JP2000345214A - Tap formed of composite material - Google Patents

Tap formed of composite material

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JP2000345214A
JP2000345214A JP11162989A JP16298999A JP2000345214A JP 2000345214 A JP2000345214 A JP 2000345214A JP 11162989 A JP11162989 A JP 11162989A JP 16298999 A JP16298999 A JP 16298999A JP 2000345214 A JP2000345214 A JP 2000345214A
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JP
Japan
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tap
composite material
metal component
ceramic
strength
Prior art date
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JP11162989A
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Mitsuo Kuwabara
光雄 桑原
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a tap formed of composite material which is hard in surface, wear-resistant, and having highly tough inside. SOLUTION: In a screw part 12 to constitute a tap, a metal-rich metal part 20 is provided inside the tap, a ceramic-rich ceramic part 22 is provided on the tap surface, and an inclined part 24 in which the ratio of the metal component is gradually reduced toward the tap surface from the inside the tap is formed therebetween. The thickness of the inclined part 24 in which the ratio of the metal component is gradually reduced is set in the range of 0.3-10 mm.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス成分
と金属成分とを含む複合材で構成される複合材製タップ
に関する。
The present invention relates to a composite tap made of a composite material containing a ceramic component and a metal component.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、各種の機械加工分野において、
ドリル等で形成された下穴にねじ立てをするためにタッ
プを用いた切削加工が行われている。この種の加工作業
中には、タップに対して種々の応力が作用している。例
えば、被削材に押し付け力を付与する際の圧縮応力、食
い付き部や切削部に作用する引っ張り応力、さらに加工
を行う部分と加工に使用されない部分との間の引っ張り
応力等が挙げられる。タップによる切削加工が、これら
の種々の応力によって、実際上、不安定となってしま
い、刃先チッピングや欠損、折損、あるいは、ねじ切り
精度の低下が惹起されるおそれがある。そこで、高硬
度、高強度および高靱性を有するタップが要求されてお
り、通常、タップの材質として、高速度鋼、粉末ハイス
材または超硬等が広く採用されている。
2. Description of the Related Art Generally, in various machining fields,
2. Description of the Related Art Cutting using a tap is performed to tap a prepared hole formed by a drill or the like. During this type of machining operation, various stresses are acting on the tap. For example, there are a compressive stress when applying a pressing force to a work material, a tensile stress acting on a biting portion and a cutting portion, and a tensile stress between a portion to be processed and a portion not used for the processing. These various stresses make the cutting operation by the tap practically unstable, which may cause chipping, chipping, breakage, or reduction in thread cutting accuracy. Therefore, taps having high hardness, high strength, and high toughness are required, and high-speed steel, powdered high-speed steel, carbide, and the like are generally widely used as tap materials.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、高速度
鋼や粉末ハイス材は、高強度および高靱性を有するもの
の、耐摩耗性や圧縮強度および剛性に問題がある一方、
超硬は、高剛性、高硬度および高圧縮強度を有するもの
の、靱性に問題がある。言い代えれば、剛性や耐摩耗性
を向上させようとすると靱性や強度が劣化する一方、強
度や靱性を向上させようとすると剛性や硬度が低下して
しまい、特に高速加工および高負荷に耐え得るタップを
製作することは、現実的には極めて困難なものとなって
いた。
However, while high-speed steel and powdered high-speed steel have high strength and high toughness, they have problems in wear resistance, compressive strength and rigidity.
Carbide has high rigidity, high hardness and high compressive strength, but has a problem in toughness. In other words, toughness and strength deteriorate when trying to improve rigidity and abrasion resistance, while rigidity and hardness decrease when trying to improve strength and toughness, which can withstand particularly high-speed processing and high load Making taps has been extremely difficult in practice.

【0004】その際、超硬材や高速度鋼や粉末ハイス材
に硬質被膜コーティング等の表面処理を施す工夫がなさ
れているが、タップ刃先の精度が低下するとともに、高
負荷応力下や高温下では被膜の剥がれ等が惹起してしま
い、実用に供することができない。
At this time, various measures have been taken to apply a surface treatment such as hard coating to the superhard material, high-speed steel, or powdered high-speed steel material. In such a case, peeling of the film or the like is caused, and the film cannot be put to practical use.

【0005】そこで、実際に切削加工を行うタップ表層
近傍が高硬度でかつ耐摩耗性を有するとともに、タップ
内部が高強度を有するタップの開発を検討したところ、
本出願人による特許第2593354号や特開平8−1
27807号公報等に開示されている「セラミックス粉
末と金属成分とを含む傾斜機能を有する複合材」を応用
することを見い出した。
[0005] Therefore, the development of a tap having high hardness and wear resistance in the vicinity of the tap surface layer where cutting is actually performed and high strength inside the tap was studied.
Japanese Patent No. 2593354 and Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
It has been found that a “composite material having a gradient function containing a ceramic powder and a metal component” disclosed in, for example, Japanese Patent No. 27807 is applied.

