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インコネル７１８の乾式旋削加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　香川県産業技術センター　　佃　　昭

要　　旨

　
代表的なニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8を被削材として取り上げ、乾式旋削加工試験を実施し、ニッケル基超耐熱合金の乾式旋削加工時の最適加
工条件（工具材種、切削速度等）の検討を行った。その結果、検討を行った工具材種の中では、TiCコーティング、超硬K10が比較的良い性能を示した。ま
た、切削速度については30m／min程度が適当であることがわかった。

１ ．緒　　言

　超耐熱合金は、タービンブ
レード等の耐熱性、耐食性等を必要とする高温用部品として広く使用されているが、機械加工に際してはその優れた高温特性のため困難を伴うことが多く、代表
的な難削材とされている。この超耐熱合金の種類は非常に多いが、主要成分により区分するとニッケル基、コバルト基、鉄基の3種類に大別され、このうちニッ
ケル基が最も多く使用されている。今回、供試材として用いたインコネル７１8は、このうちニッケル基に属する最も一般的な合金である。この被削材を用い、
ニッケル基超耐熱合金を旋

削加工する際の工具材種、切削速度等の最適加工条件を求めることを目的に、旋削試験を行った。

２．実験方法

　
実験は、昌運カズヌーブ旋盤（HB575）を使用し、外周長手旋削にて実施した。供試材は、中実円柱状のインコネル7１8（￠75×220mm、
HB＝450）を用いた。実験に使用した工具は、超硬合金（K10、M20、P20）、コーティング（Al203、TiN、TiC）、サーメット
（TiN、TiC）、セラミックス（白セラ、黒セラ、サイアロン）、FRC（SiCウィスカ添加アルミナセラミックス2種類）の合計13種類である。

　切削条件を表1に示す。切削速度は、工具材種の検討時には30m／minとし、切削速度の検討時には20～90m／minとした。評価項目は、工具摩耗量および摩耗形態である。

３．実験結果および考察

３．１　最適工具材種

　インコネル718の旋削加工に最適な工具材種を検討するために、各種工具により旋削試験を行った。

　
図1に各種工具の工具摩耗量を示す。図から、コーティングおよび超硬工具は比較的工具摩耗量が少なく、特にTiCコーティング、K10が工具摩耗量が少な
いことがわかる。これに対し、セラミックス工具は工具摩耗量が多く、図には示さなかったが、黒セラにおいては実験開始直後に割損を生じたため、試験を中止
した。他のセラミックス工具においても工具摩耗量は多く、ほとんど実用に供し得ない結果となった。FRC工具は、メーカの異なる二種類で試験を行った。
メーカの別により性能が大きく異なるが性能の良い方でもK10と同程度であり、価格が高価であることを考慮すれば、実用的ではないと考えられる。またサー
メット工具については、TiNサーメットの場合はP20とほぼ同程度の工具摩耗量であるが、TiCサーメットの場合は工具の切れ刃先端に塑性変形が生じ、
実用に供し得ない結果となった。

　図2に実験後の代表的な工具摩耗顕微鏡写真を示す。図から、全般的に切れ刃の横逃げ境界部付近に凝着
が発生しており、特にセラミックス工具の場合に凝着量が多いことが観察される。また、セラミックスおよびFRC工具の場合、顕著な境界摩耗が発生している
ことが観察される。なお、TiCサーメットの工具摩耗は、切れ刃の塑性変形に起因していると考えられる。

　これらのことから、インコネ
ル7１8の切削時には工具切れ刃に凝着が発生し、この凝着物が脱落するときに工具切れ刃が同時に脱落し、摩耗として進行するものと考えられる。また、条件
によって発生する境界摩耗は、切れ刃の劣化により材料表面が加工硬化したために発生するものと考えられる。したがって工具材種としては、インコネルとの親
和性が低く、靭性の高いものが適していると考えられ、親和性の低いTiCコーティングや、靭性の高いK10が良い性能を示したものと考えられる。なお、
TiCサーメットの場合に発生した切れ刃の塑性変形は、TiCサーメットの物理特性、すなわち常温では高硬度であるが、高温硬度が低いことに起因している
と考えられる。

３．２　切削速度の影響

3．1で比較的性能の良かったK10、TiCコーティングおよび標準的なP20を用いて、切削速度が工具摩耗量に及ぼす影響について検討した。

　
図3に切削速度と逃げ面摩耗量の関係を示す。図から、各工具とも切削速度が30m／minまでは、逃げ面摩耗量はほぼ一定であるが、30m／min以上に
なると、切削速度の増加とともに逃げ面摩耗量も増加していることがわかる。また、その増加率はP20が最も大きく、P20においては30m／min以上の
切削速度では、ほとんど実用に供し得ないものと考えられる。

　図4に、TiCコーティング、K10、P20についての工具寿命曲線を示
す。寿命判定基準は、逃げ面摩耗幅VB＝0.2mmである。図から、TiCコーティング＞K10＞P20の順で工具寿命が長いことがわかる。Taylor
によると、工具寿命曲線は一般に次の実験式により表される1）。

VTn＝C　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　
ここで、V：切削速度（m／min）、T：工具寿命時間（min）、n、C：定数である。図4におけるnおよびCを求めると、①TiCコーティン
グ：n=0.42、C=105　②K10：n＝0.32、C＝74.1　③P20：n＝0.28、C＝49.8である。nは工具寿命曲線の傾きを表すもの
であるが、nの値からP20＞K10＞TiCコーティングの順で　工具寿命は切削速度に対して敏感であることがわかる。また、Cの値は工具寿命時間を1分
とした場合の切削速度を表すものであるが、Cの値から、TiCコーティング＞K10＞P20の順で切削性能が良いことがわかる。この値は、炭素鋼の
1／10以下であり、インコネルは難削性の高い材料であることがわかる。

４．結　　言

　ニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8の乾式旋削加工特性を検討した結果、次の知見を得た。

（1）今回の試験条件の範囲内では、インコネル7１8の最適旋削加工条件は、①工具材種：TiCコーティング、K10、②切削速度：約30m／minである。

（2）インコネル7１8の工具損傷の特徴は、横切れ刃への凝着である。

参考文献

1）F.W.Taylor：On the Art of Metal Cutting,Trans.ASME,Vol.28（1906）

表1　切削条件

インコネル７１８の湿式旋削加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　香川県産業技術センター　　佃　　昭

要　　旨

　 前報1)では、代表的なニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8の乾式旋削加工試験を行い、最適工具材種および最適切削速度等の検討を行った。本報で は、同材料の湿式旋削加工を実施し、切削油剤（水溶性）の切削性に及ばす影響について検討を行った。その結果、湿式切削は乾式切削に比較して、若干切削性 が劣ることがわかった。また、湿式のときの切削性は、切削油剤の濃度により変化することがわかった。

1．緒　　言

　前 報において、代表的なニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8の乾式旋削加工試験を行い、最適工具材種および最適切削速度等の検討を行った。その結 果、工具材種としてはTiCコーティングおよび超硬K10が適しており、切削速度としては30m／min程度が適当であることがわかった。本報では、水溶 性切削油剤を用いてインコネル7１8の湿式旋削加工試験を行い、切削油剤が同材料の切削性に及ぼす影響について検討を行った。

2．実験方法

　 実験は、昌達カズヌーブ旋盤（HB575）を使用し、外周長手旋削にて実施した。供試材は、中実円柱状のインコネル7１8（￠75×180mm、 HV＝450）を用いた。ただし、前報の乾式試験に用いた供試材とはロットが異なる。実験に使用した工具は、超硬合金（K10、M20、P20）、コー ティング超硬（Al203、TiN、TiC）、サーメット（TiN、TiC）、セラミックス（白セラ、黒セラ）の合計10種類である。

　 切削条件を表1に示す。切削油剤は、硫黄系極圧添加剤を多量に含む難削材加工用の、エマルジョンタイプ水溶性切削油剤（W－1種）を用いた。切削油剤の希 釈倍率は5倍および10倍で、工具のすくい面側から1L／minの流量で切削点に向けて注液した。切削速度は、工具材種の検討時には30m／min一定と し、切削速度の検討時には20～90m／minとした。評価項目は、工具摩耗量および工具摩耗形態である。

３．実験結果および考察

３．１　最適工具材種および切削油剤の温度の影響

　 インコネル7１8の湿式旋削加工に最適な工具材種を検討するために、各種工具を用いて湿式旋削加工を行った。水溶性切削油剤の濃度が切削性に及ぼす影響も あわせて検討を行うため、希釈倍率は10倍および5倍の二種類にて実験を行った。なお、切削油剤メーカの推奨倍率は10～30倍である。　

　図1に、切削油剤の希釈倍率が10倍の場合の各種工具の工具摩耗量を示す。また、図2に切削油剤の希釈倍率が5倍の場合の各種工具の工具摩耗量を示す。

　 まず、図1から、湿式旋削加工時の各種工具の工具摩耗特性について述べる。全般的に湿式旋削時の工具摩耗特性は、乾式旋削加工時とほぼ同様な傾向を示して いる。すなわち、コーティング系統の工具が比較的工具摩耗量が少なく、特に、TiCコーティングが良い性能を示した。また超硬工具の中では、K10が比較 的工具摩耗量が少なかった。これらに対し、セラミックス系統およびTiCサーメットは、工具摩耗量が多く、乾式切削時と同様、実用に供し得ない結果となっ た。とくに、白セラは試験途中で欠損が生じた。また、黒セラは大幅な境界摩耗が発生し、TiCサーメットは刃先に塑性変形が生じた。

　 次に図1、2から、切削油剤の濃度が工具摩耗に及ぼす影響について述べる。全般的に切削油剤の濃度が高くなると、若干ではあるが切削性が改善される傾向が みられる。すなわち、白セラやTiCサーメットは、切削油剤の布釈倍率10倍時には、欠損や塑性変形が生じ切削不能であったが、奇釈倍率5倍時において は、工具摩耗が多いものの切削可能であった。また、超硬K10、Al203コーティング、TiNサーメット等において、工具摩耗量が減少していることがわ かる。このことから、切削油剤に求められる性質の一つとして、潤滑性が必要であると考えられる。

　図3に、切削油剤の希釈倍率が10倍 の時の代表的な工具の工具摩耗顕微鏡写真を示す。図から、いずれの工具の場合も、すくい面境界部に乾式切削時には観察されなかった境界摩耗が発生している のが観察される。また切れ刃には、工具材種により大小はあるものの、切れ刃に凝着が発生していることが観察される。

３．２　工具寿命曲線

　 湿式加工の場合の、切削速度が工具摩耗に及ぼす影響を検討するため、3．1で比較的性能の良かった超硬K10および標準的な超硬P20を用いて、工具寿命 曲線を作成した。図4に切削油剤の希釈倍率が10倍の場合の工具寿命曲線を示す。寿命判定基準は、逃げ面摩耗幅VB＝0.2mmである。なお、乾式加工の 場合と比較するため、K10においては乾式加工でも試験を行った。図から、湿式加工時においても、標準的な超硬P20よりもK10の方が実験を実施した切 削速度域全般にわたって工具寿命が長いことがわかる。また、超硬K10において切削油剤の有無による工具寿命を比較すると、若干ではあるが、乾式の方が湿 式の場合より寿命が長いことがわかる。

　湿式切削が乾式切削に対して優位性を示さなかった理由は、まず第一に凝着が考えられる。湿式切 削の場合、図3に示したように刃先に凝着が生じる。これは、切削油剤による冷却作用のため、乾式切削時に比較して多量に発生したものと思われ　この凝着が 剥離、脱落する際に、工具を摩耗、欠損させたものと考えられる。また第二の理由としては、加工硬化が考えられる。湿式加工の場合、図3に示したように、工 具のすくい面境界部に顕著な境界摩耗が発生しており、切削油剤の冷却作用のため、供試材および切屑の加工硬化の度合いが、乾式切削時に比較してより大きく なったものと考えられる。

４．結　　言

　ニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8の湿式旋削加工特性を検討した結果、次の知見を得た。

（1） 湿式加工時の最適工具材種は、乾式加工時と同様で、TiCコーティング、超硬K10である。

（2） 湿式加工は、乾式加工より若干切削性が劣る。

（3） 切削油剤の希釈倍率は、高濃度の方が良い。

（参考文献）

１）

表1　切削条件

図1　各種工具の工具摩耗量（切削油剤希釈倍率10倍）

図2　各種工具の工具摩耗量（切削油剤希釈倍率5倍）

（a）K10 （b）P20　　　　　　　　　　（c）TiCサーメット

（d）TiCコーティング　　　　　　（e）白セラ　　　　　　　　　　　（f）黒セラ

図3　工具摩耗顕微鏡写真

	1000
			100

図4　工具寿命曲線

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インコネル７１８の乾式旋削加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　香川県産業技術センター　　佃　　昭

要　　旨

　 代表的なニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8を被削材として取り上げ、乾式旋削加工試験を実施し、ニッケル基超耐熱合金の乾式旋削加工時の最適加 工条件（工具材種、切削速度等）の検討を行った。その結果、検討を行った工具材種の中では、TiCコーティング、超硬K10が比較的良い性能を示した。ま た、切削速度については30m／min程度が適当であることがわかった。

１ ．緒　　言

　超耐熱合金は、タービンブ レード等の耐熱性、耐食性等を必要とする高温用部品として広く使用されているが、機械加工に際してはその優れた高温特性のため困難を伴うことが多く、代表 的な難削材とされている。この超耐熱合金の種類は非常に多いが、主要成分により区分するとニッケル基、コバルト基、鉄基の3種類に大別され、このうちニッ ケル基が最も多く使用されている。今回、供試材として用いたインコネル７１8は、このうちニッケル基に属する最も一般的な合金である。この被削材を用い、 ニッケル基超耐熱合金を旋

削加工する際の工具材種、切削速度等の最適加工条件を求めることを目的に、旋削試験を行った。

２．実験方法

　 実験は、昌運カズヌーブ旋盤（HB575）を使用し、外周長手旋削にて実施した。供試材は、中実円柱状のインコネル7１8（￠75×220mm、 HB＝450）を用いた。実験に使用した工具は、超硬合金（K10、M20、P20）、コーティング（Al203、TiN、TiC）、サーメット （TiN、TiC）、セラミックス（白セラ、黒セラ、サイアロン）、FRC（SiCウィスカ添加アルミナセラミックス2種類）の合計13種類である。

