セラミックインサートは、旋削加工において鏡面のような高い表面仕上げを得るのに優れた工具です。まず、サーメット（セラミック－金属複合材料）とは何かを定義しましょう。

文字通り、金属材料とセラミック材料の組み合わせを指します。米国材料試験協会（ASTM）では、金属または合金と1種類以上のセラミック相からなる不均一な複合材料であり、セラミック相が全体積の約15％～85％を占めるものと定義されています。

これらは、金属炭化物粉末（WC、TiCなど）と結合剤（Co、Niなど）を混合し、圧成形および焼結することで製造されます。

I. セルメットの特性

1. 高硬度：チタンカーボニド（TiCN）系のサーメットは、タングステンカーバイド（WC）系超硬合金よりも高い硬度を有します。そのため、一般的に鋳鉄、可鍛鋳鉄、ダクタイル鋳鉄、炭素鋼、合金鋼、チタン合金などの材料の切削に適しています。

2. 優れた耐摩耗性とクレーター摩耗耐性：高速度鋼による切削加工においても、非常に低い摩耗率を示します。

3. 高い耐熱性：これらの材料で作られた切削工具は、1100℃～1300℃の温度範囲で使用可能です。WC系超硬合金と同等またはそれ以上の切削速度（200～400m/min）を実現できます。

4. 高い酸化耐性：TiCが酸化して生成するTiO2は潤滑効果を発揮するため、Ti(C,N)系サーメットの酸化レベルはWC系超硬合金に比べて約10％低くなります。

5. 良好な化学的安定性：切削中、TiCN系サーメット工具は工具と被削材の界面にMo2O3、モリブデン酸ニッケル、TiO2の薄い皮膜を形成します。700～900℃の高温下でも密着がほとんどなく、ビルドアップエッジ（BUE）の発生も抑制されます。これによりワークピースの表面品質が向上し、鏡面仕上げの実現が可能になります。

この特性により、乾式切削にも非常に適しており、生産コストの削減に寄与します。

2. 適切なセルメットインサートの選定

典型的なサーメット材料

切削加工工程を立案する際には、超硬合金インサートとサーメットインサートの適切な選択が不可欠です。

コーテッド超硬合金とは異なり、サーメットは荒仕上げには適していません。大きな切りくずが発生すると、せん断力や切削抵抗に大きな変動が生じ、その連続的な衝撃によって寸法精度の低下や最終的には工具の破損につながるおそれがあります。

さらに、大きな切り込み深さでの加工時には、大きなチップコイルが工具の側面に衝突することでノッチ摩耗が悪化し、結果としてサーメット工具が損傷します。このような深刻なノッチ摩耗は、ニッケル系・鉄系・コバルト系の耐熱合金など、切削が難しい材料を加工する際に特に生じやすいです。

そのため、サーメット工具は一般的に切削が難しい材料の加工には適していません。このため、荒仕上げおよび切削が難しい材料の加工においては、サーメット工具よりもコーテッド超硬工具の方がより適した選択肢となります。

上図は、炭素鋼の旋削加工における超硬工具、コーテッド超硬工具、およびサーメット工具の工具寿命と被削材除去量を比較したものです。高速切削では、より多くの被削材を除去できるため、コスト効率が優れていることが明らかです。CVDコーテッド超硬工具と同様に、サーメット工具も高速切削において非常に費用対効果の高い選択肢と言えます。

工具グレードの例

代表的な例としては、セコ社のTP1020やTP1030、サンドビック・コロマント社のCT5015やGC1525、ケナメタル社のKT5020、イスカル社のIC20NやIC520Nなどが挙げられます。

NX2525、NX3035、NS730、GT720、TN60、CT3000、CN1000、TT9080、TC430、PV3010といったグレードがどのメーカーの製品であるかご存知でしょうか。また、これらのグレードを実際に使用されたことはありますか？