【0006】すなわち、本発明は、表面が高硬度で内部
に向かうに従って靱性や強度等の物性が向上する傾斜機
能を有する複合材製タップを提供することを目的とす
る。
That is, an object of the present invention is to provide a tap made of a composite material having a tilting function in which the surface has high hardness and physical properties such as toughness and strength are improved as it goes inward.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明に係る複合材製タ
ップでは、セラミックス成分と金属成分とを含む複合材
で構成されるとともに、タップ内部からタップ表面に向
かうに従って、前記複合材中の前記金属成分の割合が漸
減している。ここで、複合材中の金属成分の割合と硬
度、強度および靱性とには相関があり、金属成分の割合
が少なくなってセラミックス成分の割合が多くなると、
硬度、耐摩耗性および剛性等が向上するものの脆くなっ
てしまう。一方、この脆さを改善するために金属成分の
割合を多くすると、強度および靱性は向上するものの、
剛性および耐摩耗性が低下してしまう。
In the composite tap according to the present invention, the tap is composed of a composite material containing a ceramic component and a metal component. The ratio of the metal component is gradually decreasing. Here, there is a correlation between the ratio of the metal component in the composite material and the hardness, strength and toughness, and when the ratio of the metal component decreases and the ratio of the ceramic component increases,
Although hardness, wear resistance, rigidity, etc. are improved, they become brittle. On the other hand, when the proportion of the metal component is increased to improve the brittleness, although the strength and toughness are improved,
Rigidity and wear resistance are reduced.

【0008】そこで、実際に加工を行うタップ表面側を
高硬度で耐摩耗性を有する物性とし、内部を高靱性で高
強度を有する物性とするとともに、前記表面側と前記内
部側との間の組成や物性が緩やかに変化するようにすれ
ば、応力集中がなく、所望の耐摩耗性を備えつつ、寸法
精度の高い鋭利な刃先を有するタップを得ることができ
る。
Therefore, the tap surface to be actually processed is made to have high hardness and wear resistance physical properties, and the inside is made to have high toughness and high strength physical properties. If the composition and the physical properties are changed gradually, a tap having a sharp cutting edge with high dimensional accuracy can be obtained without stress concentration and with desired wear resistance.

【0009】このため、タップ表面近傍のセラミックス
粒子は、内部に比べて粒成長を促して粗大化しつつ内部
に向かうに従って小さくなり、金属成分がこの粒成長に
伴う粒子組成再配列により内部に集積される。従って、
実際に加工を行うタップ表面部分の組成がセラミックス
リッチで高耐摩耗性を有し、タップ内部が金属リッチで
高強度および高靱性を有するとともに、タップ内部にお
ける応力集中を有効に減少させることが可能になる。
For this reason, the ceramic particles in the vicinity of the tap surface promote grain growth as compared with the inside and become coarser and become smaller toward the inside, and the metal component is accumulated inside by the rearrangement of the particle composition accompanying the grain growth. You. Therefore,
The composition of the tap surface that is actually processed is ceramic-rich and has high wear resistance, the inside of the tap is metal-rich and has high strength and toughness, and it is possible to effectively reduce the stress concentration inside the tap become.

【0010】また、実際に切削を行うタップ表面近傍を
セラミックスリッチとし、粒子を粗大化しているため
に、切削加工時にこのタップ表面近傍に発生する熱の伝
達および拡散性が向上する。従って、熱に伴うマイクロ
クラックの発生や、これにより生ずるチッピングや構成
刃先を改善して切削性能が大きく向上することになる。
In addition, since the vicinity of the tap surface where cutting is actually performed is made ceramic-rich and the particles are coarsened, the transmission and diffusion of heat generated near the tap surface during cutting are improved. Therefore, the generation of micro cracks due to heat, and the resulting chipping and the cutting edge, are improved to greatly improve the cutting performance.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】図1は、本発明の実施形態に係る
複合材製タップ10の側面説明図であり、図2は、図1
中、II−II線断面図である。
FIG. 1 is a side view of a composite tap 10 according to an embodiment of the present invention, and FIG.
It is an II-II sectional view taken in the middle.

【0012】タップ10は、ねじ部12とシャンク部1
4とを一体的に備えている。ねじ部12には、複数、例
えば、4つの溝16が軸方向(矢印A方向)に所定の長
さにわたって形成されており、各溝16の間にランド1
8が設けられている。タップ10は、セラミックス成分
と金属成分とを含む複合材で構成されており、タップ内
部に金属リッチな金属部20が設けられるとともに、タ
ップ表面にはセラミックスリッチなセラミックス部22
が設けられる。金属部20とセラミックス部22との間
には、タップ内部からタップ表面に向かうに従って金属
成分の割合が漸減する傾斜部24が設けられている。
The tap 10 has a screw portion 12 and a shank portion 1.
4 are integrally provided. A plurality of, for example, four grooves 16 are formed in the screw portion 12 over a predetermined length in the axial direction (the direction of the arrow A).
8 are provided. The tap 10 is made of a composite material containing a ceramic component and a metal component. A metal-rich metal portion 20 is provided inside the tap, and a ceramic-rich ceramic portion 22 is provided on the tap surface.
Is provided. An inclined portion 24 is provided between the metal portion 20 and the ceramic portion 22 such that the ratio of the metal component gradually decreases from the inside of the tap toward the tap surface.

