JPH0451281B2 - - Google Patents
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- JPH0451281B2 JPH0451281B2 JP59158096A JP15809684A JPH0451281B2 JP H0451281 B2 JPH0451281 B2 JP H0451281B2 JP 59158096 A JP59158096 A JP 59158096A JP 15809684 A JP15809684 A JP 15809684A JP H0451281 B2 JPH0451281 B2 JP H0451281B2
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Classifications
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- C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
- C04B41/00—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone
- C04B41/009—After-treatment of mortars, concrete, artificial stone or ceramics; Treatment of natural stone characterised by the material treated
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- B23B—TURNING; BORING
- B23B27/00—Tools for turning or boring machines; Tools of a similar kind in general; Accessories therefor
- B23B27/14—Cutting tools of which the bits or tips or cutting inserts are of special material
- B23B27/148—Composition of the cutting inserts
-
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Description
（産業上の利用分野）
本発明は鋳鉄の切削加工、Ni基合金などの難
削性材料の切削加工等の用途に適し、靭性に優れ
かつ耐摩耗性の向上した切削用高靭性窒化珪素質
焼結体工具及びその製造方法に関するものであ
る。 （従来の技術） 現在市販されているセラミツクス工具は主とし
てアルミナ系セラミツク工具とアルミナー炭化チ
タン系セラミツク工具の２種類がある。アルミナ
系セラミツクは高温かつ酸化性雰囲気下で耐摩耗
性に優れているという特徴があるが、一方熱衝撃
によるクラツクが発生し易いなどその靭性に劣つ
ており、高硬度材や断続を含む部位の施削加工、
フライス加工などには使用できない。また、アル
ミナー炭化チタン系セラミツク工具はアルミナに
炭化チタンを添加して靭性を改善したものである
が、施削加工の高能率化と自動化により、より高
い靭性を有しかつ安定して使用できる工具が望ま
れている。この様な現状から近時、窒化珪素を主
成分とするセラミツクスが高温強度が高温硬度が
優れておりかつ熱衝撃性にも強いことから切削工
具用材料として盛んに研究されている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、窒化珪素を主成分とするセラミ
ツク工具はアルミナ系セラミツク工具やアルミナ
−炭化チタン系セラミツク工具と比較して強度及
び熱衝撃性に優れているが、耐摩耗性に劣るとい
う欠点があり、使用条件が限られている。そのた
め、この窒化珪素を主成分として炭化チタン
（TiC）や窒化チタン（TiN）などの硬質粒子を
添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、この場合窒化珪素本来の靭性が低下する。
また、アルミナ（Al2O3）が窒化アルミニウム
（AlN）などを窒化珪素質母材表面にコーテイン
グする方法があるが、CVDコーテイングでは高
