特定の用途に最適な金属を選択しなければならない状況に直面したことがあるかもしれません。明確な情報がなければ、必要な性能を発揮しない金属に資源を浪費し、プロジェクトの成功を妨げるかもしれません。そこで役立つのが金属強度チャートです。各金属の機械的特性を細分化し、プロジェクトのニーズに最適なものを選択できるようにします。
金属強度表は、材料の強度を作業に適合させるのに役立ちます。引張強さ、降伏強さ、硬さなどの値が表示されます。これらの数値は、荷重、熱、または摩耗に対応する金属を選ぶのに役立ちます。製品設計や調達の際にオプションを比較する際には、このチャートをご利用ください。時間を節約し、ミスを減らすことができます。
金属を選ぶのに推測ゲームである必要はありません。各タイプがどのように積み重なるかを確認し、実際の数字に基づいてより賢い選択をしてください。この記事では、適切な金属を簡単に選択するための実践的なガイドラインと明確な例をご覧いただけます。
金属強度」とは何か？
金属強度とは、金属が力に抵抗する能力のことである。金属が形状を変えたり破損したりする前に耐えられる圧力を示す。強度にはいくつかの種類があり、それぞれ異なる方法でテストされる。
引張強さは、金属が破断するまでにどれだけの引張力に耐えられるかを示す。降伏強度は、金属が形状に戻ることなく曲がり始めるタイミングを示す。圧縮強度は、金属が押しつぶされるのにどれだけ耐えられるかを示す。せん断強度は、金属を切断しようとする力、または金属の一部を互いに滑らせようとする力に対処する。
これらの数値はラボテストから得られたものである。エンジニアやバイヤーが金属が十分に強いかどうかを判断するのに役立つ。
金属の強さの種類を理解する
金属は使用中にさまざまな力に直面する。それぞれの強度は、金属がこれらの力のいずれかにどのように反応するかを測定します。この違いを知ることで、部品に適したものを選ぶことができます。
引張強さの説明
引張強さは、金属が破断するまでにどれだけの引っ張り力に耐えられるかを示す。これらの部品は引っ張られると伸びる。
金属の引張強度が低いと、折れてしまう可能性がある。引張強度が高いということは、破断するまでの間、より多くの引っ張りに耐えられることを意味する。引張強度は、金属サンプルを破断するまで引っ張り、それに耐えた最大力を記録することで測定される。
降伏強度とその重要性
降伏強さとは、金属が永久に曲がったり伸びたりし始めること。折れることはないが、元の形には戻らない。
降伏強度が低すぎると、部品が曲がったり、曲がったままになったりします。タイトフィットや荷重のかかる部品には適していません。
圧縮強度
圧縮強度は、金属を押したり押しつぶしたりする力にどれだけ抵抗できるかを示す。引張強度の反対と考えてください。
金属の圧縮強度が弱いと、変形したりつぶれたりする。強い圧縮強度は、圧力によるへこみ、座屈、崩壊を防ぐ。
剪断強度
剪断強度は、金属が部品同士を滑らせるときにどれだけの力を受けることができるかを示す。引っ張ったり押したりするのとは違う。
せん断強度が低すぎる場合 ファスナー は、力が横切る部分で折れることがある。接合部、コネクター、可動部には、せん断強度の高い金属を使用する。
衝撃靭性
衝撃靭性は、金属が突然の衝撃や打撃をどれだけ吸収できるかを示す。安定した力のことではなく、素早い打撃のことである。
もろい金属は衝撃で割れる可能性があり、一方、丈夫な金属はエネルギーを吸収して無傷でいられる。衝撃試験は、このような用途で異なる金属を比較するのに役立ちます。
耐疲労性
疲労抵抗は、金属がひび割れを起こす前に、どれだけの頻度で繰り返し荷重に耐えられるかを示している。多くの部品は、一度の大きな衝撃では壊れません。小さな力で何度も何度も破損するのだ。
