JP2019195858A - Cemented carbide round blade and its manufacturing method - Google Patents
Cemented carbide round blade and its manufacturing method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2019195858A JP2019195858A JP2018089767A JP2018089767A JP2019195858A JP 2019195858 A JP2019195858 A JP 2019195858A JP 2018089767 A JP2018089767 A JP 2018089767A JP 2018089767 A JP2018089767 A JP 2018089767A JP 2019195858 A JP2019195858 A JP 2019195858A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cemented carbide
- round blade
- blade
- manufacturing
- sprayed
- 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
- Nonmetal Cutting Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明は超硬合金製丸刃及びその製造方法に関し、より具体的には、刃先のみが超硬合金製である超硬合金製丸刃及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a cemented carbide round blade and a method for manufacturing the same, and more specifically, relates to a cemented carbide round blade in which only the cutting edge is made of cemented carbide and a method for manufacturing the same.
各種工業用刃物には優れた切れ味と耐久性が求められるが、これ等を両立させることは極めて困難である。例えば、比較的切断が容易な紙用の刃物であっても、その切れ味の良さが発揮されるのは使用の初期段階のみであり、それ以後は急速に切れ味が低下して実用上使用が困難となる。 Various industrial blades are required to have excellent sharpness and durability, but it is extremely difficult to achieve both. For example, even paper cutters that are relatively easy to cut can be used only in the initial stage of use, and after that, sharpness rapidly decreases and is difficult to use in practice. It becomes.
これに対し、例えば、特許文献１（特開平５−２８５８８３号公報）では、上下の丸形刃物により紙を切断するカッターにおいて、上下刃の少なくとも一方が、Ｙ２Ｏ３を１．５〜４．５ｍｏｌ％含有するＺｒＯ２５０〜９５重量部及びＡｌ２Ｏ３５〜５０重量部の合計１００重量部からなるＺｒＯ２−Ａｌ２Ｏ３複合焼結体からなることを特徴とする紙切断用カッターが開示されている。 On the other hand, for example, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-285833), in a cutter that cuts paper with upper and lower round blades, at least one of the upper and lower blades has Y 2 O 3 of 1.5 to 4 inclusive. paper cutting, characterized in that it consists .5Mol% content to ZrO 2 50 to 95 parts by weight and Al 2 O 3 consisting of a total of 100 parts by weight of 5 to 50 parts by weight ZrO 2 -Al 2 O 3 composite sintered body A cutter is disclosed.
上記特許文献１の紙切断用カッターにおいては、刃物同士の摩擦による焼き付きが防止できるだけでなく、上刃が金属製の場合は常に下刃により研磨されることになるので、長期に亘り優れた切れ味を発揮することができる、としている。 In the paper cutting cutter of Patent Document 1, not only can the seizure due to friction between the blades be prevented, but when the upper blade is made of metal, it is always polished by the lower blade, so that it has excellent sharpness over a long period of time. It can be demonstrated.
また、繊維の切断に用いられる刃物に関しては、例えば、特許文献２（特開平９−１３６２８８号公報）では、刃先が超硬合金から形成され、基体部が超硬合金と近似した熱膨張係数を有する金属から形成され、両者の整合部が溶接されてなることを特徴とする繊維用切断刃が開示されている。 Regarding the blade used for cutting the fiber, for example, in Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 9-136288), the blade tip is formed of cemented carbide and the base portion has a thermal expansion coefficient approximate to that of cemented carbide. There is disclosed a fiber cutting blade which is formed from a metal having a structure and welded at both matching portions.
上記特許文献２の繊維用切断刃においては、刃先が超硬合金から形成されているため、耐摩耗性に優れており、また基体部が超硬合金と近似した熱膨張係数を有する金属から形成されているため、繊維を切断する際の衝撃を基体部が吸収し、超硬合金の破損を防止することが可能である、としている。 In the fiber cutting blade of Patent Document 2, since the cutting edge is made of a cemented carbide, it has excellent wear resistance, and the base portion is made of a metal having a thermal expansion coefficient close to that of the cemented carbide. Therefore, it is said that the base portion absorbs an impact at the time of cutting the fiber and can prevent the cemented carbide from being damaged.
また、特許文献３（特開２００４−２３７４１０号公報）では、ワークを切断する切断刃を有する切断装置において、前記切断刃は、刃先に向けて徐々に近接する第１の面と第２の面を有し、前記第１の面に硬質膜が形成されており、前記硬質膜の膜表面と前記硬質膜の刃先側の端面との角部が刃先として機能することを特徴とする切断装置、が開示されている。 Moreover, in patent document 3 (Unexamined-Japanese-Patent No. 2004-237410), in the cutting device which has a cutting blade which cut | disconnects a workpiece | work, the said cutting blade is the 1st surface and 2nd surface which adjoin gradually toward a blade edge | tip. A cutting device characterized in that a hard film is formed on the first surface, and a corner portion between the film surface of the hard film and an end surface on the blade edge side of the hard film functions as a blade edge, Is disclosed.
上記特許文献３の切断装置においては、切断刃の第１の面に硬質膜を形成するだけで、この硬質膜の角部を所定の角度を有する刃先として機能させることができることから、硬質膜を極端に厚くする必要がなく、硬質膜と第１の面との密着性を高くでき、硬質膜の剥がれを防止することができる、としている。 In the cutting device of Patent Document 3, the hard film can be made to function as a cutting edge having a predetermined angle by simply forming a hard film on the first surface of the cutting blade. There is no need to make it extremely thick, and the adhesiveness between the hard film and the first surface can be increased, and the hard film can be prevented from peeling off.
更に、本発明者も超硬合金製刃物及びその製造方法に関して検討を行っており、例えば、特許文献４（特開２０１７−９４４７４号公報）において、金属板の少なくとも一面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、改質部が少なくとも刃先の一部となるように、金属板を刃物形状に加工する第三工程と、を含むこと、を特徴とする超硬合金製刃物の製造方法、を開示している。 Furthermore, the present inventor has also studied a cemented carbide blade and a method for producing the same. For example, in Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 2017-94447), a sprayed cemented carbide coating is applied to at least one surface of a metal plate. A first step of forming, a second step of subjecting at least a part of the sprayed cemented carbide coating to a friction stir process to form a modified part, and a metal plate so that the modified part is at least part of the blade edge And a third step of machining the blade into a blade shape.
上記特許文献４の超硬合金製刃物の製造方法においては、摩擦攪拌プロセスを用いて刃先部のみを超硬合金製としていることから、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製刃物を製造することができる。 In the manufacturing method of the cemented carbide blade of Patent Document 4 described above, since only the blade tip is made of cemented carbide using a friction stir process, the tip of the cemented carbide having excellent mechanical properties is obtained. A cemented carbide blade that is firmly bonded to a metal substrate can be manufactured.
上記特許文献１に開示されている紙切断用カッターにおいては、組成を最適化されたセラミックス部（刃先）が金属基材に接着又は接合されて使用されるため、当該セラミックス部の脱離が懸念される。また、刃先がセラミックス製であることから、刃先の鋭利化が困難であり、刃物が本来有する切れ味に限界がある。 In the paper cutting cutter disclosed in Patent Document 1, the ceramic part (blade edge) whose composition is optimized is used by being bonded or bonded to a metal base material, so there is a concern about detachment of the ceramic part. Is done. Moreover, since the cutting edge is made of ceramics, it is difficult to sharpen the cutting edge, and there is a limit to the sharpness inherent in the blade.