温で塩素などを含む腐食性雰囲気にさらされるた
め、窒化珪素母材の強度劣化を免れず、また、窒
化珪素とアルミナでは熱膨張率の差が大きく窒化
珪素母材表面に極く薄くしかコーテイング膜が付
着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない。さ
らに、これらCVD等のコーテイング技術では製
造コストが高くなる欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、
窒化珪素を主成分とする焼結体を一定温度に加熱
後、急冷することにより、該焼結体の表層部の破
壊靭性を中心部の破壊靭性よりも2.0MN／m3/2以
上高くすることが出来、これにより欠損やチツピ
ングの発生が少なくかつ耐摩耗性の向上した窒化
珪素質焼結体工具が得られることを知見した。 したがつて、本発明においては耐摩耗性の向上
した高靭性窒化珪素質工具及びその製造方法を提
供することを目的とする。 本発明によれば窒化珪素（Si3N4）を主成分と
する焼結体であつて、該焼結体の表層部の破壊靭
性が中心部の破壊靭性よりも2.0MN／m3/2以上高
い高靭性窒化珪素質焼結体工具が提供される。 また、本発明によれば窒化珪素（Si3N4）を主
成分として所定形状に焼結成形された焼結体を、
不活性雰囲気中で1300〜1600℃に加熱し、次いで
50〜200℃／秒で冷却するようにした高靭性窒化
珪素焼結体工具の製造方法が提供される。 （作用） 予じめ、ホツトプレス法、熱間静水圧プレス
法、常圧あるいは加圧ガス中焼結法などの任意の
焼成方法により焼成され、所定形状に成形された
窒化珪素質焼結体を1300〜1600℃の不活性雰囲気
中で加熱しなければならない。この場合、1300℃
未満での加熱では冷却時に充分な効果がなく焼結
体の表層部と中心部との破壊靭性の差が
2.0MN／m3/2以上とならず、1600℃を超えて加熱
すると冷却時、焼結体にクラツク等の欠陥が生じ
る。また、加熱された焼結体は50〜200℃／秒で
冷却しなければならない。即ち、50℃／秒未満で
は焼結体表面の破壊靭性が向上せず、200℃／秒
を超えると焼結体に歪が生じ全体にクラツクが生
じるか、または表層部の破壊靭性が向上せず耐摩
耗性及び耐チツピング性が劣下する。さらに焼結
体の表層部の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも
2.0MN／m3/2未満であると、焼結体に欠損やチツ
ピングが発生し、耐摩耗性の向上がみられない。 （実施例） 〓相90％以上の窒化珪素（Si3N4）に対し、
Al2O3，MgO，Y2O3，Ce2O3及び希士類元素の
酸化物から選ばれる１種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第１表に示す割合（重量）となるように
秤量し、アルミナポツト中にてイオン交換水を加
えて混合粉砕する。得られた原料を第１表の焼成
条件欄に示す条件にて焼結成形することにより
JIS規格SNGN432（0.2×20゜のチヤンフアーホー
ニング）に基づく形状の各試料No.１〜20を得た。
これらの試料No.１〜20について第１表に示す熱処
理条件、冷却条件及び表層部冷却速度条件に従つ
て加熱及び冷却処理を行つた。得られた各試料No.
１〜20の内部及び外部の破壊靭性（KIC）をビツ
カース圧痕法（予じめ、鏡面研摩した試料表面に
ビツカース硬度計用圧子を押し当て発生したクラ
ツクの長さから破壊靭性を求める測定法）により
測定し、表層部の破壊靭性（KIC）向上量を算出
すると共に、直径150mm、長さ250mmの鋳鉄製円柱
を切削速度350ｍ／mm・切込み２mm，送り0.45
mm／revで各チツプについて100個外周荒削り切削
を行いフランク摩耗量及び刃先のチツピング状態
を観察した。尚、一部試料については欠損などの
ため、加工工数100個未満でテストを中止した。 これらの結果を第２表に示す。
削性材料の切削加工等の用途に適し、靭性に優れ
かつ耐摩耗性の向上した切削用高靭性窒化珪素質
焼結体工具及びその製造方法に関するものであ
る。 （従来の技術） 現在市販されているセラミツクス工具は主とし
てアルミナ系セラミツク工具とアルミナー炭化チ
タン系セラミツク工具の２種類がある。アルミナ
系セラミツクは高温かつ酸化性雰囲気下で耐摩耗
性に優れているという特徴があるが、一方熱衝撃
