超硬合金

このページでは、部品加工の素材として利用される「超硬合金」について、特性や部品加工時のポイントなどをまとめて解説しています。加工部品調達会社についてもまとめていますので、超硬合金を活用しようと検討している方はぜひ参考にしてください。

超硬合金とは

超硬合金とは、硬度のある金属炭化物と鉄系金属元素によって構成されている合金の総称です。既存の合金よりもさらに硬度を追求する目的で開発された金属素材であり、一般的な超硬合金にはタングステンカーバイト（WC）とコバルト（Co）といったレアメタルの金属が添加されています。

硬度が高められているため耐摩耗性などに優れており、超硬合金は金属加工作業で用いられる金型や工具の材料として利用されることも少なくありません。なお、超硬合金を活用した切削工具は「超硬工具」とも呼ばれます。

超硬合金の硬度

超硬合金はそもそも硬度を高めるために開発された人工金属であり、通常の鉄と比較して高い硬度を有しています。また重量も鉄の2倍ほどになっており、およそ金と同等の比重になっている点が特徴です。

加えて、超硬合金は高温下による影響を受けても硬度が低下しにくいことも重要です。

なお、高硬度の工具を開発する目的で生み出された超硬合金ですが、現代では超硬合金よりも硬度に優れた素材が存在しており、全体的な特性やコストパフォーマンスを考慮して選定されています。

超硬合金のメリット

超硬合金はとても硬い合金であり、金属加工の工具や金型として利用されても、加工対象の金属よりも硬度が高いため傷や摩耗に強いという点がメリットです。これにより、超硬合金で作られたプレス加工の金型などは耐久性や耐摩耗性に優れており、金型の変形を防いで精密加工をサポートしやすい上、金型の長寿命化を目指せることも重要です。また超硬合金は熱伝導率にも優れており、焼き付きによる寿命低下を回避しやすいという点も見逃せません。

超硬合金のデメリット

超硬合金はとても硬度の高い金属素材であり、切削加工などを行うためにはそれ以上の硬度を有するダイヤモンド砥石を活用したり、放電加工を利用したりしなければなりません。そのため超硬合金を素材として加工する際には専門設備を有する環境や、高硬度の素材の加工についてノウハウや技術を有するプロフェッショナルなどが必要になります。

また、硬度は高いものの衝撃強度や靱性は低くなっており、加工時に衝撃を受けると破損やチッピングが生じやすいこともデメリットです。ただし超硬合金には添加される素材元素によって特性の差も存在しており、目的や製造時に使用する金属などの性質に合わせて超硬合金の種類を選定することが大切です。

超硬合金の種類

切削工具の材料として超硬合金（超硬合金チップ）を採用する場合、大きく3種類の超硬合金の中から適したものを選定しなければなりません。なお、この3種についてはJIS規格によって規格が定められており、用途別にそれぞれの超硬合金が分けられています。

超硬合金チップの種類には「P種（青）」・「M種（黄）」・「K種（赤）」が代表的な3種として存在しています。なお、PMK種の他にもN種（緑）・S種（茶）・H種（灰）といった超硬合金チップも存在しています。それぞれの種類は識別色によって分類可能です。

その他、超硬合金を微粒子化した上で焼結し、強度と靱性を向上させた「超微粒子超硬合金」を使用することもあります。

超硬合金の歴史

超硬合金はもともと1923年にドイツで製法が開発されました。その後、ドイツにおいて1920年代にドイツ製の超硬合金の販売が開始され、切削工具の材料として活用されました。また日本では1929年に芝浦製作所と東京電気が超硬合金「タンガロイ」を発売している他、三菱鉱業株式会社などが削岩作業用建設工具に自社開発した超硬合金「トリディア」を採用しています。この他にも日本では住友電線製造所が超硬合金の開発を行っており、これらの会社がリーディングカンパニーとして国産超硬合金の開発を行ってきました。

なお、現在は超硬合金の他にもさらに硬度を高めた素材などが世界各国で開発されています。

超硬合金の化学成分

超硬合金の化学成分はJISにおいて下記のとおりに規定されています。

• C（炭素）…0.38～0.43
• Si（ケイ素）…0.15～0.35
• Mn（マンガン）…0.60～0.90
• P（リン）…0.030以下
• S（硫黄）…0.030以下
• Ni（ニッケル）…0.25以下
• Cr（クロム）…0.90～1.20
• Mo（モリブデン）…0.15～0.30

参照元：JIS G 4053：機械構造用合金鋼鋼材

超硬合金の用途

超硬合金の用途はプレス加工の金型や金属加工に用いる工具、加工機械の部品など色々なものが考えられます。超硬合金は硬度が高く、他の金属と接触させても摩耗や傷を生じにくい点が特徴です。そのため、連続して使用される金型や他の金属素材と接触する工具などに使われることが多くなっています。

超硬合金製の部品であれば部品の摩耗や傷を防げるため、部品交換や修理のリスクを抑えられ、結果的にトータルのコストパフォーマンスを高めやすいでしょう。

ただし理想通りの形状に超硬合金を整えるには相応のノウハウや専用設備が必要です。

超硬合金の加工性

超硬合金の特徴は硬度の高さであり、必然的に切る・削る・研磨するといった金属加工の難易度も超硬合金では高まっています。そのため、通常の機械工具などで超硬合金を加工することは基本的に難しいでしょう。

超硬合金の切削加工などを行いたい場合、高硬度のダイヤモンドを使った専用砥石を活用したり、放電加工によって加工を行ったりすることが必要となります。そのため超硬合金を素材とした部品加工や製品開発をプランニングする場合、あらかじめ超硬合金の加工が可能かどうか、作業環境や加工実績などを事前にチェックしておかなければなりません。

その他、超硬合金の加工時には加熱や急冷に弱く、チッピングも発生しやすいといった特性を知っておくことも大切です。

超硬合金の部品加工の依頼は「加工部品調達会社」へ

加工部品調達会社とは、金属素材などを活用した部品加工を行う会社ではなく、素材の調達から部品加工会社の選定や交渉、加工部品の納品まで一連の工程をまとめて一貫対応する専門会社です。

加工部品調達会社ではクライアントの目的に合わせた超硬合金を選定して調達してくれる上、必要なスキルや経験を有する部品加工会社を厳選し、クライアントに代わって各工程を管理してくれます。場合によってはコスト管理や加工部品の検査などもワンストップサービスとして請け負ってくれる他、試作や小ロット生産といったニーズも幅広くサポートしてくれることが強みです。