超硬製ボタン は、高い耐摩耗性が要求される過酷な用途に使用される非常に硬く耐久性のある材料です。単に「カーバイド」と呼ばれることも多いこの先端材料は、部品、コンポーネント、製品が過酷な使用環境に耐えることを可能にします。
超硬ボタンは、製造、石油・ガス、鉱業、建設、輸送など、さまざまな産業で汎用的に使用できる独自の特性を備えています。超硬製ボタンは、研磨環境において他の素材よりも大幅に長持ちし、長寿命で作業を最適に維持します。
この記事では、超硬ボタンの包括的なガイドを提供します。超硬ボタンの組成、種類、主要特性、製造工程、用途、一般的なサイズと等級、設計上の考慮点、世界標準、トップサプライヤー、価格などについて解説します。超硬オプションについて検討されているエンジニアの方にも、耐摩耗部品を調達されている調達マネージャーの方にも、本ガイドはお客様の意思決定に役立つ重要な情報を提供します。
構成 超硬ボタン
炭化タングステン（WC）は、コバルト（Co）のバインダーマトリックス中に炭化タングステン（W）粒子を含むセラミック材料である。炭化タングステンは、タングステン粉末と炭素を高温で混合し、浸炭と呼ばれるプロセスで製造される。
ほとんどの超硬ボタンは、6%から25%のコバルトバインダーに埋め込まれた、厳密に制御された炭化タングステンの粒子で構成されています。コバルトは、硬い炭化タングステンの粒を固めて、使用可能な製品に成形する働きをします。
コバルト・バインダーの相対的な割合が硬度と靭性を決定する。コバルトの比率が低いほど硬く耐摩耗性に優れるが、脆くなる傾向がある。コバルトの比率が高いほど靭性は高くなりますが、やや軟らかくなります。
超硬製ボタンの代表的な組成範囲
| 構成員 | 重量比 % |
|---|---|
| タングステン（W） | 72.0 – 97.5% |
| カーボン（C） | 0.6 – 6.0% |
| コバルト（Co）バインダー | 3.0 – 25% |
炭化物グレードとコバルトの割合が広範囲に及ぶため、メーカーは特定の運転条件に合わせてボタンを調整することができる。
製造方法による超硬ボタンの種類
超硬ボタンは、特定の用途に適したさまざまな材料品質をもたらすさまざまな方法で製造されます：
鋳造超硬製ボタン
- タングステン粉末とバインダーを液相焼結して製造
- 直径3インチまでの大型ボタン
- 他のグレードより高い気孔率
超硬焼結ボタン
- 炭化タングステン粒子をプレスし、固相焼結したもの
- 低気孔率で優れた硬度
- 直径1インチまでのボタン
ペレット化カーバイドボタン
- 粉末ではなくタングステンカーバイドの顆粒から成形
- 中程度の密度と硬度
- コストパフォーマンスの高いグレード
超硬合金製ボタン
- コバルトバインダーで固められた浸炭タングステン粉末
- 非常に均一な硬度と緻密な構造
- ペレットカーバイドより高コスト
炭化タングステン棒
- ロッドに引き抜き、プラグに切断する。
- 非常に厳しい公差
- 均一な硬度と耐摩耗性
超硬ボタンインサート
- 様々な一般的なインサート形状にプレス
- 複数の刃を持つリバーシブル刃先交換式チップ
- 円筒形、円錐形、半径、三角錐、ダイヤモンドなど。
主な特性と特徴
広範な温度範囲における超硬ボタンの卓越した硬度と摩耗特性は、産業用途において他の材料からの理想的なアップグレードを可能にする大きな利点につながります。
超硬ボタンの特性
| プロパティ | 説明 |
|---|---|
| 硬度 | 室温で89～93HRA |
| 圧縮強度 | 工具鋼より高い |
| 引張強さ | 工具鋼の2倍 |
| 使用温度範囲 | コバルトグレードは600℃まで |
| 摩擦係数 | 0.2ダイナミック、0.6スタティック |
| 密度 | スチールの3倍 |
