を主成分とするセラミックス工具，■ＣＢＮ粒子を高
温高圧で焼結したＣＢＮ焼結工具が覆々開発されており
、新しい機械加工の分野が展開されつつある。
る工具として、 ■ＷＣ−Ｃｏを主成分とするｓｌ！合金工具，■ＴｉＣ
−ＴｉＮ−Ｎｉ−Ｍｏ系のサーメット工具，■Ａｊ２０
，を主成分とするセラミックス工具，■ＣＢＮ粒子を高
温高圧で焼結したＣＢＮ焼結工具が覆々開発されており
、新しい機械加工の分野が展開されつつある。
この高硬度材輯の切削加工用工具としては、■ 工具摩
耗量が小さいこと、 ＠ 切削された被削材の加工面粗さが良好なこと、 等の性能が必要とされている。
耗量が小さいこと、 ＠ 切削された被削材の加工面粗さが良好なこと、 等の性能が必要とされている。
く発明が解決しようとする課題〉
しかしながら上述した高硬度材料用工具のうち、超硬合
金工具やサーメット工具は金属バインダが加工時の発熱
により塑性変形を起こし、摩耗が短時閤に進行するため
適用できないという問題がある。
金工具やサーメット工具は金属バインダが加工時の発熱
により塑性変形を起こし、摩耗が短時閤に進行するため
適用できないという問題がある。
また、セラミックス工具は、超硬合金やサーメットと比
較して欠損しやすいこと、及びチッピング（微小領域で
の剥離亀裂現象をいう）を起こしやすいことから、加工
面の粗さが悪く、適用できないという＋ａｕｉがある。
較して欠損しやすいこと、及びチッピング（微小領域で
の剥離亀裂現象をいう）を起こしやすいことから、加工
面の粗さが悪く、適用できないという＋ａｕｉがある。
更に、ＣＢＳ焼結工＾は高硬度材科の切削加工用の要求
性能には合致しているものの、ＣＢＮを焼結するために
１６００℃以上の高温及び５万気圧以上の高圧が必要で
あると共に製造設備が特殊なもので高価となり、該ＣＢ
Ｎ焼結工具の製造は非常に高価になるという間罷がある
。
性能には合致しているものの、ＣＢＮを焼結するために
１６００℃以上の高温及び５万気圧以上の高圧が必要で
あると共に製造設備が特殊なもので高価となり、該ＣＢ
Ｎ焼結工具の製造は非常に高価になるという間罷がある
。
く課題を解決するための手段〉
前記課題を解決するための本発明の工具用焼結体の構成
は、ＴｉＮ４０体積％以上と、残部がＡｊ２０３， Ｚ
ｒｑ， ＡｊＮ ， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種
又は二種以上との混合粉末を焼結してなることを特徴と
し、一方、この工具用焼結体の製造方法はＴｉＮ４０体
積％以上と、残部がＡｊ２０ｌ， ＺｒＯ２， ＡＩＮ
， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種又は二種以上と
の混合粉末を、成形した後、真空もしくは不活性ガス雰
囲気中、１６００℃以下の温度で加圧焼結することを特
徴とする。
は、ＴｉＮ４０体積％以上と、残部がＡｊ２０３， Ｚ
ｒｑ， ＡｊＮ ， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種
又は二種以上との混合粉末を焼結してなることを特徴と
し、一方、この工具用焼結体の製造方法はＴｉＮ４０体
積％以上と、残部がＡｊ２０ｌ， ＺｒＯ２， ＡＩＮ
， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種又は二種以上と
の混合粉末を、成形した後、真空もしくは不活性ガス雰
囲気中、１６００℃以下の温度で加圧焼結することを特
徴とする。
以下、本発明の構成を詳細に説明する。
本発明は主成分として窒化チタン（ＴｉＮ）を用い、こ
れにその他の成分としてＡｊ’２０３，ＺｒＯ。， Ａ
＃Ｎ， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種又は二種以上
を配合してなるものである。
れにその他の成分としてＡｊ’２０３，ＺｒＯ。， Ａ
＃Ｎ， ＳｉＣウィスカより選ばれた一種又は二種以上
を配合してなるものである。
ここで、ＴｉＮの配合割合は、粉末状態で４０体積％以
上とする。これはＴｉＮ粉末が４０体稿％以下であると
セラミックス工具の欠点であるチッピングの発生を防止
することができないからである。また、ＴｉＮ粉末を９
０体積％以上とすると焼結できるものの、十分に緻密化
することができないため工具として用いることは適当で
はない。
上とする。これはＴｉＮ粉末が４０体稿％以下であると
セラミックス工具の欠点であるチッピングの発生を防止
することができないからである。また、ＴｉＮ粉末を９
