JP2017133092A - Steel material with low-friction layer - Google Patents
Steel material with low-friction layer Download PDFInfo
- Publication number
- JP2017133092A JP2017133092A JP2016024102A JP2016024102A JP2017133092A JP 2017133092 A JP2017133092 A JP 2017133092A JP 2016024102 A JP2016024102 A JP 2016024102A JP 2016024102 A JP2016024102 A JP 2016024102A JP 2017133092 A JP2017133092 A JP 2017133092A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- steel material
- layer
- friction layer
- low
- low friction
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Cutting Tools, Boring Holders, And Turrets (AREA)
- Physical Vapour Deposition (AREA)
- Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)
Abstract
Description
本発明は、高速度工具鋼鋼材の表面に低摩擦層が形成された鋼材に関する。 The present invention relates to a steel material in which a low friction layer is formed on the surface of a high-speed tool steel material.
種々の金属製の部品を製造するときには、プレス加工或いは切削加工が広く利用されている。例えば打抜き加工（穴あけ加工）を行う場合には、一般に金型の可動側にスティック形状のパンチを装着し、固定側のダイに形成した穴にパンチを嵌合することにより金属製の被加工材（ワーク）に穴あけ加工が行われる。パンチは、加工時において、その先端部表面の一部がワークと高圧又は高速条件下で接触する。近年、打抜加工を施す鋼板等の被加工材の厚みが増大する傾向にあり、そのようなワークの打抜き加工に使用されるパンチの長寿命化を実現するには、パンチのワーク接触面における物理的強度、特に耐摩耗性及び摺動性を向上させることが要求される。一方、ドリルやエンドミル等の切削工具は、高速切削加工時の高熱に曝されても劣化し難く、耐摩耗性及び摺動性を発揮、維持できるものでなければならない。 When manufacturing various metal parts, press working or cutting is widely used. For example, when performing punching (drilling), a metal workpiece is generally mounted by attaching a stick-shaped punch to the movable side of the mold and fitting the punch into the hole formed in the fixed die. Drilling is performed on (work). During processing, a part of the tip surface of the punch comes into contact with the workpiece under high pressure or high speed conditions. In recent years, there has been a tendency for the thickness of workpieces such as steel sheets to be punched to increase, and in order to increase the life of punches used for punching such workpieces, It is required to improve physical strength, particularly wear resistance and slidability. On the other hand, cutting tools such as drills and end mills must be able to exhibit and maintain wear resistance and slidability without being easily deteriorated even when exposed to high heat during high-speed cutting.
金型におけるパンチ、或いは切削工具において耐摩耗性を得る手段としては、通常の場合、基材として超硬合金を使用することがある。しかし、超硬合金は極めて高い硬度を有しているが靱性が低いため破損する事故が多々あり、しかも素材そのものが高額のために、コストアップになる要因になっていた。 As a means for obtaining wear resistance in a punch in a mold or a cutting tool, a cemented carbide is sometimes used as a base material. However, although the cemented carbide has extremely high hardness, there are many accidents where it is damaged due to low toughness, and the material itself is expensive, which has been a factor in increasing costs.
特開平１１−１５６９９２号公報（特許文献１）には、工具の耐摩耗性を向上させるために、工具における被加工材接触面に対し、イオンプレーティング装置等によって炭化チタン、窒化チタン等からなる硬質皮膜を形成する処理を行うことが開示されている。しかし、このような硬質皮膜では、被削材と加工条件或いは相手材との摺動条件によっては、硬質皮膜が剥離してしまうことがあり、また、発熱増大による焼き付きや基材の熱変質，変形などによって寿命が短くなる問題がある。 In Japanese Patent Laid-Open No. 11-156992 (Patent Document 1), in order to improve the wear resistance of a tool, the workpiece contact surface of the tool is made of titanium carbide, titanium nitride or the like by an ion plating apparatus or the like. It is disclosed to perform a process for forming a hard film. However, in such a hard film, the hard film may be peeled off depending on the work material and the processing conditions or the sliding condition of the mating material. Also, seizure due to increased heat generation and thermal deterioration of the substrate, There is a problem that the life is shortened by deformation or the like.
