JP5889564B2 - 工具の表面改質方法 - Google Patents
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Description
<その他>
アルミニウム合金やマグネシウム合金は、軽量化が要求される各種の分野、例えば、自動車や鉄道車両、航空機などに広く使用されている。これらアルミニウム合金等は、軽量である一方、強度が比較的低いため、その機械的強度を高めるための種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献1(例えば、特許文献1:特開2009−185339号公報)には、ブラスト装置により投射された強化粒子(純タングステンやタングステン合金などの粒子)を、アルミニウム合金の表面に衝突させることで、アルミニウム合金の表面に強化粒子を分散(移着)させ、機械的強度を高める技術が開示される。この技術によれば、処理対象の形状によらず、その表面に強化粒子層を形成することができる。
しかしながら、上述した従来の技術では、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの表面硬さが比較的低い素材に処理対象が限定されるという問題点があった。即ち、ダイス鋼やハイス鋼などの表面硬さが比較的高い素材に対しては、上述した技術では、強化粒子を移着させることが困難となる。
本技術的思想は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、表面硬さが比較的高い素材に対して強化粒子を移着させることができる工具の表面改質方法および工具を提供することを目的としている。
<手段>
この目的を達成するために、技術的思想1の工具の表面改質方法は、 工具の表面にショットを投射するショットピーニングにより、前記工具の表面を改質する工具の表面改質方法において、前記ショットは、超硬合金の仮焼結材から構成され、前記ショットピーニングにより、前記仮焼結材の少なくともタングステンカーバイトを前記工具の表面に移着させることで、前記工具の表面を改質する。
技術的思想2の工具の表面改質方法は、技術的思想1記載の工具の表面改質方法において、前記仮焼結材は、平均粒子径が140μm〜800μmの範囲に設定される。
技術的思想3の工具の表面改質方法は、技術的思想1又は2に記載の工具の表面改質方法において、前記仮焼結材は、総重量に対し、3wt%〜16wt%がCoとされ、0wt%〜10wt%がTi、Ta又はNb炭化物の内の一部または全部とされ、残部がWCとされる。
技術的思想4の工具の表面改質方法は、技術的思想1から3のいずれかに記載の工具の表面改質方法において、6kgf/平方cm以下の圧力では粉砕しない強度を有する。
技術的思想5の工具の表面改質方法は、技術的思想1から4のいずれかに記載の工具の表面改質方法において、前記工具は、ダイス鋼または高速度工具鋼から構成される。
技術的思想6の工具の表面改質方法は、技術的思想2から5のいずれかに記載の工具の表面改質方法において、前記ショットを重力式のショットピーニング装置により投射する場合には、前記ショットの投射圧が0.1MPa〜0.6MPaの範囲に設定され、前記ショットを直圧式のショットピーニング装置により投射する場合には、前記ショットの投射圧が0.1MPa〜0.3MPaに設定される。
技術的思想7の工具は、技術的思想1から6のいずれかに記載の工具の表面改質方法により表面が改質されている。
<効果>
技術的思想1記載の工具の表面改質方法によれば、ショットピーニングにより工具の表面に投射されるショットが、超硬合金の仮焼結材から構成されるので、比較的硬度が高い工具の表面にタングステンカーバイトを移着させ易くすることができる。
即ち、比較的硬度が高い工具の表面にショットを投射する場合、ショットの粒子径が小さいと、ショットに十分な運動エネルギーを付与することができない(即ち、投射されたショットの運動エネルギーは重量に比例する)ので、ショットを工具の表面に移着させることができない。一方、ショットの粒子径が大きくなるに従い、ショットが工具の表面に食い込む際の抵抗が急増するので、現実的なショットの投射最大速度では、工具の表面に移着させることが困難となる。よって、純タングステンカーバイトやタングステンカーバイト合金を投射する従来技術では、比較的硬度が高い工具の表面に移着させることが困難となる。
これに対し、技術的思想1では、ショットが超硬合金の仮焼結材から構成されるので、工具の表面に到達したショットを粉砕させ、ショットを構成していた各タングステンカーバイトの粒子のそれぞれを工具の表面に衝突させることができる。
即ち、投射時には、ショットの粒子径を大きくしておけるので、そのショットに大きな運動エネルギーを与えた状態で、工具の表面に到達させることができる。一方、工具の表面に到達すると、粉砕により、粒子径の小さなタングステンカーバイトの粒子として、衝突させることができ、その結果、工具の表面に食い込む際の抵抗を小さくできる。このように、大きな運動エネルギーを付与しつつ、粒子径が小さくされた状態で衝突させることができるので、比較的硬度が高い工具であっても、その表面に効率的にタングステンカーバイトの粒子を移着させることができる。
