JP4535493B2 - Cemented carbide for discharge electrodes - Google Patents
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Description
本発明は超硬合金に関し、特に、放電特性、剛性にすぐれていて、構造用鋼の板材に対し、放電加工により直径0.2mm 以下の極小径の穴あけを行う場合に、高精度かつ短時間で加工可能な放電電極材料として好適な放電電極用超硬合金に関する。 The present invention relates to a cemented carbide, and in particular, has excellent discharge characteristics and rigidity. When drilling holes with a diameter of 0.2 mm or less by electrical discharge machining on structural steel plates, high accuracy and a short time are required. The present invention relates to a cemented carbide for a discharge electrode suitable as a workable discharge electrode material.
従来の放電加工においては、型彫りに用いる放電電極材料としてはク゛ラファイト、Cu、などが使用され、穴あけに用いる放電電極材料としては、W 、Cu-W合金などの線材やハ゜イフ゜ 材が使用されてきた。しかし、図2(b)に示すように、直径0.2mm 以下の極小径の穴あけには、放電電極自体が極細の線材となるため、加工中の放電スハ゜ークによる被加工物の直径の差の振れが大きくなり、テーパがつき、加工精度に影響を与え、要求される穴精度が得られないという課題があった。例えば、厚さ1.5mm の構造用鋼の板に銅−タングステン電極を用い、0.2mm の穴あけを行なうと、直径の差で0.08mmのテーパがつき、直径の差でテーパ0.01mm以内の精度が要求される用途には適用できなかった。このような問題を解決するため、例えば特許文献1に示すように、近年、放電加工による高精度の微細な穴あけ又は微細な溝加工用途には、放電電極として、剛性の高いWCを多く含有する超硬合金の線材が適用されている。超硬合金の線材を放電電極として使用することにより、要求される穴精度は確保できるものとなった。
しかしながら、放電加工による高精度の微細な穴あけ加工においては、WCは剛性が高いものの、電気抵抗率がWやCuなどと比較すると極めて高い。このため特許文献1のものでは、超硬合金製の放電電極は放電特性が悪く、穴あけ加工速度が遅くなり、穴あけ時間が長くなるという欠点があった。表1にWC、Co、W 、Cuそれぞれの剛性(ヤンク゛率) 、電気抵抗率を示す(丸善株式会社、平成5年3月25日発行、日本金属学会著「改定2版金属データハンドブック」P13、P31、P275参照)。生産性向上のためには、加工時間の短縮が要求され、また、今後の技術動向として、更なる穴の小径化、高精度化が要求されている。
本発明の課題は、上述した従来技術の課題を解決した、放電加工による高精度の微細な穴あけ加工において、電極に超硬合金を使用したいという要求に応えるべく、WC含有量を減らすことなく、剛性を維持したまま、すなわち穴加工精度を確保したまま、電気抵抗率を低くすることにより放電特性を向上させ、現状の超硬合金より放電特性がすぐれ、加工時間が短縮できる超硬合金を提供することにある。 The problem of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, in order to meet the demand to use a cemented carbide for the electrode in high-precision fine drilling by electric discharge machining, without reducing the WC content, While maintaining rigidity, that is, while maintaining hole drilling accuracy, we improve the discharge characteristics by lowering the electrical resistivity, providing a cemented carbide that has better discharge characteristics than the current cemented carbide and can reduce the machining time There is to do.
このため本発明では、合金成分が重量%でCo:3〜7%、TaC 、NbC のうち1種ないし2種の合計量が0.1 〜1%、残部がWCおよび不可避不純物からなる組成を有し、合金炭素量がWCとCoの2相域の下限値から上限値を 0.05 %超えるまでの範囲であり、合金組織がWCとCoの2相域の合金組織又は粒子径あるいは粒子最大長さが5μm 以下の遊離炭素を含む合金組織を有し、即ちCo重量3%における合金炭素量が5.87%〜6.02%からCo重量1%毎に合金炭素量がそれぞれ 0.04875%と 0.055%づつ減少して、Co重量7%における合金炭素量が 5.605%〜5.80%に至る合金炭素量範囲を含む合金組織を有し、かつWCの平均粒子径が1μm以上であることを特徴とする放電電極用超硬合金によって上述の本発明の課題を解決した。 For this reason, the present invention has a composition in which the alloy component is wt%, Co: 3 to 7%, the total amount of one or two of TaC and NbC is 0.1 to 1%, and the balance is WC and inevitable impurities. The alloy carbon content ranges from the lower limit of the two-phase region of WC and Co to the upper limit of 0.05%, and the alloy structure of the two-phase region of WC and Co is the alloy structure, particle size or maximum particle length. It has an alloy structure containing free carbon of 5 μm or less, that is, the amount of alloy carbon in Co weight 3% decreases from 5.87% to 6.02%, and the amount of alloy carbon decreases by 0.04875% and 0.055% for each Co weight 1%, Cemented carbide for discharge electrodes, characterized in that it has an alloy structure including an alloy carbon amount range of 5.605% to 5.80% at a Co weight of 7% and an average particle diameter of WC is 1 μm or more. The above-described problems of the present invention have been solved.
