優れた耐摩耗性タングステンカーバイドブレードは他のほとんどの切削工具材料よりも優れていますが、長期間連続して使用すると、複数のメカニズムが同時に作用して徐々に劣化します。これらの摩耗プロセスを理解することは、効果的な対策を開発し、産業用途におけるブレードの性能を最適化するために不可欠です。
1. 摩耗
摩耗は、最も一般的で経済的に重要な摩耗メカニズムの1つであり、タングステンカーバイドブレード連続運転において、このプロセスは、ワークピース材料中の硬質介在物または加工硬化粒子がブレード表面と機械的に相互作用し、マイクロカットとプラウ作用によって徐々に材料を除去することで発生します。炭化タングステン粒子WCはこの摩耗メカニズムに対してかなりの耐性を示しますが、比較的柔らかいコバルト結合相は摩耗を受けやすく、WC粒子の突出、ひいては破断や脱落につながる可能性があります。研究によると、アブレシブ摩耗は、シリコン-アルミニウム合金、複合材料、または表面が硬化したスケールを持つワークピースなど、研磨成分を含む材料の加工時に特に顕著です。
アブレシブ摩耗の速度は、研磨粒子のサイズと形態、ワークピースと刃材の機械的特性、切削条件など、いくつかの要因によって影響を受けます。工業的な観察により、アブレシブ摩耗は典型的には工具側面の均一な摩耗、または切削片接触面に沿った溝の形成として現れ、摩耗速度は一般的に切削距離と正比例し、切削硬度とは逆相関することが確認されています。
2. 拡散摩耗
拡散摩耗（溶解拡散摩耗とも呼ばれる）は、切削温度が800℃を超える高温加工アプリケーションにおいて特に顕著になります。このような高温では、炭化タングステンブレードとワークピースの両方の化学成分の移動性が高まり、工具とワークピースの界面における相互拡散を引き起こします。この現象は特に鉄系材料の加工時に顕著で、ワークピースからの鉄が炭化タングステンブレードに拡散する一方で、ブレードからの炭素、タングステン、コバルトが切削片に拡散します。
拡散プロセスは、ブレードの表面層の構成と特性を根本的に変化させます。炭素原子がブレード表面から移動すると、WC結晶が不安定になり、全体的な硬度と機械的完全性が低下します。同時に、コバルトの拡散は炭化タングステン粒子間の結合を弱め、ブレードの構造的安定性をさらに損ないます。この化学的劣化は、通常、工具のすくい面にクレーター摩耗の形成をもたらし、摩耗深さは最高温度の箇所で最大になります。研究により、炭化チタン（TiC）を炭化タングステン組成物に組み込むことで、拡散摩耗を大幅に低減できることが実証されています。これは、TiCのWCに対する拡散係数が低いことと、高温で保護的な酸化チタン層を形成できることによるものです。
3. 粘着および化学摩耗
凝着摩耗は、工具とワークの界面における高圧と高温の複合的な影響により、ワーク材料の微細な破片がブレード表面に溶着することで発生します。これらの凝着接合部は、その後、相対運動中に破壊され、ブレード表面から小さな粒子が剥離します。このメカニズムは、特に、付着しやすい延性材料の加工において顕著です。切削工具アルミニウム合金や特定のステンレス鋼など。
同時に、酸化やその他の熱化学反応などの化学的摩耗プロセスは、特に高温環境においてブレードの劣化に大きく寄与する可能性があります。炭化タングステン600℃を超える温度では、タングステンが酸化されて酸化タングステンと二酸化炭素を生成する可能性があります。一方、コバルトバインダー材も同様に酸化されやすく、ブレードのバインダー相が分解し、炭化タングステン粒子が失われる可能性があります。ワークピース材料に含まれる特定の化学元素、例えば一部の合金に含まれる塩素や硫黄は、揮発性または強度の低い反応生成物の形成を通じて、これらの化学的摩耗プロセスを加速させる可能性があります。
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投稿日時: 2025年10月24日
