まずISO 513グループ（P＝鋼、M＝ステンレス、K＝鋳鉄、N＝アルミニウム、S＝超耐熱合金、H＝焼入れ鋼）を決定し、次に加工の過酷度で副番号を選定する。仕上げは01–10、汎用は15–25、荒加工は30–50。CVD TiCN/Al₂O₃/TiN多層コーティングを備えたP25材種は、一般的な鋼の外削りの約70%をカバーする。一方、PVD TiAlNを備えたM20材種は大半のステンレス加工に対応する。同一形状・同等条件での鋼の外削りにおいて、適切な材種マッチングにより超硬インサートの工具寿命は10分未満から60分まで延びる場合がある。
切削工具の種類・形状・コーティングの全体像については、切削工具完全ガイドを参照されたい。
ISO用途グループ
ISO 513規格では、切削工具材料を六つの用途グループに分類し、各グループに文字記号とカラーコードを割り当てている。これがあらゆる材種選定の出発点となる。
| ISOグループ | カラー | 対象材料 | 主要要件 |
|---|---|---|---|
| P（鋼） | 青 | 炭素鋼、合金鋼、フェライト系ステンレス鋼 | 耐クレーター摩耗性 |
| M（ステンレス鋼） | 黄 | オーステナイト系ステンレス鋼、二相ステンレス鋼、鋳鋼 | 靭性＋耐熱性 |
| K（鋳鉄） | 赤 | ねずみ鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、可鍛鋳鉄 | 耐摩耗性 |
| N（非鉄金属） | 緑 | アルミニウム、銅、真鍮、プラスチック | 鋭利な切刃、低摩擦 |
| S（超耐熱合金） | 茶 | チタン、インコネル、コバルト合金 | 耐熱性、切刃強度 |
| H（焼入れ鋼） | 灰 | 焼入れ鋼 45 HRC超、チルド鋳鉄 | 高温硬さ、耐摩耗性 |
二桁の数字は、硬さと靭性のバランスを示している。数字が小さい（P01）ほど硬いが脆く、数字が大きい（P40）ほど靭性が高いが摩耗が早い。一般的な加工の多くはP20-P30の範囲に収まる。
鋼用にどの材種から始めるべきか迷う場合は、CVD多層コーティングを施したP25がほとんどの外削り用途において安全なデフォルト選択となる。 同じ材料のフライス加工や断続加工では、PVDコーティング付きP20-P30材種に移行するとよい。
ISO 1832はスローアウェイチップ（インサート）の英数字表記体系を定義しており、インサート形状、逃げ角、公差クラス、取付穴形状を標準化されたコードに符号化する。このコードはあらゆるインサートのパッケージに記載されている（例：CNMG 120408）。ISO 513の用途グループとISO 1832のインサート表記は、特定のインサート形状および材種を加工用途に結び付ける二標準体系を構成する。
基材組成
超硬インサートは、炭化タングステン（WC）粒子をコバルト（Co）バインダーで結合した焼結複合材である。粒度とバインダー比率が材種の基本特性を決定する。
粒度の影響：
- サブミクロン（0.5 um未満）：最高硬さと切刃鋭利性。仕上げ加工および硬質材料用。
- 微粒子（0.5-1.0 um）：硬さと靭性のバランスが良好。汎用材種。
- 中粒子（1.0-3.0 um）：耐摩耗性を犠牲にして靭性を高めたもの。断続切削用。
バインダー量の影響：
- 6% Co：非常に硬く脆い。仕上げ材種（P01-P10）。
- 10% Co：バランス型。汎用材種（P20-P30）。
- 12-15% Co：非常に靭性が高い。重荒加工材種（P40-P50）。
粒度と切削速度の関係
粒度が細かいほど高い切削温度でも切刃の完全性が保たれ、切削速度の向上が可能となる。メーカーデータによれば、同等条件下で同等の摩耗レベルに達するまで、サブミクロン材種は中粒子材種より通常20-30%高速で運転できるとされる。
コーティングと材種の相互作用
基材材種とコーティングはシステムとして機能する。両者を独立に選定すると、性能が最適に達しない。
✦ CVDコーティング材種（一般にP15-P35）
- 厚いAl2O3層が熱バリアとして機能する
- 鋼および鋳鉄の連続外削りに最適
- 高い切削速度（200-400 m/min）に対応
- 量産では切刃当たりのコストが低い
