JP6061409B2 - Surface finishing method for cemented carbide - Google Patents
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Description
本発明は、大面積電子ビームの照射による超硬合金の表面仕上げ方法に関する。 The present invention relates to a surface finishing method for cemented carbide by irradiation with a large area electron beam.
高硬度材料である超硬合金は、ダイヤモンド工具のような超硬合金と同等以上の硬度を有する切削工具による切削加工または放電加工によって所望の形状に加工することができる。ただし、切削加工または放電加工によって超硬合金の表面を数μm以下の形状精度および1μmRz以下の面粗度で鏡面のように仕上げることは難しい。そのため、必要に応じてラップあるいはバフのような研磨によって表面を仕上げることが要求されることがある。 A cemented carbide which is a high-hardness material can be processed into a desired shape by cutting or electric discharge machining with a cutting tool having a hardness equal to or higher than that of a cemented carbide such as a diamond tool. However, it is difficult to finish the surface of the cemented carbide like a mirror with a shape accuracy of several μm or less and a surface roughness of 1 μmRz or less by cutting or electric discharge machining. Therefore, it may be required to finish the surface by polishing such as lapping or buffing as necessary.
特に、表面が磨きにくい形状を有する超硬工具の刃先あるいは超硬合金の片面を表面仕上げする場合は、専ら熟練作業者の手磨きによって表面仕上げが行なわれている。超硬合金の手磨きにあたっては、超硬合金が高硬度であるため、作業者にかかる負担がより大きい。また、作業者の能力によって仕上がり具合に差が出てしまって、表面にうねりやダレが生じることもある。そのため、作業者に高度な研磨技術が求められ、均一の高品質の超硬合金の製品を効率よく量産することが困難である。 In particular, when the surface of a cutting edge of a cemented carbide tool or one side of a cemented carbide alloy whose surface is difficult to polish is surface-finished, the surface is finished exclusively by hand polishing by skilled workers. In hand polishing of a cemented carbide, since the cemented carbide has a high hardness, the burden on the worker is greater. In addition, there may be a difference in the finish depending on the ability of the operator, and undulation or sagging may occur on the surface. For this reason, the operator is required to have an advanced polishing technique, and it is difficult to efficiently mass-produce uniform high-quality cemented carbide products.
例えば、特許文献1は、超硬合金の少なくともすくい面と逃げ面の交わる切刃稜線部位にレーザ光を照射し、または電子ビームを照射して加熱することによって超硬工具の耐磨耗性を向上させることを開示している。特許文献1の発明によると、超硬合金の炭化物の含有割合にもよるが、局所的に加熱層が形成されて、耐磨耗性を向上させることができる。しかしながら、レーザ光の照射または電子ビームのスポット照射によって加熱するので、局所的に耐磨耗性を得ることができるが、加熱層の表面および加熱層と本体との間の境界部位にうねりが生じて、表面の全体にわたって均一に高精度で高面粗度の表面を得ることが困難である。 For example, in Patent Document 1, the wear resistance of a cemented carbide tool is improved by irradiating at least a cutting edge ridge line portion where a rake face and a flank face of a cemented carbide are irradiated with a laser beam or an electron beam. It is disclosed to improve. According to the invention of Patent Document 1, although depending on the carbide content of the cemented carbide, a heating layer is locally formed, and wear resistance can be improved. However, since it is heated by laser light irradiation or electron beam spot irradiation, local wear resistance can be obtained, but undulation occurs at the surface of the heating layer and at the boundary between the heating layer and the main body. Thus, it is difficult to obtain a highly accurate and highly rough surface over the entire surface.
特許文献2には、いわゆる大面積電子ビームを照射して均一に被照射体の表面を改質することができる表面改質方法が開示されている。特許文献2に開示されている電子ビーム照射装置を使って超硬合金の被照射体に大面積電子ビームを照射した場合、炭化タングステン粒子が溶融して飛散するとともに、コバルトが表面に溶出して被照射体の被照射面から数μmの均一の深さでコバルトの被覆層が形成されることが知られている。 Patent Document 2 discloses a surface modification method capable of uniformly modifying the surface of an irradiated object by irradiating a so-called large area electron beam. When an electron beam irradiation apparatus disclosed in Patent Document 2 is used to irradiate a cemented carbide alloy irradiated body with a large area electron beam, tungsten carbide particles melt and scatter, and cobalt elutes on the surface. It is known that a cobalt coating layer is formed at a uniform depth of several μm from the irradiated surface of the irradiated body.
