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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）

図３　工具摩耗幅と切削速度、切削油剤の関係（71３C）

図4　工具損傷写真

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