JP6938227B2

JP6938227B2 - Silicon nitride composite sintered body, cutting tool, and friction stir welding tool

Info

Publication number: JP6938227B2
Application number: JP2017107931A
Authority: JP
Inventors: 恵人小嶋; 祐介勝; 光岡　健; 健光岡
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-05-31
Filing date: 2017-05-31
Publication date: 2021-09-22
Anticipated expiration: 2037-05-31
Also published as: JP2018203553A

Description

本発明は窒化珪素質複合焼結体、切削工具、及び摩擦攪拌接合用工具に関する。 The present invention relates to a silicon nitride composite sintered body, a cutting tool, and a friction stir welding tool.

セラミックは耐摩耗性に優れるため、切削工具として応用されている。中でも窒化珪素系工具は優れた耐欠損性を有し、鋳鉄加工の高速粗加工に応用されている（特許文献１参照）。
しかし、窒化珪素系工具は、鉄との反応性が高いことに加えて、硬度が低い。このため、耐摩耗性が十分ではなかった。
そこで、従来は、コーティング、耐反応成分の添加、窒化珪素の結晶相制御、又は窒化珪素の組織制御によって、耐摩耗性の向上が行われてきた（特許文献２〜４参照）。 Ceramic is used as a cutting tool because it has excellent wear resistance. Among them, silicon nitride tools have excellent fracture resistance and are applied to high-speed rough machining of cast iron machining (see Patent Document 1).
However, silicon nitride tools have low hardness in addition to high reactivity with iron. Therefore, the wear resistance was not sufficient.
Therefore, conventionally, wear resistance has been improved by coating, adding a reaction-resistant component, controlling the crystal phase of silicon nitride, or controlling the structure of silicon nitride (see Patent Documents 2 to 4).

特開平９−２６８０７１号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-268071 特開２００２−２８４５８９号公報JP-A-2002-284589 特開２００５−２３１９２８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-231928 特開２００７−１３０７００号公報JP-A-2007-130700

しかし、上記の手段では、耐欠損性と耐摩耗性の両立が困難であった。以下詳細に説明する。特許文献２の技術を用いると、ＣＶＤコートによって機械強度が低下し、この結果、耐欠損性が低下していた。
また、特許文献３の技術を用いると、機械強度が低下するとともに、熱特性が低下し、耐欠損性が低下していた。
また、特許文献４の技術を用いると、結晶相組織は制御されるが、硬度が不十分となり、耐摩耗性が低下していた。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性に優れた窒化珪素質複合焼結体を提供するとともに、この性能の優れた窒化珪素質複合焼結体を用いた切削工具及び摩擦攪拌接合用工具を提供することを目的とするものであり、以下の形態として実現することが可能である。 However, with the above means, it is difficult to achieve both fracture resistance and wear resistance. This will be described in detail below. When the technique of Patent Document 2 is used, the mechanical strength is lowered by the CVD coating, and as a result, the fracture resistance is lowered.
Further, when the technique of Patent Document 3 is used, the mechanical strength is lowered, the thermal characteristics are lowered, and the fracture resistance is lowered.
Further, when the technique of Patent Document 4 is used, the crystal phase structure is controlled, but the hardness is insufficient and the wear resistance is lowered.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a silicon nitride composite sintered body having excellent wear resistance without impairing fracture resistance, and the silicon nitride composite having excellent performance. It is an object of the present invention to provide a cutting tool and a friction stir welding tool using a sintered body, and it can be realized as the following form.

（１）本発明の一形態は、
サイアロン結晶粒子と、
周期表第４−６族元素の炭化物結晶粒子、周期表第４−６族元素の窒化物結晶粒子、及び周期表第４−６族元素の炭窒化物結晶粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種類の結晶粒子Ａと、を含有し、
任意の切断面において、前記結晶粒子Ａのうち他の前記結晶粒子Ａに接することなくサイアロン結晶粒界に存在する孤立した結晶粒子Ａ１の個数が、前記結晶粒子Ａの総個数の３％以上であることを特徴とする窒化珪素質複合焼結体である。 (1) One form of the present invention is
Sialon crystal particles and
At least selected from the group consisting of carbide crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table, nitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table, and carbon nitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table. Contains one type of crystal particles A and
On an arbitrary cut surface, the number of isolated crystal particles A1 existing in the Sialon grain boundary without contacting other crystal particles A among the crystal particles A is 3% or more of the total number of the crystal particles A. It is a silicon nitride composite sintered body characterized by being present.

任意の切断面において、孤立した結晶粒子Ａ１の個数が、結晶粒子Ａの総個数の３％以上であると、次の作用効果を奏する。すなわち、この範囲内であると、サイアロン結晶粒の粒成長を十分に抑制することができる。その結果、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性に優れた窒化珪素質複合焼結体となる。 When the number of isolated crystal particles A1 on an arbitrary cut surface is 3% or more of the total number of crystal particles A, the following effects are exhibited. That is, within this range, the grain growth of Sialon crystal grains can be sufficiently suppressed. As a result, a silicon nitride composite sintered body having excellent wear resistance is obtained without impairing the fracture resistance.

（２）前記結晶粒子Ａは、炭化タングステンであることを特徴とする（１）に記載の窒化珪素質複合焼結体とすることができる。 (2) The crystal particle A can be the silicon nitride composite sintered body according to (1), which is characterized by being tungsten carbide.

結晶粒子Ａに、炭化タングステンを用いると熱膨張係数の増大を抑えることができ、結果として工具として利用した場合の耐欠損性の低下を防げる。 When tungsten carbide is used for the crystal particles A, an increase in the coefficient of thermal expansion can be suppressed, and as a result, a decrease in fracture resistance when used as a tool can be prevented.

（３）前記結晶粒子Ａの含有量が３０〜６５体積％であることを特徴とする（１）又は（２）に記載の窒化珪素質複合焼結体とすることができる。 (3) The silicon nitride composite sintered body according to (1) or (2), wherein the content of the crystal particles A is 30 to 65% by volume.

結晶粒子Ａの含有量が、上記範囲にあると、この窒化珪素質複合焼結体を用いた工具の耐摩耗性と耐欠損性の両立が図れる。すなわち、結晶粒子Ａの含有量が３０体積％以上であると、結晶粒子Ａによる粒成長抑制効果が十分に得られ、十分な硬度を得られる。これに伴い、この窒化珪素質複合焼結体を用いた工具の耐摩耗性が向上する。また、結晶粒子Ａの含有量が６５体積％以下であると、熱膨張係数が増大しない。これに伴い、この窒化珪素質複合焼結体を用いた工具の耐欠損性が向上する。 When the content of the crystal particles A is within the above range, both wear resistance and fracture resistance of the tool using this silicon nitride composite sintered body can be achieved. That is, when the content of the crystal particles A is 30% by volume or more, the effect of suppressing the grain growth by the crystal particles A can be sufficiently obtained, and a sufficient hardness can be obtained. Along with this, the wear resistance of the tool using this silicon nitride composite sintered body is improved. Further, when the content of the crystal particles A is 65% by volume or less, the coefficient of thermal expansion does not increase. Along with this, the fracture resistance of the tool using this silicon nitride composite sintered body is improved.

（４）前記サイアロン結晶粒子の平均粒子径が０．８μｍ以下であり、かつ、前記結晶粒子Ａの平均粒径が０．５μｍ以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載の窒化珪素質複合焼結体とすることができる。 (4) Any of (1) to (3), wherein the average particle size of the Sialon crystal particles is 0.8 μm or less, and the average particle size of the crystal particles A is 0.5 μm or less. The silicon nitride composite sintered body according to item 1 can be used.

サイアロン結晶粒子の平均粒子径、及び結晶粒子Ａの平均粒径が上記範囲にあると、工具として用いた場合の耐摩耗性と耐欠損性の両立が図れる。 When the average particle size of the sialon crystal particles and the average particle size of the crystal particles A are within the above ranges, both wear resistance and fracture resistance when used as a tool can be achieved.

（５）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化珪素質複合焼結体用いたインサートを備える切削工具とすることができる。 (5) A cutting tool including an insert using the silicon nitride composite sintered body according to any one of (1) to (4).

