JPS593073A - 切削工具および耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料 - Google Patents

切削工具および耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料

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JPS593073A
JPS593073A JP57111349A JP11134982A JPS593073A JP S593073 A JPS593073 A JP S593073A JP 57111349 A JP57111349 A JP 57111349A JP 11134982 A JP11134982 A JP 11134982A JP S593073 A JPS593073 A JP S593073A
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JP
Japan
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sialon
sintered material
cutting
tool
powder
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JP57111349A
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JPS6215505B2 (ja
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賢一 西垣
安在 克章
照義 棚瀬
杉澤 泰次郎
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Mitsubishi Metal Corp
Original Assignee
Mitsubishi Metal Corp
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Publication date
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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】 この発明は、特に切削工具および耐摩耗工具として使用
した場合にすぐれた耐摩耗性を示す高強度サイアロン基
焼結材料に関するものである。
窒化ケイ素と酸化アルミニウムとの固溶体はサイアロン
と呼ばれており、高温領域までの熱的安定性、耐酸化性
、および耐熱衝撃性が良好なため、エンジニアリングセ
ラミックス関係をはじめ、耐摩耗性部品、耐食性部品、
あるいは切削工具をはじめとする各種工具材として有望
な材料の1つとされているが、極めて難焼結性材料であ
ることが直接の用途に結び付ける上での大きな障害とな
っていた。
ところが、最近に至って、酸化イツトリウム(以下、Y
2O3で示す)が上記サイアロンに対するすぐれた焼結
助剤として作用することが発見され、該サイアロンを主
成分とし、これに焼結促進成分としてY* Osを0.
2〜10%(以下、%は重量基準として示す)添加含有
させて焼結したサイアロン基焼結材料は、高温領域まで
熱的安定性を有し、かつすぐれた耐酸化性および耐熱衝
撃性をも具備していることがわかり、この材料を切削工
具や耐摩耗工具などとして用いる試みがなされ、すでに
−部市販もなされている。
しかし、上記従来サイアロン基焼結材料においては、こ
れを、例えば切削工具として鋳鉄系材料の高速切削に用
いた場合、従来広く使用されているA7!!Om基セラ
ミックに比して耐熱衝撃性にすぐれているうえ、刃先に
加わる熱および負荷が鋼切削の場合に比して少ないので
湿式切削を可能とし、作業環境の改善や切屑処理等の面
で好ましい結果が得られるようであるが、被剛材が鋼で
ある場合には、熱発生の原因となる切削抵抗が大きくな
るばかりでなく、溶着、拡散が著しくなり、被削材中の
Feとサイアロン基焼結材料の構成成分であるSiとの
化学的親和力が強いことと相まって、刃先の剥離が生じ
やすく、摩耗進行が速いという問題点を有していた。
本発明者等は、上述のような観点から、高温領域まで熱
的に安定し、かつすぐれた耐酸化性および耐熱衝撃性を
もつが、例えば鋼の切削に切削工具として使用した場合
、摩耗が著しく実用に供し得ない上記従来サイアロン基
焼結材料に着目し、これくすぐれた耐卑耗性を付与する
とともに、その靭性をより向上させることを目ざして研
究を行なった結果= YtOsを含む前記従来サイアロ
ン基焼結材料に1酸化ゾルコニウム(以下、 ZrO,
で示す)と窒化チタン(以下、TiNで示す)とを共に
して、その適量を添加含有せしめると、サイアロ/の特
性を損なうむとなく靭性並びに耐摩耗性が著しく向上す
るようになるとの知見を得たのである。