超硬合金に比較的エネルギ密度が小さい大面積電子ビームを繰返し照射することによって、耐蝕性が高く、摩擦力が低減される平滑な表面の製品を得ることができる。数μmの薄いコバルトの被覆層は、超硬合金本体に馴染んで一体的に密着する。しかしながら、コバルトの被覆層は、超硬合金が有している硬度を得ることができないので、切削工具のように超硬合金としての硬度が要求される製品の表面の性質としては、適していない。 By repeatedly irradiating a cemented carbide with a large area electron beam having a relatively small energy density, a product having a smooth surface with high corrosion resistance and reduced frictional force can be obtained. A thin cobalt coating layer of several μm fits into the cemented carbide body and adheres integrally. However, since the coating layer of cobalt cannot obtain the hardness of the cemented carbide, it is not suitable as the surface property of a product that requires hardness as a cemented carbide like a cutting tool. .
本発明は、上記課題に鑑みて、超硬合金の表面をより容易に仕上げることができる超硬合金の表面仕上げ方法を提供することを主たる目的とする。本発明の表面仕上げ方法によって得ることができるいくつかの利点は、本発明の実施の形態の説明において、具体的に示される。 In view of the above problems, the main object of the present invention is to provide a surface finishing method for a cemented carbide capable of finishing the surface of the cemented carbide more easily. Several advantages that can be obtained by the surface finishing method of the present invention are specifically shown in the description of the embodiments of the present invention.
本発明の超硬合金の表面仕上げ方法は、上記課題を解決するために、真空チャンバ(1)内の上側にカソード電極(5A)を固定し、カソード電極(5A)から鉛直方向に所定距離(d)離れて真空チャンバ(1)内の下側に超硬合金の被照射体を設置し、真空チャンバ(1)内に稀ガスを注入して少なくとも0.05Paまで減圧した状態で、カソード電極(5A)と被照射体(6)との間に配設されている環状のアノード電極(5B)に所定のアノード電圧を印加してアノード電極(5B)内にプラズマを生成してからカソード電極(5A)に25kV以上30kV以下の所定のカソード電圧を印加して被照射体(6)に電子ビームを照射し、電子ビームの照射を1回または2回行なって被照射体(6)の被照射面において超硬合金の含有物質を溶融し均等に分散させ、冷却後の再凝固によって被照射面から3μm以上5μm以下の範囲内の均一な深さの変質層を形成し、変質層を研磨によって除去するようにするものである。 In order to solve the above-mentioned problem, the surface finishing method of the cemented carbide of the present invention fixes the cathode electrode (5A) on the upper side in the vacuum chamber (1), and vertically extends from the cathode electrode (5A) by a predetermined distance ( d) A cathode electrode in a state where an irradiated body of cemented carbide is placed on the lower side in the vacuum chamber (1), and a rare gas is injected into the vacuum chamber (1) and the pressure is reduced to at least 0.05 Pa. A predetermined anode voltage is applied to the annular anode electrode (5B) disposed between (5A) and the irradiated body (6) to generate plasma in the anode electrode (5B), and then the cathode electrode A predetermined cathode voltage of 25 kV to 30 kV is applied to (5A) to irradiate the irradiated object (6) with an electron beam, and the electron beam is irradiated once or twice to irradiate the irradiated object (6). Including cemented carbide on the irradiated surface The material is melted and uniformly dispersed, and an altered layer having a uniform depth within the range of 3 μm to 5 μm from the irradiated surface is formed by re-solidification after cooling, and the altered layer is removed by polishing. is there.
超硬合金にエネルギ密度が比較的低い大面積電子ビームを被照射体に照射すると、被照射体の被照射面に溶出した材料が冷却し凝固して改質層が形成される。被照射体が超硬合金であるとき、カソードに25kV以上30kV以下のカソード電圧を印加して大面積電子ビームを照射すると、電子ビームの衝突エネルギがより小さいために、被照射面においてコバルトの被覆層が生成されず、炭化タングステン粒子とコバルトが溶融した後に均等に分散し混合して、数μmの均一のタングステンとコバルトの変質層が形成される。 When the irradiated body is irradiated with a large area electron beam having a relatively low energy density on the cemented carbide, the material eluted on the irradiated surface of the irradiated body is cooled and solidified to form a modified layer. When the object to be irradiated is a cemented carbide, when a cathode voltage of 25 kV to 30 kV is applied to the cathode and a large area electron beam is irradiated, the collision energy of the electron beam is smaller. No layer is formed, and the tungsten carbide particles and cobalt are melted and then uniformly dispersed and mixed to form a uniform tungsten and cobalt altered layer of several μm.
