JPS60239357A - 高強度ジルコニア系切削工具用部材 - Google Patents
高強度ジルコニア系切削工具用部材Info
- Publication number
- JPS60239357A JPS60239357A JP59094614A JP9461484A JPS60239357A JP S60239357 A JPS60239357 A JP S60239357A JP 59094614 A JP59094614 A JP 59094614A JP 9461484 A JP9461484 A JP 9461484A JP S60239357 A JPS60239357 A JP S60239357A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- zirconia
- strength
- sintered body
- cutting tool
- alumina
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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- Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (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】
具用部材に関し、さらに詳しくはジルコニア−アルミナ
( ZrO,、 −A4 03)またはジルコニア−ス
ピネル( ZrO2−Hg^4 04 )からなる高強
度ジルコニア系焼結体を用いた切削工具用部材に関する
。
( ZrO,、 −A4 03)またはジルコニア−ス
ピネル( ZrO2−Hg^4 04 )からなる高強
度ジルコニア系焼結体を用いた切削工具用部材に関する
。
従来、高速度切削工具用部材としてセラミックスが注目
されており、すでにA403、^403ーTic^jl
,,03−TiN,サーメット等を用いた工具が開発さ
れている。しかしながら、これらの工具は、銭鉄、綱等
に対しては優れた切削性を示しはするが、材 ゛質的に
靭性に乏しく、欠けやすいという欠点がある。さらには
、被切削金属との親和性があるために、アルミニウム合
金、銅合金等の切削は困難であった。そこで近年部分安
定化ジルコニアがこれらの欠点を克服した材料として注
目され開発されたが、このものでさえまだ、材料の強度
、硬度などの点で十分なものとは言えない。
されており、すでにA403、^403ーTic^jl
,,03−TiN,サーメット等を用いた工具が開発さ
れている。しかしながら、これらの工具は、銭鉄、綱等
に対しては優れた切削性を示しはするが、材 ゛質的に
靭性に乏しく、欠けやすいという欠点がある。さらには
、被切削金属との親和性があるために、アルミニウム合
金、銅合金等の切削は困難であった。そこで近年部分安
定化ジルコニアがこれらの欠点を克服した材料として注
目され開発されたが、このものでさえまだ、材料の強度
、硬度などの点で十分なものとは言えない。
本発明者らは、高速度切削工具用部材に関する研究を進
めた結果、ジルコニア−アルミナまたは、ジルコニア−
スピネルからなる高強度ジルコニア焼結体に注目した。
めた結果、ジルコニア−アルミナまたは、ジルコニア−
スピネルからなる高強度ジルコニア焼結体に注目した。
近年、安定化剤としてY2O2を少量添加した正方品を
含有するジルコニア焼結体(以下、Y−PSZ焼結体と
略記する)が高強度焼結体として、よく知られている。
含有するジルコニア焼結体(以下、Y−PSZ焼結体と
略記する)が高強度焼結体として、よく知られている。
そしてこのY−PSZ焼結体が、アルミニウム合金等の
いわゆる難削性金属についても高速度切削を発揮するこ
とはすでに公知である(特公昭告58−9784 )。
いわゆる難削性金属についても高速度切削を発揮するこ
とはすでに公知である(特公昭告58−9784 )。
またジルコニア−アルミナの二成分系配合物を溶融接急
速に適冷Wを行ってアルミナと単斜晶系及び正方晶系ジ
ルコニアの共晶体として砥粒が開発され研削用砥石とし
て利用されているが、この砥粒も使用温度が800℃以
上になると、この高温度からの冷却中に正方晶が単斜晶
に転移するため、大きなりランクが生じて、崩壊するA
j1203とZrO,の共晶体であった為、その粒界の
強度が低い欠点がある。従って、このジルコニア−アル
ミナ系材料を切削工具に加工することは困難であり、高
速度切削加工時には、1000℃付近にも達する金属用