これは、 Zr01が1000℃前後で変態を伴なうた
めに、焼結からの冷却過程においてZr01粒子周辺に
極めて微細なマイクロクラックを発生し、これが外部応
力の吸収作用をなして耐衝撃を著しく向上させるととも
に%Feとの親和性の少ないTiNが焼結材料中に分散
して耐溶着性の向上、ひいては耐摩耗性の向上に寄与す
るためであると推定される。
そして、添加するTiNはサイアロン粒子間に独立して
分散するので、一般にはサイアロン粒子同士の結合が弱
まって焼結材料の靭性を劣化させ勝ちであるが、ZrO
2と共存させると、TiとZrとが同族元素であるとい
うこともあって、 TiN粒子の表面層K ZrO,の
02 の1部が拡散し、TiNの極く表面層のみTiN
0 の形を作ると考えられ、この表面に酸素が入ったT
iN0とサイアロン粒子とが強い結合力を有することか
ら、むしろ靭性を向上するという結果を示すのである。
この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって
、サイアロン基焼結材料を。
Y2O,: 0.2〜10チ、 Zr0t : 0−5〜10 % * TiN : 10〜30チ。
を含有し、 サイアロンおよび不可避不純物:残シ、から成る組成と
して、切削工具および耐摩耗工具用に供することに特徴
を有するものである。
つぎに、この発明の焼結材料において、成分組成範囲を
上記の通りに限定した理由を説明する。
111)  Y、03 Y、0.成分KVi、焼結時にイツトリウムケイ酸塩質
の液相を形成して焼結体の緻密化を促進するという焼結
助剤としての作用と、 1850℃以上の高融点を有す
るメリライト型化合物(SisN4・Y*(h)の結晶
相な粒界に析出させて焼結材料の高温強度を向上させる
作用があるが、その含有量が0.2%未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方10%を越えて含有させ
ると、サイアロンによってもたらされる特性、特に耐熱
衝撃抵抗性及び耐摩耗性を十分に発揮することができな
くなることから、その含有量を0.2〜10%と足めた
(bl  Z r 0x ZrO鵞成分唸、焼結材料組織内に微細に分散し、焼結
の冷却過程における約1000℃付近て変態して該粒子
周辺に微細なりラック場を形成し、応力吸収をなすとい
う作用を有するうえ、TiN粒子とサイアロン粒子間の
結合力を同上し、結果として焼結材料の靭性全改善する
効果を奏するものであるが、その含有量が0.5%未満
では上記作用に所望の効果が得られず、一方10%を越
えて含有すると変態に伴なうクラック場が多くなりすぎ
かえって靭性低下を来たすようになることから、その含
有量を0.5〜10%′と定めた。
なお、ZrOx  は、焼結材料中に1゜0μm以下の
粒子で残存させるのが好ましい。
tel  TiN TiN成分は、焼結材料中に独立した粒子として存在し
、サイアロン粒子の粒成長抑制効果を有するとともに、
鋼切削時の耐溶着性を改善する作用を有するものである
が、その含有量が10%未満では前記作用に所望の効果
が得られず、一方30%を越えて含有させると焼結性が
低下して靭性劣化を招くようになるので、その含有量を
10〜30%と足めた。
なお、TiNtiNt置換してC−4’0を比較的多く
固溶し得る化合物であるが、その製造工程玉入るC+O
を固溶した、いわゆるTiNC、TiN0あるいはTi
NC0等の化合物彩飾のものをTiN成分に置き換えて
も、同様の効果を得ることができるものである。
tた、Z r Ox  と同様、TtNも焼結材料中に
1.0μm以下の粒子で残存させるのが好ましい。
この発明の焼結材料は、通常の粉末冶金法に従つて、所
望のサイアロン組成に相当するS i s Na、AI
N  およびAl*Osの混合粉末に、Y鵞Os @ 
Z r UsおよびTiNの各粉末を配合し、混合・成
形後焼結して製造することができるが、特に以下に示す
方法で製造するのが好ましい。すなわち、一旦、所望の
サイアロン組成に相当する5isN41AINおよびA
lgosの各粉末を混合後、100Kf/aJ  程度
の加圧力で圧粉体としたものをアルミナ管に入れ、窒素
雰囲気中、温度: 1400〜1500Cの範囲内の所
定温度に1〜10時間保持して拡散固溶させたものをQ
l)出して粉砕し、これにさらにY鵞Os。
ZrOx bよびTiN  の各粉末を添加して十分に
混合し、これを1〜1.5t/−の圧力で加圧成形後、
再び、窒素雰囲気中、温度: 1700〜1800Cの
範囲内の所定温度で常圧焼結するか、あるiはホットプ
レスすることによって製造するのが好ましい。また、必
要に応じて、この焼結体を、さらに窒素雰囲気中または
アルゴン雰囲気中にて熱間静水圧プレスCHIP)すれ
ば、中心部までより緻密化した良好な焼結体を得ること
ができる。
また、いわゆるサイアロン固溶体(Sis−1AlzO
zNB−z)は、そのZ値で0〜5tでの広い範囲にわ
たって存在し、その値によって特性が一部変化するもの
であるが、この発明の焼結材料はS i s N4の持