本発明の窒化珪素質複合焼結体を用いた切削工具は、耐摩耗性と耐欠損性の両立が図れる。 The cutting tool using the silicon nitride composite sintered body of the present invention can achieve both wear resistance and fracture resistance.

（６）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化珪素質複合焼結体を用いたことを特徴とする摩擦攪拌接合用工具とすることできる。 (6) A friction stir welding tool characterized in that the silicon nitride composite sintered body according to any one of (1) to (4) is used.

本発明の窒化珪素質複合焼結体を用いた摩擦攪拌接合用工具は、耐摩耗性と耐欠損性の両立が図れる。 The friction stir welding tool using the silicon nitride composite sintered body of the present invention can achieve both wear resistance and fracture resistance.

（７）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化珪素質複合焼結体を基材とし、
前記基材の表面にＴｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、及びＴｉの炭窒酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含有する表面被覆層が形成されたインサートを備える切削工具とすることができる。 (7) Using the silicon nitride composite sintered body according to any one of (1) to (4) as a base material,
At least one selected from the group consisting of carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti is applied to the surface of the base material. It can be a cutting tool including an insert on which a surface coating layer containing the material is formed.

上記表面被覆層を形成すると、表面硬度を増加できると共に、被削材との反応・溶着による摩耗進行を抑制できる。その結果、工具の耐摩耗性を向上できる。 By forming the surface coating layer, the surface hardness can be increased, and the progress of wear due to reaction / welding with the work material can be suppressed. As a result, the wear resistance of the tool can be improved.

（８）（１）〜（４）のいずれか１項に記載の窒化珪素質複合焼結体を基材とし、
前記基材の表面にＴｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、及びＴｉの炭窒酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含有する表面被覆層が形成されたこと特徴とする摩擦攪拌接合用工具とすることができる。 (8) Using the silicon nitride composite sintered body according to any one of (1) to (4) as a base material,
At least one selected from the group consisting of carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti is applied to the surface of the base material. It can be a friction stir welding tool characterized by the formation of a surface coating layer containing it.

窒化珪素質複合焼結体を電子顕微鏡で観察した組織の模式図である。It is a schematic diagram of the structure which observed the silicon nitride composite sintered body with an electron microscope. 窒化珪素質複合焼結体を用いたインサートの斜視図である。It is a perspective view of the insert using the silicon nitride composite sintered body. 切削工具の平面図である。It is a top view of a cutting tool. 窒化珪素質複合焼結体を用いたインサートの斜視図である。It is a perspective view of the insert using the silicon nitride composite sintered body. 切削工具の平面図である。It is a top view of a cutting tool. 摩擦攪拌接合用工具の斜視図等である。It is a perspective view of a friction stir welding tool and the like. 摩擦攪拌接合用工具の使用状態を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining the use state of the friction stir welding tool.

１．窒化珪素質複合焼結体
本発明の窒化珪素質複合焼結体は、サイアロン結晶粒子と、周期表第４−６族元素の炭化物結晶粒子、周期表第４−６族元素の窒化物結晶粒子、及び周期表第４−６族元素の炭窒化物結晶粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種類の結晶粒子Ａと、を含有する。そして、窒化珪素質複合焼結体は、任意の切断面において、結晶粒子Ａのうち他の前記結晶粒子Ａに接することなくサイアロン結晶粒界に存在する孤立した結晶粒子Ａ１の個数が、結晶粒子Ａの総個数の３％以上であることを特徴とする。 1. 1. Silicon nitride composite sintered body The silicon nitride composite sintered body of the present invention includes sialon crystal particles, carbide crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table, and nitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table. , And at least one type of crystal particles A selected from the group consisting of carbonitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table. Then, in the silicon nitride composite sintered body, the number of isolated crystal particles A1 existing in the Sialon crystal grain boundary without contacting the other crystal particles A among the crystal particles A is the number of crystal particles on an arbitrary cut surface. It is characterized in that it is 3% or more of the total number of A.

（１）サイアロン結晶粒子
サイアロン結晶粒子は、ケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、酸素（Ｏ）、窒素（Ｎ）よりなるセラミックスの結晶粒子である。サイアロン結晶粒子は原料となる窒化珪素、アルミナ、窒化アルミニウム、シリカ等のＳｉ、Ａｌ、Ｏ、Ｎといった構成元素を含む原料粉末に焼結助剤等を加えて焼結して成る。サイアロン粒子には組成式Ｓｉ_６−ＺＡｌ_ＺＯ_ＺＮ_８−Ｚ（０＜Ｚ≦４．２）で表されるβ−サイアロンと、組成式Ｍｘ（Ｓｉ，Ａｌ）_１２（Ｏ，Ｎ）_１６（０＜Ｘ≦２、ＭはＭｇ，Ｃａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｄｙ，Ｅｒ，Ｙｂ，Ｌｕ等の、侵入型となって固溶する元素を示す。）で示されるα−サイアロン等が存在している。β−サイアロンは窒化珪素同様に針状組織が絡み合った組織となるため、高靭性であり、α−サイアロンは等軸状の粒子形状であるため、β−サイアロンと比較して低靭性ではあるが、硬度が高い特長を有する。サイアロン結晶粒子において、α−サイアロンとβ−サイアロンとの比率は特に限定されない。 (1) Sialon Crystal Particles Sialon crystal particles are ceramic crystal particles composed of silicon (Si), aluminum (Al), oxygen (O), and nitrogen (N). Sialon crystal particles are formed by adding a sintering aid or the like to a raw material powder containing constituent elements such as Si, Al, O, and N such as silicon nitride, alumina, aluminum nitride, and silica, which are raw materials, and sintering the powder. The sialon particles include _{β-sialon represented by the composition formula Si 6-Z} Al _ZO _Z N _8-Z (0 <Z ≦ 4.2) and the composition formula Mx (Si, Al) ₁₂ (O, N). ₁₆ (0 <X ≦ 2, M indicates an element such as Mg, Ca, Sc, Y, Dy, Er, Yb, Lu, etc. that becomes an intrusive type and dissolves solidly) exists, such as α-sialon. doing. Like silicon nitride, β-sialon has a structure in which needle-like structures are entangled, so it has high toughness, and α-sialon has an equiaxed particle shape, so it is less tough than β-sialon. , Has the feature of high hardness. In the sialone crystal particles, the ratio of α-sialon to β-sialon is not particularly limited.

（２）結晶粒子Ａ
結晶粒子（分散粒子）Ａは、周期表第４−６族元素の炭化物結晶粒子、周期表第４−６族元素の窒化物結晶粒子、及び周期表第４−６族元素の炭窒化物結晶粒子からなる群より選ばれた少なくとも１種である。
周期表第４族元素には、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ等が含まれる。第５族元素には、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ等が含まれる。第６族元素には、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ等が含まれる。結晶粒子Ａの具体例としては、ＷＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣ、ＴｉＣＮ、ＺｒＣ、ＴａＣ、ＮｂＣ、ＨｆＣ、Ｖ_３Ｃ_２、Ｃｒ_３Ｃ_２、Ｍｏ_２Ｃ、ＺｒＮ、ＨｆＮ、ＶＮ、ＮｂＮ、ＴａＮ、ＣｒＮ、Ｍｏ_２Ｎ、ＷＮ、ＺｒＣＮ、ＨｆＣＮ、ＶＣＮ、ＮｂＣＮ、ＴａＣＮ、ＣｒＣＮ、Ｍｏ_２ＣＮ、ＷＣＮ等を例示することができる。
耐摩耗性と耐欠損性の両立という観点から、本発明では、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）、ＴｉＣ（炭化チタン）、ＴｉＣＮ（炭窒化チタン）、ＺｒＣ（炭化ジルコニウム）、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＮｂＣ（炭化ニオブ）が好ましい。
なお、結晶粒子Ａとして２種以上の物質を含有していてもよい。 (2) Crystal particle A
Crystal particles (dispersed particles) A are carbide crystal particles of Group 4-6 elements of the periodic table, nitride crystal particles of elements of Group 4-6 of the periodic table, and carbon nitride crystals of elements of Group 4-6 of the periodic table. At least one selected from the group consisting of particles.
Group 4 elements of the periodic table include Ti, Zr, Hf and the like. Group 5 elements include V, Nb, Ta and the like. Group 6 elements include Cr, Mo, W and the like. Specific examples of the crystal particles A include WC, TiN, TiC, TiCN, ZrC, TaC, NbC, HfC, V ₃ C ₂ , Cr ₃ C ₂ , Mo ₂ C, ZrN, HfN, VN, NbN, TaN, CrN. , Mo ₂ N, WN, ZrCN, HfCN, VCN, NbCN, TaCN, CrCN, Mo ₂ CN, WCN and the like can be exemplified.
From the viewpoint of achieving both wear resistance and fracture resistance, in the present invention, WC (tungsten carbide), TiN (titanium nitride), TiC (titanium carbide), TiCN (titanium carbide), ZrC (zirconium carbide), TaC ( Tantalum carbide) and NbC (niobium carbide) are preferable.
The crystal particles A may contain two or more kinds of substances.