切削工具に使用することは出来ない。
速に適冷Wを行ってアルミナと単斜晶系及び正方晶系ジ
ルコニアの共晶体として砥粒が開発され研削用砥石とし
て利用されているが、この砥粒も使用温度が800℃以
上になると、この高温度からの冷却中に正方晶が単斜晶
に転移するため、大きなりランクが生じて、崩壊するA
j1203とZrO,の共晶体であった為、その粒界の
強度が低い欠点がある。従って、このジルコニア−アル
ミナ系材料を切削工具に加工することは困難であり、高
速度切削加工時には、1000℃付近にも達する金属用
切削工具に使用することは出来ない。
しかるに、本発明者らは、アルミニウム合金等のいわゆ
る難削性金属についても高速切削性を発揮し、工具寿命
の延長及び平滑な仕上番テ面を可能とする切削工具用部
材を得るべく鋭意努力を重ねた結果、イツトリアを少量
添加した正方晶を主体1 として含むジルコニア(Zr
02)にアルミナ(’AI203 )又はスピネル(H
(IAA204 )を特定割合配合することにより、又
熱間静水圧プレスを行うことにより、y−psz焼結体
よりさらに強度を増し又靭性を低下させない切削工具用
として著るしく切削性能を向上させた焼結体を見い出し
本発明に到達した。
る難削性金属についても高速切削性を発揮し、工具寿命
の延長及び平滑な仕上番テ面を可能とする切削工具用部
材を得るべく鋭意努力を重ねた結果、イツトリアを少量
添加した正方晶を主体1 として含むジルコニア(Zr
02)にアルミナ(’AI203 )又はスピネル(H
(IAA204 )を特定割合配合することにより、又
熱間静水圧プレスを行うことにより、y−psz焼結体
よりさらに強度を増し又靭性を低下させない切削工具用
として著るしく切削性能を向上させた焼結体を見い出し
本発明に到達した。
本発明はりでに良く知られたイツトリア部分安定化ジル
コニア焼結体の高強度高靭性の原因を追及することによ
り正方晶ジルコニアとジルコニアより弾性率の大きいア
ルミナ(八ρ203)又はスピネル(H(lA404)
を添加することにより、靭性を損うことなく、強度をさ
らに上昇させたイツトリア部分安定化Zr02−A40
3系切削工具用部材を見い出したことである。
コニア焼結体の高強度高靭性の原因を追及することによ
り正方晶ジルコニアとジルコニアより弾性率の大きいア
ルミナ(八ρ203)又はスピネル(H(lA404)
を添加することにより、靭性を損うことなく、強度をさ
らに上昇させたイツトリア部分安定化Zr02−A40
3系切削工具用部材を見い出したことである。
本発明切削工具用部材は、被切削金属との接触により瞬
時に1000℃以上の高温になり大きな熱応力及び機械
的応力下におかれ、さらに被切削金属との間に化学的反
応さえも生じる過酷な切削条件下でさえも使用できるこ
とであり、使用中に割れたり、角が欠落したりするのを
防止でき耐久性も著るしく向上できるものである。
時に1000℃以上の高温になり大きな熱応力及び機械
的応力下におかれ、さらに被切削金属との間に化学的反
応さえも生じる過酷な切削条件下でさえも使用できるこ
とであり、使用中に割れたり、角が欠落したりするのを
防止でき耐久性も著るしく向上できるものである。
以下本発明をさらに詳細に説明する。
本発明にお【プる焼結体は、1.!1〜5モル%のイツ
トリア(Y2 os )を含有するジルコニア(Zr0
2)50〜98重量%とアルミナ(A403)またはス
ピネル(HgAJ2204 ) 50〜2重量%から成
るものである。ジルコニア中のy2o、含量は、1.5
モル%以下では、正方品からなる焼結体が得られず、ま
た5モル%以上で−は、正方品が減少し、立方晶が主体
となるため、転移による高強度化が得られず、不適当で
ある。ジルコニアへのアルミナまたはスピネルの添加量
が2重量%以下の場合には、添加のよる強度上昇効果が
mfiく、また、50重量%以上となると正方品ジルコ
ニアに起因する強化機構が減少し、期待したほどの強度
か得られない。
トリア(Y2 os )を含有するジルコニア(Zr0
2)50〜98重量%とアルミナ(A403)またはス
ピネル(HgAJ2204 ) 50〜2重量%から成
るものである。ジルコニア中のy2o、含量は、1.5
モル%以下では、正方品からなる焼結体が得られず、ま
た5モル%以上で−は、正方品が減少し、立方晶が主体
となるため、転移による高強度化が得られず、不適当で
ある。ジルコニアへのアルミナまたはスピネルの添加量
が2重量%以下の場合には、添加のよる強度上昇効果が
mfiく、また、50重量%以上となると正方品ジルコ
ニアに起因する強化機構が減少し、期待したほどの強度
か得られない。