| 耐食性 | HClとH2SO4の存在下以外では腐食しにくい。 |
| 熱伝導率 | 工具鋼より低いので放熱が遅い |
パフォーマンスの向上につながる主な特徴：
- 極めて高い硬度により、耐摩耗性と耐浸食性を実現
- 高荷重下でも形と機能を維持する強度
- 割れずに衝撃に耐える緻密な構造
- コバルトバインダーが破壊靭性を与える
- ほとんどの環境で化学的に不活性
- 広い温度範囲にわたる寸法安定性
超硬ボタンのグレードの違い
- コバルト含有量に直結する硬度
- 低コバルトは硬いが脆い
- コバルトが高いほど強靭だが、やや軟らかい
- 耐摩耗性と靭性のバランスが必要
超硬ボタンの製造工程
超硬ボタンは、極度の熱と圧力を利用した一連の複雑な製造工程を経て、独自の冶金的特性を実現する。
4つの重要な段階
1.フライス加工
- 純粋なタングステン金属粉末は、必要な炭化物グレードに最適化された正確な平均粒径に粉砕されます。
2.ミキシング
- 測定された量のタングステン粉末とカーボンが混合され、均一に分散された化合物に粉砕される。
3.押す
- パウダーミックスは、最終寸法を反映した "グリーン "コンパクトにプレスされる。
4.焼結
- グリーンコンパクトは、2500°Fの真空炉で抵抗焼結され、実質的に気孔のない製品を製造する。
炭素とタングステンを拡散によって結合させ、極度の圧力と熱に耐える非常に硬い素材を作り出す高度な技術。
主な用途と使用例
優れた摩耗特性と物理的特性を持つ超硬ボタンは、以下のような産業や用途で価値を発揮します：
超硬製ボタンの代表的な用途
| 産業 | 一般的なアプリケーション |
|---|---|
| 製造業 | ブッシング、シール、ノズル、ガイド、バルブ、工具、金型 |
| 建設 | 道路鉋、杭打ち、掘削工具、削岩ボタン |
| 鉱業 | 破砕、粉砕媒体、掘削歯、フック |
| 交通 | グレーダーと除雪車のブレード、トラックの荷台ライナー |
| 林業 | 鋸歯、枝払いヘッド、ウッドフレイル、チッパーナイフ |
| 石油・ガス | ダウンホールツール、ワイヤラインツール、検層機器 |
| 鉄鋼生産 | 連続鋳造金型、加熱炉ホットトップコーン |
| 鉄道輸送 | ブレーキパッドとライニング、レール検査ゲージ |
タングステンカーバイドが鋼の代替品より選ばれる主な理由：
- 摩耗寿命は、同様のスチール部品を8倍から30倍以上上回る
- 焼き付きや熱損傷なしに高速摺動に耐える
- 鋼材を素早く劣化させる研磨環境や腐食環境に対応
- 交換サイクルの長期化によるコスト効率の向上
超硬合金のグレードとバインダー比率は、繰り返し衝撃、常時摩耗、または周期的な侵食メカニズムによる劣化部品など、運転上の要求に合わせて最適化することができます。
一般的な超硬ボタンサイズ
タングステンカーバイドボタンは、在庫から標準化されたサイズ、または特定の機器設計に合わせてカスタム寸法で製造されます。
最も一般的なボタン径
- 3/8インチ
- 1/2インチ
- 5/8インチ
- 3/4インチ
- 7/8インチ
- 1インチ
3インチまでの大口径プラグも生産されているが、一般的な指定は少ない。
焼結または超硬合金製の直径1/8インチまでの小さなボタンとチップは、軽荷重用途に使用されます。
標準的な高さ対直径比
- 1:1の比率のボタン
- 1:2の比率のボタン
- 2:1の比率のボタン
- 3:1の比率のボタン
1:1は、最も頻繁に使用される超硬ボタンの比率で、取り付け構成にかかわらず汎用性があります。長さ対直径の比率はオーダーメイドです。
等級、品質基準、仕様
超硬ボタングレーディングシステム
超硬製ボタン は、国際標準化機構（ISO）によって開発された統一等級構造によって分類されている。
このシステムは、英数字のコードを使用して、粒度とコバルト含有量によって超硬合金の等級を分類します。
