工具用合金鋼|工具に使われる炭素鋼合金

工具用合金鋼

工具用合金鋼とは、硬度、粘度、耐摩耗性が求められる工具に特化した合金である。一般的な炭素鋼は焼入れ性が低いため、肉厚の工具には向いていないため、炭素合金を使い、特定の機械的性質を添加する。工具用合金鋼は、炭素鋼に炭素を多い炭素工具鋼(SK)、Ni、Mn、Cr、W、V、Mo、Siなどの元素を添加し、SK材の焼入れ性を高めた合金工具鋼(SKS:steel kougu special)、ダイス用工具鋼(SKD:steel kougu dies)、鍛造用工具鋼(SKT:steel kougu tanzou)などの種類がある。

切削用工具用合金鋼

切削用工具用合金鋼(JIS記号:SKS)は、切断を目的としてた工具全般に用いられる。0.75~1.50%程度の炭素(C)に、クロム(Cr)やタングステン(W)を加えて、硬さと耐摩耗性を向上させたものである。旋盤で用いられるバイトや丸のこ、帯のこなどの切削工具に用いられる。

切削用工具用合金鋼の例

  • 冷間引抜ダイス
  • ねじ切りダイス
  • ペンチ
  • タップ
  • ナイフ
  • ドリル
  • フライス
  • バイト(旋盤)
  • ホブ
  • カッタ
  • のこ
  • やすり

金型用工具用合金鋼

鍛造やプレス加工で用いられる金型に用いられる工具用合金鋼には、冷間金型用(SKS、SKD)と熱間金型用(SKD、SKT)がある。いずれもモリブデン(Mn)やクロム(Cr)などを加えて耐摩耗性を向上させている。熱間金型用は、炭素(C)を0.25~0.50程度まで減らすことで、高温でのひび割れなどを防いでいる。熱によって軟化して磨耗が進行する。

冷間金型用の例

  • ゲージ
  • シャー刃
  • 抜き型
  • 線引きダイス
  • ねじ転造ダイス

熱間金型用の例

  • 押出ダイス
  • プレス型
  • ダイカスト型
  • ダイブロック

耐衝撃用合金鋼

耐衝撃用に用いられる工具用合金鋼は、硬度に加えて、靭性が必要とされる工具である。0.35~1.10%程度のCに、クロム(Cr)やタングステン(W)、バナジウム(V)などを加えて、焼入れによって表面を硬くしたものであり、たがねやポンチなど、衝撃を受ける工具に用いられる

耐衝撃用合金鋼の例

  • たがね
  • ポンチ
  • ハンマ
  • スパナ
  • 刻印
  • 削岩機用ピストン
  • ヘッディングダイス

鋼炭素工具鋼

鋼炭素工具鋼(SK:steel kougu)の炭素(C)(%)は0.6~1.5%で、合金元素は含まず、P、Sの少ない良質の高炭素鋼である。常温で使用される工具用として使われる。焼入れ処理をするが、焼入れ温度はSK1からSK6までは過共析鋼(Ac1)、SK7は亜共析鋼だからAc3のそれぞれ直上になる。焼入れ後は低温熱戻しが行われる。

炭素工具鋼の化学成分 JIS G 4401

炭素工具鋼の化学成分 JIS G 4401

合金工具鋼

合金工具鋼は、炭素鋼より、焼入性が必要で、靭性を付与する工具に用意られる。JISでは用途別にSKS、あるいはSKD、SKTから始まる。

合金工具の種類

合金工具の種類

高速度工具鋼

高速度工具鋼は、高速回転に耐えうる工具鋼を作るため、タングステン(W)やモリブデン(Mo)を加えて、硬度を保ったまま、耐摩耗性を向上した工具鋼である。一般にはハイス(ハイスピードスチール)とよばれる。タングステン(W)系高速度鋼と、モリブデン(Mo)高速度工具鋼に大分される。タングステン(W)系高速度鋼は、硬度や耐摩耗性に優れ、さらにコバルト(Co)を加えると性能が高くなる。一方で、タングステン(W)を減らしてモリブデン(Mo)やバナジウム(V)を加えたモリブデン(Mo)もあり、高温時の硬度は劣るものの、粘り強さに優位に立つ。

  • W系(SKH2~10):硬さと耐摩耗性を重視したバイトに用いられる
  • Mo系(SKH51~57):靭性を重視したドリルやタップに用いられる

超硬合金

超硬合金は、高速度工具鋼に比べて常温での硬さに優れ、高温域での使用においても硬度の低下は限定的な素材である。

炭化タングステン

炭化タングステン(WC)は、タングステンカーバイドとも呼ばれ、コバルト(Co)を結合剤として固めたものである。融点が2900°Cと高温であるため、金属粉末をプレスした後、焼き固める粉末治金法で製造される。