添加されるアルミナまたはスピネルは片方ずつでも、両
方でも何らさしつかえない。
方でも何らさしつかえない。
焼結体の3点曲げ強度は、1700HPa以上であるこ
とが必要である。なぜなら、平均曲げ強度値が1700
HPaを超える焼結体は、著しく高強度であると見なし
得るからである。ここで規定した3点曲げ強度値とは、
JISR1601−1981に基づき幅14mm。
とが必要である。なぜなら、平均曲げ強度値が1700
HPaを超える焼結体は、著しく高強度であると見なし
得るからである。ここで規定した3点曲げ強度値とは、
JISR1601−1981に基づき幅14mm。
厚さ3mm、長さ40 mmの試験体をスパン長さ30
mmzクロスヘッドスピード0.5mm/minの条件
で曲げ破壊したときえられる強度の10体以上の平均値
を意味する。
mmzクロスヘッドスピード0.5mm/minの条件
で曲げ破壊したときえられる強度の10体以上の平均値
を意味する。
該ジルコニア系焼結体の製造方法は、熱間静水圧プレス
(以下旧Pと略記する)することを特徴としている。旧
P処理の方法としては粉末成形体をガラス、金属などの
カプセル中に真空封入したのち、プレス焼成する方法と
あらかじめ粉末成形体を常圧で予備焼結した後、プレス
装置によって再焼結する方法の2通りが知られている。
(以下旧Pと略記する)することを特徴としている。旧
P処理の方法としては粉末成形体をガラス、金属などの
カプセル中に真空封入したのち、プレス焼成する方法と
あらかじめ粉末成形体を常圧で予備焼結した後、プレス
装置によって再焼結する方法の2通りが知られている。
本発明からなる焼結体は、どちらの方法によっても作成
することが可能であるが、後者の方法を用いた方がカブ
ル封入の操作が不要であり、生産性に於いても有利であ
る。該旧P処理の条件は、圧力50HPa以上、温度1
300〜1700℃としなければならない。
することが可能であるが、後者の方法を用いた方がカブ
ル封入の操作が不要であり、生産性に於いても有利であ
る。該旧P処理の条件は、圧力50HPa以上、温度1
300〜1700℃としなければならない。
HIPに供する予備焼結体は、90%以上の相対密度を
有し、開気孔を含まないものでなければならない。また
、アルミナ又はスピネルの比率が20重但%以下の場合
には、予備焼成温度を1400℃以下に、比率が20重
量%以上の場合には1500℃以下に設定することが望
ましい。この理由は、1400℃あるいは1500℃よ
り高い焼成濡廓で得られた焼結体は、成長した大きな開
気孔を含むようになり、HIP処理による気孔除去が充
分果せないからである。
有し、開気孔を含まないものでなければならない。また
、アルミナ又はスピネルの比率が20重但%以下の場合
には、予備焼成温度を1400℃以下に、比率が20重
量%以上の場合には1500℃以下に設定することが望
ましい。この理由は、1400℃あるいは1500℃よ
り高い焼成濡廓で得られた焼結体は、成長した大きな開
気孔を含むようになり、HIP処理による気孔除去が充
分果せないからである。
従って、1500℃以下の可能な限り低い焼成温度で開
気孔のない緻密な予備焼結体を得ることが、この製造方
法を実施する上で、重要な前提となる。
気孔のない緻密な予備焼結体を得ることが、この製造方
法を実施する上で、重要な前提となる。
このような予備焼成体を得るには、出発物質として、焼
結性に勝れた微粉末を用いることが好ましい方法である
。ジルコニア原料として一次粒子径200〜400人の
湿式法によって得られた微粉末を、またアルミナ、スピ
ネル原料としては、湿式法あるいは共沈法によって得ら
れた高純度粉末を用いることが望ましい。あるいは、ジ
ルコニウムとアルミニウムを含む水溶液から共沈法によ
って合成した微粉末を用いることも望ましい方法と考え
らメ れる。
結性に勝れた微粉末を用いることが好ましい方法である
。ジルコニア原料として一次粒子径200〜400人の
湿式法によって得られた微粉末を、またアルミナ、スピ
ネル原料としては、湿式法あるいは共沈法によって得ら
れた高純度粉末を用いることが望ましい。あるいは、ジ
ルコニウムとアルミニウムを含む水溶液から共沈法によ
って合成した微粉末を用いることも望ましい方法と考え
らメ れる。
また、ガラス、金属などのカプセル中にジルコニアとア
ルミナまたはスピネルの微粉末を真空封入した後、)I
IP処理することも可能である。
ルミナまたはスピネルの微粉末を真空封入した後、)I
IP処理することも可能である。
HIP処理の温度、圧力条件については、圧力50HP
a以下、温度1300℃以下の条件では期待される高強