本発明では、放電加工による高精度の微細な穴あけ加工において、超硬合金の特徴である高剛性を維持したまま、すなわち穴加工精度を確保したまま、電気抵抗率を低くすることにより放電特性を向上させた、現状の超硬合金よりさらに放電特性にすぐれ、加工時間が短縮できる超硬合金を提供するものとなった。図2(a)は、本発明による放電電極用超硬合金からなる放電電極丸棒を使用した放電加工時の電極損耗形態を略図で示す。 In the present invention, in high-precision fine drilling by electric discharge machining, while maintaining the high rigidity characteristic of the cemented carbide, that is, while ensuring the hole machining accuracy, the electric discharge characteristics are reduced by reducing the electrical resistivity. An improved cemented carbide that has better discharge characteristics than the current cemented carbide and that can shorten the processing time is provided. FIG. 2 (a) schematically shows an electrode wear pattern during electric discharge machining using a discharge electrode round bar made of a cemented carbide for discharge electrodes according to the present invention.
合金成分が重量%でCo:3〜7%、TaC 、NbC のうち1種ないし2種の合計量が0.1 〜1%、残部がWCおよび不可避不純物からなる組成を有し、合金炭素量がWCとCoの2相域の上限値からWCとCoの2相域の上限値を0.05%超えるまでの範囲であり、合金組織が粒子径あるいは最大長さが5μm 以下の遊離炭素を含む合金組織を有し、即ちCo重量3%における合金炭素量が6.02%〜6.07%からそれぞれCo重量1%毎に合金炭素量が 0.055%づつ減少して、Co重量7%における合金炭素量が5.80%〜5.85%に至る合金炭素量範囲を含む合金組織を有し、かつWCの平均粒子径が1μm以上であることを特徴とする放電電極用超硬合金がより望ましい。 Co: 3 to 7% by weight, Co: 3 to 7%, 1 to 2 of TaC and NbC, the total amount is 0.1 to 1%, the balance is composed of WC and inevitable impurities, and the amount of alloy carbon is WC The upper limit of the two-phase region of WC and Co is 0.05% above the upper limit of the two-phase region of WC and Co, and the alloy structure includes an alloy structure containing free carbon whose particle size or maximum length is 5 μm or less. In other words, the amount of alloy carbon at a Co weight of 3% decreases from 6.02% to 6.07% by 0.055% for each Co weight of 1%, and the amount of alloy carbon at a Co weight of 7% decreases from 5.80% to 5.85. It is more desirable to use a cemented carbide for a discharge electrode having an alloy structure including an alloy carbon amount range of up to 1% and having an average particle diameter of WC of 1 μm or more.
好ましくは、前記放電電極用超硬合金の電気抵抗率が20μΩ・cm以下である。 Preferably, the electrical resistivity of the cemented carbide for discharge electrode is 20 μΩ · cm or less.
本発明者らは、放電加工による高精度の微細な穴あけ加工において、超硬合金の特徴である高剛性を維持したまま、すなわち穴加工精度を確保したまま、電気抵抗率を低くすることにより放電特性を向上させる課題を達成するために、現状の超硬合金よりさらに放電特性にすぐれ、加工時間が短縮できる超硬合金を研究し、Co重量%、合金炭素量、合金組織の形態、WCの平均粒子径と電気抵抗率、放電特性、穴加工精度の関係に注目し研究を行った。それらの研究の中で、第1にCo重量%と穴加工精度、第2に合金炭素量、第3にWCの平均子粒径と電気抵抗率、第4に合金組織の形態と電気抵抗率ならびに放電特性、の間に密接な関係があるという研究結果を見出し本発明に至った。 In the high-precision fine drilling by electric discharge machining, the present inventors have reduced the electrical resistivity while maintaining the high rigidity characteristic of the cemented carbide, that is, while ensuring the hole machining accuracy. In order to achieve the task of improving the characteristics, we researched a cemented carbide that has better discharge characteristics than the current cemented carbide and that can reduce the processing time, Co weight%, alloy carbon content, alloy structure, WC The research focused on the relationship between average particle size, electrical resistivity, discharge characteristics, and drilling accuracy. Among these researches, the first is Co weight% and drilling accuracy, the second is the amount of alloy carbon, the third is the average grain size and electrical resistivity of WC, and the fourth is the morphology and electrical resistivity of the alloy structure. As a result, the present inventors have found a study result that there is a close relationship between the discharge characteristics and the discharge characteristics.