変質層は、炭化タングステン粒子が溶融して脆弱になっており、炭化タングステン粒子がバインダであるコバルトによって焼結されている被照射体本体に対して異なる性質を有し、被照射体本体との間の結合性が低い。そのため、比較的弱い力で変質層だけを剥離させるように被照射体を研磨することによって、被照射体本体の表面が1μm以下の小さい面粗度に磨かれたような状態で変質層が除去される。その結果、より容易に高硬度、高精度、高面粗度の表面を得ることができる。 The altered layer is weakened by melting the tungsten carbide particles, and the tungsten carbide particles have different properties from the irradiated body that is sintered by cobalt as a binder. The connectivity between them is low. Therefore, by polishing the irradiated body so that only the damaged layer is peeled off with a relatively weak force, the damaged layer is removed in a state where the surface of the irradiated body is polished to a small surface roughness of 1 μm or less. Is done. As a result, a surface having high hardness, high accuracy, and high surface roughness can be obtained more easily.
図1は、本発明の超硬合金の表面仕上げ方法を実施するために適する大面積電子ビーム照射装置の側面を模式的に示す。図1においては、真空チャンバが断面で示されている。 FIG. 1 schematically shows a side view of a large-area electron beam irradiation apparatus suitable for carrying out the surface finishing method of the cemented carbide of the present invention. In FIG. 1, the vacuum chamber is shown in cross section.
電子ビーム照射装置は、真空チャンバ1と、移動装置2と、真空装置3と、稀ガス供給装置4と、電子ビーム発生装置5と、を含んでなる。実施の形態の電子ビーム照射装置は、被照射体6の被照射面から生じた滓を含むチャンバ1の中の汚れたガスを強制的に排出できる図示しない浄化装置を含んでなる。被照射体6は、超硬合金である。 The electron beam irradiation device includes a vacuum chamber 1, a moving device 2, a vacuum device 3, a rare gas supply device 4, and an electron beam generator 5. The electron beam irradiation apparatus according to the embodiment includes a purification device (not shown) that can forcibly discharge the dirty gas in the chamber 1 including the soot generated from the irradiated surface of the irradiated object 6. The irradiated body 6 is a cemented carbide.
真空チャンバ1は、被照射体6を収容する手段である。真空チャンバ1は、基台1Aの上に設置されている。真空チャンバ1は、電子ビーム照射装置の前面で被照射体6を出し入れするために開口している。真空チャンバ1には、開口を閉鎖する密閉扉1Bが設けられている。密閉扉1Bを閉鎖することによって、真空チャンバ1を密閉することができる。 The vacuum chamber 1 is a means for accommodating the irradiated object 6. The vacuum chamber 1 is installed on the base 1A. The vacuum chamber 1 is opened to take in and out the irradiated body 6 on the front surface of the electron beam irradiation apparatus. The vacuum chamber 1 is provided with a sealed door 1B that closes the opening. The vacuum chamber 1 can be sealed by closing the sealing door 1B.
移動装置2は、水平1軸方向と、水平1軸方向に直交する他の水平1軸方向と、鉛直方向と、に被照射体6を移動させる手段である。移動装置2は、水平1軸方向に往復移動できる移動体10と、水平1軸方向に直交する他の水平1位軸方向に往復移動できる移動体20と、上下方向に往復移動できる昇降装置30と、を備える。昇降装置30の上に被照射体6を載置できる取付台であるテーブル40が設置されている。 The moving device 2 is means for moving the irradiated object 6 in the horizontal one-axis direction, another horizontal one-axis direction orthogonal to the horizontal one-axis direction, and the vertical direction. The moving device 2 includes a moving body 10 capable of reciprocating in the horizontal one axis direction, a moving body 20 capable of reciprocating in another horizontal first axis direction orthogonal to the horizontal one axis direction, and an elevating device 30 capable of reciprocating in the vertical direction. And comprising. A table 40, which is a mounting base on which the irradiated object 6 can be placed, is installed on the lifting device 30.