０体積％以上とすると焼結できるものの、十分に緻密化
することができないため工具として用いることは適当で
はない。
よって工具として用いる好適な配合量は４０〜９０体積
％更に好ましくは６０〜８０体積％とするのがよい。
％更に好ましくは６０〜８０体積％とするのがよい。
尚、ＴｉＮを工具に使用する試みは、サーメットや粉末
ハイス等金属パインダを結合材とするものでは行われて
いた。これらの工具は、主に八イス（高速度工具鋼の一
般的な呼び方）の改善を目的とし、ＨＰｌｃ硬さ３０以
下の柔かい被削材を対象としたものであり、仕上精度の
向上，高能率化等の効果が確認されていた。
ハイス等金属パインダを結合材とするものでは行われて
いた。これらの工具は、主に八イス（高速度工具鋼の一
般的な呼び方）の改善を目的とし、ＨＰｌｃ硬さ３０以
下の柔かい被削材を対象としたものであり、仕上精度の
向上，高能率化等の効果が確認されていた。
しかし、ＴｉＮは、金属パインダなしで焼結することは
困難で、本発明のようにセラミックスのみで焼結した工
具は、開発されていない。
困難で、本発明のようにセラミックスのみで焼結した工
具は、開発されていない。
また従来のＡＩ２０３を主成分とするセラミックス工具
で発生するチッピングの原因として、本発明者は、熱伝
導率の問題を考えた。Ａｊ２０３の熱伝導率は室温付近
では高いが、１００℃以上の比較的低い温度で急激に低
下する。Ａｔ２０，の靭性を改善するためにＺ ｒ Ｏ
２を添加すれば、熱伝導率は更に低下する。材科の熱伝
導率が悪いと、工具にした場合、被削材との界面で発生
した熱が伝わりに＜＜、工具表面と内部との温度差がつ
き、大きな熱応力が発生する。
で発生するチッピングの原因として、本発明者は、熱伝
導率の問題を考えた。Ａｊ２０３の熱伝導率は室温付近
では高いが、１００℃以上の比較的低い温度で急激に低
下する。Ａｔ２０，の靭性を改善するためにＺ ｒ Ｏ
２を添加すれば、熱伝導率は更に低下する。材科の熱伝
導率が悪いと、工具にした場合、被削材との界面で発生
した熱が伝わりに＜＜、工具表面と内部との温度差がつ
き、大きな熱応力が発生する。
この熱応力によって、極端な堝合は欠損を生じ、欠損を
生じなくても結晶粒が脱落するチッピングを生じる。本
発明では、ＴｉＮは、熱伝導率の高いＴｉＮを主成分と
し、下限値を４０体積％とすることで、工具として使用
した堝合のチッピングを防止するようにしている。
生じなくても結晶粒が脱落するチッピングを生じる。本
発明では、ＴｉＮは、熱伝導率の高いＴｉＮを主成分と
し、下限値を４０体積％とすることで、工具として使用
した堝合のチッピングを防止するようにしている。
上記主成分としてのＴｉＮ粉末に添加する残部の他の成
分としては、Ａｊ，Ｏ， ， ＺｒＯ２， ＡＩＮ ，
ＳｉＣウィスカを挙げることができる。
分としては、Ａｊ，Ｏ， ， ＺｒＯ２， ＡＩＮ ，
ＳｉＣウィスカを挙げることができる。
ここでＡＮ，Ｏ，は残部成分の主体をなすものてあり、
化学安定性も高く、工具にした場合に被削材と反応しに
くい特性を有している。
化学安定性も高く、工具にした場合に被削材と反応しに
くい特性を有している。
また硬度も比較的高いため有効である。
Ｚ ｒ Ｏ２は徽量添加することにより、焼結性を改善
する効果を有する。この効果は、他の配合成分としてＡ
ｊＮ， ＳｉＣウィスヵ， ＴｉＮ等の焼結を阻害する
成分を添加した易合でも１５００℃程度の低温で焼結す
ることが可能となる。
する効果を有する。この効果は、他の配合成分としてＡ
ｊＮ， ＳｉＣウィスヵ， ＴｉＮ等の焼結を阻害する
成分を添加した易合でも１５００℃程度の低温で焼結す
ることが可能となる。
また、ｌ（ＤＺｒＯ，に３ｍｏｊ％程度のＹ２０３を添
加して部分安定化したＺｒＯ，粉末は、先に挙げたＡＩ
２０Ｉに代って残部成分の主体とすることが出来る。こ
の場合、Ａｊ，０３を主体とした場合と比較して、摩耗
は若干増加するものの、強度の高い工具を得ることがで
きるので、欠損しにくいという特徴がある。
加して部分安定化したＺｒＯ，粉末は、先に挙げたＡＩ
２０Ｉに代って残部成分の主体とすることが出来る。こ
の場合、Ａｊ，０３を主体とした場合と比較して、摩耗
は若干増加するものの、強度の高い工具を得ることがで
きるので、欠損しにくいという特徴がある。
残部成分としてのＡＩＮ， ＳｉＣウィスヵは、熱伝導
率を改善する目的で添加するものである。これはＴｉＮ
が多い場合、工員とじて熱伝導車にそれほど大きな影響
を与えることはないが、ＴｉＮが少ない場合、残部成分
の部分がら欠損や剥離を起しやすいので、ＡＩＮ及びＳ
ｉＣウィスカを用いることでこれらを改良するようにし
