JPS59203765A - Ceramics for cutting tool - Google Patents

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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミック材Ｆ３１に関し、特に切削工具用セ
ラミックスに関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to ceramic material F31, and particularly to ceramics for cutting tools.

切削工具用セラミックスの１つとして良く知られている
アルミナ切削工具は、耐摩耗性に優れている反面チッピ
ングしやすい短所を有しているため、開発初期より現在
に至るまでセラミックス工具の靭性の改善が開発の大き
な目標の１つとされてぎた。これらの要求に対する解決
法の１つとして、Ａ１゜ｏ３に約３０重量％のＴｉＣを
複合化し結晶粒を微細化すると同時に、アルミナ固有の
性質である高温になるほど熱伝導率が低下する欠点を補
い、熱衝撃による耐欠損性を改善したＡｌ２Ｏ３Ｔ：Ｃ
系セラミックス工具が発明された。Alumina cutting tools, which are well known as a type of ceramic for cutting tools, have excellent wear resistance but are susceptible to chipping, so improvements in the toughness of ceramic tools have been made since the early stages of development up to the present. has been considered one of the major development goals. One solution to these demands is to compound A1゜o3 with approximately 30% by weight of TiC to make the crystal grains finer, while at the same time compensating for the inherent characteristic of alumina, which is that its thermal conductivity decreases as the temperature rises. , Al2O3T:C with improved fracture resistance due to thermal shock
A series of ceramic tools were invented.

Ａ１２０ａ　　Ｔｉｃ系セラミックス■貝は、純アルミ
ナによるいわゆる白糸セラミックス工具と比較して、高
靭性でしかも熱衝撃による耐欠損性に優れているため、
白糸セラミックス工具では使用が困難であった高硬度材
料の旋削加■、鋳鉄材料のフライス加工等の用途に特に
威力を発揮している。しかし、このＡｌ２Ｏ３ＴＩＣ系
セラミックス工具においても、刃先湿度が１２００℃を
越える切削条ｆ！を下では、多量に含まれるＴｉＣの高
）扁硬磨が△１２０．の高温硬度より低下するため、耐
摩耗性が劣り、高硬度材の切削地に境界摩耗が生じ易い
欠点があった。A120a Tic ceramics ■Shell has high toughness and excellent fracture resistance due to thermal shock compared to so-called white thread ceramic tools made of pure alumina.
It is particularly effective in turning high-hardness materials and milling cast iron materials, which are difficult to use with white ceramic tools. However, even in this Al2O3TIC ceramic tool, the cutting edge f! Below, the high hardness of TiC contained in a large amount is △120. Since the high-temperature hardness of the material is lower than that of the high-temperature hardness of the material, the wear resistance is poor, and there is a drawback that boundary wear is likely to occur on the cut surface of the high-hardness material.

本発明は」−記従来技術の欠点を改良し、熱伝導度が高
く高靭で耐チッピング特性の優れた切削工具用セラミッ
クスを提供することを目的とする。An object of the present invention is to improve the shortcomings of the prior art described above and to provide a ceramic for cutting tools that has high thermal conductivity, high toughness, and excellent chipping resistance.

本発明はＡ１２０ａ粉末に５〜４０重量％のＴｉＢ２粉
末を混合し、これに１・〜２０重量％のＺｒＯ２を添加
したことを特徴とするものである。The present invention is characterized in that 5-40% by weight of TiB2 powder is mixed with A120a powder, and 1.-20% by weight of ZrO2 is added thereto.

本発明において、Ａ１２０ａ　　ＴＩＣ系セラミックス
におけるＴｉＣと同様に、Ｔ！　Ｂ２およびＺｒＯ２は
Ａｌ２Ｏ３中に分散した組織になっており、良く知られ
ているように、アルミナの粒成長を阻止し靭性を高める
とともに微小なりラックの成長を抑える役割を果してい
る。In the present invention, similar to TiC in A120a TIC ceramics, T! B2 and ZrO2 have a structure dispersed in Al2O3, and, as is well known, play the role of inhibiting grain growth of alumina, increasing toughness, and suppressing the growth of minute racks.

しかしながら、Ａｌ２Ｏ３中に、難焼結材であるＴｉＢ
２を多量に混合した場合、焼成温度が高、くなり粒径が
１０μｍ前後と大ぎくなる欠点がある。However, TiB, which is a difficult-to-sinter material, is contained in Al2O3.
If a large amount of 2 is mixed, the firing temperature will be high and the particle size will be large, around 10 μm.