度焼結体は、得難い。また、温度1700℃以上では、
強度を得ることは可能であるが、焼結体粒径が2μm以
上に成長することに起因して、200〜300℃に長時
間保持した場合に焼結体に亀裂が入るような熱的に不安
定な焼結体となる。従って、実際に、工業的に利用する
材料としては、適さない。
a以下、温度1300℃以下の条件では期待される高強
度焼結体は、得難い。また、温度1700℃以上では、
強度を得ることは可能であるが、焼結体粒径が2μm以
上に成長することに起因して、200〜300℃に長時
間保持した場合に焼結体に亀裂が入るような熱的に不安
定な焼結体となる。従って、実際に、工業的に利用する
材料としては、適さない。
また本発明方法により得られるジルコニア系焼結体にお
いて、ジルコニアの結晶相は正方晶又は正方晶と立方晶
の混合相を主体としていなければならない。しかしなが
ら他の相として単斜晶が30重量%以下であれば共存し
ていてもさしつがえない。また、焼結体結晶の平均粒子
径は2μ−以下である。2μm以上の結晶粒子が存在す
ると、熱的に不安定となり、正方品が単斜晶へ転移しゃ
すくなり好ましくない。
いて、ジルコニアの結晶相は正方晶又は正方晶と立方晶
の混合相を主体としていなければならない。しかしなが
ら他の相として単斜晶が30重量%以下であれば共存し
ていてもさしつがえない。また、焼結体結晶の平均粒子
径は2μ−以下である。2μm以上の結晶粒子が存在す
ると、熱的に不安定となり、正方品が単斜晶へ転移しゃ
すくなり好ましくない。
本発明からなる焼結体のなかで、特に、Y2O3を2〜
3モル%含有したジルコニアにアルミナを10〜30重
量%添加した旧P処理ジルコニア系焼結体は、2000
〜2500HPaに達する極めて高い平均曲げ強度を与
える。この値は、旧P処理を施さない焼結体の約2倍に
相当する。
3モル%含有したジルコニアにアルミナを10〜30重
量%添加した旧P処理ジルコニア系焼結体は、2000
〜2500HPaに達する極めて高い平均曲げ強度を与
える。この値は、旧P処理を施さない焼結体の約2倍に
相当する。
このような驚異的な強度上昇は、アルミナ、窒化ケイ素
、炭化ケイ素などの他の材料ではまったく見い出すこと
ができない。すなわち、本発明は、このような旧P処理
の特異な効力と、アルミナまたはスピネルの添加効果を
見い出すことによって、成し遂げられたものである。
、炭化ケイ素などの他の材料ではまったく見い出すこと
ができない。すなわち、本発明は、このような旧P処理
の特異な効力と、アルミナまたはスピネルの添加効果を
見い出すことによって、成し遂げられたものである。
従って本発明のジル」ニア系切削工具用部材は、従来品
よりきわめて過酷な金属切削条件下に於いても優れた耐
熱性、高強度、高硬度、高靭性を発揮し、さらに金属と
の親和力も少なく化学的に安定であるため、切削工具用
部材の中でも特に強度と耐久性を要求される分野にさら
に有効に使用できるものである。
よりきわめて過酷な金属切削条件下に於いても優れた耐
熱性、高強度、高硬度、高靭性を発揮し、さらに金属と
の親和力も少なく化学的に安定であるため、切削工具用
部材の中でも特に強度と耐久性を要求される分野にさら
に有効に使用できるものである。
次に本発明の焼結体を実施例に基づいて、詳細に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
るが、本発明はこれらに限定されるものではない。
実施例1
共沈法によって冑たY2O32モル%を含む一次粒子径
の230人のイツトリア部分安定化7rO,、粉末80
重量%と平均粒子径が0.4μの高純度(99,99%
)へ1□03粉末を20重量%とエタノール中で湿式混
合粉砕した後、乾燥工程を経て原料粉末と調整した。
の230人のイツトリア部分安定化7rO,、粉末80
重量%と平均粒子径が0.4μの高純度(99,99%
)へ1□03粉末を20重量%とエタノール中で湿式混
合粉砕した後、乾燥工程を経て原料粉末と調整した。
次いで上記原料粉末をラバープレスによって厚さ、幅、
長さが各々約5mm、約50mm5約60.の成形体を
つ(す、この成形体を1400℃の温度で2tir予備
焼結し、HIP処理用予備焼結体とした。この予備焼結
体を1500℃、150HPa(7)条件下テ1時1?
J]Arカス中で旧P処理して切削工具用部材を得た。
長さが各々約5mm、約50mm5約60.の成形体を
つ(す、この成形体を1400℃の温度で2tir予備
焼結し、HIP処理用予備焼結体とした。この予備焼結
体を1500℃、150HPa(7)条件下テ1時1?
