2018 Fiscal Year Research-status Report

表面改質・熱処理による鋼の超精密ダイヤモンド切削における被削性改善技術の確立

Research Project

Project/Area Number	18K03887
Research Institution	Kansai University
Principal Investigator	古城直道関西大学, システム理工学部, 准教授 (80511716)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	山口智実関西大学, システム理工学部, 教授 (10268310)
Project Period (FY)	2018-04-01 – 2021-03-31
Keywords	超精密切削 / ダイヤモンド工具 / 摩耗抑制 / 鋼 / 表面改質
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，工具摩耗が著しいことで知られる鉄系材料を研究対象として，工具摩耗抑制機構を解明することで，より実用的加工に対する指針を明らかにすることである．本研究では，工具摩耗抑制効果が異なる複数の表面改質した鋼の分析を行う．具体的には，浸炭した鋼材に対してFe3C，Cr23C6等の炭化物を定量分析し，窒化した鋼材についてもFe4N，CrN等の窒化物を定量分析することで，析出物が被削性に及ぼす影響を明らかにすることを目的としている．今年度は，浸炭した熱間ダイス鋼SKD61に対してCr炭化物の定量分析を行うため，FE-SEMを用いて組織観察を行った後にEDSによる分析を行い，鋼材表面に析出したCrの元素マッピングを行った．その後，2値化処理を施し，画像処理を行うことで，各Crの面積率，円形度，個数等を測定した．浸炭処理を施した鋼材では，表面から深さ方向にミクロ組織が変化することを利用して，複数の深さでミクロ組織観察および超精密切削実験を行った．その結果，以下のミクロ組織が工具摩耗を抑制することが明らかとなった．(1)微細な炭化物の析出が多く見られる．(2)粒界に析出する炭化物は面積が小さく，円形度が低い．(3)炭素濃度が高い．また，本研究では，種々の鋼材に窒化処理を施し，工具摩耗抑制にミクロ組織が及ぼす影響を調査した．その結果，Crが多く含まれる鋼では工具損耗が大幅に少なくなることが分かった．これは，Cr炭化物は窒化によってCrNに変化し，CrNが切削温度域でダイヤモンドとの接触において熱化学的に安定であるためである．さらに，鋼材のCr含有量が高いと，相対的に鉄の含有量が低くなるため，窒化した鋼材において，鉄に対する窒化鉄の割合が高くなる．窒化鉄は，鉄に比べて大幅にダイヤモンドとの相互作用が小さいため，工具摩耗が抑制される．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 工具摩耗抑制効果が異なる複数の表面改質した鋼の定量的な評価を行うため，浸炭処理および窒化処理を施した鋼材に対してFE-SEMを用いてミクロ組織観察を行った後にEDSによってCrの元素マッピングを行い，2値化処理を施し，画像処理を行うことで，鋼材表面に析出したCr化合物の面積率，円形度，個数等を測定する手法を確立することができた．
Strategy for Future Research Activity	上述の評価方法を用いることで，浸炭処理を施した鋼材では(1)微細な炭化物の析出が多く見られる．(2)粒界に析出する炭化物は面積が小さく，円形度が低い．(3)炭素濃度が高い．以上のミクロ組織が工具摩耗を抑制することが明らかとなった．今後は，熱処理条件を変更することで，上記の特徴を有する鋼材の作製を試み，被削性改善効果を評価する．窒化処理を施した鋼材では工具摩耗抑制効果が高い鋼材において，結晶粒によって仕上面性状が大きく異なる場合があることが明らかになった．そこで，今後は窒化前の熱処理がミクロ組織および超精密切削特性に及ぼす影響について詳細に検討する．
Causes of Carryover	今年度は既存の鋼材のミクロ組織観察および超精密切削試験結果の解析を中心に行った．そのため，新規の鋼材の熱処理および表面改質に関する費用および実験補助に対する謝金が当初予定していたよりも少なかった．次年度は，新規の鋼材の熱処理および表面改質に関する費用および実験補助に対する謝金が必要となるため，翌年度分として請求した助成金と合わせて使用する予定である．