真空装置3は、密閉された真空チャンバ1の中を減圧して真空に近い状態にする手段である。真空装置3は、真空ポンプによって真空チャンバ1の中の空気を抜く、いわゆる真空引きをして真空チャンバ1の中を減圧する。真空ポンプは、スクロールポンプ3Aとターボ分子ポンプ3Bでなる。真空チャンバ1の中の空気を抜いた後は、流量調整弁3C,3Dを閉じて真空チャンバ1の中を真空に近い状態に保持する。真空ポンプは、電子ビームを照射している間稼働しており、真空チャンバ1の排気をして、真空チャンバ1の中の減圧状態を維持している。 The vacuum device 3 is means for reducing the pressure in the sealed vacuum chamber 1 to bring it into a state close to vacuum. The vacuum device 3 evacuates the air in the vacuum chamber 1 with a vacuum pump, so-called evacuation, and depressurizes the vacuum chamber 1. The vacuum pump includes a scroll pump 3A and a turbo molecular pump 3B. After the air in the vacuum chamber 1 is evacuated, the flow rate adjusting valves 3C and 3D are closed to keep the vacuum chamber 1 in a state close to vacuum. The vacuum pump is operating while irradiating the electron beam, and the vacuum chamber 1 is evacuated to maintain the vacuum state in the vacuum chamber 1.
稀ガス供給装置4は、真空チャンバ1の中に稀ガスを供給する手段である。稀ガスは、長周期表第18族元素であるヘリウム,ネオン,アルゴン,クリプトン,キセノン,ラドンを示す。本発明では、稀ガスと窒素ガスのような化学反応性の低い気体とを含めて不活性ガスという。実施の形態の電子ビーム照射装置において、稀ガスは、具体的に、アルゴンガスである。アルゴンガスは、プラズマの生成を促す。窒素ガスは、図示しない浄化装置において、真空チャンバ1の中から汚れたアルゴンガスを追い出して真空チャンバ1の中を清浄にするときに使用される。 The rare gas supply device 4 is means for supplying a rare gas into the vacuum chamber 1. The rare gas represents helium, neon, argon, krypton, xenon, or radon, which are Group 18 elements of the long periodic table. In the present invention, the inert gas includes a rare gas and a gas having low chemical reactivity such as nitrogen gas. In the electron beam irradiation apparatus of the embodiment, the rare gas is specifically argon gas. Argon gas promotes the generation of plasma. Nitrogen gas is used when purging the inside of the vacuum chamber 1 by expelling dirty argon gas from the vacuum chamber 1 in a purification apparatus (not shown).
稀ガス供給装置4は、液化アルゴンを封入したボンベ4Aと、真空チャンバ1に接続する配管4Bと、ボンベ4Aを開放するバルブ4Cと、を含んでなる。電子ビーム照射装置は、真空チャンバ1内の気圧を0.03Pa以上0.1Pa以下の範囲で減圧状態を維持することができるように設計されている。 The rare gas supply device 4 includes a cylinder 4A filled with liquefied argon, a pipe 4B connected to the vacuum chamber 1, and a valve 4C that opens the cylinder 4A. The electron beam irradiation apparatus is designed so that the reduced pressure state can be maintained in the range of 0.03 Pa to 0.1 Pa in the atmospheric pressure in the vacuum chamber 1.
電子ビーム発生装置5は、電子銃であるカソード電極5Aと、環状のアノード電極5Bと、被照射体6に通電するコレクタ5Cと、磁場を形成するソレノイド5Dと、を含んでなる。コレクタ5Cは、実質的にテーブル40である。テーブル40は、グランドライン5Eによって真空チャンバ1にアースする。 The electron beam generator 5 includes a cathode electrode 5A that is an electron gun, an annular anode electrode 5B, a collector 5C that supplies current to the irradiated body 6, and a solenoid 5D that forms a magnetic field. The collector 5 </ b> C is substantially a table 40. The table 40 is grounded to the vacuum chamber 1 by the ground line 5E.