上記特許文献２及び３に開示されている刃物は、刃先のみを超硬合金製としたものであり、金属基材への超硬合金部材の溶接や溶射超硬合金層の形成によって製造されている。ここで、溶射によって形成された超硬合金層と金属基材との界面強度は十分であるとは言い難く、一般的に溶射超硬合金層には不可避的に多くの欠陥が導入されることから、良好な刃先を形成することは困難である。また、超硬合金部材を溶接等によって金属基材に接合する場合、上記特許文献１に開示されている紙切断用カッターと同様に、当該超硬合金部材の脱離（接合強度不足）等が懸念されることに加え、当該溶接による超硬合金部材及び金属基材の特性劣化も問題となる。 The blades disclosed in Patent Documents 2 and 3 are made of cemented carbide only at the cutting edge, and are manufactured by welding a cemented carbide member to a metal substrate or forming a sprayed cemented carbide layer. Yes. Here, it is difficult to say that the interfacial strength between the cemented carbide layer formed by thermal spraying and the metal substrate is sufficient, and generally many defects are inevitably introduced into the thermal sprayed cemented carbide layer. Therefore, it is difficult to form a good cutting edge. Further, when the cemented carbide member is joined to the metal base material by welding or the like, the detachment of the cemented carbide member (insufficient joining strength) or the like is caused in the same manner as the paper cutting cutter disclosed in Patent Document 1. In addition to concern, the deterioration of the properties of the cemented carbide member and the metal substrate due to the welding is also a problem.
また、上記特許文献４に開示されている超硬合金製刃物は優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合されていることに加え、金属基材の靭性等を活用することができる。しかしながら、刃物形状に加工する際に摩擦攪拌プロセスによって導入される歪が解放されて変形が生じるため、薄い刃物を製造することは極めて困難であった。加えて、金属板への処理を基本としており、産業的に大量に使用されている丸刃に適用することができなかった。 Further, the cemented carbide blade disclosed in Patent Document 4 has a cutting edge made of cemented carbide having excellent mechanical properties and is firmly bonded to the metal substrate. Toughness etc. can be utilized. However, since the distortion introduced by the friction stir process is released when processing into the shape of the blade and deformation occurs, it is extremely difficult to manufacture a thin blade. In addition, it is based on metal plate processing and cannot be applied to round blades that are used in large quantities industrially.
以上のような従来技術における問題点に鑑み、本発明の目的は、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製丸刃及びその安価かつ簡便な製造方法を提供することにあり、特に、薄い超硬合金製丸刃を得る場合であっても歪みの開放による変形が効果的に抑制される超硬合金製丸刃の製造方法を提供することにある。 In view of the problems in the prior art as described above, an object of the present invention is to provide a cemented carbide round blade in which a cemented carbide cutting edge portion having excellent mechanical properties is firmly bonded to a metal substrate, and its It is to provide an inexpensive and simple manufacturing method, and in particular, a method for manufacturing a cemented carbide round blade in which deformation due to strain release is effectively suppressed even when a thin cemented carbide round blade is obtained. Is to provide.
本発明者は上記目的を達成すべく、刃先のみを超硬合金製とする丸刃の製造方法について鋭意研究を重ねた結果、円柱状又は円筒状の金属材の表面に形成させた溶射超硬合金被膜に対して摩擦攪拌プロセスを施し、当該領域が刃先となるようにスライス加工すること等が極めて有効であることを見出し、本発明に到達した。 In order to achieve the above object, the present inventor has conducted extensive research on a method for manufacturing a round blade having a cutting edge made of cemented carbide, and as a result, has been made of a thermal sprayed cemented carbide formed on the surface of a cylindrical or cylindrical metal material. The present inventors have found that it is extremely effective to subject the alloy coating to a friction stir process and to perform slicing so that the region becomes the cutting edge.
即ち、本発明は、
円柱状又は円筒状の金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程と、
前記溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、
前記改質部が少なくとも刃先の一部となるように、前記金属材を丸刃形状にスライス加工する第三工程と、を含むこと、
を特徴とする超硬合金製丸刃の製造方法を提供する。
That is, the present invention
A first step of forming a sprayed cemented carbide film on the surface of a columnar or cylindrical metal material;
A second step of subjecting at least a part of the sprayed cemented carbide coating to a friction stirring process to form a modified portion;
Including a third step of slicing the metal material into a round blade shape so that the modified portion becomes at least part of the blade edge,
The manufacturing method of the round blade made from a cemented carbide characterized by these.
第一工程で溶射を用いることで、安価かつ効率的に超硬合金被膜を形成させることができる。また、第二工程で用いる摩擦攪拌プロセスも円筒状のツールを回転させながら超硬合金被膜に圧入して移動させる簡便なプロセスであり、比較的容易に溶射超硬合金被膜の緻密化、金属結合相のナノ組織化及び金属板との接合強度向上を達成することができる。なお、摩擦攪拌プロセス中の材料流動及び入熱によって、溶射超硬合金被膜と金属板とは、冶金的に接合される。 By using thermal spraying in the first step, a cemented carbide film can be formed inexpensively and efficiently. The friction stir process used in the second step is also a simple process in which a cylindrical tool is rotated and pressed into the cemented carbide coating to move it. It is possible to achieve phase nano-organization and improved bonding strength with a metal plate. The thermally sprayed cemented carbide coating and the metal plate are metallurgically joined by the material flow and heat input during the friction stirring process.
また、第三工程において、第二工程で改質された溶射超硬合金被膜が刃先となるように金属材を切断することで、容易に超硬合金製丸刃を製造することができる。ここで、第二工程における摩擦攪拌プロセスによって溶射超硬合金被膜の機械的特性及び金属材との接合強度が向上していることから、刃先となる改質部が切断プロセス中に剥離・破損等することなく、良好な丸刃を製造することができる。 Further, in the third step, a cemented carbide round blade can be easily manufactured by cutting the metal material so that the sprayed cemented carbide film modified in the second step becomes the cutting edge. Here, the mechanical properties of the thermal-sprayed cemented carbide coating and the bonding strength with the metal material are improved by the friction stir process in the second step, so that the modified portion that becomes the cutting edge is peeled and damaged during the cutting process. A good round blade can be manufactured without doing.
本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、摩擦攪拌プロセスを施した溶射超硬合金被膜を有する円柱状又は円筒状の金属材を円盤状にスライスする（円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスする）ことで、多数の丸刃前駆体を容易に得ることができる。 In the method of manufacturing a cemented carbide round blade of the present invention, a cylindrical or cylindrical metal material having a thermal sprayed cemented carbide coating that has been subjected to a friction stir process is sliced into a disk shape (on the central axis of the cylinder or cylinder). By slicing in a substantially vertical direction, a large number of round blade precursors can be easily obtained.
