機械材料
機械材料とは、主に工業素材として使われる材料の一般である。使用目的の面から構造物に使用される材料、部品に使用される材料、工具に使用される材料などに大きく分かれる。また、成分の面からは、金属材料と非金属材料に大別され、金属材料は、鉄鋼材料や非鉄材料(銅、アルミニウム、ニッケルなど)、非金属材料は高分子材料、無機材料(セラミックス、ガラス)、複合材料(プラスチック)などに分類することができる。(参考:機械材料の性質)
歴史
18世紀にはじまった産業革命は、様々な機械を生み出した。機械を作る工作機、輸送機、電気機械、鉱山機械などであるが、機械材料は様々な機械の母体となり、機械的性質を決定づける要因のひとつである。したがって、機械の多種・多機能化や、厳しい機械性質や制度が求められるに従い、機械材料も多岐にわたるようになった。
鉄鋼
鉄鋼は、強くて硬いものが多く、割れにくい。汎用性の高い素材で一般的に親しまれている。熱処理を加えればより硬く、より強くできる。しかし、錆びに弱く重量は重いため、軽量化には向いていない。その他の素材に比べて安価である。
記号 | 名称 | 特長 |
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SPCC | 冷間圧延鋼板 | 滑表面を持ち、酸化亜鉛めっきなどの表面処理がされている。 |
SPHC | 熱間圧延鋼板 | 高温で柔軟に形成できる。溶接歪みが少ない。 |
SS400 | 一般構造用圧延鋼材 | 低価格で経済性が良い。強度や高度に優れている。溶接性が良い。 |
SS400D | ミガキ棒鋼 | 磨表面 |
S25C | 機械構造用炭素鋼鋼材 | 焼入れ性がよく低価格。 |
SGP | 配管用炭素鋼鋼管 | 腐食性に優れ、給水管、排水管、ガス管に用いる。 |
STPG370 | 圧力配管用炭素鋼鋼管 | 耐圧性に優れいている。 |
S45C | 機械構造用炭素鋼鋼材 | 調質性がよい。 |
SWP-A | ピアノ線 | 耐食性に優れ、ばね性がよくばねに使われる。 |
合金鋼
記号 | 名称 | 特長 |
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SCM435 | クロムモリブデン鋼鋼材 | 高強度、疲労強度、溶接性がよい |
SUJ2 | 高炭素クロム軸受鋼鋼材 | ベアリング に使われ、耐熱性、耐摩耗性、腐食抵抗性がよい |
SK4 | 炭素工具鋼鋼材 | 高硬度で刃物などの工具用に使われる。 |
特殊鋼(ステンレス)
記号 | 名称 | 特長 |
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SUS316-WPA | ばね用ステンレス鋼線 | ばね性 |
SUS303 | 18-8ステンレス鋼 | 加工性に優れ、非磁性をもつ |
SUS304 | 18-8ステンレス鋼 | 耐錆性に優れ、非磁性をもつ |
SUS316 | 17-12ステンレス鋼 | 耐食性・耐蝕性・高温耐性に優れている |
SUS440C | 17Crステンレス鋼 | 強度磁化をもつ。耐熱性、切削性、耐食性、耐摩耗性に優れている。 |
SUS410 | 13Crステンレス鋼 | 非磁性、耐食性、耐熱性をもつが、腐食性が弱い。 |
非鉄金属
非鉄金属は、アルミニウム、銅、ニッケル、マグネシウム、チタン、銅に代表され、加工性、入手性が良く、耐熱性、耐食性、流通性もよいため、機械設計において最もよく使用される。鉄鋼と比較して軽い。
記号 | 名称 | 特長 |
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AC3A | アルミ合金鋳物 | 軽量材 |
CAC403 | 青銅鋳物 (砲金) | 導電性が高く、耐食性があり、機械的な強度も優れている |
A1100 | 純アルミ | 軽量で加工しやすく、熱伝導性、電気伝導性が良い |
A2017-T4 | アルミー般強力材 | 熱処理が可能。軽量で高強度・耐食性、熱伝導性が良い。 |
A5052-H34 | アルミー般強力材 | 耐食板 |
A7075-T6 | アルミー般強力材 | 軽量で加工しやすく、熱伝導性、電気伝導性が良い耐食性が優れている。 |
C2801P | 黃銅板 | 良好な導電性、延伸性、可鍛性、抗菌性に優れている。 |
