JP2017096820A - Abrasion resistance evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐摩耗性評価方法に関する。 The present invention relates to a wear resistance evaluation method.
従来、金属部品等において表面強度の向上や耐摩耗性の向上のため、部品表面に皮膜をコーティングする技術が知られている。このようなコーティング皮膜について、膜の強度や耐摩耗性等の特性を評価するための方法や装置が必要である。下記特許文献1〜3には、このような評価方法及び評価装置の例として、皮膜が形成された被験体に対して液体に砥粒が混入した摩耗材を噴射し、砥粒の衝突による皮膜の減量によって膜特性を評価する方法及び装置が開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for coating a film on a part surface to improve surface strength and wear resistance in a metal part or the like is known. For such a coating film, a method and an apparatus for evaluating properties such as the strength and abrasion resistance of the film are required. In
下記特許文献1,2には、液体に砥粒が混入した摩耗材を被験体に噴射する噴射部と、摩耗材を収納する収納部と、噴射後の摩耗材を回収する回収部と、を備えた皮膜評価装置を用いて、砥粒の衝突による皮膜の減量と使用された砥粒の量との関係から膜特性を評価する方法が開示されている。また下記特許文献3には、噴射部から被験体に摩耗材を噴射可能な位置と、計測部により膜特性を評価可能な位置と、を自動的に切り替える機構を備えた皮膜評価装置が開示されている。
In the following
上記特許文献1〜3に開示された皮膜の耐摩耗性評価方法では、定形の被験体が準備され、その平坦面に向かって摩耗材が噴射され、当該摩耗材の衝突による皮膜の摩耗量を測定することにより、皮膜の耐久性(すなわち被覆工具の耐久性)が評価される。この評価方法は、定形の被験体を用いて行われるものに過ぎず、切削工具等の実際に使用される工具の形状を有する被験体を用いたものではない。そのため、従来では、切削工具の切れ刃等のような稜部において皮膜の摩耗が特に進行し易い治工具部品の実使用時における摩耗挙動を模擬することができず、これと相関性のある評価試験を行うことが困難であった。
In the method for evaluating the abrasion resistance of the film disclosed in
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、稜部において皮膜の摩耗が特に進行し易い部材の実使用時における摩耗挙動を模擬した評価試験を可能とする耐摩耗性評価方法を提供することである。 The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is wear resistance that enables an evaluation test that simulates the wear behavior during actual use of a member that is particularly prone to wear of the coating at the ridge. It is to provide an evaluation method.
本発明の一局面に係る耐摩耗性評価方法は、被験体を被覆する硬質皮膜に摩耗材を衝突させたときの摩耗挙動により前記硬質皮膜の耐摩耗性を評価する耐摩耗性評価方法である。上記耐摩耗性評価方法は、硬質皮膜により被覆され、隣り合う複数の面が交わった稜部を有する被験体を準備するステップと、前記摩耗材の供給側に前記稜部が向くように前記被験体を設置するステップと、前記稜部に向かって供給される前記摩耗材を衝突させたときの摩耗挙動により前記硬質皮膜の耐摩耗性を評価するステップと、を備える。 An abrasion resistance evaluation method according to one aspect of the present invention is an abrasion resistance evaluation method for evaluating the abrasion resistance of the hard coating according to the wear behavior when a wear material collides with a hard coating covering a subject. . The wear resistance evaluation method includes the steps of: preparing a subject having a ridge that is covered with a hard film and intersecting a plurality of adjacent surfaces; and the test so that the ridge is directed to the wear material supply side. A step of installing a body, and a step of evaluating the wear resistance of the hard coating based on a wear behavior when the wear material supplied toward the ridge is collided.
本発明者は、切削工具のように物体の稜部において皮膜の摩耗が特に進行し易い部材の実使用時における皮膜の摩耗挙動を模擬することについて鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得て、本発明に想到した。 The inventor has intensively studied to simulate the wear behavior of a film during actual use of a member such as a cutting tool in which the wear of the film is particularly likely to proceed at the ridge portion of the object. As a result, the following knowledge was obtained and the present invention was conceived.
