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技術情報・技術コラム

超硬合金(超硬質合金)とハイス鋼(高速度鋼)の違いは?利用に適した場面も紹介!

超硬合金(超硬質合金)とハイス鋼(高速度鋼)の違いとして挙げられるのは、コストの他、原材料・製法、強度などです。超硬合金とハイス鋼、それぞれの特徴を踏まえて、用途に合った方を選びましょう。

この記事では、超硬合金とハイス鋼の概要や違い、それぞれの利用場面などを紹介します。より効果的に作業を進めるためにも、ぜひ参考にしてください。

超硬合金(超硬質合金)とハイス鋼(高速度鋼)とは?

超硬合金とハイス鋼の細かな違いを紹介する前に、それぞれの定義について解説します。

超硬合金とは?

超硬合金とは、金属炭化物と鉄系金属で焼結した金属のことで、超硬や超硬質合金とも呼ばれています。超硬合金は鉄の約2倍の重さで、ダイヤモンドに次いで硬い金属です。硬度の他、耐熱性や強度にも優れています。

超硬合金は「粉末冶金法」によって、人の手で作られる複合材料です。用途に合わせて金属の粉末を調合し、焼結させて生成します。超硬合金はダイヤモンドが不足した際、代用品として開発された経緯があり、高温でも硬度が変わらない点で重宝されている金属材料です。

ハイス鋼とは?

ハイス鋼は、ハイスピード・スチールの略称で、高速度鋼やハイスピード鋼とも呼ばれる合金です。ハイス鋼は超硬合金と同様に硬度が高く、切削工具として活用されています。

ハイス鋼は製造方法によって、以下の2つに分類されます。

  • 粉末ハイス
  • 溶解ハイス

粉末ハイスは超硬合金と同様、粉末を焼き固める製法で作られたハイスです。一方で溶解ハイスは、通常の鋼と同様、溶解した原料を形にする製法で作られています。

超硬合金(超硬質合金)とハイス鋼(高速度鋼)の違い一覧

超硬合金とハイス鋼は、原材料・製法・硬度・耐熱性・耐摩耗性・耐衝撃性・見た目・コストなどの視点で、大きく異なります。それぞれの違いを簡単に表にまとめました。

超硬合金

ハイス鋼

原材料・製法

●  粉末冶金法で、粉末の金属を高温高圧で成形する

●  タングステンカーバイドと、コバルトを焼結する

●  粉末冶金法の粉末ハイス、原料を融解して成形する溶解ハイスがある

●  鋼にタングステンやモリブデン、クロム、バナジウムなどの合金化元素を添加する

硬度

ダイヤモンドに次ぐ硬さ

ハイス鋼よりも硬い

超硬合金に比べると劣る

耐熱性

800〜1,000度

500〜600度

耐摩耗性

優れている

超硬合金に比べると劣る

耐衝撃性

衝撃度合いによっては脆く、欠け落ちやすい

優れている

見た目・重さ

ハイス鋼と比べると暗めの色で、重い

超硬合金と比べると明るめの色で、軽い

コスト

ハイス鋼よりも高価

超硬合金よりも安価

上記のとおり、超硬合金とハイス鋼はそれぞれ優れている点が異なるため、用途に合わせた利用が望ましいでしょう。それぞれの視点から、超硬合金とハイス鋼の違いを詳しく解説します。

製法・原材料

超硬合金は、主にタングステンカーバイドやコバルトを粉末にして、高温高圧で焼結して製造する金属です。タングステンカーバイドの融点は2,900度と高いため、粉末冶金法で製造します。タングステンカーバイドは硬度や強度が高く、酸化や腐食にも強い原材料です。コバルトは結合材の役割を果たしてくれます。

一方でハイス鋼の原材料は鋼やタングステン、モリブデン、バナジウム、クロムなどです。粉末ハイス鋼は、原材料の粉を高温高圧で焼結して形にします。溶解ハイス鋼は、一般的な合金製造と同様、原材料を電気炉などで溶かして成形します。よりコストを抑えるなら、ハイス鋼の中でも比較的安価な溶解ハイス鋼を選ぶとよいでしょう。

硬度

ハイス鋼は切削工具に広く利用される素材で、硬度は高いです。しかし、超硬合金はハイス鋼を凌ぐ硬度を持ちます。超硬合金は非常に優れた硬度を誇り、ダイヤモンドに次いで硬い金属とされています。

超硬合金には、高い融点と硬度を持つタングステンカーバイドが配合されており、ハイス鋼よりも優れた硬度を実現。ハイス鋼は82〜86HRA、超硬合金は83〜93HRAで、超硬合金の方が硬いです。従って、ハイス鋼と超硬合金とを比べると、ハイス鋼の方が消耗しやすいと考えられます。

耐熱性

超硬合金の耐熱性は800〜1,000度、ハイス鋼は500〜600度で、大きな差があります。耐熱温度を超えると金属が変形する可能性があるため、高温環境下の場合、ハイス鋼の方が精度は落ちてしまうでしょう。

一般的な切削や加工作業において、ハイス鋼の信頼性は高いものの、長時間の高温環境下での使用には制限があります。超硬合金は1,000度程度までの高温でも硬度が変わりません。

耐摩耗性

超硬合金は耐摩耗性が高く、摩耗が激しい高負荷の作業に適しています。長時間の使用も可能なため、作業効率も向上するでしょう。原材料のタングステンカーバイドは、特に高速環境化でも問題なく活用できるほど、高い耐摩耗性があります。

