赛纶陶瓷刀片以及装备这种刀片的切削工具制造技术

本发明专利技术提供一种使用寿命长的赛纶陶瓷刀片，其切削刃耐磨损，硬度高耐断裂。本发明专利技术还涉及一种装备赛纶陶瓷刀片的切削工具。提供的赛纶陶瓷刀片由包含赛纶陶瓷相的赛纶陶瓷烧结体制成，赛纶陶瓷相含有α－赛纶陶瓷和β－赛纶陶瓷，以及至少一种来自烧结助剂的元素，选自Ｓｃ、Ｙ、Ｃｅ、Ｅｒ、Ｄｙ、Ｙｂ和Ｌｕ，以氧化物计，其含量为０．５到５ｍｏｌ％。其中，表示α－赛纶陶瓷在赛纶陶瓷相中比例的α值为１０％到４０％；β－赛纶陶瓷具有０．２到０．７的Ｚ值，其中Ｚ是化学式Ｓｉ↓［６－Ｚ］Ａｌ↓［Ｚ］Ｏ↓［Ｚ］Ｎ↓［８－Ｚ］的变量，并且０＜Ｚ≤４．２；烧结体在室温到１０００℃的温度下，具有３．５×１０↑［－６］／Ｋ或者更小的平均热膨胀系数，在室温到１０００℃的温度下具有１０Ｗ／ｍ.Ｋ或更高的热导率，以及一种含有装备赛纶陶瓷刀片的刀架的切削工具。

Nylon ceramic blade and cutting tool equipped with such a blade

The invention provides a nylon ceramic blade with long service life, and the cutting edge of the utility model has the advantages of wear resistance, high hardness and fracture resistance. The invention also relates to a cutting tool equipped with a nylon ceramic blade. Sialon ceramic blade provided by containing Sialon ceramic Sialon ceramic sintered body is made of the Sialon ceramic phase contains alpha Sialon and beta Sialon ceramic, and at least one from sintering additive elements selected from Sc, Y, Ce, Er, Dy, Yb and Lu in oxide meter, its content is 0.5 to 5mol%. Among them, the proportion of said phase in the Sialon ceramic alpha Sialon ceramic alpha value of 10% to 40%; beta Sialon ceramics with 0.2 to 0.7 Z, where Z is the chemical formula Si down 6 Z Al: Z O: Z N: 8 - Z. The 0 variables, and Z > 4.2; sintered to a temperature of 1000 DEG C at room temperature, with 3.5 x 10 = 6 / - / K or smaller average coefficient of thermal expansion, with 10W / m.K or higher thermal conductivity at room temperature to 1000 DEG C, and a containing equipment Sialon ceramic blade knife cutting tool.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种赛纶陶瓷刀片和装备有至少一个赛纶陶瓷刀片的切削工具。更具体地，本专利技术涉及这样一种赛纶陶瓷刀片，其切削刃耐磨损、耐断裂，提供一种使用寿命长的刀片，本专利技术还涉及一种装备有这种赛纶陶瓷刀片的切削工具。