切削工具の使用時に生じる摩耗は、すくい面摩耗と逃げ面摩耗とに分類され、特に被削面と摺動するすくい面においてはアブレシブ摩耗が支配的になる。すくい面摩耗は、切れ刃(エッジ部)の皮膜が消失して工具表面が露出するまでの間は皮膜表面から工具と皮膜との界面に向かって厚み方向に進行し、工具が露出した後は工具と皮膜との境界部分が切れ刃の先端から徐々に移動することにより進行する。つまり、切削工具の実使用時では、工具の露出後においては皮膜単独で摩耗が進行するのではなく、工具と皮膜との密着性などの影響も考えられる複雑な摩耗挙動を示す。本発明者は、上述のような摩耗挙動、特に工具の露出後における摩耗挙動を模擬することについて着目し、詳細な検討を行った結果、切削工具の切れ刃のような物体の稜部に向かって摩耗材を衝突させる方法に着想した。 Wear that occurs when using a cutting tool is classified into rake face wear and flank face wear, and abrasive wear is dominant on rake faces that slide with the cut surface. Rake surface wear progresses in the thickness direction from the coating surface to the interface between the tool and the coating until the tool surface is exposed after the coating of the cutting edge (edge) disappears, and after the tool is exposed It progresses by the boundary part of a tool and a film | membrane moving gradually from the front-end | tip of a cutting blade. That is, during actual use of the cutting tool, after the exposure of the tool, wear does not proceed by the coating alone, but shows a complicated wear behavior that may be affected by the adhesion between the tool and the coating. The inventor paid attention to simulating the wear behavior as described above, in particular, the wear behavior after the exposure of the tool, and as a result of detailed examination, the inventor was directed to the ridge portion of the object such as the cutting edge of a cutting tool. The idea was to make the wear material collide.
本発明に係る耐摩耗性評価方法では、被験体の稜部に向かって摩耗材を供給し、当該摩耗材を衝突させることで当該稜部において被験体が露出するように皮膜を厚み方向に摩耗させ、その後、皮膜の側部に摩耗材を衝突させることで被験体と皮膜との境界部分が移動するように皮膜の摩耗を進行させることができる。従って、上記耐摩耗性評価方法によれば、切削工具の稜部のように実使用時に皮膜の摩耗が特に進行し易い部位での摩耗挙動を模擬することが可能となり、これと相関性のある耐摩耗試験を行うことができる。 In the wear resistance evaluation method according to the present invention, the wear material is supplied toward the ridge portion of the subject, and the coating is worn in the thickness direction so that the subject is exposed at the ridge portion by colliding the wear material. Then, the wear of the coating can be advanced so that the boundary between the subject and the coating moves by causing the wear material to collide with the side of the coating. Therefore, according to the wear resistance evaluation method, it is possible to simulate the wear behavior in a portion where the wear of the film is particularly likely to proceed during actual use, such as the ridge portion of a cutting tool, and there is a correlation with this. An abrasion resistance test can be performed.
上記耐摩耗性評価方法において、前記摩耗材は、硬質粉末が分散した液体であってもよい。 In the wear resistance evaluation method, the wear material may be a liquid in which hard powder is dispersed.
切削工具のすくい面摩耗においては、すくい面と摺動する被削材は、当該すくい面に略平行に移動する。ここで、硬質粉末を液体に分散させずにそのまま噴射した場合には、被験体表面で反射してしまうため、被験体表面に平行に硬質粉末を移動させることが困難である。これに対して、上記耐摩耗性評価方法では、硬質粉末を液体に分散させた摩耗材を供給することにより、硬質粉末の被験体表面での反射が抑制され、衝突後においても被験体表面に沿って平行に摩耗材を移動させることができる。これにより、実際の切削工具の使用時に近い皮膜の摩耗挙動を再現することができる。また、硬質粉末をそのまま噴射した場合に比べて、より局部的かつ均一に摩耗材を衝突させることも可能になる。 In rake face wear of a cutting tool, a work material that slides on the rake face moves substantially parallel to the rake face. Here, when the hard powder is sprayed as it is without being dispersed in the liquid, it is reflected on the surface of the subject, so that it is difficult to move the hard powder parallel to the surface of the subject. In contrast, in the wear resistance evaluation method described above, by supplying a wear material in which hard powder is dispersed in a liquid, reflection of the hard powder on the surface of the subject is suppressed, and even after a collision, The wear material can be moved in parallel along. Thereby, it is possible to reproduce the wear behavior of the film close to the actual use of the cutting tool. In addition, compared with the case where the hard powder is sprayed as it is, the wear material can be collided more locally and uniformly.
上記耐摩耗性評価方法において、前記耐摩耗性を評価するステップは、前記被験体の露出後において、前記被験体と前記硬質皮膜との境界部分の移動速度を測定する後評価ステップを含んでいてもよい。 In the wear resistance evaluation method, the step of evaluating the wear resistance includes a post-evaluation step of measuring a moving speed of a boundary portion between the subject and the hard coating after the subject is exposed. Also good.
これにより、皮膜が厚み方向に減量する摩耗挙動だけでなく、被験体表面の露出部分が面方向に広がる摩耗挙動も評価することができる。つまり、被験体と皮膜との密着性が影響する摩耗挙動も考慮して耐摩耗性を評価することができる。そのため、切削工具の実使用時に近い摩耗挙動を模擬した耐摩耗性評価が可能になる。 Accordingly, it is possible to evaluate not only the wear behavior in which the film is reduced in the thickness direction but also the wear behavior in which the exposed portion of the subject surface spreads in the plane direction. That is, the wear resistance can be evaluated in consideration of the wear behavior influenced by the adhesion between the subject and the film. Therefore, it becomes possible to evaluate the wear resistance simulating the wear behavior close to the actual use of the cutting tool.
