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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）

		20		50

図2　工具寿命（∨―L）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

図3　切削速度と表面粗さの関係

切削条件 d:0.5mm，f:0.1mm/rev，湿式

刃先諸元：-5,-6,5,6,15,15,0.8

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