硬質合金は、主に1種類または複数種類の耐火性炭化物（炭化タングステン、炭化チタンなど）の粉末を主成分とし、コバルト、ニッケルなどの金属粉末を結合剤として用いた合金です。粉末冶金法によって製造されます。硬質合金は主に高速切削工具や硬質・強靭性材料用切削工具の製造に用いられます。また、冷間加工用金型、精密ゲージ、耐衝撃性・耐振動性に優れた高耐摩耗部品の製造にも用いられます。
▌ ハードアロイの特性
（1）高硬度、耐摩耗性、赤色硬度。
硬質合金は室温で86～93HRAの硬度を示し、これは69～81HRCに相当します。900～1000℃の温度でも高い硬度を維持し、優れた耐摩耗性を備えています。高速度工具鋼と比較して、硬質合金は4～7倍の切削速度と5～80倍の長寿命を実現し、最大50HRCの硬度の硬質材料を切削できます。
（2）高強度、高弾性率。
硬質合金は、最大6000MPaの高い圧縮強度と(4～7)×10^5MPaの弾性率を有し、いずれも高速度鋼よりも高い。しかし、曲げ強度は比較的低く、通常は1000～3000MPa程度である。
（3）耐腐食性、耐酸化性に優れています。
硬質合金は一般に、大気腐食、酸、アルカリに対して優れた耐性を示し、酸化されにくいです。
（4）線膨張係数が低い。
硬質合金は線膨張係数が低いため、動作中に安定した形状と寸法を維持します。
（5）成形された製品には追加の機械加工や再研磨は必要ありません。
硬質合金は高硬度で脆いため、粉末冶金成形および焼結後は、更なる切削や再研削は行われません。追加加工が必要な場合は、放電加工、ワイヤーカット、電解研削、あるいは砥石を用いた特殊研削などの方法が用いられます。通常、特定の寸法の硬質合金製品は、工具本体または金型ベースにろう付け、接着、または機械的に固定されて使用されます。
▌ 一般的な硬質合金の種類
一般的な硬質合金の種類は、組成と性能特性に基づいて、タングステン-コバルト合金、タングステン-チタン-コバルト合金、タングステン-チタン-タンタル（ニオブ）合金の3つのカテゴリーに分類されます。製造において最も広く使用されているのは、タングステン-コバルト合金とタングステン-チタン-コバルト合金です。
（1）タングステンコバルト硬質合金：
主成分は炭化タングステン（WC）とコバルトです。合金のグレードは「YG」というコードに続いてコバルト含有量の割合で示されます。例えば、YG6はコバルト含有量が6%、炭化タングステン含有量が94%のタングステン-コバルト硬質合金であることを示します。
（2）タングステン-チタン-コバルト硬質合金:
主成分は炭化タングステン（WC）、炭化チタン（TiC）、コバルトです。合金種は「YT」というコードに炭化チタンの含有量の割合を付して表されます。例えば、YT15は炭化チタン含有量が15%のタングステン-チタン-コバルト硬質合金であることを示します。
（3）タングステン-チタン-タンタル（ニオブ）硬質合金：
このタイプの硬質合金は、万能硬質合金または多用途硬質合金とも呼ばれます。主な成分は、炭化タングステン（WC）、炭化チタン（TiC）、炭化タンタル（TaC）、または炭化ニオブ（NbC）、そしてコバルトです。グレードは「YW」（中国語で「硬い」と「万能」を意味する「Ying」と「Wan」の頭文字）で表され、その後に数字が続きます。
▌ 硬質合金の用途
（1）切削工具材料:
硬質合金は、旋削工具、フライス、プレーナー刃、ドリルなどの切削工具材料の製造に広く使用されています。タングステンコバルト硬質合金は、鋳鉄、鋳真鍮、複合木材などの鉄系および非鉄金属の短切削片加工に適しています。タングステンチタンコバルト硬質合金は、鋼などの鉄系金属の長切削片加工に適しています。これらの合金の中で、コバルト含有量が多いものは荒加工に適しており、コバルト含有量が少ないものは仕上げ加工に適しています。汎用硬質合金は、ステンレス鋼などの難削材の加工において、工具寿命が大幅に長くなります。
（2）金型材料:
硬質合金は、冷間引抜金型、冷間スタンピング金型、冷間押し出し金型、冷間圧造金型の材料としてよく使用されます。
硬質合金冷間圧造用ダイスは、衝撃または強い衝撃条件下で摩耗にさらされます。求められる主要な特性は、優れた衝撃靭性、破壊靭性、疲労強度、曲げ強度、そして優れた耐摩耗性です。通常、コバルト含有量が中程度から高い合金と、粒度が中程度から粗い合金が選択されます。一般的な合金種にはYG15Cなどがあります。
一般的に、硬質合金材料においては、耐摩耗性と靭性の間にはトレードオフの関係があります。耐摩耗性を向上させると靭性は低下し、靭性を高めると必然的に靭性は低下します。
選択した銘柄が使用中に早期にひび割れや損傷が発生しやすい場合は、より靭性の高い銘柄を選択するのが適切です。選択した銘柄が使用中に早期に摩耗や損傷が発生しやすい場合は、より硬度が高く、耐摩耗性に優れた銘柄を選択するのが適切です。左からYG15C、YG18C、YG20C、YL60、YG22C、YG25Cのグレードは、硬度が低いほど耐摩耗性が低下し、靭性が向上します。逆に、硬度が低いほど耐摩耗性が低下し、靭性が向上します。
（３）測定工具および耐摩耗部品
炭化タングステンは、測定工具の研磨面インレイや部品、研削盤の精密ベアリング、センターレス研削盤のガイドやガイドバー、旋盤センターなどの耐摩耗部品に使用されます。
投稿日時: 2023年8月2日
