産業素材

鋼旋削用サーメット工具「T 1 5 0 0 A 」の開発
広瀬坂本山縣和一弘・津＊田圭一・福明・米倉廣樹・西夫・森口秀樹

安良夫

健太

Development of Cermet “T1500A” for Steel Turning ─ by Kazuhiro Hirose, Keiichi Tsuda, Yoshio Fukuyasu,Akira Sakamoto, Hiroki Yonekura, Kenta Nishi, Kazuo Yamagata and Hideki Moriguchi ─ Sumitomo ElectricHardmetal Corporation has developed a new cermet “T1500A” for steel turning. In turning operations,improvement of work efficiency by introducing high-feed or high-speed processing is increasingly important.
Meanwhile, in the precision processing of electrical and electronic machine parts, improvement in machining
accuracy and surface quality is desired. Under such circumstances, T1500A has been developed to satisfy
these requirements. T1500A features high hardness and toughness because of the unique microstructure of its
substance material, which consists of fine, hard particles based on Ti (C,N) and tough particles based oncarbonitride compounds. Refining these particles and introduction of a new edge treatment technology
improved the quality of surface finishing. Furthermore, optimization of the balance between wear resistance andtoughness allowed T1500A to have a wider application range than that of the conventional cermet. Thus,
T1500A’s outstanding reliability in finishing can contribute to processing cost reduction and production
improvement.
Keywords: cermet, steel turning, finish cutting

1.

緒言

2.

サーメット工具の課題

旋削加工の分野において、電子・電気機器の精密部品加鋼旋削加工では、耐欠損性に優れる超硬コーティング工工での高精度加工、また自動車・産業機械加工での高速・具で粗加工を行った後、鋼との親和性の低いサーメット工高能率加工の要求は一段と高まっている。これらの要求に具で仕上げ加工を行うことが一般的であるが、荒加工から対応するために過酷な切削環境での加工が必要となり、そ仕上げ加工までサーメット工具を使用する場合も見られの結果、工具寿命が低下し、総じて加工費の上昇につながる。特に仕上げ工程においてサーメット工具に求められるる。このような状況下、超硬合金、サーメットからコー必要特性は、加工後のワーク寸法精度と加工面品位（面粗ティング超硬、コーティングサーメットといったコーティ度ならびに見た目の美しさ：ワークのむしれ抑制）である。

ング材種への置き換わりが進んできたが、サーメットは依加工寸法精度を維持するには耐摩耗性を上げる必要があ然として工具材種全体の 15 ～ 20 ％を維持している。このり、耐摩耗性を上げるとともに、いかに加工面品位を向上比率は今後も維持すると予想され、高品位な加工面が得らさせるかが課題である。

れるサーメット工具は重要な地位を占めると考えられる。
また、サーメットはチタンが主要成分であるため超硬合金と比較して希少なタングステンの使用量を減らすことができ、省資源の観点からも有利である。
鋼旋削用サーメット工具「T1500A」は、このような状
況下、サーメット工具に求められるニーズに対して、サー3.

T1500A の開発
3−1当社サーメット材種の位置づけ

当社の旋削用サーメット材種のラインナップを図 1 に示す。旋削用
サーメット材種として、鋼部品加工の高速・連続加工～低メットの特徴を最大限に活かし、仕上げ加工の安定性、な速・断続加工までの領域をノンコートサーメット「T110A」

らびに耐摩耗性と耐欠損性のバランスを向上させた新しい「T1500A」、コーティングサーメット「T2000Z」「T3000Z」

サーメット材種である。以降に新サーメット材種の特徴なでカバーしている。

らびに切削性能について述べる。

T1500A は耐摩耗性・靭性のバランスを向上させたことから、従来材種と比較して適用領域が広くなり、切削環境によってはコーティング材種並みの性能も期待できる。

2 0 1 1 年 1 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 8 号 −（ 111 ）−な相で、この黒芯部を覆うように存在するグレーの部分は400

