專利名稱：燒結體和切削工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及由氧化鋁-氧化鋯系陶瓷形成的燒結體。
背景技術：
氧化鋁-氧化鋯系陶瓷是化學穩定性、耐磨耗性優異的材料，作為各種結構部件、切削工具材料而利用。該氧化鋁-氧化鋯系陶瓷的性能很大程度上依賴于氧化鋯的晶相、粒徑、聚集、分散狀態，進行了各種研究(例如下述專利文獻I 4)。然而，現有的氧化 鋁-氧化鋯系陶瓷的氧化鋯晶粒和氧化鋁晶粒的組織控制不充分。因此，使用現有的氧化鋁-氧化鋯系陶瓷作為切削工具時，以高進給量進行加工時的耐缺損性不充分。另外，現有的氧化鋁-氧化鋯系陶瓷有時產生由微小的缺損導致的磨耗，耐磨耗性也不充分。因此，現狀是:使用氧化鋁-氧化鋯系陶瓷的切削工具僅在低進給量的加工(精加工等)中使用。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:日本特開2000-319064號公報專利文獻2:日本特開2000-344569號公報專利文獻3:日本特開平10-194824號公報專利文獻4:日本特開平2-55261號公報
發明內容
發明要解決的問題考慮到上述問題的至少一部分，本發明要解決的問題是:提高氧化鋁-氧化鋯系陶瓷的耐磨耗性或耐缺損性。用于解決問題的方案本發明為了解決上述問題的至少一部分，能夠以以下技術方案或適用例的形式來實現。[適用例I]一種燒結體，其特征在于，其為以氧化鋁晶粒和氧化鋯晶粒為主要成分的燒結體，前述氧化鋯晶粒包含正方晶的晶粒，將前述燒結體的任意切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的前述氧化鋯晶粒的總數設為N個，將前述N個前述氧化鋯晶粒中的、周圍僅被前述氧化鋯晶粒圍繞的第一氧化鋯晶粒的數量a個相對于前述N個的比率設為A，將前述N個前述氧化鋯晶粒中的、周圍僅被前述氧化鋁晶粒圍繞的第二氧化鋯晶粒的數量b個相對于前述N個的比率設為B，將前述N個前述氧化鋯晶粒中的、周圍被前述氧化鋯晶粒和前述氧化鋁晶粒圍繞的第三氧化鋯晶粒的數量c個相對于前述N個的比率設為C時，滿足0%彡A彡3%、且3%彡B彡22%、且77%彡C彡96%,前述N的值為140以上。該燒結體的氧化鋯晶粒和氧化鋁晶粒被微小化，內含氧化鋯晶粒的氧化鋁晶粒的比率受到適度控制。另外，以氧化鋯晶粒不會過度聚集而不均勻分布的方式進行控制。因此，能夠得到適合作為切削工具的應力誘導相變效果、晶粒生長抑制效果。使用該燒結體作為切削工具時，能夠提高耐磨耗性和耐缺損性。[適用例2]根據適用例I所述的燒結體，其特征在于，前述燒結體的任意5個以上的各個切割面上的邊長 ο μ m的正方形的范圍內的前述氧化鋯晶粒與前述氧化鋁晶粒的界面的平均總長度為180 μ m以上。該燒結體優選被控制使得氧化鋯晶粒和內含氧化鋯晶粒的氧化鋁晶粒微小、且不會過度聚集而不均勻分布。因此，能夠進一步提高適用例I的效果。[適用例3]根據適用例I或適用例2所述的燒結體，其中，SiO2的含量為0.24fft%以下。該燒結體由于SiO2的含量較少，因而用于切削工具等時，能夠抑制破片、缺損的產生。本發明能夠以適用例4 適用例6的切削工具的形式來實現。
[適用例4]一種切削工具,其特征在于,使用適用例I 適用例3中的任一項所述的燒結體。[適用例5]根據適用例4所述的切削工具，其用于鋼加工。[適用例6]根據適用例4所述的切削工具，其用于韌性鑄鐵加工(ductilecastiron)ο
圖1是刀片(chip) 20的外觀主視圖。圖2是示出氧化鋯晶粒ZC的類型的說明圖。圖3是示出氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的界面的說明圖。圖4是示出平均界面距離IL的測定方法的具體例的說明圖。圖5是示出刀片20的制造工序的工序圖。圖6是示出針對刀片20的耐磨耗性試驗和耐缺損性試驗的結果的圖表。圖7是示出針對刀片20的耐磨耗性試驗和耐缺損性試驗的結果的圖表。圖8是示出針對刀片20的濕式銑削加工試驗的結果的圖表。圖9是示出對第二刀片實施的干式銑削加工試驗的結果的圖表。圖10是示出對第三刀片實施的車削加工試驗的結果的圖表。圖11是示出對刀片20實施的車削加工的第一試驗的結果的圖表。圖12是示出對刀片20實施的車削加工的第二試驗的結果的圖表。