（３）サイアロン結晶粒子、結晶粒子Ａの平均粒径
サイアロン結晶粒子の平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは０．８μｍ以下であり、より好ましくは０．５μｍ以下であり、特に好ましくは０．４μｍ以下である。サイアロン結晶粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、通常０．３μｍである。
結晶粒子Ａの平均粒径は、特に限定されないが、好ましくは０．５μｍ以下であり、より好ましくは０．４μｍ以下である。結晶粒子Ａの平均粒径の下限値は特に限定されないが、通常０．３μｍである。
サイアロン結晶粒子の平均粒径、及び結晶粒子Ａの平均粒径が上記範囲にあると、工具として用いた場合の耐摩耗性と耐欠損性の両立が図れる。
なお、平均粒径（平均結晶粒径）は、窒化珪素質複合焼結体の断面を鏡面研磨した後にプラズマエッチングを施し、その後、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いて断面を観察し、インターセプト法を用いて各結晶粒の平均粒径を算出して求める。 (3) Average particle size of Sialon crystal particles and crystal particles A The average particle size of Sialon crystal particles is not particularly limited, but is preferably 0.8 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and particularly preferably. It is 0.4 μm or less. The lower limit of the average particle size of the sialon crystal particles is not particularly limited, but is usually 0.3 μm.
The average particle size of the crystal particles A is not particularly limited, but is preferably 0.5 μm or less, and more preferably 0.4 μm or less. The lower limit of the average particle size of the crystal particles A is not particularly limited, but is usually 0.3 μm.
When the average particle size of the sialon crystal particles and the average particle size of the crystal particles A are within the above ranges, both wear resistance and fracture resistance when used as a tool can be achieved.
The average particle size (average crystal grain size) is obtained by mirror-polishing the cross section of the silicon nitride composite sintered body and then performing plasma etching, and then observing the cross section using an SEM (scanning electron microscope) to intercept. The average particle size of each crystal grain is calculated and obtained using the method.

（４）結晶粒子Ａの含有量
結晶粒子Ａの含有量は、特には限定されないが、好ましくは３０〜６５体積％であり、より好ましくは４５〜６５体積％であり、特に好ましくは６０〜６５体積％である。
結晶粒子Ａの含有量が３０体積％以上であると、結晶粒子Ａによる粒成長抑制効果が十分に得られ、十分な硬度を得られる。よって、この窒化珪素質複合焼結体を用いた工具の耐摩耗性が向上する。また、結晶粒子Ａの含有量が６５体積％以下であると、熱膨張係数の増大を抑制できる。よって、この窒化珪素質複合焼結体を用いた工具の耐欠損性が向上する。
本実施形態において「体積％」とは、窒化珪素質複合焼結体に含まれる全物質の体積の総量を１００％としたときの、各物質の割合を意味する。また、窒化珪素質複合焼結体における各物質の含有量は、蛍光Ｘ線分析法等により各元素の量を求めることで算出できる。 (4) Content of Crystal Particle A The content of the crystal particle A is not particularly limited, but is preferably 30 to 65% by volume, more preferably 45 to 65% by volume, and particularly preferably 60 to 65% by volume. Volume%.
When the content of the crystal particles A is 30% by volume or more, the effect of suppressing the grain growth by the crystal particles A can be sufficiently obtained, and a sufficient hardness can be obtained. Therefore, the wear resistance of the tool using this silicon nitride composite sintered body is improved. Further, when the content of the crystal particles A is 65% by volume or less, an increase in the coefficient of thermal expansion can be suppressed. Therefore, the fracture resistance of the tool using this silicon nitride composite sintered body is improved.
In the present embodiment, "volume%" means the ratio of each substance when the total volume of all substances contained in the silicon nitride composite sintered body is 100%. Further, the content of each substance in the silicon nitride composite sintered body can be calculated by obtaining the amount of each element by a fluorescent X-ray analysis method or the like.

（５）孤立した結晶粒子Ａ１の割合
本発明では、任意の切断面において、結晶粒子Ａのうち他の結晶粒子Ａに接することなくサイアロン結晶粒界に存在する孤立した結晶粒子Ａ１の個数が、結晶粒子Ａの総個数の３％以上である。この値の算出方法について詳細に説明する。まず、試験片を鏡面研磨し、プラズマエッチングを施す。そして、電子顕微鏡で観察した組織写真からインターセプト法により計測する。なお、孤立した結晶粒子Ａ１の割合を本明細書ではＡｓ値ともいう。
ここで、図１を用いてＡｓ値を説明する。図１は、窒化珪素質複合焼結体を電子顕微鏡で観察した組織の模式図である。このように観察される組織の範囲を例えば１６μｍ×１２μｍに設定する。図１において、白い粒子は結晶粒子Ａを示し、黒い粒子はサイアロン結晶粒子を示している。図１のように、他の結晶粒子Ａに接することなくサイアロン結晶粒界に存在する孤立した結晶粒子Ａ１が観察される。一方、他の結晶粒子Ａに接した結晶粒子Ａ２も観察される。
そして、この範囲に観察される結晶粒子Ａのうち、孤立した結晶粒子Ａ１の数をＮａとし、孤立していない結晶粒子Ａ２の数をＮｂとして、次式によりＡｓ値が算出される。なお、Ｎａ＋Ｎｂは、結晶粒子Ａの総数である。 (5) Ratio of Isolated Crystal Particles A1 In the present invention, the number of isolated crystal particles A1 existing in the sialon crystal grain boundary without contacting other crystal particles A among the crystal particles A is determined on an arbitrary cut surface. It is 3% or more of the total number of crystal particles A. The method of calculating this value will be described in detail. First, the test piece is mirror-polished and plasma-etched. Then, the tissue photograph observed with an electron microscope is measured by the intercept method. The ratio of the isolated crystal particles A1 is also referred to as an As value in the present specification.
Here, the As value will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic view of the structure of a silicon nitride composite sintered body observed with an electron microscope. The range of the tissue observed in this way is set to, for example, 16 μm × 12 μm. In FIG. 1, white particles represent crystal particles A and black particles represent sialon crystal particles. As shown in FIG. 1, isolated crystal particles A1 existing at the Sialon grain boundaries are observed without being in contact with other crystal particles A. On the other hand, crystal particles A2 in contact with other crystal particles A are also observed.
Then, among the crystal particles A observed in this range, the number of isolated crystal particles A1 is Na, the number of non-isolated crystal particles A2 is Nb, and the As value is calculated by the following equation. Na + Nb is the total number of crystal particles A.

Ａｓ値は、上記の通り、３％以上であるが、好ましくは３％以上１０％以下であり、より好ましくは１０％以上１５％以下であり、特に好ましくは１５％以上である。Ａｓ値がこの範囲内であると、サイアロン結晶粒の粒成長を十分に抑制することができる。その結果、耐欠損性を損なうことなく、耐摩耗性に優れた窒化珪素質複合焼結体となる。 As described above, the As value is 3% or more, preferably 3% or more and 10% or less, more preferably 10% or more and 15% or less, and particularly preferably 15% or more. When the As value is within this range, the grain growth of the Sialon crystal grains can be sufficiently suppressed. As a result, a silicon nitride composite sintered body having excellent wear resistance is obtained without impairing the fracture resistance.