本発明はかかる研究結果に基づいてなされたものであって、本発明を実施するための最良の形態の放電電極用超硬合金は、合金成分が重量%でCo:3〜7%、TaC 、NbC のうち1種ないし2種の合計量が0.1 〜1%、残部がWCおよび不可避不純物からなる組成を有し、合金炭素量がWCとCoの2相域の下限値から上限値を 0.05 %超えるまでの範囲であり、合金組織がWCとCoの2相域の合金組織又は粒子径あるいは粒子最大長さが5μm 以下の遊離炭素を含む合金組織を有し、即ち図1の記号a−c−d−bで囲まれた範囲で示す、Co重量3%における合金炭素量が5.87%〜6.02%からCo重量1%毎に合金炭素量がそれぞれ 0.04875%と 0.055%づつ減少して、Co重量7%における合金炭素量が 5.605%〜5.80%に至る合金炭素量範囲を含む合金組織を有し、かつWCの平均粒子径が1μm以上であることを特徴とする。図1は丸善株式会社、昭和61年2 月20日発行、鈴木著「超硬合金と焼結硬質材料」P101、第18〜30行目、図1.118 の記載に基づいて作成した。 The present invention has been made on the basis of such research results. The best embodiment of the cemented carbide for a discharge electrode for carrying out the present invention is such that the alloy component is Co: 3 to 7% by weight, TaC, The total amount of one or two of NbC is 0.1 to 1%, the balance is WC and inevitable impurities, and the amount of alloy carbon is 0.05% from the lower limit of the two-phase region of WC and Co. And the alloy structure has an alloy structure in a two-phase region of WC and Co or an alloy structure containing free carbon having a particle diameter or a maximum particle length of 5 μm or less, that is, symbol ac in FIG. -In the range surrounded by db, the amount of alloy carbon at Co weight of 3% decreases from 5.87% to 6.02%, and the amount of alloy carbon decreases by 0.04875% and 0.055% for each Co weight of 1%. It has an alloy structure including an alloy carbon content range in which the alloy carbon content at 7% ranges from 5.605% to 5.80%, and the average grain size of WC The child diameter is 1 μm or more. FIG. 1 was prepared based on the description of Maruzen Co., Ltd., issued February 20, 1986, Suzuki, “Cemented carbide and sintered hard material” P101, lines 18-30, FIG. 1.118.
本発明による放電電極用超硬合金において、Coを重量%で3%以上とした理由は、Coが3%未満になると、剛性をさらに大きくすることは可能であるが、焼結が難解となり、巣が発生し易く、抗折力が低くなり、折損し易くなるためである。またCoを重量比で7%以下とした理由は、Coが7%を超えると、剛性の低下により、穴の加工精度が悪化し、狙いの用途には適用できないためである。また合金炭素量がWCとCoの2相域の下限値から上限値を0.05% 超えるまでの範囲であり、合金組織がWCとCoの2相域または、粒子径あるいは最大長さが5 μm以下の遊離炭素とした理由は、合金組織に遊離炭素が晶出すると、電気抵抗が低くなり、放電特性がすぐれ、1穴あたりの加工にかかる時間が短くなることがわかったからである。ただし粒子径あるいは最大長さが5μm以下の遊離炭素と限定した理由は、遊離炭素の粒子径あるいは最大長さが5μmを超えると、抗折力の低下が著しく、また研削歩留についても、著しく悪化することがわかり、実用面で問題があると考えられたためである。またWCの平均子粒径を1 μm以上としたのは、平均粒子径が1 μm未満になると、電気抵抗率が大きくなり、放電特性が悪化し、1穴あたりの加工にかかる時間が長くなるためである。 In the cemented carbide for discharge electrodes according to the present invention, the reason why Co is 3% or more by weight is that if Co is less than 3%, the rigidity can be further increased, but sintering becomes difficult, This is because nests are easily generated, the bending strength is reduced, and breakage is easily caused. The reason why Co is set to 7% or less by weight is that when Co exceeds 7%, the processing accuracy of the hole deteriorates due to the decrease in rigidity, and cannot be applied to the intended use. Also, the carbon content of the alloy ranges from the lower limit of the two-phase region of WC and Co to the upper limit of 0.05%, and the alloy structure is the two-phase region of WC and Co, or the particle diameter or maximum length is 5 μm or less. The reason for using free carbon is that it has been found that when free carbon crystallizes in the alloy structure, the electrical resistance is lowered, the discharge characteristics are excellent, and the processing time per hole is shortened. However, the reason for limiting to free carbon having a particle diameter or maximum length of 5 μm or less is that when the particle diameter or maximum length of free carbon exceeds 5 μm, the bending strength is remarkably lowered, and the grinding yield is also remarkably increased. This is because it was found that it deteriorated and there was a problem in practical use. The average particle size of WC is set to 1 μm or more. When the average particle size is less than 1 μm, the electrical resistivity increases, the discharge characteristics deteriorate, and the processing time per hole increases. Because.