電子ビーム発生用電源装置5Fは、カソード電極5Aとテーブル40に通電する被照射体6との両極間に電子ビームを発生させるための電圧パルスを印加する高圧電源とを含む。プラズマ発生用電源装置5Gは、カソード電極5Aとアノード電極5Bとの間に設けられ、アノード電極5Bの環内にプラズマを発生させる電圧を供給する。スイッチ5Hは、カソード電極5Aの電源の接続を切り換える。 The electron beam generating power supply device 5F includes a high voltage power source for applying a voltage pulse for generating an electron beam between both electrodes of the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 energized to the table 40. The plasma generating power supply device 5G is provided between the cathode electrode 5A and the anode electrode 5B, and supplies a voltage for generating plasma in the ring of the anode electrode 5B. The switch 5H switches the connection of the power supply of the cathode electrode 5A.
カソード電極5Aは、所定の断面積を有する断面円形の基板にチタンの多数の針状突起が設けられて成る。本発明の表面改質方法を実施する電子ビーム照明装置においては、カソード電極5Aが多数の電子銃を有していると見做すことができる。断面積が比較的大きいカソード電極5Aによって直径が大きくエネルギ密度がより小さい電子の粒子線束を発生させることができる。そのため、一度の照射においてより広範囲に均一に被照射面に電子ビームを衝突させることができ、表面から数μm程度の極浅い深さで材料を変質させることができる。 The cathode electrode 5A is formed by providing a large number of needle-like protrusions of titanium on a circular substrate having a predetermined cross-sectional area. In the electron beam illumination apparatus that performs the surface modification method of the present invention, it can be considered that the cathode electrode 5A has a large number of electron guns. The cathode electrode 5A having a relatively large cross-sectional area can generate electron particle beam bundles having a large diameter and a small energy density. Therefore, the electron beam can collide with the irradiated surface more uniformly in a single irradiation, and the material can be altered at an extremely shallow depth of about several μm from the surface.
カソード電極5Aは、密閉された真空チャンバ1内の上側に固定される。カソード電極5Aの上側の密閉空間の中には、カソードのギャップスイッチが存在する。カソード電極5Aをチャンバ1の上側に配置することによって、カソード電極5Aを直下の鉛直方向に所定距離d離れて真空チャンバ1内の下側に設けられているテーブル40の上に被照射体6を設置することができる。そのため、被照射体6に断面積の大きい電子ビームを重力方向に直線的にかつばらつきなく照射することができる。 The cathode electrode 5 </ b> A is fixed to the upper side in the sealed vacuum chamber 1. A cathode gap switch exists in the sealed space above the cathode electrode 5A. By disposing the cathode electrode 5A on the upper side of the chamber 1, the irradiated body 6 is placed on the table 40 provided on the lower side in the vacuum chamber 1 with the cathode electrode 5A separated by a predetermined distance d in the vertical direction immediately below. Can be installed. Therefore, it is possible to irradiate the irradiated object 6 with an electron beam having a large cross-sectional area linearly in the direction of gravity and without variation.
アノード電極5Bは、カソード電極5Aの断面積よりも大きい内径を有するリング形状を有している。本発明の超硬合金の表面仕上げ方法を実施できる電子ビーム照射装置では、具体的に、カソード電極5Aの直径が60mmφのときで、アノード電極5Bの内径が210mmφである。アノード電極5Bは、円環内に比較的存在期間の短いプラズマを生成する。プラズマの電離層は、カソード電極5Aから放出される電子を収束する。 The anode electrode 5B has a ring shape having an inner diameter larger than the cross-sectional area of the cathode electrode 5A. In the electron beam irradiation apparatus capable of performing the surface finishing method of the cemented carbide according to the present invention, specifically, when the diameter of the cathode electrode 5A is 60 mmφ, the inner diameter of the anode electrode 5B is 210 mmφ. The anode electrode 5B generates plasma having a relatively short duration in the ring. The ionosphere of plasma converges electrons emitted from the cathode electrode 5A.
以下に、本発明の超硬合金の表面仕上げ方法の実施の形態を説明する。まず、真空チャンバ1の上側にカソード電極5Aを固定する。より具体的に、カソード電極5Aの直径は、カソード電極5Aに供給し得るカソード電圧と電子線束(電子ビーム柱)の要求される直径を考慮して30mmφ以上80mmφ以下である。 Hereinafter, embodiments of the surface finishing method of the cemented carbide according to the present invention will be described. First, the cathode electrode 5 </ b> A is fixed on the upper side of the vacuum chamber 1. More specifically, the diameter of the cathode electrode 5A is 30 mmφ or more and 80 mmφ or less in consideration of the cathode voltage that can be supplied to the cathode electrode 5A and the required diameter of the electron beam bundle (electron beam column).
