CN105073310A - 切削工具 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使前刀面与后刀面的残余应力处于适当的范围，由耐缺损性高的氮化硅系烧结体构成的切削工具。切削工具(1)由以50体积％以上的比例含有氮化硅系相、以10～30体积％的比例含有氮化钛相的氮化硅系烧结体构成，以前刀面(2)和后刀面(3)的交叉脊线部作为切刃(4)使用，氮化钛相受到的残余应力是拉伸应力，并且，前刀面(2)的氮化钛相受到的拉伸应力大于后刀面(3)的氮化钛相受到的拉伸应力。

Description

切削工具
技术领域
本发明涉及由氮化硅系烧结体构成的切削工具。
背景技术
以氮化硅和塞隆(sialon：硅铝氧氮陶瓷)的任意一种作为主成分的氮化硅系烧结体因为轻量，且耐磨损性、强度和高温强度优异，所以可以在严酷的切削条件下使用。因此，适合利用于高速粗切削等。
在由这样的氮化硅系烧结体构成的切削工具中，例如，在专利文献1中，公开有一种残余应力的绝对值为42～55MPa的氮化硅系烧结体，记载了通过使残余应力的绝对值在45MPa以下，能够达成室温和高温下的高强度化。
另外，在专利文献2中公开了如下内容，对于氮化硅系烧结体的表面进行磨削加工后，通过在大气中进行加热处理，能够对烧结体的表面加大压缩残余应力，实现因磨削加工而降低的强度的恢复。
此外，在专利文献3中公开有一种切削工具，对于前刀面的刀尖的残余应力而言，与前刀面平行且从该前刀面的中心最靠近测量点的朝向刀尖方向上的残余应力σ11，以压缩应力计为10～30MPa(σ11＝-10～-30MPa)，与前刀面平行且与所述σ11方向垂直的方向上的残余应力σ22，以压缩应力计为10MPa以下(σ22＝-10～0MPa)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-319166号公报
专利文献2：日本特开平7-299708号公报
专利文献3：日本特开2010-264574公报
发明所要解决的课题
但是，如上述专利文献1、2所述的氮化硅系烧结体这样，以控制烧结体的整体的残余应力的方法，还不能说已使作为切削工具使用时的工具性能最佳化。另外，如专利文献3这样，即便使前刀面的残余应力适当化，仍需要进一步的工具性能的最佳化。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种使前刀面和后刀面的残余应力处于适当的范围，由耐缺损性高的氮化硅系烧结体构成的切削工具。
用于解决课题的手段
本发明的切削工具具有前刀面、后刀面、和作为所述前刀面与所述后刀面的交叉脊线部的切刃，由以50体积％以上的比例含有氮化硅系相、以10～30体积％的比例含有氮化钛相的氮化硅系烧结体构成，所述氮化钛相的残余应力是拉伸应力，并且所述前刀面的所述氮化钛相的拉伸应力大于所述后刀面的所述氮化钛相的拉伸应力。
发明效果
根据本发明的切削工具，在以规定的比例含有氮化钛相的氮化硅系烧结体中，氮化钛相的残余应力是拉伸应力，前刀面的氮化钛相的拉伸应力大于后刀面的氮化钛相的拉伸应力。由此，在前刀面，作为主结晶相的氮化硅系相承受高压缩应力，能够抑制容易在前刀面发生的崩刃造成的缺损。另外，在后刀面，氮化钛相的拉伸应力比前刀面小，在因科镍合金(inconel)等耐热合金的切削中可抑制后刀面的磨损的进行，由此，能够延长工具寿命。
附图说明
图1是关于本发明的切削工具的一例的示意立体图。
具体实施方式
本实施方式的切削工具1由以50体积％以上的比例含有氮化硅系相、以10～30体积％的比例含有氮化钛相的氮化硅系烧结体构成。切削工具1如图1的示意立体图所示，以前刀面2和后刀面3的交叉脊线部作为切刃4使用。
而且，根据本实施方式，氮化钛相的残余应力是拉伸应力，前刀面2的氮化钛相的拉伸应力大于后刀面3的氮化钛相的拉伸应力。由此，能够抑制容易在前刀面2发生的崩刃造成的缺损。即，在前刀面2，因为作为主结晶相的氮化硅系相承受高压缩应力，所以能够抑制容易在前刀面2发生的崩刃造成的缺损。另一方面，在后刀面3，在耐热合金的切削中可抑制后刀面磨损。若后刀面3的残余应力比前刀面2的残余应力小，则在因科镍合金等耐热合金的切削中，后刀面3的磨损的进行受到抑制的理由虽不明确，但考虑可能是由于以下原因，在因科镍合金等耐热合金的切削这样严酷的切削条件下，若后刀面3的残余应力变大，则前刀面2的残余应力也大，由此，切刃4承受的残余应力变得过大，在制作切削工具1时由于自身断裂导致切刃4发生微小卷刃。