　切削条件を表1に示す。切削速度は、工具材種の検討時には30m／minとし、切削速度の検討時には20～90m／minとした。評価項目は、工具摩耗量および摩耗形態である。

３．実験結果および考察

３．１　最適工具材種

　インコネル718の旋削加工に最適な工具材種を検討するために、各種工具により旋削試験を行った。

　 図1に各種工具の工具摩耗量を示す。図から、コーティングおよび超硬工具は比較的工具摩耗量が少なく、特にTiCコーティング、K10が工具摩耗量が少な いことがわかる。これに対し、セラミックス工具は工具摩耗量が多く、図には示さなかったが、黒セラにおいては実験開始直後に割損を生じたため、試験を中止 した。他のセラミックス工具においても工具摩耗量は多く、ほとんど実用に供し得ない結果となった。FRC工具は、メーカの異なる二種類で試験を行った。 メーカの別により性能が大きく異なるが性能の良い方でもK10と同程度であり、価格が高価であることを考慮すれば、実用的ではないと考えられる。またサー メット工具については、TiNサーメットの場合はP20とほぼ同程度の工具摩耗量であるが、TiCサーメットの場合は工具の切れ刃先端に塑性変形が生じ、 実用に供し得ない結果となった。

　図2に実験後の代表的な工具摩耗顕微鏡写真を示す。図から、全般的に切れ刃の横逃げ境界部付近に凝着 が発生しており、特にセラミックス工具の場合に凝着量が多いことが観察される。また、セラミックスおよびFRC工具の場合、顕著な境界摩耗が発生している ことが観察される。なお、TiCサーメットの工具摩耗は、切れ刃の塑性変形に起因していると考えられる。

　これらのことから、インコネ ル7１8の切削時には工具切れ刃に凝着が発生し、この凝着物が脱落するときに工具切れ刃が同時に脱落し、摩耗として進行するものと考えられる。また、条件 によって発生する境界摩耗は、切れ刃の劣化により材料表面が加工硬化したために発生するものと考えられる。したがって工具材種としては、インコネルとの親 和性が低く、靭性の高いものが適していると考えられ、親和性の低いTiCコーティングや、靭性の高いK10が良い性能を示したものと考えられる。なお、 TiCサーメットの場合に発生した切れ刃の塑性変形は、TiCサーメットの物理特性、すなわち常温では高硬度であるが、高温硬度が低いことに起因している と考えられる。

３．２　切削速度の影響

3．1で比較的性能の良かったK10、TiCコーティングおよび標準的なP20を用いて、切削速度が工具摩耗量に及ぼす影響について検討した。

　 図3に切削速度と逃げ面摩耗量の関係を示す。図から、各工具とも切削速度が30m／minまでは、逃げ面摩耗量はほぼ一定であるが、30m／min以上に なると、切削速度の増加とともに逃げ面摩耗量も増加していることがわかる。また、その増加率はP20が最も大きく、P20においては30m／min以上の 切削速度では、ほとんど実用に供し得ないものと考えられる。

　図4に、TiCコーティング、K10、P20についての工具寿命曲線を示 す。寿命判定基準は、逃げ面摩耗幅VB＝0.2mmである。図から、TiCコーティング＞K10＞P20の順で工具寿命が長いことがわかる。Taylor によると、工具寿命曲線は一般に次の実験式により表される1）。

VTn＝C　　　　　　　　　　　　　　　　　（1）

　 ここで、V：切削速度（m／min）、T：工具寿命時間（min）、n、C：定数である。図4におけるnおよびCを求めると、①TiCコーティン グ：n=0.42、C=105　②K10：n＝0.32、C＝74.1　③P20：n＝0.28、C＝49.8である。nは工具寿命曲線の傾きを表すもの であるが、nの値からP20＞K10＞TiCコーティングの順で　工具寿命は切削速度に対して敏感であることがわかる。また、Cの値は工具寿命時間を1分 とした場合の切削速度を表すものであるが、Cの値から、TiCコーティング＞K10＞P20の順で切削性能が良いことがわかる。この値は、炭素鋼の 1／10以下であり、インコネルは難削性の高い材料であることがわかる。

４．結　　言

　ニッケル基超耐熱合金であるインコネル7１8の乾式旋削加工特性を検討した結果、次の知見を得た。

（1）今回の試験条件の範囲内では、インコネル7１8の最適旋削加工条件は、①工具材種：TiCコーティング、K10、②切削速度：約30m／minである。

（2）インコネル7１8の工具損傷の特徴は、横切れ刃への凝着である。

参考文献

1）F.W.Taylor：On the Art of Metal Cutting,Trans.ASME,Vol.28（1906）

表1　切削条件

図1　各種工具の工具摩耗量

　　（a）K10 　　　　（b）P20 　　（c）TiCサーメット

（d）TiCコーティング　　　　　　（e）白セラ　　　　　　　　　　（f）FRC B

図2　工具摩耗顕微鏡写真

図3　切削速度と逃げ面摩耗量の関係

図4　工具寿命曲線

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インコネル７１8のワイヤ放電加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　徳島県立工業技術センター　　野上輝夫

要旨

　インコネル７１8をワイヤ放電加工し、放電加工条件と加工速度及び加工面粗さとの関係を調べた。S55C材料も同条件で加工し、比較した結果、インコネル７１8はS55C材料より大きな加工速度で加工でき、放電加工特性に優れた材料であることが分かった。

1．緒言

　 耐熱合金インコネル７１8は機械加工が最も困難な材料の一つとして位置づけられている。一方、ワイヤ放電加工は加工速度は高くないものの無人で行える高精 度切断加工法であり、導電性を有する材料であれば何でも加工できることから、金型産業のみならず、精密機械部品の加工に広く使用されている。そこで、イン コネル７１8の切削加工の代用として、ワイヤ放電加工の積極利用を図ることを目的として、本研究を行った。

2．実験方法

　加工材料として板厚5mmのインコネル７１8及びS55Cを用い、全ての実験を浸漬加工で行った。使用した電極ワイヤはΦ0.2mmの黄銅ワイヤで、引張り強さ90kgf／mm2以上の仕様のものである。

　実験の評価項目として、切断面の表面粗さと加工速度を取り上げた。加工速度については、装置に付属の速度表示メータからその平均値を読み取った。

　 インコネル７１8に関する放電加工データは見当たらないため、予備実験において、大きな加工速度の得られる安定加工条件をメーカー提供のデータ表から選択 し、主要放電条件を変化させて実験した。なお、S55Cの加工条件については、データ比較が目的なのでインコネル７１8と同じにした。

3．実験結果

　 ワイヤ放電加工性は装置のハード及びソフトに依存される部分が多く、これらはメーカーがノウハウとして公開していない。加工条件にしても、デジタルノッチ で決定するものが大部分で、客観的な数値条件として表現できない。従って、本実験において得られたデータも、同種の機械装置にしか応用できないものであ る。ここでは、インコネル７１8及びS55Cのワイヤ放電加工し、加工速度や切断面粗さなどに及ぼす各加工条件の影響について検討した。

3．1　加工速度

　 図1～3にインコネル７１8及びS55Cをワイヤ放電加工機により切断加工した場合の、加工セッティング（Ip）、平均加工電圧（VG）及び休止時間 （OFF）と加工速度及び切断面粗さの関係を示す。図1より、この条件で安定加工できる条件範囲はIpノッチが5から7までの範囲であり、Ipの増大とと もに加工速度が増大する傾向が得られた。Ipノッチを8以上に設定した場合、休止時間を大きくすれば安定加工の領域も存在するが、加工速度は低下する。イ ンコネル７１8をS55Cと比較した場合、いずれの条件においても、インコネル７１8の方が加工速度を大きくでき、Ipに対する加工速度の変化割合が大き い材料であると言える。

　図2より、両材料ともVGを小さくすれば加工速度が大きくなる傾向が見られる。一般的には、加工電圧が大きく なれば単位放電当たりの加工物の除去量は大きくなると考えられ、加工速度は大きくなると思われるが、この場合には逆の結果となっている。この理由は、平均 加工電圧を小さくすれば、そのことによって他の電気条件が変化して、単位放電量が増加することによる。この条件で、VGを35Vよりさらに小さくした場合 には、加工が不安定になり、50Vより高くした場合、加工は可能であるが、加工速度はさらに低下する現象が見られた。インコネル７１8はS55Cより加工 速度が大きく、VGが小さくなるとともにその差が大きくなることが分かった。

　図3より、休止時間割合が大きくなれば、単位時間当たり の放電時間が少なくなるので、加工速度は小さくなる。OFFノッチが12より大きくなっても、安定加工領域は存在するが、加工速度の低下割合は、さらに大 きくなることが予想される。この条件では、7～8ノッチあたりに加工速度のピーク値が存在する。

3．2　切断面粗さ

　加工速度を可能な限り大きく維持して、切断面粗さを小さくできることが理想であるが、一般には切断加工速度と切断面粗さは相反する関係にあると言われている。ここでは、インコネル７１8のワイヤ放電加工における切断面粗さの大きさと傾向を把握するための実験を行った。

　 一般的には、Ipが小さい場合には放電アークの小さい加工となり、切断面の表面粗さは小さくなると考えられる。図1において、S55Cの場合は、Ipノッ チを大きくすれば切断面の表面粗さが大きくなる傾向が認められるが、インコネル７１8の場合には、Ipの小さいところで逆に切断面粗さが大きな値になり、 異なる傾向を示した。全般に、切断面粗さは、インコネル７１8の方がS55Cより大きな値をとることが分かる。

　図2からは、平均加工電圧VGが大きくなれば、切断面粗さもやや大きな値になる傾向が見られるが、加工速度の場合のように明らかな傾向にあるとは言えない。

図3からは、休止時間と切断面粗さの間に明確な傾向は見られなかった。

図1～図3より、インコネル７１8の切断面粗さはS55Cより大きな値をとる材料であると言える。

4．結言

1） インコネル７１8のワイヤ放電加工特性の傾向は基本的にはS55Cと同じである。すなわち、大きな加工速度は、Ipが大きく、VGが小さく、OFFノッチ が小さい条件で得られる。切断面粗さについては、加工速度の小さくなる条件（弱い電気条件）にしても、必ずしも小さくなるとは限らず、適当な組み合わせの 条件が存在することが分かった。

2）インコネル７１8はS55Cに比べて、加工速度は速く、切断面粗さはやや大きいが、ワイヤ放電加工特性に優れた材料であると言える。

3）板厚5mmのインコネル７１8のファーストカットにおいて、加工速度を重視した場合、最大約15mm／minの加工速度の得られる条件が存在する。S55Cにおけるそれは約14mm／minであった。

図１　加工セッティング（Ip）と加工速度及び切断面粗さの関係

平均加工電圧（ＶG）：５０Ｖ，休止時間（OFF）ノッチ：１０

図2　平均加工電圧（VG）と加工速度及び切断面粗さの関係

加工セッティング（Ip）ノッチ：７，休止時間（OFF）ノッチ：12

図３　休止時間（OFF）と加工速度及び切断面租さの関係

加工セッティング（Ip）ノッチ：７，平均加工電圧（ＶG）：50Ｖ

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インコネル７１３Cの旋削加工

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　徳島県立工業技術センター　　野上輝夫

要旨

　 難削材料として位置づけられている超耐熱合金インコネル７13Cの旋削加工実験を行った。材種の異なる切削工具による実験の結果、インコネル７13Cの旋 削加工に最適な工具はSiCウィスカー強化型のセラミック工具で、切削速度が250～350m／minの高速切削領域で最長の工具寿命が得られた。また、 切削油剤の使用は工具寿命の延長のみならず、加工面の表面粗さを小さくする上でも有効であることが分かった。

１　緒言

超 耐熱合金は、航空・宇宙関連産業において多く使用されている材料で、高価でもあり、一般産業界にはあまり普及していない。従って、加工データも多くないの が現状である。そこで、ここでは最も一般的な機械加工である旋削加工を取り上げ、インコネル７13Cを旋削する場合の適正な工具材種及び切削条件につい て、工具寿命の面から検討する。

２　実験方法

　被削材インコネル７13C（鋳放し）を（‐5，‐6，5，6，15，15，0.8）の刃先諸元を有する4種類の工具材種（超硬、コーティング超硬、セラミック、CBN）の工具を用い、切

込 み及び送りをそれぞれ0.5mm及び0.1mm／revと一定にし、切削速度を30～400m／minの範囲で変化させて、乾式と湿式（不水溶性の ＪＩＳ１種５号を使用）で外丸旋削加工実験を行い、工具摩耗の進行状況を追跡した。超硬はK10種、コーティング超硬はTiCN系、セラミックはアルミナ とSiCウィスカーが主成分、CBNは耐熱温度の高い結合剤を使用したものである。工具寿命は逃げ面摩耗幅0.5mmに到達した時をもって工具寿命と判定 して、寿命曲線を作成した。加工面粗さは、各条件とも実験初期の工具刃先摩耗の小さい段階で測定した。

３　実験結果

３．１　工具摩耗

　図1にⅤ－Ｔ曲線を、図2にⅤ－L曲線を示す。乾式切削の場合を白抜きで、湿式の場合を黒の塗りつぶしのマークで示している。

・ 超硬K10の寿命曲線は乾式と湿式とはほぼ同一線上にあり、切削速度の低速側への移行とともに下方に曲がる。

・ コーティング超硬は切削速度90m／min以上と以下とで、勾配の異なる寿命曲線となる。

・ セラミックで乾式切削した場合、250m／min付近から寿命曲線は折れ曲がり、100m／min以下の切削速度範囲では境界摩耗が異常に発達することが 観察された。また、湿式切削の場合は、100m／min以下及び300m／min以上の速度域では切削速度が高くなると寿命が短くなる通常の現象を示す が、その中間の速度域では逆の傾向の寿命曲線を示している。この理由は工具の損傷機構の違いによるものと考えられる。すなわち、摩耗状況のマクロ観察か ら、低速側では脆性破壊（欠損）による摩耗が、高速側では熱的損傷（摩耗）が全体の工具摩耗を支配しているものと考えられる。

・ CBNは湿式切削のみ行ったが、300m／min以下の切削速度で寿命曲線は右上がりとなっており、工具の性質から判断して、セラミックと類似の傾向の寿命曲線を示すものと想定される。

・ 湿式切削における工具寿命は乾式切削の場合より概して長い。コーティング超硬は全速度域で、セラミックは高速域で明らかに長くなる傾向が見られ、切削油剤使用の効果が認められた。

