工具鋼は、硬度、耐摩耗性、寸法安定性、耐熱性 が重要な場合に選択される技術者向けの鋼種です。要するに、コスト削減と加工性向上のため に、使用条件を満たす最も合金の少ない材種を選 び、摩耗や温度に対する要求が高い場合には、高 合金または粉末冶金(PM)材種を確保する。.
工具鋼とは何か、なぜ工具用途に使用されるのか、短い解説ビデオ。.
実用的な6つの工具鋼グループと一般的な用途を示す図解
工具鋼とは何か？
工具鋼は、高硬度、制御された靭性、高温での耐摩耗性と耐軟化性を実現するために配合された炭素鋼と合金鋼の一群である。予測可能な最終特性と長寿命が不可欠な切削、成形、絞り、成形、衝撃工具に使用されます。特定の工具鋼種の選択は、工具の寿命、ダウンタイム、製造における総所有コストに直接影響します。.
実用的な7種類の工具鋼と代表的な用途をまとめたビデオ
分類：6つの実践的グループとそれぞれの使用時期
業界慣行では、工具鋼は6つの大まかなファミリーに分類されます。機能的な違いを理解することが、正しい購入への近道です。.
- 水硬性（W）：低合金、高炭素、低コストで、短納期の手工具や一部のホビー用工具に使用される。.
- 油硬化／冷間加工（OとA）： O1 Aシリーズは空気硬化性で寸法安定性に優れている。.
- 高クロム冷間加工（D）： D2 およびその関連鋼種は、豊富な炭化物により優れた耐摩耗性を発揮するが、その代償として靭性が低下する。.
- 耐衝撃性（S）：突然の破壊に対する耐性が重要となる衝撃や高い衝撃荷重用に設計されている。.
- ホットワーク（H）： H13 およびその関連鋼種は、熱疲労や赤色硬度が重要視される熱間鍛造やダイカスト用に選択される。.
- 高速度鋼（MおよびTシリーズ）：高温の切削温度でも硬度を維持し、切削工具や高速加工によく使用される。.
各ツール・スティール・ファミリーを主なユースケースにマッピングした明確な分類ビデオ。.
最も使用されているグレード、化学成分およびクイック・リファレンス・テーブル
以下は、一般的なショップグレードを比較した、エンジニアとバイヤーのためのコンパクトな表です。仕様書作成の出発点としてお使いください。組成は代表的な範囲であり、メーカーは正確な仕様書を提供する。.
| グレード | 家族 | 典型的な構成のハイライト | 代表的なアプリケーション | 代表的な硬化HRC範囲 |
|---|---|---|---|---|
| O1 | 油硬化冷間加工 | C 0.9～1.2% / Cr ～0.5～1.0% / Mn, Si small | スターターダイ、ゲージ、パンチ | 58-62 HRC |
| A2 | 空気硬化冷間加工 | C 0.9-1.1% / Cr 4.5-5.5% / Mo, Vの痕跡 | ブランキング金型、成形工具 | 56-60 HRC |
| D2 | 高炭素高クロム | C 1.4-1.6% / Cr 11-13% / V, Mo | 摩耗部品、シャーブレード、ロングランダイ | 58-62 HRC |
| H13 | 熱間加工（クロムモリブデン） | C 0.32-0.45% / Cr 4.8-5.5% / Mo 1.1-1.3% / V 0.8-1.2% | 熱間鍛造金型、押出、ダイカスト | 48-55 HRC（焼き戻し；赤硬度） |
| S7 | 耐衝撃性 | C 0.5-0.6% / Cr 1.3-1.6% / Si, Mn | 重いパンチ、ノミ、インパクト工具 | 52-60 HRC |
| M2 | 高速度鋼 | C 0.85-1.05% / W 6-7% / Mo 4-5% / V 1% / Cr 3.8-4.5% | エンドミル、ドリル、高速カッター。. | 64HRCまで（焼き戻し後） |
D2工具鋼に焦点を当てたビデオ-D2が高クロム冷間加工鋼の模範として使用されている鋼種表に役立ちます。.
機械的特性、硬度、性能目標
設計者は、主な性能指標としてロックウェルC硬度とコア靭性を指定することが多い。典型的なパターン：
- 冷間加工用ファインブランキング、絞り、せん断: 高HRC (58-62)、中程度の芯部靭性。.
- 衝撃部品とダイプレス部品：硬度は低いが、シャルピー靭性は高い。.