超硬合金の被照射体6は、カソード電極5Aから鉛直方向に所定距離d離れて真空チャンバ1内の下側に設けられているテーブル40上に配置される。所定距離dは、電子が被照射体6に衝突するときの速度を考慮して160mm以上200mm以下が適当である。 The cemented carbide irradiated object 6 is arranged on a table 40 provided on the lower side in the vacuum chamber 1 at a predetermined distance d from the cathode electrode 5A in the vertical direction. The predetermined distance d is suitably 160 mm or more and 200 mm or less in consideration of the speed at which the electrons collide with the irradiated object 6.
アノード電極5Bは、カソード電極5Aと被照射体6との間であって環内に生成されるプラズマの電離層で電子が収束されるために適する位置に予め配設されている。アノード電極5Bの直径は、カソード電極5Aの直径に対応して発生する電子線束の直径に合わせて決定し、100mmφ以上200mmφ以下である。 The anode electrode 5B is disposed in advance between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 at a position suitable for converging electrons in the ionosphere of plasma generated in the ring. The diameter of the anode electrode 5B is determined according to the diameter of the electron beam bundle generated corresponding to the diameter of the cathode electrode 5A, and is 100 mmφ to 200 mmφ.
被照射体6を設置したら、密閉扉1Bを閉めて、真空装置3によって気圧が一度0.03Paに達するまで真空チャンバ1内を真空引きし、その後、真空チャンバ1内に稀ガス、例えば、アルゴンガスを注入して、真空チャンバ1内を0.05Paまで減圧した状態にする。 After the irradiation object 6 is installed, the hermetic door 1B is closed, and the vacuum chamber 3 is evacuated until the atmospheric pressure once reaches 0.03 Pa by the vacuum device 3, and then a rare gas such as argon is introduced into the vacuum chamber 1. Gas is injected and the vacuum chamber 1 is decompressed to 0.05 Pa.
次に、カソード電極5Aと被照射体6との間に配設されている環状のアノード電極5Bに所定のアノード電極、例えば、5.0kVの電圧を印加して、アノード電極5Bにプラズマを生成する。このとき、電子の速度が低下して被照射体6に電子が到達しないということがないように、ソレノイド5Dに1.0kV以上2.0kV以下の電圧を印加して磁場を形成して電圧を加速するようにする。そして、直ちにカソード電極5Aに25kV以上30kV以下の所定のカソード電圧を印加して約15msec(ミリ秒)の間、被照射体6に電子ビームを照射する。 Next, a predetermined anode electrode, for example, a voltage of 5.0 kV is applied to the annular anode electrode 5B disposed between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 to generate plasma on the anode electrode 5B. To do. At this time, a voltage of 1.0 kV or more and 2.0 kV or less is applied to the solenoid 5D to form a magnetic field so that the electron velocity does not decrease and the electrons do not reach the irradiated body 6. Try to accelerate. Then, a predetermined cathode voltage of 25 kV or more and 30 kV or less is immediately applied to the cathode electrode 5A, and the irradiated body 6 is irradiated with an electron beam for about 15 msec (milliseconds).
プラズマの生成から電子ビームの照射までの間で1回の電子ビームの照射として、通常1回から2回の電子ビームの照射によって被照射体6の被照射面において超硬合金の含有物質を溶融し均等に分散させることができる。そして、数秒の冷却期間による自然冷却後の再凝固によって被照射面から3μmないし5μmの範囲内の均一な深さの変質層が形成される。このとき形成される変質層は、炭化タングステン粒子が溶融し、少しの炭素粒子が残留することがあるが、主に炭化タングステンとコバルトおよびいくらかの添加物が融合している状態になる。 As a single electron beam irradiation from the generation of the plasma to the electron beam irradiation, the cemented carbide-containing material is usually melted on the irradiated surface of the irradiated object 6 by one or two electron beam irradiations. And evenly distributed. Then, an altered layer having a uniform depth within a range of 3 μm to 5 μm from the irradiated surface is formed by re-solidification after natural cooling in a cooling period of several seconds. In the altered layer formed at this time, tungsten carbide particles melt and a few carbon particles may remain, but mainly tungsten carbide, cobalt, and some additives are fused.