上記耐摩耗性評価方法において、前記後評価ステップでは、前記被験体の表面における露出部分の幅の時間変化により、前記境界部分の移動速度を測定してもよい。 In the wear resistance evaluation method, in the post-evaluation step, the moving speed of the boundary portion may be measured by a time change of the width of the exposed portion on the surface of the subject.
皮膜の摩耗により被験体表面に形成される露出部分の幅は、画像解析などの簡易な方法によって容易に測定することができる。そのため、当該露出部分の幅を経時的に測定することにより、被験体と皮膜との境界部分の移動速度を容易に測定することができる。 The width of the exposed portion formed on the surface of the subject due to wear of the film can be easily measured by a simple method such as image analysis. Therefore, by measuring the width of the exposed part over time, the moving speed of the boundary part between the subject and the film can be easily measured.
上記耐摩耗性評価方法において、前記耐摩耗性を評価するステップは、前記被験体の露出前における前記硬質皮膜の厚み方向への摩耗速度を測定する前評価ステップをさらに含んでいてもよい。 In the wear resistance evaluation method, the step of evaluating the wear resistance may further include a pre-evaluation step of measuring a wear rate in a thickness direction of the hard coating before the subject is exposed.
これにより、被験体の露出後において被験体と皮膜との境界部分が移動する摩耗挙動だけでなく、被験体の露出前において皮膜が厚み方向に減量する摩耗挙動も考慮して耐摩耗性を評価することができる。そのため、切削工具の実使用時にさらに近い摩耗挙動を模擬した耐摩耗性評価が可能になる。 As a result, the wear resistance is evaluated in consideration of not only the wear behavior in which the boundary between the subject and the film moves after the subject is exposed, but also the wear behavior in which the film is reduced in the thickness direction before the subject is exposed. can do. Therefore, it becomes possible to evaluate the wear resistance that simulates the wear behavior that is closer to the actual use of the cutting tool.
上記耐摩耗性評価方法において、前記被験体は、切削工具の刃先部であってもよい。前記稜部は、前記刃先部において被削材を切削する切れ刃であってもよい。 In the wear resistance evaluation method, the subject may be a cutting edge of a cutting tool. The ridge may be a cutting edge that cuts a work material at the cutting edge.
これにより、摩耗材の衝突により切れ刃において工具表面が露出するように皮膜を厚み方向に摩耗させ、その後、工具と皮膜との境界部分が移動するように皮膜を摩耗させることができる。従って、切削工具の実使用時における摩耗挙動を模擬した耐摩耗性評価試験が可能になる。 Thus, the coating can be worn in the thickness direction so that the tool surface is exposed at the cutting edge due to the collision of the wear material, and then the coating can be worn so that the boundary portion between the tool and the coating moves. Therefore, a wear resistance evaluation test simulating the wear behavior during actual use of the cutting tool is possible.
本発明によれば、稜部において皮膜の摩耗が特に進行し易い部材の実使用時における摩耗挙動を模擬した評価試験を可能とする耐摩耗性評価方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the abrasion-resistance evaluation method which enables the evaluation test which simulated the wear behavior at the time of actual use of the member in which wear of a film | membrane is especially easy to advance in a ridge part can be provided.
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態につき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(試験装置)
まず、本実施形態に係る耐摩耗性評価方法に使用される試験装置1の構成について、図1を参照して説明する。
(Test equipment)
First, the configuration of the
試験装置1は、硬質粉末が液体に分散した摩耗材Sを圧縮空気により加速して被験体10に向かって噴射するマイクロスラリージェットエロージョン(MSE)方式の装置である。試験装置1は、循環式のMSE試験機であって、被験体10がセットされるテーブル2と、被験体10に向かって摩耗材Sを噴射するノズル4と、被験体10への摩耗材Sの噴射が行われるタンク8と、タンク8内において摩耗材Sを攪拌するミキサー7と、ノズル4に圧縮空気を供給する空気供給部5と、を有する。
The
テーブル2は、タンク8内の上部空間に配置され、被験体10がセットされる設置面2Aを有する。図1では、被験体10の表面がノズル4に向く姿勢となっているが、設置面2Aは、被験体10の稜部がノズル4(噴射口4A)に向く姿勢で設置可能なように構成されている。
