JPH06246510A - 切削部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高硬度で優れた耐摩耗性を有し、かつ大幅な
コスト高を招くことなく比較的容易に製造することがで
きる切削部材を得る。 【構成】 切削部材を構成する金属基体の少なくとも刃
部表面に熱処理を施した鉄−タングステン合金皮膜を形
成した。 【効果】 切削時に切り粉の付着が少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンドミル、ブロー
チ、ボブカッター、Ｔスロットカッター、バイト、ドリ
ル、パンチ、ダイス、タップ等の切削部材に関し、更に
詳述すると、刃部表面に熱処理を施した鉄−タングステ
ン合金皮膜を形成して耐摩耗性を向上させた切削部材に
関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
エンドミル、ブローチ、ボブカッター、Ｔスロットカッ
ター、バイト、ドリル、パンチ、ダイス、タップ等の切
削部材は、鉄鋼により形成され、これに焼入れ、焼戻し
を行うことによって製造されているが、焼入れ、焼戻し
を施した際のビッカース硬度Ｈｖは、通常６００〜８０
０程度であり、切削加工を行う相手材などによっては摩
耗が激しく、耐久性に劣る場合がある。

【０００３】このような、切削部材の硬度を向上させる
方法としては、浸炭窒化処理を施して鉄鋼表面の成分を
改善硬化する方法があるが、この方法は処理装置が大が
かりであり、また処理操作も煩雑であるため大幅なコス
ト高を招くという欠点がある。また、部材表面に硬質ク
ロムめっき皮膜を形成して硬度の向上を図る方法もある
が、硬質クロムめっき皮膜のＨｖも９００程度であり、
十分な高硬度化を達成し得ない。

【０００４】本発明は、上記事情に鑑みなされたもの
で、高硬度で優れた耐摩耗性を有し、かつ大幅なコスト
高を招くことなく比較的容易に製造することができる切
削部材を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明者は、上
記目的を達成するため鋭意検討を重ねた結果、切削部材
を構成するスチール等の金属基体の刃部表面に例えば電
気めっき法によって鉄−タングステン合金皮膜を形成
し、これを熱処理することにより、効果的かつ安価に切
削部材の刃部を高硬度化することができ、特に鉄−タン
グステン合金皮膜の合金化比率を鉄６５〜４０％、タン
グステン３５〜６０％とし、熱処理温度を２５０〜１０
００℃とすることにより、ビッカース硬度Ｈｖ１０００
〜２０００以上もの極めて高い硬度を達成し得ることを
見出し、本発明を完成したものである。

【０００６】従って、本発明は、切削部材を構成する金
属基体の少なくとも刃部表面に熱処理を施した鉄−タン
グステン合金皮膜を形成してなることを特徴とする切削
部材を提供するものである。

【０００７】以下、本発明につき更に詳述する。本発明
の切削部材は、上述したように、切削部材を構成する金
属基体の刃部表面に熱処理を施した鉄−タングステン合
金皮膜を形成したものである。この場合、切削部材を構
成する金属基体としては、エンドミル、ブローチ、ボブ
カッター、Ｔスロットカッター、バイト、ドリル、パン
チ、ダイス、タップ等の切削部材に通常用いられている
金属素材であれば、いずれのものでもよく、具体的に
は、ＳＫ材、ＳＫＳ材、ＳＫＨ材等が挙げられる。

【０００８】また、鉄−タングステン合金皮膜は、特に
限定されるものではないが、タングステン量が３５〜６
０％、特に４５〜６０％で、鉄量が６５〜４０％、特に
５５〜４０％であることが好ましく、これにより極めて
高硬度な皮膜を得ることができる。即ち、この鉄−タン
グステン合金皮膜は、後述するように通常電気めっき法
により形成されるが、比較的タングステン量の多い鉄−
タングステン合金めっき皮膜、特にタングステン量が４
５％を超えるものはアモルファス構造をとっており（Ｘ
線回析により確認される）、このようにアモルファス構
造をとる鉄−タングステン合金めっき皮膜は既にＨｖ１
０００もの硬度を有し（結晶質のものはＨｖ６００程
度）、これを更に熱処理することによりＦｅ₂Ｗの金属
間化合物が形成され（Ｘ線回析により確認される）、Ｈ
ｖ２０００を超えるような極めて高い硬度が得られるも
のである。

【０００９】上記鉄−タングステン合金皮膜の形成は、
電気めっき法が好適に採用される。この場合、めっき浴
としては、タングステンナトリウム等の水溶性タングス
テン化合物をタングステンとして３０〜５５ｇ／Ｌ、よ
り好ましくは３５〜５５ｇ／Ｌ含有し、かつ硫酸第１鉄
等の水溶性第１鉄塩を鉄として７〜１ｇ／Ｌ、より好ま
しくは４〜１ｇ／Ｌ含有するめっき液が好適に使用され
る。なお、このめっき液には通常クエン酸ナトリウム等
の錯化剤が５０〜９０ｇ／Ｌ、より好ましくは７０〜９
０ｇ／Ｌ添加され、またｐＨを３〜９、より好ましくは
７〜９に調整したものが好ましく使用される。