ている。尚、ＳｉＣウィスヵは添加による工具の諸特性
に影響を及ぼすことはないが、ＡｊＮは添加により強度
を低下させてしまうという欠点があり、ＴｉＮが多い場
合には添加しない方が良い。
率を改善する目的で添加するものである。これはＴｉＮ
が多い場合、工員とじて熱伝導車にそれほど大きな影響
を与えることはないが、ＴｉＮが少ない場合、残部成分
の部分がら欠損や剥離を起しやすいので、ＡＩＮ及びＳ
ｉＣウィスカを用いることでこれらを改良するようにし
ている。尚、ＳｉＣウィスヵは添加による工具の諸特性
に影響を及ぼすことはないが、ＡｊＮは添加により強度
を低下させてしまうという欠点があり、ＴｉＮが多い場
合には添加しない方が良い。
ここで、本発明で加圧焼結とは、例えばホットプｌ／，
Ｘ法やＨ Ｉ Ｐ （Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐ
ｒｅｓｓ：熱間静水圧加圧）法による焼結法を用い、真
空もしくは不活性ガス雰囲気中で、且つ焼成温度を１６
００℃以下で焼成することをいう。上記焼成温度１ ６
０ ０’（以下に限定するのは、工具の定常的な摩耗
は、焼成後の粒径が細かいほと、小さくなり望ましいた
めで、１６００℃以上とすると、粒径の異常成長が顕著
となり、切削工具として使用する場合、寿命の低下が著
しいからである。
Ｘ法やＨ Ｉ Ｐ （Ｈｏｔ Ｉｓｏｓｔａｔｉｃ Ｐ
ｒｅｓｓ：熱間静水圧加圧）法による焼結法を用い、真
空もしくは不活性ガス雰囲気中で、且つ焼成温度を１６
００℃以下で焼成することをいう。上記焼成温度１ ６
０ ０’（以下に限定するのは、工具の定常的な摩耗
は、焼成後の粒径が細かいほと、小さくなり望ましいた
めで、１６００℃以上とすると、粒径の異常成長が顕著
となり、切削工具として使用する場合、寿命の低下が著
しいからである。
〈実 施 例〉
以下、本発明の好適な一実施例について詳細に説明する
。
。
（焼結体の製造方法例）
主成分として平均粒径が１．５μｍの市販のＴｉＮ粉末
及び残部成分として平均粒径が０．３μｍの市販のＡｌ
２０３粉末；平均粒径が０、３μｍの３ｍｏ／％Ｙ２０
，部分安定化ｚ『０２粉末；平均直径０．３μｍ，平均
長さ２μｍのＳｉＣウィスカ；平均粒径０．３μｍのＡ
ＩＮ粉末を原料として用い、下記第１表に記載の組成に
配合し、更にエタノールを加えて湿式混合し、その後乾
燥して原料粉を得た。
及び残部成分として平均粒径が０．３μｍの市販のＡｌ
２０３粉末；平均粒径が０、３μｍの３ｍｏ／％Ｙ２０
，部分安定化ｚ『０２粉末；平均直径０．３μｍ，平均
長さ２μｍのＳｉＣウィスカ；平均粒径０．３μｍのＡ
ＩＮ粉末を原料として用い、下記第１表に記載の組成に
配合し、更にエタノールを加えて湿式混合し、その後乾
燥して原料粉を得た。
この原料粉を所定の温度で真空中で．ホットプレス（圧
力４ ０ ０ｋｇｆ／ｃｊｌ ｔ，、焼結した。
力４ ０ ０ｋｇｆ／ｃｊｌ ｔ，、焼結した。
その後、スローアウエイチップ（Ｉ ＳＯ記号ＳＮＭＮ
４３２ （加工後寸法１２．７閤Ｘ１２．７ｍＸ４．７
６膿，コーナ半径０．８■））の形状に加工して工具と
した。
４３２ （加工後寸法１２．７閤Ｘ１２．７ｍＸ４．７
６膿，コーナ半径０．８■））の形状に加工して工具と
した。
得られた工具を用い、息下の条件で切削試験を行ない、
それぞれの評価を行った。
それぞれの評価を行った。
ｏ＠削材： ＳＶＪ ２ （Ｈ，Ｃ６ ２程度）、０
切削速度： １ ０ ０ｎ／ｍｉｎ，０ 切り込み：
Ｏ． ｌｍ ／ ｒ ｅ ｖ，Ｏ 送り： ０．
２ｍ ／ ｒ ｅ ｖ，０ 工具摩耗量：切削距離４
０００ｍ後の逃げ面摩耗巾。
切削速度： １ ０ ０ｎ／ｍｉｎ，０ 切り込み：
Ｏ． ｌｍ ／ ｒ ｅ ｖ，Ｏ 送り： ０．
２ｍ ／ ｒ ｅ ｖ，０ 工具摩耗量：切削距離４
０００ｍ後の逃げ面摩耗巾。
０ 加工面租さ：切削距離４０００ｍ後の被削材の加工
面粗さ。
面粗さ。
この切削試験結果を第１表に示す。尚、ここで比較材と
したＣＢＮ焼結工具は、他社市販品である。
したＣＢＮ焼結工具は、他社市販品である。
第
１
表
第１表の結果より、ＴｉＮを４０体積％以』配合したセ
ラミックス工具は範囲外の比較例と比較して優れた切削
性能を示し、ＣＢＮ焼結工具と比較しても同等の性能を
示した。
ラミックス工具は範囲外の比較例と比較して優れた切削
性能を示し、ＣＢＮ焼結工具と比較しても同等の性能を
示した。
く発明の効果〉
以上実施例と共に説明したように本発明によれば、優れ
た耐熱性及び耐摩耗性を兼ね備えた工具用焼結体を提供