The table 2 is disposed in an upper space in the
ミキサー7は、タンク8内の下部に配置されている。ミキサー7は、ノズル4から被験体10に噴射された後、タンク8の下部空間に貯留される摩耗材Sを攪拌する。ミキサー7においてプロペラよりも上側の部分には、吸入孔6が形成されている。試験装置1は、循環式の装置であるため、当該吸入孔6から吸い上げた摩耗材Sを再びノズル4に供給可能に構成されている。
The
空気供給部5は、エアーコンプレッサー5Aと、エアーコンプレッサー5Aとノズル4とを接続する空気配管5Bと、空気配管5Bの途中に設けられたレギュレーター5C、圧力センサ5D及び電磁弁5Eと、によって構成されている。エアーコンプレッサー5Aで発生させた圧縮空気は空気配管5Bを通じてノズル4に供給される。圧縮空気の流量はレギュレーター5Cにより調節され、圧力センサ5Dにより圧力が測定される。また電磁弁5Eを開閉することにより、空気配管5B内における圧縮空気の流通及び遮断が切り替えられる。電磁弁5Eにはタイマー5Fが設けられている。
The air supply unit 5 includes an
ノズル4は、圧縮空気によって加速された摩耗材Sをテーブル2上の被験体10に向かって噴射する。ノズル4は、摩耗材Sを噴射するための噴射口4Aを有する。ノズル4は、タンク8の側面(右側面)からテーブル2に向かって摩耗材Sを噴射できるように、噴射口4Aを水平方向に向けた状態でタンク8の上部側面に設置されている。
The
(計測器)
次に、摩耗材Sを噴射した後の被験体10の各種計測を行うための計測器について説明する。この計測器は、上記試験装置1に設けられたものではなく、別の装置である。
(Measuring instrument)
Next, a measuring instrument for performing various measurements of the subject 10 after the wear material S is injected will be described. This measuring instrument is not provided in the
この計測器は、光学顕微鏡や電子顕微鏡などの画像取得手段と、取得された画像を表示するディスプレイなどの画像表示手段と、取得された画像を解析する画像解析手段と、被験体10を被覆する皮膜の摩耗速度の演算等を行う演算手段と、光学式又は触針式の形状測定手段と、を有する。 The measuring instrument covers the subject 10 with an image acquisition unit such as an optical microscope or an electron microscope, an image display unit such as a display for displaying the acquired image, an image analysis unit for analyzing the acquired image, and the subject 10. Computation means for computing the wear rate of the film and the like, and optical or stylus shape measurement means.
試験者は、摩耗材Sの噴射によって被験体10を被覆する皮膜が消失し、被験体10が露出したことを、画像表示手段において確認することができる。そして、被験体10が露出するまでの時間と試験開始前の皮膜の厚みとに基づいて、演算手段により皮膜の厚み方向の摩耗速度を算出することができる。また試験者は、被験体10の露出部分の幅を画像解析手段により測定することができる。そして、当該露出部分の幅の時間変化に基づいて、演算手段により皮膜の面方向の摩耗速度を算出することができる。 The tester can confirm in the image display means that the film covering the subject 10 has disappeared by the injection of the wear material S and the subject 10 has been exposed. Based on the time until the subject 10 is exposed and the thickness of the film before the start of the test, the wear rate in the thickness direction of the film can be calculated by the calculation means. Further, the tester can measure the width of the exposed portion of the subject 10 by the image analysis means. Then, the wear rate in the surface direction of the film can be calculated by the calculation means based on the time change of the width of the exposed portion.
図2は、摩耗材Sを噴射した後の被験体10の表面形状を形状測定手段(二次元粗さ計)を用いて測定する様子を示している。摩耗材Sの噴射によって被験体10の表面は摩耗し、これによりエロージョン痕10Aが形成される。図2中の破線31に示すように、エロージョン痕10Aを触針式のプローブ30でなぞることにより、断面形状を測定することができる。このような形状測定と摩耗材Sの噴射とを繰り返すことで、被験体10の断面形状を経時的に観察することができる。
FIG. 2 shows how the surface shape of the subject 10 after the wear material S is injected is measured using a shape measuring means (two-dimensional roughness meter). The surface of the subject 10 is abraded by the injection of the wear material S, thereby forming an
(耐摩耗性評価方法)
次に、上記試験装置1を用いて実施される本実施形態に係る耐摩耗性評価方法について、図3に示すフローチャートに沿って説明する。
(Abrasion resistance evaluation method)
Next, the wear resistance evaluation method according to the present embodiment, which is performed using the
まず、被験体を準備するステップS10が実施される。このステップS10では、被験体10として、図4に示す切削工具のインサート(刃先部)が準備される。 First, step S10 for preparing a subject is performed. In step S <b> 10, an insert (cutting edge part) of the cutting tool shown in FIG. 4 is prepared as the subject 10.
