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「パイプマナブ」シリーズ
パイプ曲げや製造、ものづくりにおいての基礎知識を初歩から学んでいこうという記事になります。


工具材質 / 工具鋼 【パイプマナブ vol.91】
パイプマナブ51 で切削工具について学びました、今回はその材質にクローズアップします

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▶▶▶工具材質 / 工具鋼▶▶▶

【硬度と靭性】
工具材質に求められることは効率よく対象物を加工できること、工具自身が長持ちするなど。
高い温度に耐えることを求められる場合もあります。

特に重要視されるのが材質の硬度と靭性です。それぞれはどういう特徴があるのか

『硬度』
工具の硬さは硬度で表されます、硬度が高い＝硬い。硬いほど摩耗に強く、切れ味が〇
その一方でもろく、衝撃に対しては弱くなる。硬度が高い場合、高速、軽切削向け

『靭性』
ねばり強さを靭性と言う。靭性が高いほど衝撃や振動に強く欠けにくい。
一方で摩耗が速い傾向が出てきます。靭性がある場合、荒加工( 重切削) や断続切削向け


【工具材質と特徴】
被加工材や製作物によって材質を変えて使用するのが一般的です、
靭性と高度の関係は以下の並び順になります。硬いものは割れやすい

靭性高 ◀ 炭素工具鋼 / 合金工具鋼 / ハイス / 超硬合金 / サーメット / セラミックス / CBN / PCD ▶硬度高

■ 炭素工具鋼 : SK
主に炭素を含む鋼で、ハンマーやのこぎりなど原始的な工具に使用される。
SK 材のS はSteel、K はKougu( 工具) のことを指します。
〇メリット ： 加工が比較的容易、コストが低い
×デメリット ： 耐摩耗性や耐熱性が低く、軟らかい

■ 合金工具鋼 : SKS
炭素工具鋼材にW（タングステン）、Cr（クロム）、Mo（モリブデン）、V（バナジウム）などを添加し
耐摩耗性、耐衝撃性などを高めた材料です。
〇メリット ： (SK 材に比べ) 各種性能が高くなっている
×デメリット ： 高温下では硬度が低下する

■ 高速度工具鋼 : ハイス
鋼にクロムやタングステンなどを加え「SKH」で記される。
耐熱性が高く、高速加工が可能なためハイスピード鋼と呼ばれる。金型の材料に使われる
〇メリット ： 安価、粘りがありかつ硬度にも優れる
×デメリット ： 超硬合金と比較すると耐熱性などに劣る

■ 超硬合金（超硬工具）
タングステンにコバルト粉末を加え、粉末冶金で焼き固めた材質です。
航空機部品などの難削材に使用するマシニングセンタの高速加工などに使用される。
〇メリット ： （対ハイス）加工精度高、工具寿命が長い
×デメリット ： 一方で振動に弱く欠けやすい

■サーメット
炭化チタンをニッケル、モリブデンで焼き固めた材質。
超硬合金とセラミックスの中間の性能です。刃先に切粉が溶着しにくく、光沢のある仕上げ向け
〇メリット ： ( 超硬合金と比較) 硬度、耐熱性が高い
×デメリット ： ハイス以上に刃先が欠けやすい

■セラミックス
酸化アルミニウム( アルミナ) を焼結したもので、焼き入れ後の鋼材の加工も可能なほどの硬さを誇る。
耐熱性が1000℃以上でこちらも仕上げ向けです。
〇メリット ： 高硬度の素材を削ることができる
×デメリット ： 一方で靭性に乏しく刃先が脆い

■CBN（人工ダイヤモンド）
窒素とホウ素を粉末冶金加工したもの、立方晶窒化ホウ素。
ダイヤが苦手な鉄系の加工に非常に強い。ダイヤモンドに次ぐ硬さで耐熱温度が1300℃ある
〇メリット ： 精度が出しやすく、非常に硬度に優れる
×デメリット ： 高コストである、硬度が高いゆえに割れに弱い

■PCD（焼結ダイヤモンド）
人造ダイヤモンドの粉末を、金属やセラミックスと一緒に焼き固めたもの。
ダイヤそのものよりは靭性が高く、アルミニウムなどの切削に向いている。
〇メリット ： 長寿命、耐摩耗性◎、あらゆる力に強い
×デメリット ： 鉄系に化学反応するため使用ができない

CHECK☞
PCD は人造ダイヤモンドですが、 性質はダイヤモンドと同じです。
鉄は炭素を吸収する性質がありPCD が鉄に吸収されてしまう可能性があるため、使用ができません。

まとめ：
金型や切削工具ではどの素材が使われて、またそれにさらなるコーティングの加工がされます。
自社で使われる工具はどれに当てはまるか確認を


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