チタン、タングステン、ニオブなどの固溶体の炭窒化物か

T110AT2000Z

300

切削速度（m/min）

らなる相である。黒芯部分が多い粒子は高硬度で耐摩耗性に優れ、グレー部分の多い粒子は靭性が高い粒子である。
これに対して、T1500A の組織は（b）に示すように、従来材質に存在する黒芯を有する二重構造硬質相に加え、黒200

色の微細な炭窒化チタンの単一硬質相と、グレーの固溶体

T1500A

炭窒化物による硬質相、ならびにタングステンの豊富な薄T1200A

100

いグレーの芯部を有する二重構造硬質相という粒度と成分

T3000Z0である。
特に従来材質の組織では硬質相の間に存在する白く見え

軽・連続連続・一部断続断続・強断続

仕上切削

図1が異なった 4 種類の硬質相からなる組織であることが特徴

粗切削

旋削用サーメット材種のラインナップと使用領域る結合相（Co，Ni）領域が明確であり、結合相の厚みが厚いことがわかるが、T1500A の組織では、結合相領域に微細な黒色硬質相が点在していることで結合相の厚い領域が存在しない。この微細な黒色硬質相は TiCN からなり、この硬質相の存在により耐摩耗性が向上するとともに亀裂の進展を抑制することから靭性が向上する。さらに、従来仕上げ工程に使用される材質に存在する黒芯の二重構造硬質相に加えて、靭性の高サーメット工具に求められるのは、ワークの加工寸法精度い薄いグレーの芯を有する二重構造硬質相、ならびにグと加工面品位である。従って T1500A の開発目標は、母材レーの単一硬質相を存在させることで、従来材質の持つ耐ならびに刃先処理技術の開発による耐摩耗性・耐欠損性お摩耗性は維持し、靭性を更に向上させている。

3−2

T1500A の開発目標

図 3 に T1500A と従来材質ならびに、T1500A と同組成よび仕上げ面性状の向上である。

で微粒の硬質相のみを使用した場合、粗粒の硬質相のみを4.

使用した場合の硬度と破壊靭性の相関を示す。

T1500A の特徴

このグラフより、微粒の硬質相のみを使用した場合、硬T1500A の母材組織と従来材質度は高くなるものの破壊靭性が低くなり、粗粒の硬質相のの母材組織の SEM 写真を図 2 に示す。従来材質の母材は図みを使用した場合、破壊靭性は高くなるものの硬度が低くなる組織であり、黒い芯の部分はチタンの炭窒化物が豊富の存在による靭性向上と、結合相領域に微細な硬質相粒子

4−1

母材の特徴

2（a）に示すように二重構造を有する硬質相と結合相からなっている。T1500A は前述したように靭性の高い硬質相を存在させることによる硬度向上により、従来材質ならびに、硬質相粒度を均一に変化させた場合よりも高い硬度、破壊靭性の相関を有することがわかる。

1µm（a）従来材質組織

1µm（b）T1500A組織
単一硬質相（耐摩耗成分）

黒芯（耐摩耗成分）周辺組織（靭性成分）

グレーの芯（靭性成分）
黒芯（耐摩耗成分）複合体組織（靭性成分）

図2

T1500A と従来材質の合金組織（SEM 像）−（ 112 ）− 鋼旋削用サーメット工具「T1500A」の開発

ビッカース硬度（Hv）

16.5
16.015.515.0

従来材質
T1500A14.5

粗粒微粒

14.05.56.06.5

破壊靭性（K1c）

図3

ビッカース硬度と破壊靭性の相関7.0

工具刃先の特徴

サーメット工具には刃先稜線部を丸める刃先処理を施している刃先処理品と、微小切込の仕上げ加工に用いられる刃先稜線部を丸めていないシャープエッジ品（研磨級）がある。
刃先処理品に関して、従来手法による刃先処理方法では
写真 1（a）に示すように刃先処理面内に傷が残るが、この0.2

