超硬合金工具材料の分類と性能

1. 硬度超硬合金は、WC、TiCなどの硬質炭化物（炭化物）を大量に含んでいるため、高速度鋼よりもはるかに高い硬度を有しています。超硬合金の硬度が高いほど耐摩耗性が向上し、一般的に高速度鋼よりもはるかに高い耐摩耗性を示します。

コバルト結合相の含有量が多いほど、合金の硬度は低くなります。

TiCはWCよりも硬いため、WC-TiC-Co合金はWC-Co合金よりも硬度が高くなります。TiC含有量が多いほど、硬度は高くなります。

WC-Co 合金に TaC を追加すると硬度が約 40 ～ 100 HV 増加し、NbC を追加すると硬度が 70 ～ 150 HV 増加します。

2.強度超硬合金の曲げ強度は高速度鋼材の1/3～1/2程度しかありません。

コバルトの含有量が多いほど、合金の強度が高くなります。

TiC を含む合金は TiC を含まない合金よりも強度が低く、TiC の含有量が多いほど強度は低くなります。

WC-TiC-Co超硬合金にTaCを添加すると、曲げ強度が向上し、刃先の欠けや破損に対する耐性が大幅に向上します。TaC含有量の増加に伴い、疲労強度も向上します。

超硬合金の圧縮強度は高速度鋼より 30 ～ 50% 高くなります。

3. 靭性超硬合金の靭性は高速度鋼に比べてはるかに低いです。

TiC を含む合金は TiC を含まない合金よりも靭性が低く、TiC の含有量が増えると靭性は低下します。

WC-TiC-Co 合金では、適量の TaC を添加することで、耐熱性、耐摩耗性を維持しながら靭性を約 10% 向上させることができます。

超硬合金は靭性が低いため、衝撃や振動が強い条件、特に凝着や欠けがひどくなる低速切削には適していません。

4.熱的物理的性質超硬合金の熱伝導率は高速度鋼の約2～3倍です。

TiCの熱伝導率はWCよりも低いため、WC-TiC-Co合金はWC-Co合金よりも熱伝導率が低くなります。TiC含有量が多いほど、熱伝導率は低下します。

5. 耐熱性超硬合金は高速度鋼よりもはるかに高い耐熱性を持ち、高温での塑性変形に対する耐性が良好で、800～1000℃での切削が可能です。

TiCを添加すると高温硬度が向上します。TiCの軟化温度はWCよりも高いため、WC-TiC-Co合金の硬度はWC-Co合金よりも温度による低下が緩やかです。TiCの含有量が多く、コバルトの含有量が少ないほど、硬度の低下は小さくなります。

TaC または NbC (TiC よりも軟化温度が高い) を追加すると、高温硬度と強度がさらに向上します。

6. 耐凝着性超硬合金の凝着温度は高速度鋼よりも高いため、凝着摩耗に対する耐性が優れています。

コバルトと鋼の接着温度は WC よりもはるかに低く、コバルトの含有量が増えると接着温度は低下します。

TiCの接着温度はWCよりも高いため、WC-TiC-Co合金はWC-Co合金よりも接着温度が高くなります（約100℃高くなります）。切削中に高温で生成されるTiO2は、接着力を低下させます。

TaCとNbCはTiCよりも凝着温度が高く、耐凝着性が向上します。TaCと被削材との親和性は、WCの数分の1から数十分の1程度です。

7. 化学的安定性超硬合金工具の耐摩耗性は、作業温度における物理的および化学的安定性と密接に関係しています。

超硬合金の酸化温度は高速度鋼よりも高くなります。

TiC の酸化温度は WC よりもはるかに高いため、WC-TiC-Co 合金は WC-Co 合金よりも高温での酸化重量の増加が少なくなります。つまり、TiC が多いほど、耐酸化性が強くなります。

TaCの酸化温度もWCよりも高く、TaCとNbCを混合した合金は高温酸化に対する耐性が向上します。しかし、コバルト含有量が多いと酸化されやすくなります。