６族遷移金属で共有結合性の強いタングステンは粒界が弱く、粒界が破壊の起点となることが多いです。延性-脆性遷移温度以下で低温脆性破壊を超こします。繊維組織の多結晶では粒界を起点とする粒界破壊ならびに粒内脆性破壊となり、単結晶ではへき開破壊となります。へき開は｛100｝面に沿って起こします。

そして、延性-脆性遷移温度以上ではネッキングを生じ、チーゼル形の延性破壊となります。繊維組織をもつ線引き上がりの多結晶タングステンでは、1つ1つの結晶がチーゼル形の延性破壊を示ます。高温で再結晶した多結晶組織では粒界破壊とへき開破壊が観察されます。高温度・低応力下で長時間使用した場合は粒界にキャビティが成長して粒界から破壊します。

タングステンの破壊執性は脆性クラックの進展に対する抵抗の大きさを表す。破壊脆性は温度や結晶粒形状の影響を受ける。タングステンの室温における破壊脆性はおよそ15MPa／m 1／2程度である。温度が上昇すると破壊脆性は向上し、脆性クラックは拡大しにくくなる。クラックは粒界に沿って進展しやすい。細く長く入り組んだ結晶粒は破壊脆性が高い。再結晶を起こして粗大結晶になると破壊脆性は小さくなり、クラックが進展しやすくなる。

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タングステンの低温脆性を高温から冷やしていくと、ある温度以下で急に脆くなる。この温度を延性-脆性遷移温度といい、延性-脆性遷移温度以下で現れる脆性を低温脆性という。

タングステンの加工は低温脆性の見られない延性-脆性遷移温度以上で行わなければならない。タングステン焼結体の延性-脆性遷移温度は600～700Kと高く、室温で低温脆性が見られる。十分加工が進むと延性-脆性遷移温度は室温以下になり、室温で延性が見られるようになる。焼鈍により結晶粒が大きくなると延性-脆性遷移温度は上昇して再び室温で延性を示さなくなる。タングステンの低温脆性は粒界が弱いことに起因する。低温脆性で見られる破断は粒界破壊とへき開破壊である。

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タングステンの延性-脆性遷移温度（DBTT）は表面状態、結晶粒径です。あるいは不純物により200～700Kの間で大きく変化します。電解研磨で表面を平滑にするとDBTTは低温側に移動します。また表面を薄く酸化してもDBTTは低くなりました。結晶粒径の小さいほどDBTTは低くなり、平均粒径が0.001mm付近になるとDBTTは室温以下となります。材料を1,300Kあるいはそれ以上の高温にさらすと、結晶粒成長によりDBTTは高温側に移行します。

特に1，800K以上の高温では粒の粗大化が起こりDBTTは600～700Kまで上昇します。不純物として酸素や炭素が固溶するとDBTTは上昇します。また、800K以上でC，Fe，Ni，Crなどと合金を形成し、DBTTは著しく上昇します。

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タングステンの曲げ強度は組織や表面状態に大きく影響されます。線引き上がりの線材は繊維組織をもち、比較的曲げ強度が高いです。加工度の大きくなるほど柔軟性が向上します。線引き上がりのφ1.0mmタングステン線は室温における曲率R　5mmの90°曲げでクラックを生じます。線径がφ0.5mm程度になると折り曲げが数回できるようになります。

また、一般にタングステン線は繰り返し曲げに弱い。表面欠陥は強度を低下させます。電解研磨で表面を滑らかにすると曲げ強度は向上します。他の機械的特性と同様、曲げ強度も再結晶により低下します。特に1,800K以上の熱処理で二次再結晶による粒の粗大化が始まると曲げ強度は著しく低下します。

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タングステンの引張強さは組織や表面状態で大きく変化します。繊維組織をもつ線材の引張強さは高いが、熱処理をすると一次再結晶の強さが低下します。1,800K以上になると粒が粗大化し、引張強さはさらに再結晶後の室温の引張強さは線引き上がりの半分以下となります。電解研磨によりタングステンの表面を平滑にして、また引張強さは高くなります。

そして、微量のカリウムの添加によりタングステンの引張強さが向上します。これはカリウムの分散強化効果と再結晶抑制効果によります。また、φ0.39mmドーブタングステン線の室温における引張強さは線引き上がりで1,800～2,200MPa、再結晶後で800～1,000MPaです。

