金属材料の種類と選び方

材料の選び方

製造業では、金属材料や樹脂材料をはじめ、さまざまな材料が扱われます。今回この記事で説明する金属材料は、特性や硬度によってさまざまなものがあり、日本工業規格によって細分化されています。金属材料を選ぶには、目的や用途に応じて、材質、厚さ、加工方法、切断方法の違いなどから選ぶようにします。金属材料の種類や選び方について説明していきます。

金属材料の材料選びには

機能とコストのバランスを考える

材料を選ぶ際には、まず機能とコスト2つの視点から着手します。安くても使えなければ意味がありませんし、反対にどれだけ高機能のものでも高すぎれば使いにくくなります。双方のバランスが取れている状態が、もっともよい設計であるともいえます。機械設計や製品開発をする際には、機能とコストのバランスをとりながら材料を選ぶようにしましょう。

材料における「機能」とは？

機械的性質
機械や部品として完成した際に、外から加わる力に耐えるための性質をいいます。材料の性質としては強度や硬さ、靭性などが該当します。

物理的性質
重さや電気、熱などに対する性質で、使用条件に対する性質になります。電気を通すか通さないか、熱でどれくらい膨張するか、磁石に反応するかなど、力以外の機能を問います。材料の性質としては、比重、導電性、熱膨張率、磁性などが該当します。

化学的性質
酸化（さび）や、薬品などとの反応のしやすさに関する性質で、環境に対する性質になります。水や海水がかかる場所、酸や油にさらされる場所など、周囲の状況に対して材料が悪い方向に変化しない機能を問います。材料の性質としては、耐食性が該当します。

コストとは？

材料そのものの値段
同様に金属材料であっても、樹脂材料であっても、種類やグレードによって材料そのものの値段に差があります。具体的には、鉄鋼材料に比べるとステンレスは割高な傾向があります。

材料の入手のしやすさ
材料の入手のしやすさとは、一般に売られ、流通しているかどうかです。材料メーカーが常時取り扱いしている一般的な材料であれば、比較的安価に入手できます。また、複数の購買先をもつこともできますので、災害時などを想定したリスクヘッジにも役立ちます。反対に、たとえ材料そのものの単価は低くても、特別な形状で購入しようとすればコストは上がります。

材料の加工のしやすさ
加工にかかるコストは機械や部品の値段に影響を及ぼします。加工しやすい硬さの材料を購入し、切削加工などの機械加工を行った後に、焼き入れなどの熱処理を行う方法があります。また強い板金部品が欲しいからと、板の厚さを厚くしてしまえば、やはり塑性加工にかかるコストが上がります。少々金型の値段が上がっても、リブや立壁を追加するなど、設計面での工夫を加えることで、コストを低く抑えられるようになります。

材質で選ぶ

金属素材には、さまざまな種類があり、加工の容易ささや熱処理による性質変化など特徴に違いがあります。

一般的に、金属材質の厚みが増えれば加工はしづらくなりますが強度は増します。鉄の切板の場合だと厚さ5mm前後から日本人男性の標準体重（67kg）を支えられます。ステンレスの場合は7mm、アルミの場合は20mm程度の厚みが必要で、素材によって強度は大きく変わってくるのです。

加工方法で選ぶ

金属素材は、加工方法で選ぶこともあります。加工方法には、大きく分けて素材の金属を回転させて加工する旋削加工と素材を固定して工具を回転させて加工する転削加工があり、前者の代表が旋盤加工、後者の代表的な方法がフライス加工となっています。

岐阜精器工業

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