によるクラツクが発生し易いなどその靭性に劣つ
ており、高硬度材や断続を含む部位の施削加工、
フライス加工などには使用できない。また、アル
ミナー炭化チタン系セラミツク工具はアルミナに
炭化チタンを添加して靭性を改善したものである
が、施削加工の高能率化と自動化により、より高
い靭性を有しかつ安定して使用できる工具が望ま
れている。この様な現状から近時、窒化珪素を主
成分とするセラミツクスが高温強度が高温硬度が
優れておりかつ熱衝撃性にも強いことから切削工
具用材料として盛んに研究されている。 （発明が解決しようとする問題点） しかしながら、窒化珪素を主成分とするセラミ
ツク工具はアルミナ系セラミツク工具やアルミナ
−炭化チタン系セラミツク工具と比較して強度及
び熱衝撃性に優れているが、耐摩耗性に劣るとい
う欠点があり、使用条件が限られている。そのた
め、この窒化珪素を主成分として炭化チタン
（TiC）や窒化チタン（TiN）などの硬質粒子を
添加して耐摩耗性を向上させようとする方法があ
るが、この場合窒化珪素本来の靭性が低下する。
また、アルミナ（Al2O3）が窒化アルミニウム
（AlN）などを窒化珪素質母材表面にコーテイン
グする方法があるが、CVDコーテイングでは高
温で塩素などを含む腐食性雰囲気にさらされるた
め、窒化珪素母材の強度劣化を免れず、また、窒
化珪素とアルミナでは熱膨張率の差が大きく窒化
珪素母材表面に極く薄くしかコーテイング膜が付
着せず通常の摩耗量に対応できる効果がない。さ
らに、これらCVD等のコーテイング技術では製
造コストが高くなる欠点がある。 （問題点を解決するための手段） 本発明者は上記の現状に鑑み鋭意研究の結果、
窒化珪素を主成分とする焼結体を一定温度に加熱
後、急冷することにより、該焼結体の表層部の破
壊靭性を中心部の破壊靭性よりも2.0MN／m3/2以
上高くすることが出来、これにより欠損やチツピ
ングの発生が少なくかつ耐摩耗性の向上した窒化
珪素質焼結体工具が得られることを知見した。 したがつて、本発明においては耐摩耗性の向上
した高靭性窒化珪素質工具及びその製造方法を提
供することを目的とする。 本発明によれば窒化珪素（Si3N4）を主成分と
する焼結体であつて、該焼結体の表層部の破壊靭
性が中心部の破壊靭性よりも2.0MN／m3/2以上高
い高靭性窒化珪素質焼結体工具が提供される。 また、本発明によれば窒化珪素（Si3N4）を主
成分として所定形状に焼結成形された焼結体を、
不活性雰囲気中で1300〜1600℃に加熱し、次いで
50〜200℃／秒で冷却するようにした高靭性窒化
珪素焼結体工具の製造方法が提供される。 （作用） 予じめ、ホツトプレス法、熱間静水圧プレス
法、常圧あるいは加圧ガス中焼結法などの任意の
焼成方法により焼成され、所定形状に成形された
窒化珪素質焼結体を1300〜1600℃の不活性雰囲気
中で加熱しなければならない。この場合、1300℃
未満での加熱では冷却時に充分な効果がなく焼結
体の表層部と中心部との破壊靭性の差が
2.0MN／m3/2以上とならず、1600℃を超えて加熱
すると冷却時、焼結体にクラツク等の欠陥が生じ
る。また、加熱された焼結体は50〜200℃／秒で
冷却しなければならない。即ち、50℃／秒未満で
は焼結体表面の破壊靭性が向上せず、200℃／秒
を超えると焼結体に歪が生じ全体にクラツクが生
じるか、または表層部の破壊靭性が向上せず耐摩
耗性及び耐チツピング性が劣下する。さらに焼結
体の表層部の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも
2.0MN／m3/2未満であると、焼結体に欠損やチツ
ピングが発生し、耐摩耗性の向上がみられない。 （実施例） 〓相90％以上の窒化珪素（Si3N4）に対し、
Al2O3，MgO，Y2O3，Ce2O3及び希士類元素の
酸化物から選ばれる１種若しくは複数種の複合焼
結助剤を第１表に示す割合（重量）となるように
秤量し、アルミナポツト中にてイオン交換水を加
えて混合粉砕する。得られた原料を第１表の焼成
条件欄に示す条件にて焼結成形することにより
JIS規格SNGN432（0.2×20゜のチヤンフアーホー
ニング）に基づく形状の各試料No.１〜20を得た。
これらの試料No.１〜20について第１表に示す熱処
理条件、冷却条件及び表層部冷却速度条件に従つ
て加熱及び冷却処理を行つた。得られた各試料No.