还有，在本发明的残余应力的测量中，测量位置是在前刀面2和后刀面3的距切刃4为1mm以上内侧(中央侧)的位置进行测量。残余应力的测量使用X射线衍射法。在本实施方式中，在X射线衍射法之中，也使用2D法(多轴应力测量法/全德拜环拟合法(FullDebyeringsFittingmethod))测量，但也可以使用一般的X射线衍射装置。另外，用于残余应力的测量的X射线衍射峰值，使用2θ的值出现在130°～140°之间的TiN(511)面的峰值。还有，在残余应力的计算时，使用氮化钛的泊松比＝0.19，杨氏模量＝438.596MPa进行算出。另外，作为X射线衍射测量的条件为，使用CuKα射线作为X射线的辐射源，以输出功率＝45kV、110mA的条件照射而进行残余应力的测量。残余应力是正时为拉伸应力，是负时为压缩应力。
在此，在本实施方式中，前刀面2的氮化钛相受到的残余应力是拉伸应力，为200～400MPa，优选为250～350MPa，后刀面3的氮化钛相受到的残余应力是拉伸应力，为100～300MPa，优选在150～250MPa的范围内。由此，不会发生因过剩的拉伸应力造成的自身断裂，使烧结体的韧性提高，抑制前刀面2的崩刃的发生和切刃4的卷刃的发生，并且能够抑制后刀面3的磨损的进行。
另外，在本实施方式中，氮化钛相的前刀面2与后刀面3的拉伸应力的差为20～150MPa，优选在50～100MPa的范围内。由此，能够防止前刀面2与后刀面3的拉伸应力差变得过大，切刃4由于自身断裂而卷刃，并且能够抑制后刀面3的磨损的进行。
在此，在本实施方式中期望是，氮化硅系烧结体中，表面的氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比大于内部的所述氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比。优选为表面的氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比，相对于内部的所述氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比的比率在1.1～1.4的范围内。由此，烧结体的表面的硬度提高，表面的耐磨损性提高，并且在烧结体的内部，成为韧性和强度高的组织，能够成为抑制突发缺损而发挥稳定的切削性能的切削工具。
还有，本发明中的所谓内部，定义为距烧结体的表面1000μm以上的深度区域。另外，在本发明中，在X射线衍射测量中，测量各相的峰值强度比时，使用CuKα射线作为X射线的辐射源，以输出功率45kV、110mA的条件照射X射线，在2θ＝10°～80°的范围进行测量。
在本实施方式中，切削工具1的前刀面2的算术平均粗糙度(Ra)是0.2～0.6μm。由此，能够提高烧结体强度、耐磨损性、耐卷刃性。
在此，烧结体的全体组成，由氮化硅系相50体积％以上、氮化钛相10～30体积％且优选为15～25体积％、作为余量的晶界相构成。晶界相含有如下：氮化硅系相分解的二氧化硅(SiO2)；作为原料而添加的氧化铝粉末和氮化铝粉末变化成的氧化铝(Al2O3)等铝化合物；和RE元素化合物粉末变化的RE元素氧化物等RE元素化合物。另外，虽然晶界相作为非晶质相存在，但其一部分也可以结晶化。还有，在本实施方式中，除氮化硅系相和氮化钛相以外，均视为晶界相。另外，本发明中的所谓RE元素，是指钇(Y)和稀土类金属。
此外，对于本实施方式中的RE元素成分的含量而言，为了烧结体的致密化，相对于烧结体全体，以RE2O3换算为0.5～10质量％的方式进行添加。RE元素成分的含量优选的范围是1～8质量％。为了烧结助剂的液相生成温度的低温化、烧结体的致密化和抑制因耐氧化性的降低造成的耐磨损性的降低，本实施方式中的铝成分的含量以Al2O3换算为0～15质量％，特别优选的范围是3～10质量％。RE元素成分是钇时，钇和铝分成作为玻璃相存在于晶界的部分、构成黄长石相的部分、构成YAG相的部分、构成塞隆的部分而存在。另外，氮化钛作为分散相而相对于烧结体全体以TiN换算存在10～45质量％，特别是以10～30质量％的比例存在，以提高烧结体的韧性。