【0013】金属成分は、周期表のVIII族元素の鉄
(Fe)、ニッケル(Ni)またはコバルト(Co)の
中から選択される少なくとも一種以上であり、必要に応
じてクロム(Cr)、バナジウム(V)またはモリブデ
ン(Mo)等が強度の向上等を図るために混入される。
複合材中の金属成分の割合は、3wt%〜15wt%、
より好ましくは、5wt%〜10wt%の範囲内に設定
される。
The metal component is at least one selected from the group consisting of iron (Fe), nickel (Ni) and cobalt (Co) in the group VIII of the periodic table, and if necessary, chromium (Cr) and vanadium. (V) or molybdenum (Mo) is mixed in to improve the strength.
The ratio of the metal component in the composite material is 3 wt% to 15 wt%,
More preferably, it is set in the range of 5 wt% to 10 wt%.

【0014】金属成分が3wt%未満では、金属量が少
なくなり過ぎてタップ10が脆くなり、現実的に使用す
ることができないものとなってしまう。金属成分が3w
t%以上であると、タップ10の表面側の金属成分の割
合を1wt%以下とすることができ、タップ内部には相
対的に8wt%程度の金属成分を集積することが可能に
なり、実用に供することができる。なお、素材を焼結し
た後、刃付け等の加工を施してタップ10を製造する際
には、その刃先強度をも考慮する必要があり、金属成分
の割合を5wt%以上にすることが望ましい。
If the metal component is less than 3% by weight, the amount of the metal becomes too small and the tap 10 becomes brittle, so that the tap 10 cannot be practically used. 3w metal component
When the content is not less than t%, the ratio of the metal component on the surface side of the tap 10 can be 1 wt% or less, and the metal component of about 8 wt% can be relatively accumulated inside the tap. Can be provided. In addition, when the tap 10 is manufactured by performing processing such as blade cutting after sintering the material, it is necessary to consider the strength of the cutting edge, and it is desirable that the ratio of the metal component be 5 wt% or more. .

【0015】ここで、セラミックス粒子として2μm前
後の粉末原料を用いた場合、タップ表面近傍の粒子は、
添加される粒子成長剤や焼結温度、時間および雰囲気等
により変化し、例えば、3倍〜30倍程度に成長する。
タップ10において、ねじ部12の強度が要求される際
には、3倍〜6倍程度まで成長させる一方、主に耐摩耗
性が要求される際には、10倍〜20倍程度まで成長さ
せる。このとき、タップ10の表面近傍の金属成分の割
合は1wt%〜5wt%程度であり、このタップ10の
内部の金属成分の割合は成長度合いや傾斜部24の厚み
等により変化し、例えば、表面近傍で5wt%の場合、
内部で8wt%〜13wt%程度乃至はそれ以上とな
る。
Here, when a powder material of about 2 μm is used as ceramic particles, particles near the tap surface are:
It changes depending on the added particle growth agent, sintering temperature, time, atmosphere, etc., and grows about 3 to 30 times, for example.
In the tap 10, when the strength of the threaded portion 12 is required, the thread is grown up to about 3 to 6 times, while when the wear resistance is mainly required, it is grown up to about 10 to 20 times. . At this time, the ratio of the metal component near the surface of the tap 10 is about 1 wt% to 5 wt%, and the ratio of the metal component inside the tap 10 changes depending on the growth degree, the thickness of the inclined portion 24, and the like. In the case of 5 wt% in the vicinity,
Internally, the content is about 8 wt% to 13 wt% or more.

【0016】金属成分の割合は、上限が15wt%、よ
り好ましくは10wt%に設定される。例えば、深穴加
工では、ガンドリルに近似した長尺なタップ10が用い
られ、高剛性と高強度が要求されるとともに、特に、大
きな引っ張り強度が要求される。この場合、含有する金
属成分の量を増加して折損等を回避しようとする際、金
属成分の割合が15wt%以上になると、耐摩耗性が劣
化するおそれがある。
The upper limit of the ratio of the metal component is set to 15 wt%, more preferably 10 wt%. For example, in deep hole processing, a long tap 10 similar to a gun drill is used, and high rigidity and high strength are required, and particularly, high tensile strength is required. In this case, when trying to avoid breakage or the like by increasing the amount of the contained metal component, if the ratio of the metal component is 15 wt% or more, the abrasion resistance may be deteriorated.