具體實施例方式A-1.燒結體20的特性:對本發明的實施方式進行說明。將作為使用本發明的燒結體的實施例的燒結體SC作為材料而制造的切削工具的刀片20的外觀示于圖1。刀片20為不重磨刀片、即切削鑲刀。該刀片20可拆卸地安裝于切削工具的主體。如圖1所示，刀片20具備大致長方體的外形。圖示的刀片20的形狀符合ISO標準所規定的SNGN433-TN的形狀。但是，刀片20的形狀適宜設定即可。作為該刀片20的材料的燒結體SC由以氧化鋁(Al2O3)和氧化鋯(ZrO2)為主要成分的氧化鋁-氧化鋯系陶瓷形成。本實施例中，該氧化鋁-氧化鋯系陶瓷除了后述的氧化鋯的穩定劑、不可避免的雜質之外由氧化鋁和氧化鋯形成。氧化鋁-氧化鋯系陶瓷例如可以設為包含60vol%以上且80vol%以下的氧化鋁、并包含40vol%以下且20vol%以上的氧化鋯。由此能夠得到適宜作為切削工具使用的耐磨耗性、耐缺損性。作為氧化鋯的穩定劑，可以使用氧化釔(Y2O3)、氧化鈰(CeO2)、氧化鈣(CaO)、氧化鎂(MgO)等。本實施例使用利用2 3mol%的Y2O2穩定化了的氧化鋯。另外，燒結體SC的不可避免的雜質(SiO2等)優選為0.3wt%以下，更優選為0.25wt%以下。由此能夠抑制不可避免的雜質使刀片20的切削性能降低。燒結體SC中所含的氧化鋯的晶粒也稱為氧化鋯晶粒ZC。另外，燒結體SC中所含的氧化鋁的晶粒也稱為氧化鋁晶粒AC。該燒結體SC具有以下說明的第一 第四的特性。作為第一特性，燒結體SC中所含的氧化鋯晶粒ZC包含正方晶的晶粒。另外，作為第二特性，燒結體SC中所含的氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC具有規定的關系。該第二特性能夠通過將各氧化鋯晶粒ZC根據其它氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的位置關系分類為三種類型來把握。該氧化鋯晶粒ZC的三種類型示于圖2。圖2中，各塊(block)示出氧化鋯晶粒ZC或氧化鋁晶粒AC的各晶粒。另外，對表示氧化鋁晶粒AC的塊畫影線來區別表示氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC。 圖2的㈧示出作為第一種類型的第一氧化鋯晶粒ZC1。如圖2的㈧所示，第一氧化鋯晶粒ZCl是其周圍僅被氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC中的氧化鋯晶粒ZC圍繞的氧化鋯晶粒。換言之，第一氧化鋯晶粒ZCl是其與其它晶粒的界面僅由與氧化鋯晶粒ZC的界面形成的氧化鋯晶粒。圖2的⑶示出作為第二種類型的第二氧化鋯晶粒ZC2。如圖2的⑶所示，第二氧化鋯晶粒ZC2是其周圍僅被氧化鋁晶粒AC圍繞的氧化鋯晶粒。圖3的(C)示出作為第三種類型的第三氧化鋯晶粒ZC3。如圖2的(C)所示，第三氧化鋯晶粒ZC3是其周圍被氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC兩者圍繞的氧化鋯晶粒。此處，將燒結體SC的任意切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的氧化鋯晶粒ZC的總數設為N個(N為正整數)。另外，將N個氧化鋯晶粒ZC中的第一氧化鋯晶粒ZCl的數量設為a個(a為小于N的正整數)。同樣地，將N個氧化鋯晶粒ZC中的第二氧化鋯晶粒ZC2的數量設為b個(b為小于N的正整數)。將N個氧化鋯晶粒ZC中的第三氧化鋯晶粒ZC3的數量設為c個(c為小于N的正整數)。N、a c的值滿足下式(I)。N=a+b+c...(I)進而，將a個相對于N個的比率、即第一氧化鋯晶粒ZCl的數量相對于全部氧化鋯晶粒ZC的數量的比率設為A(=a/N)。同樣地，將b個相對于N個的比率、C個相對于N個的比率分別設為B (=b/N)、C (=c/N)。此時，作為第二特性，本實施例的燒結體SC同時滿足下式⑵、(3)、(4)。0% ^ A ^ 3%...(2)3% ≤ B ≤ 22%...(3)77% ≤ C ≤ 96%...(4)另外，作為第三特性，燒結體SC滿足下式(5)。即，燒結體SC的任意切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的氧化鋯晶粒ZC的總數為140個以上。N ≤ 140...(5)另外，對于燒結體SC而言，作為第四特性，作為燒結體SC的任意5個以上的各個切割面的邊長 ο μ m的正方形的范圍內的、表示氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的界面的總長度的界面距離ILm(m對應任意切割面的數)的簡單平均值即平均界面距離IL滿足下式(6)。需要說明的是，該第四特性不是必需的。IL≤180 μ m...(6)將氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的界面示于圖3。