（６）焼結助剤
窒化珪素質複合焼結体は、焼結性を上げるために焼結助剤（以下、助剤ともいう）を含有することが好ましい。焼結助剤の含有量は、焼結性を向上させる観点から０．７体積％以上であるのが好ましく、耐欠損性の観点から３．５体積％以上であるのがより好ましい。また、耐摩耗性の観点から、１５体積％以下であることが好ましい。なお、焼結助剤の平均粒径は、０．４μｍ以上１．５μｍ以下であることが好ましい。 (6) Sintering Aid The silicon nitride composite sintered body preferably contains a sintering aid (hereinafter, also referred to as an auxiliary agent) in order to improve the sinterability. The content of the sintering aid is preferably 0.7% by volume or more from the viewpoint of improving the sinterability, and more preferably 3.5% by volume or more from the viewpoint of fracture resistance. Further, from the viewpoint of wear resistance, it is preferably 15% by volume or less. The average particle size of the sintering aid is preferably 0.4 μm or more and 1.5 μm or less.

焼結助剤には、酸化アルミニウム及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも一方が含まれることが好ましい。酸化アルミニウムを含有することにより、窒化ケイ素にアルミニウムと酸素とが固溶して窒化ケイ素がサイアロン化するので、焼結体の強度を向上させることができる。また、焼結助剤には、希土類元素が含まれることが好ましい。希土類元素を含有することにより、サイアロン及び窒化ケイ素の粒子を針状にできるため、窒化珪素質複合焼結体の強度及び耐熱衝撃性を向上させることができる。希土類元素を含む焼結助剤の具体例としては、酸化イットリウム、酸化イッテルビウム、酸化ディスプロシウム等を例示することができる。 The sintering aid preferably contains at least one of aluminum oxide and aluminum nitride. By containing aluminum oxide, aluminum and oxygen are dissolved in silicon nitride to form silicon nitride, so that the strength of the sintered body can be improved. Further, the sintering aid preferably contains a rare earth element. By containing the rare earth element, the particles of sialon and silicon nitride can be formed into needles, so that the strength and thermal impact resistance of the silicon nitride composite sintered body can be improved. Specific examples of the sintering aid containing a rare earth element include yttrium oxide, ytterbium oxide, and dysprosium oxide.

（７）窒化珪素質複合焼結体の製造方法
本発明の窒化珪素質複合焼結体の好ましい製造方法について、以下に説明する。
Ｓｉ_３Ｎ_４原料、焼結助剤、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＡｌＮ原料等を加えて、例えば１０〜２５ｈｒ予備粉砕・混合を行う。次に、このように調製した混合粉末に、結晶粒子Ａの原料、分散剤、溶媒（混合粉末を実質的に溶解しない液体）等を加えて、更に粉砕・混合を例えば４０〜６０ｈｒ行ってスラリーを得る。
スラリーを乾燥させて原料粉末を作製する。原料粉末をＮ_２雰囲気下でホットプレス（３０ＭＰａ）を行うことで窒化珪素質複合焼結体が製造される。
本発明では、Ｓｉ_３Ｎ_４原料、焼結助剤、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＡｌＮ原料等の予備粉砕・混合の後に、更に、結晶粒子Ａの原料、分散剤等を加えて本粉砕・混合を行うことで、Ａｓ値の値を所望の範囲内にコントロールすることができる。 (7) Method for producing silicon nitride composite sintered body A preferable method for producing the silicon nitride composite sintered body of the present invention will be described below.
Si ₃ N ₄ raw material, sintering aid, Al ₂ O ₃ raw material, Al N raw material and the like are added, and for example, 10 to 25 hr pre-grinding and mixing are performed. Next, the raw material of the crystal particles A, the dispersant, the solvent (a liquid that does not substantially dissolve the mixed powder) and the like are added to the mixed powder prepared in this manner, and further pulverization and mixing are carried out for 40 to 60 hours, for example, to carry out a slurry. To get.
The slurry is dried to prepare a raw material powder. Raw material powder under N ₂ atmosphere in a hot press (30 MPa) silicon nitride composite sintered body by performing is manufactured.
In the present invention, _{after pre-grinding / mixing the Si 3} N ₄ raw material, the sintering aid, the Al ₂ O ₃ raw material, the Al N raw material, etc., the raw material of the crystal particles A, the dispersant, etc. are further added and the main grinding / mixing is performed. By performing the above, the value of the As value can be controlled within a desired range.

（８）窒化珪素質複合焼結体の室温強度、及び室温硬度
窒化珪素質複合焼結体の室温強度は、特に限定されないが、好ましくは１６００ＭＰａ以上であると好ましい。室温強度の測定方法として、ＪＩＳ１６０１に記載されている方法が採用される。
窒化珪素質複合焼結体の室温硬度は、特に限定されないが、好ましくは２２ＧＰａ以上であると好ましい。室温硬度の測定方法として、ＪＩＳ１６１０に記載されている方法が採用される。
室温強度、及び室温硬度が上記範囲にあると、工具として用いた場合の耐摩耗性と耐欠損性の両立を図ることができる。 (8) Room temperature strength and room temperature hardness of the silicon nitride composite sintered body The room temperature strength of the silicon nitride composite sintered body is not particularly limited, but is preferably 1600 MPa or more. As a method for measuring room temperature strength, the method described in JIS 1601 is adopted.
The room temperature hardness of the silicon nitride composite sintered body is not particularly limited, but is preferably 22 GPa or more. As a method for measuring room temperature hardness, the method described in JIS 1610 is adopted.
When the room temperature strength and the room temperature hardness are within the above ranges, it is possible to achieve both wear resistance and fracture resistance when used as a tool.

２．切削工具
本発明の切削工具は、上記窒化珪素質複合焼結体を用いたインサートを備える。切削工具は、窒化珪素質複合焼結体を用いたインサートをスローアウェイチップとして装着して、高性能の切削工具として使用される。本発明の切削工具は、普通鋳鉄のみならず難削材である例えばダクタイル鋳鉄、耐熱合金等を高速加工する際、工具刃先の摩耗量が小さく、かつ欠損率が低く、工具寿命が長い。粗切削加工用工具として用いても被削材の面粗度及び寸法精度等に影響する工具刃先の耐摩耗性に優れ、面粗度や寸法精度のよい切削加工が長時間継続できる。なお、本発明の切削工具は、広義の切削工具であり、旋削加工、フライス加工などを行う工具全般を言う。 2. Cutting Tool The cutting tool of the present invention includes an insert using the above-mentioned silicon nitride composite sintered body. The cutting tool is used as a high-performance cutting tool by mounting an insert using a silicon nitride composite sintered body as a throw-away tip. The cutting tool of the present invention has a small amount of wear on the cutting edge of the tool, a low chipping rate, and a long tool life when machining not only ordinary cast iron but also difficult-to-cut materials such as ductile cast iron and heat-resistant alloys at high speed. Even when used as a tool for rough cutting, it has excellent wear resistance of the tool cutting edge, which affects the surface roughness and dimensional accuracy of the work material, and cutting with good surface roughness and dimensional accuracy can be continued for a long time. The cutting tool of the present invention is a cutting tool in a broad sense, and refers to all tools for turning, milling, and the like.