【0017】また、金属成分の割合が15wt%に設定
され、表面近傍で金属成分が5wt%程度のタップ10
において、HR A93程度の硬度を確保しようとした場
合、前記タップ10の直径が25mm程度の大きさであ
れば、タップ中央部の金属成分が20wt%以上程度と
なって、高速度鋼に近い靱性を有して機能的には充分で
ある。
Further, the ratio of the metal component is set to 15 wt%, and the tap 10 having a metal component of about 5 wt% near the surface.
In the case of trying to secure a hardness of about H R A93, if the diameter of the tap 10 is about 25 mm, the metal component at the center of the tap becomes about 20 wt% or more, which is close to high-speed steel. It is tough and functionally sufficient.

【0018】なお、直径が10mm〜20mm程度のタ
ップ10において、上記のようにタップ中央部の金属成
分の量を20wt%以上程度にするためには、複合材中
の前記金属成分の割合を10wt%に設定すればよく、
これ以上の割合で金属成分を添加しても強度や靱性に寄
与することがなく、しかも、タップ10全体の剛性が低
下してしまう。
In the tap 10 having a diameter of about 10 mm to 20 mm, in order to make the amount of the metal component at the center of the tap about 20 wt% or more as described above, the ratio of the metal component in the composite material is set to 10 wt%. Just set it to%,
Even if the metal component is added at a ratio higher than this, it does not contribute to the strength and toughness, and the rigidity of the entire tap 10 is reduced.

【0019】タップ10の傾斜部24の厚さは、数10
0μm、好ましくは0.3mm以上に設定される。タッ
プ10では、金属成分の量と熱伝導および粒子の大きさ
と熱伝導に相関があり、発生する熱応力が熱伝達の勾配
になるため、傾斜部24の厚さが変化することにより熱
応力そのものが変化する。傾斜部24の厚さが数μm〜
数10μmでは、発生する熱応力や加工時の応力の緩和
量が小さく、金属成分の割合を好適にコントロールした
としても所望の効果を得ることができない。
The thickness of the inclined portion 24 of the tap 10 is given by
It is set to 0 μm, preferably 0.3 mm or more. In the tap 10, since the amount of the metal component and the heat conduction and the size of the particles and the heat conduction are correlated, and the generated thermal stress becomes a gradient of the heat transfer, the thermal stress itself is changed by changing the thickness of the inclined portion 24. Changes. The thickness of the inclined portion 24 is several μm or more.
If the thickness is several tens of μm, the amount of relaxation of the generated thermal stress and the stress at the time of processing is small, and a desired effect cannot be obtained even if the ratio of the metal component is appropriately controlled.

【0020】一方、傾斜部24の厚さを大きく設定する
ことが考えられるが、タップ10が大径なものとなって
しまう。実用上のタップ10の直径が25mm程度以下
であるため、傾斜部24の厚さの上限を10mmに設定
する。
On the other hand, it is conceivable that the thickness of the inclined portion 24 is set large, but the tap 10 becomes large in diameter. Since the diameter of the tap 10 in practical use is about 25 mm or less, the upper limit of the thickness of the inclined portion 24 is set to 10 mm.

【0021】タップ10を構成する複合材中のセラミッ
クス成分は、炭化タングステン(WC)、炭化チタン
(TiC)、窒化チタン(TiN)、炭化2モリブデン
(Mo 2 C)、炭化タンタル(TaC)、炭化ニオブ
(NbC)、炭化クロム(Cr32 )または炭化バナ
ジウム(VC)の中から選択される少なくとも一種以上
を主体とするものであり、必要に応じて窒化物、硼化物
あるいは炭窒化物の種々のものをその一部に添加しても
よい。
The ceramic in the composite material constituting the tap 10
The components are tungsten carbide (WC) and titanium carbide
(TiC), titanium nitride (TiN), 2 molybdenum carbide
(Mo TwoC), tantalum carbide (TaC), niobium carbide
(NbC), chromium carbide (CrThreeCTwo) Or carbonized banana
At least one selected from the group consisting of zinc (VC)
With nitrides and borides as necessary
Or even if various carbonitrides are added to some of them
Good.

【0022】セラミックス量は、 85wt%≦WC+TiC+TiN+Mo2 C+TaC
+NbC+Cr3 2 +VC≦97wt% に設定される。これらのセラミックス成分は、タップ1
0による切削時に実際に切削を行うねじ部12の表面層
を構成しており、耐熱性、耐摩耗性および耐蝕性等の性
質を備えている。セラミックス成分が97wt%を超え
ると、金属成分の量が少なくなりすぎ、耐摩耗性は充分
であるものの、強度および靱性が低くなって折損や欠損
が発生し易く、実用に供することが難しい。セラミック
ス成分が85wt%未満では、傾斜部24で金属成分が
漸減する勾配が急峻となり、複合材製タップ10として
の充分な傾斜機能を確保することができない。
The amount of ceramic is 85 wt% ≦ WC + TiC + TiN + Mo 2 C + TaC
+ NbC + Cr 3 C 2 + VC ≦ 97 wt% These ceramic components are
It forms the surface layer of the threaded portion 12 that actually cuts at the time of cutting by zero, and has properties such as heat resistance, wear resistance, and corrosion resistance. If the amount of the ceramic component exceeds 97 wt%, the amount of the metal component becomes too small and the abrasion resistance is sufficient, but the strength and toughness are reduced and breakage and breakage are liable to occur, making it difficult to put to practical use. If the ceramic component is less than 85 wt%, the slope at which the metal component gradually decreases in the inclined portion 24 becomes steep, and a sufficient tilting function as the composite material tap 10 cannot be secured.