ここで、金属板の表面に溶射超硬合金被膜を形成させた後に摩擦攪拌プロセスを施す場合、摩擦攪拌プロセスによる入熱及び大荷重により残留応力の影響が大きく、金属板に対して切断及び加工等を施すと歪みが解放されて変形してしまう。刃物は一般的に薄板形状であることから、薄板化に伴い全体的又は部分的に湾曲し、良好な刃物形状とすることが極めて困難である。刃物全体を加熱及び加圧することにより矯正できる場合も存在するが、製造コストが増加するだけでなく、当該プロセスによって刃先の硬度等が低下してしまう。 Here, when a friction stir process is performed after forming a sprayed cemented carbide film on the surface of the metal plate, the influence of residual stress is large due to heat input and a large load due to the friction stir process, and the metal plate is cut and processed. Applying etc. will release the distortion and deform it. Since the blade is generally in a thin plate shape, the blade is entirely or partially curved as it is thinned, and it is extremely difficult to obtain a good blade shape. Although there are cases where correction can be made by heating and pressurizing the entire blade, not only the manufacturing cost increases, but also the hardness of the cutting edge decreases due to the process.
これに対し、円柱状又は円筒状の金属材の表面に摩擦攪拌プロセスを施す場合は、当該金属材の中心方向に比較的均等に残留応力が付与される。その結果、当該残留応力が内部でキャンセルされ、円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスして円盤状に薄板化しても変形量が小さく、容易に薄い丸刃を製造することができる。 On the other hand, when the friction stir process is performed on the surface of the columnar or cylindrical metal material, the residual stress is applied relatively evenly in the center direction of the metal material. As a result, the residual stress is canceled inside, and even when sliced substantially perpendicularly to the central axis of the cylinder or cylinder and thinned into a disk shape, the amount of deformation is small and a thin round blade can be easily manufactured. .
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第二工程において、前記溶射超硬合金被膜に対して前記摩擦攪拌プロセスをスパイラル状に施すこと、が好ましい。 円柱状又は円筒状の金属材の表面に一周の摩擦攪拌プロセスを施した場合、摩擦攪拌プロセスの開始位置又は処理領域と終了位置が重複してしまい、終了位置は僅かに窪んだ形状となる。ここで、最終的に丸刃を形成する場合は最も窪んだ位置まで全体を研磨する必要があることから、製造時間及びコストが増加するだけでなく、刃先に相当する超硬合金被膜が薄くなってしまう。これに対し、摩擦攪拌プロセスをスパイラル状に施すことで開始位置（処理領域）と終了位置を別の領域とすることができ、表面の窪みを抑制することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the cemented carbide round blade of this invention, it is preferable to perform the said friction stirring process spirally with respect to the said spraying cemented carbide alloy film in said 2nd process. When the friction stirring process of one round is performed on the surface of the columnar or cylindrical metal material, the start position or processing region of the friction stirring process overlaps with the end position, and the end position becomes a slightly depressed shape. Here, when the round blade is finally formed, it is necessary to polish the whole to the most depressed position, which not only increases the manufacturing time and cost, but also reduces the thickness of the cemented carbide film corresponding to the blade edge. End up. On the other hand, by applying the friction stirring process in a spiral shape, the start position (processing area) and the end position can be set as different areas, and the depression of the surface can be suppressed.
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記金属材を鋼とすること、が好ましい。丸刃の大部分を鋼製とすることで、原料コストを大幅に低減できるだけでなく、丸刃に十分な靭性を付与することができる。また、必要に応じて適当な熱処理を施し、硬度、強度及び剛性等を調整することも可能である。 Moreover, in the manufacturing method of the cemented carbide round blade of this invention, it is preferable that the said metal material is steel. By making most of the round blades made of steel, not only can the raw material cost be significantly reduced, but sufficient toughness can be imparted to the round blades. Moreover, it is also possible to adjust hardness, strength, rigidity, etc. by performing an appropriate heat treatment as necessary.
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第一工程において、溶射超硬合金被膜の厚さを１００〜１０００μｍとすること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さを１００μｍ以上とすることで、十分な刃先部を形成することができ、１０００μｍ以下とすることで、膜厚方向に均質な改質領域を形成することができると共に、溶射超硬合金被膜と金属基材とを確実に冶金的に接合することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the cemented carbide round blade of this invention, it is preferable that the thickness of a sprayed cemented carbide alloy film shall be 100-1000 micrometers in said 1st process. By setting the thickness of the sprayed cemented carbide alloy film to 100 μm or more, a sufficient cutting edge can be formed, and by setting the thickness to 1000 μm or less, a uniform modified region can be formed in the film thickness direction. Thus, the thermally sprayed cemented carbide coating and the metal substrate can be reliably metallurgically bonded.
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、丸刃本体部の厚さを０．２〜５ｍｍとすること、が好ましい。丸刃本体部の厚さを０．２ｍｍ以上とすることで、全体的に歪みのない状態とすることが容易であり、５ｍｍ以下とすることで、一本の金属材から多数の丸刃を得ることができる。ここで、より好ましい丸刃本体部の厚さは０．５〜３ｍｍであり、最も好ましい丸刃本体の厚さは０．７〜１．５ｍｍである。また、丸刃本体部を鋼製として厚さを薄くすることで、微小な歪みが生じた場合であっても両側からの圧縮固定により問題なく使用することができる。 Moreover, in the manufacturing method of the cemented carbide alloy round blade of this invention, it is preferable that the thickness of a round blade main-body part shall be 0.2-5 mm. By making the thickness of the round blade main body portion 0.2 mm or more, it is easy to make the whole state without distortion, and by making it 5 mm or less, a large number of round blades can be formed from one metal material. Obtainable. Here, the more preferable thickness of the round blade body is 0.5 to 3 mm, and the most preferable thickness of the round blade body is 0.7 to 1.5 mm. In addition, by reducing the thickness of the round blade main body made of steel, it can be used without any problem by compressing and fixing from both sides even when minute distortion occurs.
また、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、前記第一工程において、高速フレーム溶射を用いること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の形成に高速フレーム溶射を用いることで、溶射超硬合金被膜に空孔やラメラ界面等の欠陥が適度に導入され、第二工程における摩擦攪拌プロセスによる材料流動が容易になる。その結果、摩擦攪拌プロセスに用いるツールの長寿命化を図ることができる。 Moreover, in the manufacturing method of the cemented carbide round blade of this invention, it is preferable to use high-speed flame spraying in said 1st process. By using high-speed flame spraying to form the thermal sprayed cemented carbide coating, defects such as pores and lamella interfaces are introduced into the thermal sprayed cemented carbide coating, and material flow through the friction stir process in the second step is facilitated. . As a result, the tool life used in the friction stir process can be extended.
また、本発明は、
刃先部と本体部からなる超硬合金製丸刃であって、
前記刃先部は超硬合金製であり、
前記本体部は金属製であり、
前記刃先部と前記本体部とは冶金的に接合されており、
前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする超硬合金製丸刃、も提供する。
The present invention also provides:
It is a cemented carbide round blade consisting of a blade tip and a main body,
The cutting edge is made of cemented carbide,
The main body is made of metal,
The cutting edge portion and the main body portion are metallurgically bonded,
The average crystal grain size of the binder phase contained in the cemented carbide of the blade edge is 1 μm or less,
Cemented carbide alloy round blades are also provided.
本発明の超硬合金製丸刃は、刃先部のみが超硬合金製であることから、全てを超硬合金製とする場合と比較して材料コストが大幅に低減されている。また、本体部と刃先部は冶金的に接合されており、刃物の使用に対して十分な接合強度及び耐久性等を有している。 Since the cemented carbide round blade of the present invention is made of cemented carbide only at the cutting edge portion, the material cost is greatly reduced as compared with the case where all are made of cemented carbide. Further, the main body portion and the blade edge portion are metallurgically bonded, and have sufficient bonding strength, durability and the like for the use of the blade.
