金属の硬度と世界最強の金属

硬度は、金属の最も重要な機械的特性のひとつである。これは、局所的な条件下（主に圧痕、引っかき傷、切断、摩耗など）での変形に対する材料の耐性を定義するものです。

金属硬度とは何か、どのように測定するのか、どのように改善するのか。また、便利な金属硬度表を入手し、人類がこれまで知っている中で最も強い10種類の金属を知ることもできます。

金属の硬度とは？

金属の硬度とは、金属が変形、すなわちひっかき傷やくぼみなどの永久的な変形に抵抗する能力のことです。硬度は、靭性や強度といった他の機械的特性と関連していますが、同じものではありません。

硬度にはいくつかの種類がある：

• スクラッチ硬度 - 耐スクラッチ性（モース硬度など）。
• 圧痕硬度 - 動かない物体による永久的な圧痕に対する抵抗力（ブリネル、ロックウェル、ビッカースなど）。
• 反発硬度 - 弾性変形に対する抵抗力で、衝撃後の反発高さによって測定される（リーブ試験など）。

タングステン、チタン、硬鋼の金属は、一般的に高い硬度と結びついているため、耐摩耗性の用途に最適です。

金属硬度の測定

1. ブリネル硬さ試験（BHN）：炭化タングステンまたは鋼球を使用して表面をへこませる。より柔らかい金属に使用され、より広い表面積の平均硬度が得られる。
2. ロックウェル硬さ試験（HR）：産業界で一般的で、さまざまなスケール（硬鋼のHRCなど）で圧痕の深さを試験する。素早く簡単に実施できる。
3. ビッカース硬さ試験（VHN）：ダイヤモンドピラミッド圧子を使用し、薄い試料や小さな試料を精密に試験する。精度は高いが、時間がかかる。
4. モース硬度スケール：1（タルク）から10（ダイヤモンド）までのスクラッチ試験。迅速な定性試験に便利。
5. リーブ硬さ試験（HL）：手に持って測定できるリバウンドスピード測定器。大きなもの、取り付けられるものに最適。

金属硬度チャート

異なる金属が硬度に関してどのように比較されるかをよりよく理解するために、異なる硬度スケールで一般的に使用される材料のリストを示した参考チャートを以下に示します。これらの値は大まかな目安になりますが、合金の組み合わせや製造方法、熱処理によって影響を受ける場合があります。

世界で最も強い金属トップ10

強度と硬度は同じではないが、近い。しかし、最も強い金属は、概して最も硬い金属である。以下は、最も印象的なトップ10のリストである：

1.タングステン（引張強さ：～1510MPa、モース硬度：～9）

タングステンは純金属の中で最も高い引張強度を持ち、極めて高い硬度を持つ。超高温でも強度を失わないため、航空宇宙部品、切削工具、軍事用途に極めて重要である。

2.インコネル（引張強さ：>1000MPa、モース硬度：6.5-7）

インコネルは、高温と硬度に強いニッケル・クロム超合金の一群である。耐食性、耐酸化性に優れ、ジェットエンジン、ガスタービン、化学プラントなどに使用されている。

3.チタン（引張強度：～1000MPa、モース硬度：～6）

チタンは、低密度と適度な硬度に加え、引張強度を有する。その強度対重量比と耐食性により、航空宇宙、移植装置、海洋環境での使用に最適です。

4.工具鋼（焼き入れ鋼）（引張強さ：700～1000MPa、モース硬度：～7）

A2、D2、H13などの鋼を熱処理し、高い表面強度と硬度を実現したもの。これらは、金型、ダイカスト、摩耗部品などに広く使用されている。

5.バナジウム (引張強さ：～800MPa、モース硬度：～6.7)

バナジウムは、高い引張強さを有し、鋼と合金化すると 強化され硬くなる。航空宇宙部品、装甲メッキ、高速工具など幅広い用途がある。

6.クロム（引張強さ：～418MPa、モース硬度：8.5～9）

クロムの引張強度は平均的だが、モース硬度は自然界に存在する金属で最も硬い。ステンレス鋼の製造に不可欠な元素であり、メッキ用途では優れた耐摩耗性と耐食性を提供する。

7.オスミウム（引張強さ：～600MPa、モース硬度：～7）

オスミウムは、最も高密度で硬い物質のひとつである。脆いにもかかわらず耐摩耗性が高く、万年筆のペン先や電気接点などの特殊な産業で使用されている。

8.イリジウム（引張強さ：～540MPa、モース硬度：～6.5）

イリジウムは非常に硬く、高温でも腐食しにくい金属である。非常に脆いが、スパークプラグ、るつぼ、深海通信機器などに利用されている。

9.ニオブ（引張強さ：～275MPa、モース硬度：～6）

ニオブは主に、構造用鋼の強度を高める合金添加物として、また超伝導体の製造に利用されている。元素のままでは最強の金属ではないが、他の材料を著しく強化する。

10.タンタル（引張強さ：～200MPa、モース硬度：～6.5）

タンタルは引張強さでは劣るかもしれないが、腐食に非常に強く、硬度も高い。化学的安定性が要求される電子機器（特にコンデンサー）、医療用インプラント、航空宇宙部品などに広く使用されている。

注：この一連の流れは、引張強度が金属の性能を示す重要な指標のひとつである一方で、硬度、耐食性、熱安定性も、ある工業的・工学的要件に最も適した材料を決定する上で同様に重要であることを証明している。

結論

金属の硬度は、特定の工業用途や構造用途に使用する材料の適合性を評価する上で重要なパラメータである。硬度を理解し、測定し、それを向上させることで、エンジニアはより多くの情報に基づいた決定を下し、工具、構造物、機械、および高度な装置に金属を最大限に活用することができます。硬度のリーダーは、タングステン、クロム、硬化鋼ですが、金属の選択は、常に仕事を成し遂げるための特定の一連の特性によって決まります。詳しくはスタンフォード・アドバンスト・マテリアルズ（SAM）をご覧ください。