本発明にお（′ｊるＺｒＯ２の添加はこの欠点を補うも
ので、Ａ１２０ａ　　ＴｉＲ９の焼結性を向上させる効
果がある。また、本発明においては、０．０５〜２．５
ｍＭ％のＭｏＯおよびＡＩＮを添加ザることにより、ざ
らに焼結性を向上し粒径の成長を抑えることが出来る。The addition of ZrO2 in the present invention compensates for this drawback and has the effect of improving the sinterability of A120a TiR9.
By adding MoO and AIN in mM%, the sinterability can be roughly improved and the growth of grain size can be suppressed.

本発明によるセラミックスは通常、上記組成範囲の混合
粉末を熱間加圧することにより得ることができるが、熱
間加圧後ざらに熱間静水圧プレスを行なっても、あるい
は常圧焼成の後熱間静水圧プレスを行なっても同様の結
果を得ることができる。また本発明において、−ｒｒ　
Ｂ９粉末を５〜４０重量％に限定した理由は、０．５以
下では添加効果がなく、４０％以」−では粒径が逆に大
きく成長するためである。また、７ｒＯ２に関しては１
％未満ではやはり添加効果がなく、２０％を越えると耐
熱衝撃性が低下するため１〜２０％に限定した。また、
ＭＯＯおよびＡＩＮ粉末の合計量を０．０５　＝　２．
５重用％に限定した理由は、０．０５重け％以下ではＡ
ｌ２Ｏ３の結晶粒微細化の効果がなく、２．５重量％以
上になると結晶粒界にスピネル層が生じ、−・３− 脆化するためである。Ceramics according to the present invention can usually be obtained by hot pressing a mixed powder having the above composition range, but they can also be obtained by hot isostatic pressing after hot pressing, or by hot isostatic pressing after normal pressure sintering. Similar results can be obtained by performing an isostatic press. Further, in the present invention, -rr
The reason why the amount of B9 powder is limited to 5 to 40% by weight is that if it is less than 0.5, there is no effect of addition, and if it is more than 40%, the particle size will grow larger. Also, regarding 7rO2, 1
If it is less than 20%, there will be no effect of addition, and if it exceeds 20%, the thermal shock resistance will decrease, so it was limited to 1 to 20%. Also,
The total amount of MOO and AIN powder is 0.05 = 2.
The reason why it was limited to 5 weight% is that if it is 0.05 weight% or less, A
This is because 12O3 has no effect on crystal grain refinement, and when it exceeds 2.5% by weight, a spinel layer is formed at the grain boundaries, resulting in -.3- embrittlement.

また、Ｙ２０３の添加量をＺｒ　０２に対しモル比で１
．０・〜３．（１モル％に限定したのは、Ｚｒ　０２の
結晶型を正方品（を相）主体どし破壊強度を向上させる
ためで、１．０％未満では単斜晶（Ｍ相）が主体となり
、３．０％を越えると立方晶（Ｃ相）が主体となり共に
強度の向上が望めない。In addition, the amount of Y203 added was set at a molar ratio of 1 to Zr02.
．． 0.~3. (The reason why it is limited to 1 mol% is to improve the fracture strength by making the crystal form of Zr 02 mainly tetragonal (phase), but if it is less than 1.0%, it is mainly monoclinic (M phase), If it exceeds 3.0%, cubic crystals (C phase) will be the main component, and no improvement in strength can be expected.

実施例１ 平均粒径１．２μｍのＴｉ　８９粉末を２５重量％。Example 1 25% by weight of Ti 89 powder with an average particle size of 1.2 μm.

平均粒径０．１μｍのＺｒ　０２粉末を５重量％、平均
粒径０．１μｍのＡｌ２Ｏ３粉末を残部とし、ざらにＭ
ｇＯ０９５重量％、ＡｌＮ１．０重量％　配合シ、エチ
ルアルコールを使用してアルミナ製のボールミルで４８
時間混合粉砕したのち真空中で乾燥したのち、２ｔ／Ｃ
ｌ１１２テ成形し、真空中１６００℃Ｆ圧力２゜Ｏｋｏ
　／ａｍ２をかけながら１０分間保持する加圧焼結を行
ない焼結体を得た。5% by weight of Zr 02 powder with an average particle size of 0.1 μm and the balance of Al2O3 powder with an average particle size of 0.1 μm, roughly M
A mixture of gO095% by weight and AlN1.0% by weight was prepared using an alumina ball mill using ethyl alcohol.
After mixing and pulverizing for a time and drying in vacuum, 2t/C
Molded in a vacuum at 1,600℃F at a pressure of 2℃.
Pressure sintering was performed for 10 minutes while applying /am2 to obtain a sintered body.

