難削材とは？種類と加工が難しい理由

金属加工の現場でしばしば耳にする「難削材」という言葉。ニュアンスでなんとなく切削加工が難しい素材ということは分かると思いますが、具体的にどういった素材なのかと言われるとなかなか説明が難しいのではないでしょうか。

そこで、今回は難削材について解説していきます。難削材に関する基礎知識や材質の種類など、知っておくことで取り扱い方法や必要とされるシーンなども分かってくるので、ぜひ知識として覚えておきましょう。

難削材とは？なぜ難削材といわれるのか

難削材とは、ただ削りにくいだけでなく「取り扱い自体が難しい素材」のことを指します。硬すぎて削りにくい、壊れやすくて扱いにくい、発火・引火しやすいため注意が必要など、さまざまな条件があり、一筋縄ではいかない素材の相称が、難削材です。また、データがそろっておらず、削りやすいかどうかが分からない金属も難削材に含まれます。

代表的な金属の難削材の一覧

難削材には大きく分けると下記のような特性があります。

多くの素材が下記の1～2個の特徴を有していますが、中には3個、4個の条件を兼ね備えている、非常に加工が難しい素材もあります。

・硬度が高く削りにくい

・硬脆性があり、加工時に壊れやすい

・加工硬化が生じやすい

・工具と親和性が高く、加工時に溶着しやすい

・高温強度が大きく高温下でも変形しにくい

・熱伝導率が低く、加工時の温度を逃がしにくい

・材料強度が大きく、せん断や引っ張りに強い

・延性が大きく粘り強い性質を持つ

・アブレシブ物質を含んでいる

・加工時に発火、引火する可能性が高い

難削材の性能を踏まえた上で、下記では、具体的な難削材の特徴と、求められている理由について解説します。

ステンレス

一般的な知名度の高い「ステンレス」も、実は難削材のひとつ。ステンレスは熱伝導率が低く、切削加工時に発生する熱をため込みやすい性質と、加工硬化性を兼ね備えていて、高温での加工が難しい素材です。さらに、工具との親和性が高く、切削時に出る切り粉が刃物に溶着しやすいことから、加工精度が出しにくい特徴があります。

上記でも分かるように、非常に耐熱性に優れているステンレス。錆びにくさや耐水性の高さも相まって、火や水を使う場所に多く取り入れられています。また、汚れに強く衛生的にも安心な素材であることから、キッチンや浴槽、食器から車両に至るまで、幅広い分野で必要とされています。

チタン

チタンも切削加工が非常に難しい難削材。熱電度率が低く、工具との親和性が高いため、切削加工時に発生する切り粉が原因でビビりが発生したり、工具と化学反応を起こしたりする可能性があります。さらに、切削や研磨で発生する切り粉には発火性があるため、清掃や管理には気を配る必要があります。

軽くて熱に強く、引張強度も高いチタン。耐食性にも優れ、海水に触れる環境でも使用できる数少ない金属です。調理器具やアクセサリー、自動車のエンジンやゴルフのクラブなど日常的にもさまざまなものに活用されているチタン。宮崎オーシャンドームや東京湾横断道路の橋脚など、大型の建築物にも活用されています。

インコネル

ニッケルを主体とし、クロムや鉄、炭素などを含有したインコネル。高温強度が大きく熱伝導率が低いこともあり、切削加工が最も困難な材料とも言われています。工具との親和性も高いほか、ステンレスやチタンほど多くのものに活用されていないため切削データが少なく、加工時に切削条件を探りながら進めて行く必要があります。

インコネルは高温での強度や耐酸化性、耐クリープ性が非常に高く、高温でも変形や酸化せずに強度を確保できる素材です。原子力発電所の廃液処理装置やごみ焼却炉、水処理施設、さらにはジェットエンジンやスポーツカーの部品などにも使用されています。

マグネシウム

マグネシウムは着火すると激しく燃える性質を持っています。さらに、過熱状態で水に触れると可燃性ガスなどを発生させる金属。高温での加工や火、水のある場所での加工は厳禁で、換気と切り粉の清掃にも注意が必要な素材です。

扱いにくいだけなら手を出さない方が良いのですが、実用金属の中で最も軽いというメリットを持ち、剛性や強度も鉄やアルミニウムより優れているほか、加工自体はしやすい特徴を持っています。一般的にはアルミニウムや亜鉛などを加えた合金として扱われ、自動車の部品やノートパソコン、携帯電話、一眼レフカメラの筐体、杖、車いすなどの福祉用品などに使用されています。

その他の難削材

上記以外にもさまざまな難削材があります。加工の現場では型枠などに用いられる超硬合金もそのひとつ。一般的な金属よりも硬いためドリルの刃が通りにくく加工がしにくい金属です。身近なところではガラスも難削材のひとつ。硬脆性があり、加工時に割れたり壊れたりしてしまう可能性があることから、加工には向いていない素材のひとつです。

金属は種類が豊富で、加工に対してデリケートなものも多くあります。同時にモノづくりでは高機能・高品質のものが求められます。硬い素材は加工できれば強度の高い製品になりますし、熱に強い素材は耐火性能の高い金属として、キッチンや自動車のエンジンなど高温になる場所でも変わらず高い性能を発揮できます。

そのため、難削材を加工できれば製品に付加価値をつけることができ、ユーザーの求められる製品を提供することが可能になります。