工具鋼の硬さは？硬さと靭性のバランス

熱処理後、工具鋼の硬度は 50～70HRC焼きなまし状態では、工具鋼の硬度は通常 150～250 HB、その後の機械加工が容易です。その正確な硬度は、工具鋼の種類と熱処理によって異なります。

工具鋼は優れた硬度が特徴で、切削工具、金型、その他の高性能用途に最適です。SteelPro Group では、焼きなまし状態と事前硬化状態の両方で工具鋼を提供することに特化しています。

工具鋼はどれくらい硬いですか?

工具鋼は、軟鋼や構造用鋼よりもはるかに硬いです。高圧や摩耗下での切断や成形などの厳しい作業には、この硬度が必要です。工具鋼は高性能であるため、加工性を高めるために、通常は焼きなまし状態で加工されます。硬度が高いため、適切に焼き入れしないと脆くなることもあります。 

工具鋼の硬度に影響を与えるものは何ですか？

炭素および合金元素

工具鋼の炭素レベルが高いと、硬い炭化物が形成され、耐摩耗性と全体的な硬度が向上します。クロム、タングステン、モリブデンなどの合金元素は、鋼の微細構造を改良し、炭化物の形成を促進することで、硬度をさらに高めます。

これらの元素は靭性と耐熱性も向上させ、工具鋼を要求の厳しい用途に適したものにします。

熱処理プロセス

工具鋼の熱処理は、さまざまな用途に合わせて硬度を変更するために不可欠です。主なプロセスは次のとおりです。

アニーリング

この状態では、鋼の硬度は低くなり、通常は 150～250 HB 程度になります。

焼きなましは鋼の内部構造を緩和し、応力を軽減して成形や機械加工を容易にします。また、焼きなましは鋼の延性も向上させます。これは硬化やさらなる加工を行う前に重要です。

硬化

硬化および焼入れの過程で、工具鋼は硬くて脆い微細構造であるマルテンサイトを形成し、硬度が 50～70 HRC 以上に増加します。

• 水冷: 水中での冷却は非常に速く、通常 55～70 HRC 程度の非常に硬い鋼が生成されますが、急速な冷却により亀裂が生じる可能性があります。
• 油焼入れ: 油での冷却は水よりも遅く、硬度がわずかに低くなりますが、割れるリスクを減らしながら硬い鋼を作ります。
• 空気焼入れ: この方法では、空気を使用して鋼をゆっくり冷却し、割れのリスクが少なく、通常 50～60 HRC 程度の適度な硬度を実現します。

焼き戻し

焼き戻しは、硬いマルテンサイト構造をより安定した構造に変化させることで脆さを軽減します。このプロセスにより内部応力が緩和され、鋼の強度を保ちながら割れにくくなります。これにより鋼はより強靭になり、要求の厳しい用途でも使用できるようになります。

さまざまな工具鋼の種類の硬度

工具鋼は、熱処理と性能特性に基づいて 6 つの主なタイプに分けられます。各タイプには、さまざまな段階での一般的な硬度範囲があります。以下は、各タイプの硬度データの要約です。

最も硬いタイプの工具鋼は何ですか?

最も硬い工具鋼は 高速度鋼（HSS）、 特に Mシリーズ そして Tシリーズ 鋼。これらの鋼は、硬度レベルに達することができます 65～70HRC耐摩耗性に優れ、高温にも耐えられるため、ドリルビットやフライスカッターなどの切削工具に最適です。

工具鋼の硬度をテストする方法は?

工具鋼の硬度を確認したい場合は、次の方法をお勧めします。

ロックウェル硬度計を使用する

最も一般的な方法です。ダイヤモンドまたは鋼球を鋼の表面に押し付け、くぼみの深さを測定します。工具鋼の場合は HRC が使用されます。

ブリネル硬度計を使用する

大きな鋼球でくぼみを作り、その大きさを測って硬度を判定する。

ビッカース硬度計を使用する

ダイヤモンドピラミッドインデンターを鋼に押し付け、顕微鏡でくぼみのサイズを測定します。小さなサンプルや薄いサンプルに最適です。

工具鋼の硬度と靭性のバランス

鋼が硬すぎると脆くなり、圧力がかかると壊れてしまいます。では、工具鋼はどのようにして硬度と靭性のバランスを取っているのでしょうか?

鍵となるのは 炭素含有量. 工具鋼 低炭素、 のように H13は、ほとんどの用途に十分な硬さを保ちながら、丈夫で破損にも耐えることができます。

また、 合金元素 のように クロム そして モリブデン 鋼を脆くすることなく、強度と耐熱性を向上させます。これらの元素は、鋼をストレスに耐えるほど強靭に保ちながら、摩耗に耐える硬い炭化物を形成するのに役立ちます。

さらに、焼き戻しはこれらの特性のバランスをとるのにも役立ちます。

工具鋼に適した硬度を選択する

工具鋼の適切な硬度を選択することは、それがニーズに十分対応できるようにする上で重要です。次に、鋼を何に使用するかを検討します。

• 切削工具（ドリル、刃物など）: 切れ味を保つ必要がある工具には、硬度が約 60～70HRC （ハイスピードスチールなど）。
• 金型用: 圧力を受ける金型やダイス用の鋼材が必要な場合は、硬度が 55～65HRC （冷間工具鋼など）。
• インパクトツール（ハンマー、パンチなど）: 鋼材が大きな衝撃を受ける場合は、硬度は低くても靭性が高い鋼材を選びます。 50～60HRC （耐衝撃工具鋼など）。

まだどれを選べばよいか分からない場合は、お気軽にお問い合わせください。お客様のニーズに最適な工具鋼を選ぶお手伝いをいたします。

当社の工具鋼ソリューションとサービス

SteelPro Groupは、M2高速度鋼などのグレードを含む幅広い工具鋼を提供しています。 D2 冷間工具鋼、S7耐衝撃鋼も取り扱っています。また、お客様のニーズにぴったり合う機械加工サービスも提供しており、熱処理や焼き戻しもお手伝いいたします。

仕事に最適な材料を見つけるお手伝いをいたします。