本焼結体より切削工具用チップ５ＮＧＮ４５３を作製し
、従来より広範に使用されているＡｌ２０３３０％Ｔｉ
Ｃチップを比較材どして用い、被−ｑ　　− 削材ＤＡＣ（ｌｌＳ６５）を用いて切削テストを行なっ
た。Cutting tool tip 5NGN453 was made from this sintered body, and Al20330%Ti, which has been widely used in the past, was
A cutting test was conducted using a C chip as a comparative material and a DAC (llS65) as a material to be cut.

切削速度は５０　ｍ／ｍｉｎおよび７０　ｍ／ｍｉｎ切
り込みは各１．５ｍｍ、送りは０．４ｍｍ／　ｒｅｖど
した。The cutting speed was 50 m/min and 70 m/min, the depth of cut was 1.5 mm each, and the feed was 0.4 mm/rev.

第１図に示す如く、本発明によるセラミックスはいずれ
の場合も従来のＡｌ２Ｏ３ＴｉＣ系セラミックスに比べ
て境界摩耗量が少なく、良好な切削性能を示した。As shown in FIG. 1, the ceramics according to the present invention had less boundary wear than the conventional Al2O3TiC ceramics and exhibited good cutting performance.

実施例２ 丁ＩＢ２粉末を２０重量％、ＺｒＯ２粉末ヲ１５重司％
、Ｙ２Ｏ３粉末を０，５５重最％、残部Ａｌ２Ｏ３粉末
を配合し、エチルアルコールを使用してアルミナ製のボ
ールミルで４８時間混合粉砕したのち真空中で乾燥した
のち、２　ｔ　／ｃｍ２で成形し、真空中１５００℃、
圧力２００ｋ（］　／ｃｍ２Ｆ加圧焼結を行ない焼結体
を得た。Example 2 20% by weight of Ding IB2 powder, 15% by weight of ZrO2 powder
, 0.55% by weight of Y2O3 powder and the balance Al2O3 powder were blended, mixed and ground for 48 hours in an alumina ball mill using ethyl alcohol, dried in vacuum, and then molded at 2 t/cm2. 1500℃ in vacuum,
Pressure sintering was performed at a pressure of 200 k(]/cm2F to obtain a sintered body.

本焼結体からａｘ　４Ｘ２５ｍｍの試験片を切出し抗折
試験を実施した。平均抗折強度は１３０ｋＯ／ｍｍ２で
、市販のＡ　Ｉ　２０３−３０％ＴｉＣセラミックスと
比較して極めて高い強度を有することが証明され　Ｉこ
　。A test piece of ax 4 x 25 mm was cut out from this sintered body and subjected to a bending test. The average bending strength is 130 kO/mm2, which is proven to be extremely high compared to commercially available AI 203-30% TiC ceramics.

次に、本焼結体より切削Ｔ具用チップＳ　Ｎ　Ｇ　Ｎ４
３２を作製し、市販のＡＩ　、０３−３０％ＴｉＣデツ
プを比較材として用い、被剛材ＳＣＭ４４０を用いてフ
ライス切削−アス！へを行イｆつた。切り込みは２ｍｍ
どした。Next, from this sintered body, a cutting T tool tip S N G N4
32 was prepared, and using a commercially available AI, 03-30% TiC depth as a comparison material, milling was performed using a rigid material SCM440. I went to bed. The cut is 2mm
What happened?

第２図に示す如く、本発明によるセラミックスは従来の
Ａｌ　２０３　　ＴｉＣ系セラミックスに比べて広範な
切削領域を示した。As shown in FIG. 2, the ceramic according to the present invention exhibited a wider cutting area than the conventional Al 203 TiC ceramic.

