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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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