タングステン合金の特性
1.密度
タングステンは最大19.3g/cm³の高密度を有し、その結果、タングステン合金に高密度特性を付与する。その密度は通常16.5から19.0 g/cm³の範囲です。例えば、一般的なタングステン-ニッケル-鉄合金は、一般的に17.0〜18.5 g / cm³の間の密度を有し、タングステン-銅合金の密度は銅含有量に応じて16.5〜18.0 g / cm³の間で変化する。タングステン-コバルト合金(炭化タングステン)は通常14.0～15.0g/cm³の範囲の密度を示す。知りたい場合は 炭化タングステンの特性 こちらをクリックしてください。
2.引張強度
As焼結状態：の引張強さ タングステン合金 粉末冶金焼結によって製造される合金は、通常600～1000MPaの範囲にある。この状態では、合金の微細構造は比較的ポーラスで、ある種の空隙を含み、これが強度を制限している。
加工および強化状態：鍛造や圧延などの強化処理後、タングステン合金の引張強さは著しく向上し、1300～2000MPa、あるいはそれ以上の値に達することがあります。この改善は、結晶粒の微細化、微細構造の緻密化、加工処理による結晶欠陥（転位など）の増加に起因する。これらの要因は、荷重下でのすべり変形を妨げ、それによって引張強さを増加させる。例えば、特殊な圧延加工を施した高性能タングステン合金の引張強度は、2000MPaを超えることもあります。
3.降伏強度
焼結状態：焼結タングステン合金の降伏強度は通常400～800MPaである。内部気孔の存在と比較的弱い粒界結合は、比較的低い応力レベルで塑性変形が開始できることを意味します。
4.伸び
焼結状態：焼結タングステン合金の伸びは、一般的に10%-30%の間である。焼結体の内部構造が十分に緻密でなく、ある種の欠陥を含んでいるため、引張荷重時に亀裂が進展しやすく、破壊が早まるため、伸びが相対的に低下する。
加工および熱処理された状態：熱間押出やアニーリングなどの適切な加工や熱処理技術により、合金の微細構造を改善し、いくつかの内部欠陥を除去し、材料の塑性と靭性を高めることができます。これは、いくつかのタングステン合金の30%-50%の伸びを達成し、改善された伸びになります。例えば、慎重に設計された熱間加工とアニール処理を受けるタングステン合金は、約40%の伸びに達することができます。
5.硬度
ブリネル硬度（HB）
焼結状態：焼結タングステン合金のブリネル硬度は、通常200-350HBの範囲である。この状態での緻密化の程度が限られているため、硬度は比較的低くなります。
強化状態：強化処理（例えば、硬質相の添加、加工硬化）の後、合金の硬度は著しく上昇し、ブリネル硬度値は400～600HB以上に達する。例えば、高硬度の炭化物粒子を組み込んだタングステン合金のブリネル硬度は、特殊な加工を施すと600HBを超えることもあります。
ロックウェル硬度（HRC）：タングステン合金のロックウェル硬度は、一般的に30〜50HRCの範囲内に収まる。具体的な値は、合金の組成や加工技術によって異なります。合金元素と熱処理プロセスを調整することにより、ロックウェル硬度は、異なるアプリケーションの要件を満たすために適切な範囲内に制御することができる。
6.弾性係数
タングステン合金の弾性率は、通常300-400GPaの間にあります。この高い値は、弾性変形に対する強い抵抗力を示し、合金が荷重下で優れた寸法安定性を維持することを可能にします。例えば、タングステン合金で作られた航空宇宙部品では、高い弾性率により、複雑な荷重条件下でも正確な寸法と形状の維持が保証され、機器の適切な動作が保証されます。
7.衝撃靭性
衝撃靭性とは、高速の衝撃や動的な荷重を受けた際に、材料がエネルギーを吸収し、破壊に抵抗する能力を測定する機械的特性です。材料の脆性傾向を評価する上で特に重要です。タングステン合金の場合、金属タングステン自体の固有の脆さのため、これは重要でありながら難しいパラメータです。
典型的な値と範囲：
タングステン合金の衝撃靭性は、一般的にシャルピーVノッチ衝撃試験を用いて測定され、その値は一般的に20ジュールから150ジュールの広い範囲で変動します。具体的な値は、以下のコアファクターに大きく依存します：
合金の組成と微細構造：
バインダー相の含有量とタイプ：これが最も大きな影響因子である。タングステン合金は通常、高融点タングステン粒子（脆性相）と延性金属結合相（Ni、Fe、Cu、Coなど）からなる。
高い結合相含有率（例：>10%）：ニッケル-鉄のような延性相の含有量が高いほど、タングステン粒子をよりよく包み込み、塑性変形によってより多くの衝撃エネルギーを吸収するため、靭性が大幅に向上します。例えば、93W-Ni-Fe合金の衝撃エネルギーは、一般的に97W-Ni-Fe合金のそれよりもはるかに高い。
結合相の種類：ニッケル-鉄結合相は一般に、コバルトや銅結合相よりも優れた靭性と衝撃性能を発揮する。
タングステン粒子の形態と結合性：理想的な微細構造は、結合相の連続したネットワークに囲まれた均一に分布した球状のタングステン粒子を備えています。タングステン粒子同士が直接接触して「タングステン-タングステン粒界」が形成されると、この弱い界面が亀裂伝播の容易な経路となり、衝撃靭性が大幅に低下します。
加工と熱処理状態：
焼結状態：焼結状態のタングステン合金は、一般的に中程度の靭性を有する。衝撃靭性は主に密度と組織の均一性に影響される。残留気孔は靭性を著しく低下させる。
熱機械加工状態（鍛造、圧延、押出）：これらの熱機械加工技術は、衝撃靭性を劇的に改善することができる。これは次のような方法で達成される：
初期のタングステン-タングステン粒界の破壊：相互に連結したタングステン粒の脆性ネットワークを破壊する。
粒構造の微細化：タングステン粒子と結合相の微細化。
転位密度の増加：強度を高め、間接的に靭性に影響を与える。
適切な熱機械加工を施した合金は、その衝撃エネルギーが焼結したままの状態に比べて何倍にも増加し、その範囲の上限（例えば100J以上）に達することがある。
熱処理状態：溶体化処理や時効処理などの後処理を施すことで、結合相の組成と分布を最適化し、加工応力を緩和することができる。これにより、靭性がさらに向上し、あるいは強度と靭性の最適なバランスが達成される。
例
典型的な非焼結90W-7Ni-3Fe合金のシャルピーVノッチ衝撃エネルギーは約30～50Jである。
同じ組成の合金の衝撃エネルギーは、残留気孔を除去するために熱間静水圧プレス（HIP）を行った後、鍛造と適切な焼鈍を行うと、100J以上に飛躍的に向上する。
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