氮化硅系相虽然作为主结晶而存在，但具体来说，主要作为β-塞隆相存在，或作为β-氮化硅相存在。还有，在本实施方式中，β-塞隆相的Z值(表示存在于β-塞隆相内的Al与O元素的量的值：以Si6-ZAlZOZN表示塞隆相时的Z的值)在0.01～0.3的范围内。由此，特别是在切削因科镍合金718这样的耐热合金时能够发挥优异的工具寿命。此外，β-氮化硅相的一部分也可以是α-氮化硅相，β-塞隆相的一部分也可以是α-塞隆相。在本实施方式中，为了提高烧结体的强度，相对于氮化硅系相全体的α-氮化硅系相的比例(α率)在0～0.3的范围内。
在此，根据本实施方式，在氮化硅系烧结体的X射线衍射测量中，使表面的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比小于内部的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比。优选表面的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于内部的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率，在0.05～0.5的范围内。在此，所谓表面的全部峰的峰值强度，是指基于在氮化硅系烧结体的表面测量的X射线衍射图案检测出的全部峰的峰值强度的总和，所谓表面的氮化硅系相的峰的峰值强度，是指基于在表面测量到的X射线衍射图案而检测出的氮化硅系相的全部峰的峰值强度的总和。内部的全部峰的峰值强度，是指基于在氮化硅系烧结体的内部测量到的X射线衍射图案而检测出的全部峰的峰值强度的总和，内部的氮化硅系相的峰的峰值强度，是指基于在内部测量的X射线衍射图案而检测出的氮化硅系相的全部峰的峰值强度的总和。
另外，在本实施方式中，表面的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比大于内部的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比。优选为，表面的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于内部的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率，在3.0～6.0的范围内。在此，所谓表面的黄长石相的峰的峰值强度，是指基于在氮化硅系烧结体的表面测量到的X射线衍射图案而检测出的黄长石相的全部峰的峰值强度的总和。所谓内部的黄长石相的峰的峰值强度，是指基于在氮化硅系烧结体的内部测量到的X射线衍射图案而检测出的黄长石相的全部峰的峰值强度的总和。
此外，表面的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比大于内部的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比。优选为表面的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比，相对于内部的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比的比率，在1.1～2.0的范围内。在此，所谓表面的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比，是上述表面的黄长石相的(201)面的峰的峰值强度，相对于作为黄长石相的峰值强度的黄长石相的峰的峰值强度的总和的比率。所谓内部的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比，是上述内部的黄长石相的(201)面的峰的峰值强度，相对于作为黄长石相的峰值强度的黄长石相的峰的峰值强度的总和的比率。
由此，即使氮化硅系烧结体的表面达到高温时，也能够减小氮化硅系烧结体的强度和硬度的降低。另外可知，在内部，(201)面的峰以外的峰值强度高的情况下，常温下的烧结体的强度和韧性提高。其结果是，能够抑制氮化硅系烧结体的突发缺损，使稳定的切削性能发挥。
因此，在由上述氮化硅系烧结体构成的切削工具中，像高速湿式粗切削加工条件这样，在设于烧结体的表面的切刃的温度达到高温，同时烧结体的内部的温度并非那么高的切削条件下，可抑制切刃的月牙洼磨损、来自于崩刃和微小卷刃的异常磨损等工具损伤。另外，烧结体的内部的耐缺损性也提高。