このような問題を解決するために、耐摩耗性を高めると共に、潤滑性を備えることを目的として、基材表面に被覆された硬質膜の表面に微細孔が点在させ、微細孔によって液溜め効果により潤滑性を確保することが特開２００２−１４６５１５号公報（特許文献２）に開示されている。この特許文献２に記載された工具は、基材として、市販されている超硬合金製ソリッドドリルの表面にアークイオンプレーティング装置によって硬質皮膜を形成して被覆ドリル素材を得た後、この被覆ドリル素材の皮膜表面に液体ホーニングによって微細孔を形成している。また、打抜き加工用のパンチにおいては、耐摩耗工具用超硬合金素材に粗研削と仕上げ研削加工して打抜き加工用のパンチを作製した後、表面に硬質皮膜を形成した後、このパンチの皮膜表面に液体ホーニングによって微細孔を形成することが記載されている。 In order to solve such a problem, for the purpose of improving wear resistance and providing lubricity, fine holes are scattered on the surface of the hard film coated on the surface of the substrate, and the liquid is collected by the fine holes. It is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-146515 (Patent Document 2) to ensure lubricity by an effect. The tool described in Patent Document 2 is obtained by forming a hard coating on the surface of a commercially available cemented carbide solid drill as a base material by using an arc ion plating apparatus to obtain a coated drill material. Microholes are formed on the surface of the drill material by liquid honing. Moreover, in punching punches, after making a punching punch by rough grinding and finish grinding the cemented carbide material for wear-resistant tools, after forming a hard film on the surface, this punching film It is described that micropores are formed on the surface by liquid honing.
ところが、特許文献２に開示されているように、基材表面に被覆された硬質膜の表面に微細孔を点在させることによって、超硬合金製ソリッドドリルや超硬合金素材製打抜き加工用パンチの寿命が約２倍に延びるとしているが、硬質膜を形成した後に液体ホーニングによって微細孔を形成するため、硬度が高い超硬合金素材と、その表面に形成した硬質膜の表面に微細孔を形成することは、大きなエネルギーを必要とするとともに、微細孔の形成が不十分になる問題がある。さらに、微細孔を形成することによって硬質膜の表面が破壊されることがあり、この結果、穴明け加工或いは打抜き加工を行ったときに硬質膜が剥離する問題があった。 However, as disclosed in Patent Document 2, a hard drill made of cemented carbide or a punch made of cemented carbide material is punched by interspersing fine holes on the surface of the hard film coated on the surface of the substrate. However, in order to form micropores by liquid honing after the hard film is formed, a microhard hole is formed on the surface of the hard film formed on the surface and the hard film formed on the surface thereof. The formation requires a large amount of energy and has a problem that the formation of micropores is insufficient. Furthermore, the surface of the hard film may be destroyed by forming fine holes. As a result, there has been a problem that the hard film peels off when drilling or punching is performed.
本発明の課題は、高速度工具鋼であっても、潤滑性及び摺動性を向上することにより摩擦抵抗を小さくさせ、しかも、長寿命化することができる低摩擦層を有する鋼材を提供することある。 An object of the present invention is to provide a steel material having a low friction layer that can reduce the frictional resistance and improve the service life by improving lubricity and slidability even for high-speed tool steel. There is.
上記課題を解決するため本発明による低摩擦層を有する鋼材は、高速度工具鋼鋼材の表面に窒化物を成分とする硬質層がコーティングされた硬質皮膜層が形成され、前記硬質皮膜層は、大面積電子ビーム照射等による瞬間的な加熱冷却により内部応力を少なくした低摩擦層が形成されていることを要旨としている。 In order to solve the above problems, a steel material having a low friction layer according to the present invention is formed with a hard coating layer in which a hard layer containing a nitride is coated on the surface of a high-speed tool steel material, The gist is that a low friction layer with reduced internal stress is formed by instantaneous heating and cooling by irradiation with a large area electron beam or the like.
硬質皮膜層は、窒化チタンによって１〜２μｍの膜厚に形成されている。 The hard coating layer is formed with titanium nitride to a thickness of 1 to 2 μm.