【0023】一方、セラミックス成分が85wt%以
上、好ましくは、90wt%〜95wt%では、高硬質
部であるセラミックス部22の厚さを最も薄いところで
0.3mm〜1mm程度確保するとともに、傾斜部24
の厚さを0.3〜10mm以上に構成することができ、
刃先強度の確保や応力緩和層の確保が可能となる。
On the other hand, when the ceramic component is 85% by weight or more, preferably 90% by weight to 95% by weight, the thickness of the ceramic part 22 which is a high hard part is secured to about 0.3 mm to 1 mm at the thinnest part, and the inclined part 24 is formed.
Can be configured to a thickness of 0.3 to 10 mm or more,
It is possible to secure the edge strength and the stress relaxation layer.

【0024】このセラミックス成分のうち、炭化タング
ステンは、複合材セラミックス成分の主体をなすもので
あり、被削材に対応して炭化チタン、窒化チタン、炭化
2モリブデン、炭化タンタル、炭化ニオブ、炭化クロム
または炭化バナジウム等を適宜添加する。例えば、被削
材がアルミニウム乃至アルミニウム合金、銅合金、マグ
ネシウム合金、鋳鉄、ニッケルまたはコバルト基超金等
である場合には、炭化タングステンを主体とし、炭化ニ
オブ、炭化タンタルあるいはその双方を2wt%〜8w
t%程度添加することにより、切削性の向上が図られ
る。
Of these ceramic components, tungsten carbide is a main component of the composite material ceramic component, and corresponds to titanium carbide, titanium nitride, molybdenum carbide 2, tantalum carbide, niobium carbide, chromium carbide according to the work material. Alternatively, vanadium carbide or the like is appropriately added. For example, when the work material is aluminum or an aluminum alloy, a copper alloy, a magnesium alloy, cast iron, nickel or cobalt-based super gold, etc., the main component is tungsten carbide, and niobium carbide, tantalum carbide, or both are 2 wt% or more. 8w
By adding about t%, the machinability is improved.

【0025】また、被削材が鋼やステンレスの鉄系の場
合には、耐摩耗性、耐熱性および耐凝着性等を向上させ
るために、炭化チタン、窒化チタン、炭化クロム、炭化
バナジウムまたは炭化2モリブデンの中から選択される
少なくとも一つの化合物を、15wt%〜45wt%の
範囲内で添加する。
When the work material is an iron-based material such as steel or stainless steel, titanium carbide, titanium nitride, chromium carbide, vanadium carbide or vanadium carbide is used to improve abrasion resistance, heat resistance and adhesion resistance. At least one compound selected from molybdenum carbide is added in a range of 15 wt% to 45 wt%.

【0026】タップ10の表面硬度は、上記の組成範囲
でHR A90〜94.5以上となり、硬質セラミックス
コーティングと比べても良好の値となる。しかも、CV
DやPVD等による硬質セラミックスコーティングで
は、刃先精度の確保が難しく穴精度に影響するが、本実
施形態に係るタップ10では、精度よく仕上げ加工を施
すことができる。このタップ10の表面硬度がHR A9
0未満では、切削精度が低くなり、耐摩耗性も低下して
仕上げ加工される穴精度を有効に維持することが困難に
なる。
The surface hardness of the tap 10 becomes the H R A90~94.5 more than the above composition range, even compared to hard ceramic coating is good value. Moreover, CV
Hard ceramic coatings such as D and PVD make it difficult to secure the cutting edge accuracy and affect the hole accuracy. However, the tap 10 according to the present embodiment can perform finishing with high accuracy. Surface hardness of the tap 10 is H R A9
If it is less than 0, the cutting accuracy is reduced, the wear resistance is also reduced, and it becomes difficult to effectively maintain the accuracy of the finished hole.

【0027】タップ10の表面硬度や強度は、複合材に
含まれるセラミックス成分と関連している。例えば、炭
化タングステンを主体とするものから炭化チタンや窒化
チタン等を含むものに変更すると、硬度がHR A91〜
96となる。また、粒成長促進剤を変えることによって
も、この現象が生ずる。
The surface hardness and strength of the tap 10 are related to the ceramic component contained in the composite material. For example, changing from those mainly comprising tungsten carbide those containing titanium carbide or titanium nitride, hardness H R A91~
96. This phenomenon also occurs by changing the grain growth promoter.