ところで放電特性を考慮すると、合金炭素量がWCとCoの2相域の上限値を超えてから上限値を0.0 5 %超えるまでの範囲であり、合金組織が粒子径あるいは最大長さが5μm以下の遊離炭素を含む、即ち図1の記号a−e−f−bで囲まれた範囲で示す合金組織が望ましい。即ち、合金成分が重量%でCo:3〜7%、TaC 、NbC のうち1種ないし2種の合計量が0.1 〜1%、残部がWCおよび不可避不純物からなる組成を有し、合金炭素量がWCとCoの2相域の上限値からWCとCoの2相域の上限値を0.05%超えるまでの範囲であり、合金組織が粒子径あるいは最大長さが5μm 以下の遊離炭素を含む合金組織を有し、即ちCo重量3%における合金炭素量が6.02%〜6.07%からCo重量1%毎に合金炭素量がそれぞれ 0.055%づつ減少して、Co重量7%における合金炭素量が5.80%〜5.85%に至る合金炭素量範囲を含む合金組織を有し、かつWCの平均粒子径が1μm以上であることを特徴とする放電電極用超硬合金が望ましい。 By the way, considering the discharge characteristics, the alloy carbon content is in the range from exceeding the upper limit of the two-phase region of WC and Co to exceeding the upper limit of 0.05%, and the alloy structure has a particle diameter or maximum length of 5 μm or less. An alloy structure including a free carbon, that is, an area surrounded by symbols aeffb in FIG. 1 is desirable. That is, the alloy composition is composed of 3 to 7% by weight of Co, 0.1 to 1% of the total amount of one or two of TaC and NbC, the balance of WC and inevitable impurities, and the amount of alloy carbon. Is a range from the upper limit of the two-phase region of WC and Co to 0.05% exceeding the upper limit of the two-phase region of WC and Co, and the alloy structure contains free carbon whose particle diameter or maximum length is 5 μm or less It has a structure, that is, the amount of alloy carbon in Co weight 3% decreases from 6.02% to 6.07% by 0.055% for each Co weight 1%, and the amount of alloy carbon in Co weight 7% is 5.80%. A cemented carbide for a discharge electrode having an alloy structure including an alloy carbon content range of ˜5.85% and having an average particle diameter of WC of 1 μm or more is desirable.
好ましくは、電気抵抗率が20μΩ・cm以下であることが望ましい。電気抵抗率を20μΩ・cm以下とした理由は、電気抵抗率が20μΩ・cmを超えると大きくなり、放電特性が悪化し、1穴あたりの加工にかかる時間が長くなるためである。 Preferably, the electrical resistivity is 20 μΩ · cm or less. The reason why the electrical resistivity is set to 20 μΩ · cm or less is that when the electrical resistivity exceeds 20 μΩ · cm, the electrical resistivity is increased, the discharge characteristics are deteriorated, and the processing time per hole is increased.