高速度工具鋼鋼材は、例えばモリブデン系高速度工具鋼のような球状化された微細な炭化物を含む金属組織で構成された鋼材としている。 The high-speed tool steel material is a steel material composed of a metal structure including fine spheroidized carbides such as molybdenum-based high-speed tool steel.
低摩擦層には、クラックにより独立した微細領域に分割されており、各微細領域の面積が０．０００１ｍｍ２〜１ｍｍ２の範囲とすることが望ましい。The low friction layer is divided into independent fine regions by cracks, and the area of each fine region is preferably in the range of 0.0001 mm 2 to 1 mm 2 .
本発明の低摩擦層を有する鋼材は、高速度工具鋼鋼材の表面にコーティングされた窒化物を成分とする硬質層からなる硬質皮膜層に対し、大面積電子ビームを瞬間的に照射することにより、硬質皮膜層が微小時間の間に急激に溶融した後に凝固することから低摩擦層に改質される。硬質皮膜層が凝固する際に内部応力が減少するように改質され、この内部応力の減少により皮膜の破壊・剥離を防ぎ、皮膜の密着性を改善することが可能となる。低摩擦層の上から所定の圧力で摺動体を摺動させると、摺動力に対する摩擦抵抗が内部応力の減少によって低下することから摩擦係数を低下させることが可能となる。 The steel material having a low friction layer of the present invention is obtained by instantaneously irradiating a large-area electron beam onto a hard coating layer composed of a hard layer containing nitride coated on the surface of a high-speed tool steel material. Since the hard coating layer is solidified after rapidly melting during a minute time, it is modified to a low friction layer. When the hard coating layer is solidified, it is modified so that the internal stress is reduced. By reducing the internal stress, it is possible to prevent the coating from being broken or peeled off and to improve the adhesion of the coating. When the sliding body is slid at a predetermined pressure from above the low friction layer, the frictional resistance against the sliding force decreases due to the decrease of the internal stress, so that the friction coefficient can be decreased.
また、硬質皮膜層として、窒化チタンをＰＶＤにより１〜２μｍの膜厚にコーティングしたことから、大面積電子ビームを瞬間的に照射することにより、急激な溶融と凝固が生じ易くなり、容易に低摩擦層を形成することができる。 Moreover, since titanium nitride is coated to a thickness of 1 to 2 μm by PVD as a hard coating layer, rapid melting and solidification are easily caused by instantaneous irradiation with a large-area electron beam, which is easily reduced. A friction layer can be formed.
さらに、表面に低摩擦層を有する鋼材として、モリブデン系高速度工具鋼のような球状化された微細な炭化物を含む金属組織で構成された鋼材を使用することにより、ＰＶＤコーティングする窒化チタンが、大面積電子ビーム等による瞬間的な加熱冷却によって、容易に低摩擦層に改質させることができる。 Furthermore, as a steel material having a low friction layer on the surface, titanium nitride to be PVD coated by using a steel material composed of a metal structure containing fine carbides made into spheroids such as molybdenum-based high-speed tool steel, It can be easily modified into a low friction layer by instantaneous heating and cooling with a large area electron beam or the like.
また、大面積電子ビームを瞬間的に照射することにより改質した低摩擦層には、独立した微細領域に分割された０．０００１ｍｍ２〜１ｍｍ２の範囲の面積としたクラックが形成され、このクラックによって１μｍ以下の微細な溝が形成されるので、低摩擦層に潤滑油の油膜を形成したときに、クラックの微細な溝が油溜まりとして機能させることができる。これにより、低摩擦層に所定の圧力で摺動体を摺動したときに、潤滑油が微細な溝から流出し、さらに摩擦抵抗を低下させることが可能となる。Further, the low-friction layer was modified by irradiating a large area electron beam momentarily, cracks and the area of the independent 0.0001 mm 2 ~ 1 mm 2 in a range that is divided into fine regions are formed, the Since the fine groove of 1 μm or less is formed by the crack, the fine groove of the crack can function as an oil reservoir when an oil film of lubricating oil is formed on the low friction layer. Accordingly, when the sliding body is slid on the low friction layer with a predetermined pressure, the lubricating oil flows out from the fine groove, and the frictional resistance can be further reduced.