切削工具の一例を図示して説明する。図２は、窒化珪素質複合焼結体を用いたインサート１を示している。図３は、切削工具Ａを示している。切削工具Ａは、外径加工用ホルダー２と、これにセットされたインサート１と、インサート１を押さえる押さえ金３とを備えている。
図４は、切削工具Ａとしてのフライス加工用カッターに用いるインサート１を示している。図５は、切削工具（フライス加工用カッター）Ａを示している。切削工具Ａは、フライスカッター用ホルダー６を有している。フライスカッター用ホルダー６には、インサート設置用カートリッジ８、インサート取付け用くさび９が備えられるとともに、インサート１が取り付けられている。 An example of a cutting tool will be illustrated and described. FIG. 2 shows the insert 1 using the silicon nitride composite sintered body. FIG. 3 shows a cutting tool A. The cutting tool A includes an outer diameter machining holder 2, an insert 1 set in the holder 2, and a presser foot 3 for pressing the insert 1.
FIG. 4 shows an insert 1 used in a milling cutter as a cutting tool A. FIG. 5 shows a cutting tool (milling cutter) A. The cutting tool A has a milling cutter holder 6. The milling cutter holder 6 is provided with a cartridge 8 for installing an insert, a wedge 9 for mounting an insert, and an insert 1 is mounted.

また、上記の窒化珪素質複合焼結体を基材とし、基材の表面にＴｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、及びＴｉの炭窒酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含有する表面被覆層が形成されたインサートを備える切削工具としてもよい。表面被覆層を形成すると、表面硬度を増加できると共に、被削材との反応・溶着による摩耗進行を抑制できる。その結果、工具の耐摩耗性を向上できる。
Ｔｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、Ｔｉの炭窒酸化物としては、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮを好適な例として挙げることができる。
表面被覆層の厚みは、特に限定されない。表面被覆層の厚みは、耐摩耗性の観点から、好ましくは０．０２〜３０．０μｍであり、より好ましくは０．０５〜１５．０μｍであり、特に好ましくは０．１〜１０．０μｍである。 Further, the above-mentioned silicon nitride composite sintered body is used as a base material, and on the surface of the base material, Ti carbides, Ti nitrides, Ti carbonitrides, Ti carbon oxides, Ti nitrogen oxides, and Ti A cutting tool may be provided with an insert on which a surface coating layer containing at least one selected from the group consisting of carbonitride oxides is formed. By forming the surface coating layer, the surface hardness can be increased, and the progress of wear due to reaction / welding with the work material can be suppressed. As a result, the wear resistance of the tool can be improved.
The carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti are not particularly limited, but TiN, TiAlN, and TiAlCrN are preferable examples. Can be mentioned.
The thickness of the surface coating layer is not particularly limited. The thickness of the surface coating layer is preferably 0.02 to 30.0 μm, more preferably 0.05 to 15.0 μm, and particularly preferably 0.1 to 10.0 μm from the viewpoint of wear resistance. be.

３．摩擦攪拌接合用工具
摩擦攪拌接合用工具は、摩擦攪拌接合に用いられる工具である。ここで、摩擦攪拌接合とは、突起部を備えた摩擦攪拌接合用工具を回転させながら被接合部材に押し込み、摩擦熱によって被接合部材の一部を軟化させ、軟化した部分を突起部によって攪拌して被接合部材を接合することをいう。
摩擦攪拌接合用工具の一例を図示して説明する。図６（ａ）〜（ｄ）は、摩擦攪拌接合用工具１０の正面図、底面図、上面図及び斜視図をそれぞれ示している。摩擦攪拌接合用工具１０は、窒化珪素質複合焼結体により構成されている。摩擦攪拌接合用工具１０は、略円柱状の本体部１１と、プローブ部１２とを備える。プローブ部１２は、略円柱状の突起により構成され、本体部１１の先端部１１ｅの中心部に形成されている。プローブ部１２の軸線は、本体部１１の軸線Ｘと一致する。摩擦攪拌接合用工具１０の各寸法は任意の値を採用することができる。 3. 3. Friction Stir Welding Tool A friction stir welding tool is a tool used for friction stir welding. Here, in friction stir welding, a friction stir welding tool provided with a protrusion is pushed into a member to be welded while rotating, a part of the member to be welded is softened by frictional heat, and the softened portion is agitated by the protrusion. To join the members to be joined.
An example of a friction stir welding tool will be illustrated and described. 6 (a) to 6 (d) show a front view, a bottom view, a top view, and a perspective view of the friction stir welding tool 10, respectively. The friction stir welding tool 10 is made of a silicon nitride composite sintered body. The friction stir welding tool 10 includes a substantially columnar main body portion 11 and a probe portion 12. The probe portion 12 is composed of substantially columnar protrusions, and is formed at the center of the tip portion 11e of the main body portion 11. The axis of the probe portion 12 coincides with the axis X of the main body portion 11. Any value can be adopted for each dimension of the friction stir welding tool 10.

図７は、摩擦攪拌接合用工具１０の使用状態を例示した説明図である。摩擦攪拌接合用工具１０は、図示しない接合装置に取り付けられて使用される。摩擦攪拌接合用工具１０のプローブ部１２は、接合装置からの加圧を受けて、被接合部材２１、２２の境界である接合線ＷＬへ回転しながら押し込まれる。その後、プローブ部１２が被接合部材２１、２２に押し込まれた状態のまま、被接合部材２１、２２は、図７において白抜きの矢印で示す方向に摩擦攪拌接合用工具１０に対して相対的に移動する。これにより、摩擦攪拌接合用工具１０は、接合線ＷＬに沿って相対的に移動する。被接合部材２１、２２は、鋼の板材を用いることができるが、鋼に代えて他の任意の金属を用いてもよい。被接合部材２１、２２の接合線ＷＬ付近は、プローブ部１２との間の摩擦熱によって塑性流動する。被接合部材２１、２２の塑性流動した部分をプローブ部１２が攪拌することにより、接合領域ＷＡが形成される。この接合領域ＷＡによって、被接合部材２１、２２が互いに結合される。 FIG. 7 is an explanatory view illustrating a usage state of the friction stir welding tool 10. The friction stir welding tool 10 is used by being attached to a joining device (not shown). The probe portion 12 of the friction stir welding tool 10 receives pressure from the joining device and is pushed into the joining line WL, which is the boundary between the members 21 and 22, while rotating. After that, while the probe portion 12 is pushed into the members to be joined 21 and 22, the members to be joined 21 and 22 are relative to the friction stir welding tool 10 in the direction indicated by the white arrow in FIG. Move to. As a result, the friction stir welding tool 10 moves relatively along the joining line WL. Steel plates can be used for the members 21 and 22 to be joined, but any other metal may be used instead of steel. The vicinity of the joint line WL of the members 21 and 22 to be joined is plastically flowed by frictional heat with the probe portion 12. The joint region WA is formed by stirring the plastically flowed portions of the members 21 and 22 to be joined by the probe portion 12. By this joining region WA, the members 21 and 22 to be joined are joined to each other.

また、上記の窒化珪素質複合焼結体を基材とし、基材の表面にＴｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、及びＴｉの炭窒酸化物からなる群より選ばれた少なくとも１種類を含有する表面被覆層が形成された摩擦攪拌接合用工具としてもよい。表面被覆層を形成すると、表面硬度を増加できると共に、被削材との反応・溶着による摩耗進行を抑制できる。その結果、工具の耐摩耗性を向上できる。
Ｔｉの炭化物、Ｔｉの窒化物、Ｔｉの炭窒化物、Ｔｉの炭酸化物、Ｔｉの窒酸化物、Ｔｉの炭窒酸化物としては、特に限定されないが、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮを好適な例として挙げることができる。
表面被覆層の厚みは、特に限定されない。表面被覆層の厚みは、耐摩耗性の観点から、好ましくは０．０２〜３０．０μｍであり、より好ましくは０．０５〜１５．０μｍであり、特に好ましくは０．１〜１０．０μｍである。 Further, the above-mentioned silicon nitride composite sintered body is used as a base material, and on the surface of the base material, Ti carbides, Ti nitrides, Ti carbonitrides, Ti carbon oxides, Ti nitrogen oxides, and Ti A friction stir welding tool on which a surface coating layer containing at least one selected from the group consisting of carbonitride oxides is formed may be used. By forming the surface coating layer, the surface hardness can be increased, and the progress of wear due to the reaction / welding with the work material can be suppressed. As a result, the wear resistance of the tool can be improved.
The carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti are not particularly limited, but TiN, TiAlN, and TiAlCrN are preferable examples. Can be mentioned.
The thickness of the surface coating layer is not particularly limited. The thickness of the surface coating layer is preferably 0.02 to 30.0 μm, more preferably 0.05 to 15.0 μm, and particularly preferably 0.1 to 10.0 μm from the viewpoint of wear resistance. be.