・ Ⅴ－L曲線から、湿式切削における寿命切削距離の長い切削速度は超硬K10では50～100m／min、コーティング超硬では80～110m／min、セラミックでは300～350m／min付近であり、乾式切削の場合もほぼ同じである。

・ 寿命切削距離の最も長かった工具はセラミックで、CBN、コーティング超硬、超硬K10の順に短くなり、その切削速度域は同じ順で低速側に移行する。

３．２　加工面の表面租さ

　湿式切削の場合の加工面の表面粗さを図3に示す。

・ コーティング超硬とセラミックが30m／minの切削速度で大きな表面粗さ値を示したが、各工具とも、切削速度による表面粗さの差はほとんどなく、3～5／μmRmaxの範囲にある。一般鋼の通常切削に比べて非常に良好な値を示した。

・ 乾式切削の場合、いずれの工具も切削初期段階の加工面粗さは湿式の場合より少し大きい程度であるが、工具摩耗の進展とともに切りくずの多く付着する現象が見られ、表面品位の面から現実的な切削加工は不可能であると考える。

３．３　工具損傷状態の観察

　工具損傷の状況を光学顕微鏡で観察した結果を以下にまとめる。

・ 超硬K10では、低速切削域で幅の広い境界摩耗が発達し、高速切削域で刃先Rのコーナー部全体に大きな摩耗を生じ、他の工具に比べて、被削材の凝着が最も激しい様子が観察された。

・ コーティング超硬は超硬K10とほぼ類似の摩耗形態であった。

・ セラミックは、低速切削域において境界摩耗が細長く発達し、剥離破壊によって欠損に至っている様子が伺われ、高速切削域では底辺の大きな漏斗形の摩耗痕を生じている様子が観察された。

４　結言

　切込み0.5mm、送り0.1mmの中仕上げ切削領域におけるインコネル７13Cの旋削加工実験を行った結果、つぎのことが分かった。

1）インコネル７13Cの旋削加工に最も適している工具はSiCウィスカー強化のアルミナ系セラミックで、250～350m／minの切削速度域で良好な結果を示す。

2）切削油剤の使用は工具寿命に延長に有効であるばかりでなく、加工面品位の面を考慮する場合には湿式切削とすべきである。

3）切りくずの工具への溶着が著しいにも拘わらず、湿式切削における加工面粗さは非常に小さい。このことは工具摩耗が進行した状態でも言えることである。

4）起硬及びコーティング超硬とセラミック及びCBNとは摩耗形態が異なっており、インコネル７13Cの切削において後者は低速摩耗が顕著に現れる。

		ｾﾗﾐｯｸ（乾式）
		50
		30
		20

図1　工具寿命（∨―Ｔ）曲線

切削条件　d:0.5mm，f:0.1mm/rev

刃先諸元：-5,-6,5,6,15,15,0.8 寿命基準　VB:0.5mm

		超硬K10(湿式) ) ｺｰﾃｨﾝｸﾞ超硬（乾式）

インコネル７１8及び71３Cの正面フライス切削

　　　　　　　　　　　　産業技術総合研究所　中国センター　　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　旨

　 ニッケル基超耐熱合金のインコネル７１8及び71３Cを超硬K系列工具を用いて正面フライス切削し、工具損傷と切削油剤及び切削速度の関係を検討した。そ の結果、インコネル７１8の切削時には水溶性油剤を使用した場合に工具摩耗幅が大きいこと、インコネル71３Cの切削時には水溶性油剤を切削した場合に工 具摩耗幅が小さいこと等の被削性の差異が判明し、その原因を考察した。

１．はじめに

　ガスタービン等の高温で使用される機器の材料であるニッケル基超耐熱合金は難削材であり、適切な加工法の究明が強く要望されている。著者は先に、鍛造合金インコネル７１81）及び鋳造合金インコネル71３C2）の正面フライス切削に関して若干の検討を行い、

超硬K系列の丸こま工具が両材料の切削に比較的適していることを明らかにした。今回はこれらに引き続き、両材料の被削性をさらに検討した結果を報告する。

２．被削材

　 インコネル７１8（時効処理、常温硬度：HRC40）と、インコネル71３C（鋳放し、常温硬度：HRC35）を切削した。前者は主にγ’’（ガンマダブ ルプライム）により、後者は主にγ’（ガンマプライム）により強化された合金である3）。表1は、両材料の化学成分である。

３．実験方法

　 両合金の直方体ブロックを、NC立フライス盤（日立精機MD－Ⅴ型）のテーブルに固定して上面を切削した。表2は、使用したカッタの仕様である。図1は、 フライス盤上方から見たときのカッタと被削材の位置関係である。図の左端直前までの1パス（実切削距離：約：50m）を中心切削して、工具損傷を比較し た。

　既報l）,2）の結果を踏まえて、K10種及びインコネル等の難削材切削用に開発された特殊グレードの、2種類の超硬K系列工具を使用した。

　 切削諸元は、切削速度：15～98m／min、切込み：0.2mm、送り：0.1mm／刃とした。使用した切削油剤は、協同油脂製エマルカット B－50（水溶性：JISW2－1種）及び出光興産製ダフニー・マーグプラスＬ（不水溶性：非塩素系）の2種類であり、乾式でも実験を行った。実験結果の ばらつきの可能性を考慮して、同一条件で2回切削を行った。

４．実験結果

４．１　工具損傷と切削速度及び切削油剤の関係

　 図2は、インコネル７１8を切削したときの、工具摩耗幅と切削速度及び切削油剤の関係である。速度70m／min以上では欠損やチッピングが工具に発生し たが、60m／min以下では安定した摩耗様相が示された。図より、K10種よりも特殊グレード工具の摩耗幅が小さいこと、水溶性油剤を用いた場合の摩耗 幅が比較的大きいこと、速度約50m／min以下では低切削速度ほど摩耗幅が大きいことがわかる。

　図3は、インコネル71３Cを切削 したときの、工具摩耗幅と切削速度及び切削油剤の関係である。水溶性油剤を用いて速度約40m／min以下で切削した特殊グレード工具を除き、何れも欠損 やチッピングが発生した。図より、K10種よりも特殊グレード工具の摩耗幅が小さいこと、水溶性油剤を用いた場合の摩耗幅が比較的小さいことがわかる。

　図4は、各油剤を用いて速度29m／minで両材料を切削したときの特殊グレード工具の損傷である。インコネル７１8の切削時は水溶性油 剤の場合の摩耗幅が大きいが、インコネル71３Cの切削時は逆傾向であること、インコネル71３Cを乾式及び不水溶性油剤使用で切削した場合にはチッピン グが発生したことなどがわかる。

４．２　両被削材の被削性の差異の原因

　超硬K系列工具を用いて切削速度約60m／minでインコネル７１8を旋削したときの工具・被削材熱電対法で測定した切削温度は約1150℃と報告されており4）、今回は低切削速度での断続切削であるため、切削温度はそれよりも低いと考えられる。

　 インコネル７１8の強度は温度上昇につれて低下する（特に650℃以上で）3）。従って、水溶性油剤の使用時には、冷却効果による低切削温度のために被削 材強度が仕較的高いことに起因して、工具摩耗幅が大きくなったことが考えられる。低切削速度ほど工具摩耗幅が大きいのも、このような材料特性を反映したこ とが考えられる。

　一方、インコネル71３Cの強度は約800℃以下では温度上昇につれて高くなる3）。従って、水溶性油剤の使用時には、冷却効果による低切削温度のために被削材強度が比較的低いことに起因して、工具摩耗幅が小さくなったことが考えられる。乾式時及び不水溶性油

剤の使用時に多く発生した工具チッピングや欠損も、このような材料特性を反映したことが考えられる。

５．まとめ

　インコネル７１8の切削時は水溶性油剤を使用した場合の工具摩耗幅が比較的大きく、インコネル71３Cの切削時は水溶性油剤を使用した場合の工具摩耗幅が比較的小さかった。

（参考文献）

1）大各ら：1994年度精密工学会春季講演論文集，P181

2）大谷ら：1995年度精密工学会春季講演論文集，P455

3）C．T．Simsら：Superalloys　Ⅱ（単行本），John Wiley ＆ Sons（1987）　　　

4）C．Leshockら：ASME，Manuf．Sci．and Eng．，Vol．2，NO．1，pp．189－201，（1995）

表1　被削材の化学成分（％）

表2　フライスカッタの仕様

図1　カッタと被削材の位置関係

図2　工具磨耗幅と切削速度、切削油剤の関係（７１8）

インコネル７１３Cの旋削加工

　　　　　　　　　　　　　山口県産業技術センター　　香川正信、前田秀治、池田悟至

要　　旨

こ れまで加工データが乏しいとされるインコネル７13Cの高温硬度と切削抵抗を調べ難削性の要因を検討した。更に入手可能な工具材種で旋削加工した場合の工 具損傷形態と摩耗幅の比較から最適な工具材種を選定するとともに、特に横切れ刃境界部の損傷に注目してCBN工具による短時間高速切削試験を行った。その 結果、300m／minの高切削速度域で境界摩耗幅、逃げ面摩耗幅が減少する結果が得られ、高速切削の可能性が確認された。

１．はじめに

　 インコネル７13Cは鍛造性の制約を取り去り、高温強化に効果的なγ’相を増量し高温強度を特に増したNi基超耐熱合金である。鋳造性、耐酸化性、高温強 度がバランスよく優れていることから主用途のガスタービン翼ばかりでなく一般用途にも多く使われはじめた。しかし加工データに乏しく用途の拡大にともなっ て適切な加工情報の提供が望まれるようになってきている。

　本研究は、インコネル７13Cの高温硬度、切削抵抗の特徴を明らかにした。また旋削加工における工具材種の適用性を検討し、そして横逃げ面境界損傷に注目してCBN工具による高速切削の可能性を探った。

２．実験方法

　 被削材はインコネル７13C（As Cast、Hv339、￠90Ⅹ50）である。これに￠40mmの穴を中グリ加工し、普通旋盤（昌運工作所、HB500、11KW）にチャックとライブセ ンターで保持した治具に通し、ねじで固定した。旋削実験は長手外径旋削した。その他の実験条件はその都度文中で述べる。

３．実験結果

３．１　高温硬度

　図1に温度による硬度の変化を示す。測定は高温ビッカース硬度計（明石製作所、AVK-

HF） を使用し、試料サイズは￠10xt5mm、荷重は5Kgfである。図からインコネル７13Cは800°Cの高温度域でもHv300を維持した。普通の炭素 鋼では再結晶温度（500°C付近）を越えると急激に強度が低下するが、これと比較してもインコネル７13Cの耐熱性が

伺える。そのため、インコネル７13Cの切削加工では被削材の高温軟化現象を利用して工具材との硬度差を大きくとる加工方法を選択することは容易でなく、その意味において難削性が高い

３．２　切削抵抗

　 図2は切削速度と切削抵抗の関係である。3分力切削動力計（キスラー、9257B）、データレコーダ（TEAC、RD－135T）、ペンレコーダ （YEW、3057）で測定した。工具は超硬K20（TNGA160408、ホーニング無）を使用し、ホルダ（CTGNR2020）に固定した。切削速度 Ｖ＝5.91～205m／min、切込みd＝0.5mm、送りf＝0.1mm／revの条件で乾式旋削した。インコネル７13Cの切削抵抗は切削速度増加 に伴い急減し、切削速度27m／min付近でその減少は緩やかになった。SUS304に比べて切削抵抗は大きく、難削性が伺える。切削抵抗が小さいほど工 具損傷に及ばす影響も少なくなるから、インコネル７13Cの旋削加工においては切削速度20m／min以下での加工は好ましくない。SUS304の切削抵 抗で、切削速度18m／min付近で見られる極値現象は構成刃先の影響と思われる。一方、インコネル７13Cにも切削速度27m／min付近に極値現象ら しきものが現れるもののSUS304ほど顕著ではない。しかし、図示していないが、この切削速度域で切削抵抗波形に構成刃先の生成脱落を思わせる変動成分 が記録されたこと、更に仕上げ面粗さが劣化したことから、インコネル713Cにも構成刃先生成の可能性が高いと考える。なお、切削速度90m／min以上 になると超硬K20では短時間で切削不能になり、切削抵抗が測定できなくなった。

３．３　最適工具材種

　図3に最適工 具材種の検討結果を示す。ホルダ形状；WTENN2020K、チップ形状；TNGA160408（ホーニング無）。図中のK10、K20、M10、 P10、MA（超微粒）は超硬を、Cermet：A（TiC―TiN－TaC－WC系）、Cermet：B（TiC－TaC系）はサーメットを、

CoatA（TiC 系）はコーティングを、Ceramic：A（AL2O3系）はセラミックスを示す。切削速度27m／min、送りf＝0.1mm／rev、切込み d＝0.5mmの条件で1分間の乾式旋削を行い、横逃げ面境界摩耗幅（VN）、最大摩耗幅（VBmax）を測定した。Cermet：Bを除く何れの工具も 境界摩耗が著しく発生した。インコネル７13Cの難削性の特徴が伺える。

　実験の範囲内で、最適工具材種は摩耗が少ない超徹粒子超硬MAであった。この工具は高靭性であることから、耐熱合金の特徴である凝着に起因する損傷に抵抗を示したものと考えられる。ただ、本工具の耐熱性は高くないので高速加工には適用できない。

３．４　高速切削の可能性

　 特に境界部の損傷に注目し、CBN工具と湿式加工を併用した高速切削の可能性を調べた。ホルダ；MSBNR2020K12、チップ；SNGA120408 を使用し、CBN工具はA社（セラミックスバインダ－）を使った。送り0.1mm／rev、切込み0.5mmの条件で、切削油剤（エマルジョン、EP剤、 1：15、ノズル給油1.51／min）を使用し湿式旋削した。切削距離60m加工後、横逃げ面最大摩耗幅（VBmax）と境界摩耗幅（VN）を測定し た。結果を図4に示す。切削速度の増加に従いVBmaxおよびVNともに減少し、しかも両摩耗幅の差が少なくなり、いわゆる正常な摩耗形態に近づくことが わかる。これは短時間の結果であるが、切削速度300m／min以上での高速切削の可能性が見いだされた。

　なお、切削速度200m／minを越えると切削部は赤熱状態を呈するようになり、切り屑も飛散するのでカバーなどの安全対策が必要となる。

４．おわりに

（1）インコネル７13Cの高温硬度、切削抵抗の特徴を検討した。

（2）インコネル７13Cは実験した工具材種すべてに横逃げ面境界摩耗が著しく発生した。超微粒超硬合金MAの境界摩耗幅が少なく、低速度域で本加工に適している。

（3）CBN工具と湿式切削を併用したところ、切削速度が高くなるにしたがい横逃げ面境界摩耗、最大逃げ面摩耗幅がともに減少する。このことにより切削速度300m／min以上の高速切削の可能性が確認された。