J]Arカス中で旧P処理して切削工具用部材を得た。
該部材は、正方晶ジルコニアからなり、焼結体結晶の平
均粒子径は、0.5μmであり、さらに曲げ強度242
に9/mA、硬度HRA 92.9であった。
均粒子径は、0.5μmであり、さらに曲げ強度242
に9/mA、硬度HRA 92.9であった。
得られた焼結体を13端角、厚さ4.0m、ノーズ半径
0.6.s/reVになる様に研削及び研摩する。この
試料を旋盤に取り付け、切削速rIX250n+/w+
in、切込みO,Sa、送り0.16の条件で、200
0系高力アルミニウム合金を旋削した。延べ15分の該
試料切削工具の逃げ面摩耗は、10μm以下であった。
0.6.s/reVになる様に研削及び研摩する。この
試料を旋盤に取り付け、切削速rIX250n+/w+
in、切込みO,Sa、送り0.16の条件で、200
0系高力アルミニウム合金を旋削した。延べ15分の該
試料切削工具の逃げ面摩耗は、10μm以下であった。
又、旋削面の平滑性は、ダイヤモンド工具を使用した場
合とほぼ同様であった。
合とほぼ同様であった。
実施例2
共沈法によって得たY2O33モル%含む一次粒子径が
250人のY−PSZ粉末80重間%と平均粒径が0.
4μmの高純度(99,99%)へ1203粉−′末を
20重量%を用いて実施例1と同様にして発明の部材を
えた。
250人のY−PSZ粉末80重間%と平均粒径が0.
4μmの高純度(99,99%)へ1203粉−′末を
20重量%を用いて実施例1と同様にして発明の部材を
えた。
この焼結体は、曲げ強度235Kfl/rmA、硬度H
RA93.0であった。この部材を実施例1と同じ方法
で旋削を行った所、試料切削工具の逃げ面摩耗は、10
μm以下であり、平滑性もまた同様であった。
RA93.0であった。この部材を実施例1と同じ方法
で旋削を行った所、試料切削工具の逃げ面摩耗は、10
μm以下であり、平滑性もまた同様であった。
特許出願人 東洋曹達工業株式会社
Claims (1)
- 1.5〜5モル%のイツトリア(Y203>を含有する
ジルコニア(ZrO2) ’50〜80重量%とアルミ
ナ(Al10s )又はスピネル(MOAA204 )
50〜2重量%とからなり、かつ3点曲げ強度が17
00Hpa以上であることを特徴とする高強度ジル」ニ
ア系切削工具用部材。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094614A JPS60239357A (ja) | 1984-05-14 | 1984-05-14 | 高強度ジルコニア系切削工具用部材 |
| US06/719,151 US4666467A (en) | 1984-04-06 | 1985-04-02 | High-strength metal working tool made of a zirconia-type sintered material |
| DE19853512368 DE3512368A1 (de) | 1984-04-06 | 1985-04-04 | Hochfestes werkzeug zur metallbearbeitung und verfahren zu seiner herstellung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59094614A JPS60239357A (ja) | 1984-05-14 | 1984-05-14 | 高強度ジルコニア系切削工具用部材 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60239357A true JPS60239357A (ja) | 1985-11-28 |
Family
ID=14115122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59094614A Pending JPS60239357A (ja) | 1984-04-06 | 1984-05-14 | 高強度ジルコニア系切削工具用部材 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60239357A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6126562A (ja) * | 1984-07-18 | 1986-02-05 | 東ソー株式会社 | ジルコニア系焼結体 |
| JPH01121110A (ja) * | 1987-10-09 | 1989-05-12 | Corning Glass Works | セラミック製切削工具インサート |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57130717A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Nippon Kagaku Togyo Kk | Zirconia die for drawing and its manufacture |
| JPS5832066A (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 |
| JPS5833187A (ja) * | 1981-08-24 | 1983-02-26 | 株式会社日立製作所 | ナトリウムサンプリング設備の系統 |
| JPS5836976A (ja) * | 1981-08-25 | 1983-03-04 | 日本特殊陶業株式会社 | 高靱性ジルコニア焼結体の製造方法 |
-
1984
- 1984-05-14 JP JP59094614A patent/JPS60239357A/ja active Pending
Patent Citations (4)
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|---|---|---|---|---|
| JPS57130717A (en) * | 1981-02-06 | 1982-08-13 | Nippon Kagaku Togyo Kk | Zirconia die for drawing and its manufacture |
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