本発明による低摩擦層を有する鋼材は、高速度工具鋼の表面に窒化物を成分とする硬質層がコーティングされた硬質皮膜層が形成され、大面積電子ビーム照射等による瞬間的な加熱冷却により内部応力を少なくした低摩擦層が形成されている。 The steel material having a low friction layer according to the present invention has a hard coating layer in which a hard layer containing nitride as a component is formed on the surface of a high-speed tool steel, and is instantaneously heated and cooled by irradiation with a large area electron beam or the like. A low friction layer with reduced internal stress is formed.
以下、図面に基いて本発明の好適な実施例について説明する。図１は、本発明による低摩擦層を有する鋼材を示している。鋼材１としては、球状化された微細な炭化物を含む金属組織で構成された高速度工具鋼鋼材で、一般的にハイス鋼と呼ばれる周知の機械加工用の工具鋼材の中で、モリブデン系の高速度工具鋼が好適である。さらに、高速度工具鋼のうち、球状化された微細な炭化物を含み、粘さがあり、靭性に優れるＳＫＨ５１が望ましい。なお、球状化された微細な炭化物を含む金属組織で構成された鋼材としては、ＳＫＨ５１の他に、炭素工具鋼鋼材（ＳＫ９５、ＳＫ１０５）、合金工具鋼鋼材（ＳＫＳ３、ＳＫＳ３１）、軸受鋼（ＳＵＪ２）或いは、マルテンサイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４２０Ｊ２）が使用できる。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a steel material having a low friction layer according to the present invention. The steel material 1 is a high-speed tool steel material composed of a metal structure containing spheroidized fine carbides. Among the well-known tool steel materials for machining, generally called high-speed steel, molybdenum-based high Speed tool steel is preferred. Furthermore, among high speed tool steels, SKH51 which contains fine spheroidized carbides, is viscous, and has excellent toughness is desirable. In addition to the SKH51, the steel material made of a metal structure containing a spheroidized fine carbide includes carbon tool steel (SK95, SK105), alloy tool steel (SKS3, SKS31), bearing steel (SUJ2). Alternatively, martensitic stainless steel (SUS420J2) can be used.
鋼材１の表面には、ＴｉＮからなる窒化硬質層がＰＶＤなどの周知の手段によってコーティングされた硬質皮膜層２が形成されている。この硬質皮膜層２の膜厚は、１〜２μｍが望ましい。この膜厚として、１μｍ以下の場合は、後述する大面積電子ビームの照射によって瞬間的に溶解して硬質皮膜層２が飛散してしまう。また、２μｍ以上の場合は、大面積電子ビームを照射したとき、鋼材１側まで溶解が不十分となって、その後凝固されないことがあり、鋼材１側では必要とする低摩擦層に改質できないことがあるためである。 On the surface of the steel material 1, a hard coating layer 2 is formed by coating a nitrided hard layer made of TiN by a known means such as PVD. The film thickness of the hard coating layer 2 is preferably 1 to 2 μm. When the film thickness is 1 μm or less, the hard coating layer 2 is scattered by being instantaneously dissolved by irradiation with a large-area electron beam described later. In the case of 2 μm or more, when irradiated with a large-area electron beam, the steel material 1 side may not be sufficiently melted and then solidified, and the steel material 1 side cannot be reformed to the required low friction layer. Because there are things.
このように、鋼材１の表面にＰＶＤコーティングによって形成された硬質皮膜層２に対し、図１に示すように、電子ビーム３を瞬間的に１回照射する。電子ビーム３は、ビーム径の直径が５０ｍｍ〜１００ｍｍと大面積であり、カソード出力１２ＫＶ〜１８ＫＶで照射される。この大面積の電子ビーム３は、広い面積に照射することが可能であり、母材である鋼材１を損傷させず、硬質皮膜層２のみを改質させるように制御している。上述したように、ＴｉＮからなる窒化硬質層からなる１〜２μｍの膜厚の硬質皮膜層２とした場合には、硬質皮膜層２のみを改質するためには、硬質皮膜層２までの距離を適宜に設定した場合、カソード出力を１２ＫＶ〜１８ＫＶで照射することが望ましい。 Thus, as shown in FIG. 1, the electron beam 3 is instantaneously irradiated once with respect to the hard film layer 2 formed by the PVD coating on the surface of the steel material 1. The electron beam 3 has a large beam diameter of 50 mm to 100 mm and is irradiated with a cathode output of 12 KV to 18 KV. The large-area electron beam 3 can irradiate a wide area and is controlled so as to modify only the hard coating layer 2 without damaging the steel material 1 as a base material. As described above, in the case of the hard coating layer 2 having a thickness of 1 to 2 μm made of a nitrided hard layer made of TiN, in order to modify only the hard coating layer 2, the distance to the hard coating layer 2 is used. Is appropriately set, it is desirable to irradiate the cathode output at 12 KV to 18 KV.
