赛隆烧结体和切削刀片的制作方法_3

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Al的固溶比例表 示为Z值与理论Z值的比例[(Z值/理论Z值)X 100]。如下可获得比例[(Z值/理论Z 值)X 100]。将赛隆烧结体进行X射线衍射分析,通过上述等式(1)获得Z值(Z)。通过由 X射线荧光分析或化学分析等,测量在赛隆烧结体中包括的Si和Al的含量(质量% ),通 过将测量的Si含量除以Si的原子量获得的值设为MSi,并将测量的Al含量除以Al的原子 量获得的值设为MA1,由下列等式(2),获得理论Z值(TZ)。
[0065] TZ = 6MAl/(MSi+MAl). . . (2)
[0066] 由获得的Z值和理论Z值,计算比例[(Z值/理论Z值)X 100]。
[0067] 优选本发明的赛隆烧结体不包括α -赛隆。α -赛隆通常具有球状。因而,当在赛 隆烧结体中包括α-赛隆时,赛隆烧结体变得易碎,且耐破裂性和抗边界磨损性下降。另一 方面,当在赛隆烧结体中包括α-赛隆时,硬度增加,因而,改善了抗VB磨损性。当赛隆烧 结体被用作只在半精加工中的切削刀片时,改善抗VB磨损性是优选的,因而,优选赛隆烧 结体包含α-赛隆。同时,当赛隆烧结体通常被用作在由粗加工到半精加工过程中的切削 刀片时,所有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性都必须优良,因而,优选赛隆烧结体包 括少量的α-赛隆,更优选赛隆烧结体不包括α-赛隆。
[0068] 当本发明的赛隆烧结体包括α-赛隆时,只要满足下列条件(1)至(3),就可以提 供具有与当不包括α -赛隆的情况相比相同水平的耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性 的赛隆烧结体。条件如下:
[0069] (1)当赛隆烧结体进行X射线衍射分析时获得的α-赛隆的峰强度Ia与各赛隆 的峰强度的总和I a的比例[(I α/ΙΑ) Χ100]小于10% ;
[0070] (2)在由Mx(Si,Al)12(0,N)16(0〈x彡2)表示的α-赛隆中,M为包括稀土元素 B和 稀土元素 C的金属元素,和
[0071] (3)在α-赛隆中的稀土元素 B对稀土元素 C的原子比例Aa与在赛隆烧结体中 的稀土元素 B对稀土元素 C的原子比例As的比例A。/\为70%以下。
[0072] 随着在赛隆烧结体中的a -赛隆的含量增加,赛隆烧结体变得更易碎,且耐破裂 性和抗边界磨损性下降。因此,如上所述,优选a -赛隆在赛隆烧结体中的含量小。然而,当 满足条件(2)和(3)时,可以维持其中以满足条件(1)的量包括α-赛隆的赛隆烧结体的 耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性的全部性能。众所周知的是:稀土元素 B具有大的 离子半径,因而,不会单独进入也不固溶在α-赛隆中。然而,通过将稀土元素 B和稀土元 素 C两者加入到赛隆烧结体的原料粉末中,当稀土元素 C进入并固溶在α -赛隆中时,稀土 元素可以进入的部位稍稍变宽,因而,稀土元素 B可以进入并固溶在α-赛隆中。在稀土元 素 B和稀土元素 C两者进入并固溶的α-赛隆中,与只有稀土元素 C进入并固溶的α-赛 隆相比,很少发生晶粒偏析。稀土元素 B和稀土元素 C进入并固溶的α-赛隆,具有优异的 抗边界磨损性。进一步地,当比70%以下时,也就是说,当在α-赛隆中稀土元 素 B对稀土元素 C的原子比例小于在全部赛隆烧结体中的比例,且为70 %以下时,稀土元素 B进入α-赛隆的固溶比例小,在晶界相和α-赛隆之间的界面结合力进一步增加。结果, 很少发生晶粒偏析,因而,抗边界磨损性和耐破裂性优异。
[0073] 下面将描述本发明的制造赛隆烧结体的方法的例子。将包括作为赛隆组分的元素 的粉末,例如a -Si3N4粉末、Al 203粉末或AlN粉末,与作为稀土元素 B氧化物的粉末的La2O3 粉末和〇6〇2粉末的至少一种,以及作为稀土元素 C氧化物的Y 203粉末、Nd 203粉末、Sm 203粉 末、Eu2O3粉末、Gd 203粉末、Dy 203粉末、Er 203粉末、Yb 203粉末和Lu 203粉末的至少一种一起 混合。从而,制备原料粉末。代替A1N,可以使用21R-赛隆粉末。另外,代替氧化物,可以使 用氢氧化物。作为原料粉末,优选使用具有5 μ以下,优选3 μ以下,且更优选1 μ以下的 平均粒径的粉末。考虑赛隆烧结体在烧结后的组成,来分别确定原料粉末的混合比例。