此外，氮化硅系烧结体中，作为晶界相含有YAG(3Y2O3·5Al2O3)相，并且表面的YAG相的(420)面的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于内部的YAG相的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率为0.8～1.1，特别是0.85～0.97。由此，能够提高烧结体在高温下的硬度，并且能够减小表面与内部的热膨胀差，提高烧结体的耐缺损性。还有，在本实施方式中，内部的YAG相的(420)面的峰相对于全部峰的峰值强度比为0.010～0.0150。
另外，在本实施方式中，能够使烧结体中含有周期表第6族元素硅化物。由此，能够抑制高温强度的降低，并且能够使烧结体的颜色黑色化。作为周期表第6族元素硅化物，能够例示硅化铬、硅化钼、硅化钨，但是，从使用微细的氧化物原料而能够在烧结体中作为微细的粒子使之存在这样的理由出发，优选使用硅化钨。还有，该周期表第6族元素硅化物粒子，在氮化硅系烧结体中作为分散相存在。
此外，切削工具1中，在上述烧结体的表面也可以设置TiN、Al2O3和TiAlN等的硬质被覆层。
接下来，对于上述烧结体的制造方法进行说明。
首先，作为原材料，例如准备氮化硅(Si3N4)粉末、RE元素的氢氧化物(RE(OH)2)或氧化物(RE2O3)、氧化铝(Al2O3)、氮化铝(AlN)和氮化钛(TiN)。
氮化硅原料可以使用α-氮化硅粉末、β-氮化硅粉末或其混合物的任意一种。这些氮化硅原料的平均粒径为1μm以下，特别是优选为0.5μm以下。
在本实施方式中，作为RE元素的原料，使用平均粒径0.5～5μm的氧化物粉末。氮化钛(TiN)使用平均粒径0.5～5μm的粉末。RE元素氧化物的添加量，以RE2O3换算为0.5～10体积％，优选为1～8体积％。由此，烧结体的致密化得到促进。氮化铝的添加量以AlN换算为0～10质量％，特别是3～8质量％。另外，氧化铝的添加量以Al2O3换算为0～10质量％，特别是1～5质量％。利用这些铝化合物，能够在低温下使液相生成而促进烧结体的致密化，能够提高烧结体的耐氧化性，提高耐磨损性。用于形成周期表第6族元素硅化物的原料为周期表第6族元素的氧化物、碳化物、硅化物、氮化物等均可，但从廉价并容易得到微粉末的角度出发，优选使用氧化物。氮化铝、氧化铝、周期表第6族元素的氧化物、碳化物、硅化物、氮化物等原料使用平均粒径为0.5～5μm的粉末。
另外，根据需要，也可以按0～10质量％的范围添加氧化镁(MgO)，按0～10质量％的范围添加二氧化硅(SiO2)。此外，为了形成周期表第6族元素硅化物，可以添加周期表第6族元素的氧化物、碳化物、硅化物、氮化物等任意一种原料粉末。从廉价而容易得到微粉末的角度出发，优选使用氧化物。这些原料使用平均粒径为0.5～5μm的粉末。
其次，在称量出的这些原料的混合粉末中适当添加粘合剂、溶剂，并进行混合、粉碎，通过喷雾干燥法等进行干燥、造粒。然后，通过挤压成形将该造粒粉末成形为规定的切削工具形状。成形时，重要的是改变作为前刀面的成形体的主面与作为后刀面的成形体的侧面的成形密度。作为改变成形体的主面和侧面的成形密度的方法的一例，可以通过加快挤压成形时的金属模具的上下冲头的移动速度，并且缩短施加载荷的时间来进行。作为改变成形体的主面和侧面的成形密度其他的方法，也可以通过调整成形时使用的颗粒的粒径、硬度、颗粒的易流动度、粘合剂的硬度、粘合剂的添加量等来进行。
另外，为了使氮化硅系烧结体的表面的结晶相的含有比率达到合适的状态，也能够在焙烧钵之中涂布含有混合粉末的膏体(Mn膏)，并在使其干燥了的状态下进行焙烧，该混合粉末以质量比计，按1∶5～1∶50的比例混合有MnO2粉末和Si3N4粉末。MnO2粉末附着在成形体的表面作为催化剂起作用，使烧结体的表面的焙烧进行。其结果是，烧结体的表面和内部成为不同的状态，能够将烧结体的表面状态调整到规定的范围。另外，MnO2附着在烧结体的表面作为催化剂起作用，使烧结体的表面的焙烧进行。其结果是，烧结体的表面和内部成为不同的状态，能够将烧结体的表面状态调整到规定的范围。MnO2粉末在焙烧中从烧结体的表面挥发，焙烧后不会残存在烧结体中。