図1　温度による硬度の変化

図2　切削速度による切削抵抗の変化

図3　各種工具材種によるIncone1 71３Cの切削

図４　切削速度によるCBN工具摩耗の変化

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インコネル７１８の振動切削

　　　　　　　　　　　　　山口県産業技術センター　　香川正信、前田秀治、池田悟至

要　　旨

　インコネル7１8を工作物にして、19.5KHzの超音波振動を工具に付加した湿式旋削加工を行い、工具摩耗、仕上げ面粗さに及ぼす超音波振動の影響を調べた。その結果、実験の範囲内では工具摩耗、仕上げ面あらさに顕著な効果は見いだせなかった。

１．はじめに

　 インコネル7１8は高強度、耐熱性に優れる反面、熱伝導率が低いために切削熱が被削材を通して拡散しにくく工具が高温になりやすい、加工効果を起こし易 い、工具材との反応性が高く凝着・溶着して破損を引き起こすなど難削性を示す。これらの諸特性のために超硬工具による切削では15m／min付近の低速切 削と工具寿命の延長に切削油剤の使用が推奨されているようである。

　ところで、切削油剤は必要とする箇所に十分に供給されてはじめてそ の効果が期待できる。ところが、工具すくい面の刃先近傍では垂直応力が変化しても摩擦応力がほとんど変化しない領域が存在し、この領域では切り屑と工具の 界面は完全な金属接触状態にあり、切削油剤が侵入する間隙はほとんどないことが知られている。しかしながら、もし何等かの手段によって工具と切り屑の間に 間隙をつくることができれば切削油剤の侵入が容易になり、その効果が一層期待できる。特にインコネル7１8のような工具材との反応性が高い難削材に効果が 期待できそうである。

　このような観点から、本研究ではインコネル7１8を被削材として超音波振動加工方法の適用を試み、工具損傷、仕上げ面あらさに及ぼす振動付加の影響を検討した。

２．実験方法

　 被削材は固溶化熱処理後、時効処理を施したインコネル7１8材で、直径75mm、硬度HB401であった。工具は「Machining Data Handbook」の推奨工具材種を参考に超硬K10のスローアウェイチップ（TPGW110204）を使用した。超音波振動切削装置は多賀電気製で、周 波数は19.5KHz、最大両振幅は30μm、出力120Wの性能を有している。本装置の臨界切削速度は110m／minである。実験は振動切削装置を汎 用旋盤（昌運工作所製、HB500、11KW、無断変速装置付）のツールポストに取付け、切削速度10～20m／min、送り0.075mm／rev、切 込み0.5mmの条件で湿式外丸削りを行った。切削油剤は不水溶性を使用し、ノズルで供給した。一定時間経過後、工具顕微鏡により工具損傷形態の観察と摩 耗幅の測定を行った。

３．実験結果

３．１　工具の振動方向と切削方向の一致

　振動切削では刃先の振動 方向と切削方向を一致させることが求められている。この設定が十分でないと刃先が工作物に食い込んだり、あるいは逃げ面と工作物が干渉したりして仕上げ面 粗さや工具損傷に著しい影響を及ぼす。本実験では、この両方向を一致させるために加工仕上げ面を顕微鏡で観察しながら、超音波振動切削装置の刃先角度変更 機構により最適な工具傾斜角に設定した。図1は設定作業中の加工仕上げ面の例を示す。（a）では回転方向に約24μm間隔の規則正しい模様が観察される。 この間隔は切削速度と振動周波数から計算される間隔と一致し、装置が正しく機能していることが観察される。しかし、（a）では工具傾斜角の設定が十分でな く刃先の食い込みが観察される。この状態から工具傾斜角を少しずつ変更し、最終的に（b）の加工仕上げ面が得られる工具傾斜角に設定した。（a）で観察さ れた模様が不鮮明になり、工具の振動方向と切削方向がほぼ一致したことを示している。以後の実験は、この状態で行っている。

３．２　振動付加による工具摩耗への影響

　 図2は切削距離による横逃げ面摩耗幅の変化を示す。通常切削では、切削速度40m／minにも拘らず工具に欠損も観察されず正常摩耗を呈している。これに 対して超音波振動を付加すると横逃げ面摩耗幅が0.05mm付近に達すると、実験の何れの切削速度域においても工具に欠損が発生している。これはインコネ ル７１8が工具材に凝着し易いことから、刃先が後退運動によって工作物から離れる際に、工具に凝着した切り屑によって工具の一部が持ち去られる現象が発生 したのではないかと考える。

　以上から、実験の範囲では超音波振動の付加による工具摩耗への効果は確認できなかった。ただ、欠損部以外の摩耗（図2の破線部）の増加は少なく、もし欠損の発生が少なくなる適切な条件を選択すれば、あるいは好ましい結果が得られるかもしれない。

３．３　振動付加による仕上げ面粗さへの影響

　 図3は切削距離に伴う仕上げ面粗さの変化を示す。通常切削は切削速度40m／minであるから比較に問題があるが、振動切削での仕上げ面粗さは通常切削に 比べて悪化した。切削距離の増加に伴って仕上げ面粗さが向上するのは、工具摩耗の進行によりあたかもコーナ半径が増大したことによるものと思われる。

４．おわりに

　インコネル7１8の旋削加工に超音波振動を付加し、工具摩耗、仕上げ面粗さに及ぼす影響を調べたが、実験の範囲内では効果は認められなかった。

　一方、超音波振動加工法の平均切削力は慣用切削に比べて減少する。したがって切削抵抗も減少し切削熱の発生も少ない。これは仕上げ面性状に好影響をもたらすものである。

　　　（a）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（b）

図1　工具傾斜角による加工仕上面の変化

被削材：黄銅、切削速度：28m/min、送り：0.06mm/rev、切込み：0.03mm

図2　切削距離と横逃げ面摩耗幅の関係

工具：K10（TPGW110204）

切込み：0.5mm

送り：0.075mm／rev

　振動周波数：19.5kHz

切削雰囲気：不水溶性切削油剤

図3　切削距離による仕上げ面あらさの変化

　工具：K10（TPCW110204）

切込み：0.5mm

送り：0.075mm／rev

振動周波数：19.5kHz

切削雰囲気：不水溶性切削油剤

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（７）医療用品エンド・ミル設計

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インコネル７１３Ｃの正面フライス切削

産業技術総合研究所　中国センター　　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　旨

　 ニッケル基超耐熱合金インコネル71３Cを各種工具で切削して摩耗幅を比較した。その結果、超硬K系列工具の摩耗幅が比較的小さいことが判明した。そこ で、超硬K系列工具を用いて、チップ形状、切削油剤、切削速度、エンゲージ角・ディスエンゲージ角等と工具損傷の関係を調べ、適切な切削条件を見いだし た。また、インコネル７１8合金との被削性の比較も行った。

１．はじめに

　ガスタービン等の高温で使用 される機器の構造部材であるニッケル基超耐熱合金は代表的な難削材の一つであり、適切な加工法の究明が強く要望されている。著者は既報1）、2)でインコ ネル７１8合金の正面フライス切削の特性を検討したが、今回は鋳造ニッケル合金であるインコネル71３C（ニッケルを約73％含有）の切削特性を検討した 結果を報告する。

２．実験方法

　鋳放し（硬度：HRC35）の直方体ブロック状被削材を、NC立フライ ス盤（日立精機MD－Ⅴ型）のテーブルに固定して上面を切削した。使用したカッタは3種類（表1）であり、何れも住友電工製の直径80mmのものである。 図1は、上から見たときの、中心切削時のカッタと被削材の位置関係である。図の左端直前までの1パス（実切削距離：約50m）を切削して工具損傷を比較し た。なお、3．4節以外は全て中心切削である。

　使用した工具材種は超硬K系列、超硬P系列、コーテッド超硬（K系列母材）、サーメッ ト（TiN－TaN系、TiC系）、セラミック（黒セラミック、ウイスカ添加）である。使用した切削油剤は協同油脂製エマルカットB－50（水溶 性：JISW2－1種）と出光興産製ダフニー・マーグプラスL（不水溶性：非塩素系）であり、乾式でも実験を行った。切削速度：15～450m／min、 切込み：0.2mm、送り：0.1mm／刃で実験を行った。

３．実験結果

３．１　各種工具の比較

　 図2は、四角チップ（ネガ）を使用して各工具材種の摩耗幅を比較したものである。超硬K系列の摩耗幅が比較的小さい。セラミック工具については 450m／minまでの高速域での切削も行ったが、何れも1パス途中で欠損が発生した。この結果を踏まえて、超硬K系列を用いて実験を継続した。

３．２　チップ材種・形状、油剤の影響

　 図3と図4は、①K系列でインコネル等の難削材切削用に開発された特殊グレード（丸こまのみ）と②K１０種の2種類の工具材種に関して、両油剤及び乾式の もとで、K１０種については3種頚のチップ形状で切削したときの工具摩耗幅を比較したものである。同一条件で７１8合金を切削したときの結果1）も図中に 併せて示す。

　両図より、71３C合金切削時の工具摩耗特性として、以下のことがわかる。特殊グレードの丸こまチップで水溶性油剤を使 用した場合を除いて、７１8合金切削時よりも工具摩耗幅が大きい。何れの工具材種、工具形状でも、水溶性油剤を使用した場合の摩耗幅が最も小さい。丸こま チップの摩耗幅は四角チップのそれよりも小さい。丸こまチップに関して、特殊グレード工具の摩耗幅はK１０種のそれよりも小さい。

　７１8合金切削時とは逆に、71３C合金切削時において水溶性油剤を使用した場合に摩耗幅が最小になった原因としては、高温における両材料の強度特性の差が考えられる。

３．３　切削速度の影響

　図5は、丸こまチップにおける、切削速度と工具摩耗幅の関係である。特殊グレード工具では同一条件での実験を2回行った。何れの切削速度や油剤でも、特殊グレード工具の摩耗幅はK１０種よりも小さい。両工具ともに水溶性油剤を使用した場合の摩耗幅が最も

小さく、その場合の特殊グレード工具の摩耗幅は、切削速度：53m／minでは欠損が発生したために大きくなったものの、切削速度：39m／min以下でははぼ同じであった。

　特殊グレード工具で水溶性油剤を使用した場合に、同一切削距離における工具摩耗幅がほぼ同じであることから、水溶性油剤により切削温度が低下して熱的摩耗が抑制され、主にすり減りで摩耗したことが考えられる。

３．４　エンゲージ(E)角、ディスエンゲージ(DE)角の影響

　 特殊グレード工具を用いてカッタ位置（図6の3種類）の影響を検討した結果を図7に示す。インコネル７１8合金を切削した場合1）と同様に、DE角の絶対 値が小さい（E角が大きい）場合の摩耗幅が大きい。図8は図7に示した結果の一部の摩耗写真であるが、DE角の絶対値が小さい場合にはチッピングが発生し て摩耗幅が大きくなったことがわかる。

４．まとめ

　各種工具でインコネル71３C合金を正面フライス切削した。実験条件の範囲での主な結果を以下に示す。

1） 超硬K系列工具の摩耗幅が比較的小さかった。

2） 起硬K系列の特殊グレード工具、丸こまチップ、水溶性油剤、切削速度：約40m／min以下、DE角の絶対値大の場合に工具摩耗幅が最も小さかった。

3） インコネル71３C合金切削時は、インコネル７１8合金切削時よりも一般に工具摩耗幅が大きかったが、水溶性油剤を使用した場合には不水溶性油剤、乾式の場合よりも工具摩耗幅が小さかった。

(参考文献)

1）大谷ら：1992年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，p851

2）大谷ら：1994年度精密工学会春季大会学術講演会講演論文集，p181

表1　使用したカッタ

図1　カッタと被削材の位置･寸法（中心切削時）

図2　工具材種と工具摩耗幅の関係

図4　油剤と工具摩耗幅の関係

　図5　切削速度と工具摩耗幅の関係

図６　カッタ位置の変化

－－－　工具形状、切削油剤などの影響　－－－

　　　　　　　　　　　　産業技術総合研究所　中国センター　　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　旨

　 超硬K系列工具を用いてインコネル７１８合金を正面フライス切削し、カッタ形状（チップ形状）、切削油剤、エンゲージ角・ディスエンゲージ角、工具グレー ド、切削速度と工具損傷及び加工面粗さの関係を実験的に検討した。その結果、特殊グレードの丸こまチップで、不水溶性油剤を用いて、ディスエンゲージ角の 絶対値を大きくとって、切削速度が約50m／min以下で切削した場合に、工具損傷が少なくて加工面粗さが小さいことが判明した。

１．はじめに

　近年、ジェットエンジンなどの高温で使用される機器の構造用部品としてインコネル等の超耐熱合金の需要が増加しているが、加工性能に関する情報が少ないため、適切な加工法を知りたいという要望が企業の加工現場では非常に強い。著者らは前報1）でインコネル

7１8合金の正面フライス切削への各工具材種の適用性を検討したが、今回は、そこで最も優れた性能を示した超硬K系列工具を用いて適切な加工条件を検討した結果を報告する。

２．実験方法

　 使用した被削材はニッケル基のインコネル718（固溶化十時効熱処理、硬度：HB415）である。この直方体ブロックをNC立フライス盤（日立精機MD－ Ⅴ型）のテーブルに固定して上面を切削した。使用したカッタは3種類（表1）で、何れも住友電工製の直径80mmのものである。図1は、上から見たとき の、中心切削時のカッタと被削材の幾何学的位置関係である。図の左端直前までの1パス（実切削距離：約５０ｍ）を1枚刃で切削して工具損傷及び被削材送り 方向の加工面粗さを比較検討した。

　使用した工具材種は①K10種、②K系列でインコネル等の難削材加工用に開発された特殊グレード （丸こまのみ）の2種頚である。使用した切削油剤は協同油脂製エマルカットB－50（水溶性：JIS W2－1種）、出光興産製ダフニー・マーグプラスL（不水溶性：非塩素系）の2種類であり、乾式でも実験を行った。切削速度29m／min（一部で 98m／minまで）、切込み 0.2mm、送り0.1mm／刃で2回ずつ切削した。

