タングステン鋼とタングステンカーバイドの主な違いを理解する

はじめに

タングステン鋼とタングステンカーバイドは、名前が似ていることと、どちらも頑丈で高性能な用途に使用されるため、よく混同されます。ただし、それらは異なる業界に適した独特の特性、化学組成、特性を持っています。この記事では、これら 2 つの材料を詳しく掘り下げ、その違い、用途、および特定の用途で一方が他方よりも選択される理由を探ります。

1.タングステン鋼とは何ですか?

高速度鋼 (HSS) とも呼ばれるタングステン鋼は、タングステンと鉄合金に、炭素、クロム、バナジウム、モリブデンなどの他の元素をさまざまな量で配合したものです。主成分であるタングステンは、硬度、融点が高く、耐久性があることで知られており、鋼の耐摩耗性や耐熱性が向上します。

タングステン鋼の組成:
タングステン (W): 通常、合金の約 18 ～ 20% を構成し、硬度と耐熱性に貢献します。

鉄（Fe）：母材となる。

クロム (Cr): さらなる耐食性を提供します。

バナジウム (V): 合金の靭性を向上させます。

モリブデン（Mo）：高温強度を高めます。

タングステン鋼の特性:
硬度: タングステン鋼は炭化タングステンほど硬くはありませんが、耐久性と耐摩耗性に優れています。

耐熱性: この材料は高温でもその特性を維持するため、熱を発生する機械加工プロセスで役立ちます。

靭性: タングステン鋼は、破損することなく高い応力やひずみに耐えることができるため、長寿命が得られます。

機械加工性: タングステンカーバイドと比較して、タングステン鋼は機械加工や形状加工が容易です。

タングステン鋼の用途:
切削工具: ドリル、鋸刃、フライスなど。

ツーリング機器: 航空宇宙や自動車などの業界で高強度材料の加工に使用されます。

産業機械：高速動作と耐熱性が要求される部品。

2. 炭化タングステンとは何ですか?

炭化タングステン (WC) は、タングステンと炭素から作られる化合物です。ダイヤモンドに次いで地球上で最も硬い物質の一つとして知られています。炭化タングステンの特性により、鉱山や製造の工具など、耐摩耗性と硬度が重要な用途に最適です。

炭化タングステンの組成:
タングステン (W): 通常、化合物の 80 ～ 90% を占めます。

炭素 (C): 残りの 10 ～ 20% はタングステンと結合して炭化物化合物を形成します。

炭化タングステンの特性:
非常に高い硬度: タングステンカーバイドは非常に硬く、ダイヤモンドに近い硬度レベルを備えているため、切断、研削、穴あけに優れています。

耐摩耗性: 優れた硬度と耐摩耗性により、衝撃や摩耗の激しい環境に適した素材です。

脆性: 炭化タングステンは非常に硬いですが、タングステン鋼よりも脆いです。この脆さにより、極度の応力や衝撃が加わると亀裂が入ったり、砕けたりしやすくなります。

密度: タングステンカーバイドは密度が非常に高いため、重量が重要な用途 (カウンターウェイトやバラストなど) に最適です。

炭化タングステンの用途:
切削工具：工業用ドリル、エンドミル、リーマ、インサートなどに使用されます。

鉱業および石油掘削: 炭化タングステンは、耐摩耗性があるため、鉱業や石油採掘のドリルビットや工具に広く使用されています。

航空宇宙および軍事: ジェット エンジンの部品、徹甲弾、耐久性と硬度が必要なその他の特殊部品の製造に使用されます。

ジュエリー: 炭化タングステンは耐傷性と硬度が高いため、結婚指輪やその他のジュエリーに人気があります。

3. タングステン鋼とタングステンカーバイドの主な違い

タングステン鋼とタングステンカーバイドのそれぞれの特性を理解したところで、さまざまな要素を比較してみましょう。

硬度
タングステン鋼: タングステン鋼は硬いですが、炭化タングステンほど硬くありません。その硬度により、多くの工業用途に適していますが、純粋な硬度の点では炭化タングステンに匹敵することはできません。

炭化タングステン: 人類に知られている最も硬い材料の 1 つである炭化タングステンは、タングステン鋼と比較して硬度がはるかに優れています。その硬度により、摩耗や衝撃の多い用途でも優れた性能を発揮します。

脆さ
タングステン鋼: タングステン鋼は、炭化タングステンと比較して柔軟性と延性に優れています。この柔軟性により、破損することなくより多くの応力を吸収できます。

炭化タングステン: 炭化タングステンは非常に硬いですが、より脆く、強い衝撃や応力がかかると割れやすくなります。

密度
タングステン鋼: タングステン鋼は、炭化タングステンよりも密度が低いため、場合によっては軽量で取り扱いが容易になります。

炭化タングステン: 炭化タングステンは密度が非常に高いため、カウンターウェイトやバラストなど、高い重量や質量を必要とする用途に有利です。

被削性
タングステン鋼: タングステン鋼は、非常に硬いため加工が難しい炭化タングステンに比べて機械加工が容易です。

炭化タングステン: 炭化タングステンはその硬度により機械加工が難しく、多くの場合、成形と仕上げに特殊な装置とプロセスが必要です。

コスト
タングステン鋼: タングステン鋼は通常、炭化タングステンよりも安価であるため、多くの産業用途にとってコスト効率の高い選択肢となります。

炭化タングステン: 炭化タングステンは、硬度、密度、耐摩耗性に優れているため、はるかに高価です。

4. 用途に適した材料の選択

タングステン鋼とタングステンカーバイドはどちらも独自の利点があり、さまざまな用途に適しています。 2 つのどちらかを選択する場合は、次のような要素を考慮することが重要です。

用途の種類: 硬質材料の切断、研削、穴あけには、多くの場合、炭化タングステンが適しています。柔軟性と靭性がより重要な一般的な産業用工具の場合、タングステン鋼が有力な選択肢となります。

耐衝撃性: アプリケーションに多くの衝撃やストレスがかかる場合は、靭性と衝撃吸収能力の点でタングステン鋼の方が優れている可能性があります。

耐摩耗性: 極度の磨耗や磨耗に耐えられる材料が必要な場合、炭化タングステンは比類のないものです。

コスト Considerations: Tungsten steel offers a more cost-effective solution when budget is a concern, while tungsten carbide is more expensive but offers superior performance in high-stress environments.

5. 結論

タングステン鋼とタングステンカーバイドはどちらも現代の産業に不可欠であり、それぞれが優れています。タングステン鋼は、硬度、靱性、機械加工性のバランスが取れた汎用性の高い材料であり、一般的な工具や高速作業に最適です。一方、炭化タングステンは比類のない硬度と耐摩耗性を備えているため、耐久性、衝撃性、摩耗性の高い環境に適した材料となっていますが、脆さとコストの高さがトレードオフになります。

これら 2 つの材料の特性と違いを理解すると、特定のニーズに合わせて適切な材料を選択し、ツールやコンポーネントの最適なパフォーマンスと寿命を確保するのに役立ちます。