特定の用途において炭化物が鋼鉄より優れているのはなぜですか?
炭化物は、高硬度や耐摩耗性などのユニークな特性を備えているため、特定の用途では鋼鉄よりも好まれる選択肢となります。
このブログ記事では、炭化物と鋼の主な特性について説明し、情報に基づいた決定を下せるようお手伝いします。
炭化物とは
炭化物は、炭素と電気陰性度の低い元素（典型的には金属）の化合物です。一般的な炭化タングステン（炭化タングステン）は、タングステンと炭素を組み合わせたものです。炭化物は、極めて高い硬度、高い融点、そして優れた耐摩耗性で知られています。これらの特性により、炭化物材料は切削工具や研磨材に最適です。
鋼とは何か
鋼は主に鉄と炭素からなる合金で、炭素含有量は通常0.2%から2.1%です。工具鋼の一種である高速度鋼（HSS）には、タングステン、モリブデン、バナジウムなどの合金元素が添加されていることがよくあります。鋼は強度、靭性、延性のバランスに優れており、様々な用途に使用できます。
特性の比較
硬度
タングステンカーバイドタングステンカーバイドは硬度において鋼よりもはるかに優れています。超硬工具の硬度は通常85～95HRAです。
鋼鉄高速度鋼（HSS）工具の硬度は62～65HRCです。この優れた硬度により、超硬合金はより鋭い切れ味を長期間維持し、より硬い材料をより効率的に加工することができます。
靭性
鋼鉄一般的に、鋼は超硬合金に比べて靭性に優れています。高速度鋼は衝撃靭性が0.18～0.32MJ/m²と高く、欠けや破損に対する耐性が優れています。
炭化物: 炭化物はセラミック材料であるため、硬度は高いものの、脆く、衝撃を受けると破損しやすくなります。
耐摩耗性
炭化物超硬合金は鋼に比べて優れた耐摩耗性を示します。高い硬度と微細組織中の硬質炭化物粒子の存在がこの特性に寄与しています。超硬工具は、特に研磨材の加工において、切れ味と寸法安定性を長期間維持します。
耐熱性
タングステンカーバイドタングステンカーバイドは鋼よりも耐熱性に優れています。超硬工具は800～1000℃の温度でも硬度と切削効率を維持できます。この優れた耐熱性により、超硬工具はより高い切削速度で作動します。
鋼鉄高速度鋼工具の硬度は、500℃を超える温度で著しく低下し始めます。
超硬合金と鋼の違い
| プロパティ | 炭化物 | 鋼鉄 |
|---|---|---|
| 硬度 | 85～95 HRA（69～81 HRC） | 高速度鋼の場合、62～65 HRC |
| 靭性 | 靭性が低く、脆い | 靭性が高く、脆くない |
| 耐摩耗性 | 優れた耐摩耗性 | 耐摩耗性は良好だが、炭化物より劣る |
| 耐熱性 | 800～1000℃まで硬度を維持 | 500～600℃を超えると硬度が失われます |
| 切削速度 | 鋼鉄より4～7倍速い | 超硬合金よりも切削速度が低い |
| 工具寿命 | 鋼製工具の5～80倍の耐久性 | 超硬工具よりも寿命が短い |
| 費用 | もっと高い | 炭化物よりも安価 |
| 代表的なアプリケーション | 切削工具、採掘工具、摩耗部品 | 切削工具、ドリルビット、一般工具 |
よくあるご質問
炭化物と鋼鉄をどうやって見分けますか?
カーバイドは鋼鉄よりも濃い灰色です。重く、硬いです。磁石でテストすると、カーバイドは磁力が弱いことがわかります。カーバイドは研磨すると短くオレンジ色の火花を散らしますが、鋼鉄はより長く明るい火花を散らします。カーバイドは鋼鉄よりも脆く、欠けたり割れたりすることがあります。
炭化物は鋼鉄の一種ですか？
いいえ、炭化物は鋼鉄の一種ではありません。 炭化物は炭素の化合物である 金属、通常はタングステン。鋼は鉄と炭素の合金です。炭化物は鋼よりも硬く、脆いです。
まとめ
超硬合金と鋼鉄は、それぞれ異なる特性と用途を持つ貴重な素材です。超硬合金は耐摩耗性と硬度に優れ、鋼鉄は強度、靭性、そして汎用性を備えています。
超硬合金と鋼のどちらを選ぶかは、用途の具体的な要件によって異なります。選択にあたっては、耐摩耗性、耐衝撃性、コストなどの要素を考慮してください。
材料の選択に関する個別の推奨事項については、資格のあるエンジニアまたはサプライヤーにご相談ください。