技術的思想2記載の工具の表面改質方法によれば、技術的思想1記載の工具の表面改質方法の奏する効果に加え、仮焼結材の平均粒子径を800μm以下としたので、投影面積を小さくして、空気抵抗を抑制することで、投射速度を高くすることができる。一方、仮焼結材の平均粒子径を140μm以上としたので、粒子の重量を確保することができる。よって、超硬合金に比べて比重の小さな仮焼結材であっても、投射速度および重量を確保して、運動エネルギーを大きくすることができる。その結果、比較的硬度が高い工具の表面にタングステンカーバイトを移着させ易くすることができる。
技術的思想3記載の工具の表面改質方法によれば、技術的思想1又は2に記載の工具の表面改質方法の奏する効果に加え、仮焼結材の総重量に対し、コバルト(Co)を16wt%以下としたので、コバルトによる結合力が高くなり過ぎることを抑制することができる。よって、ショットを確実に粉砕させ、粒子径が小さくされた状態でタングステンカーバイト(WC)を工具の表面に衝突させることができる。即ち、工具の表面へ食い込む際の抵抗を小さくすることができる。一方、仮焼結材の総重量に対し、コバルトを3wt%以上としたので、コバルトによる結合力を確保することができる。よって、工具の表面に到達する前にショットが粉砕され、衝突速度が低下することを抑制することができる。即ち、運動エネルギーを確保した状態で、工具の表面にショットを衝突させることができる。その結果、比較的硬度が高い工具の表面にタングステンカーバイトを移着させ易くすることができる。
技術的思想4記載の工具の表面改質方法によれば、技術的思想1から3のいずれかに記載の工具の表面改質方法の奏する効果に加え、6kgf/平方cm以下の圧力では粉砕しない強度を仮焼結材が有するので、工具の表面に到達する前にショットが粉砕されることを抑制することができる。よって、粉砕により投射速度が低下することを抑制できる。即ち、運動エネルギーを確保した状態で、ショットを工具の表面に衝突させることができるので、比較的硬度が高い工具であっても、その表面にタングステンカーバイトを移着させ易くすることができる。
技術的思想5記載の工具の表面改質方法によれば、技術的思想1から4のいずれかに記載の工具の表面改質方法の奏する効果に加え、タングステンカーバイトの粒子の移着により、耐摩耗性が向上された工具を得ることができるだけでなく、ダイス鋼または高速度工具鋼から工具を構成することで、剛性が確保された工具を得ることができる。なお、アルミニウム合金を処理対象とする従来技術では、処理表面の耐摩耗性が向上しても、工具自体の剛性を確保することができない。
即ち、このような比較的硬度が高い素材の工具を表面改質の対象とすることは、従来の純タングステンカーバイトやタングステンカーバイト粒子を投射する技術では不可能であり、本技術的思想のように、超硬合金の仮焼結材からショットを構成したことで、初めて対象とすることが可能となったものであり、これにより、工具自体の剛性の確保と加工面(処理表面)の耐磨耗性の向上とが同時に達成された工具を得ることができる。
技術的思想6記載の工具の表面改質方法によれば、技術的思想2から5のいずれかに記載の工具の表面改質方法の奏する効果に加え、ショットの投射圧を重力式および直圧式の両者において0.1MPa以上とするので、ショットの投射速度を確保して、工具の表面へのタングステンカーバイトの移着を確実に行うことができる。一方、ショットの投射圧を、重力式の場合は0.6MPa以下であって直圧式の場合は0.3MPa以下とするので、1のタングステンカーバイトが衝突した後、次の投射により別のタングステンカーバイトが同じ箇所に再度衝突した際に、その箇所が削り取られてしまう、即ち、タングステンカーバイトの移着した箇所が消失することを抑制することができる。
技術的思想7記載の工具によれば、技術的思想1から6のいずれかに記載の工具の表面改質方法により表面が改質されるので、加工面(処理表面)の耐磨耗性を確保して、耐久性の向上を図ることができる。特に、技術的思想5のように、工具をダイス鋼または高速度工具鋼から構成する場合には、工具自体の剛性を確保して、加工精度の向上を図ることができる。
S ショット
W 工具
Claims (6)
- 工具の表面にショットを投射することにより、前記工具の表面を改質する工具の表面改質方法において、
前記ショットは、超硬合金の仮焼結材から構成され、
前記投射により、前記仮焼結材の少なくともタングステンカーバイトを前記工具の表面に食い込ませて移着させることで、前記工具の表面を改質することを特徴とする工具の表面改質方法。 - 前記仮焼結材は、平均粒子径が140μm〜800μmの範囲に設定されることを特徴とする請求項1記載の工具の表面改質方法。
- 前記仮焼結材は、総重量に対し、3wt%〜16wt%がCoとされ、0wt%〜10wt%がTi、Ta又はNb炭化物の内の一部または全部とされ、残部がWCとされることを特徴とする請求項1又は2に記載の工具の表面改質方法。
- 前記仮焼結材は、6kgf/平方cm以下の圧力では粉砕しない強度を有することを特徴とする請求項1から3のいずれかに記載の工具の表面改質方法。
- 前記工具は、ダイス鋼または高速度工具鋼から構成されることを特徴とする請求項1から4のいずれかに記載の工具の表面改質方法。
- 前記ショットを重力式のショットピーニング装置により投射する場合には、前記ショットの投射圧が0.1MPa〜0.6MPaの範囲に設定され、前記ショットを直圧式のショットピーニング装置により投射する場合には、前記ショットの投射圧が0.1MPa〜0.3MPaに設定されることを特徴とする請求項2から5のいずれかに記載の工具の表面改質方法。
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