このインサートは、切削工具のシャンク先端に取り付けて使用される。被験体10は、平面視で四角形状を有し、超硬合金などの硬質材料からなる。被験体10は、被削材(図示しない)に食い込んですくい上げる部分であるすくい面11と、被削材との接触を避けるために逃がされた部分である逃げ面12と、を有する。すくい面11が逃げ面12と繋がる部分が切れ刃13となっている。切れ刃13は、被削材に接触して切削する部分であり、隣り合うすくい面11と逃げ面12とが交わった稜線を含む稜部である。被験体10の四隅には、すくい面11とこれに隣り合う2つの逃げ面12とが交わった頂点部14(稜部)が設けられている。被験体10の表面は、例えばTiAlNなどの金属セラミックス材料からなる硬質皮膜により被覆されている。この硬質皮膜は、AIP(アークイオンプレーティング)法などの所定の成膜法によって被験体10上に形成されている。
This insert is used by being attached to a shank tip of a cutting tool. The subject 10 has a quadrangular shape in plan view and is made of a hard material such as cemented carbide. The subject 10 has a
次に、被験体を設置するステップS20が実施される。このステップS20では、上記ステップS10で準備された被験体10が、試験装置1(図1)のテーブル2上にセットされる。ここで、被験体10は、図5に示すように、摩耗材Sの噴射方向に対して所定の傾斜角θを成すように傾いた状態で設置面2Aに設置される。これにより、被験体10の稜部(切れ刃)13が摩耗材Sの供給側(すなわち噴射口4A側)に向いた状態となり、後述のステップS30においてノズル4から稜部13に向かって摩耗材Sを噴射することができる。被験体10は、任意の手段によって上記傾斜状態で設置することが可能であり、例えば治具を用いて傾斜させてもよいし、テーブル2自体を傾斜させてもよい。
Next, step S20 for installing the subject is performed. In this step S20, the subject 10 prepared in step S10 is set on the table 2 of the test apparatus 1 (FIG. 1). Here, as shown in FIG. 5, the subject 10 is installed on the
被験体10は、すくい面11及び逃げ面12の両面に対して均等に摩耗材Sが噴射されるように傾斜角θが45°で設置されることが好ましいが、すくい面11及び逃げ面12のうちいずれか一方の面に対して重点的に摩耗材Sを噴射する場合には、それに応じて傾斜角θが調整されてもよい。具体的には、すくい面11に対して重点的に噴射する場合には傾斜角θが45°を超える値に設定されてもよいし、逃げ面12に重点的に噴射する場合には傾斜角θが45°未満の値に設定されてもよい。
The subject 10 is preferably installed at an inclination angle θ of 45 ° so that the wear material S is evenly injected to both the
次に、硬質皮膜の耐摩耗性を評価するステップS30が実施される。このステップS30では、図6に示すように、硬質粉末が液体に分散した摩耗材Sが被験体10の稜部13に向かって噴射され、摩耗材Sを硬質皮膜20に衝突させたときの摩耗挙動により硬質皮膜20の耐摩耗性が評価される。
Next, step S30 for evaluating the wear resistance of the hard coating is performed. In this step S30, as shown in FIG. 6, the wear material S in which the hard powder is dispersed in the liquid is sprayed toward the
このステップS30は、以下に説明するように、被験体10の露出前に実施される前評価ステップS31と、被験体10の露出後に実施される後評価ステップS32と、を含む。図6上段は、摩耗材Sの噴射方向に対して垂直な方向から見たときの硬質皮膜20の摩耗挙動を示しており、図6下段は、摩耗材Sの噴射方向から見たときの硬質皮膜20の摩耗挙動を示している。図6(A)は、被験体10が露出する前の状態を示し、図6(B)は、被験体10が露出した時点の状態を示し、図6(C)は、被験体10が露出した後の状態を示している。
As described below, this step S30 includes a pre-evaluation step S31 performed before the subject 10 is exposed and a post-evaluation step S32 performed after the subject 10 is exposed. The upper part of FIG. 6 shows the wear behavior of the
摩耗材Sに含まれる硬質粉末は、アルミナ(コランダム)、SiC(アランダム)又はダイヤモンド粒子などの硬質粒子からなる。この硬質粒子の粒径は、0.5〜100μm程度であるが、被験体10の形状や硬質皮膜20の種類及び膜厚によって適宜選択することができる。また摩耗材Sの噴射速度、噴射量及び稜部13と噴射口4Aとの間の距離も自由に設定可能であり、硬質粒子の粒径と同様に適宜選択することができる。
The hard powder contained in the wear material S is made of hard particles such as alumina (corundum), SiC (alundum) or diamond particles. The particle size of the hard particles is about 0.5 to 100 μm, but can be appropriately selected depending on the shape of the subject 10, the type and thickness of the
まず、前評価ステップS31では、図6(A)に示すように、被験体10の稜部13に向かって摩耗材Sが噴射され、摩耗材S中の硬質粉末との衝突により硬質皮膜20が厚み方向に摩耗する。このステップS31では、稜部13において硬質皮膜20が消失して被験体10が露出する前において、硬質皮膜20の厚み方向への摩耗速度が測定される。
First, in the pre-evaluation step S31, as shown in FIG. 6A, the wear material S is sprayed toward the
具体的には、摩耗材Sを所定時間噴射した後、図2に示すように二次元粗さ計により稜部13の形状を測定し、これを試験開始前の稜部13の形状と比較することにより摩耗速度が測定される。つまり、摩耗材Sの噴射時間とその間における硬質皮膜20の膜厚減少量とによって摩耗速度が算出される。また、画像表示手段により被験体10の露出を確認し、被験体10が露出するまでの時間と試験開始前における硬質皮膜20の膜厚とに基づいて摩耗速度が算出されてもよい。
Specifically, after injecting the wear material S for a predetermined time, the shape of the
次に、後評価ステップS32では、稜部13において硬質皮膜20が消失して被験体10が露出した後(図6(B))、当該稜部13に向かって摩耗材Sが引き続き噴射される。硬質皮膜20は、すくい面11及び逃げ面12に沿う表面20Bと、これに交差する側面20Aと、を含む。摩耗材Sは、図6(B)及び(C)に示すように、すくい面11及び逃げ面12に沿って稜部13から離れる方向に流れる。摩耗材S中の硬質粉末は硬質皮膜20の側面20Aに衝突し、これにより被験体10と硬質皮膜20との境界部分A1,A2が稜部13から離れる方向に移動するように硬質皮膜20の摩耗が進行する。つまり、稜部13を起点として、すくい面11及び逃げ面12の各々の面内において硬質皮膜20の摩耗が進行する。このステップS32では、上記摩耗挙動における境界部分A1,A2の移動速度が測定される。