代表的なボタン用超硬合金グレード
| グレード | 説明 |
|---|---|
| K10 / K01 | 0.2～0.4ミクロンの超微粒子でコバルト含有量が低く、高い靭性が要求されない場合に最高の耐摩耗性を実現 |
| K20 / K02 | 0.5～1ミクロンの超微粒子で、コバルト含有量は中程度。 |
| K30 / K03 | 1～2ミクロンの微細粒でコバルト含有量が高く、衝撃下での耐破壊性が向上 |
| K40 / K04 | 1～5ミクロンの中粒度、高コバルト含有で極端な摩耗性能よりも強度を重視 |
ISOグレード番号が低いほど、炭化タングステンの粒径は小さくなり、一般的に耐摩耗性が向上します。より微細な超硬合金は、製造コストが高くなります。
品質と一貫性の基準
評判の高い超硬ボタンメーカーは、統計的工程管理とISO品質基準を用いて生産を管理しています：
- ISO 9001 - 品質マネジメント
- ISO 14001 - 環境マネジメント
- ISO 45001 - 労働安全衛生
コンプライアンスは、超硬グレードの性能の一貫性と信頼性を保証します。バリデーション試験は、お客様のご要望に応じたサンプルで実施可能です。
設計と仕様のベストプラクティス
超硬ボタンの要件を指定する際の考慮事項：
- 使用条件-中程度の摩耗、激しい摩耗、極度の摩耗
- 石、コンクリート、土、鋼鉄、木材など。
- 研磨剤の硬度
- 負荷、回転速度、温度、化学薬品への暴露
- 保持方法 - ろう付けまたはクランプ式
最適なカーバイドのグレード、バインダーの割合、保持方法を選択する専門家の指導を受けることができます。
ISO等級、寸法、寸法公差、表面仕上げ、コバルトの割合、製造方法、およびあらゆるカスタム要件を供給する。
世界の供給とメーカー
中国、欧州、米国は超硬製品の主要生産国である。多くの大手サプライヤーはこれらの地域に戦略的に施設を配置している。
著名な超硬ボタンメーカー
| 会社概要 | 本社 |
|---|---|
| ケナメタル | 米国 |
| サンドビック | スウェーデン |
| セラチジット | ルクセンブルク |
| 三菱マテリアル | 日本 |
| 広東翔禄タングステン | 中国 |
| フェデラル・カーバイド | アメリカ |
| テグテック | 韓国 |
好みの超硬ボタンベンダーを選ぶ際には、以下を確認すること：
- 技術資格を持つセールス・エンジニアが製品選定をサポート
- 標準オプションとカスタムオプションの両方を提供する能力
- 厳しい品質管理基準の遵守
- 競争力のある価格と迅速な納品
- お客様の声から得た高い評価
超硬ボタン価格
超硬製ボタンは、スチール製ボタンに比べて割高です。しかし、耐用年数が長いほど、時間あたりまたは生産単位あたりの部品コストは低くなります。
超硬合金のコスト範囲
| 超硬グレード | 相対価格指数 |
|---|---|
| K10/K01 | 大掛かりな処理のため最高コスト |
| K20/K02 | ミッドレンジ・プライシング |
| K30/K03 | ウルトラファイングレードより低コスト |
| K40/K04 | 最も安価なタングステン・グレード |
価格ドライバー：
- 生タングステン市場価格
- 製造方法の複雑さ
- 必要な寸法公差の厳密さ
- 注文数量 - 個別かバルクか
- 面取りや穴あけなどのカスタムオプション
価格もサプライヤーによって異なる：
- 製造原産国
- 生産能力と規模の経済
- 再販業者のマージンと関税
超硬とスチール・ボタンの比較
タングステンカーバイドは、重要な特性において鋼鉄を大幅に上回ると同時に、環境安定性も備えています。
鋼と超硬の対比
| プロパティ | 超硬ボタン | スチールボタン |
|---|---|---|