C3604BD | 黄銅材 | 導電性、可鍛性がよく快削性に優れている。電子機器などで使用 |
鋳鉄
記号 | 名称 | 特長 |
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FC200 | ねずみ鋳鉄品 | 耐熱性、耐食性、硬度、切削加工性、非磁性をもつ。 |
FCD600 | 球状黒鉛鋳鉄品 | 高い強度をもつ。鋳造性で様々な形状を作れる。 |
無機化学物
無機化学物は、セラミックスやガラスに代表され、硬くて熱に強いのが特徴である。急激な温度変化を与えるとヒートショックにより破損する。化学的に安定な材料なので、腐食や耐薬品性に優れる。それと同時に、電気や熱伝導性は悪い。硬度が高いため、割れやすく加工が難しいため、複雑な形状には向いていない。
記号 | 名称 | 特長 |
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グラナイト | 石定盤材 | 耐久性と耐摩耗性をもつ。白、灰色、ピンク、赤、黒の色がある。 |
ジルコニア | セラミックス | 高高度、耐蝕性、絶縁性に優れている。透明性がある。 |
アルミナ | セラミックス | 高高度、耐摩耗性、耐食性、高い融点をもつ。 |
SIC | セラミックス | 高高度、耐摩耗性、耐食性、高い融点をもつ。 |
石英 | ガラス | 透明性、高い絶縁性、耐摩耗性、絶縁性をもつ。 |
有機化学物
有機化学物は、プラスチック、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、ゴムに代表され、軽くて変形しやすいものが多い。絶縁性がある。強度や耐熱性はあまり望めない。また、太陽光など紫外線にあて続けると劣化する。
樹脂
記号 | 名称 | 特長 |
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MC901 | MCナイロン | 耐熱性、耐摩耗性、化学耐性、電気絶縁性を持ち、自己潤滑 する。 |
EP | エポキシ樹脂 | 耐化学薬品性、耐水性、絶縁性、優れた粘着性をもつ。 |
PMMA | アクリル | 軽量で透明性を持つ。成形性がよくいろいろな形を持つ。 |
PC | ポリカーボネート | 軽量で、耐水性、透明性、耐熱性、耐化学薬品性を持つ。 |
ゴム
記号 | 名称 | 特長 |
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NBR | ニトリルゴム | 耐油性、耐燃性、耐熱性、耐薬品性などの特徴を持つ |
シリコンゴム | 耐油性、耐燃性、耐熱性、耐候性などの特徴を持つ | |
バイトン(フッ素ゴム) | 耐熱性、、耐摩耗性、耐油性、耐薬品性、耐候性を持つ |
複合材料
複合材料とは、金属やプラスチック、セラミックスなど二種類以上の機械材料を組み合わせ、素材のもつそれぞれの特性を生かし単独では得られなかった機能、性能を持たせた材料である。板材・棒材・発泡材などを加工・変形し接着・溶接・圧延接合したもの等、さまざまなものがある。
- エンジニアリングプラスチック
- 繊維強化プラスチック(FRP)
- ガラス繊維
- 炭素繊維
- 繊維強化金属(FRM)
- 繊維強化セラミックス(FRC)
- 金属基複合材(MMC)
- 炭素繊維強化炭素複合材料(C/C)
機械材料の選定
あらゆる工業の基盤に用いられる機械や装置、またそれらによって製造される製品において、材料の特性を踏まえて慎重に選定していかなければあならない。日進月歩で素材の向上が行われているが、性能だけを求めてコスト高が問題になることもあり、慎重に選ばなければならない。
- 機械的特性(強度・剛性・弾性・じん性・重量・比強度・比剛性・摩耗性・寿命など)
- 電気的特性(電気伝導性・帯電性・磁性など)
- 熱特性(耐熱性・熱伝導性・断熱性・体積膨張性・変態点・寸法安定性(線膨張係数)など)
- 環境特性(耐熱性・耐寒性・耐腐食性・粉塵)
- 加工性(切削性・鋳造性・鍛造性、溶接性・接着性、表面処理性(めっき・塗装)など)
- コスト(素材自体の値段・加工費・品質安定性・入手性・標準性)
- 安全性
- 廃棄性(環境に有害でないか・リサイクルが可能か)
- その他(経年特性・磁化特性・反射/透過性・色・JISの対応)