圖3中示出了燒結體SC的切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍。氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的各晶粒的尺寸由于圖示的關系表示得比實際更大。在圖3中，氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的界面用粗線表示。該粗線的總長度為界面距離ILm。對上述第二特性的確認方法的具體例進行說明。第二特性的確認程序是:首先，對作為試樣的燒結體SC的表面進行平面研削加工后,用金剛石衆(diamond slurry)鏡面研磨，進而，在1450°C下實施熱蝕處理。接著，用場發射掃描電子顯微鏡(FieldEmission-Scanning Electron Microscope)觀察實施過熱蝕處理的試樣表面，得到8000倍的組織圖像(組織照片)。接著，使用圖像處理軟件(三谷商事株式會社制WinROOF)，將得到的組織圖像轉換為灰度的圖像。接著在顯示轉換后的圖像的顯示器上，選擇位于顯示圖像的大致中心的邊長10 μ m的正方形的范圍，計數氧化鋯晶粒ZC的數量N個以及第一 第三氧化鋯晶粒ZCl ZC3的數量a c個。由此，取得上述N個和a c個，可以由它們的值求出比率A C。使用圖4對上述第四特性的確認方法的具體例進行說明。第四特性的確認程序是:首先，與第二特性的確認方法同樣地得到8000倍的組織圖像。對于第四特性的確認，組織圖像取得與燒結體SC的5個不同切割面相應的5個圖像。需要說明的是，取得的圖像分別為切割面不同的5個以上的圖像即可。接著，使用上述圖像處理軟件，如圖4的(A)所示，將得到的組織圖像中的一張顯示在顯示器上，選擇位于顯示圖像的大致中心的邊長ΙΟμπι的正方形的范圍。圖4的(A)中通過與圖2同樣的方法示出氧化鋯晶粒ZC或氧化鋁晶粒AC的各晶粒。圖4的(A)的氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的各晶粒的尺寸由于圖示的關系表示得比實際更大。接著，將選擇的邊長ΙΟμπι的正方形的范圍的圖像轉換為灰度的圖像，進而，利用圖像處理軟件的“亮度.對比度”的調節功能，將圖像黑白化(二值化)。具體而言，將“對比度”的值提高至100 (最大值)，使圖像內黑白明確化后，將“亮度”的值調整為45以使各晶粒的實際界面與圖像上的白色區域和黑色區域的界面一致。圖4的(B)示出將邊長ΙΟμπι的正方形的范圍黑白化的圖像。如圖示那樣，將氧化鋁晶粒AC設為黑色區域，另外，將氧化鋯晶粒ZC設為白色區域，能夠明確分類地表示。接著，將得到的圖像通過圖像處理軟件的“自動二值化”將氧化鋁晶粒AC設為黑色區域，將氧化鋯晶粒ZC設為白色區域，用軟件識別。接著，對該圖像進行“孤立點去除”，進而通過“閉合(closing)”(邊界的平均化)去除圖像處理中的誤差的因素。將進行過該處理的圖像示于圖4的(C)。圖4的(C)中，通過影線來表示白色區域WP。然后，使用圖像處理軟件來測量如上得到的白色區域WP的圖像的周長，作為界面距離ILm而取得。需要說明的是，邊長10 μ m的正方形的范圍的外緣、即示出邊長10 μ m的正方形的范圍的線不包含在周長內。也對剩余的4張組織圖像進行該程序，根據求出的界面距離ILm (m為I 5的整數)，計算平均界面距離IL。A-2.刀片20的制造方法:對上述刀片20的制造方法的具體例進行說明。將刀片20的制造程序示于圖5。如圖示那樣，對于刀片20的制造，首先，制作作為材料的漿料(步驟S110)。具體而言，將平均粒徑為0.6 μ m的氧化鋁粉末和平均粒徑為0.7 μ m、包含2mol%的Y2O3的氧化鋯粉末與氧化鋁球石和水一起 投入氧化鋁制的鍋中，混合84小時并粉碎，制作漿料。制作漿料后，接著，將制作的漿料轉移至攪拌容器中，邊用攪拌葉片攪拌邊進行pH調整(步驟S120)。該pH調整是為了控制粉碎顆粒的分散、聚集狀態而進行的。本實施例中制作的漿料的PH值為9。該pH值處于氧化鋁的Zeta電位(表面電位)的等電點(pH9 10)以及包含2mol%Y203的氧化鋯的Zeta電位(表面電位)的等電點(pH8 9)附近。因此，通過調整至氧化鋁以及包含2mol%Y203的氧化鋯都帶正電的pH8以下，從而產生靜電排斥力，使分散穩定化，得到期望的晶粒分散狀態。本實施例中，PH的調整、分散和聚集狀態的控制使用鹽酸(HCl)、氨水等進行。此外，粉碎漿料的分散、聚集的狀態根據原料、粉碎條件而不同。因此，原料、粉碎條件不同時，相應地調整pH值，以能夠得到規定的聚集和分散的狀態即可。