[0074] 紧接着,将制得的原料粉末、微晶蜡溶解在乙醇中的有机粘合剂和乙醇放置在由 Si3N4制得的釜中,通过利用由Si 3Ν4制得的球,将所有的成分湿式混合。将所得浆料充分干 燥,并压制成所需的形状。将获得的成形体在加热器中,在1大气压氮气气氛中,在400°C至 800°C下,进行脱脂60至120分钟。将脱脂的成形体放置在Si3N4容器中,并在氮气气氛中 在1700°C至1900°C下进行热处理120至360分钟,以获得赛隆烧结体。当获得的赛隆烧结 体的理论密度小于99%时,将赛隆烧结体在1000-大气压氮气气氛中,在1500°C至1700°C 下,进行HIP 120至240分钟,以获得具有99%以上的理论密度的致密体。
[0075] 本发明的赛隆烧结体可以用作切削刀片。图1是说明根据本发明的切削刀片的实 施方案的示意图。图2是说明包括在图1中所示切削刀片的切削刀具的实施方案的示意 图。如在图1中所示,实施方案的切削刀片1具有基本圆柱形状,并安装至要使用的切削刀 具10。切削刀具10被用在耐热合金等的切削中,并且在主体11的端部包括安装部12。切 削刀片1可拆卸地安装至安装部12。
[0076] 实施方案的切削刀片1由本发明的赛隆烧结体制得。因为切削刀片1由上述赛 隆烧结体制得,所以切削刀片具有耐破裂性、抗VB磨损性和抗边界磨损性。也就是说,切 削刀片1具有对抗耐热合金粗加工的耐破裂性、在半精加工中获得良好工作表面所需的抗 VB磨损性、和防止可能发生在工件(例如Waspaloy)被切割和加工硬化的位置处的尖端类 (fang-like)磨损的抗边界磨损性,并且通常可以用在从粗加工到半精加工的工艺中。切 削刀片1适合用于其中耐热合金被用作工件的切割中,耐热合金例如是包括Ni作为主要 组分的Inconel 718,或耐热合金例如是包括Ni作为主要组分和10质量%以上的Co的 Waspaloy0
[0077] 本发明的切削刀片可以有另外的实施方案,其包括赛隆烧结体,和在所述赛隆烧 结体的至少部分的外周面上设置的、由各种表示为TiN、Ti(C,N)、TiC、Al203、(Ti,Al)N和 (Ti, Si)N的氮碳化物形成的涂膜。当在切削刀片中,在赛隆烧结体的至少部分切削刃处设 置涂膜时,与工件的反应性降低,并增加了硬度。因而,进一步改善了涂膜的抗磨性。
[0078] 本发明的赛隆烧结体不局限于切削刀片,并且可以用作其他的切削刀具、机器部 件、耐热部件、耐磨部件等。
[0079] 实施例
[0080](制备切削刀片)
[0081] 通过将Ci-Si3N4粉末、Al2O 3粉末和AlN粉末(具有LO μπι以下的平均粒径)与稀 土元素氧化物粉末(具有LOym以下的平均粒径)混合,来制备具有表1中所示组成的原 料粉末。接着,将混合的原料粉末、微晶蜡溶解在乙醇中的有机粘合剂和乙醇放置在由Si 3N4 制得的釜中,通过利用由Si3N4制得的球,将所有的成分湿式混合。将所得浆料充分干燥,并 压制成符合ISO标准RNGN120700T01020的切削刀片形状。用加热器在1-大气压氮气气氛 中在约600°C下,将所得成形体进行脱脂60分钟。将脱脂的成形体进一步放置在Si 3N4容 器中,并在氮气气氛中在1850°C下进行热处理240分钟,以获得赛隆烧结体。当获得的赛隆 烧结体的理论密度小于99%时,将赛隆烧结体在1000-大气压氮气气氛中在约1600°C下进 行HIP 180分钟,以获得具有99%以上的理论密度的致密体。用金刚石砂轮将赛隆烧结体 研磨成符合ISO标准RNGN120700T01020的形状,从而,获得切削刀具用的切削刀片。
[0082] [表 1]
[0083]
[0084] (切削刀片的分析)
[0085] 获得的赛隆烧结体的分析结果示于表2中。
[0086] 通过获得的赛隆烧结体的X射线衍射分析,来鉴定在赛隆烧结体中包含的赛隆的 类型。
[0087] 当用扫描电子显微镜观察赛隆烧结体时,在全部赛隆烧结体中,观察到其中晶体 部分地包括在晶粒之间的无定形晶界相。
[0088] 将各个获得的赛隆烧结体进行X射线衍射分析,并由上述等式(1)获得赛隆 的ζ值。
[0089] 通过将获得的赛隆烧结体进行X射线荧光分析,以通过利用上述等式(2)获得理 论Z值,并将所得Z值和理论Z值带入"Z值/理论Z值X 100",获得了 Al在β -赛隆中的 固溶比例。
[0090] 通过将获得的赛隆烧结体进行X射线衍射分析,并如上所述计算各多型赛隆的峰 强度的总和I p与各赛隆的峰强度的总和IΑ的比例[(I P/IA) X 100],获得多型赛隆的含量。
[0091] 以与获得多型赛隆的含量相同的方法,通过计算α-赛隆的峰强度Ia与
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