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タングステンは再結晶により衝撃強さが低下する。衝撃強さは結晶粒の形状に大きく依存し、粒の細く長いものほど強いです。電球のフィラメントは点灯時再結晶するため、再結晶後の衝撃強さが要求されます。フィラメントの衝撃試験には、振り子の先に付けた電球を振り下ろしてプレートに当て、フィラメントが断線した最小振り上げ角度を測定する方法や、電球を一定の高さから落下して、断線した最小高さで衝撃強さを評価する方法などがあります。

また、線引き上がりの線材は落下テストで断線することはほとんどないが、点灯後は結晶粒が粗大化しているため衝撃強さが低い。表面欠陥は衝撃強さを著しく低下させます。レニウムの添加は耐衝撃性改善に効果があります。

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塑性加工されたタングステンは繊維組織をもち機械的強度も大きいが,高温で再結晶して脆化する。純タングステンは約1,300Kで一次再結晶し、1,800Kを超えると二次再結晶による粒の粗大化が始まる。

高温強度改善のためにタングステンに微量のカリウムを添加する。カリウムは高温で微細なバブルを形成し、分散強化により高温強度を改善する。また再結晶温度を高め、粒形状を制御して粒界辷り（すべり）を防ぎ、高温強度を高くする。一例を示せば、純タングステンのφ0.39mm線引き上がりの高温引張強度が1，500Kで約200MPa、2，000Kで約130MPaであるのに対し、ドーブタングステンは1,500Kで約500MPa、2,000Kで約300MPaと2倍以上高くなる。

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タングステン合金の代表的な高強度合金として、低温脆性と再結晶脆性を改善したW-Re合金や、再結晶脆性を改善したW-ThO2合金がある。3～20数％レニウムを含むW-Re合金は延性-脆性遷移温度が低く、室温で靭性がある。W-Re合金は一次再結晶域で著しく伸びを示し、常温引張りで10～20％以上の伸びが見られる。

またW-Re合金の二次再結晶温度は2,500K以上と高い。高温引張強度は2,000Kで約300MPa、2,500Kで100MPaである。W-Re合金は高温高強度材料に用いられるほか、X線管球のターゲットや高温用の熱伝対に用いられる。タングステンに1～2％の酸化トリウムを添加したトリエイテドタングステン（W-ThO2）は、微細に分散したThO2が再結晶を抑制し、二次再結晶温度が2,200～2,500Kと高い。2,000Kにおける引張強度は約500MPaである。同様な合金にジルコニアやイットリア分散合金がある。W-ThO2合金は高温高強度材料として使われるほか、今日ではむしろ電子放出材料として用いられることが多い。

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タングステンは電子ビーム溶接やTIG溶接で接合できる。また材料を突き合わせて直接電流を流す抵抗溶接も行われる。酸化を防ぐため、溶接は不活性ガス雰囲気で行う。いずれの溶接においても、溶接部分は結晶が粗大化して脆くなるため、加熱域はできるだけ狭くすることが望ましい。溶接面はできるだけ平滑にし、表面の酸化膜は除去しておく必要がある。ろう付けには銀・鋼・ニッケル・パラジウムなどの金属、あるいはその合金がロー材に用いられる。加熱は不活性ガス雰囲気あるいは水素雰囲気で行う。ろう付け温度は1,300K以上となるので純タングステンでは再結晶による脆化を考慮する必要がある。

再結晶による脆化を避けるためにはボルトやリベットによる機械的接合が望ましい。モリブデンまたはタングステンのボルトやリベットを用いる。比較的融点の低い金属との接合では、タングステンと接合金属を型に入れ、接合金属の融点以上に加熱する鋳ぐるみ接合も行われる。

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タングステンは難加工材に属し、密度が高くなるほど機械加工は難しくなる。また、冷間加工された材料は組織に沿ってクラックが発生しやすく、加工前に十分焼鈍する必要がある。特に繊維に平行な方向の折り曲げ、あるいは繊維軸方向への切断は注意を要する。表面に欠陥をもつ材料は、欠陥を起点にクラックが伝播するため、あらかじめ欠陥を除去しておく必要がある。切断にはSiCやダイヤモンドホイルが用いられる。

棒材を周囲から鍛造圧縮して伸展する加工をスエージング（転打）加工という。タングステンは融点が高く鋳造が困難なため、粉末冶金法で製作した焼結体を回転する一対のハンマーで周囲から叩いて伸展し、密度を上げる。加工温度は1,400～1,800Kとする。タングステン焼結体の相対密度は92％程度で非常に脆いが、スエージング加工により緻密化が進むと、棒の軸方向に伸びた繊維組織が発達して勒性が向上する。

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