規定的聚集和分散的狀態是用于滿足上述式(2)的條件的狀態，是指避免過度聚集或完全均勻地分散、確保適度的聚集和分散的狀態。另外，除了如上所述地調整PH值之外，也可以使用分散劑來得到期望的晶粒分散狀態。作為分散劑，例如可以使用多元羧酸系分散劑SAN NOPCO LIMITED制SN Dispersant5027、多元羧酸型高分子表面活性劑即中京油脂株式會社制CelunaD735等。進行pH調整后，接著，在調整過pH的漿料中添加粘結劑，攪拌后，通過噴霧干燥法制作顆粒(步驟S130)。此時，根據漿料狀態添加分散劑。分散劑例如使用多元羧酸銨等。作為粘結劑，例如可以使用聚乙烯醇、丙烯酸系等樹脂材料。制作顆粒后，接著，將制作的噴霧顆粒壓制成形，脫脂，燒結，從而制作燒結體SC(步驟S140)。本實施例中，燒結通過如下方法進行:在1450 1550°C的溫度下保持2小時，將得到的I次燒結體在1450°C、IOOMPa的氬氣(Ar)中進行HIP (Hot IsostaticPressing,熱等靜壓)處理。進行燒結處理后，接著，將得到的燒結體SC的表面研磨加工，從而加工成期望的工具形狀(此處，SNGN433-TN)(步驟S150)。由此完成刀片20。此外，上述步驟SllO S140也可以作為燒結體SC的制造方法來掌握。A-3.效果:
在作為上述刀片20的材料的燒結體SC的任意切割面上的邊長10 μ m的正方形的范圍內，相對于氧化鋯晶粒ZC的總數(N個)的第一氧化鋯晶粒ZCl的數量(a個)的比率A滿足0% 3%。氧化鋯晶粒ZC存在于氧化鋯晶粒ZC群的內部，從而應力誘導相變的效果增加，能夠提高耐缺損性。比率A大于3%時，氧化鋯晶粒ZC相互的聚集變多，從而燒結體SC的硬度降低，或產生氧化錯晶粒ZC的粗大晶粒(grain coarsening),擔心燒結體SC的耐磨耗性降低，通過將比率A控制在3%以下，應力誘導相變效果和顆粒脫落抑制的效果并存，耐缺損性、耐磨耗性提高。另外，對于燒結體SC，相對于氧化鋯晶粒ZC的總數(N個)的第二氧化鋯晶粒ZC2的數量(b個)的比率B滿足3%彡B彡22%。氧化鋯晶粒ZC存在于氧化鋁晶粒AC群的內部，從而能夠抑制氧化鋁晶粒AC的聚集、晶粒粗大化。通過將比率B設為3%以上，能夠抑制氧化鋁晶粒AC的聚集、粗大晶粒的產生，能夠提高燒結體SC的耐磨耗性、耐缺損性。另夕卜，通過將比率B設為22%以下，能夠抑制應力誘導相變效果的降低、鄰接的氧化鋁晶粒AC的聚集、粗大晶粒的產生，能夠提高燒結體SC的耐磨耗性、耐缺損性。另外，對于燒結體SC，相對于氧化鋯晶粒ZC的總數(N個)的第三氧化鋯晶粒ZC3的數量(c個)的比率C滿足77%96%。在氧化鋯晶粒ZC的周圍配置有氧化鋁晶粒AC和氧化鋯晶粒ZC兩者，從 而各晶粒的晶粒粗大化受到抑制。另外，對裂紋擴展的偏向效果增加，燒結體SC的耐磨耗性、耐缺損性提高。通過將比率C設為77%以上，能夠抑制氧化鋁晶粒AC和氧化鋯晶粒ZC的聚集體的產生，即能夠抑制粗大晶粒的產生，從而提高燒結體SC的耐磨耗性、耐缺損性。另外，通過將比率C設為96%以下，能夠抑制氧化鋁晶粒AC和氧化鋯晶粒ZC成為均勻分散的狀態。其結果，通過滿足上述0%3%和3%彡B彡22%的條件，能夠抑制得到的效果降低。另外，燒結體SC在任意切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的氧化鋯晶粒ZC的數量為140個以上。因此，能夠將各聚集體自身微小化。燒結體SC通過滿足全部這些條件，從而氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC微小化，內含氧化鋯晶粒ZC的氧化鋁晶粒AC的比率得到適度控制。另外，以燒結體SC中氧化鋯晶粒ZC不會過度聚集而不均勻分布的方式進行控制。其結果，能夠得到適宜作為切削工具的應力誘導相變效果、晶粒生長抑制效果。使用該燒結體SC制造刀片20時，能夠提高刀片20的耐磨耗性、耐缺損性。此外，氧化鋯晶粒ZC的晶相優選為正方晶。由此能夠充分得到應力誘導相變的效果。但是，也不排除一部分混雜單斜晶、立方晶的氧化鋯晶粒ZC。進而，燒結體SC在任意5個以上切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的氧化鋯晶粒ZC與氧化鋁晶粒AC的平均界面距離IL為180 μ m以上。因此，氧化鋯晶粒ZC的聚集體以及內含氧化鋯晶粒ZC的氧化鋁晶粒AC的聚集體更優選被控制使其微小且不會過度聚集而不均勻分布。其結果，能夠進一步提高燒結體SC的耐磨耗性、耐缺損性。另外，燒結體SC對鋼和韌性鑄鐵的加工是有用的。尤其是在高切削速度(例如800m/分鐘)下的銑削加工和車削加工中顯示優異的切削性能。另外，通過將燒結體SC中的SiO2量控制在0.24wt%以下，在包含黑皮(castingsurface)部的鑄鐵的加工中，能夠抑制燒結體SC的缺損的產生。為了使上述效果更加明確，將對刀片20實施的干式切削試驗的結果示于圖6和圖