１〜20の内部及び外部の破壊靭性（KIC）をビツ
カース圧痕法（予じめ、鏡面研摩した試料表面に
ビツカース硬度計用圧子を押し当て発生したクラ
ツクの長さから破壊靭性を求める測定法）により
測定し、表層部の破壊靭性（KIC）向上量を算出
すると共に、直径150mm、長さ250mmの鋳鉄製円柱
を切削速度350ｍ／mm・切込み２mm，送り0.45
mm／revで各チツプについて100個外周荒削り切削
を行いフランク摩耗量及び刃先のチツピング状態
を観察した。尚、一部試料については欠損などの
ため、加工工数100個未満でテストを中止した。 これらの結果を第２表に示す。
【表】
【表】
【表】
試料No.１，２，及び５〜12は本発明の範囲外
（実験例）のものであり、試料No.１及び２は夫々
20℃の水中と粘度10cStで20℃の油中に投下して
表層部の冷却速度200℃／秒を超えて冷却したも
ので冷却速度が早すぎ焼結体にクラツクが発生し
て使用に耐えないか表層部と中心部とに充分な破
壊靭性の差が生じないため耐摩耗性及び耐チツピ
ング性に劣る。試料No.７〜12は冷却条件が強制空
冷（窒素風量大、小）、窒素ガス中放置及び粘度
50cStのシリコンオイル投下である。また、この
場合表層部冷却速度が50℃／秒未満であるか、焼
結体の熱処理温度が1300℃未満であるので、焼結
体の表層部と中心部とに2MN／m3/2以上の破壊
靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。また、焼結体に欠損やチツピ
ングが発生し、フランク摩耗量が0.49mm以上とな
り耐摩耗性が劣化している。 尚、試料No.５及び６は熱処理条件及び表層部冷
冷速度が本発明の範囲であるのに焼結体の表層部
の破壊靭性（KIC）向上量が充分でなくフランク
摩耗量も0.50mm以上となつている。これは冷却条
件におけるシリコンオイルの粘度が1000cStと高
いためと考えられる。試料No.４の冷却条件におけ
るシリコンオイルの粘度が500cStである場合は本
発明を充分備えていることからして少なくともシ
リコンオイル投下の場合は600cSt前後程度までは
本発明の特性に影響はないものと考えられる。ま
た、冷却条件における該実施例を見るかぎり、シ
リコンオイル投下の場合は表層部冷却速度が略50
〜500℃／秒に制御し易いのに比べ他の冷却条件
の場合表層部の冷却速度が著じるしく高いか低い
かの何れかで不安定であるものと考えられる。 一方、これに対し試料No.３，４，及び13〜20の
ものは本発明の範囲内のものであり、何れも焼結
体の表層部の破壊靭性が2MN／m3/2以上であり、
かつ欠損やチツピングの発生がなく、フランク摩
耗量も少なくとも0.45mm以下と本発明の範囲外の
ものと比べ少なく耐摩耗性が向上していることが
理解される。 （発明の効果） 叙述の如く、本発明の窒化珪素質焼結体工具
は、表層部の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも
2.0MN／m3/2以上大であつて、これにより窒化珪
素を主成分とするセラミツク工具の本来保有する
優れた強度及び熱衝撃性に加え、高度の耐摩耗性
が付与され、従つて従来のこの種工具を遥かに綾
ぐ特性を保有することになり、高硬材料の切削加
工等厳しい条件下での使用にも充分耐用し得るも
ので、その実用上の価値は極めて大である。亦、
この優れた工具は、窒化珪素質焼結体に上記の如
く特定された条件の加熱及び冷却処理を施すだけ
で得られるから頗る簡易であり、従つて製造上の
メリツトも大きく、この両発明により得られる利
益は極めて大である。
（実験例）のものであり、試料No.１及び２は夫々
20℃の水中と粘度10cStで20℃の油中に投下して
表層部の冷却速度200℃／秒を超えて冷却したも
ので冷却速度が早すぎ焼結体にクラツクが発生し
て使用に耐えないか表層部と中心部とに充分な破
壊靭性の差が生じないため耐摩耗性及び耐チツピ
ング性に劣る。試料No.７〜12は冷却条件が強制空
冷（窒素風量大、小）、窒素ガス中放置及び粘度
50cStのシリコンオイル投下である。また、この
場合表層部冷却速度が50℃／秒未満であるか、焼
結体の熱処理温度が1300℃未満であるので、焼結
体の表層部と中心部とに2MN／m3/2以上の破壊
靭性の差が生じておらず、また表層部の靭性が充
分向上していない。また、焼結体に欠損やチツピ
ングが発生し、フランク摩耗量が0.49mm以上とな