- 熱間加工：公称HRCは低いが、高温でも安定した硬さ（赤色硬さ）で、熱疲労強度が高い。.
硬度と耐摩耗性は靭性と直接取引される。脆性破壊を避けるために、必要な摩耗寿命を達成する最小限の硬さを使用する。業界資料には、一般的な用途における工具の硬度目標値と、各ファミリーの代表的な範囲が示されています。.
硬さと靭性のトレードオフの微細構造上の理由（炭化物、マトリックス）を説明する短い冶金学的分量 - 機械的特性の議論をサポートします。.
熱処理の原理、一般的なレシピ、重要な注意事項
熱処理は、焼きなましされた工具鋼を使用可能な工具に変える最も重要な製造工程です。その要点
- 鋼種固有の温度でオーステナイト化し、炭化物を 溶解してオーステナイトを形成する。.
- Wシリーズには水、Oシリーズには油、Aシリーズと多くの最新合金には空気、PM鋼には特殊な焼き入れ戦略など、推奨される媒体を使用して焼き入れを行う。.
- 残留応力を減らし、目標とする硬度に到達させるため、急冷後すぐに焼戻しを行う。.
実際的なルール：焼戻しは厚さ1インチにつき1時間、最低2時間行うことが多く、急冷後すぐに焼戻しを行うことで割れのリスクを減らすことができる。正確な温度と保持時間については、常に鉄鋼メーカーまたは工具鋼メーカーの熱処理チャートに従ってください。.
オーステナイト化、焼入れ媒体、焼戻しサイクルをカバーする実践的な熱処理ビデオ - このセクションで言及されている実施者や熱処理工場に役立ちます。.
比較表による一般的な用途に適したグレードの選択
工具鋼の選択は、支配的な故障モードによって行われる必要があります。以下は、用途と鋼種を適合させるための実用的な表です。.
| 申し込み | 防ぐべき故障モード | 推奨家族／学年 | 根拠 |
|---|---|---|---|
| コールドブランキング、ファインスタンピング | 磨耗とエッジの保持 | D2, A2 | カーバイドリッチ材種は耐摩耗性に優れる |
| ねじ転造ダイス | ギャリングと摩耗 | A2、PM鋼 | 優れた寸法安定性と耐摩耗性 |
| 熱間鍛造用金型 | 熱疲労、熱軟化 | H13, H11 | 赤の硬度と熱伝導率 |
| シャーブレード | 衝撃によるチッピングと摩耗 | 衝撃によりD2またはS7 | 連続摩耗の場合はD2、ショックがある場合はS7 |
| 高速切削工具 | 切断熱による軟化 | M2、M42 | 高温でも硬度を保つ |
| プラスチック射出成形金型 | 研磨、腐食 | P20、ステンレス金型用鋼 | 加工性と研磨性 |
実践的なバイヤーのヒント：混合条件や不確かな使用条件の場合は、冷間加工用のA2や熱間加工用のH13のような中間材種を選び、試験サイクルや試用工具を指定して寿命を検証する。.
機械加工性、溶接、加工に関する考慮事項
工具鋼の被削性は大きく異なる：
- O1のような低合金工具鋼は、焼鈍状態での加工が比較的容易である。.
- 高クロム鋼やPM鋼は研磨性が高く、切削工具の寿命を縮める。超硬工具と適切な切削速度が不可欠です。.
- 鋼を軟化焼鈍した状態での予備加工が標準である。熱処理後、最終焼入れと仕上げ研削を行う。.
溶接：工具鋼の溶接は可能だが、割れや靭性 低下を避けるため、厳格な予熱、パス間管理、 溶接後の熱処理が必要である。多くの工具メーカーは、歪みを避けるため、ろう付けや機械的な取り付けを好む。.
バイヤーは、供給条件（軟質焼なま し対プリハードン）、推奨される機械加工許容 範 囲、その材 料 が 通 常 の 溶 解 法 で 作 ら れ て い る の か 粉 末 冶 金 法 で 作 ら れ て い る の か を 要 求 す る 必 要 が あ る 。粉末冶金製法は、多くの場合、異なる機械加工を必要とするが、優れた耐摩耗性が得られる。.
工具鋼の実用的な加工上の考慮点と典型的な供給条件を取り上げたビデオ - 調達と加工計画を支援します。.
工具寿命を延ばす表面処理とコーティング
サーフェスエンジニアリングは、エキゾチックな基 礎鋼種に変更するよりも低コストで工具寿命を延ば すことができる。一般的なオプション
- 表面硬度と疲労寿命を向上させる窒化処理。.