Next, in the post-evaluation step S32, after the
具体的には、光学顕微鏡により被験体10表面の画像が取得され、取得された画像がディスプレイ上に表示される。そして、画像解析により、図7に示すように被験体と硬質皮膜との境界部分を示す境界位置L1,L2が決定される。ここで、境界部分の位置は、稜部13が延びる方向においてばらつきが生じるため、境界位置L1,L2は、その平均位置として決定されてもよい。しかし、境界位置L1,L2の決定はこれに限定されず種々の方法が可能であり、例えば稜部13が延びる方向における特定の位置のみに基づいて決定されてもよい。この境界位置L1,L2を経時的に測定し、その時間変化によって境界部分A1,A2が稜部13から離れる方向(図6(C)下段の矢印)に移動する速度が測定される。
Specifically, an image of the surface of the subject 10 is acquired by an optical microscope, and the acquired image is displayed on the display. Then, boundary positions L1 and L2 indicating the boundary portion between the subject and the hard coating are determined by image analysis as shown in FIG. Here, since the position of the boundary portion varies in the direction in which the
また、ディスプレイ上に表示された被験体10表面の画像において、画像解析により露出部分Bの幅Wを摩耗幅として測定し、その時間変化により境界部分A1,A2の移動速度が測定されてもよい。幅Wは、図6(C)下段に示すように、すくい面11における被験体10と硬質皮膜20との境界部分A1と、逃げ面12における被験体10と硬質皮膜20との境界部分A2との間の距離である。以上のステップS10〜S30を順に実施することにより、本実施形態に係る耐摩耗性評価方法が完了する。
Further, in the image of the surface of the subject 10 displayed on the display, the width W of the exposed portion B may be measured as an abrasion width by image analysis, and the moving speed of the boundary portions A1 and A2 may be measured by the change over time. . As shown in the lower part of FIG. 6C, the width W includes a boundary portion A1 between the subject 10 and the
(作用効果)
次に、上記本実施形態に係る耐摩耗性評価方法の特徴及びその作用効果について説明する。
(Function and effect)
Next, features of the wear resistance evaluation method according to the present embodiment and its operation and effects will be described.
本実施形態に係る耐摩耗性評価方法は、稜部13を有する被験体10を準備するステップS10と、摩耗材Sの供給側に稜部13が向くように被験体10を設置するステップS20と、稜部13に向かって供給される摩耗材Sを衝突させたときの摩耗挙動により硬質皮膜20の耐摩耗性を評価するステップS30と、を備えている。
The wear resistance evaluation method according to the present embodiment includes a step S10 for preparing the subject 10 having the
図8は、すくい面110及び逃げ面120が設けられた切削工具の刃先部(インサート)100を示し、図9は、図8中の矢印部分において断面視したインサート100を示している。切削工具のすくい面110における摩耗は、切れ刃(稜部)130において硬質皮膜200が消失して工具表面が露出した後、図9(A)及び(B)に示すように、インサート100と硬質皮膜200との境界部分A1が稜部130から離れる方向(図中矢印方向)に徐々に移動することにより進行する。これにより、図9(A)及び(B)に示すように、すくい面110においてインサート100の露出部分が拡大し、摩耗幅Wが徐々に大きくなる。このように、切削工具の実使用時における摩耗は、インサートが露出した後においては、厚み方向に減量する挙動だけでなく、インサートと皮膜との密着性により影響される複雑な挙動を示す。
FIG. 8 shows a cutting edge portion (insert) 100 of a cutting tool provided with a
これに対して、本実施形態に係る耐摩耗性評価方法では、図6に示すように、被験体10の稜部13に向かって摩耗材Sを噴射し、摩耗材S中の硬質粉末を衝突させることで当該稜部13において被験体10が露出するように硬質皮膜20を厚み方向に摩耗させ、その後、硬質皮膜20の側面20Aに硬質粉末を衝突させることで被験体10と硬質皮膜20との境界部分A1,A2が移動するように硬質皮膜20の摩耗を進行させることができる。従って、上記耐摩耗性評価方法によれば、切削工具の実使用時における摩耗挙動を模擬することが可能となり、これと相関性のある耐摩耗試験を行うことができる。
On the other hand, in the wear resistance evaluation method according to the present embodiment, as shown in FIG. 6, the wear material S is injected toward the
上記耐摩耗性評価方法では、硬質粉末が分散した液体が摩耗材Sとして用いられる。これにより、被験体10表面での硬質粉末の反射が抑制され、当該硬質粉末を被験体10表面に沿って略平行に移動させることが可能となり、切削工具の実使用時に近い皮膜の摩耗挙動を再現することができる。また硬質粉末をそのまま投射した場合に比べて、より局部的かつ均一に硬質粉末を衝突させることができる。 In the wear resistance evaluation method, a liquid in which hard powder is dispersed is used as the wear material S. Thereby, the reflection of the hard powder on the surface of the subject 10 is suppressed, and the hard powder can be moved substantially parallel along the surface of the subject 10, so that the wear behavior of the film close to the actual use of the cutting tool can be achieved. Can be reproduced. Moreover, compared with the case where hard powder is projected as it is, hard powder can collide more locally and uniformly.