３．実験結果

３．１　カッタ（チップ）形状の影響

3 種類の形状の同一メーカの同一品名チップ（K10種）を用いて中心切削した。図2にその結果を白丸で示す。工具摩耗幅は丸こまチップが最も小さく、次いで 四角チップ（ネガ）、四角チップ（ポジ）の順であった。加工面粗さは丸こまチップの場合が最も小さく、両四角チップ間の差はあまりなかった。

３．２　切削油剤の影響

図 2に油剤の影響も示した。摩耗幅は、四角チップでは乾式がやや小さく油剤間の差は特にないが、丸こまチップでは乾式と不水溶性油剤の場合が同程度に小さ かった。加工面粗さもチップにより傾向が異なり、丸こまチップで不水溶性油剤の場合が最小（Rmax：1μm以下）であった。

３．３　工具グレードの影響

３．１で丸コマチップが適切であることが判明したことから、次にK10種と特殊グレードの性能を比較した。図2の丸こまチップの欄に黒丸で示したように、特殊グレードはK10種に比較して、加工面粗さには特に差はないが工具摩耗幅は小さい。

３．４　エンゲージ（Ｅ）角、ディスエンゲージ（ＤＥ）角の影響

以 上は中心切削の結果であるが、丸こまチップで不水溶性油剤を使用した場合について、カッタ位置（図3の3種類）の影響を検討した。その結果を図4に示す。 加工面粗さへの影響は特にないが、工具摩耗幅はE角が大きくてDE角の絶対値が小さいほど大きかった。そこで、特殊グレード工具で図１の被削材よりも幅広 の被削材（幅83mm、長さ102mm）を対象に、①E角：90°でDE角を変化、②DE角：-90°でE角を変化の2方法でどちらの角度が工具摩耗幅に 影響するかを検討した。その結果を図5に示す。E角に比較してDE角の影響が大きく、ＤE角の絶対値が小さいほど工具摩耗幅が大きかった。これは主に横逃 げ面境界部刃先でのチッピンク発生による。また、E角もDE角も絶対値が大きいほど、単位切削距離当たりの工具摩耗幅が小さかった。

３．５　切削速度の影響

　 図1の被削材を対象に、工具摩耗幅の小さい条件である、丸こまチップ、不水溶性油剤、DE角：-72°（E角：25°）で、切削速度の影響を検討した。そ の結果を図6に示す。切削速度が約50m／minを越えると1パス途中で刃先の中央部またはほぼ全体でチッピングが発生して工具摩耗幅が大きくなった。 従って、切削速度は約50m／min以下が適当である。

４．まとめ

超硬Ｋ系列工具でインコネル718を正面フライス切削した。実験条件の範囲での主な結果は以下の通りである。

1）丸こまチップ、特殊グレード工具、不水溶性油剤、DE角の絶対値大、切削速度：約50m／min以下の条件で切削した場合に、工具摩耗幅と加工面粗さ値の小さい、良好な結果が得られた。

2）E角の影響はあまりなかったが、DE角の絶対値が小さい場合に工具横逃げ面境界部にチッピンクが発生した。

（参考文献）1）大谷ら：1992年度精密工学会春季大会学術講濱会論文集、ｐ851

表1　使用したカッタ、チップ

図１　カッタと被削材の位置・寸法（中心切削時）

四角チツプ（ネガ） 四角チップ（ポジ） 丸こまチップ

		○：K10種

図2　カッタ形状、切削油剤の影響

　　　　　　　　　　　　産業技術総合研究所　中国センター　　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　旨

　 ニッケル基超耐熱合金インコネル７１8と比較用のステンレス鋼SUS３0４の板材の切断実験を行って、切断可能板厚、アシストガスの影響、切断形状、熱影 響層などを検討した。その結果、両材料の間で被切断性に差がないこと、アシストガスが酸素の場合に切断が比較的容易であること、切断表面近傍の熱影響層は 約200μmに達することなどを見出した。

1．緒言

　近年、ジェットエンジンなどの高温 環境で使用される機器の構造用部品として超耐熱合金の需要が増大している。当合金はその用途から推測されるように機械加工が容易でなく1）、適切な加工法 を開発して欲しいという声が加工現場で非常に強い。そこで、代表的当合金であるインコネル７１8のレーザ加工について若干の実験的検討を行った結果を報告 する。

２．実験方法

　使用した材種はインコネル７１8（固溶化＋時効熱処理、硬度：HV450）と比較 用のステンレス鋼SUS３0４（固溶化処理、硬度：HV160）である。使用したYAGレーザ装置は（株）東芝LAY606E型（波長：1.06μm、公 称最大出力：400W、ノーマルパルス発振）である。

　切断の可否に最も着目し、出来るだけ大板厚の材料の切断が可能なレーザ発振条件を見出すための予備実験の結果を踏まえて、電圧：550V、パルス幅：2msec、パルス繰り返し数：100回／秒を一定条件として、表1に示す条件で実験を行った。

３．実験結果

３．１　切断可能板厚

　 図1は、アシストガス：酸素、ガス流量：70nl／minのもとで、工作物テーブル送り速度を数段階に変えて、各速度での切断可能最大板厚を調べた結果で ある。送り速度が小さいほど切断可能板厚が大きい。インコネル７１8とSUS３0４の間で特に差はない。工作物テーブルの最低送り速度は 0.4mm／secであり、その速度で両材料ともに板厚約2.7mmまで切断可能であった。なお、アシストガスが窒素の場合の切断可能最大板厚は、送り速 度：0.4ｍｍ／secの場合に両材料ともに約2.5mmであり、何れの送り速度においても酸素の場合よりも切断可能板厚は小さかった。

３．２　切断形状

　 図2は板厚2.7ｍｍの場合の切断溝形状である。アシストガスが窒素の場合には貫通していない。インコネル７１8切断表面近傍の白く見える部分は溶融凝固 層である。貫通した場合の両材料間の溝形状・寸法の差は特に認められず、板厚中間部の溝幅は約0.3ｍｍである。図3は、アシストガスが酸素の場合と窒素 の場合のインコネルの切断表面の光学顕微鏡写真、及び触針式表面粗さ計で写真の横方向に測定した切断表面粗さ波形である。窒素の場合は酸素の場合に比較し て、表面粗さが大きい。

３．３　熱影響層

　切断表面から内部方向の材料の組織と硬度の変化を調べた。図 4は組織の顕微鏡写真である。切断表面から深さ約60ミクロンの範囲の黒く見える部分は溶融凝固層である。さらに内部の組織は、図4を見る限りでは変化し ていないように見えるが、図5の硬度分布を見ると、溶融凝固層先端から平均で深さ約100ミクロンまでは元の組織より低硬度である。なお、図には示してい ないが、溶融凝固層の硬度は約HV300であった。従って、切断表面からの、レーザ照射の影響を受けた層の厚さは、全体としては約150～200ミクロン であった。製品に要求される品質によっては、この層を機械的方法等により除去する仕上げ加工が必要となろう。

図5には酸素ガス流量を40，70，100nl／minと変えた時の結果が示されているが、流量が大きい場合に軟化層が薄くなる傾向が認められる。また図５にはアシストガスが窒素の場合（流量：70nl／min）の結果も示したが、酸素の場合に比較して軟化層が薄い。

３．４　繰り返し照射による大板厚材切断

　 図1の発振条件では、1回の照射で約2.7mmが切断可能な最大板厚であった。そこで、繰り返し照射による大板厚材料の切断の可能性を検討した。図6は板 厚5ｍｍのインコネル板を３回の照射で切断した例である。切断表面近傍の白く写っている部分が溶融凝固層であり、その層の形状を詳細に観察すると、各回の 照射で形成された溝のおよその先端位置がわかる。1回の照射で切断された図２の場合に比較して、切断溝形状には特に差はない。溝幅は板厚中間部で約 0.3ｍｍである。

４．まとめ

　実験条件の範囲での主な結果は以下の通りである。

1）インコネル７１8とSUS３0４の切断可能最大板厚はほぼ等しかった。

2）アシストガスとしては窒素よりも酸素を使用した方が、切断可能板厚は大きかった。

3）溶融凝固層と軟化層から成る熱影響層の厚さは約150～200μmであった。

4）繰り返し照射により切断可能板厚を大きくできた。

(参考文献)

1）竹山ら：精密工学会誌、55巻8号（1989）p1481

表1　実験条件

	電圧：５５０Ｖ　　　　　　　　　　　　　　　　 パルス幅：２ｍｓｅｃ パルス繰り返し数：１００回／s アシストガス：酸素（７０ｎｌ／ｍｉｎ）

図1　送り速度と切断可能板厚の関係

1.0ｍｍ

インコネル７１8 S U S３0４

（研磨十王水腐食） （研磨のみ）

図２　切断溝形状　（ガス流量：70nl／min，送り速度： 0.4mm／s）

酸素ガス 窒素ガス

図３　切断表面粗さ　（ガス流量：70nl／min，送り速度： 0.4mm／s）

切断表面 溶融凝固層先端

図4　切断面近傍の組織（ガス：酸素，ガス流量：70nl／min，送り速度： 0.4mm／s）

図５　切断面近傍の硬度分布

			ガス：酸素 ガス流量：７０nl／min 送り速度：０.4ｍｍ／s

図6　繰り返し照射による切断例

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　　　　　　　　　　　　　　産業技術総合研究所中国センター　　大谷敏昭、藤瀬健領

要　　　旨

　 ニッケル基超耐熱合金のインコネル７１８材を、超硬、サーメット、セラミック、CBNの各工具で正面フライス切削し、各工具の損傷特性を比較検討した結 果、超硬K系列が最も良好な性能を示した。次いで超硬K系列工具に関して、グレードの違いによる切削性能の差異、切込み、送りの大きさが異なる場合の切削 性能の差異を検討した。

１．はじめに

　近年、ジェットエンジンなどの高温環境で使用される機器の構造用 部品として超耐熱合金の需要が増大しているが、切削性能に関する研究報告が少ない1）・2）ため、適切な加工法を究明して欲しいという要望が企業の加工現 場で強い。そこで、当材料の正面フライス加工のための適切な工具材種などについて若干の検討を行った結果を報告する。

２．実験方法

　 使用した被削材は代表的な超耐熱合金であるインコネル718（固溶化＋時効熱処理、硬度：HB415）である。これを立フライス盤（日立精機MD－V型） のテーブルに固定して、フライスカッタ（住友電工DNF4080R型）で上面を切削した。図1は、上方から見たときのカッタと被削材の位置関係である（E 角：42°、ＤE角：－42°、AR角：一5°、RR角：－6°、AA：25°）。

３．実験結果

３．1　各工具の寿命、損傷の比較

　 表1の各工具（7種類）を用いて、切削速度：21～180m／min、切込み：0．2mm、送り：0．1mm／刃，切削油剤：JIS W2－1種のもとで切削した。工具寿命判定基準はVＢmax：0．2mm又は欠損発生とした。図2は、その結果の寿命線図である。全体的に見て、起硬K系 列が最も長寿命で、黒セラミックが最も短寿命であり、中間の他の諸工具間の寿命差はあまりないことがわかる。寿命までの切削距離の最長値は超硬K種で切削 速度が約50m／min以下の場合に得られ、50m強であった。

図3に工具損傷の例を示す。超硬K系列では最高切削速度においてチッピ ングが発生したものの、それより低い切削速度では比較的安定した摩耗様相を示したのに対して、他の工具では何れの切削速度においても程度の差こそあれチッ ピングまたは欠損が発生し、図2の寿命値に大きな影響を及ぼした。

３．２　チッピング、欠損の発生原因

何 れの工具においても、被削材から離脱後の空転時に、切り屑の工具への付着がしばしば認められた。付着した切り屑は被削材への再食付き時に脱落していた。図 4は、黒セラミック工具による切削を中断した時に刃先に付着していた切り屑を手ではがし、はがれた切り屑のうちで工具に付着していた部分の断面を顕微鏡で 覿察したものである。工具の1部が付着していることがわかる。このように、刃先に付着した切り屑が脱落する際に工具の一部を取り去ったことがチッピングや 欠損の1原因の可能性がある。

３．３　加工面粗さ

図5は、加工面を送り方向に触針式粗さ計で測定して得られた工具寿命直前の粗さ波形の例である。図の条件での幾何学的粗さ値（Rmax）は1．56μmである。例示しなかった工具、条件の場合でも、送りマークが明確であり、幾何学的値の約3倍以内であった。

３．４　超硬Ｋ種による追加実験

図2において工具寿命が最長であった超硬K系列に関して、グレード間の切削性能の比較、切込みや送りの値が異なる場合の切削性能の比較を行った。

図6は、K０１、K１０、K２０の3種類で2回づつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具逃げ面摩耗幅を比較したものである。顕著な差はないが、K０１種が最も摩耗幅が小さく、次いでK１０種、K２０種の順である。

　図7は、K０１、K１０の2種類を使用して、送り：0．1mm／刃の条件で、切込みを

0.2、 0.3、0.5mmの3段階に変えて2回ずつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具損傷を比較したものである。K１０種では欠損が発生しなかったのに 対して、K０１種では切込みが0.3mm以上の場合に欠損が発生した。なおK１０種では、切込みが変わっても逃げ面摩耗幅には特に差がなかった。

　図8は、K１０、K２０の2種類を使用して、切込み：0．5mm、送り：0．2mm／刃の条件で2回ずつ、正味切削距離50mほど切削した時の工具損傷を比較したものである。何れにおいても1回欠損が発生した。

４．まとめ

1） 超硬、サーメット、セラミック、CBNに分類される7種類の工具で切削した結果、超硬K系列が最も長寿命であった。

2） 超硬K系列の中でK０１種は、Ｋ１０種及びＫ２０種に比較して、摩耗進行速度が比較的遅かったが、切込みが大さい場合に欠損が発生し易かった。

3） 切込み及び送りが比較的大きい場合にはK１０種、K２０種ともに欠損が発生した。

（参考文献）

１）竹山ら：精密工学会誌、55巻、8号（1989）、P1481

２）澤田ら：1991年度精密工学会春季大会学術講演会論文集、P283

図１　カッタと工具の位置関係（長さ単位：mm）

表１　使用した工具

図２　工具寿命線図（正味切削時間ベース）

　　　　　　　　　　超硬Ｋ１０種　　　　　　　　　　ＣＢＮ

図3　工具損傷例（V＝53m／min，d＝0.2mm，f=0.1mm／刃）

図4　切り屑に付着した工具の1部（黒セラミック）

図5　加工面粗さ例（Ⅴ＝53m／min，d＝0.2mm，f＝0.1mm／刃）

（Ⅴ＝29m／min，d＝0.2mm，f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min， f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min，f＝0.1mm／刃，1＝50m）