【００１０】上記めっき浴を用いてめっきを行う条件
は、温度３０〜８５℃、特に６０〜８０℃、陰極電流密
度（Ｄ_k）１〜１５Ａ／ｄｍ²、特に２〜１０Ａ／ｄｍ²
とすることが好ましい。なお、必要に応じて撹拌を行う
ことができる。

【００１１】なお、上記鉄−タングステンめっきを行う
に当たり、金属基体にめっき前処理を施しておくことが
好ましい。この場合、前処理は金属基体の種類等に応じ
て通常の前処理を行うことができ、特に制限されるもの
ではないが、特にブラスト処理等により基体表面を粗面
化しておくことが好ましく、これによりめっき皮膜の密
着性が向上すると共に、切削時に切り粉が刃部に付着す
るのを効果的に防止することができる。このように基体
表面を粗面化する場合、その表面粗さはＲｍａｘ０．１
μｍ程度とすることが好ましい。

【００１２】鉄−タングステン合金皮膜の厚さは、切削
部材の種類等に応じて適宜選定されるが、通常１〜５μ
ｍ、特に２〜３μｍの範囲とすることが好ましい。皮膜
の厚さが５μｍを超えると、切削部材の刃先が丸くなっ
て、用途等によっては良好な切削を行うことができなく
なる場合があり、また１μｍ未満であると、良好な硬
度、耐摩耗性が得られない場合がある。

【００１３】本発明の切削部材は、刃部に形成した上記
鉄−タングステン合金皮膜に熱処理を施したものであ
り、これによりビッカース硬度Ｈｖ１０００〜２０００
以上もの高硬度が得られるものである。この場合、熱処
理温度は２００〜１０００℃、特に２５０〜１０００℃
で行うことが好ましく、処理時間は０．１〜２時間程度
とすることが好ましい。熱処理の雰囲気としては、大気
中でもよいが、好ましくは、窒素などの不活性ガス雰囲
気や還元ガス雰囲気とし、また真空中でもよい。

【００１４】

【実施例】以下、実施例を示して本発明を具体的に説明
するが、本発明は下記実施例に制限されるものではな
い。なお、実施例に先立ち、本発明切削部材を構成する
熱処理鉄−タングステン合金皮膜の性質について試験し
た結果を参考例として示す。 ［参考例１］スチール（ＳＫ３）に下記組成のめっき液
を使用して下記条件でめっきを行い、鉄−タングステン
合金皮膜を形成した。

【００１５】めっき浴組成・めっき条件・皮膜特性 タングステン酸ナトリウム ８０ｇ／Ｌ 硫酸第１鉄 ７ｇ／Ｌ クエン酸ナトリウム ７６ｇ／Ｌ ｐＨ ８．５ 温度 ８０℃ 撹拌 空気 陰極電流密度 ７Ａ／ｄｍ² めっき時間 １２０分 皮膜厚さ ７．５μｍ 皮膜組成 Ｗ：５６．２重量％ Ｆｅ：４３．８重量％

【００１６】次に、上記鉄−タングステン合金皮膜を窒
素ガス雰囲気中で２００〜１０００℃の温度で１．５時
間熱処理を施した後、そのビッカース硬度を測定した。
結果を図１に示す。

【００１７】また、上記めっき浴において、タングステ
ン酸ナトリウムを７２ｇ／Ｌ、硫酸第１鉄を１４ｇ／Ｌ
とした浴、タングステン酸ナトリウムを６３ｇ／Ｌ、硫
酸第１鉄を２１ｇ／Ｌとした浴、及びタングステン酸ナ
トリウムを５４ｇ／Ｌ、硫酸第１鉄を２８ｇ／Ｌとした
浴からも同様にして鉄−タングステン合金皮膜を形成
し、同様に熱処理を行って硬度を測定した。結果を図１
に示す。なおこの場合、上記タングステン酸ナトリウム
を７２ｇ／Ｌとした浴からはＷ５３．１重量％、Ｆｅ４
６．９重量％の皮膜が得られ、タングステン酸ナトリウ
ムを６３ｇ／Ｌとした浴からはＷ４９．６重量％、Ｆｅ
５０．４重量％の皮膜が得られ、タングステン酸ナトリ
ウムを５４ｇ／Ｌ、硫酸第１鉄を２８ｇ／Ｌとした浴か
らはＷ２１．１重量％、Ｆｅ７８．９重量％の皮膜が得
られた。

【００１８】図１の結果から明らかなように、鉄−タン
グステン合金皮膜は、熱処理を施すことにより顕著にそ
の硬度が向上し、特に４００〜１０００℃の温度で熱処
理することによりビッカースＨｖ１０００以上の硬度が
達成され、更にタングステン量が５０％を超える鉄−タ
ングステン合金皮膜に対して８００℃以上の温度で熱処
理することにより、ビッカースＨｖ２０００を超える極
めて高い硬度が得られることが確認された。なお、この
鉄−タングステン合金皮膜の構造をＸ線解析により観察
したところ、金属間化合物であることが確認された。