3回以上の電子ビームの照射を否定するものではない。ただし、通常は、3回以上の電子ビームの照射を行なうと、被照射面において炭化タングステンの飛散または昇華が進行して炭化タングステンの割合が減少し、コバルトの溶出による改質層が徐々に形成されてくる。したがって、被照射体6の被照射面の見掛け上の性状から超硬合金の組織が十分に崩壊していないと判断されるときに限って3回目の電子ビームの照射を行なうようにすることが望ましい。 This does not deny the irradiation of the electron beam three times or more. However, normally, when the electron beam is irradiated three times or more, the tungsten carbide scatters or sublimates on the irradiated surface to reduce the proportion of tungsten carbide, and a modified layer is gradually formed by elution of cobalt. It will be. Therefore, the third electron beam irradiation is performed only when it is determined from the apparent properties of the irradiated surface of the irradiated body 6 that the structure of the cemented carbide is not sufficiently collapsed. desirable.
30kVよりも高いカソード電圧を印加して電子ビームを照射すると、電子が被照射体6に衝突するときのエネルギが大きすぎて、1回目の電子ビームの照射によって、コバルトの被覆層の形成が進行する。そのため、被照射体6の被照射面を研磨によって薄く均等に除去することが困難になり、本発明の表面仕上げ方法においては、不適当である。また、カソード電圧が25kVよりも低い電圧値であると、電子が被照射体6に衝突するときのエネルギが小さすぎて、被照射面が殆ど変化しない。もっとも、本来の表面改質の点から言うなら、硬度が低く剥離しやすい変質層の形成は、不測のものであり、そのままでは製品の価値がないと言える。 When a cathode voltage higher than 30 kV is applied to irradiate an electron beam, the energy when the electrons collide with the irradiated object 6 is too large, and the formation of the cobalt coating layer proceeds by the first electron beam irradiation. To do. Therefore, it becomes difficult to remove the irradiated surface of the irradiated body 6 thinly and evenly by polishing, which is inappropriate in the surface finishing method of the present invention. If the cathode voltage is lower than 25 kV, the energy when the electrons collide with the irradiated body 6 is too small, and the irradiated surface hardly changes. However, in terms of the original surface modification, the formation of a deteriorated layer having a low hardness and easy to peel off is unexpected, and it can be said that the product is not worthy as it is.
変質層は、研磨によって除去される。変質層においては、炭化タングステン粒子がコバルトによって強固に結合している状態が崩壊しており、超硬合金が有する硬度と耐磨耗性の特性が失われている。また、変質層においては、炭化タングステン粒子が溶融して存在しない状態であるので、被照射体6の本体を構成している超硬合金との間の結合性が相当に低下しており、変質層が被照射体6の本体から一体的に離脱しやすくなっている。 The altered layer is removed by polishing. In the deteriorated layer, the state in which the tungsten carbide particles are firmly bonded by cobalt is collapsed, and the hardness and wear resistance characteristics of the cemented carbide are lost. Further, in the deteriorated layer, the tungsten carbide particles are not melted and present, so that the bonding property with the cemented carbide constituting the main body of the irradiated body 6 is considerably reduced, and the deteriorated layer The layer is easily detached from the main body of the irradiated body 6.
そのため、大面積電子ビームを照射後の被照射体6の被照射面を軽く研磨することによって、簡単に被照射体6の本体から変質層だけが除去されて、超硬合金の本体の均一で面粗度が小さい表面が現れる。このとき、研磨する力が強すぎて磨きすぎてしまうと、被照射体6の本体の表面まで傷付けられて、かえって形状精度と面粗度を低下させるおそれがある。そのため、手作業によるときは、粒子のサイズが#1000以上#3000以下の研磨剤を使用して、十分に小さい力で研磨を行なうことが望ましい。 Therefore, by lightly polishing the irradiated surface of the irradiated body 6 after irradiation with the large-area electron beam, only the altered layer is easily removed from the main body of the irradiated body 6, and the uniform body of the cemented carbide is made uniform. Surfaces with low surface roughness appear. At this time, if the polishing force is too strong and is polished too much, the surface of the main body of the irradiated body 6 may be damaged and the shape accuracy and surface roughness may be reduced. Therefore, it is desirable to perform polishing with a sufficiently small force using an abrasive having a particle size of # 1000 or more and # 3000 or less when manually.