（Ⅴ＝29m／min，d＝0.5mm，f＝0.2mm／刃，1＝50m）

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（３）鎢鋼エンド・ミル設計

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弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

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弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

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溶体化処理を行ったAg7％Cu合金を時効硬化させたとき、
1；最大硬さはなぜ、低温で加熱したほうがより硬くなるのですか？
2；最大硬さになる時間が、高温で加熱したほうがより短いことと、反応速度とは、どう関係するのでしょうか？

質問者が選んだベストアンサー

なんだか「状態図と関連付けて論ぜよ」という文章が浮かんでくるようですが・・・
それはともかくこのサイトに限らず、条件や背景などは最初に示せるだけ示した方がいいですね。答えた後から「実は○○なので、△△の観点から教えてください」ではきりがありませんので。(必要に応じ新しい質問を立てて下さい)
低 温での時効と高温での時効の違いですが、少し調べてみました。結論から言うと私の推測で合っていました。相対的に高温で時効を行うと析出は確かに速くな るものの、析出した第二相同士の粒成長も進むために後で却って硬度が低下します。この現象は「過時効」と呼ばれるようです。
銅合金では参考となる 事例が少ないかもしれませんので、その場合はアルミニウム合金で調べて類推すると良いと思います。アルミニウム合金の時効は前述の ジュラルミンを始めとして細かく研究されているようですので。例えば参考文献の[1]には、Al-4 mass%Cu合金の、処理温度をパラメータとした時効硬化曲線が出ており、ご質問とまったく同様の挙動を示しています。(高温で時効硬化処理すると早く 最大硬度に達するがほどなく過時効に至る、低温で時効硬化処理すると最高硬度に達するのは遅いが、最高硬度は高くなりその状態を長く保つ)
状態図は「ある温度・組成で最終的に安定な相は何か」ということを教えてくれます。しかし反応速度に関する情報は与えてくれません。
「ど んな組織が現れるか」の情報はある程度与えてくれます。ある組成から温度を下げていったときに最初に現れる相は何か、析出する相の組成はどのように変 化していくか、などです。ただしその場合でも、結晶粒の絶対的な大きさについては分かりません。また粒成長速度についての情報も得られません。状態図と絡 めるなら、おそらく以下のようなことが訊かれているのでしょう。
一般に固溶限界は温度によって変化します。Cu-Agの状態図が手元にないので確 たることは申し上げられませんが、温度が高いほど多くのAgが固溶するは ずです。時効処理では溶体化処理直後のAgの分率と(温度の関数としての)固溶限界との差が析出してくるわけです。majorumaさんの手元のCu- Ag状態図では固溶限界はどのくらいになっていますか?
最初のご質問の「7％」がmass%なのかmol%なのかで話は多少変わってきますが、い ずれにしても高温で時効処理をするほど(時効処理中の)析出量は 少なくなります。またその間の粒成長も速く進みます。その後で室温に放置すると残りの分(室温での固溶限界との差)がまた析出してきますが、その場合は先 の時効処理中に析出した第二相を核として析出します。すなわち「粗大な第二相が少なく分布した組織」になるはずです。
低温での時効処理はこの逆 で、時効処理中に析出するAgの量が多く、粒成長の核はより多く分布することになり、かつ粒成長の速度は小さいですから、処理後 の室温放置で「小さい第二相が多く分布した組織」になるものと推測されます。それらの組織の違いが硬度にどのように影響するかは前回回答した通りです。
こ れ以上の詳しいことは、ぜひご自分で「状態図の基礎」「金属材料と組織」「金属材料の熱処理」のような本を探して読んでみてください。繰り返しになりま すが、私は専門でないので間違えている部分があるかも知れませんし、また専門外の私でも調べればこの程度のことは分かるわけですから、ね。頑張ってくださ い。
参考文献
[1] 小林俊郎(編著)、「アルミニウム合金の強度」、内田老鶴圃、2001

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（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

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硼 / Boron / 原 子 序 ： 5 / 元 素 符 號 ： B
通 常 加 0.0005 ~ 0.003 % ， 能 明 顯 增 加 鋼 之 硬 化 能 力 ， 在 低 碳 鋼 特 別 有 效 。
由 於 硼 並 不 影 響 鐵 素 體 的 強 度 ， 所 以 它 可 以 用 來 增 加 硬 化 能 而 毋 須 犧 牴 延 長 性 、 成 型 性 及 切 削 性 。
鋁 / Aluminium / 原 子 序 ： 13 / 元 素 符 號 ： Al
是 一 種 除 氧 劑 ， 鋁 除 氧 鋼 ( Aluminum - killed steels ) 有 優 良 的 韌 性 ， 因 為 晶 粒 很 小 。
熱 加 工 或 熱 處 理 時 可 抑 制 晶 粒 成 長 。 在 氮 化 用 鋼 ( Nitriding steels ) ， 鋁 與 鉻 一 齊 使 用 可 以 幫 助 形 成 複 雜 碳 化 物 。
矽 / Silicon / 原 子 序 ： 14 / 元 素 符 號 ： Si
是 煉 鋼 的 一 種 主 要 除 氧 劑 ， 通 常 在 鋼 的 規 格 內 不 太 注 意 到 矽 的 含 量 ， 主 要 是 看 產 品 的 除 氧 過 程 。
淨 面 鋼 及 半 靜 鋼 的 矽 含 量 很 少 ， 通 常 少 於 0.05 % 矽 ； 而 全 靜 鋼 常 含 0.5 ~ 0.30 % 的 矽 來 除 氧 ， 若 用 其 他 除 氧 劑 ， 則 矽 可 以 更 少 。
矽 可 以 稍 微 提 高 鐵 素 體 的 強 度 ， 而 不 會 損 失 大 量 的 延 展 性 。
在 0.25 % 矽 以 下 ， 對 鋼 料 的 影 響 不 明 顯 ； 但 若 超 過 2 % 矽 ， 則 可 強 化 鉬 、 錳 、 鉻 的 作 用 。
假 使 鋼 料 含 碳 少 於 0.01 % 而 含 3 % 矽 左 右 ， 則 可 減 少 磁 滯 損 失 ， 而 用 於 變 壓 器 上 ， 此 即 矽 鐵 片 。
鈣 / Calcium / 原 子 序 ： 20 / 元 素 符 號 ： Ca
有 時 用 為 除 氧 劑 ， 以 鈣 除 氧 的 鋼 材 通 常 會 以 矽 或 鋁 除 氧 鋼 具 有 更 好 的 切 削 性 。
鈦 / Titanium / 原 子 序 ： 22 / 元 素 符 號 ： Ti
可 加 到 硼 鋼 中 ， 迅 速 與 鋼 的 任 何 氧 、 氮 結 合 ， 來 增 進 硼 提 高 硬 化 能 的 效 果 ， 鈦 本 身 可 增 進 奧 氏 體 的 硬 化 能， 但 鈦 在 中 鉻 鋼 中 會 降 低 馬 氏 體 的 硬 度 。
鉻 / Chromium / 原 子 序 ： 24 / 元 素 符 號 ： Cr
用 於 低 合 金 鋼 可 以 增 進 耐 蝕 及 耐 氧 化 ， 低 溫 強 度 ， 硬 化 能 ，
高 碳 成 份 的 耐 磨 度 。
碳 化 鉻 需 要 很 高 的 奧 氏 體 化 溫 度 來 溶 解 ， 單 純 的 鉻 鋼 可能 非 常 脆，也 容 易 回 火 脆 化 。
鉻 是 碳 化 物 形 成 元 素 ，其 形 成 傾 向 介 乎 於 錳 及 鎢 之 間 ， 所 以 抵 抗 回 火 軟 化 的 效 果 是 中 等 。
當 加 入 鉻 10 % 以 上 時 ， 則 鋼 料 耐 蝕 能 力 很 高 ， 也 就 變 成 不 銹 鋼 。
錳 / Manganese / 原 子 序 ： 25 / 元 素 符 號 ： Mn
通 常 在 商 用 鋼 料 中 都 會 存 在 。
在 煉 鋼 過 程 中 ， 錳 是 一 種 除 氧 劑 ， 而 且 錳 也 有 利 於 鋼 之 熱 加 工 ， 能 避 免 熱 裂 ( Hot Shortness ) 。 錳 可 與 硫 化 錳 同 列 ， 有 利 於 鋼 料 之 切 削 性 ， 也 降 低 硫 脆 化 的 危 害 。
錳 與 碳 結 合 成 碳 化 物 的 傾 向 ， 比 鐵 大 ， 但 低 於 鉻 。
錳 可 略 微 提 高 鐵 素 體 相 ( Ferrite ) 的 強 度 ， 且 能 大 量 增 進 鋼 料 的 硬 化 能 ( 這 亦 是 為 何 普 通 碳 鋼 通 常 含 有 0.2 ~ 0.8 % 錳 的 原 因 ) ， 這 兩 種 效 應 會 使 正 常 化 熱 處 理 時 得 到 細 珠 光 體 ( Pearlite ) 的 強 化 鋼 料 。
當 鋼 含 錳 1﹒5 % 而 碳 約 1 % 時 ， 此 鋼 料 可 用 油 淬 硬 化 。
錳 會 降 低 馬 氏 體 ( Martensite ) 形 成 的 溫 度 ， 當 錳 含 量 超 過 8 % 時，則 奧 氏 體 ( Austenite ) 可 殘 留 至 室 溫 ； 若 碳 含 量 高 ， 則 大 量 碳 化 物 析 出 ， 此 再 加 上 大 量 錳 的 強 化 ， 使 引 發 馬 氏 相 形 成 ， 所 以 極 耐 磨 損 。
釩 / Vanadium / 原 子 序 ： 23 / 元 素 符 號 ： V
是 強 碳 化 物 形 成 元 素 ， 可 藉 二 次 硬 化 來 抵 抗 回 火 軟 化 。
一 般 用 來 抑 制 鋼 熱 處 理 的 晶 粒 成 長 ， 而 能 同 時 增 加 強 度 及 韌
性 。
加 釩 在 0.05 % 以 下 能 提 高 硬 化 能 ； 但 太 多 反 而 會 減 低 硬 化 能 ， 可 能 是 形 成 碳 化 物 無 法 在 奧 氏 化 時 溶 解 之 故 。
鈷 / Cobalt / 原 子 序 ： 27 / 元 素 符 號 ： Co
是 少 數 會 減 少 硬 化 能 的 元 素 。
然 而 與 釩 、 鉻 、 鎢 一 齊 使 用 卻 能 大 量 增 加 鋼 的 紅 熱 硬 度 。
與 碳 形 成 碳 化 物 的 傾 向 ， 大 約 與 鐵 素 體 相 同 。
鎳 / Nickel / 原 子 序 ： 28 / 元 素 符 號 ： Ni
鎳 算 是 鋼 鐵 中 最 重 要 的 合 金 元 素 之 一 ， 它 不 易 與 碳 形 成 碳 化 物 ， 用 於 低 合 金 鋼 時 能 增 進 低 溫 韌 性及 硬 化 能 ， 也 可 減 少 熱 處 理 變 化 的 敏 感 性 及 減 少 淬 火 的 扭 曲 及 龜 裂 。
可 以 強 化 鐵 素 體 ， 當 與 鉻 、 鉬 合 時 ， 能 得 到 高 強 度 、 高 韌 性 及 高 硬 化 能 的 合 金 鋼 。
含 5 % 鎳 且 1 % 碳 ， 則 緩 慢 冷 卻 可 得 到 馬 氏 體 。
加 入 5 % 鎳 於 合 金 鋼 中 能 增 加 抗 拉 強 度 而 不 會 減 少 延 展 性 。
若 加 入 8 ~ 12 % 鎳 於 鋼 鐵 中 ， 則 可 使 鋼 鐵 耐 低 溫 衝 擊 而 使 用 於 低 溫 容 器 。
若 加 入 12 ~ 15 % 鎳 且 含 1 意 碳 ， 可 得 到 奧 氏 體 相 。
若 鐵 中 含 15 ~ 25 % 鎳 、 8 ~ 12 % 鋁 、 0 ~ 24 % 鈷 、 0 ~ 6 % 銅 則 變 成 極 高 的 硬 磁 材 料 ， 稱 為 鋁 鎳 鈷 ( Alnico ) 。
銅 / Copper / 原 子 序 ： 29 / 元 素 符 號 ： Cu
加 入 鋼 中 ， 主 要 是 為 了 增 進 大 氣 腐 蝕 的 抵 抗 能 力 ，
此 目 的 下 通 常 加 入 量 為 0.2 ~ 0.5 % 。 但 銅 會 破 壞 表 面 品 質 及 熱 加 工 性 ， 後 者 主 要 是 熱 加 工 的 溫 度 使 銅 易 偏 析 在 晶 界 上 所 引 起 。
鈮 / Niobium / 原 子 序 ： 41 / 元 素 符 號 ： Nb
可 降 低 韌 脆 轉 換 溫 度 及 提 高 低 碳 合 金 鋼 的 強 度 ， 它 可 使 鋼 材 具 有 細 晶 粒 、 抵 抗 回 火 軟 化 及 增 加 高 溫 強 度 ， 由 於 會 形 成 穩 定 碳 化 物 ， 可 能 在 熱 處 理 會 消 耗 奧 氏 田 體 中 的 碳 而 降 低 硬 化 能 力 。
鉬 / Molybdenum / 原 子 序 ： 42 / 元 素 符 號 ： Mo
鉬 屬 於 強 碳 化 物 形 成 元 素 ， 可 以 抑 制 奧 氏 體 相 的 晶 粒 粗 化 ， 亦 可 以 藉 二 次 硬 化 來 抵 抗 回 火 軟 化 。
含 鉬 鋼 材 回 火 軟 化 較 慢 ， 而 且 也 有 較 高 的 高 溫 強 度 及 耐 潛 變 能 力 。 另 外 ，鉬 在 減 慢 奧 氏 體 變 成 珠 光 體 的 功 效 ， 也 較 減 慢 奧 氏 體 變 成 變 韌 鐵 ( Bainite ) 來 得 好 ， 所 以 含 鉬 鋼 材 也 較 容 易 利 用 連 續 冷 卻 來 得 到 變 韌 鐵 。
鉬 與 鉻 、 矽 、 錳 一 起 使 用 能 增 加 鋼 材 的 強 度 、 硬 度 及 韌 性 。
鉬 與 鉻 合 在 一 起 ， 在 表 面 硬 化 處 理 時 ， 能 增 進 表 層 的 耐 磨 性 及 心 層 的 韌 性 。 鉻 鉬 鋼 有 良 好 的 延 展 性 、 銲 接 性 及 深 硬 化 能 力 。
鉬 與 鎳 聯 合 的 鋼 材 ， 具 有 延 展 性 、 強 度 、 切 削 性 及 深 層 硬 度 也 可 增 進 。
鉬 與 鎳 、 鉻 組 合 則 可 得 到 高 強 度 、 高 韌 度 及 高 硬 化 能 的 優 良 低 合 金 鋼 。
鎢 / Tungsten / 原 子 序 ： 74 / 元 素 符 號 ： W
它 是 極 強 碳 化 物 形 成 元 素 ， 可 藉 二 次 硬 化 來 抵 抗 回 火 軟 化 。
少 量 添 加 於 低 、 中 碳 鋼 材 內 ， 可 略 為 提 高 硬 化 能 。
若 加 4 % 於 高 碳 鋼 中 ， 提 高 硬 度 及 耐 磨 性 。
若 加 到 18 % 鎢 ， 可 得 紅 熱 硬 度 及 高 溫 強 度 。
鎢 也 可 在 工 具 鋼 中 形 成 耐 磨 粒 子 。
鉛 / Lead / 原 子 序 ： 82 / 元 素 符 號 ： Pb
加 到 鋼 中 是 為 增 進 切 削 性 ， 它 並 不 溶 入 鋼 中 而 是 以 微 細 顆 粒 形 式 存 在 。 但 在 接 近 鉛 的 熔 點 ， 會 變 成 液 體 造 成 脆 化 。