上記耐摩耗性を評価するステップS30は、被験体10の露出後において、被験体10と硬質皮膜20との境界部分A1,A2の移動速度を測定する後評価ステップS32を含む。このステップS32により、硬質皮膜20が厚み方向に減量する摩耗挙動だけでなく、被験体10表面の露出部分Bが面方向に広がる摩耗挙動も評価することができる。従って、被験体10と硬質皮膜20との密着性が影響する摩耗挙動を考慮した耐摩耗性評価が可能になる。また境界部分A1,A2の移動速度は、被験体10表面における露出部分Bの幅Wの時間変化に基づいて測定されてもよい。
The step S30 for evaluating the wear resistance includes a post-evaluation step S32 for measuring the moving speed of the boundary portions A1 and A2 between the subject 10 and the
上記耐摩耗性を評価するステップS30は、被験体10の露出前における硬質皮膜20の厚み方向への摩耗速度を測定する前評価ステップS31を含む。このステップS31により、被験体10表面の露出後において被験体10と硬質皮膜20との境界部分A1,A2が移動する摩耗挙動だけでなく、被験体10表面の露出前において硬質皮膜20が厚み方向に減量する摩耗挙動も考慮して耐摩耗性を評価することができる。そのため、切削工具の実使用状態により近い摩耗挙動を模擬することができる。
The step S30 for evaluating the wear resistance includes a pre-evaluation step S31 for measuring the wear rate in the thickness direction of the
(その他実施形態)
上記実施形態において、被験体10の切れ刃13に向かって摩耗材Sを噴射して硬質皮膜20の耐摩耗性を評価する場合に限られず、頂点部14に向かって摩耗材Sを噴射してもよい。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the present invention is not limited to the case where the wear material S is sprayed toward the
上記実施形態において、硬質粉末が液体に分散した摩耗材Sが噴射される場合に限られず、硬質粉末が単独で投射されてもよい。しかし、上述の通り被験体10表面での反射を抑制する観点から上記実施形態のように液体に分散した状態で噴射されることが好ましい。 In the said embodiment, it is not restricted to the case where the abrasion material S which hard powder disperse | distributed to the liquid is injected, Hard powder may be projected independently. However, from the viewpoint of suppressing reflection on the surface of the subject 10 as described above, it is preferable to be ejected in a state dispersed in a liquid as in the above embodiment.
上記実施形態において、被験体10は、切削工具のインサートに限られず、せん断用工具などの治工具部品やタービンブレードなどの機械部品のように、物体の稜部において皮膜の摩耗が進行し易い部材であってもよい。そして、これらの部材の稜部に向かって摩耗材を供給することで、上記実施形態と同様に実使用時における摩耗挙動を模擬した耐摩耗性評価試験が可能になる。 In the above-described embodiment, the subject 10 is not limited to the insert of a cutting tool, but is a member in which the wear of the film easily proceeds at the ridge portion of an object, such as a jig part such as a shearing tool or a machine part such as a turbine blade. It may be. Then, by supplying the wear material toward the ridges of these members, a wear resistance evaluation test simulating the wear behavior during actual use can be performed as in the above embodiment.
(実施例)
図1に示した循環式のMSE試験機である試験装置1を用いて、以下の実験を行った。
(Example)
The following experiment was conducted using the
まず、被験体として、TiAlN膜(厚み:約10μm)により被覆された超硬合金製のインサートを準備した。TiAlN膜は、AIP法により成膜した。次に、稜部(切れ刃)を噴射口4A側に向けた状態でインサートをテーブル2上にセットし、当該稜部に向かって摩耗材Sを噴射した。試験条件は、以下の通りとした。
First, a cemented carbide insert covered with a TiAlN film (thickness: about 10 μm) was prepared as a subject. The TiAlN film was formed by the AIP method. Next, the insert was set on the table 2 with the ridge (cutting edge) facing the
<試験条件>
粒子径:#2000(平均粒径:6.9μm)
摩耗材Sにおける粒子濃度:3質量%
投射距離:10mm
投射角度:45°
摩耗材Sの噴射後におけるインサートの表面を光学顕微鏡により観察し、その写真からインサート表面の露出部分の幅Wを経時的に測定した。
<Test conditions>
Particle size: # 2000 (average particle size: 6.9 μm)
Particle concentration in the wear material S: 3% by mass
Projection distance: 10mm
Projection angle: 45 °
The surface of the insert after injection of the wear material S was observed with an optical microscope, and the width W of the exposed portion of the insert surface was measured over time from the photograph.
