超硬合金とは、タングステンカーバイドを主成分とし、ダイヤモンドに次ぐ硬度を持つ金属材料です。 この驚異的な特性を持つ材料は、「工具の寿命を延ばしたい」「より精密な加工を実現したい」といった課題を解決する鍵となります。
本記事では、超硬合金のメリット・デメリットから最適な材質選定まで、生産性向上に繋がる知識をわかりやすく解説します。

この記事の要点

✅ 硬さと重さ
超硬合金はダイヤモンドに次ぐ硬さを誇り、重さは鉄の約2倍（金とほぼ同じ）である。

✅ 主成分と製法
主成分はタングステンカーバイド（WC）と結合材のコバルト（Co）。粉末を焼き固める「粉末冶金法」で製造される。

✅ 長所と短所
耐摩耗性に優れ、工具や金型の長寿命化に貢献する一方、衝撃に弱く脆い（欠けやすい）という側面も持つ。

超硬合金とは

超硬合金とは、硬質の金属炭化物と鉄系金属で構成される合金のことを言います。
超硬合金の最も代表的な組成は、WC-Co合金になります。超硬合金は、レアメタルと呼ばれるタングステンカーバイド(WC)とコバルト(Co)の粉末を混ぜ合わせ約1400℃の高温で焼結することにより、ダイヤモンドに次ぐ硬さと高い弾性率を発揮します。このような高い硬度、弾性率により、超硬合金は、耐摩耗性を要求される加工工具やプレス金型に使用されます。

超硬合金の特徴

超硬合金は、加工工具やプレス金型に使用されると上でお伝えしました。
加工工具に用いられる材質に超硬合金のほかに、ハイス（高速度工具鋼）があります。
以下でハイスと比較した、超硬合金の特徴について説明します。
超硬合金は、ハイスに比較して硬度、弾性係数、圧縮強度、熱伝導率、比重が高く、熱膨張率が小さい特徴を有します。
一方で、超硬合金の衝撃強度や破壊靭性は、ハイスと比較して低くなります。
しかし、上述のような超硬合金の特徴は一様ではありません。超硬合金は、粉末冶金法により製作する為、材料選定の組み合せにより様々な特性の合金を作ることが可能です。
そのため、ワークに特性に合わせた工具の製作をすることが可能です。

超硬合金のメリット・デメリット

超硬合金のメリット

• 超硬合金は非常に硬いという特長があります。ハイス鋼やダイス鋼と比べ耐摩耗性は非常に優れたものがあるため金型部品、治具などの長寿命化を図ることができます。長寿命化されることでメンテナンス回数が削減され生産性の向上につながります。
• 超硬合金は弾性係数や圧縮強度が高く変形しにくいため、金型部品として使用する場合、高い寸法精度の加工を行うことができます。
• 超硬合金はスクラップにならずリサイクルが可能です。環境への配慮が可能な材料です。

超硬合金のデメリット

• 超硬合金は非常に硬いため、脆いという部分も持ち合わせており、材種によっては欠け
  やすくなる場合や衝撃に弱くなることがあります。
• 超硬合金は希少金属のタングステンカーバイドやコバルトを使用するため非常に高額に
  なるというデメリットがあります。
• 超硬合金はダイヤモンドに次いで硬いという特長がありますが、その硬さゆえに加工するには特殊な工具や加工機を必要とします。ダイヤモンド砥粒をつかった砥石や、研削盤、放電加工機など高額な加工機が必要になります。

関連記事：超硬合金のメリット・デメリットについて解説

超硬合金の硬さはダイヤモンドの次、重さは金と同じ

超硬合金とは、きわめて硬い金属。
鉄やステンレスよりも硬く、ダイヤモンドに次ぐ硬さを誇っています。
また、重さは鉄の2倍もあり、金とほぼ同じです。
硬いだけでなく、強度や弾性にも優れ、高温時の硬度低下が少なく、磨耗しにくいことから、
金属の加工工具や金型などに使われます。

超硬合金の組成

超硬合金は文字通り合金。
天然の材料ではなく、人工的につくる複合材料です。
主成分はタングステンカーバイド(WC)というセラミックスとコバルト(Co)という金属です。
タングステンカーバイドは融点が高いため（2900℃）、鉄のように溶かしてつくることができません。
このため、粉末にして1300℃～1500℃の高温で焼き固めるという方法で製造します。
その際の結合材としてコバルトを使います。

タングステンは大半が中国、他にはロシア、韓国。
コバルトはフィンランド、カナダ、オーストラリア、コンゴから鉱石として採れます。

超硬合金の用途

超硬合金はその硬さや強さを活かして、ドリル、フライス、旋盤など金属加工用の切削工具に使われます。
また、缶コーヒーや缶ジュースなどアルミ缶の金型、自動車エンジン部品（焼結部品）用の粉末成形金型、他、最近では携帯電話など電子部品の金型などにも使われています。
さらに、シールド工法のトンネルなど硬い岩盤を砕いたり、
アスファルト道路の表面を切断する器具などにも使われます。
超硬合金はその優れた特性によって、工業、製造業、インフラ整備の公共事業など幅広い分野で活躍しています。

関連記事： 超硬合金の用途とは？どんなところで使用されるの？

超硬合金の種類

超硬合金は、大別的には、切削用と耐摩耗用の超硬合金に分けられます。

切削用の超硬合金は、被加工材によりP種（鋼用）、Ｍ種（汎用）、K種（鋳鉄用）の3種に分けられます。

耐摩耗用の超硬合金は、結合相の種類、WC粒度、硬さにより細かく分類された種類があります。

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