其后，以下述条件进行焙烧。焙烧的具体的条件是，将上述成形体放入焙烧炉中，使焙烧炉内为101Pa～1011Pa(1～10气压)的氮气氛后，以1～10℃/分钟升温，在1650～1800℃的焙烧温度下保持1～5小时。然后，使焙烧温度至1250～1600℃的保持温度的第一降温速度为1～9℃/分钟而进行冷却后，以保持温度保持1～4小时，之后，以10～50℃/分钟的第二降温速度冷却至室温。
根据本实施方式，通过在上述焙烧后的冷却过程中的1250～1600℃下的保持，由于氮化硅的热膨胀系数(室温至1420℃的线热膨胀系数为3.5×10-6)和塞隆的热膨胀系数(室温至1000℃的线热膨胀系数为3.2×10-6)，与氮化钛的热膨胀系数(室温至1000℃的线热膨胀系数为9.4×10-6)之差，导致在氮化硅和塞隆与氮化钛之间发生体积膨胀。这时，因为作为前刀面与后刀面的主面与侧面的成形密度不同，所以前刀面和后刀面的氮化硅和塞隆与氮化钛的体积膨胀也不同。其结果是，在保持温度下的保持后，通过从保持温度以10～50℃/分钟的降温速度冷却至室温，能够使前刀面与后刀面的氮化硅和塞隆与氮化钛的残余应力达到规定的范围。另外，从焙烧温度以1～10℃/分钟的速度降温至1450～1600℃的范围内，以此温度保持1～4小时，从而能够在此保持时间内使表面的黄长石相按本发明的范围内的取向进行结晶化。这时，氮化钛相也随着黄长石相的生成，而沿特定的方向取向。
然后，对上述的烧结体实施磨削加工。具体的研磨加工，是通过双头磨削加工前刀面，通过外周磨削加工后刀面。其后，根据需要，对于切刃进行使用弹性磨石的研磨、采用轮刷研磨等进行研磨，在切刃上设置倒棱珩磨面、R面珩磨面。
另外，在上述烧结体的表面，也可以通过CVD法、PVD法的气相合成法，被覆形成TiN、Al2O3和TiAlN等的硬质被覆层。
【实施例1】
作为原材料，按表1的比例，制备平均粒径0.3μm的氮化硅(Si3N4)粉末、平均粒径1.2μm的RE元素氧化物粉末、平均粒径0.7μm的氧化铝(Al2O3)粉末、平均粒径0.7μm的氮化铝(AlN)粉末、平均粒径2.5μm的氮化钛(TiN)粉末，添加粘合剂和溶剂后，利用搅拌球磨粉碎、混合72小时。
其后，进行干燥而除去溶剂，并制作造粒粉末，将该造粒粉末填充到SNMG1204形状和RNGN1204形状的切削工具形状的挤压成形用的金属模具内。而后，一边调整上下冲头的移动速度和施加载荷的时间，一边施加3000kg的成型载荷而进行挤压成形。对于SNMG1204形状的10个成形体测量未烧密度。对于10个成形体，将成形体的上下表面各研磨1mm厚度并测量未烧密度。对于10个成形体，将成形体的4个侧面各研磨1mm厚度并测量未烧密度。计算各自的平均值，计算前刀面与后刀面的未烧密度的比率(前刀面/后刀面)，记述为未烧密度比。表中，表述为未烧密度比。
将该成形体放置在焙烧钵内，脱脂后，使焙烧炉内为氮911Pa(9个气压)，以表1的焙烧条件使其烧结，从而得到烧结体。还有，在焙烧温度下保持2小时。另外，表中，从焙烧温度至1250～1600℃的保持温度的第一降温速度记述为降温速度1，保持温度下的保持时间记述为保持时间，从保持温度至室温的第二降温速度记述为降温速度2。此外，对于该烧结体的表面，在前刀面实施双头磨削加工，在后刀面实施外周磨削加工，对于切刃使用弹性磨石以成为0.10mm×20°的形状的方式实施倒棱珩磨加工，从而得到切削工具。
【表1】
对于所得到的氮化硅系烧结体，使前刀面和后刀面成为镜面状态后，使用2D法(装置：X射线衍射BrukerAXS公司制D8DISCOVERwithGADDSSuperSpeed，辐射源：CuKα，输出功率45kV，110mA，检测器距离15cm，准直仪直径：0.8mmφ，测量衍射线：140°(TiN(511)面))，测量前刀面和后刀面的氮化钛的残余应力。另外，确认到X射线衍射峰值时，任一试料中都能够确认有氮化硅系相(α-塞隆相，β-塞隆相)和氮化钛相的存在。还有，关于试料No.6以外的试料，氮化硅系相中的β-塞隆相的Z值在任一试料中均在0.01～0.3的范围内，关于试料No.6，不能确认到α-塞隆相和β-塞隆相的存在，由氮化硅质烧结体构成。