つ耐熱衝撃特性とサイアロンの持つ耐酸化性を生かして
工具用としての特性を具備させた点にも大きな特徴を有
するものであって、Z値が0を越えることは必要である
が、3f:越えると、相対的にAlおよび0の黴が多く
なりすぎて、抗折力、耐摩耗性ともに低下し、さらにS
 i s N4の持つ耐熱衝撃値が生かせないようにな
るため好ましくはない。
つぎに、この発明の焼結材料を実施例により具体的に説
明する。
実施例 まず、原料粉末として、いずれも市販の平均粒径: 0
.611mを有する5isN4粉宋、同0.4μmのA
l5Oj粉宋、および同1.2μmのAlN  粉末を
用いて、第1表に示j’z値を有する5ie−zAJz
OzNe−z (サイアロン)になるように各粉末を配
合し、湿式ボールミルにて混合し、乾燥した後、100
に9/−の圧力にて圧粉体に成形し、窒素雰囲気中、温
度:1450Cで5時間反応させた。この反応粉は容易
に粉砕できるので、−60メツシユに粉砕した。
つぎに、この粉末に、粒径が0.6μmのY鵞Os粉末
、同0.3μmの粉末、および同0.8μmのTiN 
粉末を。
第1表に示す組成に配合し、湿式ボールミルにて混合し
、乾燥した後、it/−の圧力にて圧粉体に成形し、こ
の圧粉体を魚船型内に上下を窒化ホウ累粉末でザンドイ
ツチにした状態で挿入し、窒素雰囲気中、温度:175
0tl:に1時間保持のホットプレスを行ない、実質的
に配合組成と同一の成分組成をもった本発明焼結材料1
〜16、および従来焼結材料あるいは成分組成範囲が本
発明の範囲から外れた比較材17〜27全それぞれ製造
した。
ついで、この結果得られた各種の焼結材料の密度、硬さ
くロックウェル硬さAスケール)、および抗折力を測定
すると共に、これより切削用チップを切り出し、被削材
: SNCM−8(硬さ:HB270) 、切込速度:
 300sn/i、送り: 0.211B/rev。
切込み:1.5111、切削時間2mvの条件で銅の高
速切削試験を行ない、フランク摩耗幅(切刃の逃げ面摩
耗@:Vi)を測定した。これらの測定結果を第1表に
併せて示した。
@1表に示される結果から、本発明焼結材料1〜16は
、いずれも、従来焼結材料あるいは成分組成範囲が本発
明のa囲から外れた比較材17〜27に比して高靭性お
よび高硬度を有し、かつ切削工具として使用した場合に
はすぐれた耐摩耗性を示すことが明らかである。
上述のように、この発明の焼結月料は、特にすぐれた靭
性と耐摩耗性を備え、かつ高温強度、耐酸化性、および
耐熱衝撃性にすぐれ、さらに高温領域まで熱的に安定し
た性質をもつので、これらの特性が要求される切削工具
や、軸受および巌引ダイスなどの耐摩耗工具として使用
した場合に長期にわたってすぐれた性能を発揮、するの
である。
出願人  三菱金属株式会社 代理人  富  1) 和  夫

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 酸化イットリウム二0.2〜10%。 酸化ジルコニウム二0.5〜10%、 窒化チタン=10〜30%、 を含有し、 サイアロンおよび不可避不純物:残り、(以上重置%)
    から成る組成を有することを特徴とする切削工具および
    耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料。
JP57111349A 1982-06-28 1982-06-28 切削工具および耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料 Granted JPS593073A (ja)

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JP57111349A JPS593073A (ja) 1982-06-28 1982-06-28 切削工具および耐摩耗工具用サイアロン基焼結材料

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JPS593073A true JPS593073A (ja) 1984-01-09
JPS6215505B2 JPS6215505B2 (ja) 1987-04-08

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1985000588A1 (fr) * 1983-07-27 1985-02-14 Hitachi, Ltd. Structure ceramique resistant aux chocs thermiques
DE3990082T1 (de) * 1988-01-28 1990-01-11 Hitachi Metals Ltd Sinterkoerper aus leitfaehigem sialon und ein daraus gefertigtes heizelement

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