✦ PVDコーティング材種（一般にP10-P25）
- 薄いコーティングにより鋭い切刃形状が保たれる
- フライス加工、溝入れ、ねじ切り、プロファイリングに最適
- CVDの切刃丸めにより鋭利性が損なわれる小型インサートやポジティブ形状に適する
- 断続切削や負荷変動下で優位
よくある誤りは、高コバルトの靭性型基材（P35-P40）を、高速連続切削用に設計されたCVDコーティングと組み合わせることである。基材がコーティングの許容する速度を支持できない。同様に、硬質P10基材に厚いCVDコーティングを施すと、CVDが切刃を丸めるため、基材本来の切刃鋭利性が失われる。
大半の鋼の外削り用途では、CVDコーティングは高い切削速度に、PVDコーティングは断続加工での切刃鋭利性に有利である。 コーティング技術を支配的な運転条件（高速の連続切削か、切刃強度が要求される断続切削か）に合わせる必要があり、基材のみで判断してはならない。TiCN（チタンカーボナイトライド）は、鋼用の大半のCVD多層スタックにおいて耐摩耗性の基層を形成する。TiN（チタンナイトライド）は金色の最上層であり、使用中に摩耗するにつれて切刃摩耗を視覚的に示す役割を果たす。酸化アルミニウム（Al₂O₃）は、鋼および鋳鉄の外削り用CVD多層コーティングの中間熱バリア層として用いられる。その低い熱伝導率（約30 W/m·K、TiCNの約60 W/m·Kに対し）により、200 m/min超の切削速度で基材への熱伝達を抑制するためである。
材料別の材種推奨
炭素鋼および合金鋼（Pグループ）：
- 外削り：CVD TiCN/Al2O3/TiN多層のP15-P25
- フライス加工：PVD TiAlNのP20-P30
- 断続外削り：PVDまたは薄いCVDのP25-P35
ステンレス鋼（Mグループ）：
- PVD TiAlNまたはAlCrNコーティングのM15-M25材種を使用する
- 高コバルト量により加工硬化面からの境界摩耗に耐える
- ノンコーティング材種は避ける。構成刃先により仕上げ面が劣化する
TiAlN（チタンアルミニウムナイトライド）コーティングは、ステンレス鋼に対してTiNより好適である。その高い耐酸化性（約800°Cまで安定）により、オーステナイト系ステンレスが発生させる高い切削温度下でのクレーター摩耗が抑制されるからである。AlCrN（アルミニウムクロミウムナイトライド）は同程度の耐熱性に加え、高送り断続条件での性能が向上している。ステンレス鋼のフライス加工で負荷変動を伴う場合、TiAlNよりAlCrNが適している。
鋳鉄（Kグループ）：
- ねずみ鋳鉄：高速ではCVD Al2O3のK10-K20
- ダクタイル鋳鉄：耐摩耗性を得るため厚いCVDコーティングのK20-K30
- 500 m/min超でのねずみ鋳鉄の荒加工にはセラミックインサート（Si3N4）を使用する
アルミニウム（Nグループ）：
- ノンコーティング研磨超硬またはPCD（多結晶ダイヤモンド）チップ
- DLCコーティングにより構成刃先を防止
- TiAlNは避ける。アルミニウムはコーティングと化学的親和性を持ち、急速な凝着を引き起こす
PCD（多結晶ダイヤモンド）インサートは、量産アルミニウム加工に使用される。ダイヤモンドの極めて高い硬さ（約8,000 HV）により、シリコン含有アルミニウム合金（2000系、6000系、7000系）が500–1,500 m/minの切削速度で引き起こす摩耗性摩耗に抵抗するためである。DLC（ダイヤモンドライクカーボン）コーティングは、中速アルミニウム加工において同じ凝着防止機能をより低コストで提供し、低摩擦表面によりアルミニウムがインサート切刃に溶着するのを防ぐ。
鋼に対する最良のインサート材種は、単一の答えで決まることはまずない。加工が連続か断続か、および切削速度に依存する。 CVD付きP25が大半の鋼の外削りをカバーし、PVD付きP30はフライス加工に適し、PVD付きP30-P40は断続切削に対応する。
グループ跨ぎの適用を避ける