上記実施例から明らかな如く、本発明による切削工具用
セラミックスは境界摩耗量が少なく、かつ高靭性であり
、いわゆる熱系工具用セラミックスどして優れた特性を
示し、工業−１−極めて有用なものである。As is clear from the above examples, the ceramics for cutting tools according to the present invention have a small amount of notch wear and high toughness, and exhibit excellent properties as so-called ceramics for thermal tools. It is something.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第１図は本発明によるセラミックスおよび従来のＡＩ　
２０３　　Ｔ！　Ｃ系セラミックスによる切削アメ１〜
結甲を示す特性曲線、第２図は同じく本発明によるセラ
ミックスおよび従来のＡｌ２Ｏ３−ＴｉＣセラミックス
によるフライス加工テスト結果を示すものである。 製齢艶昇キ ミ某１ｉ 手続補正書 ５８　　８　　１８ 昭和　　年　　月　　日 昭和５８年　特許願　第７５２８９号 発明の名称　切削工具用セラミックス 補正をする者 事件どの関係　　特許出願人 住所　東京都千代田区丸ノ内二丁目１番２号名称　（５
０ｇ）日立金属株式会社 電話　東京０３−２８４−４６４２ 明細書の「発明の詳細な説明」の欄。 補正の内容 別紙の通り 補ｉ［の内容 １、「発明の詳細な説明」の欄の記載を下記の通り訂正
する。 記 （１）明ｌＴｌ書第４頁第１２行の［０，５以下では１
を「５以下では」に訂正で−る。 （２）同書第５頁第７行の「強度の向上が望めない。−
１を「Ｙ２Ｏ３添加の効果がうすい。 に訂正する。 以上 ’５＆　　”ＩＩ　　（７’）　　名称　　　切削工具
用セラミ、クス袖］１：をする者 補正命令の日付　　　　昭和５８年７月２６日（発送日
）補市の対象 図　面。 １−Figure 1 shows ceramics according to the present invention and conventional AI
203 T! Cutting candy using C-based ceramics 1~
The characteristic curve showing the curvature, FIG. 2, also shows the results of milling tests with ceramics according to the invention and conventional Al2O3-TiC ceramics. Manufactured to a glossy finish by a certain person 1i Procedural amendment 58 8 18 Showa Year Month Date 1982 Patent application No. 75289 Name of the invention Case related to a person who corrects ceramics for cutting tools Patent applicant address 2-chome Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 1 No. 2 Name (5
0g) Hitachi Metals Co., Ltd. Telephone: Tokyo 03-284-4642 "Detailed Description of the Invention" column of the specification. Contents of the Amendment As shown in the attached sheet, the description in the "Detailed Description of the Invention" column in Contents 1 of Supplement i[ is corrected as follows. Notes (1) Mei Tl Book, page 4, line 12 [0,5 or less, 1
should be corrected to "5 or less." (2) In the same book, page 5, line 7: ``No improvement in strength can be expected.-
1 to ``The effect of Y2O3 addition is weak. (Japanese) Target drawings of supplementary market. 1-

Claims (1)

【特許請求の範囲】 １、重帛比で５〜４０％丁＋８２，１〜２０％Ｚｒ　０
２　。 残部がＡｌ２Ｏ３および不可避不純物であることを特徴
とする切削工具用セラミックス。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、ＡＩ　
Ｎ、ＭｇＯの一方又は双方を合計０．０５〜２．５重量
％添加したことを特徴とする切削工具用セラミックス。 ３、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、７ｒＯ
２に対して　１．０〜３．０％モル比のＹ　２０３を含
有することを特徴とする切削■具用セラミックス。 ４、特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、Ｚｒ　
０２に対して１．０〜３．０％モル比のＹ２Ｏ３を含有
することを特徴とする切削■具用セラミックス。[Claims] 1. Weight ratio: 5 to 40% Zr + 82, 1 to 20% Zr 0
2. A ceramic for a cutting tool, characterized in that the remainder is Al2O3 and inevitable impurities. 2. In the item described in claim 1, the AI
Ceramics for cutting tools, characterized in that one or both of N and MgO is added in a total amount of 0.05 to 2.5% by weight. 3. In the product described in claim 1, 7rO
A ceramic for cutting tools, characterized in that it contains Y203 in a molar ratio of 1.0 to 3.0% with respect to Y203. 4. In the product described in claim 2, Zr
A ceramic for a cutting tool, characterized in that it contains Y2O3 in a molar ratio of 1.0 to 3.0% with respect to Y2O2.