また、本発明の超硬合金製丸刃では、前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下となっている。結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下とナノ組織化していることで、刃先部は靭性を損なうことなく高硬度化が達成されている。 Further, in the cemented carbide round blade of the present invention, the average crystal grain size of the binder phase contained in the cemented carbide at the cutting edge is 1 μm or less. Since the average crystal grain size of the binder phase is nano-structured to 1 μm or less, the cutting edge portion has achieved high hardness without impairing toughness.
また、本発明の超硬合金製丸刃では、前記本体部が鋼製であること、が好ましい。丸刃の大部分を鋼製とすることで、原料コストを大幅に低減できるだけでなく、丸刃に十分な靭性を付与することができる。また、必要に応じて適当な熱処理を施し、硬度、強度及び剛性等を調整することも可能である。 In the cemented carbide round blade of the present invention, it is preferable that the main body is made of steel. By making most of the round blades made of steel, not only can the raw material cost be significantly reduced, but sufficient toughness can be imparted to the round blades. Moreover, it is also possible to adjust hardness, strength, rigidity, etc. by performing an appropriate heat treatment as necessary.
また、本発明の超硬合金製丸刃では、溶射超硬合金被膜の厚さが１００〜１０００μｍであること、が好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さが１００μｍ以上となっていること、十分な刃先部を形成されており、１０００μｍ以下とすることで、膜厚方向に均質な改質領域が形成されていると共に、溶射超硬合金被膜と金属基材とが確実に冶金的に接合されている。なお、超硬合金製丸刃における溶射超硬合金被膜の厚さとは、刃先先端から金属基材までの厚さを意味する。 In the cemented carbide round blade of the present invention, it is preferable that the thickness of the sprayed cemented carbide coating film is 100 to 1000 μm. The thickness of the sprayed cemented carbide film is 100 μm or more, a sufficient cutting edge is formed, and by making the thickness 1000 μm or less, a uniform modified region is formed in the film thickness direction, The thermally sprayed cemented carbide coating and the metal substrate are reliably metallurgically bonded. In addition, the thickness of the sprayed cemented carbide coating film in the cemented carbide round blade means the thickness from the tip of the blade to the metal substrate.
更に、本発明の超硬合金製丸刃は、前記結合相がコバルト系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１３００ＨＶ以上であり、前記結合相がニッケル系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であること、が好ましい。刃先部の硬度がこれらの値を有することで、使用中の摩耗が抑制されており、長寿命化が達成されている。ここで、より好ましいビッカース硬度はコバルト系結合相の場合は１４００ＨＶ以上、ニッケル系結合相の場合は１３００ＨＶ以上である。 Furthermore, in the cemented carbide round blade of the present invention, the Vickers hardness of the cutting edge when the binder phase is a cobalt-based binder phase is 1300 HV or more, and the binder phase is a nickel-based binder phase. It is preferable that the Vickers hardness of the blade edge portion is 1200 HV or more. When the hardness of the cutting edge portion has these values, wear during use is suppressed, and a long life is achieved. Here, more preferable Vickers hardness is 1400 HV or more in the case of a cobalt-based binder phase, and 1300 HV or more in the case of a nickel-based binder phase.
なお、本発明の超硬合金製丸刃は、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法によって好適に製造することができる。 The cemented carbide round blade of the present invention can be suitably manufactured by the method for manufacturing the cemented carbide round blade of the present invention.
本発明によれば、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製丸刃及びその安価かつ簡便な製造方法を提供することができ、特に、薄い超硬合金製丸刃を得る場合であっても歪みの開放による変形が効果的に抑制される超硬合金製丸刃の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a cemented carbide round blade in which a cutting edge portion made of cemented carbide having excellent mechanical properties is firmly bonded to a metal substrate, and an inexpensive and simple manufacturing method thereof. In particular, even when a thin cemented carbide round blade is obtained, it is possible to provide a method for manufacturing a cemented carbide round blade in which deformation due to strain release is effectively suppressed.
以下、図面を参照しながら本発明の超硬合金製丸刃及びその製造方法の代表的な実施形態について詳細に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。なお、以下の説明では、同一または相当部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。また、図面は、本発明を概念的に説明するためのものであるから、表された各構成要素の寸法やそれらの比は実際のものとは異なる場合もある。 Hereinafter, typical embodiments of a cemented carbide round blade and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. In the following description, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. Further, since the drawings are for conceptually explaining the present invention, the dimensions and ratios of the components shown may be different from the actual ones.
（Ａ）超硬合金製丸刃の製造方法
図１に、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法に関する工程図を示す。本発明の超硬合金製丸刃の製造方法は、金属材の表面に溶射超硬合金被膜を形成させる第一工程（Ｓ０１）と、溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程（Ｓ０２）と、改質部が少なくとも刃先の一部となるように、金属材を丸刃形状に加工する第三工程（Ｓ０３）と、を含んでいる。以下、各工程について詳細に説明する。
(A) Manufacturing Method of Cemented Carbide Round Blade FIG. 1 is a process diagram relating to the manufacturing method of the cemented carbide round blade of the present invention. The manufacturing method of the cemented carbide round blade of the present invention includes a first step (S01) for forming a sprayed cemented carbide coating on the surface of a metal material, and a friction stirring process applied to at least a part of the sprayed cemented carbide coating. The second step (S02) for forming the modified portion and the third step (S03) for processing the metal material into a round blade shape so that the modified portion becomes at least part of the cutting edge. . Hereinafter, each step will be described in detail.
（１）第一工程（Ｓ０１：溶射超硬合金被膜の形成）
第一工程（Ｓ０１）は、溶射を用いて金属材の表面に超硬合金被膜を形成させる工程である。
(1) First step (S01: Formation of sprayed cemented carbide coating)
The first step (S01) is a step of forming a cemented carbide film on the surface of the metal material using thermal spraying.
溶射方法は特に限定されず、ガス燃焼エネルギーや電気エネルギー（プラズマ、アーク等）を利用した各種溶射法を用いることができる。具体的には、ガスフレーム溶射、高速ガスフレーム溶射（ＨＶＯＦ）、アーク溶射、プラズマ溶射、減圧プラズマ溶射（ＶＰＳ）等を用いることができる。ここで、第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスを容易にする観点から、摩擦攪拌プロセス中の材料流動を促進する空孔やラメラ界面を溶射超硬合金被膜に適度に導入できる高速フレーム溶射（ＨＶＯＦ）を用いることが好ましい。 The thermal spraying method is not particularly limited, and various thermal spraying methods using gas combustion energy or electrical energy (plasma, arc, etc.) can be used. Specifically, gas flame spraying, high-speed gas flame spraying (HVOF), arc spraying, plasma spraying, low pressure plasma spraying (VPS), or the like can be used. Here, from the viewpoint of facilitating the friction stir process in the second step (S02), high-speed flame spraying that can appropriately introduce pores and lamellar interfaces that promote material flow during the friction stir process into the sprayed cemented carbide coating ( HVOF) is preferably used.