図2は、本発明の実施例における電子ビームの照射によって形成された被照射体6の変質層を示す。このとき、カソード電極5Aの直径が60mmφでカソード電圧が30kV、アノード電極5Bの直径が120mmφで内径が約190mmφであってアノード電圧が5kV、ソレノイド電極5Eのソレノイド電圧が1.5kV、真空チャンバ1内の気圧が0.05Pa、カソード電極5Aと被照射体6との間の所定距離dが170mm、電子ビームの照射時間が15mmsec、照射回数が1回である。 FIG. 2 shows a deteriorated layer of the irradiated object 6 formed by electron beam irradiation in the embodiment of the present invention. At this time, the diameter of the cathode electrode 5A is 60 mmφ, the cathode voltage is 30 kV, the diameter of the anode electrode 5B is 120 mmφ, the inner diameter is about 190 mmφ, the anode voltage is 5 kV, the solenoid voltage of the solenoid electrode 5E is 1.5 kV, and the vacuum chamber 1 The atmospheric pressure is 0.05 Pa, the predetermined distance d between the cathode electrode 5A and the irradiated body 6 is 170 mm, the electron beam irradiation time is 15 mmsec, and the number of irradiations is one.
図3は、図2に示される被照射体6の表面を#1000の研磨剤で手磨きによって研磨して変質層を一体的に除去した後の被照射体6を示す。図3に示されるように、大面積電子ビームの照射による固有の被照射体本体と変質層との均一な境界がそのまま超硬合金の被照射体6の表面になるので、より容易に均一な面粗度の表面に仕上げることができる。なお、図3において研磨後に残る薄い層は再蒸着層である。 FIG. 3 shows the irradiated body 6 after the surface of the irradiated body 6 shown in FIG. 2 is polished by hand polishing with a # 1000 abrasive to remove the deteriorated layer integrally. As shown in FIG. 3, the uniform boundary between the inherent irradiated body main body and the altered layer due to the irradiation of the large area electron beam becomes the surface of the irradiated body 6 of the cemented carbide as it is. The surface can be finished to a surface roughness. In FIG. 3, the thin layer remaining after polishing is a redeposition layer.
以上のとおり、実施の形態の超硬合金の表面仕上げ方法によると、超硬合金の高硬度を特性を失うことなく、より容易に高精度で高面粗度の表面を有する超硬合金の製品を得ることができる。特に、超硬合金製の切削工具のように、表面形状が平坦ではない超硬合金製の製品の製作に有効である。 As described above, according to the surface finishing method of the cemented carbide according to the embodiment, the cemented carbide product having a high-precision, high-surface roughness surface more easily without losing the characteristics of the high hardness of the cemented carbide. Can be obtained. In particular, it is effective for producing a cemented carbide product whose surface shape is not flat, such as a cemented carbide cutting tool.
本発明は、超硬合金の製品に適用することができる。特に、本発明は、表面形状が平坦ではない超硬工具あるいは超硬金型に有益である。本発明は、超硬合金製の製品の品質の向上と生産性の向上に寄与する。 The present invention can be applied to cemented carbide products. In particular, the present invention is useful for a cemented carbide tool or a cemented carbide die whose surface shape is not flat. The present invention contributes to improving the quality and productivity of a cemented carbide product.
1 真空チャンバ
1A 基台
1B 密閉扉
2 移動装置
3 真空装置
4 稀ガス供給装置
5 電子ビーム発生装置
5A カソード電極
5B アノード電極
5C コレクタ
5D ソレノイド
5E グランドライン
5F 電子ビーム発生用電源装置
5G プラズマ発生用電源装置
5H スイッチ5H
6 超硬合金である。
10 移動体
20 移動体
30 昇降装置
40 テーブル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Vacuum chamber 1A Base 1B Sealed door 2 Moving device 3 Vacuum device 4 Rare gas supply device 5 Electron beam generating device 5A Cathode electrode 5B Anode electrode 5C Collector 5D Solenoid 5E Ground line 5F Electron beam generating power supply device 5G Plasma generating power supply Device 5H Switch 5H
6 Cemented carbide.
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Mobile body 20 Mobile body 30 Lifting device 40 Table
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