金属の疲労強度が低いと、小さな亀裂が成長し、故障の原因となる。このような場合は、疲労限度の高い金属を使用してください。
硬度と耐摩耗性
硬度 とは、金属が引っかき傷やへこみ、表面の損傷にどれだけ耐えられるかを示す。耐摩耗性とは、擦ったり擦られたりしたときに、どれだけ長く持ちこたえられるかを示す。
硬い金属は乱暴に使っても長持ちする。金属が柔らかすぎると、表面はすぐに摩耗してしまう。表面コーティングや熱処理も摩耗寿命を向上させる。
金属強度チャート概要
金属強度チャートは、主要なデータを並べて表示します。金属を素早く比較するのに役立ちます。作業の必要性に応じて、適切な強度タイプを適合させることができます。
金属強度表の見方？
チャートの各行は金属または合金を示す。列は、引張強さ、降伏強さ、硬さ、耐衝撃性などの異なる強度値を示しています。
各欄の数字を見て、異なるタイプの力の下で金属がどのように機能するかを比較する。数値が高いほど抵抗力が高いことを意味します。部品の機能に応じて、最も必要とされる特性（引張、降伏、その他の特性）に注意してください。
標準単位と試験方法
強度は標準単位で測定される。引張強さと降伏強さは、メガパスカル（MPa）またはポンド毎平方インチ（psi）で測定される。硬度はブリネル(HB)、ロックウェル(HR)、ビッカース(HV)スケールで示すことができる。
検査はASTMやISO規格のような決められた方法に従って行われる。これにより、ラボやサプライヤー間で一貫した結果が保たれます。信頼できる試験から得られた値かどうかを常に確認すること。
異なる金属タイプ間の強度の比較
元来、金属によって強度は異なる。例えば
- スチール 多くの場合、高い引張強度と降伏強度を持つ。
- アルミニウム より軽く、より強くないが、シェイプしやすい。
- チタン は鋼鉄に近い強度を持つが、はるかに軽く、耐食性に優れている。
- 銅と真鍮 は強度は低いが、優れた導電性を発揮する。
チャートを使ってこれらの強みを比較し、自分の仕事に最も適したものを見つけよう。
| 金属の種類 | 引張強度（PSI） | 降伏強度（PSI） | ロックウェル硬度（Bスケール） | 密度（kg/m3） |
|---|---|---|---|---|
| ステンレス鋼304 | 90,000 | 40,000 | 88 | 8000 |
| アルミニウム 6061-T6 | 45,000 | 40,000 | 60 | 2720 |
| アルミニウム 5052-H32 | 33,000 | 28,000 | 2680 | |
| アルミニウム3003 | 22,000 | 21,000 | 20～25歳 | 2730 |
| スチールA36 | 58-80,000 | 36,000 | 7800 | |
| 鋼グレード50 | 65,000 | 50,000 | 7800 | |
| イエローブラス | 40,000 | 55 | 8470 | |
| レッド・ブラス | 49,000 | 65 | 8746 | |
| 銅 | 28,000 | 10 | 8940 | |
| リン青銅 | 55,000 | 78 | 8900 | |
| アルミニウム青銅 | 27,000 | 77 | 7700-8700 | |
| チタン | 63,000 | 37,000 | 80 | 4500 |
一般的な金属の強度特性
それぞれの金属には、特定の仕事に適した強みがあります。このセクションでは、一般的な金属の種類に期待されることと、それらが最もよく機能する場所について説明します。
炭素鋼
炭素鋼は強く、安価で、加工が容易である。 溶接.高い引張強度と降伏強度を持つ。そのため 構造部品, 括弧そして フレーム.しかし、コーティングせずに放置すると錆びる可能性がある。屋内やコーティングされた部品には効果的で、コストも抑えられる。