金属材の種類は特に限定されず、従来公知の種々の金属材を用いることができるが、鋼を用いることが好ましく、焼き入れした鋼を用いることがより好ましい。金属材を鋼とすることで安価となり、焼き入れした鋼を用いることで、刃物として要求される適度な剛性等を付与することができる。また、円柱状又は円筒状の金属材の大きさは丸刃のサイズや生産効率等によって適宜最適化すればよい。 The type of the metal material is not particularly limited, and various conventionally known metal materials can be used. However, it is preferable to use steel, and it is more preferable to use hardened steel. By using steel as the metal material, the cost becomes low, and by using the hardened steel, it is possible to impart appropriate rigidity and the like required for the blade. The size of the columnar or cylindrical metal material may be optimized as appropriate depending on the size of the round blade, production efficiency, and the like.
更に、溶射超硬合金被膜の種類も特に限定されず、従来公知の種々の組成を有する超硬合金を用いることができ、例えば、コバルト系又はニッケル系の金属結合相を有する超硬合金を用いることができる。 Furthermore, the kind of thermal sprayed cemented carbide coating is not particularly limited, and conventionally known cemented carbides having various compositions can be used. For example, a cemented carbide having a cobalt-based or nickel-based metallic binder phase is used. be able to.
金属材の表面に形成させる溶射超硬合金被膜の厚さは刃先部の形状及び大きさ等によって適宜調整すればよいが、例えば、１００〜１０００μｍとすることが好ましい。溶射超硬合金被膜の厚さを１００〜１０００μｍとすることで、第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスによって膜厚方向に十分に攪拌することができると共に、金属材と溶射超硬合金被膜との接合強度を効率的に向上させることができる。 The thickness of the thermally sprayed cemented carbide coating formed on the surface of the metal material may be appropriately adjusted depending on the shape and size of the blade edge portion, but is preferably set to 100 to 1000 μm, for example. By setting the thickness of the sprayed cemented carbide coating to 100 to 1000 μm, the friction stir process in the second step (S02) can sufficiently stir in the film thickness direction, and the metal material and the sprayed cemented carbide coating The joint strength can be improved efficiently.
（２）第二工程（Ｓ０２：摩擦攪拌プロセス）
第二工程（Ｓ０２）は、第一工程（Ｓ０１）で形成させた溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する行程である。
(2) Second step (S02: friction stirring process)
The second step (S02) is a step of subjecting at least a part of the sprayed cemented carbide coating formed in the first step (S01) to a friction stirring process to form a modified portion.
摩擦攪拌プロセスは、１９９１年に英国のＴＷＩ（ＴｈｅＷｅｌｄｉｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）で考案された接合技術である摩擦攪拌接合法を、金属材の表面改質法として応用したものである。摩擦攪拌接合は高速で回転する円柱状のツールを接合したい領域に圧入（ツール底面にプローブと呼ばれる突起を有しており、該プローブが圧入される）し、摩擦熱によって軟化した被接合材を攪拌しながら接合したい方向に走査することで接合を達成する技術である。回転するツールによって攪拌された領域は一般的に攪拌部と呼ばれ、接合条件によっては材料の均質化および結晶粒径の減少に伴う機械的特性の向上がもたらされる。摩擦攪拌による材料の均質化および結晶粒径の減少に伴う機械的特性の向上を表面改質として用いる技術が摩擦攪拌プロセスであり、近年広く研究の対象になっている。なお、本発明で用いる摩擦攪拌プロセス用ツールの底面には、必ずしもプローブを有している必要はなく、プローブを有さない所謂フラットツールを用いることができる。 The friction stir process is an application of the friction stir welding method, which is a joining technique devised by TWI (The Welding Institute) in the United Kingdom in 1991, as a surface modification method for metal materials. Friction stir welding is performed by press-fitting into a region where a cylindrical tool rotating at a high speed is to be joined (having a protrusion called a probe on the bottom of the tool, and the probe is press-fitted), and softened by frictional heat. This technique achieves joining by scanning in the direction of joining while stirring. The region agitated by the rotating tool is generally called an agitator, and depending on the joining conditions, the material is homogenized and the mechanical properties are improved with the reduction of the crystal grain size. A technique that uses as a surface modification a material homogenization by friction stirrer and an improvement in mechanical properties accompanying a decrease in crystal grain size is a friction stir process, and has been widely studied in recent years. Note that the bottom surface of the friction stir process tool used in the present invention does not necessarily have a probe, and a so-called flat tool without a probe can be used.
図２に第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスの模式図を示す。高速回転する円筒状の摩擦攪拌プロセス用ツール２を金属材４の表面に形成させた溶射超硬合金被膜６に圧入し、金属材４を回転させることで（又は、摩擦攪拌プロセス用ツール２を移動させることで）、溶射超硬合金被膜６に改質領域８を形成することができる。摩擦攪拌プロセス用ツール２で攪拌された領域には材料流動が生じ、溶射超硬合金被膜６に存在する空隙等の欠陥を消失させると共に結合相の結晶粒を微細化することができる。 FIG. 2 shows a schematic diagram of the friction stir process in the second step (S02). A cylindrical friction stir process tool 2 that rotates at high speed is press-fitted into a sprayed cemented carbide coating 6 formed on the surface of the metal material 4, and the metal material 4 is rotated (or the friction stir process tool 2 is The modified region 8 can be formed in the sprayed cemented carbide coating 6 by being moved. Material flow occurs in the region stirred by the friction stir process tool 2, and defects such as voids existing in the sprayed cemented carbide coating 6 can be eliminated and the crystal grains of the binder phase can be refined.
ここで、摩擦攪拌プロセス用ツール２を挿入した状態で金属材４を一回転以上させた場合、一旦改質された領域に摩擦攪拌プロセス用ツール２が再度侵入し、摩擦攪拌プロセスの終了位置が僅かに窪んだ形状となってしまう。これに対し、金属材４を回転させつつ、摩擦攪拌プロセス用ツール２を横方向（金属材の長手方向）に移動させることで、スパイラル状に改質を行うことができ、表面状態を均質化することができる。その結果、超硬合金製丸刃の最終加工を最小化できるだけでなく、十分な厚さの溶射超硬合金被膜６を刃先として用いることができる。また、一度の摩擦攪拌プロセスで大面積の改質領域８を得ることができ、生産効率を高めることができる。加えて、摩擦攪拌プロセス用ツール２はプロセスの開始時や繰り返しのプロセスによる熱衝撃で損傷することが多く、摩擦攪拌プロセス用ツール２の寿命を増加させる観点からも好ましい。 Here, when the metal material 4 is rotated once or more with the friction stir process tool 2 inserted, the friction stir process tool 2 reenters the region once modified, and the end position of the friction stir process is It becomes a slightly depressed shape. On the other hand, by moving the friction stir process tool 2 in the lateral direction (longitudinal direction of the metal material) while rotating the metal material 4, it can be modified in a spiral shape, and the surface state is homogenized. can do. As a result, the final processing of the cemented carbide round blade can be minimized, and a sufficiently thick sprayed cemented carbide coating 6 can be used as the cutting edge. Moreover, the modified area 8 having a large area can be obtained by a single friction stirring process, and the production efficiency can be increased. In addition, the friction stir process tool 2 is often damaged at the start of the process or by thermal shock due to repeated processes, which is preferable from the viewpoint of increasing the life of the friction stir process tool 2.
