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原料から知る超硬合金材種の特徴
超硬合金は、炭化タングステン（WC）などの硬質炭化物と、コバルト（Co）やニッケル（Ni）などの金属バインダーを高温で焼結して作られる複合材料です。
このページでは、超硬合金の原料（主成分・結合剤）について解説します。原料の組成や比率によって超硬合金材種の特性がどう変化するのか、ぜひご参照ください。
炭化物を主成分とする
超硬合金の物性
以下では、超硬合金の密度・体積、硬度、強度と靭性、熱伝導性・電気伝導性、熱膨張性といった主要な物性について解説します。
密度・体積について
主成分である炭化タングステン（WC）は、高密度の特性を持つ複合材料です。工具や部品の小型化を可能にし、精密な加工や高い寸法安定性を実現。
密度の違いは合金の組成や製造プロセスにより調整され、用途に応じた特性を引き出すことが可能です。
硬度について
ビッカース硬度（HV）で1,200〜1,800HV（※）に達し、ダイヤモンドに次ぐ高硬度を誇ります。耐摩耗性が高く、切削工具や金型など、過酷な使用環境でも長寿命を実現。
硬度は、WC粒子の粒径や結合相の種類・含有量によって調整されます。
※参照元：日本ハードメタル（https://www.nhm.co.jp/technical_info/whatis/）
強度と靭性について
圧縮強度が約3.0〜6.0GPa（※）と非常に高く、塑性変形に対する抵抗力が強い材料です。一方で、靭性（破壊靭性）は比較的低く、衝撃や急激な荷重変化に対しては脆性破壊のリスクがあります。
結合相の種類や含有量、WC粒子の粒径を調整し、靭性を向上させた材種も開発されています。
※参照元：日本ハードメタル（https://www.nhm.co.jp/technical_info/whatis/）
熱伝導性・電気伝導性について
熱伝導率が約20〜80W/m・K（※）と高く、熱を効率よく拡散させる特性があります。切削工具や金型などで発生する熱を迅速に放散し、熱による変形や摩耗を抑制。
電気伝導性も比較的高いため、放電加工などの電気的な加工方法にも適しています。
※参照元：日本ハードメタル（https://www.nhm.co.jp/technical_info/whatis/）
熱膨張性について
線膨張係数が低く、温度変化による寸法変化が少ない材料です。高精度が求められる金型や精密機器部品などで、温度変化による寸法誤差を抑えられます。
異種材料との組み合わせにおいても、熱膨張差による応力や変形を軽減することが可能です。
超硬合金を使う
メリット・デメリット
高い硬度と耐摩耗性を持つ材料として、金属加工や切削工具、金型などに広く利用されています。以下では、超硬合金を使用する際の主なメリットとデメリットを詳しくご紹介します。
メリット
高硬度による優れた耐摩耗性
超硬合金はその名のとおり非常に硬く、鋼材やステンレスなどの難削材に対しても高い切削性能を発揮します。
耐摩耗性にも優れており、長期間にわたって使用しても摩耗しにくいのが特徴。部品の交換頻度が低下し、トータルの運用コスト削減に貢献します。
高速加工・高精度加工が可能
熱に強く、変形しにくい特性を活かすことで、高速回転での加工や微細精密加工にも対応可能です。自動車部品や精密機器など、高精度が求められる製品に適しています。
加工対象の幅が広い
鉄系材料に限らず、アルミニウム、チタン、ニッケル合金など、様々な素材に対応できる点も強みです。異種材料への対応力は、製品開発や多品種少量生産において大きなメリットとなります。
デメリット
高価格で初期投資がかかる
タングステンやコバルトなどの希少金属を原料としているため、費用が高騰しやすく、製造コストも割高です。
鋼製工具や焼入れ鋼と比較すると価格が高くなる傾向があり、導入時には初期費用の負担が課題となるケースがあります。
衝撃に弱く欠けやすい
硬度が非常に高い一方で、靭性には限界があり、急激な衝撃や曲げには脆くなる特性を持ちます。高所からの落下や、予期せぬ過負荷がかかると割れや欠けが生じやすいため、慎重な取り扱いが求められます。