【0028】タップ10では、高硬質部であるセラミッ
クス部22と、傾斜機能部である傾斜部24と、高強度
かつ高靭性部である金属部20とが、このタップ10の
外周形状に沿った形状に形成されている。これは、複合
材に含まれるセラミックス粒子の成長に係るものであ
り、焼結過程で粒成長を促進するような元素化合物を溶
液により含浸させることにより達成される。粒成長促進
材は溶液であり、例えば、軽石に水をしみ込ませるよう
に供給されることから、タップ10の外周形状に沿って
内部に浸透する。
In the tap 10, the ceramic portion 22, which is a high-hardness portion, the inclined portion 24, which is a gradient function portion, and the metal portion 20, which is a high-strength and high-toughness portion, follow the outer peripheral shape of the tap 10. It is formed in a shape. This relates to the growth of ceramic particles contained in the composite material, and is achieved by impregnating a solution with an elemental compound that promotes grain growth in the sintering process. The grain growth promoting material is a solution, for example, is supplied so that water is impregnated into pumice, and thus penetrates inside the tap 10 along the outer peripheral shape thereof.

【0029】傾斜化は、含浸された成形体から水分等の
溶液成分を蒸発させることにより行われる。水分の蒸発
は、成形体の表面からなされるものであり、この成形体
を急激に過熱して成形体内部と成形体表面との温度差を
高く設定する程、その促進剤の濃度の勾配が急激とな
る。また、粒成長促進剤の濃度が高い程、粒成長が大き
くなるため、金属成分が内部に集積されることになる。
The tilting is carried out by evaporating a solution component such as water from the impregnated compact. The evaporation of water is performed from the surface of the molded body, and the gradient of the concentration of the accelerator is increased as the temperature difference between the inside of the molded body and the surface of the molded body is set higher by rapidly heating the molded body. It becomes sudden. In addition, the higher the concentration of the grain growth promoter, the larger the grain growth, so that the metal component is accumulated inside.

【0030】この結果、タップ10の外周形状(刃形
状)に沿った形でセラミックス部22、傾斜部24およ
び金属部20を構成することができる。ここで、セラミ
ックス部22の厚さは、0.3mm〜3mmの範囲内に
設定される。厚さが0.3mm未満では、結晶後の刃先
加工で除去されてしまうおそれがある一方、3mmを超
えると、応力緩和層までの距離が遠くなって緩和作用が
機能せず、刃先チッピングが発生し易くなる。
As a result, the ceramic portion 22, the inclined portion 24, and the metal portion 20 can be formed along the outer peripheral shape (blade shape) of the tap 10. Here, the thickness of the ceramic portion 22 is set in a range of 0.3 mm to 3 mm. If the thickness is less than 0.3 mm, it may be removed by cutting after the crystallization, while if it exceeds 3 mm, the distance to the stress relieving layer becomes too long, the relieving action does not work, and the cutting edge chipping occurs. Easier to do.

【0031】このように、本実施形態に係るタップ10
では、高速度鋼に比べて物性的にも有利であり、加工精
度および加工面が有効に向上することになる。しかも、
タップ10の交換頻度が少なくなり、長期間にわたって
良好に使用することが可能になる。具体的には、同一原
料粒度でかつ同一組成のタップに比べ、抵抗強度が1.
5倍〜2倍に向上し、靭性は相対比較で1.8倍〜3倍
に向上した。さらに、表面硬質強化による強度の向上等
が図られ、例えば、全破断までに要するエネルギーが3
倍〜7倍にアップした。また、従来の超硬材は、引っ張
り応力に弱く、捩り応力のない単純引っ張りでも抗折強
度の1/10〜4/10程度であるのに対し、本実施形
態では、靭性の向上および表面硬質強化によって静的引
っ張り強度が抗折強度の3/10〜6/10に向上し
た。実施例1 実施例1では、平均結晶粒径が2.2μmの炭化タング
ステン(WC)粉末を89wt%、平均粒径が2μmの
炭化ニオブ(NbC)粉末を2wt%、平均粒径が2.
4μmの炭化タンタル(TaC)粉末を1wt%、およ
びコバルト(Co)粉末を8wt%の割合で、有機溶媒
を媒液としてボールミルを用いて72時間充分に混合し
た。この混合物を液分が9%になるように調製した後、
成形用バインダの影響を回避するためにバインダレス
で、金型内静水圧加圧成形法により100MPaの成形
圧力にて外接円がφ25mm×150mmの成形体を成
形した。
As described above, the tap 10 according to the present embodiment
Is advantageous in physical properties as compared with high-speed steel, and the processing accuracy and the processed surface are effectively improved. Moreover,
The frequency of replacement of the tap 10 is reduced, and it is possible to use the tap 10 satisfactorily for a long period of time. Specifically, as compared with taps having the same raw material particle size and the same composition, the resistance strength is 1.
It improved 5 to 2 times, and the toughness increased 1.8 to 3 times in relative comparison. Further, the strength is improved by strengthening the surface hardness.
Up to 7 times. In addition, the conventional cemented carbide is weak to tensile stress and has a flexural strength of about 1/10 to 4/10 even in simple tension without torsional stress. The reinforcement increased the static tensile strength to 3/10 to 6/10 of the transverse rupture strength. Example 1 In Example 1, 89 wt% of tungsten carbide (WC) powder having an average crystal grain size of 2.2 μm, 2 wt% of niobium carbide (NbC) powder having an average grain size of 2 μm, and an average grain size of 2.
4 μm of tantalum carbide (TaC) powder and 1 wt% of cobalt (Co) powder were sufficiently mixed at a ratio of 8 wt% using a ball mill with an organic solvent as a solvent for 72 hours. After preparing this mixture so that the liquid content becomes 9%,
In order to avoid the influence of the molding binder, a molded body having a circumscribed circle of φ25 mm × 150 mm was formed without a binder by a molding pressure of 100 MPa by an in-mold hydrostatic pressure molding method.