また、摩擦攪拌プロセス時に発生する材料流動および入熱により、溶射超硬合金被膜６と金属材４とは冶金的に接合される。加えて、改質された溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合界面近傍において、金属材４の硬度は摩擦攪拌プロセス前よりも高くなる。 Further, the sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4 are metallurgically joined by the material flow and heat input generated during the friction stirring process. In addition, in the vicinity of the joint interface between the modified sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4, the hardness of the metal material 4 is higher than before the friction stirring process.
摩擦攪拌プロセス用ツール２には、溶射超硬合金被膜６よりも機械的特性（硬度、耐熱衝撃性および摩擦攪拌プロセス時の温度における変形抵抗等）に優れたものを使用することができる。摩擦攪拌プロセス時に摩擦攪拌プロセス用ツール２の破片が溶射超硬合金被膜６に混入する場合を考慮すると、摩擦攪拌プロセス用ツール２は超硬合金製であることが好ましい。超硬合金製の摩擦攪拌プロセス用ツール２は溶射超硬合金被膜６よりも機械的特性に優れたものを使用する必要があり、例えば、溶射超硬合金被膜６よりも高硬度のものを選択する必要がある。 As the friction stir process tool 2, a tool superior in mechanical characteristics (hardness, thermal shock resistance, deformation resistance at a temperature during the friction stir process, etc.) can be used. Considering the case where fragments of the friction stirring process tool 2 are mixed into the sprayed cemented carbide coating 6 during the friction stirring process, the friction stirring process tool 2 is preferably made of cemented carbide. The tool 2 for friction stir process made of cemented carbide needs to have a mechanical property superior to that of the sprayed cemented carbide coating 6, and for example, a tool having higher hardness than the sprayed cemented carbide coating 6 is selected. There is a need to.
摩擦攪拌プロセスの主要なプロセスパラメータとしては、ツール回転速度、ツール移動速度及びツール荷重等を挙げることができる。これらのプロセスパラメータは、溶射超硬合金被膜の種類及び厚さや、所望する改質領域の大きさ及び硬度上昇の程度等に応じて適宜設定すればよい。 The main process parameters of the friction stir process include a tool rotation speed, a tool moving speed, a tool load, and the like. These process parameters may be appropriately set according to the type and thickness of the sprayed cemented carbide coating, the size of the desired modified region, the degree of hardness increase, and the like.
（３）第三工程（Ｓ０３：丸刃形状への加工）
第三工程（Ｓ０３）は、第二工程（Ｓ０２）で改質された溶射超硬合金被膜６が刃先となるように金属材４をスライス等する行程である。
(3) Third step (S03: processing into a round blade shape)
The third step (S03) is a step of slicing the metal material 4 so that the sprayed cemented carbide coating film 6 modified in the second step (S02) becomes the cutting edge.
通常、溶射超硬合金被膜には欠陥が存在することに加え、溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合強度も十分ではないため、溶射超硬合金被膜６を有する金属材４を切断すると溶射超硬合金被膜６の剥離や欠け等が生じてしまう。これに対し、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法では第二工程（Ｓ０２）における摩擦攪拌プロセスによって溶射超硬合金被膜６の機械的特性及び金属材４との接合強度が向上していることから、刃先となる改質領域８が切断プロセス中に剥離・破損等することなく、良好な丸刃を製造することができる。 Usually, in addition to the presence of defects in the sprayed cemented carbide coating, the bonding strength between the sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4 is not sufficient, so the metal material 4 having the sprayed cemented carbide coating 6 is cut. Then, peeling or chipping of the sprayed cemented carbide film 6 occurs. On the other hand, in the manufacturing method of the cemented carbide round blade of the present invention, the mechanical properties of the sprayed cemented carbide coating 6 and the bonding strength with the metal material 4 are improved by the friction stirring process in the second step (S02). Therefore, a good round blade can be manufactured without the modified region 8 serving as the blade edge being peeled or damaged during the cutting process.
図３に、第三工程（Ｓ０３）の一態様を示す断面模式図を示す。本発明の超硬合金製丸刃の製造方法においては、金属材４の直径を超硬合金製丸刃１０の直径と略同一とし、第三工程において、金属材４を円柱又は円筒の中心軸に対して略垂直にスライスして円盤状に薄板化することが好ましい。金属材４の厚さを超硬合金製丸刃１０の刃幅と略同一とすることで、金属材４をスライスするのみで丸刃前駆体を切り出すことができる。 In FIG. 3, the cross-sectional schematic diagram which shows the one aspect | mode of a 3rd process (S03) is shown. In the method of manufacturing a cemented carbide round blade according to the present invention, the diameter of the metal material 4 is made substantially the same as the diameter of the cemented carbide round blade 10, and in the third step, the metal material 4 is a cylindrical or cylindrical central axis. It is preferable to slice the plate substantially perpendicularly to make it thin into a disk shape. By making the thickness of the metal material 4 substantially the same as the blade width of the cemented carbide round blade 10, the circular blade precursor can be cut out only by slicing the metal material 4.
金属材４を切断した後、形状の微修正や刃立て等を行うことで超硬合金製丸刃１０を得ることができる。なお、上述の通り、改質領域８における溶射超硬合金被膜６は優れた機械的特性を有していることから、刃欠け等を生じることなく鋭い刃先を形成することができる。 After cutting the metal material 4, the cemented carbide round blade 10 can be obtained by performing fine correction of the shape, blade cutting, or the like. Note that, as described above, the sprayed cemented carbide coating 6 in the modified region 8 has excellent mechanical properties, so that a sharp cutting edge can be formed without causing a chipping or the like.
（Ｂ）超硬合金製丸刃
図４に本発明の超硬合金製丸刃の一態様を示す断面模式図を示す。超硬合金製丸刃１０は本体部１２と刃先部１４とを有し、刃先部１４のみが超硬合金製となっている。なお、本発明の超硬合金製丸刃は、本発明の超硬合金製丸刃の製造方法によって好適に得ることができる。
(B) Cemented carbide round blade FIG. 4 is a schematic cross-sectional view showing one embodiment of the cemented carbide round blade of the present invention. The cemented carbide round blade 10 has a main body portion 12 and a blade edge portion 14, and only the blade edge portion 14 is made of cemented carbide. The cemented carbide round blade of the present invention can be suitably obtained by the method for producing the cemented carbide round blade of the present invention.
図５に超硬合金製丸刃１０の刃先近傍の断面模式図を示す。刃先部１４は溶射超硬合金被膜６となっており、先端部分は改質領域８となっている。改質領域８に含まれる結合相の結晶粒は微細化されており、平均結晶粒径は１μｍ以下となっている。 FIG. 5 is a schematic sectional view of the vicinity of the cutting edge of the cemented carbide round blade 10. The cutting edge portion 14 is a sprayed cemented carbide coating 6, and the tip portion is a modified region 8. The crystal grains of the binder phase included in the modified region 8 are refined, and the average crystal grain size is 1 μm or less.
また、溶射超硬合金被膜６に存在する空隙等の欠陥は摩擦攪拌プロセス等によって消失し、改質領域８に含まれる欠陥は大幅に低減されている。加えて、溶射超硬合金被膜６と金属材４とは冶金的に接合されており、溶射超硬合金被膜６と金属材４との接合界面近傍において、金属材４の硬度は他の領域と比較して高くなっている。 In addition, defects such as voids existing in the sprayed cemented carbide coating 6 disappear by a friction stir process or the like, and the defects included in the modified region 8 are greatly reduced. In addition, the thermally sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4 are metallurgically joined, and the hardness of the metal material 4 is in the vicinity of the joining interface between the thermally sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4. It is higher compared.