7。該切削試驗包含評價耐磨耗性的耐磨耗性試驗以及評價耐缺損性的耐缺損性試驗。這些試驗條件如下。<耐磨耗性試驗>刀片形狀:SNGN432_TN被切削材料:FC300切削速度:500m/分鐘切削深度:0.3mm進給量:0.3mm/rev評價方法:經過60次循環后的后隙面磨耗量(flank wear)的測定<耐缺損性試驗>刀片形狀:SNGN432_TN被切削材料:FC200切削速度:200m/分鐘切削深度:1.5mm進給量:0.δΟ 0.75mm/rev評價方法:缺損 產生時的進給量的測定如圖6、7所示，本試驗中準備使用了具有上述特性的燒結體SC的刀片20作為實施例I 11的試樣來作為試驗對象。另外，將使用了不具有上述特性的燒結體的刀片作為比較例12 17。圖6中示出各試樣的氧化鋯的類型比率、邊長10 μ m的正方形中的氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的數量、平均界面距離IL、晶相、氧化鋁和氧化鋯的組成比、作為氧化鋯穩定劑的Y2O3的含量以及作為不可避免的雜質的SiO2的含量的測定結果。氧化鋯的類型比率為上述比率A C的測定結果。晶相的“T”表示正方晶。晶相的“M”表示單斜晶。如圖6所示，實施例1 11的試樣具有上述第一 第三特性。另外，實施例1 11的試樣中，實施例I 10的試樣具有不必需的第四特性，但實施例11的試樣不具有第四特性。另一方面，比較例12 17的試樣不具有第一 第三特性中的至少一種特性。圖6中用影線表示顯示與第一 第四特性不同特性的測定值。此外，如圖6所示，實施例1 11的試樣的任一個的任意邊長10 μ m的正方形中的氧化鋁晶粒AC的數量均為108個以上。圖7示出各試樣的耐磨耗性試驗和耐缺損性試驗的結果以及基于其的切削性能判定的結果。另外，作為參考，還一并記載了彎曲強度、斷裂韌性、維氏硬度的測定結果。關于耐缺損性試驗的結果，對各進給量的條件，將產生缺損時表示為“ X ”，將不產生缺損時表示為“〇”。在本實施例中，作為切削性能判定，判定滿足耐磨耗性試驗中測定的磨耗量不足0.1Omm且在耐缺損性試驗中進給量為0.6mm/rev的條件下不產生缺損兩者的試樣為滿足期望的性能基準。對于滿足性能基準的試樣，區分為“Λ”(可以)、“〇”(良好)以及“◎”(很好)。“◎”表示磨耗量不足0.1Omm且在進給量為0.70mm/rev的條件下也不產生缺損的情況。“〇”表示磨耗量不足0.1Omm且在進給量為0.65mm/rev的條件下也不產生缺損的情況。“Λ”表示磨耗量不足0.1Omm且在進給量為0.6mm/rev的條件下也不產生缺損的情況。對于不滿足性能基準的試樣，標記為“ X ”(差)。如圖7所示，實施例2 6的樣品能夠得到“ ◎ ”的評價。實施例1、7 10的試樣能夠得到“〇”的評價。實施例11的試樣能夠得到“Λ”的評價。另一方面，比較例12 17的試樣能夠得到“ X ”的評價。耐磨耗性試驗確認，實施例1 11的試樣與比較例12 17相比，磨耗量能夠減小至約1/2 1/3，顯示出優異的耐磨耗性。另外，耐缺損性試驗確認，實施例1 11的試樣直至高于比較例12 17的進給量也不發生缺損，顯示出優異的耐缺損性。由此，使用本實施例的燒結體SC時，能夠提供長壽命且能夠高效率加工的氧化招-氧化錯系的刀片20。另外，根據實施例1 11的切削性能判定，具體而言，根據“〇”和“◎”的評價的
差異，比率A滿足0%2%是理想的。比率B滿足9%彡B彡20%是理想的。比率C滿
足82%彡C彡90%是理想的。同樣地，根據“〇”和“◎”的評價的差異，在邊長10 μ m的正方形的范圍內，氧化鋁晶粒AC的數量設為110個以上是理想的。氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的總數設為250個以上是理想的。另外，平均界面距離IL設為200 μ m以上是理想的。此外，上述第四特性(IL彡180 μ m)與“〇”和“Λ”的評價的差異相對應。另外，根據“〇”和“◎”的評價的差異和實施例1 11的耐缺損性試驗的結果，具體而言，著眼于即使在進給量為0.75mm/rev的條件下也無缺損與缺損之間的差異時,在邊長ΙΟμπι的正方形的范圍內，氧化鋯晶粒ZC的總數設為180個以上是理想的。氧化鋁晶粒AC的數量設為150個以上是理想的。氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的總數設為330個以上是理想的。另外，平均界面距離IL設為250 μ m以上是理想的。另外，在“O”和“◎”的評價的差異和實施例1 11的耐缺損性試驗的結果的基礎上，根據耐磨耗性試驗的結果，具體而言，著眼于磨耗量為0.06mm以下和0.07mm以上的差異時，在邊長ΙΟμπι的正方形的范圍內，氧化鋯晶粒ZC的總數設為210個以上是更理想的。氧化鋁晶粒AC的數量設為150個以上是理想的。氧化鋯晶粒ZC和氧化鋁晶粒AC的總數設為360個以上是 更理想的。另外，平均界面距離IL設為250 μ m以上是理想的。另外，將對刀片20實施的濕式銑削加工試驗的結果示于圖8。本試驗將圖6、7所示的實施例3的試樣、比較例12、14的試樣以及作為比較例18的市售的碳化鈦(TiC)-氧化鋁系工具(日本特殊陶業株式會社制HC2)作為對象來實施。試驗條件如下。<濕式銑削加工試驗>刀片形狀:SNGN432-TN被切削材料:FC300切削速度:600m/分鐘切削深度:1.0mm進給量:0.1 mm/rev評價方法:產生熱缺損時的循環次數的測定比較例12、14具有氧化鋯顆粒以不聚集的狀態均勻分散在氧化鋁中的組織，但如圖8所示，比較例12、14的試樣在600次以下的沖擊次數(循環次數)下發生熱缺損。另一方面，實施例3、18即使在3600次的沖擊次數下也沒有發生熱缺損。由此確認，本實施例的刀片20顯示出與氧化鋁-TiC系工具(比較例18)同等的優異的耐熱沖擊性。現有的氧化鋁-氧化鋯系陶瓷的切削工具在濕式銑削加工中容易發生熱缺損，難以使用，但根據本實施例的刀片20，即使在濕式銑削加工中也能夠適宜地使用。另外，將對與刀片20不同的第二刀片實施的干式銑削加工試驗(耐磨耗性試驗)的結果示于圖9。本試驗中使用的第二刀片的刀片形狀與刀片20不同，作為材料的燒結體與刀片20的燒結體SC相同。本試驗中使用的被切削材料為合金鋼(鉻鑰鋼)。本試驗的試驗條件如下。<干式銑削加工試驗>刀片形狀:SEKNl203AF被切削材料:SCM415切削速度:200 1500m/分鐘切削深度:1.0mm進給量:0.10mm/rev.
切削油:無(干式)評價方法:3次加工循環后的外周刃(peripheral wear)最大磨耗量如圖9所示，本試驗將實施例3、比較例15、比較例19、比較例20的總計四個試樣作為對象來實施。實施例3的試樣和比較例15的試樣與圖6、7所示的實施例3的試樣和比較例15的試樣相同。比較例19的試樣為市售的氧化鋁-氧化鋯系工具(日本特殊陶業株式會社制HCl),比較例20的試樣為市售的被覆有PVD的超硬質工具(Kyocera Corporation制PR905)。另外，本試驗對各試樣在四種切削速度下進行加工來評價。
如圖9所示，比較例15和比較例19在最低速(200m/分鐘)至最高速(1500m/分鐘)的任一切削速度下都發生缺損或破片。比較例20在較低的切削速度(200、400m/分鐘)下不發生缺損和破片，能夠以較少的磨耗量正常進行加工，然而在較高的切削速度(800m/分鐘)下發生破片。此外，對于比較例20，切削速度為1500m/分鐘時，被覆的PVD剝離，底層的超硬質露出，磨耗明顯進行，因而無法繼續試驗。與這些比較例15、18、19相對，實施例3在較低的切削速度(200、400m/分鐘)下的磨耗量能夠抑制為與比較例20同水平的磨耗量。此外，實施例3即使在較高的切削速度(800，1500m/分鐘)下也不發生破片、缺損，磨耗量也能夠抑制在與在較低的切削速度(200、400m/分鐘)下的磨耗量同水平。由此，根據本實施例的第二刀片，即使被切削材料為合金鋼，干式銑削加工時也顯示出高耐磨耗性。此外，根據圖7所示的試驗結果，可以推測，使用實施例2、4 6中的任一試樣來代替實施例3進行本試驗都能得到同樣的結果。另外，本試驗使用鉻鑰鋼作為被切削材料，但可以推測使用任意合金鋼(含有一種或兩種以上合金元素的鋼)來代替鉻鑰鋼，也能夠得到同樣的試驗結果。另外，可以推測，使用碳鋼、不銹鋼、耐熱鋼等任意鋼來代替合金鋼，也能夠得到同樣的試驗結果。另外，將對與刀片20不同的第三刀片實施的車削加工試驗(耐磨耗性試驗)的結果示于圖10。本試驗中使用的第三刀片的刀片形狀與刀片20不同，作為材料的燒結體與刀片20的燒結體SC相同。本試驗中使用的被切削材料為韌性鑄鐵。本試驗的試驗條件如下。此外，如以下條件所示，本試驗的切削速度為較高速(800m/分鐘)。<車削加工試驗>刀片形狀:SNGN120412T01020被切削材料:FC600切削速度:800m/分鐘切削深度:1.0mm
進給量:0.10mm/rev.