実施例により本発明を更に具体的に説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to Examples.

１．実験１（実験例１〜１２）
実験１では、実験例１〜８が実施例に該当し、実験例９〜１２は比較例に該当する。
（１）試験片の作製
市販の平均粒径０．１μｍのＳｉ_３Ｎ_４原料、助剤として平均粒径１．０μｍ以下のランタノイドの酸化物原料、Ａｌ_２Ｏ_３原料、ＡｌＮ原料を加えて、ＺｒＯ_２球によって２０ｈｒ予備粉砕・混合を行った。次に、このように調製した混合粉末に、平研粒径０．５μｍのＷＣ原料、アセトン、分散剤（全粉末量に対して２ｗｔ％）を加えて、更に粉砕・混合を５２ｈ行った。なお、ＷＣ原料の配合量は、窒化珪素質複合焼結体（以下単に「焼結体」ともいう）におけるサイアロンとＷＣの組成が表１になるように調整した。
粉砕・混合後、スラリーを湯煎乾燥にてアセトンの抜気を行い、粉末を作製した。得られた粉末を１〜９気圧のＮ_２雰囲気下でホットプレス（１５００〜１８００℃、３０ＭＰａ）を行うことで焼結体を作製した。得られた焼結体に対して、室温強度・室温硬度を測定した。更に焼結体の試験片を鏡面研磨し、プラズマエッチングを施した後、電子顕微鏡で観察した組織写真からインターセプト法により結晶粒径、及びＡｓ値を計測した。なお、組織写真から粒界相の存在が確認された。
Ａｓ値に関しては、１６μｍ×１２μｍの範囲における、孤立したＷＣ粒子の個数（Ｎａ）と、孤立していないＷＣ結晶粒子の個数（Ｎｂ）を計測した結果より既述の次式を用いて算出した。 1. 1. Experiment 1 (Experimental Examples 1-12)
In Experiment 1, Experimental Examples 1 to 8 correspond to Examples, and Experimental Examples 9 to 12 correspond to Comparative Examples.
(1) _Si 3 _{N 4} raw material produced commercially with an average particle diameter of 0.1μm specimens, oxide material having an average particle diameter of 1.0μm or less lanthanide as auxiliaries, _Al 2 _{O 3} raw material, the addition of AlN raw material , ZrO ₂ balls were used for 20 hr pre-grinding and mixing. Next, a WC raw material having a Hiraken particle size of 0.5 μm, acetone, and a dispersant (2 wt% with respect to the total amount of powder) were added to the mixed powder thus prepared, and further pulverized and mixed for 52 hours. The blending amount of the WC raw material was adjusted so that the composition of sialon and WC in the silicon nitride composite sintered body (hereinafter, also simply referred to as “sintered body”) is shown in Table 1.
After pulverization and mixing, the slurry was boiled and dried to degas the acetone to prepare a powder. The resulting powder hot-pressed (1500~1800 ℃, 30MPa) the under _{N 2} atmosphere at 1-9 atmospheres to produce a sintered body by performing. Room temperature strength and room temperature hardness were measured for the obtained sintered body. Further, the test piece of the sintered body was mirror-polished, plasma-etched, and then the crystal grain size and As value were measured by the intercept method from the microstructure photograph observed with an electron microscope. The presence of grain boundary phases was confirmed from the microstructure photograph.
The As value was calculated using the above equation from the results of measuring the number of isolated WC particles (Na) and the number of non-isolated WC crystal particles (Nb) in the range of 16 μm × 12 μm. ..

平均粒径（平均結晶粒径）は、試験片の断面を鏡面研磨した後に、プラズマエッチングを施し、その後、ＳＥＭを用いて断面を観察し、線インターセプト法を用いて各結晶粒の平均粒径を算出して求めた。具体的には、ＳＥＭ画像中に任意に直線を引き、この直線が横切る対象となる結晶粒のうち、サイアロン結晶粒の個々の粒径を測定してサイアロン結晶粒の粒径の総和を算出した。これを、任意の３視野以上について行い、合計で１００個以上の粒径を測定した。粒径の総和と測定対象の粒子の数とからアルミナの平均粒径を算出した。炭（窒）化物粒子である結晶粒子Ａの粒径に関しても同様の方法で測定した。 The average particle size (average crystal grain size) is determined by mirror-polishing the cross section of the test piece, plasma etching, then observing the cross section using SEM, and using the linear intercept method to obtain the average grain size of each crystal grain. Was calculated and calculated. Specifically, a straight line was arbitrarily drawn in the SEM image, and among the crystal grains to be crossed by this straight line, the individual particle sizes of the sialon crystal grains were measured to calculate the total particle size of the sialon crystal grains. .. This was performed for any three or more fields of view, and a total of 100 or more particle sizes were measured. The average particle size of alumina was calculated from the total particle size and the number of particles to be measured. The particle size of the crystal particles A, which are charcoal (nitrated) particles, was also measured by the same method.

上記の方法で作製した焼結体を研磨加工することでＩＳＯＳＮＧＮ４３２型の寸法となるように加工し、切削工具（試験片）を作製した。 The sintered body produced by the above method was polished to have the dimensions of ISO SNGN432 type, and a cutting tool (test piece) was produced.

（２）評価試験方法
（２．１）耐摩耗性試験
得られた試験片について、普通鋳鉄粗加工に関する耐摩耗性試験（摩耗加速試験）を行った。試験条件は下記の通りである。切削加工後の工具の逃げ面を、デジタルマイクロスコープを用いて拡大観察し、摩耗幅を逃げ面摩耗量として評価した。逃げ面摩耗量を単に摩耗量ともいう。

・チップ形状：ＳＮＧＮ４３２−ＴＮ
・被削材：ＦＣ２００（鋳肌付）
・切削速度：１０００ｍ／ｍｉｎ
・切込み量：１．５ｍｍ
・送り量：０．２ｍｍ／ｒｅｖ．
・切削環境：乾式施削試験
・評価：１ｐａｓｓ経過後の逃げ面摩耗量
・判定基準：
「○」摩耗量≦０．９０ｍｍ
「×」摩耗量＞０．９０ｍｍ (2) Evaluation test method (2.1) Wear resistance test The obtained test piece was subjected to a wear resistance test (wear acceleration test) related to roughing of ordinary cast iron. The test conditions are as follows. The flank of the tool after cutting was magnified and observed using a digital microscope, and the wear width was evaluated as the flank wear amount. The amount of flank wear is also simply referred to as the amount of wear.

-Chip shape: SNGN432-TN
-Work material: FC200 (with casting surface)
・ Cutting speed: 1000m / min
・ Cut amount: 1.5 mm
-Feed amount: 0.2 mm / rev.
・ Cutting environment: Dry machining test ・ Evaluation: Amount of flank wear after 1 pass ・ Judgment criteria:
"○" Wear amount ≤ 0.90 mm
"X" wear amount> 0.90 mm

（２．２）室温強度
室温強度は、ＪＩＳ１６０１によって測定した。 (2.2) Room temperature strength The room temperature strength was measured by JIS 1601.

（２．３）室温硬度
室温硬度は、ＪＩＳ１６１０によって測定した。 (2.3) Room temperature hardness The room temperature hardness was measured by JIS 1610.

（２．４）熱膨張率
ＪＩＳ１６１８に準じ、６００℃時の熱膨張係数を求めた。 (2.4) Coefficient of thermal expansion According to JIS 1618, the coefficient of thermal expansion at 600 ° C. was determined.

（２．５）熱伝導率
ＪＩＳ１６１１に準じ、室温時の熱伝導率を求めた。 (2.5) Thermal conductivity The thermal conductivity at room temperature was determined according to JIS 1611.