超硬合金は、含有炭素量が既定値を超えると、遊離炭素を生じ、また含有炭素量が不足すると、合金組織はWC+Co+Co3W3Cのη相を生じ、いずれの場合も機械的性質が劣化する(丸善株式会社、昭和61年2 月20日発行、鈴木著「超硬合金と焼結硬質材料」P54、P101参照)。それゆえ超硬合金を焼結する上で最も重要なことは、そのような有害相を生じさせないことである。しかしながら、用途が放電電極の場合は、機械的性質よりも、電気抵抗率が低く、放電特性がよいことが優先される。 Cemented carbides produce free carbon when the carbon content exceeds a preset value, and if the carbon content is insufficient, the alloy structure produces a η phase of WC + Co + Co 3 W 3 C, which in both cases has mechanical properties. Deteriorates (see Maruzen Co., Ltd., issued February 20, 1986, Suzuki, “Cemented carbides and sintered hard materials” P54, P101). Therefore, the most important thing in sintering cemented carbide is not to cause such a harmful phase. However, when the application is a discharge electrode, priority is given to low electrical resistivity and good discharge characteristics over mechanical properties.
電気抵抗率は、Co%、WC粒子径、合金炭素量などによって変化する。それぞれCo%が多いほど、WC粒子径が粗いほど、合金炭素量が多いほど電気抵抗率が低くなる(1989年3月、住友電気・第134 号、假屋博之他3名「超硬新材質の電気的・ 磁気的特性」 P210 〜 P215 ;丸善株式会社、昭和61年2 月20日発行、鈴木著「超硬合金と焼結硬質材料」P63 参照)。発明者らは、これらの点に着目して、電気抵抗率の低い、また穴加工時間の短い放電電極用超硬合金について研究を行った。発明者らは、重量%でCo:5%、 TaC:0.6 %、残部WCおよび不可避不純物からなる超硬合金の合金炭素量を調整して、2相域、遊離炭素、WC+Co+Co3W3Cのη相の組織の超硬合金を製作し、放電加工電極として必要な形状の丸棒に研削加工された後、穴あけ放電加工機に取り付け、1 穴あたりの加工にかかる時間について測定を行った。その結果、合金組織に遊離炭素が含まれる状態の超硬合金で穴加工を行うと、1穴あたりの加工時間が短くなることがわかった。ただし遊離炭素が発生すると機械的性質が低下することはさきに説明した通りであり、研削時の折れによる歩留低下が懸念された。しかしながら、遊離炭素の粒子径あるいは最大長さが5μm以下の場合であれば、研削歩留は2相域の合金と比較してほとんど変わらないことがわかり、実用面での困難は少ないと考えられた。 The electrical resistivity varies depending on Co%, WC particle size, alloy carbon amount, and the like. The higher the Co%, the coarser the WC particle size, and the higher the amount of alloy carbon, the lower the electrical resistivity (March 1989, Sumitomo Electric No. 134, Hiroyuki Kakuya et al. Electrical and magnetic properties ”P210 to P215; Maruzen Co., Ltd., issued February 20, 1986, see Suzuki,“ Cemented carbides and sintered hard materials ”P63). The inventors paid attention to these points and studied a cemented carbide for a discharge electrode having a low electrical resistivity and a short drilling time. The inventors adjusted the alloy carbon content of the cemented carbide composed of Co: 5% by weight, TaC: 0.6%, the balance WC and inevitable impurities to adjust the two-phase region, free carbon, WC + Co + Co 3 W 3 C. A cemented carbide with a η-phase structure was fabricated and ground into a round bar with the required shape as an electrical discharge machining electrode, and then mounted on a drilling electrical discharge machine to measure the time required for machining per hole. As a result, it was found that when drilling was performed with a cemented carbide containing free carbon in the alloy structure, the processing time per hole was shortened. However, as described above, when free carbon is generated, the mechanical properties deteriorate, and there is a concern that the yield may be reduced due to bending during grinding. However, when the particle size or maximum length of free carbon is 5 μm or less, it can be seen that the grinding yield is almost the same as that of a two-phase alloy, and there are few practical difficulties. It was.
また同時に、電気抵抗率、および抗折力についても評価を行った。遊離炭素が含まれる場合の電気抵抗率は、2相域の場合よりも低くなることがわかった。また抗折力は遊離炭素の粒子径あるいは最大長さが5μm以下の場合であれば、低下量は2相域の合金と比較してもわずかであることがわかった。また遊離炭素の粒子径あるいは最大長さが5μmを超える場合は、抗折力の低下が2相域の合金と比較して著しいことがわかった。さらに研削歩留についても、2相域の合金と比較して著しく悪化することがわかった。よって遊離炭素の粒子径あるいは最大長さが5μmを超える場合は、放電特性はすぐれるものの、実用面で問題があると考えられた。また抗折力と研削歩留の間には、密接な関係があると考えられた。 At the same time, the electrical resistivity and the bending strength were also evaluated. It was found that the electrical resistivity when free carbon is included is lower than that in the case of the two-phase region. It was also found that the bending strength was small when the particle size or maximum length of free carbon was 5 μm or less, even when compared with an alloy in a two-phase region. It was also found that when the particle size or maximum length of free carbon exceeds 5 μm, the bending strength is significantly reduced as compared with the alloy in the two-phase region. Furthermore, it was found that the grinding yield was significantly deteriorated as compared with the two-phase alloy. Therefore, when the particle size or the maximum length of free carbon exceeds 5 μm, although the discharge characteristics are excellent, it is considered that there is a problem in practical use. Also, it was considered that there was a close relationship between bending strength and grinding yield.
