タングステンの硬度は？ビッカース・モース硬度の数値と融点との関係も解説

金属材料を選定する際、硬度や融点は非常に重要なスペックです。

なかでもタングステンは、すべての金属元素のなかで最も高い融点を誇り、硬度においても優れた特性を持つことで知られています。

しかし「タングステンの硬度は具体的にどのくらいなのか？」「ビッカース硬度やモース硬度ではどんな数値になるのか？」「融点との関係は？」など、詳しく知らないという方も多いのではないでしょうか。

本記事では、タングステンの硬度は？ビッカース・モース硬度の数値と融点との関係も解説というテーマのもと、タングステンの硬度に関する基礎知識から、他の金属との比較、融点との関係性まで幅広くご紹介します。

ぜひ最後までご覧ください。

タングステンの硬度はビッカース硬度で約388 HV、モース硬度で7.5という高水準

それではまず、タングステンの硬度の結論からお伝えしていきます。

タングステン（元素記号：W、原子番号74）の硬度は、ビッカース硬度（HV）で約388 HV、モース硬度では7.5程度とされています。

これは一般的な金属と比較しても非常に高い水準であり、工業用途において高く評価される理由のひとつです。

モース硬度7.5という数値は、石英（モース硬度7）よりも硬く、トパーズ（モース硬度8）に近い水準です。

金属のなかでは特に硬い部類に入り、切削工具や電子部品、放射線遮蔽材など幅広い分野で活用されています。

また、タングステンは単体での使用だけでなく、タングステンカーバイド（WC）として炭化物にすることで、さらに硬度が増すことも大きな特徴です。

タングステンカーバイドのビッカース硬度は約1400〜2000 HVにも達し、ダイヤモンドに次ぐ硬さを誇ります。

ビッカース硬度とはどのような指標か

ビッカース硬度（Vickers Hardness Number）は、ダイヤモンドの四角錐圧子を一定の荷重で材料表面に押しつけ、できたくぼみの対角線長さから硬度を算出する試験方法です。

単位はHVで表され、金属から非金属まで幅広い材料の硬度測定に適しているため、工業分野で最も広く使われている指標のひとつといえるでしょう。

タングステンの約388 HVという数値は、鉄（約80〜100 HV）やニッケル（約100 HV）と比べても明らかに高く、その硬さの優位性が確認できます。

モース硬度とはどのような指標か

モース硬度は、ドイツの鉱物学者フリードリッヒ・モースが考案した硬度スケールです。

1（最も柔らかいタルク）から10（最も硬いダイヤモンド）までの10段階で表され、ひっかきへの耐性を相対的に示す指標として活用されています。

ビッカース硬度のように精密な数値を示すわけではありませんが、材料の概略的な硬さを把握するうえで非常にわかりやすい指標です。

タングステンのモース硬度7.5という値は、爪（約2.5）やガラス（約5.5）をはるかに超える硬さです。

タングステンカーバイドの硬度はさらに高い

タングステン単体の硬度も十分に高いですが、炭素と結合したタングステンカーバイド（WC）になると、ビッカース硬度は1400〜2000 HVにまで高まります。

これはダイヤモンド（約10000 HV）に次ぐ硬さであり、超硬工具や金型の素材として非常に重宝されています。

モース硬度でも約9〜9.5に相当するため、タングステンカーバイドは工業用途における「超硬材料」の代表格といえるでしょう。

タングステンの融点は約3422℃で、すべての金属元素のなかで最高

続いては、タングステンの融点について確認していきます。

タングステンの最大の特徴のひとつが、その圧倒的に高い融点です。

タングステンの融点は約3422℃（3695 K）であり、これはすべての金属元素のなかで最も高い数値です。

比較として、鉄の融点は約1538℃、銅は約1085℃、アルミニウムは約660℃であることを考えると、タングステンの耐熱性がいかに突出しているかがわかるでしょう。

金属	融点（℃）	ビッカース硬度（HV）
タングステン（W）	約3422	約388
モリブデン（Mo）	約2623	約150〜230
クロム（Cr）	約1907	約1060
鉄（Fe）	約1538	約80〜100
ニッケル（Ni）	約1455	約100
銅（Cu）	約1085	約35〜45
アルミニウム（Al）	約660	約15〜20

この表からもわかるとおり、タングステンは融点・硬度ともに他の金属と一線を画す特性を持っています。

融点が高い理由は原子結合の強さにある

タングステンの融点が極めて高い理由は、その金属結合の強さにあります。

タングステンは体心立方格子（BCC）構造を持ち、d電子軌道が関与した非常に強固な金属結合を形成しています。

この結合が非常に強いため、原子が自由に動き出す（液体になる）ためには非常に高いエネルギーが必要となります。

融点の高さは、高温環境下でも形状や強度を維持できるという実用的なメリットに直結しているといえるでしょう。

高融点が生み出す実用上のメリット

融点が高いことは、高温環境下での使用において圧倒的な優位性をもたらします。

電球のフィラメントにタングステンが使われていた歴史はよく知られており、これも高融点・高硬度という特性があってこそです。

現代においても、ロケットエンジンのノズル、溶接電極（TIG溶接のタングステン電極）、X線ターゲット材料など、高温にさらされる場面での活躍が続いています。

熱に強いだけでなく、高温下でも硬度を維持しやすいという点が、タングステンを他の材料と区別する大きな強みです。

融点と硬度の関係性について

融点と硬度には、一定の相関関係があることが知られています。

一般的に、融点が高い金属ほど金属結合が強く、硬度も高くなる傾向があります。

タングステンはその典型例であり、強固な原子間結合が融点の高さと硬さの両方をもたらしています。

ただし、融点と硬度が必ずしも比例するわけではなく、クロムのように融点（約1907℃）のわりにビッカース硬度が非常に高い（約1060 HV）例外的な金属も存在します。