使用条件によっては、破損によるコスト増加につながる可能性もある点に注意が必要です。
加工が難しく、
修理・再研磨に制限がある
超硬合金は非常に硬いため、加工には専用の機械や高度な技術が必要です。再研磨可能な回数には物理的な限界があるため、摩耗や破損が一定以上進行すると新品交換が前提となる場合もあります。
そのため、修理性よりも交換前提の管理体制が求められるケースも少なくありません。
超硬合金材種の組成表
| WC-Co系 | 炭化タングステン（WC）、 コバルト（Co） |
|---|---|
| WC-Ni系 | 炭化タングステン（WC）、 ニッケル（Ni） ※耐食性向上のためにクロム（Cr）を加える場合がある |
| WC-TiC系 | 炭化タングステン（WC）、 コバルト（Co）、 炭化チタン（TiC） |
| WC-Fe系 | 炭化タングステン（WC）、 鉄（Fe） |
超硬合金に使用される原料
炭化タングステン（WC）
超硬合金の骨格を形成する硬質相原料です。ダイヤモンドに近い硬度と優れた耐摩耗性、高い融点を持ちます。
炭化タングステン（WC）の粉末を主成分とし、コバルト（Co）やニッケル（Ni）などの結合剤と混合し焼結することで、実用的な強度と靭性を兼ね備えた「WC基超硬合金」となります。
WC基超硬合金は、炭化タングステンの高い硬度と耐摩耗性を活かし、切削工具や耐摩耗部品などに広く利用されます。
コバルト（Co）
結合剤として使用される金属原料です。炭化タングステン（WC）粒子を強固に結びつけ、緻密な超硬合金組織を形成するために不可欠な役割を担います。
コバルト（Co）を結合剤とする「WC-Co系超硬合金」は、コバルト（Co）の添加量や炭化タングステン（WC）の粒径を調整することで、幅広い硬度と靭性のバランスを得ることが可能です。
優れた靭性を示し、衝撃のかかる用途にも適しています。また、コバルト（Co）は磁性を有するため、WC-Co系超硬合金も磁性を帯びる特徴があります。
ニッケル（Ni）
コバルト（Co）と同様に、超硬合金の結合剤として用いられる金属原料です。特に耐食性や耐酸化性に優れています。コバルト（Co）と比較して、非磁性または磁性が弱いという特徴も持ちます。
ニッケル（Ni）を結合剤とする「WC-Ni系超硬合金」は、優れた耐食性・耐薬品性を示すため、腐食環境下や食品・医療分野など、コバルト（Co）の使用が適さない用途で利用されます。さらに耐食性を向上させる目的でクロム（Cr）などが添加されるケースもあります。
鉄（Fe）
手に入れやすく低コストである点から、超硬合金の結合剤としての利用が研究されている金属原料です。
鉄（Fe）を結合材とする「WC-Fe系超硬合金」は、特にコストパフォーマンスが求められる耐摩耗部品などへの応用が考えられます。
ただし、コバルト（Co）やニッケル（Ni）を使用する場合に比べて焼結性や高温特性、靭性などの点で課題が残るケースがあるため、用途は限定的です。
炭化チタン（TiC）
超硬合金の特性を改質するために添加される、主要な硬質炭化物の一つです。炭化タングステン（WC）には及ばないものの非常に硬く、炭化タングステン（WC）よりも軽量である点が特徴。高温での化学的安定性や耐酸化性に優れています。
「WC-TiC系超硬合金」は、WC-Co系超硬合金に炭化チタン（TiC）を添加したもの。鋼の高速切削時における耐クレーター摩耗性（すくい面摩耗への耐性）や高温硬度が向上するため、鋼用の切削工具などに利用されます。
【業種別】超硬合金メーカー3選
大量生産に対応する
自動車部品・金型メーカー
向け
向け
トーカロイ
引用元：トーカロイ公式HP（https://www.tokaloy.co.jp/）
大型・重量部品を扱う
構造部品メーカー
向け
向け
ノトアロイ
引用元：ノトアロイ公式HP（https://www.notoalloy.co.jp/）
非磁性・クリーン対応が必須な
医療・分析機器メーカー
向け
向け
シルバーロイ
引用元：シルバーロイ公式HP（http://www.silveralloy.co.jp/jp/index.htm）
※参照元：トーカロイ公式HP（https://www.tokaloy.co.jp/proposal）