次に発明者らは同じ組成の超硬合金の合金炭素量を調整して、電気抵抗率を変化させ、それぞれの1穴あたりの加工にかかる時間についても実験を行った。その結果、遊離炭素が含まれない2相域の場合でも、電気抵抗率が20μΩ・cm以下である場合は、1穴あたりの加工時間が、遊離炭素が含まれる場合と比較すると長くなるものの、その差はわずかであることがわかった。 Next, the inventors adjusted the alloy carbon amount of the cemented carbide having the same composition, changed the electrical resistivity, and also conducted experiments on the time required for processing per hole. As a result, even in the case of a two-phase region that does not contain free carbon, if the electrical resistivity is 20 μΩ · cm or less, the processing time per hole is longer than that when free carbon is included. The difference was found to be slight.
発明者らは、Co重量%をそれぞれ、4、5、7、8%に調整した合金を製作し、放電加工電極として必要な形状の丸棒に研削加工された後、穴あけ放電加工機に取り付け、穴加工精度が直径でテーパ0.01mm以内を満たすか否かについて判定を行った。その結果、Co重量%が4、5、7%では0.01mm以内に収まったが、8%では0.01mmを超えることがわかった。WC含有量の減少による剛性の低下が要因と考えられた。
また発明者らは、重量%でCo:7%、TaC:0.6 %、残部WCおよび不可避不純物からなる超硬合金のWCの平均粒子径をそれぞれ、 0.6μm、1.9 μmの試料に調整した超硬合金を製作し、放電加工電極として必要な形状の放電電極丸棒に研削加工した後、穴あけ放電加工機に取り付け、1穴あたりの加工にかかる時間について測定を行い、同時に電気抵抗率についても測定を行った。その結果、平均粒子径0.6 μmの試料は1.9 μmの試料に較べ加工時間が極端に長く、電気抵抗率も高いことがわかった。
The inventors manufactured alloys whose Co weight percentages were adjusted to 4, 5, 7, and 8%, respectively, were ground into a round bar of the required shape as an electrical discharge machining electrode, and then attached to a drilling electrical discharge machine Then, it was determined whether or not the hole machining accuracy satisfies the taper within 0.01 mm in diameter. As a result, it was found that the Co weight% was within 0.01 mm when 4, 5 and 7%, but exceeded 0.01 mm when 8%. The decrease in rigidity due to the decrease in WC content was considered as a factor.
In addition, the inventors set the average particle diameter of WC of the cemented carbide composed of Co: 7%, TaC: 0.6%, balance WC and inevitable impurities in weight% to 0.6 μm and 1.9 μm samples, respectively. After producing an alloy and grinding it to a discharge electrode round bar of the required shape as an electric discharge machining electrode, attach it to a drilling electric discharge machine, measure the time required for machining per hole, and measure the electrical resistivity at the same time. Went. As a result, it was found that the sample with an average particle diameter of 0.6 μm had an extremely long processing time and a high electric resistivity as compared with the sample with 1.9 μm.