図7は、摩耗材Sの噴射方向から見たときのインサート表面の光学顕微鏡写真であり、摩耗材Sの噴射により形成された摩耗幅Wが示されている。図10のグラフは、インサート表面における摩耗幅Wの時間変化を示すグラフである。 FIG. 7 is an optical micrograph of the insert surface as viewed from the direction of injection of the wear material S, and shows the wear width W formed by the injection of the wear material S. The graph of FIG. 10 is a graph which shows the time change of the wear width W in the insert surface.
図10のグラフの通り、試験が開始される時間T0から時間T1までは摩耗幅Wはゼロであり、時間T1が経過した後から摩耗幅Wは略直線的に増加した。よって、試験開始前におけるTiAlN膜の膜厚をインサートが露出するまでの時間T0〜T1で割ることにより、インサートが露出する前におけるTiAlN膜の厚み方向への摩耗速度を算出することができた。また時間T1の経過後において摩耗幅Wが増加する傾きにより、摩耗幅Wの増加速度が得られ、インサートとTiAlN膜との境界部分の移動速度が得られた。このようにして、実際の切削工具のすくい面における摩耗挙動を模擬した耐摩耗性評価を行うことができた。 As shown in the graph of FIG. 10, the wear width W was zero from the time T0 when the test was started to the time T1, and the wear width W increased substantially linearly after the time T1 had elapsed. Therefore, the wear rate in the thickness direction of the TiAlN film before the insert was exposed could be calculated by dividing the film thickness of the TiAlN film before the start of the test by the time T0 to T1 until the insert was exposed. Further, the increase rate of the wear width W was obtained due to the inclination of the increase in the wear width W after the lapse of time T1, and the moving speed of the boundary portion between the insert and the TiAlN film was obtained. In this way, it was possible to evaluate wear resistance simulating the wear behavior on the rake face of an actual cutting tool.
今回開示された実施形態及び実施例は、全ての点で例示であって、制限的なものではないと解されるべきである。本発明の範囲は、上記した説明ではなくて特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。 It should be understood that the embodiments and examples disclosed herein are illustrative and non-restrictive in every respect. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 試験装置、2 テーブル、2A 設置面、4 ノズル、4A 噴射口、5 空気供給部、5A エアーコンプレッサー、5B 空気配管、5C レギュレーター、5D 圧力センサ、5E 電磁弁、5F タイマー、6 吸入口、7 ミキサー、8 タンク、10 被験体、10A エロージョン痕、11 すくい面、12 逃げ面、13 切れ刃(稜部)、14 頂点部(稜部)、20 硬質皮膜、20A 側面、20B 表面、30 プローブ 1 Test device, 2 table, 2A installation surface, 4 nozzle, 4A injection port, 5 air supply unit, 5A air compressor, 5B air piping, 5C regulator, 5D pressure sensor, 5E solenoid valve, 5F timer, 6 suction port, 7 Mixer, 8 tanks, 10 subjects, 10A erosion mark, 11 rake face, 12 flank face, 13 cutting edge (ridge), 14 vertex (ridge), 20 hard coating, 20A side, 20B surface, 30 probe
Claims (6)
硬質皮膜により被覆され、隣り合う複数の面が交わった稜部を有する被験体を準備するステップと、
前記摩耗材の供給側に前記稜部が向くように前記被験体を設置するステップと、
前記稜部に向かって供給される前記摩耗材を衝突させたときの摩耗挙動により前記硬質皮膜の耐摩耗性を評価するステップと、を備えた、耐摩耗性評価方法。 A wear resistance evaluation method for evaluating the wear resistance of the hard coating according to the wear behavior when the wear material collides with the hard coating covering the subject,
Preparing a subject covered with a hard coating and having a ridge where a plurality of adjacent surfaces intersect;
Installing the subject so that the ridge portion faces the supply side of the wear material;
A method for evaluating the wear resistance of the hard coating based on a wear behavior when the wear material supplied toward the ridge is collided.
前記稜部は、前記刃先部において被削材を切削する切れ刃である、請求項1〜5の何れか1項に記載の耐摩耗性評価方法。 The subject is a cutting edge of a cutting tool;
The wear resistance evaluation method according to any one of claims 1 to 5, wherein the ridge portion is a cutting edge that cuts a work material at the cutting edge portion.
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