なお、電子ビーム３を発生させる電子ビーム発生装置としては、周知の装置であり、電子ビームの発生源になるコンデンサ、制御部と電子銃などを備えている。電子ビーム３によって硬質皮膜層２を改質させるために、まず、電子ビーム発生装置の内部に、表面に硬質皮膜層２を形成した鋼材１を所定位置に設置する。その後、電子ビーム発生装置の内部を真空雰囲気にし、適正量のアルゴンガスまたは窒素ガスを注入して０．０５Ｐａ水準の真空度を維持させる。その後、カソード電圧１２〜１８ＫＶの範囲で直径約５０ｍｍ〜１００ｍｍの電子ビームを発生させる。この時、電子銃で照射される電子ビームは熱電子形態で加速されて硬質皮膜層２に１〜２μｍの短い時間で瞬間的に照射される。 Note that the electron beam generator for generating the electron beam 3 is a well-known device, and includes a capacitor, a control unit, an electron gun, and the like that serve as an electron beam generation source. In order to modify the hard coating layer 2 by the electron beam 3, first, the steel material 1 having the hard coating layer 2 formed on the surface thereof is installed at a predetermined position inside the electron beam generator. Thereafter, the inside of the electron beam generator is placed in a vacuum atmosphere, and an appropriate amount of argon gas or nitrogen gas is injected to maintain a vacuum level of 0.05 Pa level. Thereafter, an electron beam having a diameter of about 50 mm to 100 mm is generated in a cathode voltage range of 12 to 18 KV. At this time, the electron beam irradiated by the electron gun is accelerated in the form of thermoelectrons and is instantaneously irradiated to the hard coating layer 2 in a short time of 1 to 2 μm.
電子ビーム３の照射によって硬質皮膜層２に衝突した熱電子は、その加速された運動エネルギーが熱エネルギーに変換されて瞬間的に高い熱を発生させる。このとき、硬質皮膜層２が瞬間的に加熱される。その結果、硬質皮膜層２の膜厚が１〜２μｍと薄膜に形成していることから、硬質皮膜層２が急冷されることにより改質されて低摩擦層４が形成される。この低摩擦層４には、図２、図６に示すように、幅が１μｍ以下の微細な溝４ａを有するクラックが生ずる。このクラックは独立した微細領域に分割されており、各微細領域の面積が０．０００１ｍｍ２〜１ｍｍ２の範囲となっている。このように、クラックが形成されることは、硬質皮膜層２が急加熱、急冷却されることにより微細なクラックが発生すると考えられ、この結果、内部応力が低下した密着性が高い低摩擦層４が形成される。The thermoelectrons that collide with the hard coating layer 2 by the irradiation of the electron beam 3 convert the accelerated kinetic energy into thermal energy and instantaneously generate high heat. At this time, the hard coating layer 2 is instantaneously heated. As a result, since the film thickness of the hard film layer 2 is formed as a thin film of 1 to 2 μm, the hard film layer 2 is modified by being rapidly cooled to form the low friction layer 4. As shown in FIGS. 2 and 6, the low friction layer 4 has a crack having a fine groove 4 a having a width of 1 μm or less. This crack is divided into independent fine regions, and the area of each fine region is in the range of 0.0001 mm 2 to 1 mm 2 . The formation of cracks in this way is considered to result in the formation of fine cracks when the hard coating layer 2 is rapidly heated and cooled, and as a result, the low friction layer with high adhesion and reduced internal stress. 4 is formed.