表2の左半分に示されているような、組成、合金炭素量、WC平均粒子径を有する超硬合金試料A〜Iが以下の方法で調整された。まず、原料粉末として、WC粉末、TaC 粉末、Co粉末、C 粉末、W 粉末が用意された。WC粉末の粒度は焼結後の狙いの粒度に合わせて、0.7 μm、1.1 μm、2.0 μmの3種類の粉末を用意した。これらの粉末を所定の割合で配合を行ない、ホ゛ール ミルに投入後、アセトンを添加し、72時間の稼働によって均一に混合および粉砕された。均一化された混合粉末は乾燥後、押出成型に必要なハ゛インタ゛を添加し、混練機によって粉末とハ゛インタ゛が均一に混合された後に、フ゜ランシ゛ャー式押出し機によって外径 0.6mmの放電電極丸棒に成型され、所定の長さに切断後、真空焼結炉により、真空中で1380〜1450℃×1 時間の加熱によって超硬合金に焼結された。焼結された超硬合金は、室温まで冷却された後に真空焼結炉より取りだし、鏡面加工後、村上試薬(アルカリ赤血塩溶液)にて腐食、あるいは腐食しないまま、金属顕微鏡を用いて観察された。
超硬合金の組成は試料をICP 法などで分析した結果を示した。合金炭素量は試料を炭素分析装置にて分析した結果を示した。WCの平均粒子径は試料を電子顕微鏡にて観察を行ない、その2次電子像写真より測定を行った平均値を示した。合金組織は試料を鏡面加工後、村上試薬(アルカリ赤血塩溶液)にて腐食、あるいは腐食しないまま、金属顕微鏡を用いて倍率 200倍(対物20倍、接眼10倍)にて観察を行ない判定した。図3乃至図6は実施例2の表2の各資料の鏡面加工後の表面の合金組織を撮影した倍率 200倍の顕微鏡写真を示す。図3は資料Eの粒子径5μmを超える遊離炭素・WC+Co+C を含む合金組織の倍率 200倍顕微鏡写真、図4は資料A,C,D,H,Iの粒子径1〜3μmの遊離炭素・WC+Co+C を含む合金組織の倍率 200倍顕微鏡写真、図5は資料B,Fの2相域・ WC+Coを含む合金組織の倍率 200倍顕微鏡写真、図6は資料Gのη相域・WC+Co+Co3W3Cを含む合金組織の倍率 200倍顕微鏡写真、をそれぞれ示す。 The composition of cemented carbide showed the result of analyzing the sample by ICP method. The amount of alloy carbon shows the result of analyzing the sample with a carbon analyzer. The average particle diameter of WC was the average value measured from the secondary electron image photograph of the sample observed with an electron microscope. Determine the alloy structure by mirroring the sample and observing it with a metal microscope while observing with a Murakami reagent (alkaline red blood salt solution) or without corroding at a magnification of 200x (20x objective, 10x eyepiece). did. 3 to 6 show micrographs at a magnification of 200 times that photographed the surface alloy structure of each material in Table 2 of Example 2 after mirror finishing. Fig. 3 is a micrograph of a magnification of 200 times of the microstructure of alloy containing free carbon and WC + Co + C exceeding the particle size of material E. Fig. 4 is a particle size of materials A, C, D, H and I of 1 to 3 µm. Magnification 200x micrograph of alloy structure containing free carbon and WC + Co + C, Fig. 5 is a two-phase region of materials B and F, 200x micrograph of alloy structure containing WC + Co, Fig. 6 is material G FIG. 2 shows a 200 × magnification micrograph of an alloy structure containing η phase region and WC + Co + Co 3 W 3 C.
実施例2の表2の各資料は、鏡面加工後、所定の長さに切断された後、センタレス 研削により、放電加工電極として必要な外径0.09mmの放電電極丸棒に研削加工された。また抗折力および電気抵抗率を測定するため外径 0.2mmの放電電極丸棒を研削加工した。0.09mmに研削された放電電極丸棒、穴あけ放電加工機に取り付けられ、0.13mmの穴あけ加工が行なわれた。被加工材には厚さ1.8mm のSCr430板が用いられた。表2の右半分に、測定した電気抵抗率、抗折力、1穴あたりの加工にかかった時間、穴加工精度、研削歩留を示す。穴加工精度については直径の差で、テーパ0.01mm以内の精度を満たすか否かで判定した。 Each material in Table 2 of Example 2 was mirror-finished, cut to a predetermined length, and then ground to a discharge electrode round bar having an outer diameter of 0.09 mm required as an electric discharge machining electrode by centerless grinding. A discharge electrode round bar with an outer diameter of 0.2 mm was ground to measure the bending strength and electrical resistivity. A discharge electrode round bar ground to 0.09mm and attached to a drilling electric discharge machine, 0.13mm drilling was performed. SCr430 plate with a thickness of 1.8mm was used as the workpiece. The right half of Table 2 shows the measured electrical resistivity, bending strength, time taken for processing per hole, hole processing accuracy, and grinding yield. The hole machining accuracy was judged by whether or not the accuracy within a taper of 0.01 mm was satisfied by the difference in diameter.