逃げ面摩耗量（mm）4−2

傷が被削材の仕上げ加工面に悪影響を及ぼす。それに対し

0.150.1
当社従来材種0.05

他社市販材種
T1500A0て、T1500A の刃先処理は更に平滑な刃先処理技術を開発0510し適用したことから、写真 1（b）に示すように刃先処理内の性状が平滑でほとんど傷がないことがわかる。

また、シャープエッジ品（研磨級）に関しては、前述したように高硬度の耐摩耗性硬質相の微細化、ならびに合金

152025

切削時間（分）工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM435丸棒
切削条件：Vc＝230m/min，f＝0.2mm/rev，ap＝1.0mm，WETの靭性向上により、写真 2 に示すように刃先部の硬質粒子の脱落が抑制されており、良好な刃立ち性が得られている。

図4

T1500A の耐摩耗性評価（b）T1500A（a）従来材質（b）T1500Aの刃先（a）従来手法による刃先

写真 1

写真 3

耐摩耗性評価による刃先摩耗形態比較

T1500A と従来手法による刃先処理部比較

種と比較して摩耗の乱れが抑制され、摩耗形態が均一であることがわかる。これは、耐摩耗性向上に効果のある硬質粒子が微細であるため、摩耗部での粒子の脱落が抑制されたためである。
5−2

耐欠損性サーメット工具は主に仕上げ加工に用いられるが、低切込の連続加工ばかりではなく、断続工程のある仕上げ加工にも多く用いられている。断続切削

硬質粒子の脱落（b）T1500Aの刃先（a）従来材種の刃先

写真 2T1500A

研磨級のシャープエッジ部比較
他社市販材種5.

T1500A の切削性能
5−1

耐摩耗性

T1500A は従来サーメットと比較

当社従来材種

01000

して結合相部に高硬度で微細な TiCN 単一硬質相が存在することから、摩耗の乱れが抑制され良好な耐摩耗性を示す。
図 4 に耐摩耗性のグラフを示すが、T1500A は良好な耐摩耗性を示している。

写真 3 に逃げ面の摩耗写真を示すが、T1500A は従来材

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

欠損までの衝撃回数（回）
工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM435断続材
切削条件：Vc＝280m/min，f＝0.2mm/rev，a p＝1.0mm，WET

図5T1500A の耐欠損性評価

2 0 1 1 年 1 月・ S E I テ クニ カ ル レ ビ ュ ー ・ 第 1 7 8 号 −（ 113 ）−においては、耐欠損性が重要となる。そこで、溝のついたあり、双方とも寿命要因は加工面の劣化である。T1500A

被削材を用いた耐欠損性の評価を行った。その結果を図 5を使用することで、従来使用他社品と比較して被削材の加に示す。

工面のむしれが抑制されていることがわかる。むしれの抑T1500A は従来材種ならびに他社市販サーメット材種と比較して、耐欠損性が良好であり、安定加工が可能であることがわかる。
5−3

サーメット工具が使用される仕上げ加工面SCM415アーバ外径加工

寿命3倍
900個／C

仕上げ加工においては、特に被削材の加工面品位（面粗さ、仕上げ面のむしれ・光沢）が重要である。面粗さ、むしれ・光沢には耐摩耗性とともに刃先処理内の性状が影響す

加工面拡大写真
300個／Cると考えられる。むしれ・光沢は見た目が重要となるが、その指標として被削材の切削痕（送りマーク）内の形状が上げられ、切削痕内の乱れが小さいほど綺麗な面となる。
これらの観点から、T1500A の仕上げ加工面評価を行った。図 6 に加工面の写真と切削痕内の形状データを示す。
T1500A の仕上げ面はむしれが少なく、切削痕内の形状が一様である。また、Rz（十点平均粗さ）も小さく、良好なT1500A

