機械材料|種類と分類

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、高分子材料、無機材料、複合材料などに分類することができる。

目次

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。

  • 鋼(スチール)
  • 工具鋼
  • 炭素鋼
  • 含鉄合金
  • 鋳鉄
  • ステンレス

非鉄金属

非鉄金属は、アルミニウムや銅に代表され、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。

  • アルミニウム
  • ニッケル
  • マグネシウム
  • チタン

無機化学物

無機化学物は、セラミックスに代表され、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。

  • セラミックス

有機化学物

有機化学物は、プラスチックやゴムに代表され、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。

  • プラスチック
  • 熱可塑性樹脂
  • 熱硬化性樹脂
  • ゴム(天然ゴム)(合成ゴム)

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/有害物質性・リサイクル性など)
  • 加工特性(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)
  • その他(経年特性・磁化特性・反射/透過性・色)

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