り耐摩耗性が劣化している。 尚、試料No.５及び６は熱処理条件及び表層部冷
冷速度が本発明の範囲であるのに焼結体の表層部
の破壊靭性（KIC）向上量が充分でなくフランク
摩耗量も0.50mm以上となつている。これは冷却条
件におけるシリコンオイルの粘度が1000cStと高
いためと考えられる。試料No.４の冷却条件におけ
るシリコンオイルの粘度が500cStである場合は本
発明を充分備えていることからして少なくともシ
リコンオイル投下の場合は600cSt前後程度までは
本発明の特性に影響はないものと考えられる。ま
た、冷却条件における該実施例を見るかぎり、シ
リコンオイル投下の場合は表層部冷却速度が略50
〜500℃／秒に制御し易いのに比べ他の冷却条件
の場合表層部の冷却速度が著じるしく高いか低い
かの何れかで不安定であるものと考えられる。 一方、これに対し試料No.３，４，及び13〜20の
ものは本発明の範囲内のものであり、何れも焼結
体の表層部の破壊靭性が2MN／m3/2以上であり、
かつ欠損やチツピングの発生がなく、フランク摩
耗量も少なくとも0.45mm以下と本発明の範囲外の
ものと比べ少なく耐摩耗性が向上していることが
理解される。 （発明の効果） 叙述の如く、本発明の窒化珪素質焼結体工具
は、表層部の破壊靭性が中心部の破壊靭性よりも
2.0MN／m3/2以上大であつて、これにより窒化珪
素を主成分とするセラミツク工具の本来保有する
優れた強度及び熱衝撃性に加え、高度の耐摩耗性
が付与され、従つて従来のこの種工具を遥かに綾
ぐ特性を保有することになり、高硬材料の切削加
工等厳しい条件下での使用にも充分耐用し得るも
ので、その実用上の価値は極めて大である。亦、
この優れた工具は、窒化珪素質焼結体に上記の如
く特定された条件の加熱及び冷却処理を施すだけ
で得られるから頗る簡易であり、従つて製造上の
メリツトも大きく、この両発明により得られる利
益は極めて大である。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 窒化珪素（Si3N4）を主成分とする焼結体で
あつて、該焼結体の表層部の破壊靭性が中心部の
破壊靭性よりも2.0MN／m3/2以上高いことを特徴
とする高靭性窒化珪素質焼結体工具。 ２ 窒化珪素（Si3N4）を主成分として所定形状
に焼結成形された焼結体を、不活性雰囲気中で
1300〜1600℃に加熱し、次いで50〜200℃／秒で
冷却することを特徴とする高靭性窒化珪素質焼結
体工具の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15809684A JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6138803A JPS6138803A (ja) | 1986-02-24 |
| JPH0451281B2 true JPH0451281B2 (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=15664213
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15809684A Granted JPS6138803A (ja) | 1984-07-27 | 1984-07-27 | 高靭性窒化珪素質焼結体工具及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6138803A (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0276607A (ja) * | 1988-09-13 | 1990-03-16 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 窒化けい素系切削工具 |
| JP4642956B2 (ja) * | 1999-12-28 | 2011-03-02 | 株式会社東芝 | ベアリングボール、ベアリング、およびベアリングボールの製造方法 |
-
1984
- 1984-07-27 JP JP15809684A patent/JPS6138803A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6138803A (ja) | 1986-02-24 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |