「材料表に HV1500 と書いてあるが、これは削れるのか」
「タングステンと超硬は同じものなのか、別物なのか」
「硬いのは分かったが、ではどうやって加工すればいいのか」

超硬合金やタングステンを設計に採用しようとすると、必ずこの壁にぶつかります。カタログには硬さの数値が載っていても、その数値が加工現場で何を意味するのかまでは書かれていないためです。

この記事では、タングステン系材料の硬さを数値で一覧化したうえで、「その硬さだと、どの加工方法が使えて、どれが使えないのか」という判断基準まで踏み込みます。書いているのは材料メーカーではなく、実際にこれらの材料へ穴をあけたり形を彫ったりしている加工者側の人間です。カタログには載らない、現場での勘所も添えました。

タングステンと超硬合金は「別物」です

最初に、実務でもっとも多い誤解を解いておきます。「タングステン」と「超硬合金」は同じ材料ではありません。硬さも、加工の難しさも、価格も大きく違います。

弊社にお問い合わせいただく際も、「タングステンの加工をお願いしたい」というご相談の中身が、実際には超硬合金だった（あるいはその逆だった）ということが少なくありません。両者を取り違えると、加工方法の選定も見積金額も大きくずれます。

純タングステン（W）——金属としては硬いが、意外と削れる

純タングステンは、タングステンという元素そのものの金属です。もっとも際立つ特性は融点3,653K（約3,380℃）で、これは全金属中で最高です。密度も19.3 Mg/m³と鉄の約2.5倍あり、手に持つと同じ大きさの鉄とは明らかに違う重さを感じます。

硬さはおおむね HV 300〜500。数値だけ見れば焼入れした鋼（HV 600〜750）より柔らかく、条件を選べば切削もできます。「タングステン＝絶対に削れない」というイメージは、この後に説明する超硬合金と混同されて広まったものです。

ただし削りやすいわけではありません。タングステンは常温では脆く、粘りが乏しいという性質があります。ある温度（脆性－延性遷移温度）を下回ると、力を加えたときに変形せずに割れます。そのため、切削中に工具が食い込んだ瞬間に刃先が欠けるのではなく材料側が欠けることがあります。特に薄肉部・角部・穴の出口では、寸法どおりに削れても縁が欠けてしまう、という失敗が起きます。

超硬合金（WC-Co）——「石を削る」に近い

超硬合金は、炭化タングステン（WC）の粉末を、コバルト（Co）などの結合材で焼き固めた複合材料です。英語では cemented carbide、現場では単に「超硬」と呼ばれます。

主成分である炭化タングステン単体の硬さはHV 2,400〜2,600と非常に高く、これを結合材で固めた超硬合金全体でもHV 1,300〜2,000 程度に達します。ダイヤモンドを除けば、工業材料として最上位に位置する硬さです。

重要なのは、超硬合金が「金属」というより「セラミックスに近い複合材」だという点です。硬い粒が詰まった構造をしているため、切削工具の刃先を当てると、削れる前に刃のほうが負けます。感覚としては、金属を削るのではなく石やガラスを削るのに近いと考えてください。

硬さ数値の完全一覧

実務で比較しやすいよう、タングステン系材料と、身近な鋼材・工具材を同じ表に並べました。数値は材種・メーカー・熱処理条件によって幅があるため、代表的な範囲として記載しています。正確な値は必ず材料メーカーのデータシートをご確認ください。

出典：炭化タングステン・超硬合金の硬さは日本タングステン株式会社ほか各社の公開技術資料、タングステンの物性値は株式会社アライドマテリアル公開データ（融点3,653K、密度19.3Mg/m³）に基づく。鋼材の硬さは JIS 規格および一般的な熱処理条件での代表値。

硬さの単位はなぜ複数あるのか

材料の資料を見ていると、HV・HRC・HRA・HBW と単位が入り乱れて出てきます。これらは別の測り方をした結果であり、そのまま比較することはできません。

実務で使う換算の目安

厳密な換算式は存在せず、JIS でも参考値として扱われますが、現場では次の対応関係を目安にしています。

換算値は JIS Z 2244 等の対応表に基づくおおよその目安です。材料の種類によって換算のずれが生じるため、厳密な硬さ管理が必要な場合は、実際に使用するスケールで直接測定してください。特に HRC は HV 940（HRC 68）付近が測定上限で、超硬合金の領域では測定できないため HRA を使います。

なぜ硬いと削れないのか

硬い材料が加工できない理由は、突き詰めるとひとつの原則に行き着きます。

金属を削るという行為は、工具の刃先を材料に食い込ませて、材料を塑性変形させながらむしり取る作業です。このとき刃先のほうが柔らかければ、材料ではなく刃が負けます。木を切るノコギリが、石を切ろうとすると刃だけが削れていくのと同じ理屈です。

一般に、安定して切削するには工具の硬さが被削材の1.3〜1.5倍以上必要とされます。ここに超硬合金の問題があります。

超硬より硬い工具は事実上ダイヤモンドしかない

一般的な切削工具の最上位は超硬工具です。つまり超硬合金を切削しようとすると、同等の硬さのもの同士をぶつけることになります。これでは削れません。

超硬より硬い刃物としては、ダイヤモンド工具（PCD）や CBN工具があります。ただし、

• 工具が高価——1本あたりの単価が通常の超硬工具の数倍〜十数倍になる
• 形状の自由度が低い——複雑な内形状や小径の深穴には対応しづらい
• 工具寿命が読みにくい——数個作った時点で摩耗し、寸法が変わる

という制約があり、単発の試作や少量の複雑形状では現実的な選択肢になりにくいのが実情です。

加工方法別・可否早見表

硬さごとに、どの加工方法が使えるかを整理しました。設計段階で加工方法の当たりをつける際にお使いください。

放電加工だけが硬さの影響を受けない理由

ここまで繰り返し「放電加工なら硬さは関係ない」と書いてきました。その理由を説明します。

放電加工は、工具（電極）とワークを接触させません。両者の間に0.01〜0.05mm程度のすき間を保ちながら、絶縁性の加工液の中で放電（火花）を起こします。放電時の局部温度は数千℃に達し、その熱でワークの表面をごく微量ずつ溶かして除去していきます。

つまり「削る」のではなく「溶かす」加工です。溶かすのに必要なのは熱であり、材料の硬さではありません。だから――

• HV1800 の超硬合金でも、HV200 の鋼と同じように加工できる
• 電極には銅やグラファイトという柔らかい材料を使う（HV50〜100程度）
• 柔らかい電極で硬い材料を加工するという、切削では成立しない関係が成り立つ

唯一の条件は「電気を通す材料であること」です。超硬合金もタングステンも金属系の導電材料なので、この条件を満たします。逆に、セラミックスやガラスなど絶縁体は放電加工できません（この点だけは硬さと無関係に不可です）。

硬さ以外に効いてくる要素

ただし「硬さが関係ない」ことと「何でも同じ条件で加工できる」ことは違います。超硬合金の加工では、次の点が効いてきます。

これらは加工条件と電極設計で対処する領域です。材料の硬さそのものは障害になりませんが、超硬を扱った経験の有無で仕上がりに差が出ます。

設計段階で押さえておきたい7つのこと

超硬・タングステンを採用する際、設計の段階で決まってしまう要素があります。あとから変更が効かない項目を優先度順に挙げます。

超硬・タングステンの加工費はなぜ高いのか

超硬部品の見積もりを見て「鋼で作ったときの何倍もする」と感じた経験のある方は多いと思います。この差がどこから来ているのかを分解しておくと、どこを削ればコストが下がるのかが見えてきます。

費用を押し上げている4つの要素

つまり、超硬加工の費用は「材料が高い」だけでは説明できません。加工に時間がかかり、電極も余分に要り、失敗が許されないという条件が重なって積み上がります。

コストを下げるために設計側でできること

加工側の努力だけでは限界があります。図面の描き方ひとつで金額が変わる項目を挙げます。

• 超硬を使う範囲を最小限にする——部品全体を超硬で作るのではなく、摩耗する部分だけを超硬のチップにして、本体は鋼で受ける構造にします。材料費と加工費の両方が下がります。
• 貫通形状にできないか検討する——止まり穴は形彫放電加工が必要ですが、貫通ならワイヤー放電が使えます。ワイヤーのほうが速く、電極も要りません。機能上どうしても止まりでなければ、貫通に変えるだけで安くなります。
• 面粗さの指示を機能面だけに絞る——全面に厳しい面粗さを指示すると、仕上げ工程が全面に必要になります。実際に摺動する面・シールする面だけ指示を厳しくし、他は緩めてください。
• 公差を必要な箇所だけ厳しくする——超硬は熱処理による寸法変化がないぶん精度は出しやすいのですが、公差を詰めるほど仕上げ放電の回数が増えます。はめあい部以外は一般公差で足りることが多いです。
• 数量をまとめる——電極製作と段取りは1個でも10個でも大きくは変わりません。同じ形状を複数個作るなら、まとめて依頼すると1個あたりの単価が大きく下がります。
• 納期に余裕を持たせる——特急対応は可能ですが、通常納期のほうが費用は抑えられます。急ぎでない案件は、その旨をお伝えいただければ調整できます。

実際にどう加工しているか

弊社は形彫放電加工を中心に、創業2003年以来、形彫放電加工歴40年の技術で超硬・タングステンを含む難削材を加工しています。参考までに、対応できる範囲をお伝えします。

納期の目安は、特急で2〜5日、通常で1週間前後です（形状・数量・混み具合により変動します）。1個の試作から量産・リピートまで対応しています。

よくある質問