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Welcome to BWtool world! We are an experienced tool maker specialized in cutting tools. We focus on what you need and endeavor to research the best cutter to satisfy users’ demand. Our customers involve wide range of industries, like mold & die, aerospace, electronic, machinery, etc. We are professional expert in cutting field. We would like to solve every problem from you. Please feel free to contact us, its our pleasure to serve for you. BW product including: cutting tool、aerospace tool .HSS  DIN Cutting tool、Carbide end mills、Carbide cutting tool、NAS Cutting tool、NAS986 NAS965 NAS897 NAS937orNAS907 Cutting Tools,Carbide end mill、disc milling cutter,Aerospace cutting tool、hss drill’Фрезеры’Carbide drill、High speed steel、Compound Sharpener’Milling cutter、INDUCTORS FOR PCD’CVDD(Chemical Vapor Deposition Diamond )’PCBN (Polycrystalline Cubic Boron Nitride) ’Core drill、Tapered end mills、CVD Diamond Tools Inserts’PCD Edge-Beveling Cutter(Golden Finger’PCD V-Cutter’PCD Wood tools’PCD Cutting tools’PCD Circular Saw Blade’PVDD End Mills’diamond tool. INDUCTORS FOR PCD . POWDER FORMING MACHINE ‘Single Crystal Diamond ‘Metric end mills、Miniature end mills、Специальные режущие инструменты ‘Пустотелое сверло ‘Pilot reamer、Fraises’Fresas con mango’ PCD (Polycrystalline diamond) ‘Frese’POWDER FORMING MACHINE’Electronics cutter、Step drill、Metal cutting saw、Double margin drill、Gun barrel、Angle milling cutter、Carbide burrs、Carbide tipped cutter、Chamfering tool、IC card engraving cutter、Side cutter、Staple Cutter’PCD diamond cutter specialized in grooving floors’V-Cut PCD Circular Diamond Tipped Saw Blade with Indexable Insert’ PCD Diamond Tool’ Saw Blade with Indexable Insert’NAS tool、DIN or JIS tool、Special tool、Metal slitting saws、Shell end mills、Side and face milling cutters、Side chip clearance saws、Long end mills’end mill grinder’drill grinder’sharpener、Stub roughing end mills、Dovetail milling cutters、Carbide slot drills、Carbide torus cutters、Angel carbide end mills、Carbide torus cutters、Carbide ball-nosed slot drills、Mould cutter、Tool manufacturer.

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ようこそＢｅｗｉｓｅ　Ｉｎｃ.の世界へお越し下さいませ、先ず御目出度たいのは新たな

情報を受け取って頂き、もっと各産業に競争力プラス展開。

弊社は専門なエンド・ミルの製造メーカーで、客先に色んな分野のニーズ、

豊富なパリエーションを満足させ、特にハイテク品質要求にサポート致します。

弊社は各領域に供給できる内容は：

（１）精密ＨＳＳエンド・ミルのＲ＆Ｄ

（２）Carbide Cutting tools設計

（３）鎢鋼エンド・ミル設計

（４）航空エンド・ミル設計

（５）超高硬度エンド・ミル

（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

（８）自動車部品＆材料加工向けエンド・ミル設計

弊社の製品の供給調達機能は：

（１）生活産業～ハイテク工業までのエンド・ミル設計

（２）ミクロ・エンド・ミル～大型エンド・ミル供給

（３）小Ｌｏｔ生産～大量発注対応供給

（４）オートメーション整備調達

（５）スポット対応～流れ生産対応

弊社の全般供給体制及び技術自慢の総合専門製造メーカーに貴方のご体験を御待ちしております。

Bewise Inc. talaşlı imalat sanayinde en fazla kullanılan ve üç eksende (x,y,z) talaş kaldırabilen freze takımlarından olan Parmak Freze imalatçısıdır. Çok geniş ürün yelpazesine sahip olan firmanın başlıca ürünlerini Karbür Parmak Frezeler, Kalıpçı Frezeleri, Kaba Talaş Frezeleri, Konik Alın Frezeler, Köşe Radyüs Frezeler, İki Ağızlı Kısa ve Uzun Küresel Frezeler, İç Bükey Frezeler vb. şeklinde sıralayabiliriz.

BW специализируется в научных исследованиях и разработках, и снабжаем самым высокотехнологичным карбидовым материалом для поставки режущих / фрезеровочных инструментов для почвы, воздушного пространства и электронной индустрии. В нашу основную продукцию входит твердый карбид / быстрорежущая сталь, а также двигатели, микроэлектрические дрели, IC картонорезальные машины, фрезы для гравирования, режущие пилы, фрезеры-расширители, фрезеры-расширители с резцом, дрели, резаки форм для шлицевого вала / звездочки роликовой цепи, и специальные нано инструменты. Пожалуйста, посетите сайт  www.tool-tool.com  для получения большей информации.

BWis specialized in R&D and sourcing the most advanced carbide material with high-tech coating to supply cutting / milling tool for mould & die, aero space and electronic industry. Our main products include solid carbide / HSS end mills, micro electronic drill, IC card cutter, engraving cutter, shell end mills, cutting saw, reamer, thread reamer, leading drill, involute gear cutter for spur wheel, rack and worm milling cutter, thread milling cutter, form cutters for spline shaft/roller chain sprocket, and special tool, with nano grade. Please visit our web  www.tool-tool.com  for more info.

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2008.07.03   关键词:氮化工艺,热处理 阅读：66次 
    目前，国内一般细长轴(2—3m)的热处理变形量要求不大于0.03～0.05mm，按传统制造工艺是很难达到这个要求。经过对传统制造工艺流程和工艺进行改进和完善，使长轴最终氮化处理的变形量达到国内同行业先进水平。

   1、 38CrMoAl长轴传统工艺流程和热处理工艺

   热处理氮化要求：
   a.硬度HV≥850，渗透度深度大于0.50mm，脆性级别1～2级；
   b.全长变形量≤0.05mm。
   在38CrMoA长轴投产初期，仍按传统制造工艺流程拟定了工艺路线和热处理工艺。
工艺路线如下：
   锻坯一退火一调质一粗车—稳定回火—粗车一精车一铣健槽一粗磨一氮化一精磨成活
   热处理采用二段氮化工艺。
   氮化后按GB／T43401—1999标准和GB／T9451—88标准检验，其结果如下：
   a．维氏硬度：表面：HV945；距表面0.05mm：HVl910；距表面0.60mm：HV348；中心硬度：HV294。
   b．脆性级别测定用维氏负荷硬度计HV5000g，脆性级别为2级；
   c．检测轴全长变形量为3～4mm。
  分析氮化后产生严重变形的原因，主要是加工工艺流程的工序安排采用传统方法是不合理的，其热处理工艺也有改进的余地。
    2、 改进工艺流程的工序和热处理工艺

   针对上述情况，查阅许多有关资料，长轴的制造工序和热处理工艺作了合理的设计，制订了新的工艺流程方案和热处理工艺措施。
   在工序方面增加了稳定回火和加工键槽后配制假键，并对热处理氮化工艺作了一定的修改，由原来氮化炉炉冷至150℃出炉，改为炉冷至室温出炉。
   改进后的加工工序如下：
   锻坯一退火一调质一粗车一稳定回火一精车（Ⅰ）一铣键槽—稳定回火一精车（Ⅱ）一粗磨一配制假键一氮化一精磨成活
   氮化后按GB／T43401-1999和GB／T9451—88检验，其结果如下：
   a．维氏硬度：表面：HV981；距表面0.05mm：HV938；距表面0.60mm：HV346；中心硬度HVl50g-292。
   b．脆性级别测定用维氏负荷硬度计HV5000g，脆性级别为Ⅰ级；
   c. 检测轴全长变形量为0.02～0.03mm。
   3、 结束语

   在38CrMoAl长轴氮化处理工中，通过不断总结经验，制订出合理的工艺规程，并对工艺的实施严格控制，最终将氮化处理过程中的变形量控制在国内同行业先进水平。

本篇文章来源于 “中国金属加工在线” 转载请以链接形式注明出处 网址：http://www.mw1950.com/html%5C200807%5C0703%5C20080703112837971.shtml

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（６）ダイヤモンド・エンド・ミル

（７）医療用品エンド・ミル設計

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AI :Auto-Insertion 自動插件
AQL :acceptable quality level 允收水準
ATE :automatic test equipment 自動測試
ATM :atmosphere 氣壓
BGA :ball grid array 球形矩陣
CCD :charge coupled device 監視連接元件(攝影機)
CLCC :Ceramic leadless chip carrier 陶瓷引腳載具
COB :chip-on-board 晶片直接貼附在電路板上
cps :centipoises(黏度單位) 百分之一
CSB :chip scale ball grid array 晶片尺寸BGA
CSP :chip scale package 晶片尺寸構裝
CTE :coefficient of thermal expansion 熱膨脹系數
DIP :dual in-line package 雙內線包裝(泛指手插元件)
FPT :fine pitch technology 微間距技術
FR-4 :flame-retardant substrate 玻璃纖維膠片(用來製作PCB材質)
IC :integrate circuit 積體電路
IR :infra-red 紅外線
Kpa :kilopascals(壓力單位)
LCC :leadless chip carrier 引腳式晶片承載器
MCM :multi-chip module 多層晶片模組
MELF :metal electrode face 二極體
MQFP :metalized QFP 金屬四方扁平封裝
NEPCON :National Electronic Package and
Production Conference 國際電子包裝及生產會議
PBGA :plastic ball grid array 塑膠球形矩陣
PCB :printed circuit board 印刷電路板
PFC :polymer flip chip
PLCC :plastic leadless chip carrier 塑膠式有引腳晶片承載器
Polyurethane 聚亞胺酯(刮刀材質)
ppm :parts per million 指每百萬PAD(點)有多少個不良PAD(點)
psi :pounds/inch2 磅/英吋2
PWB :printed wiring board 電路板
QFP :quad flat package 四邊平坦封裝
SIP :single in-line package
SIR :surface insulation resistance 絕緣阻抗
SMC :Surface Mount Component 表面黏著元件
SMD :Surface Mount Device 表面黏著元件
SMEMA :Surface Mount Equipment
Manufacturers Association 表面黏著設備製造協會
SMT :surface mount technology 表面黏著技術
SOIC :small outline integrated circuit
SOJ :small out-line j-leaded package
SOP :small out-line package 小外型封裝
SOT :small outline transistor 電晶體
SPC :statistical process control 統計過程控制
SSOP :shrink small outline package 收縮型小外形封裝
TAB :tape automaticed bonding 帶狀自動結合
TCE :thermal coefficient of expansion 膨脹(因熱)係數
Tg :glass transition temperature 玻璃轉換溫度
THD :Through hole device 須穿過洞之元件(貫穿孔)
TQFP :tape quad flat package 帶狀四方平坦封裝
UV :ultraviolet 紫外線
uBGA :micro BGA 微小球型矩陣
cBGA :ceramic BGA 陶瓷球型矩陣
PTH :Plated Thru Hole 導通孔
IA Information Appliance 資訊家電產品
MESH 網目
OXIDE 氧化物
FLUX 助焊劑
LGA (Land Grid Arry)封裝技術 LGA封裝不需植球，適合輕薄短小產品應用。
TCP (Tape Carrier Package)
ACF Anisotropic Conductive Film 異方性導電膠膜製程
Solder mask 防焊漆
Soldering Iron 烙鐵
Solder balls 錫球
Solder Splash 錫渣
Solder Skips 漏焊
Cold-Weld 冷焊
Lap-Weld 搭焊
Spot-Weld 點焊
Unsolder 脫焊 把…脫焊,熔化焊接處以拆開;使分離
Unwelded 未焊接的
Through hole 貫穿孔
Touch up 補焊
Welding seam 焊縫
Briding 穚接(短路)
Solder Wires 焊錫線
Solder Bars 錫棒
Green Strength 未固化強度(紅膠)
Transter Pressure 轉印壓力(印刷)
Screen Printing 刮刀式印刷
Solder Powder 錫顆粒
Wetteng ability 潤濕能力
Viscosity 黏度
Solderability 焊錫性
Applicability 使用性
Flip chip 覆晶
Depaneling Machine 組裝電路板切割機
Solder Recovery System 錫料回收再使用系統
Wire Welder 主機板補線機
X-Ray Multi-layer Inspection System X-Ray孔偏檢查機
BGA Open/Short X-Ray Inspection Machine BGA X-Ray檢測機
Prepreg Copper Foil Sheeter P.P. 銅箔裁切機
Flex Circuit Connections 軟性排線焊接機
LCD Rework Station 液晶顯示器修護機
Battery Electro Welder 電池電極焊接機
PCMCIA Card Welder PCMCIA卡連接器焊接
Laser Diode 半導體雷射