（２．６）電気抵抗率
焼結体の長板状の試験片（縦Ｈ×横Ｗ×長さＬが、Ｈ＝３ｍｍ、Ｗ＝４ｍｍ、Ｌ＝１２ｍｍ）を作製した。試験片の両端部（両側のＨ―Ｗ面）に測定端子を接触させて試験片の抵抗値（Ω）を測定した。
測定器としてＨＩＯＫＩ３２２１ｍΩ ＨｉＴＥＳＴＥＲを使用した。得られた抵抗値（Ω）と試験片の実測寸法から下記式（１）を用いて抵抗率（Ω・ｍ）を算出した。
抵抗率（Ω・ｍ）＝抵抗値（Ω）×（（Ｈ×Ｗ）／Ｌ）・・・（１） (2.6) Electrical resistivity A long plate-shaped test piece of a sintered body (length H x width W x length L: H = 3 mm, W = 4 mm, L = 12 mm) was prepared. The resistance value (Ω) of the test piece was measured by bringing the measurement terminals into contact with both ends (HW surfaces on both sides) of the test piece.
HIOKI 3221mΩ HiTESTER was used as a measuring instrument. From the obtained resistance value (Ω) and the measured dimensions of the test piece, the resistivity (Ω · m) was calculated using the following formula (1).
Resistivity (Ω ・ m) = resistance value (Ω) × ((H × W) / L) ・・・ (1)

（３）試験結果
Ａｓ値が３％以上である実験例１〜８は、試験片の摩耗量が基準値（０．９０ｍｍ）以下の「○」となることを確認できた（表２参照）。また、実験例１〜８は、実験例１２の従来品と比較して、大幅に摩耗量を低減できることが確認された。
更に、ＷＣ結晶粒子の含有量が３０〜６５体積％である実験例１〜８では、ＷＣの含有量がこの範囲外の実験例１０、１１、１２よりも大幅に摩耗量を低減できることが確認された。
ＷＣの含有量が３０体積％であるが、Ａｓ値が３％未満の実験例９では、粒成長抑制効果が十分に得られないことに加えて、密着したＷＣ粒子同士の粒成長によって、サイアロン結晶粒子、ＷＣ結晶粒子が粗大化した組織となっている。これに伴い、室温強度及び室温硬度がともに低下するため、試験片の摩耗量も基準値（０．９０ｍｍ）を超過した。
一方、ＷＣの含有量が６５体積％よりも多い実験例１０、１１では、室温強度及び室温硬度は十分であるものの、熱膨張係数が増大するため、耐摩耗性試験中に試験片が欠損した。 (3) Test Results In Experimental Examples 1 to 8 in which the As value was 3% or more, it was confirmed that the amount of wear of the test piece was "○" which was equal to or less than the reference value (0.90 mm) (see Table 2). .. Further, it was confirmed that Experimental Examples 1 to 8 can significantly reduce the amount of wear as compared with the conventional products of Experimental Example 12.
Furthermore, it was confirmed that in Experimental Examples 1 to 8 in which the content of WC crystal particles is 30 to 65% by volume, the amount of wear can be significantly reduced as compared with Experimental Examples 10, 11 and 12 in which the content of WC is outside this range. Was done.
In Experimental Example 9 in which the WC content is 30% by volume but the As value is less than 3%, the effect of suppressing grain growth is not sufficiently obtained, and the grain growth of the WC particles in close contact with each other causes sialon. The crystal particles and WC crystal particles have a coarsened structure. Along with this, both the room temperature strength and the room temperature hardness decreased, so that the amount of wear of the test piece also exceeded the standard value (0.90 mm).
On the other hand, in Experimental Examples 10 and 11 having a WC content of more than 65% by volume, although the room temperature strength and the room temperature hardness were sufficient, the coefficient of thermal expansion increased, so that the test piece was lost during the wear resistance test. ..

２．実験２（実験例１３〜１８）
実験２では、実験例１３〜１８が実施例に該当する。
加える周期表第４−６族元素の炭化物・窒化物・炭窒化物を、表３に記載のＷＣ以外の原料を用いた以外は実験例１と同様に試験を行った。
試験結果を表３に示す。 2. Experiment 2 (Experimental Examples 13-18)
In Experiment 2, Experimental Examples 13 to 18 correspond to Examples.
The carbides, nitrides, and carbonitrides of the Group 4-6 elements of the periodic table to be added were tested in the same manner as in Experimental Example 1 except that raw materials other than WC shown in Table 3 were used.
The test results are shown in Table 3.

表３では、結晶粒子Ａの種類と組成を示している。なお、表３において、例えば、結晶粒子Ａとして、「ＴｉＮ」を用い、その割合が「５０体積％」の場合には、「５０ＴｉＮ」と省略して記載する。すなわち、割合に続けて結晶粒子の種類を記載している。 Table 3 shows the types and compositions of the crystal particles A. In Table 3, for example, when "TiN" is used as the crystal particles A and the ratio is "50% by volume", it is abbreviated as "50TiN". That is, the type of crystal particles is described after the ratio.

実験例１３〜１８は、いずれもＡｓ値が３％以上となっており、室温強度及び室温硬度が、十分に大きかった。更に、実験例１３〜１８は、試験片の摩耗量が基準値（０．９０ｍｍ）以下の「○」となることを確認できた。また、実験例１３〜１８は、実験例１２の従来品と比較して、大幅に摩耗量を低減できることが確認された。
なお、実験例１３〜１８では、サイアロン結晶粒子の平均粒子径が０．８μｍ以下であり、かつ、結晶粒子Ａの平均粒径が０．５μｍ以下となり、請求項４の範囲内であることが確認された。
また、実験例１３〜１８では、室温強度が１６００ＭＰａ以上であり、かつ室温硬度が２２ＧＰａ以上あることが確認された。 In Experimental Examples 13 to 18, the As value was 3% or more, and the room temperature strength and room temperature hardness were sufficiently large. Further, in Experimental Examples 13 to 18, it was confirmed that the amount of wear of the test piece was "◯" which was equal to or less than the reference value (0.90 mm). Further, it was confirmed that Experimental Examples 13 to 18 can significantly reduce the amount of wear as compared with the conventional products of Experimental Example 12.
In Experimental Examples 13 to 18, the average particle size of the sialon crystal particles is 0.8 μm or less, and the average particle size of the crystal particles A is 0.5 μm or less, which is within the range of claim 4. confirmed.
Further, in Experimental Examples 13 to 18, it was confirmed that the room temperature strength was 1600 MPa or more and the room temperature hardness was 22 GPa or more.

３．実験３（実験例１９〜２３）
実験３では、実験例１９〜２２が実施例に該当し、実験例２３は参考例に該当する。
実験１と同様な方法で得た実験例１、７、５、１２の試験片（基材）の表面に、表４に示すように、ＴｉＮ、ＴｉＡｌＮ、ＴｉＡｌＣｒＮを被覆した試験片を作製し、耐摩耗性試験を行った。
試験結果を表４に示す。 3. 3. Experiment 3 (Experimental Examples 19-23)
In Experiment 3, Experimental Examples 19 to 22 correspond to Examples, and Experimental Example 23 corresponds to a Reference Example.
As shown in Table 4, test pieces coated with TiN, TiAlN, and TiAlCrN were prepared on the surface of the test pieces (base materials) of Experimental Examples 1, 7, 5, and 12 obtained by the same method as in Experiment 1. Abrasion resistance test was performed.
The test results are shown in Table 4.

実験例１９〜２２では、いずれも摩耗量を更に低減できることが確認できた。すなわち、実験例１の試験片（基材）に、Ｔｉ化合物系の表面被覆層を形成させることで、更に耐摩耗性に優れる工具を提供できることが確認された。
なお、従来品（実験例１２）に表面被覆層を形成した実験例２３では、被覆層が無い実験例１２よりも摩耗量は低下したが、基準値（０．９０ｍｍ）以下とはならなかった。 In Experimental Examples 19 to 22, it was confirmed that the amount of wear could be further reduced. That is, it was confirmed that a tool having further excellent wear resistance can be provided by forming a Ti compound-based surface coating layer on the test piece (base material) of Experimental Example 1.
In Experimental Example 23 in which the surface coating layer was formed on the conventional product (Experimental Example 12), the amount of wear was lower than that in Experimental Example 12 without the coating layer, but it was not less than the reference value (0.90 mm). ..