でき、例えば特に軸受鋼等の高硬度材の切削加工等に使
用した場合、優れた性能を発揮できるという効果を実す
る。
た耐熱性及び耐摩耗性を兼ね備えた工具用焼結体を提供
でき、例えば特に軸受鋼等の高硬度材の切削加工等に使
用した場合、優れた性能を発揮できるという効果を実す
る。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １） ＴｉＮ４０体積％以上と、残部がＡｌ＿２Ｏ＿３
、ＺｒＯ＿２、ＡｌＮ、ＳｉＣウィスカより選ばれた一
種又は二種以上との混合粉末を焼結してなることを特徴
とする工具用焼結体。 ２） ＴｉＮ４０体積％以上と、残部がＡｌ＿２Ｏ＿３
、ＺｒＯ＿２、ＡｌＮ、ＳｉＣウィスカより選ばれた一
種又は二種以上との混合粉末を、成形した後、真空もし
くは不活性ガス雰囲気中、１６００℃以下の温度で加圧
焼結することを特徴とする工具用焼結体の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011831A JP2735919B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2011831A JP2735919B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03218968A true JPH03218968A (ja) | 1991-09-26 |
| JP2735919B2 JP2735919B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=11788702
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2011831A Expired - Lifetime JP2735919B2 (ja) | 1990-01-23 | 1990-01-23 | 工具用焼結体及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2735919B2 (ja) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832067A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性ジルコニア焼結体 |
| JPS58120571A (ja) * | 1982-01-09 | 1983-07-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体 |
| JPS62148367A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐摩耗性高強度高靭性高硬度セラミツクス焼結体及びその製造方法 |
| JPH02229759A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Toray Ind Inc | Ａｌ↓２Ｏ↓３―ＺｒＯ↓２系セラミックスおよびその製造方法 |
-
1990
- 1990-01-23 JP JP2011831A patent/JP2735919B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5832067A (ja) * | 1981-08-13 | 1983-02-24 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性ジルコニア焼結体 |
| JPS58120571A (ja) * | 1982-01-09 | 1983-07-18 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靭性セラミツク焼結体 |
| JPS62148367A (ja) * | 1985-12-23 | 1987-07-02 | 株式会社神戸製鋼所 | 耐摩耗性高強度高靭性高硬度セラミツクス焼結体及びその製造方法 |
| JPH02229759A (ja) * | 1989-03-01 | 1990-09-12 | Toray Ind Inc | Ａｌ↓２Ｏ↓３―ＺｒＯ↓２系セラミックスおよびその製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2735919B2 (ja) | 1998-04-02 |
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