一方で、ハイス鋼は超硬合金と比べると耐摩耗性は劣るものの、鋼の中では優れた耐摩耗性を持ちます。なお、粉末ハイス鋼の方が溶解ハイス鋼よりも耐摩耗性に優れており、工具寿命は長いです。ハイス鋼を選ぶ場合は、粉末ハイス鋼と溶解ハイス鋼それぞれのメリット・デメリットを押さえておくのがおすすめです。

耐衝撃性

硬度が高いと衝撃に耐えにくいため、耐衝撃性はハイス鋼の方が優れています。超硬合金は、硬度が高いぶん、ねばり(靱性)が弱いです。靱性が弱いと、衝撃を受けた拍子にチッピング(欠け)が起こりやすくなります。従って超硬合金は、高精度加工や衝撃が少ない作業に向いているでしょう。

ハイス鋼は耐衝撃性が強いため、断続切削には最適な工具です。超硬合金とハイス鋼で決めかねた際は、作業で生じる衝撃の大きさを考慮して選ぶとよいでしょう。

見た目・重さ

超硬合金とハイス鋼は色や見た目、重さなども異なります。超硬合金の方が重いため、比較的区別しやすいかもしれません。色味は結合金属量によっても変化するものの、超硬合金はハイス鋼に比べて暗い色味です。

また、やすりで削ってみても違いははっきり分かります。超硬合金はやすりでは削れません。原料が異なると見た目や性質が変わるため、それぞれの得意分野も分かれてきます。

コスト

超硬合金の方が高価なので、初期コストを抑えることを優先するのであればハイス鋼の方がおすすめです。超硬合金の原材料費はハイス鋼に比べて高く、粉末冶金法で高度な技術を活用しています。なお、ハイス鋼は製法によって値段が異なり、溶解ハイスよりも粉末ハイスの方がコストは高い傾向にあります。より安価に抑えるなら、溶解ハイスを選ぶとよいでしょう。

ただし、「安ければ安い方がよい」とコストだけを考慮して選ぶと、作業に必要な性能を確保できないかもしれません。想定よりも早く寿命を迎え、買い替えが必要になる可能性もあるでしょう。

長い目で見ると、耐熱性や耐摩耗性に優れ、工具寿命の長い超硬合金の方がコストパフォーマンスの面で優れているとも考えられます。超硬合金とハイス鋼のコストを比較する際は、初期費用だけでなく、導入後の買い替え時期などもイメージして検討するとよいでしょう。

超硬合金(超硬質合金)とハイス鋼(高速度鋼)の利用場面

超硬合金とハイス鋼は、原材料が異なるため、それぞれの性能や適した作業が異なります。作業内容に合わせて超硬合金とハイス鋼を使い分けると、作業効率もアップするでしょう。それぞれの良さを最大限に活かす利用用途を紹介します。

超硬合金の利用場面

超硬合金は、硬度・耐熱性・耐摩耗性に優れているため、次のような場面で活躍するでしょう。

  • 切削速度が必要なケース
  • 加工精度を高めたいケース
  • 歩留まりを向上したいケース

超硬合金は、ハイスよりも硬度が高いため、切削速度や加工精度が必要なケースに向いています。高熱環境でも品質クオリティーを維持したまま、より多くの作業ができることも超硬合金の強みでしょう。

一方で、強い衝撃が加わると、小さな欠けや剥がれなど(チッピング)が生じ、作業効率や品質が低下する恐れがあるため注意が必要です。

ハイス鋼の利用場面

ハイス鋼は超硬合金よりも靱性(ねばり)に優れ、初期費用が安価なため、以下のような場面で活躍するでしょう。

  • 試行加工をしたいケース
  • 断続切削が必要なケース

ハイス鋼は導入コストを抑えられるため、「まずは試したい」試行段階のケースにはおすすめです。また、靱性を活かした断続切削の作業は、強い衝撃にも耐えられてチッピングの恐れも低いため、ハイス鋼が向いているでしょう。

超硬合金とハイス鋼の利用用途一覧

超硬合金とハイス鋼の特性を活かすためには、コストや耐性などをよく比べる必要があります。

利用場面

利用におすすめの材料

切削速度

超硬合金

加工精度

超硬合金

歩留まり

超硬合金

試行加工

ハイス鋼

断続切削

ハイス鋼

硬度や耐熱性、耐摩耗性に優れた超硬合金と耐衝撃性やコスト面で優れたハイス鋼、どちらを選ぶべきか迷った際は、上記を参考にするとよいでしょう。

超硬合金とハイス鋼の違いを押さえ、場面に応じて使い分けよう

超硬合金は硬度が高く、耐熱性や強度に優れた合金です。一方のハイス鋼は超硬合金と比べると強度や耐熱性は劣るものの、耐衝撃性は上回ります。両者は原材料・製法が異なるため、コストの面でも大きな差があります。使用する場面や導入後の買い替えのタイミングなどを考慮して、適した方を選びましょう。

超硬素材・超硬加工 ソリューションナビでは、超硬合金を始めとした超硬素材の選定や製品開発、精密加工などを取り扱っております。状況に応じた原因分析や適正な超硬合金の選定を通して、問題解決や長寿命化の実現をサポートいたします。超硬素材の選定などでお困りの際は、ぜひご相談ください。

この記事を監修した人

エバーロイ商事株式会社

大久保 文正

エバーロイ商事株式会社

昭和33年の設立以来、長年にわたり超硬工具の販売。
その製品はエバーロイの名で、広く多くのお客様からご支持をいただいております。
技術革新の激しい時代の中、お客様のあらゆるニーズに対応すべく、製販一体となって当社のオリジナリティを生かした営業活動を推進して参ります。

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