４．実験１−３のまとめ
以上の結果より、本発明品により、従来の窒化珪素系工具に対して、耐摩耗性及び耐欠損性に優れた工具を提供できることが確認された。 4. Summary of Experiment 1-3 From the above results, it was confirmed that the product of the present invention can provide a tool having excellent wear resistance and fracture resistance with respect to the conventional silicon nitride-based tool.

５．実験４
実験１と同様な方法で得た各種試験片を用いて、下記条件にて摩擦撹拌接合試験を行った。なお、この試験には、実験１の実験例１、７、９、１２の試験片を用いて摩擦攪拌接合用工具を作製して試験を行った。

＜試験条件＞
・被接合部材：ＳＵＳ３０４（ｔ＝２ｍｍ）
・シールドガス：アルゴン（Ａｒ）
・降下速度：０．５ｍｍ／ｓ
・工具押し込み荷重：１．２×１０^４Ｎ
・回転速度：６００ｒｐｍ
・保持時間：１ｓｅｃ
・打点：６０
・評価：６０打点後ショルダー部摩耗量
評価は次の３段階とした。評価の高い方から、評価ａ、評価ｂ、評価ｃとした。すなわち、評価ａが優、評価ｂが良、評価ｃが不可である。

評価ａ：摩耗量０．３ｍｍ未満
評価ｂ：摩耗量０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ未満
評価ｃ：摩耗量０．５ｍｍ以上、又は欠損 5. Experiment 4
Using various test pieces obtained by the same method as in Experiment 1, a friction stir welding test was performed under the following conditions. In this test, a friction stir welding tool was prepared using the test pieces of Experimental Examples 1, 7, 9 and 12 of Experiment 1 and tested.

<Test conditions>
-Member to be joined: SUS304 (t = 2 mm)
・ Shield gas: Argon (Ar)
・ Descent speed: 0.5 mm / s
・ Tool pushing load: 1.2 × 10 ⁴ N
・ Rotation speed: 600 rpm
・ Retention time: 1 sec
・ RBI: 60
-Evaluation: The amount of wear on the shoulder after 60 RBIs was evaluated in the following three stages. From the one with the highest evaluation, evaluation a, evaluation b, and evaluation c were given. That is, the evaluation a is excellent, the evaluation b is good, and the evaluation c is not possible.

Evaluation a: Wear amount less than 0.3 mm Evaluation b: Wear amount 0.3 mm or more and less than 0.5 mm Evaluation c: Wear amount 0.5 mm or more or defect

Ａｓ値が３％未満である実験例９、従来品の実験例１２は評価ｃであった。一方、Ａｓ値が３％以上である実験例１は評価ｂであり、Ａｓ値が３％以上である実験例７は評価ａであった。
この結果から、本発明による窒化珪素質複合焼結体の優位性を確認した。 Experimental Example 9 in which the As value was less than 3% and Experimental Example 12 in the conventional product were evaluated as c. On the other hand, Experimental Example 1 having an As value of 3% or more was evaluated b, and Experimental Example 7 having an As value of 3% or more was evaluated a.
From this result, the superiority of the silicon nitride composite sintered body according to the present invention was confirmed.

６．実験５
実験１と同様な方法で得た各種試験片に対して、ワイヤ放電加工機によって、放電加工性を確認した。ワイヤは線径φ１０ｍｍの円柱電極棒（銅製）を用い、浸漬方式（水）によって行った。加工性の評価は工具形状ＳＮＧＮ４３２−ＴＮの平面形状の加工可否で評価を行った。なお、この試験には、実験１の実験例１〜１２の試験片を用いた。電気抵抗率の高い実験例１２では、放電加工は不可であったが、電気抵抗率の低い実験例１〜１１では、放電加工が可能であることを確認した。
この実験５から、Ａｓ値が３％以上である実験例１〜８は、放電加工も可能であることが確認された。 6. Experiment 5
The electric discharge machining properties of various test pieces obtained by the same method as in Experiment 1 were confirmed by a wire electric discharge machine. The wire was a cylindrical electrode rod (made of copper) having a wire diameter of φ10 mm and was immersed by a dipping method (water). The workability was evaluated based on the workability of the planar shape of the tool shape SNGN432-TN. For this test, the test pieces of Experimental Examples 1 to 12 of Experiment 1 were used. It was confirmed that electric discharge machining was not possible in Experimental Example 12 having a high electrical resistivity, but electric discharge machining was possible in Experimental Examples 1 to 11 having a low electrical resistivity.
From this experiment 5, it was confirmed that the experimental examples 1 to 8 having an As value of 3% or more can be subjected to electric discharge machining.

＜他の実施形態（変形例）＞
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。 <Other Embodiments (Modified Examples)>
The present invention is not limited to the above examples and embodiments, and can be implemented in various embodiments without departing from the gist thereof.

（１）上記実施形態では、特定構成の切削工具を説明したが、切削工具の構成は特に限定されず、適宜変更することができる。
（２）上記実施形態では、特定構成の摩擦攪拌接合用工具を説明したが、摩擦攪拌接合用工具の構成は特に限定されず、適宜変更することができる。 (1) In the above embodiment, the cutting tool having a specific configuration has been described, but the configuration of the cutting tool is not particularly limited and can be changed as appropriate.
(2) In the above embodiment, the friction stir welding tool having a specific configuration has been described, but the configuration of the friction stir welding tool is not particularly limited and can be changed as appropriate.

Ａ１…孤立した結晶粒子
Ａ２…孤立していない結晶粒子
１…インサート
２…外径加工用ホルダー
３…押さえ金
６…フライスカッター用ホルダー
８…インサート設置用カートリッジ
９…インサート取付け用くさび
１０…摩擦攪拌接合用工具
１１…本体部
１１ｅ…先端部
１２…プローブ部
２１…被接合部材
２２…被接合部材
Ａ…切削工具
ＷＡ…接合領域
ＷＬ…接合線
Ｘ…軸線 A1 ... Isolated crystal particles A2 ... Non-isolated crystal particles 1 ... Insert 2 ... Outer diameter processing holder 3 ... Presser 6 ... Milling cutter holder 8 ... Insert installation cartridge 9 ... Insert mounting wedge 10 ... Friction stir welding Joining tool 11 ... Main body 11e ... Tip part 12 ... Probe part 21 ... Joined member 22 ... Joined member A ... Cutting tool WA ... Joining area WL ... Joining line X ... Axis line

Claims

Sialon crystal particles and
At least selected from the group consisting of carbide crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table, nitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table, and carbon nitride crystal particles of Group 4-6 elements of the Periodic Table. Contains one type of crystal particles A and
On an arbitrary cut surface, the number of isolated crystal particles A1 existing in the Sialon grain boundary without contacting other crystal particles A among the crystal particles A is 3% or more of the total number of the crystal particles A. Oh it is,
The crystal particles A are tungsten carbide, and the crystal particles A are tungsten carbide.
A silicon nitride composite sintered body characterized in that the content of the crystal particles A is 30 to 65% by volume.

The silicon nitride composite sintering according to claim 1, wherein the average particle size of the sialon crystal particles is 0.8 μm or less, and the average particle size of the crystal particles A is 0.5 μm or less. body.

A cutting tool comprising an insert using the silicon nitride composite sintered body according to claim 1 or 2.

A friction stir welding tool using the silicon nitride composite sintered body according to any one of claims 1 to 3.

Using the silicon nitride composite sintered body according to claim 1 or 2 as a base material,
At least one selected from the group consisting of carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti is applied to the surface of the base material. A cutting tool with an insert on which a surface coating layer containing it is formed.

Using the silicon nitride composite sintered body according to claim 1 or 2 as a base material,
At least one selected from the group consisting of carbides of Ti, nitrides of Ti, carbonitrides of Ti, carbonic oxides of Ti, nitrogen oxides of Ti, and carbonitride oxides of Ti is applied to the surface of the base material. A friction stir welding tool characterized by the formation of a surface coating layer containing it.