【0032】成形後、窒素ガスを流通させながら50P
aで成形体に残存するヘキサンを除去した後、900℃
で30×60秒間の仮焼成を行い、成形体の含浸時にお
ける崩壊を防止した。さらに、仮焼成体の均質性を向上
させるため、焼成後にφ15mmになるように切削加工
が施された。次いで、10%濃度のNi塩水溶液中に仮
焼成体を浸漬し、その後、130℃の排気型熱風乾燥炉
で乾燥処理を施し、仮焼成体内におけるNi濃度の傾斜
化を図った。
After molding, 50 P
After removing the hexane remaining in the molded body in a,
For 30 x 60 seconds to prevent collapse during impregnation of the molded article. Further, in order to improve the homogeneity of the calcined body, a cutting process was performed so as to have a diameter of 15 mm after the burning. Next, the calcined body was immersed in a 10% concentration aqueous solution of Ni salt, and then subjected to a drying treatment in an exhaust-type hot-air drying oven at 130 ° C., thereby steepening the Ni concentration in the calcined body.

【0033】一方、上記の基礎物性において、Ni濃度
を同一としながら、コバルト量を炭化タングステン量の
制御によって増減させ、仮焼成体をNi塩水溶液中に浸
漬するとともに、粉体中に埋設して乾燥させることによ
り均質組成体を得た。
On the other hand, in the above basic physical properties, the amount of cobalt is increased or decreased by controlling the amount of tungsten carbide while keeping the Ni concentration the same, and the calcined body is immersed in an aqueous solution of Ni salt and embedded in powder. By drying, a homogeneous composition was obtained.

【0034】これらを充分に乾燥させた後、窒素流通下
において50Paで1400℃の温度に1時間保持して
焼結処理を施した。図3には、その際、基礎物性とし
て、焼結体の表面からの距離と硬度および靱性の関係が
示されている。
After these were sufficiently dried, they were maintained at a temperature of 1400 ° C. under a flow of nitrogen at 50 Pa for 1 hour to perform a sintering treatment. FIG. 3 shows the relationship between the distance from the surface of the sintered body, hardness, and toughness as basic physical properties at that time.

【0035】ここで、傾斜機能領域は約7mmで、表面
の高硬度均質層の厚さは約0.3mmであり、硬度はH
R A93であった。図3に示す市販材の同等製品では、
硬度がHR A90.5程度であり、この市販材に比べ
て、実施例1の硬度が非常に高い値となった。また、靱
性は、同一試験条件下の測定において市販品の7MPa
1/2 に比べ、内部がその2倍近い値となった。
Here, the gradient functional area is about 7 mm, the thickness of the high hardness homogeneous layer on the surface is about 0.3 mm, and the hardness is H
Was R A93. In the equivalent product of the commercial material shown in FIG.
The hardness was about H R A 90.5, and the hardness of Example 1 was very high compared to this commercial material. The toughness was measured under the same test conditions as that of a commercial product at 7 MPa.
The value inside was almost twice as large as that of m 1/2 .

【0036】さらに、実施例1で得られた焼結体の断面
を顕微鏡を用いて観察し、その粒子の大きさを測定した
ところ、図4に示す結果が得られた。これにより、焼結
体の表面近傍の粒子は、内部に比べて3倍〜4倍程度の
大きさに成長していることが判った。
Further, the cross section of the sintered body obtained in Example 1 was observed using a microscope, and the size of the particles was measured. As a result, the result shown in FIG. 4 was obtained. As a result, it was found that the particles near the surface of the sintered body grew about three to four times as large as the inside.