另外，使用扫描型电子显微镜(SEM)观察烧结体的研磨断面组织，通过能量色散光谱(EPMA)分析，取得Si和Ti元素的元素映射，确定氮化硅系相与氮化钛相。然后，利用LUZEX图像分析法，作为面积％求得氮化硅系相和氮化钛相的存在比率，将其视为体积％求得。结果如表2所示。
此外，使用得到的RNGN1204形状的切削工具，通过下述条件评价切削性能。
加工方法：车削加工
被切削材：因科镍合金71850φ圆棒
切削速度：200m/分钟
送给量：0.15mm/rev
切入量：1.0mm
切削条件：湿式切削
评价项目：测量5分钟切削后的边界磨损量，并且观察刀头状态。
结果显示在表2中。
【表2】
根据表1和2所示的结果，氮化钛相的含有比率少于10体积％的试料No.12中发生突发缺损，氮化钛相的含有比率多于30体积％的试料No.13和氮化硅系相的含有比率少于50体积％的试料No.14中，边界磨损大。从焙烧温度没有以保持温度保持而进行降温的试料No.15、降温速度1快于9℃/分钟的试料No.16、降温速度2慢于10℃/分钟的试料No.17、从焙烧温度没有以保持温度保持，而以快于降温速度1的范围的速度进行降温的试料No.19、前刀面侧的未烧密度小于后刀面侧的未烧密度的试料No.18中，前刀面的氮化钛相受到的拉伸应力均为后刀面的氮化钛相受到的拉伸应力以下，切刃发生卷刃，或朝向前刀面发生崩刃，或在后刀面边界磨损变大。
相对于此，本发明的范围内的试料No.1～11均显示出磨损量小，刀头的卷刃和朝向前刀面的崩刃的发生少的切削性能。
【实施例2】
作为原材料，以表3的组成分别制备平均粒径1.2μm的氮化硅(Si3N4)粉末、平均粒径0.7μm的氧化铝(Al2O3)粉末、平均粒径1.5μm的氮化铝(AlN)粉末、平均粒径1.0μm的氧化钇(Y2O3)、平均粒径1.0μm的氧化硅(SiO2)、平均粒径1.0μm的氮化钛(TiN)粉末，添加粘合剂和溶剂后，利用搅拌球磨粉碎、混合72小时。
其后，进行干燥而除去溶剂，并制作造粒粉末，将该造粒粉末填充到RNGN120412形状的切削工具形状的挤压成形用的金属模具内。然后，一边调整上下冲头的移动速度和施加载荷的时间，一边施加3000kg的成型载荷而进行挤压成形。使实施例1的未烧密度比为1.035。之后，实施Mn膏涂布，即，制作以1∶20的比率混合平均粒径3μm的Si3N4粉末和平均粒径3μm的MnO2的粉末，其中添加了有机树脂的Mn膏，用刷子将其涂布在成形体的表面，并进行干燥。表3中记述了有无涂布Mn膏。
接着，将成形体放置在焙烧钵内，脱脂后，使焙烧炉内为氮909kPa(9个气压)，以表3的焙烧温度和焙烧时间进行焙烧，从该焙烧温度至1450～1600℃的保持温度的降温速度为5℃/min，以表3的保持温度、保持时间进行保持，从该保持温度至室温的降温速度为50℃/min而进行降温，从而得到烧结体。此外，对于该烧结体的表面，在前刀面进行双头磨削加工，在后刀面进行外周磨削加工，对于切刃使用弹性磨石以成为0.10mm×20°的形状的方式实施倒棱珩磨加工，从而得到试料No.20～36的切削工具。
还有，在试料No.20～36的任一个烧结体中，存在的氮化硅系相的一部分均为β塞隆和α塞隆。
【表3】
对于所得到的氮化硅系烧结体，通过X射线衍射测量，测量前刀面的未研磨状态(表面)和研磨了1000μm的状态(内部)下的X射线衍射峰值，分别求得测量的全部峰的总和与表示氮化硅系相的峰的总和的峰值强度比，测量的全部峰的总和与表示黄长石相的峰的总和的峰值强度比，表示黄长石相的全部峰的总和与表示黄长石相(201)面的峰的峰值强度比，测量到的全部峰的总和与表示YAG相的峰的总和的峰值强度比。求得其表面/内部比。表中记述为比率。结果显示在表4、5中。还有，以扫描型电子显微镜(SEM)，确认到任一个试料的氮化硅相均存在50体积％以上。
【表4】
【表5】
另外，与实施例1同样，测量前刀面和后刀面的氮化钛的残余应力。此外，使用得到的SNGN120412形状的切削工具，根据下述条件评价切削性能。结果显示在表6中。
加工方法：车削加工
被削材：因科镍合金718200φ圆棒
切削速度：400m/分钟
送给量：0.10mm/rev
切入量：1.0mm
切削条件：湿式切削
评价项目：测量磨损量为0.3mm的切削时间作为工具寿命。另外，观察达到工具寿命的时刻的切刃的状态。
【表6】