他社品

SCM435シャフト外径加工面粗度が得られている。さらに、前述したように従来材種他社品

寿命1.6倍800本／Cよりも良好な耐摩耗性を有していることから、面粗さの経時変化が小さい。

T1500Aチ ッ プ：DNMG150408N-LU
切削条件：Vc＝200m/min，f＝0.25mm/rev，a p＝0.3mm，Wet

500本／C

加工面拡大写真

このことから、T1500A を適用することにより、仕上げ加工において安定して良好な面粗度を有する加工面を得ることが可能となる。

T1500A

他社品

T1500A

他社品

チ ッ プ：DNMG150408N-SU
切削条件：Vc＝200m/min，f＝0.18mm/rev，a p＝0.15mm，Wet

図7T1500A

従来材種

M 級の T1500A の使用実例

プレス材（SAPH400）端面加工

寿命2倍30個／C15個／C
摩耗

T1500A

Rz = 10.1µm

Rz = 8.7µm

工具型番：CNMG120408
被 削 材：SCM415丸棒
切削条件：Vc＝100m/min，f＝0.2mm/rev，ap＝1.0mm，WET
切削時間：10分

図66.

チ ッ プ：TNGG160402L-UM
切削条件：Vc＝180m/min，f＝0.25mm/rev，a p＝0.25mm，Wet

S45Cトランスミッション端面加工

寿命1.6倍400個／C

仕上げ加工面評価

250個／C

T1500A の使用実例

T1500A次に T1500A の使用実例を紹介する。
6−1M 級（黒皮級）TA の使用実例

他社品

図 7 に M 級 TAの使用実例を示す。SCM415 ならびに SCM435 の加工で−（ 114 ）− 鋼旋削用サーメット工具「T1500A」の開発

他社品

チ ッ プ：TNGG160402L-FY
切削条件：Vc＝300m/min，f＝0.05mm/rev，a p＝0.1mm，Wet

図8G 級の T1500A の使用実例

制により加工面が安定し、1.6 倍～ 3 倍の寿命延長が可能となった。
6−2G 級（研磨級）TA の使用実例

図 8 に G 級 TAの使用実例を示す。プレス材の加工は工具の摩耗が進みやすく、また、薄肉で仕上げ面が得られにくい。図 8 上段のプレス材加工の例では、T1500A を用いることで安定した仕上げ面が得られるとともに、従来使用品と比較して耐摩耗性が大幅に向上したことから、加工数が 2 倍に増加した。
また、図 8 下段の S45C の端面加工では、シャープエッジのチップを使用し、耐摩耗性が向上したことにより従来使用品と比較して 1.6 倍寿命が達成できた。

7.

結言

T1500A は耐摩耗性・耐欠損性を向上させるとともに、サーメット工具として重要な仕上げ加工面の品質向上が図れる材質であり、従来サーメット材種に対して、非常に安定した材種である。仕上げ加工における抜群の信頼性によりユーザーの加工コスト削減、生産向上に大きく貢献できる材種である。

参考文献（1）津田、今村、福安 他、SEI テクニカルレビュー第 164 号、p.32-35（2004）（2）小島、今村、津田 他、SEI テクニカルレビュー第 175 号、p.72-77（2009）（3）磯部、イゲタロイ技術資料 No.12、p.1-7（1997）

執筆者 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------広瀬和 弘＊：住友電工ハードメタル㈱ 材料開発部
主査
超硬工具の材料開発に従事

津田

圭 一 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部

福安良 夫 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部

明 ：住友電工ハードメタル㈱

材料開発部

坂本

生産部

グループ長

米倉廣 樹 ：九州住電精密㈱西健 太 ：住友電工ハードメタル㈱

次長
生産技術部

山縣一 夫 ：住友電工ハードメタル㈱材料開発部

森口秀 樹 ：住友電気工業 エレクトロニクス・材料研究所
アドバンストマテリアル研究部 グループ長 工学博士

部長------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------＊主執筆者

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