また、超硬合金製丸刃１０では、溶射超硬合金被膜６の厚さが１００〜１０００μｍであることが好ましい。溶射超硬合金被膜６の厚さが１００μｍ以上となっていることで、十分な刃先部１４が形成されており、１０００μｍ以下となっていることで、膜厚方向に均質な改質領域８が形成されていると共に、溶射超硬合金被膜６と金属材４とが確実に冶金的に接合されている。 Moreover, in the cemented carbide round blade 10, the thickness of the sprayed cemented carbide coating 6 is preferably 100 to 1000 μm. When the thickness of the sprayed cemented carbide coating 6 is 100 μm or more, a sufficient cutting edge portion 14 is formed, and when the thickness is 1000 μm or less, the modified region 8 homogeneous in the film thickness direction is formed. In addition to being formed, the thermally sprayed cemented carbide coating 6 and the metal material 4 are reliably metallurgically joined.
更に、超硬合金製丸刃１０は、結合相がコバルト系結合相である場合の刃先部１４のビッカース硬度が１３００ＨＶ以上であり、結合相がニッケル系結合相である場合の刃先部１４のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であることが好ましい。刃先部１４の硬度がこれらの値を有することで、使用中の摩耗が抑制されており、長寿命化が達成されている。 Further, the cemented carbide round blade 10 has a Vickers hardness of 1300HV or more when the binder phase is a cobalt-based binder phase, and a Vickers of the blade portion 14 when the binder phase is a nickel-based binder phase. The hardness is preferably 1200 HV or more. Since the hardness of the blade edge portion 14 has these values, wear during use is suppressed, and a long life is achieved.
また、本体部１２の厚さは０．２〜５ｍｍであることが好ましい。本体部１２の厚さを０．２ｍｍ以上とすることで、全体的に歪みのない状態となり、５ｍｍ以下とすることで、一本の金属材から多数の超硬合金製丸刃１０を得ることができる。ここで、より好ましい本体部１２の厚さは０．５〜３ｍｍであり、最も好ましい本体部１２の厚さは０．７〜１．５ｍｍである。 Moreover, it is preferable that the thickness of the main-body part 12 is 0.2-5 mm. When the thickness of the main body 12 is 0.2 mm or more, there is no distortion as a whole, and when the thickness is 5 mm or less, a large number of cemented carbide round blades 10 are obtained from a single metal material. Can do. Here, the thickness of the main body part 12 is more preferably 0.5 to 3 mm, and the most preferable thickness of the main body part 12 is 0.7 to 1.5 mm.
以上、本発明の超硬合金製刃物及びその製造方法の代表的な実施形態について説明したが、本発明はこれらのみに限定されるものではなく、種々の設計変更が可能であり、それら設計変更は全て本発明の技術的範囲に含まれる。 As mentioned above, although the typical embodiment of the cemented carbide blade of this invention and its manufacturing method was described, this invention is not limited only to these, A various design change is possible, These design changes Are all included in the technical scope of the present invention.
直径４５ｍｍ、長さ５００ｍｍの円柱状のＳＫＤ６１製金属材に対し、高速フレーム溶射法を用いて溶射超硬合金被膜を形成させた（第一工程：Ｓ０１）。原料粉末にはガスアトマイズ法で製造された平均粒径４０μｍのＷＣ−１７ｍａｓｓ％Co粒子を用いた。 A sprayed cemented carbide coating was formed on a cylindrical SKD61 metal material having a diameter of 45 mm and a length of 500 mm using a high-speed flame spraying method (first step: S01). As the raw material powder, WC-17 mass% Co particles having an average particle diameter of 40 μm manufactured by a gas atomization method were used.
次に、溶射超硬合金被膜に対して摩擦攪拌プロセスを施した（第二工程：Ｓ０２）。摩擦攪拌プロセスには直径が１２ｍｍの円柱形状をした超硬合金（ＷＣ−Ｃｏ）製のツールを用い、６００ｒｐｍの速度で回転する該ツールを３４００ｋｇの荷重で溶射超硬合金被膜に圧入させた。金属材を５０ｍｍ／ｍｉｎで回転させつつ、ツールを横方向（金属材の長手方向）に１ｍｍ／ｍｉｎで移動させ、溶射超硬合金被膜にスパイラル状の改質領域を形成させた。 Next, a friction stir process was applied to the sprayed cemented carbide coating (second step: S02). A tool made of cemented carbide (WC-Co) having a cylindrical shape with a diameter of 12 mm was used for the friction stirring process, and the tool rotating at a speed of 600 rpm was pressed into the sprayed cemented carbide coating with a load of 3400 kg. While rotating the metal material at 50 mm / min, the tool was moved in the lateral direction (longitudinal direction of the metal material) at 1 mm / min to form a spiral modified region in the sprayed cemented carbide coating.
次に、改質した溶射超硬合金被膜が刃先となるように金属材を０．７ｍｍ厚にスライスし、円盤状の丸刃前駆体を切り出した（第三工程：Ｓ０３）。その後、形状の微修正及び刃立てを行い、図６に示す超硬合金製丸刃を得た。刃先は極めて鋭利な状態となっており、一般的な溶射超硬合金被膜では実現不可能（欠陥の存在等によって刃立てが困難）な刃先角度となっている。また、刃先部の超硬合金に剥離及び欠け等は認められない。なお、丸刃前駆体を切り出した際に顕著な変形等は観察されず、最終製品である超硬合金製丸刃においても歪みは認められない。 Next, the metal material was sliced to a thickness of 0.7 mm so that the modified sprayed cemented carbide coating became the cutting edge, and a disk-shaped round blade precursor was cut out (third step: S03). Thereafter, the shape was finely corrected and the blade was sharpened to obtain a cemented carbide round blade shown in FIG. The cutting edge is in an extremely sharp state, and has a cutting edge angle that is impossible to achieve with a general thermal sprayed cemented carbide coating (the cutting edge is difficult due to the presence of defects, etc.). Also, no peeling or chipping is observed in the cemented carbide at the blade edge. In addition, when a round blade precursor is cut out, no remarkable deformation or the like is observed, and no distortion is observed even in the cemented carbide round blade as the final product.
改質部に相当する刃先部のビッカース硬度を測定したところ１４００ＨＶ（５点平均）であり、透過電子顕微鏡観察で金属結合相の平均結晶粒径を計測したところ２００ｎｍであった。また、摩擦攪拌プロセスによって超硬合金被膜の緻密化が進行しており、顕著な欠陥等は認められなかった。 The Vickers hardness of the cutting edge portion corresponding to the modified portion was measured and found to be 1400 HV (average of 5 points), and the average crystal grain size of the metal bonded phase measured by transmission electron microscopy was 200 nm. In addition, the cemented carbide alloy film was being densified by the friction stir process, and no significant defects were observed.
以上の結果より、摩擦攪拌プロセスを施した溶射超硬合金被膜を刃先とし、金属板をスライスする態様で刃物を製造することで、優れた機械的特性を有する超硬合金製の刃先部が金属基材に強固に接合された超硬合金製刃物を、安価かつ簡便に製造できることが確認できる。 Based on the above results, the cutting edge made of cemented carbide having excellent mechanical properties is made of metal by manufacturing the blade in the form of slicing the metal plate with the thermal sprayed cemented carbide film subjected to the friction stirring process as the cutting edge. It can be confirmed that a cemented carbide blade firmly bonded to the substrate can be manufactured inexpensively and easily.