切削油:有評價方法:6次加工循環后的后隙面磨耗量如圖10所示，本試驗將實施例3、比較例15、比較例19、比較例21的總計四個試樣作為對象來實施。實施例3的試樣和比較例15的試樣與圖6、7所示的實施例3的試樣和比較例15的試樣相同。比較例19的試樣與圖9所示的比較例19的試樣相同，為市售的氧化鋁-氧化鋯系工具(日本特殊陶業株式會社制HCl)，比較例21的試樣為市售的TiC 氧化鋁系工具(日本特殊陶業株式會社制HC6)。如圖10所示，比較例15、19由于I次加工循環而產生缺損，無法繼續試驗。比較例21由于2次加工循環而發生破片，因此無法繼續試驗。此時，磨耗量為0.3_。與這些比較例15、19、21相對，實施例3能夠正常進行6次加工循環，磨耗量為0.21_。由此，即使被切削材料為韌性鑄鐵，本實施例的第三刀片也能在高速車削加工時顯示出高耐磨耗性。此夕卜，根據圖7所示的試驗結果，可以推測，使用實施例2、4 6的任一試樣來代替實施例3進行本試驗都能得到同樣的結果。由上述兩個試驗結果可知，根據本實施例的第二刀片和第三刀片，在合金鋼和韌性鑄鐵的加工中也能適宜地使用。此處，一直以來，為了各種產品的輕量化、強度的提高，希望使用合金鋼、韌性鑄鐵。然而，由于這些材料的硬度、粘結性高，因而作為能夠切削加工這些材料的工具，無法采用現有的使用氧化鋁-氧化鋯系陶瓷的工具，而限定于例如被覆有PVD的超硬質工具等一部分工具。另外，即使是能夠用于合金鋼、韌性鑄鐵的切削加工的工具，在超高速(例如800m/分鐘以上)的切削中也會產生缺損、破片，因而無法使用。但是，根據本實施例的第二刀片和第三刀片，能夠用于合金鋼、韌性鑄鐵的高速切削加工，因而能夠高效地加工這些材料。此外，用于合金鋼、韌性鑄鐵的高速切削加工的刀片的形狀優選為相對于主切削刃的后角為3 30度的正形(positive shape)。另外，將對刀片20實施的車削加工的第一試驗(耐缺損性試驗)的結果示于圖11。從一部分露出黑皮來看， 本試驗中使用的被切削材料與圖6、7的耐缺損性試驗和耐磨耗性試驗中使用的被切削材料不同。本試驗的試驗條件如下。<車削加工試驗>刀片形狀:SNGN432_TN被切削材料:FC300 ( 一部分露出黑皮)切削速度:500m/分鐘切削深度:0.4mm進給量:0.4mm/rev.
切削油:無(干式)評價方法:5次加工循環后的缺損、破片的發生情況本試驗是用于評價刀片20 (燒結體SC)中所含的SiO2量(wt%)對耐缺損性的影響的試驗，各試樣所含有的SiO2量(wt%)互不相同。SiO2量可以通過例如在圖5的步驟SllO中在漿料中投入SiO2并調整投入的SiO2量來進行調整。如圖11所示，本試驗將實施例12、實施例5、實施例13、實施例7、比較例22的總計5個試樣作為對象來實施。實施例5的試樣和實施例7的試樣與圖6、7所示的實施例5的試樣和實施例7的試樣相同。實施例12、13具有全部上述第一 第四特性。實施例12的試樣的SiO2量為0.06wt%,實施例13的試樣的SiO2量為0.15wt%。比較例22的試樣具有全部上述第一 第四特性。然而，比較例22的試樣的SiO2量為0.30wt%,比其它試樣多。各試樣中所含的SiO2量可以通過例如熒光X射線分析來測定。此外，圖11所示的試樣在邊長ΙΟμπι的正方形的范圍內的氧化鋁晶粒數為120個以上。如圖11所示，實施例12、5、13未發生破片和缺損。實施例7發生破片。比較例22發生缺損。根據本試驗結果，SiO2量較少時，不發生破片和缺損。另外，根據本試驗結果，SiO2量為0.24wt%以下時，至少能夠抑制缺損的發生。由此推測，SiO2量較少時，破片和缺損的發生受到抑制是由于如下的原因。燒結體SC內的SiO2容易與作為被切削材料的鑄鐵的組織控制成分S1、Mn、黑皮所含的源自鑄模(鑄砂)的成分Ca在切削加工中那樣的高溫下反應。燒結體SC內的SiO2與這些成分的反應促進燒結體SC內的以SiO2為主體的晶界相的軟化或Mn、S1、Ca對燒結體SC(刀片20)表面的附著。因此，可以推測，使燒結體SC內的SiO2量較少時，由反應導致的燒結體SC內的以SiO2為主體的晶界相的軟化受到抑制，破片、缺損變得不易發生。另外，可以推測，由反應導致的燒結體SC(刀片20)表面上Mn、S1、Ca的附著受到抑制，由于加工時的沖擊而導致附著物剝離時產生的破片、缺損不易發生。另外，將對刀片20實施的車削加工的第二試驗(耐缺損性試驗)的結果示于圖12。從一部分露出黑皮來看，本試驗中使用的被切削材料與圖6、7的耐缺損性試驗和耐磨耗性試驗中使用的被切削材料不同。本試驗的試驗條件與對上述刀片20實施的車削加工的第一試驗的試驗條件相同。