【００１９】［参考例２］上記めっき浴を用いて得たＷ
５６．２重量％、Ｆｅ４３．８重量％の鉄−タングステ
ン合金皮膜に対して、１０３０℃、５００℃の温度で熱
処理を施し、ピン−オンディスク型摩耗試験機を用い
て、下記条件及び評価方法で耐摩耗試験を行った。結果
を図２に示す。

【００２０】試験条件 摺動速度 ６２８ｍｍ／ｓ 摺動距離 １００ｍ 接触圧力 ３．９ＭＰａ 潤滑 無潤滑ピン 各試験皮膜を形成したピンディスク（相手材） 材質ＳＫ３ ７８０℃×３０ｍｉｎ焼入れ、水冷 ２００℃焼戻し、 Ｈｖ７４６評価方法 試験前後のピンの重量を電子天秤で計測し、その重量差
から摩耗料を求めた。なお、計測の際には、アセトンを
用いて超音波洗浄を行い、油脂等を十分に取り除いた。

【００２１】また、同様に熱処理を施さない同様組成の
鉄−タングステン合金皮膜及びサージェント浴から得た
硬質クロムめっき皮膜についても、同様に耐摩耗試験を
行った。結果を図２併示する。

【００２２】図２の結果から、熱処理を施した鉄−タン
グステン合金皮膜の耐摩耗性は、未熱処理のもの、及び
硬質クロムめっき皮膜に比べて遥かに優れていることが
確認された。

【００２３】［実施例、比較例］ＳＫＨ５９製エンドミ
ルの刃部をブラスト処理して粗面化した後（Ｒｍａｘ
０．１μｍ）、上記めっき浴（タングステン酸ナトリウ
ム８０ｇ／Ｌ、硫酸第１鉄７ｇ／Ｌ）を用いて、参考例
１と同様にして厚さ５μｍの鉄−タングステン合金皮膜
を形成し、窒素ガス雰囲気中で５４０℃、２時間の熱処
理を施し、耐摩耗性エンドミルを得た。

【００２４】得られたエンドミルについて、下記条件で
切削試験を行った。試験開始前、１分後、３分後及び６
分後の刃先の拡大写真を図３に示す。また、比較とし
て、ＳＨＫ５９製エンドミルを鉄−タングステン合金皮
膜を形成せずにそのまま用いて、同様の切削試験を行っ
た。その試験開始前、３０秒後、１分後及び６分後の刃
先の拡大写真を図３に併示する。

【００２５】切削条件 切削材（相手材） ＳＳ４１ 回転数 ６６０ｒｐｍ 送り速度 ２２ｍ／ｍｉｎ 切り込み １ｍｍ 潤滑 無潤滑（乾式切削）

【００２６】図３から明らかなように、皮膜を形成しな
い従来のエンドミルは、３０秒後には、刃先の摩耗が見
られ、６分後には完全にダレてしまった。これに対し
て、熱処理鉄−タングステン合金皮膜を形成した本発明
のエンドミルは、３分後でも摩耗はまったく見られず、
６分後でも摩耗や皮膜の剥離はまったく見られずに逆に
刃先が母材ごと折れてしまった。このことから、本発明
のエンドミルは耐摩耗性に極めて優れ、しかも皮膜と母
材との密着性が非常に高いものであることが認められ
た。

【００２７】次に、上記と同様にして製造した熱処理鉄
−タングステン合金皮膜を有するエンドミルＳＫＨ５５
をフライス盤にセットし、ＣｒＶ材を下記条件でミルが
切削不能になるまで切削加工を繰返し、加工数により耐
久性を試験した。結果を表１に示す。なお、比較とし
て、皮膜を有しない従来のエンドミル（ＳＫＨ５５）に
つき同様に耐久性を評価した。結果を表１に併記する。

【００２８】切削条件 加工材（相手材） ＣｒＶ 回転数 ２４０ｒｐｍ 送り速度 ６５ｍｍ／ｍｉｎ 切り込み １ｍｍ 潤滑 潤滑油使用

【００２９】

【表１】 加工数 特徴 比較品 ３００〜４００個 切り粉の付着が見られた 本発明品 ６００〜８００個 切り粉が刃につきにくい

【００３０】表１の結果から明らかなように、本発明の
エンドミルは、従来品に比べてはるかに優れた耐久性を
有することが認められた。また、従来のエンドミルは切
削中刃先への切り粉の付着が見られたが、本発明のエン
ドミルは切り粉の付着がほとんど見られず、切削作業を
極めて作業性よく行うことができた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の切削部材
によれば、高硬度で優れた耐摩耗性を有し、かつ大幅な
コスト高を招くことなく比較的容易に製造することがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】鉄−タングステン合金皮膜の熱処理条件と硬度
との関係を示すグラフである。

【図２】熱処理鉄−タングステン合金皮膜、非熱処理鉄
−タングステン合金皮膜及び硬質クロムめっき皮膜の耐
摩耗性を示すグラフである。

【図３】切削耐久試験を行った際の本発明切削部材及び
従来部材の刃先の経時変化を示す拡大写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切削部材を構成する金属基体の少なくと
   も刃部表面に熱処理を施した鉄−タングステン合金皮膜
   を形成してなることを特徴とする切削部材。