P グループ材種をステンレス鋼に、またはM グループ材種を鋳鉄に使用すると、通常は性能が劣る。特に摩耗機構が正しいISOグループとの差が最も大きいオーステナイト系ステンレス鋼およびダクタイル鋳鉄で顕著である。材種は特定の摩耗機構に対して設計されている。鋼はすくい面にクレーター摩耗を生じさせる（Pグレードがこれに抵抗する）。鋳鉄は摩耗性の逃げ面摩耗を引き起こす（Kグレードがこれに抵抗する）。誤ったグループを使用するということは、誤った破損モードに対して最適化された材種を使うことを意味する。
実用選定手順
- ワーク材料を特定し、ISOグループ（P、M、K、N、S、H）に対応付ける
- 加工過酷度を判定する：仕上げ（01-10）、汎用（15-25）、荒加工（30-50）
- コーティング種別を選択する：連続にはCVD、断続にはPVD
- メーカー推奨の切削速度・送り速度から開始する
- 最初の工具交換後に摩耗パターンを評価し、必要に応じて材種を調整する
この順序、すなわちISOグループ→加工過酷度→コーティング種別に従うことで、試し削りを行う前に材種選定の誤りの大半を防ぐことができる。
用途別クイック材種選定
| シナリオ | ISOグループ | 材種範囲 | コーティング | 理由 |
|---|---|---|---|---|
| 一般鋼の外削り | P | P20–P30 | CVD TiCN/Al₂O₃/TiN | クレーター摩耗と逃げ面摩耗のバランスのとれた耐性 |
| ステンレス鋼（オーステナイト系） | M | M15–M25 | PVD TiAlNまたはAlCrN | 加工硬化と構成刃先に抵抗 |
| ねずみ鋳鉄（高速） | K | K10–K20 | CVD Al₂O₃ | 硬質炭化物に対する耐摩耗性 |
| アルミニウム／非鉄 | N | N10–N20 | ノンコーティング研磨またはDLC | 軟質材料での構成刃先を防止 |
| 断続切削（鋼） | P | P30–P40 | PVD TiAlN | 圧縮応力により微小チッピングに抵抗 |
| 焼入れ鋼 45 HRC超 | H | H10–H20 | CVD多層 | 高温硬さ＋耐クレーター摩耗性 |
| 超耐熱合金（インコネル、Ti） | S | S15–S25 | PVD AlCrN | 耐熱性、800°C超の耐酸化性 |
ISOグループから始め、加工過酷度で絞り込む。
材種選定は明確な階層に従う。まずISO用途グループ、次に加工タイプに基づく硬さ・靭性の番号、最後に連続か断続かに合わせたコーティング。CVDのP25材種は一般鋼の外削りの70%をカバーする。PVDのM20材種は大半のステンレス加工に対応する。この二つの出発点を習得してから、現場の実際の摩耗パターンに基づいて絞り込むとよい。
一般鋼の外削りの大半に対応するISOインサート材種は何か？
CVD TiCN/Al₂O₃/TiN多層コーティングを備えたP25材種が、一般鋼の外削り用途の約70%をカバーする。Al₂O₃層による耐クレーター摩耗性と、P25基材による靭性のバランスがとれており、実際の摩耗パターンに基づいて絞り込む前のデフォルト出発点となる。
鋼とステンレス鋼で同じ超硬材種が使えないのはなぜか？
鋼はすくい面にクレーター摩耗を生じさせるため、CVD Al₂O₃付きのPグレードがこれに抵抗する。一方、ステンレス鋼は加工硬化面から境界摩耗を引き起こすため、M15–M25材種のより高い靭性のコバルト量が必要となる。誤ったISOグループを使用すると、材種が誤った破損モードに対して抵抗することになり、通常の比較では工具寿命が30-50%短縮される。
CVDとPVDコーティングのインサート材種の違いは何か？
CVDコーティング（厚さ8-20 µm）は連続高速外削り用の熱バリアを提供する。一方、PVDコーティング（1-8um）は鋭い切刃形状を保ち、フライス加工、溝入れ、断続切削に対応する。連続加工にはCVD、断続加工にはPVDを選択するとよい。
コバルトバインダー量はインサート性能にどう影響するか？
コバルトバインダーは硬さ・靭性のバランスを制御する。6%コバルトは非常に硬く脆い仕上げ材種（P01–P10）を生じ、10%コバルトはバランスのとれた汎用材種（P20–P30）を形成し、12–15%コバルトは非常に靭性の高い荒加工材種（P40–P50）を実現する。後者は断続切削や重断続進入衝撃におけるチッピングに抵抗する。
