鳥取県産業技術センター研究報告 No.18 (2015)

超耐熱合金インコネル 625 の基礎的切削実験
Basic Cutting Experiments of Super Heat Resistant Alloy INCONEL625

加藤 明
Akira Kato
機械素材研究所

機械システム科

航空機産業の発展に伴い、航空機部品加工のニーズも高まると推測される。しかし、航空機部品用材料の加工データは十分に普及していない。そこで、航空機部品用材料の 1 つである超耐熱合金インコネル 625の基礎的切削実験を行った。その結果、適切な条件による加工の必要性が高いことが分かった。

1.

はじめに

2.

実験方法

世界の航空機産業は、今後 20 年間で 2 倍（4 万機、材料は、超耐熱合金インコネル 625 丸棒（直径 40300 兆円）の規模に拡大すると予想されている。国mm、長さ 100 mm、硬度 248 HBW）を使用した。イ

内においても、平成 27 年 11 月 11 日に、純国産ジェンコネル 625 は、Inco Alloys International 社（現 Specialット機である三菱リージョナルジェット（MRJ）のMetals 社）で開発され、Ni と Cr の地に Mo と Nb を初飛行が成功するなど、航空機産業が大きく発展し固溶する固溶強化型合金で、耐熱性、耐食性が良好つつある１）。それに伴い航空機部品加工のニーズもなため、航空機の燃焼系統に使われるほか、発電所高まると推測され、今後は鳥取県内企業も航空機産

設備用部品などにも用いられている３）。実験に使用業への参入が期待される。

した材料の化学成分を表 1 に示す。

航空機部品には、アルミニウム合金、ステンレス実験は複合旋盤（オークマ製 MULTUS B300 C900、鋼、プラスチックなどの一般的な材料が使用される主軸動力 7.5 kW、振り 600 mm、心間 900 mm、最が、機体には軽量で高強度な CFRP やチタン合金な高主軸回転数 5000 min-1）による外径旋削とした。

どが、高温になるジェットエンジンには耐熱合金な切削工具は、市販の三角スローアウェイチップ

どが使用され、これらは難削材であることが多い。

（工具記号 TNMA160408、超硬 K20、逃げ角 0 °、難削材は文字通り加工が難しい材料であるが、そすくい角 0 °、チップブレーカー無し、コーティンの理由の一つに、難削材加工が技術開発や製品開発グ無し）とした。と結びついていることが多く、秘匿性や技術競争の切削条件は表 2 のとおりである。一般に加工現場ため加工データが十分に公開されないことがある２）。

では工具摩耗の低減などを目的に切削油が使用さゆえに、最適な加工条件が不明な場合が多く、加工れるが、本実験ではインコネル 625 の基本的な切条件抽出のための実験が必要である。しかし、難削削特性を得るために、切削油の影響を受けない乾材加工は材料及び工具が高価なことから、中小企業式切削とした。送り方向加工長さ 25 mm ごとに、では加工条件抽出のための実験を行うのは難しい。

工具顕微鏡（トプコンテクノハウス製

そこで、県内企業に難削材加工技術を普及するこ

TUM170ESN）により逃げ面最大摩耗幅を測定し、とを目的に、難削材の 1 つである超耐熱合金インコ摩耗幅が 100 μm を越えた場合又は加工長さが 250

ネル 625 の基礎的切削実験を行い、切り屑、工具摩mm に到達した場合に実験終了とした。また、加工耗、加工面粗さの評価を行ったので報告する。

長さ 25 mm 時点での切屑を回収するとともに、工23

具写真を工具顕微鏡で撮影し、送り方向加工面粗部分は工具摩耗とインコネルの溶着物（構成刃先）さを輪郭形状測定機（テーラーホブソン製が合わさった箇所である。逃げ面摩耗幅の測定は、PGI-Plus）により測定した。

溶着部分（加工前の工具先端位置を基準として飛び出た部分）を除き、光沢のある部分の最大値とした。
(mass%)

図 2（2）より、切削速度 12.5 m/min では溶着が激Ni・・・・ 66.16

Si・・・・0.08

しく起こること、図 2（3）より、切削速度 25 m/min

Cr・・・・ 21.59

P・・・・ 0.004

では工具摩耗は少ないものの溶着が発生しているこFe・・・・ 0.36

S・・・・ 0.001 以下と、図 2（4）、（5）より切削速度 50 m/min 及び 100

Mo・・・・ 8.13

Al・・・・0.23m/min では溶着が少ないことが分かった。

Nb+Ta・・・ 3.24

Ti・・・・0.28

図 3 に工具逃げ面最大摩耗幅 VBmax の測定結果をC・・・・

Co・・・・0.01示す。横軸は実切削距離（材料外周×送り方向加工Cu・・・・0.01長／送り）である。結果は、切削速度 25 m/min では

表１ インコネル 625 の化学成分

0.01Mn・・・・ 0.01 以下

加工長さ 250 mm（実切削距離 287 m）に到達したが、表２他の条件では実験途中で逃げ面最大摩耗幅が 100

切削条件

切削速度 V (m/min)12.5 25 50 100μm に達し、実験終了となった。このことから、イ送り f (mm/rev)

0.1

ンコネル 625 は、本実験条件では切削速度 25 m/min

切り込み深さ d (mm)0.1が適すると考えられる。また、切削速度を 12.5 m/minや 50 m/min に変えると急激に工具摩耗が進むこと

3.