【0037】図5は、均質組成体としたときの金属コバ
ルト量(%)と抗折強度(GPa)の関係を、Ni粒成
長剤の含浸の有無により比較したものである。これによ
れば、含浸操作を行うことにより、含浸物がセラミック
ス粒子の成長を促進するとともに、バインダの役割を担
うコバルトと密接に結合し、強度の改善が見られた。す
なわち、セラミックス粒子と金属とが従来以上に密接に
結合し、強度の改善効果が高くなった。これにより、実
施例1で得られた焼結体の各性質は、超硬を凌ぐもので
あり、タップとしての性能が飛躍的に向上するという効
果が得られる。
FIG. 5 is a graph comparing the relationship between the amount of metallic cobalt (%) and the transverse rupture strength (GPa) in the case of a homogeneous composition, with and without impregnation of a Ni grain growth agent. According to this, by performing the impregnation operation, the impregnated material promoted the growth of the ceramic particles, and was closely bonded to cobalt, which plays a role of a binder, and the strength was improved. That is, the ceramic particles and the metal were more closely bonded than before, and the effect of improving the strength was enhanced. As a result, the properties of the sintered body obtained in Example 1 are superior to those of the carbide, and the effect of dramatically improving the performance as a tap can be obtained.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明に係る複合材製タップでは、タッ
プ内部からタップ表面に向かうに従って、複合材中の金
属成分の割合が漸減するため、実際に加工を行う切刃部
分が高硬度でかつ耐摩耗性を有する一方、タップ内部が
高靱性かつ高強度を有するとともに、この間の組成や物
性が緩やかに変化する。これにより、高速加工に適する
とともに、耐用性が大幅に向上することになる。
In the composite tap according to the present invention, since the ratio of the metal component in the composite gradually decreases from the inside of the tap toward the tap surface, the cutting edge portion to be actually processed has a high hardness and While having abrasion resistance, the inside of the tap has high toughness and high strength, and the composition and physical properties during this change gradually. Thereby, while being suitable for high-speed machining, the durability is greatly improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施形態に係る複合材製タップの側面
説明図である。
FIG. 1 is an explanatory side view of a composite tap according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1中、II−II線断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG.

【図3】タップ表面からの硬度と靱性の関係を示す図で
ある。
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between hardness and toughness from a tap surface.

【図4】ニッケル添加による炭化タングステン粒子の成
長状態の説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram of a growth state of tungsten carbide particles by adding nickel.

【図5】金属量と強度およびニッケル含浸処理の関係を
示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of metal, strength, and nickel impregnation.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…タップ 12…ねじ部 14…シャンク部 16…溝 18…ランド 20…金属部 22…セラミックス部 24…傾斜部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Tap 12 ... Screw part 14 ... Shank part 16 ... Groove 18 ... Land 20 ... Metal part 22 ... Ceramics part 24 ... Inclined part

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】セラミックス成分と金属成分とを含む複合
材で構成されるとともに、 タップ内部からタップ表面に向かうに従って、前記複合
材中の前記金属成分の割合が漸減することを特徴とする
複合材製タップ。
1. A composite material comprising a composite material containing a ceramic component and a metal component, wherein the ratio of the metal component in the composite material gradually decreases from the inside of the tap toward the tap surface. Made tap.
【請求項2】請求項1記載の複合材製タップにおいて、
前記金属成分の割合が漸減する傾斜部の厚さが、0.3
mm〜10mmの範囲内に設定されることを特徴とする
複合材製タップ。
2. The composite tap according to claim 1, wherein
The thickness of the inclined portion where the ratio of the metal component gradually decreases is 0.3
A composite tap set in a range of 10 mm to 10 mm.
【請求項3】請求項1または2記載の複合材製タップに
おいて、前記複合材中の前記金属成分は、周期表のVI
II族のFe、NiまたはCoの中から選択される少な
くとも一種以上の金属成分であり、 前記複合材中の前記セラミックス成分は、WC、Ti
C、TiN、Mo2 C、TaC、NbC、Cr3 2
たはVCの中から選択される少なくとも一種以上のセラ
ミックス成分であり、かつ、セラミックス量が、 85wt%≦WC+TiC+TiN+Mo2 C+TaC
+NbC+Cr3 2 +VC≦97wt% に設定されることを特徴とする複合材製タップ。
3. The composite material tap according to claim 1, wherein the metal component in the composite material is VI in a periodic table.
At least one metal component selected from the group II Fe, Ni or Co; and the ceramic component in the composite material is WC, Ti
C, TiN, a Mo 2 C, TaC, NbC, Cr 3 C 2 , or at least one or more ceramic components selected from the VC, and ceramic weight, 85wt% ≦ WC + TiC + TiN + Mo 2 C + TaC
A composite material tap characterized by being set to + NbC + Cr 3 C 2 + VC ≦ 97 wt%.
【請求項4】請求項1乃至3のいずれか1項に記載の複
合材製タップにおいて、前記タップ表面の硬度がHR
90以上であることを特徴とする複合材製タップ。
4. A composite material tap according to any one of claims 1 to 3, the hardness of the tap surface H R A
A composite tap characterized by being 90 or more.
【請求項5】請求項1乃至4のいずれか1項に記載の複
合材製タップにおいて、前記タップ表面には刃形状に沿
って高硬質部が設けられるとともに、前記高硬質部の厚
さが、0.3mm〜3mmの範囲内に設定されることを
特徴とする複合材製タップ。
5. The composite material tap according to claim 1, wherein a high hard portion is provided on the surface of the tap along a blade shape, and a thickness of the high hard portion is reduced. , Set in the range of 0.3 mm to 3 mm.
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