根据表3～6所示的结果，以10～30体积％的比例含有氮化钛相，前刀面的氮化钛相受到的拉伸应力大于后刀面的所述氮化钛相受到的拉伸应力的试料No.20～33中，切刃几乎没有损伤，成为稳定而长寿命的切削工具。另一方面，在本发明的范围外的试料No.34～36中，早期就可见切刃损伤，由此可知磨损进行而成为短工具寿命。
符号说明
1工具(不重磨刀片)
2前刀面
3后刀面
4切刃

Claims (9)

1.一种切削工具，其中，具有前刀面、后刀面、和作为所述前刀面和所述后刀面的交叉脊线部的切刃，由以50体积％以上的比例含有氮化硅系相、以10～30体积％的比例含有氮化钛相的氮化硅系烧结体构成，所述氮化钛相受到的残余应力是拉伸应力，且所述前刀面的所述氮化钛相受到的拉伸应力大于所述后刀面的所述氮化钛相受到的拉伸应力。
2.根据权利要求1所述的切削工具，其中，所述氮化硅系烧结体还含有黄长石即Y2Si3O3N4相，在所述氮化硅系烧结体的X射线衍射测量中，表面的所述氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比小于内部的所述氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比，所述表面的所述黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比大于所述内部的所述黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比，且所述表面的所述黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比大于所述内部的所述黄长石相的(201)面的峰相对于所述全部黄长石峰的峰值强度比。
3.根据权利要求2所述的切削工具，其中，所述表面的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于所述内部的氮化硅系相的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率，在0.05～0.5的范围内。
4.根据权利要求2或3所述的切削工具，其中，所述表面的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于所述内部的黄长石相的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率，在3.0～6.0的范围内。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的切削工具，其中，所述表面的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比，相对于所述内部的黄长石相的(201)面的峰相对于全部黄长石峰的峰值强度比的比率，为1.1～2.0的范围。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的切削工具，其中，所述表面的所述氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比大于所述内部的所述氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比。
7.根据权利要求6所述的切削工具，其中，所述表面的氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比，相对于所述内部的氮化钛相的(111)面的峰相对于全部氮化钛峰的峰值强度比的比率，在1.1～1.4的范围内。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的切削工具，其中，氮化硅系烧结体还含有YAG即3Y2O3·5Al2O3相，并且所述表面的所述YAG相的(420)面的峰相对于全部峰的峰值强度比，相对于所述内部的所述YAG相的(420)面的峰相对于全部峰的峰值强度比的比率为0.9～1.1。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的切削工具，其中，在所述氮化硅系烧结体的表面还设有硬质被覆层。
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