２・・・摩擦攪拌プロセス用ツール、
４・・・金属材、
６・・・溶射超硬合金被膜、
８・・・改質領域、
１０・・・超硬合金製丸刃、
１２・・・本体部、
１４・・・刃先部。
2 ... Tool for friction stirring process,
4 ... Metal material,
6 ... Thermal sprayed cemented carbide coating,
8 ... reforming region,
10 ... Cemented carbide round blade,
12 ... body part,
14 ... Cutting edge part.
Claims (10)
前記溶射超硬合金被膜の少なくとも一部に摩擦攪拌プロセスを施し、改質部を形成する第二工程と、
前記改質部が少なくとも刃先の一部となるように、前記金属材を丸刃形状にスライス加工する第三工程と、を含むこと、
を特徴とする超硬合金製丸刃の製造方法。 A first step of forming a sprayed cemented carbide film on the surface of a columnar or cylindrical metal material;
A second step of subjecting at least a part of the sprayed cemented carbide coating to a friction stirring process to form a modified portion;
Including a third step of slicing the metal material into a round blade shape so that the modified portion becomes at least part of the blade edge,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade characterized by these.
を特徴とする請求項１に記載の超硬合金製丸刃の製造方法。 In the second step, the friction stir process is spirally applied to the sprayed cemented carbide coating,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade of Claim 1 characterized by these.
を特徴とする請求項１又は２に記載の超硬合金製丸刃の製造方法。 The metal material is steel,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade of Claim 1 or 2 characterized by these.
を特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。 In the first step, the thickness of the sprayed cemented carbide coating is 100 to 1000 μm,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade in any one of Claims 1-3 characterized by these.
を特徴とする請求項１〜４のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。 The thickness of the round blade body is 0.2 to 5 mm,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade in any one of Claims 1-4 characterized by these.
を特徴とする請求項１〜５のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃の製造方法。 In the first step, using high-speed flame spraying,
The manufacturing method of the cemented carbide round blade in any one of Claims 1-5 characterized by these.
前記刃先部は超硬合金製であり、
前記本体部は金属製であり、
前記刃先部と前記本体部とは冶金的に接合されており、
前記刃先部の超硬合金に含まれる結合相の平均結晶粒径が１μｍ以下であること、
を特徴とする超硬合金製丸刃。 It is a cemented carbide round blade consisting of a blade tip and a main body,
The cutting edge is made of cemented carbide,
The main body is made of metal,
The cutting edge portion and the main body portion are metallurgically bonded,
The average crystal grain size of the binder phase contained in the cemented carbide of the blade edge is 1 μm or less,
Cemented carbide alloy round blade.
を特徴とする請求項７に記載の超硬合金製丸刃。 The main body is made of steel;
A cemented carbide round blade according to claim 7.
を特徴とする請求項７又は８に記載の超硬合金製丸刃。 The thickness of the cutting edge is 100 to 1000 μm,
A cemented carbide round blade according to claim 7 or 8.
前記結合相がニッケル系結合相である場合の前記刃先部のビッカース硬度が１２００ＨＶ以上であること、
を特徴とする請求項７〜９のうちのいずれかに記載の超硬合金製丸刃。
The Vickers hardness of the cutting edge when the binder phase is a cobalt-based binder phase is 1300 HV or more,
The Vickers hardness of the cutting edge when the binder phase is a nickel-based binder phase is 1200 HV or more,
A round blade made of cemented carbide according to any one of claims 7 to 9.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018089767A JP2019195858A (en) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Cemented carbide round blade and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018089767A JP2019195858A (en) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Cemented carbide round blade and its manufacturing method |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2019195858A true JP2019195858A (en) | 2019-11-14 |
Family
ID=68538071
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018089767A Pending JP2019195858A (en) | 2018-05-08 | 2018-05-08 | Cemented carbide round blade and its manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2019195858A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021088742A (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 日本製鉄株式会社 | Partial composite steel material and method for manufacturing the same |
| CN112936106A (en) * | 2021-03-11 | 2021-06-11 | 哈尔滨理工大学 | Hard alloy cutter passivation process based on erosion wear |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089884A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-28 | Toshiba Corp | Surface reforming method and device for workpiece |
| JP2017094474A (en) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 株式会社Ａｍｃ | Cutter made of cemented carbide and manufacturing method thereof |
-
2018
- 2018-05-08 JP JP2018089767A patent/JP2019195858A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003089884A (en) * | 2001-09-14 | 2003-03-28 | Toshiba Corp | Surface reforming method and device for workpiece |
| JP2017094474A (en) * | 2015-11-27 | 2017-06-01 | 株式会社Ａｍｃ | Cutter made of cemented carbide and manufacturing method thereof |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2021088742A (en) * | 2019-12-04 | 2021-06-10 | 日本製鉄株式会社 | Partial composite steel material and method for manufacturing the same |
| JP7432842B2 (en) | 2019-12-04 | 2024-02-19 | 日本製鉄株式会社 | Partial composite steel material and its manufacturing method |
| CN112936106A (en) * | 2021-03-11 | 2021-06-11 | 哈尔滨理工大学 | Hard alloy cutter passivation process based on erosion wear |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2017094474A (en) | Cutter made of cemented carbide and manufacturing method thereof | |
| EP3254813B1 (en) | Cutter | |
| JP5740673B2 (en) | cBN cutting tools | |
| US11135689B2 (en) | Tool blades and their manufacture | |
| JP2003532542A (en) | Friction stir welding of metal matrix composites, ferrous alloys, non-ferrous alloys and super alloys using high wear resistant tools | |
| CN102105248A (en) | Cutting insert and cutting tool | |
| EP3117943B1 (en) | Tool blades and their manufacture | |
| CN111684097A (en) | Method for repairing and modifying metal base material | |
| JP2019195858A (en) | Cemented carbide round blade and its manufacturing method | |
| CN109562485B (en) | Tool member for friction stir welding, friction stir welding device using same, and friction stir welding method | |
| JP5419046B2 (en) | Method for refining the structure of steel material, steel material having fine structure and blade | |
| JP2018122365A (en) | Ball end mill | |
| JP5371102B2 (en) | Method for modifying cemented carbide and cemented carbide modified by the method | |
| JP6743334B2 (en) | Cemented carbide scissors and manufacturing method thereof | |
| JP2017094475A (en) | Cutter made of cemented carbide and manufacturing method thereof | |
| CN115464689A (en) | Tool and method of manufacturing a tool | |
| CN114656257B (en) | Ceramic tool and method for manufacturing same | |
| CN114716245B (en) | Ceramic tool and method for manufacturing same | |
| JP2015091627A (en) | Cbn cutting tool | |
| JPWO2007052743A1 (en) | Sputtering target and manufacturing method thereof | |
| US6892490B2 (en) | Fishing hook | |
| JP2021030330A (en) | Cutting tool | |
| JPH1199287A (en) | Edged tool made by powder metallurgy | |
| JP2020059079A (en) | Sintered material split body, cutting tool element using sinter material split body, and method of manufacturing the same | |
| JP6757519B2 (en) | Composite members and cutting tools |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20210407 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20220210 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20220308 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20220913 |