次に、低摩擦層４による低摩擦効果について説明する。図４（Ａ）（Ｂ）は、摩擦摩耗試験機の一例を示している。低摩擦層４が形成された鋼材１は、図示しない回転台に載置固定される。この鋼材１の低摩擦層４に対して、ホルダー５の下端に設けた硬質のボール６を矢示のように加圧させた状態で押圧しながら摺動させる。そして、摩耗試験として、例えば、鋼材１を３０ｒｐｍで回転させ、低摩擦層４に対して５０Ｎでボール６を加圧した状態で、鋼材１の低摩擦層４の摩擦係数を計測する。 Next, the low friction effect by the low friction layer 4 will be described. 4A and 4B show an example of a friction and wear tester. The steel material 1 on which the low friction layer 4 is formed is placed and fixed on a turntable (not shown). A hard ball 6 provided at the lower end of the holder 5 is slid against the low friction layer 4 of the steel material 1 while being pressed as indicated by an arrow. Then, as a wear test, for example, the friction coefficient of the low friction layer 4 of the steel material 1 is measured in a state where the steel material 1 is rotated at 30 rpm and the ball 6 is pressed against the low friction layer 4 with 50 N.
この摩擦摩耗試験機によって計測された摩擦係数を図３に示す。横軸は低摩擦層４にボール６を加圧した距離を示し、縦軸は摩擦係数を示している。この図３からも明らかなように、鋼材１を回転した後、徐々に摩擦係数が上昇し、その後、距離が増加しても摩擦係数は０．５の付近でほぼ一定となって安定することが分かる。 The coefficient of friction measured by this friction and wear tester is shown in FIG. The horizontal axis indicates the distance at which the ball 6 is pressed against the low friction layer 4, and the vertical axis indicates the friction coefficient. As is apparent from FIG. 3, after the steel material 1 is rotated, the coefficient of friction gradually increases, and then the coefficient of friction is substantially constant around 0.5 even when the distance increases. I understand.
図５（Ａ）は、上述した摩擦摩耗試験機によって低摩擦層４が形成された鋼材１の摩耗試験を行った後の表面写真であり、図５（Ｂ）は、ボール６が加圧された部分の拡大写真である。これらの写真から明らかなように、硬質皮膜層２の内部応力が低下したことにより、硬質皮膜層が改質された低摩擦層４が、鋼材１に対して密着している。このように、低摩擦層４の密着性が高められたことから、摺動性が向上し、持続性のある低摩擦層４が形成されたことが確認された。 FIG. 5A is a surface photograph after the wear test of the steel material 1 on which the low friction layer 4 is formed by the above-described friction wear tester, and FIG. This is an enlarged photo of the part. As is clear from these photographs, the low friction layer 4 in which the hard coating layer is modified is in close contact with the steel material 1 due to a decrease in the internal stress of the hard coating layer 2. Thus, since the adhesiveness of the low friction layer 4 was improved, it was confirmed that the slidability was improved and the sustainable low friction layer 4 was formed.
因みに、図４に示す摩擦摩耗試験機を使用して、電子ビームを照射する前の状態の鋼材１の表面に形成された硬質皮膜層２について摩擦係数を計測したところ、図１０に示すような鋼材１を回転した始動直後から摩擦係数が著しく乱れた鋼材１の表面を観察したところ、図１１（Ａ）に示す鋼材１の摩耗試験を行った後の表面写真、図１１（Ｂ）に示すボール６が加圧された部分の拡大写真に示すように、ボール６の加圧によって、初期には表面に剥離が生ずることにより発生する摩耗粉や損傷が摩擦係数を乱すことが観察された。その後、鋼材１を回転すると、摩耗粉や損傷が除去または平滑化されて、０．６以上の摩擦係数の状態で推移するものと推察される。このため、摺動性及び持続性が損なわれることになる。 Incidentally, when the friction coefficient of the hard coating layer 2 formed on the surface of the steel material 1 before irradiation with the electron beam was measured using the friction and wear tester shown in FIG. 4, as shown in FIG. When the surface of the steel material 1 whose friction coefficient is significantly disturbed immediately after starting the rotation of the steel material 1 is observed, a surface photograph after the wear test of the steel material 1 shown in FIG. 11 (A) is shown in FIG. 11 (B). As shown in the enlarged photograph of the portion where the ball 6 was pressed, it was observed that the wear coefficient and damage generated by the separation of the surface at the initial stage due to the pressing of the ball 6 disturb the friction coefficient. Thereafter, when the steel material 1 is rotated, the wear powder and damage are removed or smoothed, and it is assumed that the steel material 1 changes in a state of a friction coefficient of 0.6 or more. For this reason, slidability and sustainability are impaired.