本試驗是用于評價刀片20 (燒結體SC)中的平均界面距離IL對耐磨耗性的影響的試驗，各試樣的平均界面距離IL互不相同。平均界面距離IL可以通過例如調整圖5的步驟S140(壓制、脫脂、燒結處理)中的燒結溫度或保持時間來進行調整。具體而言，越提高燒結溫度或越延長保持時間，越能夠縮`短平均界面距離IL。另外，例如，可以通過在圖5的步驟SllO中調整混合時間來調整平均界面距離IL。具體而言，通過進一步延長混合時間，能夠進一步加長平均界面距離IL。如圖12所示，本試驗將實施例3、實施例4、實施例14、比較例23、比較例24的總計5個試樣作為對象來實施。實施例3的試樣和實施例4的試樣與圖6、7所示的實施例3的試樣和實施例4的試樣相同。實施例15的試樣具有全部上述第一 第四特性。此外，實施例15的平均界面距離IL為195 μ m。比較例23、24的試樣均具有上述第一 第三特性。然而，比較例23、24的試樣均不具有上述第四特性(IL ^ 180 μ m)。具體而言，比較例23的試樣的平均界面距離IL為176 μ m,比較例24的試樣的平均界面距離IL為155 μ m。如圖12所示，平均界面距離IL較長(202 μ m以上)的試樣(實施例3、4)未發生破片和缺損。實施例14發生破片。比較例23、24均發生缺損。根據本試驗結果，平均界面距離IL較短時，不發生破片和缺損。另外，根據本試驗結果，平均界面距離IL為195μπι以上時，至少能夠抑制缺損的發生。由此，可以推測，平均界面距離IL較長時，破片和缺損的發生受到抑制是因為，平均界面距離IL越長，氧化鋁晶粒與氧化鋯晶粒之間的結合力變得越強。此外，未產生缺損的實施例3、4、15的各試樣在邊長10 μ m的正方形的范圍內的氧化鋁晶粒數為108個以上。以上對本發明的實施方式進行了說明，但本發明不限定于這種實施方式，在不超出其主旨的范圍內能夠采取各種構成。例如，在能夠解決本申請的問題的至少一部分的方式、或、起到上述各效果中的至少一部分的方式中，與上述各適用例的構成要素相對應的實施例中的要素可以適宜地進行組合、省略、上位概念化。另外，本發明的燒結體能夠用于車削加工、銑削加工、開槽加工等各種加工中使用的各種形狀的切削工具。另外，本發明的燒結體能夠用于各種鋼的加工和韌性鑄鐵加工。附圖標記說明20…刀片SC…燒結體ZC…氧化鋯晶粒AC…氧化鋁晶粒IL...平均界面距離WP…白色區域ZCl…第一氧化鋯晶粒ZC2…第二氧化鋯晶粒ZC3…第三氧化鋯晶 粒
權利要求
1.一種燒結體，其特征在于，其為以氧化鋁晶粒和氧化鋯晶粒為主要成分的燒結體， 所述氧化鋯晶粒包含正方晶的晶粒， 將所述燒結體的任意切割面的邊長 ο μ m的正方形的范圍內的所述氧化鋯晶粒的總數設為N個， 將所述N個所述氧化鋯晶粒中的、周圍僅被所述氧化鋯晶粒圍繞的第一氧化鋯晶粒的數量a個相對于所述N個的比率設為A， 將所述N個所述氧化鋯晶粒中的、周圍僅被所述氧化鋁晶粒圍繞的第二氧化鋯晶粒的數量b個相對于所述N個的比率設為B， 將所述N個所述氧化鋯晶粒中的、周圍被所述氧化鋯晶粒和所述氧化鋁晶粒圍繞的第三氧化鋯晶粒的數量c個相對于所述N個的比率設為C時， 滿足0%≤A≤3%、且3%≤B≤22%、且77%≤C≤96%, 所述N的值為140以上。
2.根據權利要求1所述的燒結體，其特征在于，所述燒結體的任意5個以上的各個切割面的邊長10 μ m的正方形的范圍內的、所述氧化鋯晶粒與所述氧化鋁晶粒的界面的平均總長度為180 μ m以上。
3.根據權利要求1或2所述的燒結體，其中，SiO2的含量為0.24wt%以下。
4.一種切削工具，其特征在于，使用權利要求1 權利要求3中的任一項所述的燒結體。
5.根據權利要求4所述的切削工具，其用于鋼加工。
6.根據權利要求4所述的切削工具，其用于韌性鑄鐵加工。
全文摘要
以氧化鋁晶粒和氧化鋯晶粒為主要成分的燒結體包含正方晶的晶粒作為氧化鋯晶粒。另外，將燒結體的任意切割面的邊長10μm的正方形的范圍內的氧化鋯晶粒的總數設為N個，將周圍僅被氧化鋯晶粒圍繞的第一氧化鋯晶粒的數量a個、周圍僅被前述氧化鋁晶粒圍繞的第二氧化鋯晶粒的數量b個、周圍被前述氧化鋯晶粒和氧化鋁晶粒圍繞的第三氧化鋯晶粒的數量c個各自相對于N個的比率設為A～C時，滿足0%≤A≤3%、且3%≤B≤22%、且77%≤C≤96%。另外，N的值為140以上。
文檔編號B23B27/14GK103189332SQ201280003538
公開日2013年7月3日 申請日期2012年7月6日 優先權日2011年7月19日
發明者茂木淳, 勝祐介, 田中邦治, 光岡健, 黑木義博, 草薙宏信 申請人:日本特殊陶業株式會社