超硬合金とは
読み: ちょうこうごうきん
超硬合金とは、炭化タングステンなどの硬質粒子を、コバルトを結合材として焼き固めた複合材料であり、切削工具の刃先材として広く使われる高硬度・高耐摩耗性の材料である。
概要
超硬合金は、炭化タングステン（WC）という非常に硬い粒子を、コバルトという金属で結合し、高温で焼き固めて作られる。焼結という粉末冶金の一種の工程を経るため、鋳造や圧延で作る鋼材とは製法が根本的に異なる。
炭化タングステンの割合やコバルトの比率、粒子の大きさを変えることで、硬度・耐摩耗性と靭性のバランスを調整でき、用途に応じた多数のグレードが存在する。
ハイス鋼との違い
工具材料として比較されるハイス鋼（高速度工具鋼）は、鋼を熱処理して硬度を出す金属材料であるのに対し、超硬合金は硬質粒子を結合した複合材料であり、成り立ちが異なる。
超硬合金はハイス鋼より高い硬度・耐摩耗性を持ち、高速・高能率な切削に向くが、靭性は低く衝撃に弱い。BTA加工やガンドリル加工のように高い切削速度と長時間の連続稼働が求められる刃先には超硬合金が使われ、衝撃を受けやすい細径工具の一部にはハイス鋼が使われるなど、用途によって使い分けられている。
深穴加工での役割
BTAヘッドやガンドリルの刃先には、超硬合金製のチップ（インサート）が使われることが多い。深穴加工は工具が長時間・高速で回転し続けるため、刃先の耐摩耗性が加工の安定性と工具寿命を大きく左右する。
刃先グレードの選定は、加工材質（炭素鋼、ステンレス鋼、難削材など）によって変える必要があり、材質に合わないグレードを使うと工具摩耗が早く進んだり、逆に欠けが生じたりする。
扱い上の注意点
超硬合金は硬度が高い反面、衝撃や急激な負荷に弱く、欠けや割れが起きやすい。工具の取り扱いやワークのチャッキング精度、切込みの急変を避けることが工具寿命に直結する。
また、超硬合金の粉じんにはコバルトが含まれるため、研削・再研磨工程では集じん対策が必要になる。工具の製造・再研磨は専門の設備を持つ業者で行うのが一般的である。
よくある誤解
✕ 超硬合金は硬いので、ハイス鋼よりあらゆる点で優れている。
○ 硬度・耐摩耗性は優れるが靭性は低く、衝撃に弱いという弱点がある。振動や衝撃を受けやすい加工条件ではハイス鋼の方が工具寿命を保ちやすい場合がある。
✕ 超硬合金は鋼材の一種であり、熱処理で硬度を上げている。
○ 超硬合金は炭化タングステンをコバルトで結合した粉末冶金材料であり、鋼の熱処理とは全く異なる焼結という製法で作られる。鋼材の仲間ではない。
✕ どんな加工材質にも同じ超硬グレードの工具を使ってよい。
○ 加工材質（炭素鋼、ステンレス鋼、難削材等）によって適したグレードが異なる。材質に合わないグレードを使うと工具摩耗の急増や刃先の欠けにつながる。
よくある質問
超硬合金とハイス鋼はどちらが工具寿命が長いですか。+
超硬工具は再研磨できますか。+
深穴加工用の工具にはどんな超硬グレードが使われますか。+
関連用語
出典
- 一般的な超硬合金（WC-Co系）の特性に関する工学的知見
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