一方、鋼材１の表面の硬質皮膜層２に電子ビーム３を瞬間的に１回照射して形成しても、場合によっては、低摩擦層４に、図２に示すような大きなクラックが生じない場合がある。しかし、この場合であっても、摩擦係数の変化は図９に示した変化とほぼ同じであった。これは、顕著なクラックの発生は見られないものの、硬質皮膜層２を低摩擦層４に改質するとき、硬質皮膜層２が再凝固により結晶化して応力を低下させることから、低摩擦層４を加圧したときに微細化して潤滑作用が生じ、摩擦抵抗を低下させるものと推察される。 On the other hand, even if the hard film layer 2 on the surface of the steel material 1 is formed by irradiating the electron beam 3 instantaneously once, depending on the case, a large crack as shown in FIG. There is a case. However, even in this case, the change in the friction coefficient was almost the same as the change shown in FIG. This is because although no significant cracks are observed, when the hard coating layer 2 is modified to the low friction layer 4, the hard coating layer 2 is crystallized by re-solidification to reduce the stress. It is presumed that when pressure is applied to 4, the material is refined to produce a lubricating action and lower the frictional resistance.
図８は、鋼材１の表面に形成した低摩擦層４に潤滑油７の皮膜を塗布した状態を示している。上述したように、電子ビーム３を瞬間的に照射することにより改質した低摩擦層４には、幅が１μｍ以下の微細な溝４ａが形成される。この溝４ａには、毛細管現象によって、図７（Ｂ）に示すように、潤滑油７が含浸して一種の油溜まりとして機能する。これにより、図示のように、低摩擦層４の表面に被摺動体８を所定の押圧力で摺動させたときに、潤滑油７によって摩擦力を低下させるが、被摺動体８によって押し流された表面の潤滑油７は、溝４ａ内の潤滑油７によって補充され、潤滑作用を継続させることができる。また、余剰な潤滑油７は、毛細管現象によって再び油溜まりとしての溝４ａに戻され、この循環によって良好な摩擦係数を継続的に維持することとが可能となる。 FIG. 8 shows a state in which a film of lubricating oil 7 is applied to the low friction layer 4 formed on the surface of the steel material 1. As described above, the fine groove 4a having a width of 1 μm or less is formed in the low friction layer 4 modified by instantaneously irradiating the electron beam 3. As shown in FIG. 7B, the groove 4a functions as a kind of oil reservoir by being impregnated with the lubricating oil 7 due to capillary action. As a result, as shown in the figure, when the sliding body 8 is slid on the surface of the low friction layer 4 with a predetermined pressing force, the frictional force is reduced by the lubricating oil 7, but is pushed away by the sliding body 8. The lubricating oil 7 on the surface is replenished by the lubricating oil 7 in the groove 4a, and the lubricating action can be continued. Further, the surplus lubricating oil 7 is returned again to the groove 4a as an oil reservoir by capillary action, and a good friction coefficient can be continuously maintained by this circulation.
以上、本発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変形可能であることは言うまでもない。高速度工具鋼鋼材の表面に窒化硬質層をＰＶＤによりコーティングによって硬質皮膜層を形成したが、このＰＶＤコーティングの前処理として、鋼材の表面に窒化や侵炭処理、或いは、表面を平滑にするための鏡面ショット処理、鏡面ラップ処理等の各種表面処理を行うようにしても良い。また、表面処理を行う手段として、表面を円滑にするために、予め弱い電子ビームを照射するようにしても良い。 Although the present invention has been specifically described above based on the embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above embodiments and can be variously modified without departing from the gist thereof. A hard film layer was formed by coating PVD with a hard nitrided layer on the surface of high-speed tool steel. To pre-treat this PVD coating, the steel surface is nitrided, carburized, or smoothed. Various surface treatments such as mirror surface shot processing and mirror surface lapping processing may be performed. Further, as a means for performing surface treatment, a weak electron beam may be irradiated in advance in order to smooth the surface.