技术介绍
刀具通常具有一个支架，叫作刀架，例如图2所示用于加工外周面的切削工具的刀架2或者图5所示的铣刀的刀架，刀具还具有至少一个固定到支架一端的刀片，它是一种一次性的切削刃，通常叫作″″可抛刀片″或者″切削刃可换刀片″。刀片所用材料的选择取决于工件的种类、切削方法和切削速度。这些材料的具体实例是硬质合金、金属陶瓷、陶瓷、或者CBN，或者表面涂覆薄膜的这些材料。在它们中，由氮化硅陶瓷制成的刀片适合于其缩写为″FC″的灰口铁的粗切削，尤其适合于对其高速切削。与氮化硅相比，赛纶陶瓷被认为是一种更优良的坚固材料，其从室温到高温显示出较高的强度和较高的化学稳定性。由于这些性能，赛纶陶瓷常常用作滚动导轨辊的结构材料和用于加热钢的冲模以及铝压铸机的套筒，等等。而且，因为赛纶陶瓷是公认的耐磨性优良的材料，有经验的技术人员能够想到将赛纶陶瓷用于刀具和轴承。然而在现有技术中，赛纶陶瓷刀具仅仅用于难以切削的耐热合金的粗切削。影响切削材料表面粗糙度和切削材料尺寸精度的赛纶陶瓷刀片切削刃的耐磨性没有被认真地考虑过。近年来，降低机动车材料，包括最广泛使用的FC材料的重量成为改善机动车耗油量的重要问题。在这种情况下，亟需使机动车零部件变薄和减轻重量，并且即使对于粗切削也需要高精度的切削。通常这种FC材料的粗切削一般地用由氮化硅制成的刀具进行。氮化硅是一种共价键材料，氮化硅的缺点是在高速切削导致的高温下易于分解成硅原子和氮原子。在高接触压力下，由于FC材料的主要组分氮化硅和铁以及碳之间的接触而产生的反应引起并促进氮化硅的分解。刀片切削刃中的氮化硅的分解导致切削刃的磨损和损伤。切削刃的磨损导致工件表面粗糙度和尺寸精度降低。最后，不可能再使用该刀具，这意味这这个工具的使用寿命到期。如上所述，本领域熟练技术人员认为切削刃的磨损和损伤主要是由于刀具的切削刃和工件之间的化学反应所引起的化学蚀损所致。一种已知的控制化学蚀损的方法是，使用具有高Z值的β-赛纶陶瓷来降低工件和切削刃之间粘着引起的损伤。参看专利文献1-4。本申请专利技术人的研究表明，虽然使用这种β-赛纶陶瓷的确能够控制工件和刀具的切削刃之间的粘着，但当Z值升高时，刀具切削刃的强度降低，因此，专利技术人断定具有高Z值的β-赛纶陶瓷不适用于对耐热合金粗切削的刀具。此外，已经发现这种材料易于引起磨粒磨损，并且这种磨粒磨损的增加又引起刀具切削刃的折断。由赛纶陶瓷烧结体中β-赛纶陶瓷a轴的晶格常数和β-氮化硅a轴的晶格常数之间的差异计算Z值，通过X射线衍射测量β-氮化硅a轴的晶格常数是7.60442。计算方法参看，例如专利文献5。专利文献1U.S.4323323专利文献2JP10-36174A专利文献3日本专利No.2824701(JP6-510965T)专利文献4日本专利No.3266200(JP2-275763A)专利文献5JP2004-527434JP的第0078段另一个已知的控制刀片材料和工件之间化学反应方法是，在刀具表面涂覆由与铁反应活性低的钛化合物和/或铝化合物形成的硬质涂层。在专利文献6，7和8中给出了使用涂有钛化合物，例如氮化钛和碳化钛，以及铝化合物，例如矾土的刀片切削FC材料的教导。而且，通过向氮化硅中添加氮化钛，降低刀片材料本身的化学反应活性也是已知的。以颗粒态分布在刀片材料基体中的氮化钛提高了耐化学反应性。这些内容公开在，例如，专利文献2、3、5、9和10中。向材料中以矾土或者氮化铝的形态添加铝也是已知的。矾土溶入到氮化硅颗粒，或者被吸收入氮化硅晶格中，产生一种固溶体叫做赛纶陶瓷。与氮化硅相比较，赛纶陶瓷具有改善的耐化学性。在专利文献3、2和5以及其他文件中公开了向氮化硅中加入矾土。专利文献6日本专利No.3107168专利文献7JP2002-192404A专利文献8JP2002-284589A专利文献9JP11-335168A专利文献10JP2000-143351A专利文献11U.S号4323323专利文献12JP2002-192403A除了上述内容以外，已知方法的是用与铁和碳反应活性低的物质，例如钛化合物和/或铝化合物的硬质涂层涂覆氮化硅刀片材料，以降低由于工件和氮化硅刀片材料间的黏附引起的损伤。