実験結果と考察から、インコネル 625 は工具摩耗の少ない実用的な3.1 切り屑

加工速度の幅が非常に狭いことが分かった。

図 1 に加工長さ 25 mm 時点の切り屑形状の写真をさらに、一般的には切削速度を下げると切削温度示す。図 1（2）に示す切削速度 V=25 m/min の切りが低下し、工具の硬度低下が生じず、工具摩耗の進屑は、比較的整った螺旋状をしており、適正な加工展も抑えられるが、本実験では、切削速度 12.5 m/minが行われたことが推測できる。図 1（1）に示す切削は工具摩耗が激しい結果となった。これは、この切速度 12.5 m/min の切り屑も螺旋状ではあるものの、削速度で溶着が激しく生じ、溶着物の脱落に伴い工切り屑表面が粗くなっている様子が観察された。こ具母材の一部も脱落し、その結果工具摩耗を促進しれは、工具にインコネルが溶着し、切り屑生成時にたと考えられる。また、切削速度 50 m/min、100 m/min

工具から脱落した溶着物が切り屑に付着したものとでは、3.1 で述べたように切削温度が著しく上昇した考えられる。図 1（3）に示す切削速度 50 m/min、図ため、工具母材の硬度が低下し工具摩耗の進展に繋1（4）に示す切削速度 100 m/min の切り屑はカールがったと考えられる。

半径が大きくなった。これは、切り屑が高温になり伸びた状態となったためと考えられ、この加工条件

3.3

加工面粗さ

図 4 に加工長さ 25 mm 時点の加工面算術平均粗さ

では切削温度が著しく上昇したと思われる。

Ra の測定結果を示す。切削速度 50 m/min が最も加3.2

工具摩耗

工面粗さが優れた結果となり、加工面粗さを考慮す

図 2 に実験前及び加工長さ 25 mm 時点の工具逃げると切削速度は 50 m/min が適することが分かった。

面写真を示す。図 2（3）に示す加工長さ 25 mm 時

切削速度 12.5 m/min 及び 100 m/min では、工具摩耗点の写真には光沢のある部分が観察されるが、このにより刃先が損傷した状況での加工となり、加工面24

粗さは悪化したと考えられる。また、工具摩耗が最発生しており、加工面に溶着の形状が転写された結も少なかった切削速度 12.5 m/min の加工面粗さは 50果、加工面粗さは劣ることとなったと考えられる。

m/min に劣る結果となったが、25 m/min では溶着が（1）実験前（1）V=12.5 m/min（2）V=12.5 m/min（2）V=25 m/min（3）V=25 m/min（3）V=50 m/min（4）V=50 m/min（4）V=100 m/min
図１切り屑形状写真

図３

工具摩耗測定結果

10 mm（5）V=100 m/min
図２

図４25

工具逃げ面写真

加工面粗さ測定結果

1 mm

4.

おわりに超耐熱合金インコネル 625 の乾式切削による基礎的切削実験を行い、以下の結果を得た。
(1)本実験条件においては、インコネル 625 の切削速度は、工具摩耗の観点からは切削速度 25 m/min が、加工面粗さの観点からは 50 m/min が適当である。
(2)切削速度が低いと溶着が発生し、溶着物の脱落に伴い工具母材の一部も脱落し、工具摩耗を促進すると考えられる。
(3)切削速度が高いと、切削温度が上昇し、工具母材の硬度が低下するため、工具摩耗が著しく進むと考えらえる。
インコネル 625 は適切な条件による加工の必要性が高いことが分かった。
今後は、湿式による加工現場に近い条件でのインコネル 625 の加工実験を試みるとともに、チタン合金や CFRP などの難削材の加工実験に取り組み、加工技術情報を提供する予定である。

文献1) 砥粒加工学会；航空機材料の先端加工技術，砥粒加工学会誌，12，p.1(2015).
2) 狩野勝吉；難削材・新素材の切削加工ハンドブッ
ク，森北出版，p.7(2011).
3) Special Metals Corporation；INCONEL alloy 625，
p.1(2013).

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