１ 高速度工具鋼鋼材
２ 硬質皮膜層
３ 電子ビーム
４ 低摩擦層
４ａ 溝
５ ホルダー
６ ボール
７ 潤滑油1 High-speed tool steel 2 Hard coating layer 3 Electron beam 4 Low friction layer 4a Groove 5 Holder 6 Ball 7 Lubricating oil
Claims (4)
前記硬質皮膜層は、大面積電子ビーム照射等による瞬間的な加熱冷却により内部応力を少なくした低摩擦層が形成されていることを特徴とする低摩擦層を有する鋼材。A hard coating layer in which a hard layer containing nitride as a component is coated on the surface of the high-speed tool steel is formed.
The steel material having a low friction layer, wherein the hard coating layer is formed with a low friction layer in which internal stress is reduced by instantaneous heating and cooling by irradiation with a large area electron beam or the like.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016024102A JP2017133092A (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Steel material with low-friction layer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2016024102A JP2017133092A (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Steel material with low-friction layer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2017133092A true JP2017133092A (en) | 2017-08-03 |
Family
ID=59502350
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2016024102A Pending JP2017133092A (en) | 2016-01-25 | 2016-01-25 | Steel material with low-friction layer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2017133092A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111235561A (en) * | 2019-12-23 | 2020-06-05 | 江苏大学 | Preparation method of high-performance Pb/Al coating |
-
2016
- 2016-01-25 JP JP2016024102A patent/JP2017133092A/en active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111235561A (en) * | 2019-12-23 | 2020-06-05 | 江苏大学 | Preparation method of high-performance Pb/Al coating |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Xing et al. | Fabrication and characterization of micro-channels on Al2O3/TiC ceramic produced by nanosecond laser | |
| JP6337944B2 (en) | Coated tool | |
| JP5433356B2 (en) | Mold and mold surface processing method | |
| US20190112679A1 (en) | Surface hardening of cemented carbide body | |
| WO2012144318A1 (en) | Press forming die, and method of manufacturing press forming die protection film | |
| Arun et al. | Synthesis of electrical discharge metal matrix composite coating through compacted semi-sintered electrode and its tribological studies | |
| Li et al. | Surface integrity of Inconel 718 by wire-EDM at different energy modes | |
| JPWO2013129320A1 (en) | Coated rotating tool and manufacturing method thereof | |
| JP6308298B2 (en) | Manufacturing method of coated tool | |
| JP2017133092A (en) | Steel material with low-friction layer | |
| JP6385233B2 (en) | Coated cutting tool | |
| JP2002038255A (en) | Abrasion resistant lubricating-film and coated member | |
| JP4523547B2 (en) | Discharge surface treatment method and discharge surface treatment apparatus | |
| Wan et al. | Cooperative effect of surface alloying and laser texturing on tribological performance of lubricated surfaces | |
| TWI669222B (en) | Texture processing method of sliding member | |
| JP6515387B2 (en) | Carbide tool and method of manufacturing the same | |
| JP4104570B2 (en) | Manufacturing method of sliding member | |
| JP2015174196A (en) | Manufacturing method of coated cutting tool | |
| Lin et al. | Development and evaluation of CrAlAgN self-lubricating coatings for high temperature metal forming dies | |
| JP6604105B2 (en) | Carbide tool and manufacturing method thereof | |
| Freiße et al. | Applying laser dispersion and laser ablation to generate functional layers for deep drawing tools | |
| JP6839884B2 (en) | Cutting method using a diamond cutting tool | |
| Teh et al. | Effect of anode distance on built-up edge in textured tools produced by plasma focus | |
| JP7163559B2 (en) | Mold and method for manufacturing mold sliding surface composed of sintered diamond | |
| JP2011089199A (en) | Hard film excellent in lubricating characteristic, application method of the same, and tool for metal plastic working |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190123 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20191024 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20191105 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20200526 |