2022 Fiscal Year Annual Research Report

Establishment of machinability improvable technique for ultra-precision diamond turning of steel by surface modification and heat treatment

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．最終年度は，昨年度に引き続き，窒化による工具摩耗抑制効果が高いステンレス鋼を中心に取り組んだ．その中でも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．そこで，昨年度と同様，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た上で，プラズマ窒化による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) 鋼材にショットピーニング処理を行った後にプラズマ窒化を行っても，窒化層領域は増加しない．(2) 工具摩耗や仕上面に関しては従来通りの結果であり，これまでどおりのダイヤモンド工具の摩耗抑制効果を得られる．研究期間全体を通じて，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，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．続いて，窒化による工具摩耗抑制効果が高い，Cr含有量が多いステンレス鋼を中心に取り組んだ．前述の通り，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．ショットピーニング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一方で，プラズマ窒化では，窒化層領域は増加しない．