表3からわかるように、本発明合金の試料Aは、粒子径1〜3μmの遊離炭素が含まれる。組成およびWC粒子径が同等で2相域の合金でもある比較例の試料Fと比較すると、電気抵抗率が低く、穴あけ時間が短くなっている。抗折力、研削歩留については両者に大きな差はなく、このことから、粒子径1〜3μmの遊離炭素を含むことにより、研削歩留を悪化させることなく、放電特性が改善されていることがわかる。比較例の試料Eは、本発明合金の試料Aと組成およびWC粒子径が同等だが、5μmを超える遊離炭素が含まれ、試料Aと比較すると、電気抵抗率および穴あけ時間が若干すぐれるが、抗折力および研削歩留が劣る。このことから5μmを超える遊離炭素を含むと、放電特性はすぐれるが、実用面で問題があることがわかる。 As can be seen from Table 3, Sample A of the alloy of the present invention contains free carbon having a particle size of 1 to 3 μm. Compared with the sample F of the comparative example which is an alloy of the same composition and WC particle size and is also a two-phase region, the electrical resistivity is lower and the drilling time is shorter. There is no significant difference between the bending strength and the grinding yield. From this, the discharge characteristics are improved without deteriorating the grinding yield by including free carbon with a particle size of 1 to 3 μm. I understand. The sample E of the comparative example has the same composition and WC particle size as the sample A of the alloy of the present invention, but contains free carbon exceeding 5 μm. Compared with the sample A, the electrical resistivity and the drilling time are slightly better. Poor bending strength and grinding yield. From this, it can be seen that when free carbon exceeding 5 μm is included, the discharge characteristics are excellent, but there is a problem in practical use.
比較例の範囲に属する試料F〜Iにおいては、穴加工精度が維持されているものにおいて、1穴あたりの加工時間が最も短いもので39秒であるのに対し、本発明合金の範囲に属するA〜Eにおいては、穴加工精度が維持されたまま、1穴あたりの加工時間が最も長いもので36秒以下となっており、加工効率が改善されていることがわかる。比較例の試料Iは、本発明合金の試料DのCo重量%を7%から8%に増量したものであるが、これにより電気抵抗率が低く、穴あけ時間が短くなっているものの、要求される穴加工精度は得られなかった。これはWC含有量減少により、剛性が不足したものによると考えられる。
比較例の試料Hは、本発明合金の試料DのWC粒子径を 1.9μmから 0.6μmに微細化したものであるが、これにより電気抵抗率が高く、穴あけ時間が長くなっている。 WC 粒子径が小さくなると、電気抵抗率が高くなり、放電特性が悪くなることがわかる。
比較例の試料Fは、本発明合金の試料Bと組成、合金組織(2相域)およびWC粒子径が同等だが、電気抵抗率が高く、試料Bと比較すると、1穴あたりの加工時間が長くなっている。このことから放電効率を向上させるには、電気抵抗率を低くすることが重要であることがわかる。以上に記述の如く、本発明により、穴あけ加工時間が短縮され、精度の高い極小径の穴が高効率であけられる放電電極用超硬合金を提供することが可能である。
Samples F to I belonging to the range of the comparative example belong to the range of the alloy of the present invention, while the machining time per hole is the shortest at 39 seconds while maintaining the hole machining accuracy. In A to E, the machining time per hole is the longest at 36 seconds or less while maintaining the hole machining accuracy, and it can be seen that the machining efficiency is improved. Sample I of the comparative example was obtained by increasing the Co weight% of the sample D of the alloy of the present invention from 7% to 8%, which is required although the electrical resistivity is low and the drilling time is shortened. Drilling accuracy was not obtained. This is thought to be due to the lack of rigidity due to the decrease in WC content.
The sample H of the comparative example is obtained by refining the WC particle diameter of the sample D of the alloy of the present invention from 1.9 μm to 0.6 μm, and as a result, the electrical resistivity is high and the drilling time is long. It can be seen that as the WC particle size decreases, the electrical resistivity increases and the discharge characteristics deteriorate.
Sample F of the comparative example has the same composition, alloy structure (two-phase region), and WC particle diameter as the sample B of the alloy of the present invention, but has a high electrical resistivity. Compared with sample B, the processing time per hole is high. It is getting longer. This shows that it is important to lower the electrical resistivity in order to improve the discharge efficiency. As described above, according to the present invention, it is possible to provide a cemented carbide for a discharge electrode in which a drilling time is shortened and a highly accurate small-diameter hole can be drilled with high efficiency.
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