設備診断をする際に非破壊検査機器を用いて行うことがありますが，どのような種類があるのでしょうか。ご教示下さい。

A

非破壊検査を行う設備には，陸上機械，原子力，ボイラー，水力，石油，各種プラントとそれに付随するタンク，橋梁，建築物などがあります。
　そういった各々の設備はそれぞれ使用条件，寸法，材料，形状が異なるので，各設備に求められる方法を選択しなければなりません。
　一般に検査方法の選択の手順として，図1のように

①設計，実験的に許される不具合の範囲の検討
　②許されない不具合を探すための検査方法の選択
　③具体的な方法の検討

と，普通の設備についてはこのように検査方法を絞り込んでいきますが，重要な個所に用いる場合は複数の非破壊検査法を行うこともあります。

図1　非破壊検査法とその選択

検 査を行う設備の対象に変更がなければ現状の検査法の選択と方法を変える必要はありませんが，もし対象に変更があった場合は，今まで行ってきた非破壊検査法 の選択と方法が適切でなくなる場合があるので，その場合は再検討し，その対象に適する非破壊検査法の選択と具体的方法を再構築する必要があります。場合に よっては，現状行っている検査法が無意味になったり，必要なくなることもあるので要注意です。

1.非破壊検査法の種類

一般に言われている非破壊検査法には，目視試験，放射線透過試験，超音波探傷試験，磁粉探傷試験，浸透探傷試験，渦流探傷試験，ひずみ測定，その他などがあります。それでは個々に紹介していきます。

（1）目視試験関連
　字の通り目で見て不具合を探すもので，実体顕微鏡，ボアースコープ，ファイバースコープが主に使用されてきましたが，現在では，CCDカメラを利用した製品が登場してきました。特徴として，

①モニター画面により観察できる
　②VTRへ記録できる
　③操作性が良い

などがあげられます。

（2）放射線透過試験関連
　医療用のレントゲン撮影と同じ原理により部材を透視するものです。

（3）超音波探傷試験関連
　この原理を利用した身近な例で，魚群探知機や医療用の超音波装置などが有名ですが，超音波探傷試験は音響の原理を利用する試験方法です。作業性が良いので設備診断に広く使用され，フルデジタル超音波探傷器，超音波厚さ記録計などが登場しています。

（4）浸透探傷試験関連
　界面活性の原理を利用する試験方法で，溶剤除去性浸透探傷試験（カラーチェック）が有名です。近年では水洗式の洗浄液としてエアゾール缶が登場し，

①試験体の形状が複雑なものにも適用できる。
②試験面が粗いものにも適用できる。
③水溶性浸透探傷試験が現場で適用できる。

などの特徴があります。また，作業性の点で不可能であった対象にも，欠陥検出能力を低下せずに使用できるようになりました。

（5）磁粉探傷試験関連
　磁粉探傷試験は電磁気の原理を利用する試験方法で，小型の装置が登場しています。

（6）渦流探傷試験関連
　 渦流探傷試験は磁粉探傷試験と同じで，電磁気の原理を利用した試験方法です。この原理を利用した身近な例で，空港に設置されている防犯用の金属探知器があ ります。また，超音波探傷試験関連と同じように全ての調整を内蔵のマイクロコンピュータとA/D変換器により，デジタルで行う装置が登場し，探傷条件と得 られた波形が記録できるという特徴があります。

（7）ひずみ測定関連
　ひずみ測定は，対象の使用条件，寸法，材料，形状の適否 を判断したり，対象が使用中に破損や変形しないように監視するために行うものです。したがって，今まで紹介してきたような，対象の直接的な不具合である欠 陥などを検出するものではなく，ひずみ測定を行うことによって設備の健全性を確認（診断）するものです。

2.まとめ

一 般的に非破壊検査を必要とする対象は，その不具合により危険が予想される場合が多く，検査の効果は絶大であるといっても過言ではありません。そのため （社）日本非破壊検査協会では，非破壊検査の技術者を技量認定規定（資格制度）によって認定し，「検査は，これらの資格を有する技術者によって行われるべ きである」としています。
　しかし設備診断の効果を上げるためには，資格は単にあれば良いわけではなく，また必要ない場合であっても，技術者がそ の対象に対する知識や検査法を熟知していなければなりません。また，最初に述べたように，その設備に求められる方法を正確に選択しなければならないので す。

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簡介

陶 瓷材料就組成而言,大分為傳統陶瓷及精密陶瓷.傳統陶瓷指利用黏土,長石,石英所做成的三軸胚體,這類陶瓷多用在我們日常生活之中, 如: 碗,盤,衛浴等用品,而精密陶瓷是指用純度高,組成確定的陶瓷原料,在高度控制下所做成的陶瓷產品,這類產品有氧化鋁,氧化鋯,氮化矽,碳化矽及鈦酸鋇等 所做成的產品,目前已漸漸的用在工程上.

陶瓷材料具有以下特色 :

1. 高彈性係數/重量比值
2. 高硬度
3. 高壓縮強度/重量比值
4. 低介電損失係數
5. 具寬廣的熱傳倒係數
6. 低熱膨脹係數
7. 高溶點
8. 具化學穩定性
9. 大量存在地表上
10. 有些陶瓷具超導性

因以上這些特色使陶瓷的重要性,漸漸為工業界所重視,且利用陶瓷特殊的光,電,熱及機械性質,開發出許多新產品用於工程上.但陶瓷也有其缺點 - 太脆,在改善陶瓷的韌性方面,陶瓷界已有了進展,如陶瓷複合材料的開發,即可改善陶瓷的韌性.

鍵結

原子由原子核及電子所構成,每個原子對其外圍的電子的吸引力皆不相同,例如: 鈉對其最外圍的一個電子的吸引力就非常小,而氯的最外層則少了一個電子,故對電子的吸引力較大,這種對電子的吸引能力可以陰電性標值的高低來表示, 如圖1所示.
當 陰電性標值愈高,則代表對電子的吸引能力最強,而陰電性標值愈低, 則反之,故當一個鈉原子及一個氯原子互相接觸時, 鈉原子會放棄一個電子,氯原子則接受一個電子,而這因電子交換所產生的鍵結,即為離子鍵,在此須注意的是所有人工製造及天然的陶瓷物質皆不帶電,即所有物 質皆為電中性,故在電子交換的同時,亦須考慮是否電性平衡,而達到電中性.

圖一、各原子陰電性標值的高低

而互相分享電子的鍵結亦有共價鍵, 例如鑽石是由碳原子所構成碳與碳之共價鍵所組成,碳與碳之間的電子為兩個碳所共享.

而陶瓷即是由兩種或兩種以上原子所構成的無機非金屬物質,兩種原子之間共享電子,故鍵結同時兼具離子鍵及共價鍵的特色,圖2顯示一個半經驗圖形,顯示一個陶瓷物體中離子鍵特色所佔的比例.舉例如下:

圖二、陶瓷材料中離子鍵特色所佔的比例與陰電性標差之間的半經驗圖形

例1,Mg及O的陰電性標(如圖1)差為2.3,再由圖2可知的離子鍵特色佔整個鍵結的75%,而SiC中的陰電性標差為0.3,故SiC的離子鍵特色僅佔所有鍵結的10%而已,因共價鍵的鍵結強度高,故SiC是一種很硬的材料,常被用為研磨材.

製程

陶瓷材料的製程,影響陶瓷材料的微結構,而微結構影響了陶瓷材料的性質.而為了改善陶瓷材料的性質,唯有改變製程,故製程 - 微結構 - 性質三者之間密不可分,而這三者也構成了整個陶瓷科學的主幹,現就陶瓷製程的基本概念及流程簡單介紹如下:

如前所述,陶瓷材料具有硬度高,熔點高等特色,使得陶瓷材料的製造方式不同於金屬及高分子材料,例如: 因陶瓷的熔點高,故起始原料必須在熔點以下熱處理,使陶瓷顆粒互相連結在一起並進而達到緻密化,在陶瓷界我們稱這種熱處理為燒結.燒結的相關理論請見補充資料部分.

製造陶瓷的一般流程如下 :

1. 原料選擇

• 原料: 黏土,燧石,長石,氧化鋁,氧化鋯,碳化矽,氮化矽,鈦酸鋇等.
• 變數: 純度,化學組成,粉末尺寸,形狀,數量及分怖.

2. 粉體製備

• 固態反應法,化學共沉法,溶膠凝膠法 (sol-gel method) 等製粉方法.
• 變數: 添加成形助劑(黏結劑,分散劑,潤滑劑等) ,研磨混合,煆燒(脫溶劑)溫度曲線,乾燥方式.

3. 生坏成形

• 單軸加壓法,注漿成形 (slip casting) ,擠出成形,刮刀成形(tape casting),冷均壓法,射出成形 (injection molding).
• 變數: 脫除有機物 ( 如黏結劑等) 或生坏粗加工.

4. 燒結

• 常壓燒結,氣氛燒結,熱壓燒結,快燒,反應燒結,熱均壓燒結 (hot-isostatic-pressing)
• 變數: 燒結曲線,線收縮率

5. 加工

• 切削,研光 (lapping) ,拋光,雷射加工,放電加工及蝕刻加工.

6. 結合

• 陶瓷/金屬接合,擴散鍵結,金屬噴敷 (metallizing) ,玻璃結合.

7. 極化處理

• 電子功能應用

8. 性能測試

• 破壞性 - 機械,熱學及化學性質.
• 非破壞性 - 電性,磁性及光學性質.
• 顯微結構 - X 光繞射,超音檢測,電子顯微鏡觀察.

微結構

微結構是指材料的微觀結構,以陶瓷材料來說,一般而言,陶瓷學家須觀察1nm至數十微米 ( 微米= 1 x 10^-6公尺) ,方能充分了解陶瓷的微結構,而觀察的重點,包含晶界相的存在與否,晶粒的大小及分布,孔隙的多少,第二相的大小及分布,是否有缺陷等等.這些觀察重點皆對陶瓷的性質有很重大的影響,現舉例說明.

a. 晶界相的存在與否

• 陶瓷對不純物的存在非常敏感,例如當氧化鋁中只要有數百ppm的不純物,在晶界上即可產生玻璃相,這種玻璃相在燒結時是液相,對燒結的影響不易完全了解, 但對 陶瓷的高溫性質卻有害.

b. 晶粒的大小及分布

• 所有材料的強度皆與晶粒大小成反比,但晶粒大小的分布也很重要, 因少數的大晶粒可大幅降低陶瓷材料的強度.

c. 孔隙的多少

• 陶瓷一般由粉末開始製作,再經由燒結,而提高密度,故一般陶瓷產品內多有孔洞殘留,孔洞的多少及分布,對陶瓷的性質有很大的影響,例如陶瓷的強度隨孔洞量的增加,而呈指數方式下降.

d. 第二相的量多少及分布

• 在陶瓷製造過程中,或有雜質顆粒掉入胚體,或刻意加入第二相,做成複合材料,這類第二相量的多少及分布亦對陶瓷材料有很大的影響.

e. 缺陷的存在

• 陶瓷這一種脆性材料,對缺陷的存在非常的敏感,例如在平板玻璃表面用鑽石刀輕輕畫上一道,則輕易的可將平板玻璃分為兩半,若缺陷存在於陶瓷內部,亦會影響陶瓷的強度及其他性質,故缺陷的存在與否為觀察微結構的重點 .

以下有數張典型的微結構的掃瞄式電子顯微鏡的相片,作為例子.

圖三、單相陶瓷(氧化鋁, 晶粒大小約5 微米, 相對密度為 98%)

圖四、 單相陶瓷(氧化鋯, 晶粒大小約0.5 微米, 相對密度>99%)

圖五、 複合材料( 氧化鋯/ 碳化矽短纖維複合材料, 碳化矽短纖原長為 40 微米左右,
佔此複合材料 的10% 體積百分比)

圖六、 缺陷 ( 氧化鋯基地中有一雜質顆粒, 旁有許多缺陷, 使此材料的強度降低)

性質

陶瓷有其異於金屬高分子材料的光,電,熱,機械性質,固有其特殊用途, 及不可取代性,例如某些陶瓷的電氣絕緣性,使其可用在火星塞及高壓電的絕緣端子,但某些陶瓷卻可導電,且又不易在高溫環境下氧化,如二矽化鉬 (MoSi₂) ,故可作為高溫爐的加熱元件 (heating element) , 這種加熱元件可在空氣中加熱至1900^。C,因陶瓷材料太多,性質涵蓋範圍很廣,而用途及應用仍有待所有人一起開發.現僅針對陶瓷的機械性質中的強度部分,簡單介紹如下:

陶瓷是脆性材料, 而脆性材料的強度可以 Griffith 定律描述 :

s = K_IC/ YC^0.5

其中s為強度,K_IC為韌性,Y為常數,C為缺陷大小.此定律顯示缺陷愈大,強度愈低, 故當陶瓷材料中的缺陷大小不同,則強度就會不一樣.舉例如下:

圖7中顯示100個在我們實驗室準備的氧化鋁試樣的強度分布圖,是用同
氧化鋁粉末原料,同時以單軸向加壓成形,同時在1600^。C 下燒結成密度為98%的試樣,在測試強度前,試樣先以平面磨床加工成長條狀試樣,強度以四點彎曲方式測試.圖一所顯示是一組典型的數據,這組數據的分布狀 態與金屬材料及高分子材料極不相同,例如這些試樣雖是同時準備,強度最高可達470MPa,最低卻只有240 MPa,最高的值約為最低的值得兩倍,分怖範圍極寬,此組試樣的平均強度為350MPa,對金屬及高分子材料而言,平均強度即代表某特定材料的代表強度, 在使用此材料時只須外加壓力略低於平均強度,則可不用擔心破壞或無法負荷,而且就算是無法負荷,金屬及高分子材料也會先以變形方式"通知"使用者,但陶瓷 並非如此,陶瓷是以極快的方式突然斷裂,故強度對陶瓷而言,反而是一個陶瓷材料所不可超過的受力極限,而平均強度對使用者的意義極低,因平均強度的意義對 陶瓷而言,是指50% 產品在受到平均強度大小的應力時,會被破壞掉,故單獨使用平均強度,對陶瓷產品的使用及設計而言,並無任何意義可言,必須搭配機率的統計技巧 - 韋伯分析(Weibull analysis) ,才能預測陶瓷材料的承受應力的極限.

圖七、100隻氧化鋁試樣的強度分佈圖

圖七、100隻氧化鋁試樣的強度分佈圖