2021 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, 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 – 2023-03-31
Keywords	超精密切削 / ダイヤモンド工具 / 摩耗抑制 / 鋼 / 表面改質 / 熱処理 / ショットピーニング
Outline of Annual Research Achievements	本研究の目的は，ダイヤモンド工具の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，窒化した鋼材について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．昨年度の研究では，一昨年度までに明らかにした被削性に優れるミクロ組織に基づき，窒化処理前の熱処理条件を変化させて切削実験を行い，ミクロ組織が被削性に及ぼす影響について調査を行った．また，昨年度行った熱処理条件では，鋼材内のミクロ組織の異方性を解消できていなかったため，その異方性が被削性に及ぼす影響についても調査した．今年度は，窒化による工具摩耗抑制効果が高い，Cr含有量が多い鋼，特にオーステナイト系ステンレス鋼を中心に取り組んだ．オーステナイト系ステンレス鋼では生成される窒化層が薄く，加工に十分な深さを得ることができないことが課題だった．我々はその原因を，表面に生成される不働態膜によって窒化が妨げられているためだと考えた．そこで，窒化前にショットピーニング処理を施すことで鋼材表面の不働態膜を破壊し，窒化層深さの向上を目指した．その結果，以下のことが明らかとなった．(1)オーステナイト系ステンレス鋼にショットピーニング処理を行った後にガス窒化を行うと，切削可能な窒化層の領域が増加する．(2)工具摩耗抑制効果や被削性の向上に関しては，従来のガス窒化と同程度の効果がある．
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 表面改質した鋼の超精密切削における工具摩耗について実験的に種々の調査を行い，ステンレス鋼において，(1)オーステナイト系ステンレス鋼にショットピーニング処理を行った後にガス窒化を行うと，切削可能な窒化層の領域が増加する．(2)工具摩耗抑制効果や被削性の向上に関しては，従来のガス窒化と同程度の効果があることを明らかにした．
Strategy for Future Research Activity	上述の窒化処理を行った鋼材について，ミクロ組織を詳細に調査することで，工具摩耗抑制効果が向上した要因を明らかにする．また，鋼材において，工具摩耗をさらに抑制するミクロ組織（(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．）の作製を試み，被削性改善効果を評価する．
Causes of Carryover	今年度は鋼材の超精密切削試験，ミクロ組織観察を中心に行った．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．