PCDで工具パーツ・治具を製造！耐摩耗性に影響する要因

耐摩耗性とは？

金属の損傷の仕方の1つとして挙げられる摩耗は、同じ動きを繰り返す機械などが金属の表面を継続的にひっかくことで生じる損耗現象と定義できます。摩耗現象に抗う働きが金属にあり、それが耐摩耗性です。

耐摩耗性は金属の強度を示す性質の1つで、金属の種類によってその程度は異なります。したがって、金属加工を行う際には種類ごとの耐摩耗性を考慮した加工方法が用いられるのです。

PCDと耐摩耗性の関係

PCDとは工具に使われる材質の一種です。PCD工具の金属に接触する箇所には人工鉱物が埋め込まれており、その箇所が回転などの動きをすることで金属の加工ができます。

このようなPCDを利用した金属の加工を行う際には、対象となる金属の耐摩耗性を考慮することが必要です。例えば超硬合金は耐摩耗性も高いことから、その加工時には相応の高い性能を持つPCDを使用する必要があります。

耐摩耗性に影響する要因

・硬さ

基本的に硬いものほど耐摩耗性は高くなります。上述した超硬合金はその好例の1つで、40HRC以上のものは耐摩耗性が非常に高いのです。

・組織

耐摩耗性は組織の性質によっても変化します。例えば、鉄と炭素が結合して生成されるマルテンサイトは耐摩耗性の向上に大きく寄与することから、そのための焼き入れ作業が鋼材などに対して行われることも珍しくありません。

・成分

耐摩耗性は成分によっても変化します。鋼材の場合は特に炭素量が多いものほど耐摩耗性が高くなります。焼き入れ作業が行われるのは、このためでもあるのです。

大きく2種類に大別される

PCDをはじめとする切削工具に使用されるのは以下の2種類です。

・単結晶ダイヤモンド

1つの結晶のみでできているものを単結晶ダイヤモンドといいます。天然のダイヤモンドの多くはこの単結晶ダイヤモンドですが、切削工具に使用されているのは天然のものではなく、多くは合成品です。

単結晶ダイヤモンドには、力の加わる向きによっては割れやすいという難点があるものの、鋭利な刃先の形成などの作業には最適です。

・多結晶ダイヤモンド

小さな結晶を結合させて作られたものになります。各々の結晶の向きが異なることから、多結晶ダイヤモンドは強度が非常に高いのです。単結晶よりも欠けにくく、多種多様な切削工具に使用されています。

一方で多結晶ダイヤモンドは成形が難しいというデメリットもあり、加工時には化学反応などを応用しなければなりません。

欠点もある

単結晶・多結晶のいずれのダイヤモンドを使用した切削工具にも欠点があります。例えば、炭素を主成分とするダイヤモンドは鉄との親和性が高く、鉄を加工する際に熱の発生に伴って炭素が鉄に吸収されてしまいます。これにより、工具の故障や加工における対象物の異常摩耗が発生してしまうことがあり、注意しなければなりません。