| 硬度 | 93HRAまで | 最大60HRC |
| 強さ | スチールの2倍 | 中程度の強さ |
| タフネス | 硬くて脆い素材 | 硬度は低いが延性は高い |
| 耐摩耗性 | 硬度により優れている | 摩耗しやすい |
| 耐食性 | ほとんどの化学薬品に不活性 | 酸化しやすい |
| 作業温度範囲 | 600℃まで | 250℃以上では硬度を失う |
| 摩擦係数 | 0.2%の低さ | ~0.7未満でカジリまたは焼き付き |
| 主な検討事項 | 超硬製ボタン | **スチール・ボタン |
| 初回価格 | 何倍も高い | 非常に経済的 |
| 摩耗寿命 | 8倍から30倍 | 耐久性と寿命が低い |
| 重量 | 2倍重い | 軽量化 |
| 熱伝導 | 保温のため低め | 高い放熱性 |
| リードタイム | 製造期間が長い | すぐに入手可能 |
超硬製ボタンは、ダウンタイムの削減、消耗品コストの節約、装置の有効性の向上といった価値を提供します。
超硬ボタンの設計と選択のベストプラクティス
超硬部品の適切な設計と管理された製造は、一般的な落とし穴を避けながら技術的性能を高めます。
実証済みの設計原則
- 炭化物グレードの硬度を用途の摩耗メカニズムに合わせる
- 均一な断面厚を確保する
- 応力集中をなくす
- 脆性破壊による損傷を避ける設計
- 動作応力に対する界面保持機構の最適化
- 母材との熱膨張の違いを考慮する
- 冷却補助装置を必要とする熱伝導の悪さを考慮する。
機械化の課題
非常に硬いため、超硬合金は従来の方法では加工できません。出力は最終寸法に研磨されます。
- ダイヤモンド砥石と工程が必要
- 工具の摩耗が早く、頻繁な砥石ドレッシングが必要
- 濾過を必要とする微細な屑が発生する。
- マイクロクラックと工具圧損のリスク
超硬合金の製造がより容易：
- より軟らかいグレードのK40/K04超硬材料
- よりシンプルな形状のコンポーネント
- 広い平面積
気難しい超硬部品の加工を試みるよりも、メーカーの設計ノウハウを活用してください。
よくあるご質問
Q:なぜ超硬合金は、セラミックのような他の硬い素材よりも人気があるのですか？
A: タングステンカーバイドは、非常に高い硬度と耐摩耗性、破壊靭性のバランスを独自に実現しています。セラミックの代替品は、時間の経過とともに徐々に摩耗するのではなく、負荷がかかると壊滅的に割れる傾向があります。
Q:超硬ボタンや工具が最終的に破損し、交換が必要になる原因は何ですか？
A: 超硬合金は非常に硬いため、金属のように徐々に変形して破損することはありません。ほとんどの損傷は、小さな欠けから亀裂につながります。衝撃によって巨視的な破壊が起こることもあります。また、疲労摩耗も摩擦や摩耗メカニズムを通じてフロントライン表面を劣化させます。
Q: タングステン・カーバイド・ボタンは特別な方法で保管する必要がありますか？
A: 超硬ボタンはその不活性な材料特性から、物理的損傷から保護されている限り、特別な保管は必要ありません。研削によるコバルトバインダーの粉塵は呼吸器系に危険を及ぼす可能性があるため、適切な換気ができるようにしてください。
Q:カーバイドボタンを装置や機械に組み込む工程は？
A: 超硬合金を固定する最も一般的な方法は、ろう付けと、ボルトまたはネジによるクランプの2つです。ろう付けの材質は、使用温度とコストによります。メカニカルクランプは交換が簡単ですが、超硬合金とホルダー金属の熱膨張率の違いによる問題があります。
Q:超硬ボタンの寿命はスチール製よりどのくらい長いのですか？
A: 使用条件やボタンの磨耗具合にもよりますが、適切に設計された超硬製ボタンは、一般的に代替のスチール製ソリューションの8倍から30倍長持ちします。投資回収の経済性を考えると、5倍から15倍の高価格が正当化されます。