ステンレス・スチール
ステンレス鋼は錆に強く、過酷な環境にも耐える。特に300と400シリーズでは、優れた引張強さと降伏強さを発揮します。食品機器に最適です、 エンクロージャーと屋外での使用に適している。炭素鋼よりも高価だが、長持ちする。
アルミニウム
アルミニウムは鋼鉄よりもはるかに軽量だが、それでも多くの仕事には十分な強度がある。引張強度と降伏強度は低いですが、腐食に強く、成形が容易です。筐体やパネル、航空宇宙部品など、軽量であることが求められる部品に最適です。
チタン
チタンは鋼鉄に近い強度を持ちながら、重量ははるかに軽い。また、耐食性にも優れている。航空宇宙、医療、高性能部品に使用されています。コストは高くなり、機械加工も難しくなりますが、重量と強度が重要な場合には、チタンは賢明な選択です。
銅と真鍮
銅は柔らかいが、他の金属よりも電気と熱をよく通す。真鍮は強度が増し、耐摩耗性が向上する。これらの金属は高い引張強度はありませんが、電気部品、装飾品、低荷重部品で輝きます。
マグネシウム合金
マグネシウム合金はアルミニウムよりもさらに軽い。適度な強度があり、1グラム単位が重要な自動車や航空宇宙部品に使用される。腐食しやすく、入手が困難なため、主にニッチな用途で使用されている。
ニッケル合金
ニッケル合金は高熱でも強度を保つ。ニッケル合金はジェットエンジン、タービン、化学プラントなどで使用されている。これらの金属は腐食、摩耗、熱による損傷に強い。コストは高いが、熱や圧力が極端に高い場合に有効である。
用途に応じた金属強度の選択
適切な金属は、それがどこでどのように使われるかによる。高い強度が必要な部品もある。また、耐食性、軽量性、導電性などの特殊な特性を必要とする部品もある。
構造フレームワーク用金属の選択
耐荷重フレームは、強度と耐久性が第一です。炭素鋼が広く使われているのは、強度が高く手頃な価格だからだ。応力によく耐え、溶接も容易です。
重量を支え、建物、機械、産業機器などの曲げやひび割れに耐える。ステンレス鋼は、湿気の多い場所や屋外など、腐食が懸念される場合に使用される。
自動車部品用金属
自動車は、重量、安全性、コストのバランスをとるために、さまざまな金属を組み合わせて使用している。ボディ・フレームとクラッシュ・ゾーンには高張力鋼板が標準採用されている。強靭で、事故の際にも形を保つ。
アルミニウムはエンジン部品、ホイール、パネルなどの重量を軽減する。スポーツカーや電気自動車の中には、強度を落とさずにさらに軽量化するためにマグネシウムやチタンの部品を使うものもある。
航空宇宙用途と重量比の優先順位
飛行機や宇宙船には、強度と軽さを兼ね備えた部品が必要だ。チタンはジェットエンジンや構造部品によく使われる。軽量でありながら熱や応力に強い。
アルミニウム合金は機体やパネルに使用される。強度対重量比に優れ、加工が容易である。すべての部品は、安全性と燃費を確保するために厳しい基準を満たさなければならない。
医療機器と生体適合性に関する考察
医療用部品は丈夫で耐食性があり、人体に安全でなければならない。ステンレスとチタンが最良の選択である。
チタンは組織と反応しないため、インプラントに使用される。ステンレス鋼は手術器具や支持具に使われる。ここの金属は滑らかな仕上げが必要で、滅菌下でも持ちこたえなければならない。
エレクトロニクス・エンクロージャと導電率要因
電気部品にとって、導電性は重要である。銅は電流をよく伝えるので、ワイヤーや接点に使われる。
ハウジングには、強度とシールドのためにアルミニウムと真鍮が使われている。また、干渉を防ぐ効果もある。ステンレス鋼は、長時間の使用に耐える強靭性や耐食性が必要な場合に使用されます。
海洋およびオフショアでの使用強度と腐食