- 切削工具用のTiN、TiCNなどの物理蒸着（PVD）コーティング。.
- 潤滑性と耐食性が重要な成形工具用の硬質クロムめっき。.
- 圧縮残留応力を導入し、亀裂の発生を抑えるショットピーニング。.
摩耗メカニズムに合った表面処理を選択する：低摩擦PVDは粘着摩耗に有効であり、拡散窒化は摩耗を減らし、接触疲労を改善する。.
粉末冶金と特殊工具鋼
粉末冶金(PM)は、ほぼ均一な炭化物分布、高い合金含有量、高硬度での靭性向上を可能にします。CPM 1V、CPM 10V、およびいくつかのPM HSSのようなPM鋼種は、従来の溶製鋼が使用できない過酷な摩耗条件に広く使用されています。.
PM鋼はコストが高いが、寿命が大幅に延びることで、部品あたりの総コストを削減できることが多い。特に、交換コストとダウンタイムが高い小型で摩耗の激しい工具では、この傾向が顕著である。.
PM鋼と従来型工具鋼の比較に関する短編エピソード - PM鋼はコストが高いが、過酷な摩耗用途で優れた性能を発揮する理由を説明。.
バイヤー向け基準、認証、品質チェック
工具鋼を指定する場合は、公認規格を参照し、ミル試験報告書を要求する。.
- コードと表記：AISI、ASTM、DIN、JISが一般的な表示スキームである。国際的な調達には、相互参照表が不可欠です。.
- ミル・テスト・レポート（MTR）：化学成分、熱数、硬度、および該当する場合は熱処理状態が必要。.
- トレーサビリティ：重要な金型や航空宇宙用工具には、完全な熱間トレーサビリティとサプライヤーの品質証明書が必要です。.
- 表面および介在物の品質：高許容度の金型またはPM鋼の清浄度を指定する。.
輸入品を購入する場合は、買い手の国の規制ニーズやあらゆる受入試験手順に適合する証明書を求めてください。.
標準的な命名規則と分類規則を強化し、調達において正確な仕様とMTRが重要である理由を説明するビデオ。.
MWAlloysが工具メーカーとバイヤーに提供するサービス
MWAlloysは100%工場価格とカスタマイズサービスで工具鋼、炭素鋼、ニッケル合金の完全な範囲を供給します。提供しています：
- 標準および特殊サイズの未加工棒材、プレート、プリハードンブロック。.
- プロトタイプおよび連続ツーリング用のカスタム化学およびオンデマンド熱処理。.
- 技術サポート：グレードの選択支援、熱処理の推奨、サンプルテスト報告書。.
- グローバルな出荷と輸出書類.
MWAlloysからの調達のヒント：使用条件(ソフトアニールかプリハードンか)、最大許容硬度、平坦度または平行度に関する要求公差を指定して下さい。大口注文の場合は、検証のために製造サンプルの熱処理を依頼してください。.
メーカー/アプリケーションのウェビナーでは、サプライヤーがどのように仕様、印刷、検証で顧客をサポートしているかを紹介。.
よくある質問 - 工具鋼
A2とD2の違いは何ですか？
いつH13を選ぶべきか？
工具鋼を溶接できますか？
粉末冶金はコストに見合うか？
カッティング・ダイスはどのような硬さにすべきでしょうか？
コーティングは工具の寿命にどのような影響を与えますか？
サプライヤーにはどのような書類を要求すべきでしょうか？
ステンレス工具鋼はありますか？
熱処理後の研削代は？
工具鋼はどのように保管すればよいですか？
バイヤーのための実践的調達チェックリスト
- アプリケーションと支配的な故障モードを指定する。.
- 予想されるサイクルレートと環境（温度、腐食）を記入すること。.
- 必要な供給条件と許容誤差を明記すること。.
- MTRとヒートナンバートレーサビリティを要求する。.
- サプライヤーから推奨熱処理表を入手する。.
- 初回注文の場合は、実験室での硬度と顕微鏡写真を添付したサンプルバッチを要求する（必要な場合）。.
MWAlloysの最終メモ
アプリケーションレベルの推奨が必要な場合は、以下の詳細をお送りください：部品図面または重要な寸法、予想されるワークピース材料、生産量、衝撃荷重または温度境界、およびスペースまたは表面仕上げの制約。MWAlloysは正確な使用条件に適合するよう、特注の化学物質と社内熱処理パートナーシップを提供します。.
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