在文件，例如专利文献11、8和12中，公开了用由涂有氮化钛或者氧化铝的氮化硅材料制成的刀片，切削灰口铁或者延性铁制品。然而，加入氮化钛或者氧化铝易于引起强度的降低。更准确地说，由于在高温下氮化钛和氮化硅的热膨胀系数之间的差异，前者的加入容易降低强度。另一方面，由于其加入将氮化硅变成赛纶陶瓷，后者的加入容易降低强度。因此它难以平衡刀片材料的性能。熟练技术人员在制备具有足够长寿命的刀具，尤其是当将刀具用于高速切削难以切削的材料，如延性铁时遇到了困难。
技术实现思路
本专利技术的专利技术人发现下列内容作为他们的研究结果。如上所述，当使用由表面涂有硬质涂层的材料制备的刀片时，由于工件和刀片材料之间化学反应引起的磨损减轻了。另一方面，由于氮化硅刀片材料和氮化钛或者矾土间热膨胀系数的差异导致在涂层中产生残余应力。然后，从涂层开始刀片的切削刃可能折断和碎裂，这缩短了刀具的寿命。同时，虽然加入氮化钛控制了铸铁和氮化硅之间的化学反应，一般地，氮化钛和氮化硅之间热膨胀系数的较大差异有时可能在氮化硅颗粒和氮化钛颗粒间的界面中产生应力，这可能导致刀片本身的折断，尤其是当用刀片进行高速切削时。此外简单的加入铝化合物不能实现将铝化合物溶入氮化硅颗粒中，化合物以结晶相或者玻璃相的形式残留在晶粒间界中，这容易在高温下引起性能降低并受到机械磨损以及损伤。如果铝化合物没有完全地溶入氮化硅颗粒形成固溶体而是残留在晶粒间界中，与氮化硅相比，刀片材料将是一种具有较大热膨胀的材料，这将难以获得足够的抗热冲击性。此外，作为对形成赛纶陶瓷的不良影响，热传导率常常大幅度降低。为了解决上述问题，本专利技术的目的是减轻由于工件和刀片间化学反应引起的磨损和研磨机械磨损，而不牺牲刀片材料的强度，以及提供一种具有长使用寿命的赛纶陶瓷刀片。本专利技术另一个目的是解决上述问题，并提供一种赛纶陶瓷刀片。这种刀片显示出足够的强度、具有优良的耐磨性，不会引起工件材料与切削刃间损伤切削刃的粘着，不仅在高速切削由灰口铁制成的制品，而且在高速切削由那些难以切削的材料，例如延性铁制成的制品时，具有长的使用寿命。本专利技术的专利技术人对这种刀片所用材料的分解反应磨损切削刃的机理进行了集中研究，并发现下列解决问题的方法。依照本专利技术，解决上述问题的第一个方法如下。在第一专利技术中，形成赛纶陶瓷烧结体晶粒间界相的成分含有一种来自烧结助剂的特定成分，即至少一种选自Sc、Y、Dy、Yb和Lu的成分，其中在赛纶陶瓷烧结体中，以其氧化物计，特定成分的摩尔总量为0.5到5％。当烧结制备赛纶陶瓷烧结体的粉状原料时，烧结助剂中的特定成分实质上没有消失，而是溶入到赛纶陶瓷烧结体中。(1)一种由赛纶陶瓷烧结体制成的赛纶陶瓷刀片，赛纶陶瓷烧结体包括含有α-赛纶陶瓷和β-赛纶陶瓷的赛纶陶瓷本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由赛纶陶瓷烧结体制成的赛纶陶瓷刀片，包括含有α－赛纶陶瓷和β－赛纶陶瓷的赛纶陶瓷相，和至少一种来源于烧结助剂的元素，该元素选自Ｓｃ、Ｙ、Ｄｙ、Ｙｂ和Ｌｕ，以其氧化物计，含量为０．５到５ｍｏｌ％，其中，表示α－赛纶陶瓷在赛纶陶瓷相中比例的α值为１０％到４０％；β－赛纶陶瓷的Ｚ值为０．２到０．７，其中Ｚ是化学式Ｓｉ↓［６－Ｚ］Ａｌ↓［Ｚ］Ｏ↓［Ｚ］Ｎ↓［８－Ｚ］的变量，并且０＜Ｚ≤４．２；在室温到１０００℃的温度下，烧结体具有的平均热膨胀系数为３．５×１０↑［－６］／Ｋ或者更小，在室温到１０００℃的温度下，具有的热导率为１０Ｗ／ｍ.Ｋ或更高。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：虻川宏平，丰田亮二，小村笃史，
申请(专利权)人：日本特殊陶业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]