海水はほとんどの金属を蝕むので、耐食性が鍵となる。ステンレス鋼やアルミニウム、銅合金がよく使われる。
これらの金属は、荷重に耐えながら錆に抵抗します。フレーム、ハウジング、ファスナーのような海洋部品は、力と絶え間ない湿気に耐えなければなりません。ニッケル合金は、深海や高圧環境で使用されます。
金属強度を超える要因
強度は重要ですが、考えるべきことはそれだけではありません。その他の実用的な要素も、最終的な素材選びを左右します。
素材選択におけるコストの役割
強い金属が必ずしも正しい選択とは限りません。炭素鋼は低コストで確かな強度を提供する。チタンは優れた特性を持つが、コストははるかに高い。特に大量生産の場合は、予算内に収まるよう、強度とコストを常に天秤にかけてください。
加工性と溶接性
切断、穴あけ、溶接が難しい金属もある。アルミニウムと軟鋼は機械加工も溶接も簡単です。ステンレス鋼は手間がかかる。チタンは加工が難しく、特殊な工具が必要です。機械加工性が悪いと、リードタイムと人件費が高くなるため、選定プロセスの早い段階で確認してください。
可用性とサプライチェーンの考慮事項
どんなに良い金属でも、入手が間に合わなければ何の役にも立たない。欲しい金属が簡単に手に入るかどうかを常にチェックすること。スチールやアルミニウムのような一般的な金属は広く在庫があります。特殊合金は、リードタイムが長かったり、供給元が限られていたりします。生産スケジュールに合った材料を選びましょう。
表面処理適合性
表面処理 のように 粉体塗装, 陽極酸化処理、 または メッキ は、プロテクションを加えたり、ルックスを向上させたりすることができる。しかし、すべての金属がこれらの処理に適しているわけではありません。アルミニウムは陽極酸化処理に適していますが、ステンレス・スチールは通常コーティングを必要としません。後で問題が生じないよう、選択した金属が、予定している仕上げに合うかどうかを確認してください。
プロジェクト計画に金属強度表を活用するには？
金属強度表は数字を示してくれるが、それを正しく使うには単に読むだけでは不十分だ。計画をしっかり立てるということは、現実のニーズと賢明な選択を一致させるということである。
設計荷重要件への適合
まず、部品が直面する力（引っ張り、押し、曲げ、衝撃）を知ることから始めましょう。次に、これらの荷重に対応できる金属を見つけるために、チャートの強度値をチェックします。
引張部品は引張強さ、ロードフレームは降伏強さ、ファスナーはせん断強さに注目する。常に、設計が負担する荷重を上回る金属を選ぶこと。
安全マージンの会計処理
荷重にぴったり合った金属を選ばないこと。予期せぬ応力、摩耗、材料の欠陥に備えて、常に安全マージンを含めること。
一般的なルールは、必要な強度の1.5倍から2倍の材料を選ぶことです。これは経年劣化を防ぎ、安心感を与える。
強さだけで選ぶときに避けるべき間違い
強いからといって金属を選んではいけない。強い金属の中には、溶接、切断、成形が難しいものもある。また、腐食したり、コストが高すぎたりするものもある。
強度と重量、価格、製造中の金属の挙動とのバランスを常に考えよう。最も強い」金属を選ぶと、製造が遅くなったり、隠れたコストが増えたりして逆効果になることがあります。
結論
金属強度表は、強度別に材料を比較するのに役立つ実用的なツールです。適切な金属を選ぶには、必要な強度を力の種類（引張、降伏、せん断、衝撃）に合わせます。また、重量、コスト、機械加工性、耐食性についても考えましょう。
次のプロジェクトに適した金属を選ぶのにお困りですか？ お問い合わせ お客様の図面や仕様書をもとに、強度、コスト、用途に応じて最適な材料をご提案します。
ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