あくまで傾向として理解しておくとよいでしょう。

タングステンの硬度・融点以外の物性と他金属との比較

続いては、タングステンの硬度・融点以外の主な物性と、他の金属との総合的な比較を確認していきます。

タングステンの特性は硬度と融点だけにとどまりません。

密度・熱伝導率・電気抵抗率など、多くの面で独自の特性を持っており、それが幅広い産業用途での採用につながっています。

密度と比重について

タングステンの密度は約19.3 g/cm³であり、これは金（約19.3 g/cm³）とほぼ同等で、非常に重い金属です。

鉄の密度が約7.87 g/cm³であることと比較すると、タングステンは鉄の約2.5倍もの重さを持つことがわかります。

この高い密度は放射線遮蔽材や重量バランサーとしての用途に適しており、医療用X線装置や工業用機器などに活用されています。

重くて硬く、融点も高いという特性の組み合わせがタングステンの唯一無二のポジションを作り出しているといえるでしょう。

熱伝導率と電気的特性

タングステンの熱伝導率は約173 W/m・K（室温）であり、これは鉄（約80 W/m・K）と比較して約2倍の値です。

熱をよく伝える性質は、半導体製造装置の加熱エレメントや電子放出材料としての使用に適しています。

また、電気抵抗率は約5.5×10⁻⁸ Ω・mであり、金属としては中程度の電気伝導性を持ちます。

低電圧の電気接点や電子管のグリッド材料としても使用されており、電気的特性の面でも重要な材料です。

線膨張係数と耐食性

タングステンの線膨張係数は約4.5×10⁻⁶/K（室温）と非常に小さく、温度変化による寸法変化が極めて少ないという特徴があります。

これはガラスとの封着（シール）に適した特性でもあり、かつての白熱電球のリード線として活用された背景ともなっています。

耐食性については、常温では安定していますが、高温では酸化しやすい側面もあります。

そのため、高温環境での使用には保護雰囲気（水素・アルゴンなど）や真空中での使用が推奨される場合も多いでしょう。

タングステンの硬度が活かされる主な用途と加工の注意点

続いては、タングステンの高い硬度と融点が実際にどのような用途に活かされているか、また加工の注意点についても確認していきます。

タングステンの特性は理論上の数値にとどまらず、現実の産業・工業現場で幅広く活用されています。

切削工具・超硬合金分野での活用

タングステンの最も代表的な用途が、超硬合金（サーメット）の主原料としての活用です。

タングステンカーバイド（WC）にコバルト（Co）などを添加して焼結した超硬合金は、ドリル・エンドミル・チップなどの切削工具として世界中の製造現場で使われています。

高速で金属を削る場面では摩擦熱が発生しますが、タングステン系超硬合金は高温でも硬度を維持できるため、工具寿命の面で非常に優れた性能を発揮します。

医療・放射線分野での活用

タングステンの高い密度と放射線遮蔽能力は、医療用X線装置やCTスキャナーの遮蔽材として活用されています。

従来は鉛が遮蔽材として一般的でしたが、環境負荷の観点から鉛フリー化が進むなか、タングステンはその代替材料として注目を集めています。

また、X線管のターゲット（陽極）材料としてもタングステンは使われており、高融点が高エネルギー電子線の照射に耐えられる理由となっています。

タングステンの加工における注意点

タングステンは硬度・融点ともに極めて高いため、加工難易度が非常に高い材料でもあります。

一般的な旋盤やフライス加工では工具摩耗が激しく、専用の超硬工具や放電加工（EDM）が用いられることが多いです。

また、タングステンは常温では脆性（もろさ）を示す傾向があり、焼結成形後の二次加工には高度な技術が求められます。

さらに、高温酸化に注意が必要であり、加工・使用環境によっては表面処理や雰囲気管理が不可欠です。

まとめ

本記事では、タングステンの硬度は？ビッカース・モース硬度の数値と融点との関係も解説というテーマのもと、タングステンの硬度・融点・物性・用途について詳しく解説しました。

タングステンのビッカース硬度は約388 HV、モース硬度は約7.5であり、金属のなかでも特に高い硬度を持つ材料です。

融点は約3422℃とすべての金属元素のなかで最高値を誇り、硬度の高さと融点の高さは金属結合の強さという共通の要因から生まれています。

タングステンカーバイドにすることでさらに硬度は増し、超硬工具や金型など幅広い用途での活躍が続いています。

密度・熱伝導率・線膨張係数など複合的な特性を持つタングステンは、今後も産業界において欠かせない材料であり続けるでしょう。

加工の難しさというデメリットはあるものの、それを上回るほどの優れた物性を持つ点が、タングステンが長年にわたって高く評価され続けている理由です。