「機械設計において優先して覚えるべき材料を知りたい」
「材料を選定するための基礎知識を身に付けたい」

今回はこのような悩みに答えていきます。材料知識が重要だと分かっていても、材料の種類は膨大なので、何から覚えたらいいか迷ってしまいますよね。

そこで本コラムでは、設計初心者の方に向けて以下の内容を解説します。

・初心者がまず覚えるべき材料
・材料選定に必要な知識
・用途に応じた材料の選び方

このコラムを読めば、機械材料を選定するための基礎知識が身に付き、「こういう場合は○○の材料を選ぶ」という基準を作ることができるでしょう。ぜひ読んでみてください。

1. 設計初心者がまず覚えるべき機械材料とは？

まずは、機械材料の全体像を大まかにつかんでおきましょう。機械設計で使われる材料は、大きく分けて金属材料と非金属材料に分類されます。

設計初心者の方は、上図のうち赤枠で囲った材料から覚えるのがおすすめです。なぜなら設計業務において使用頻度が高く、基本となる材料だからです。

ひとまず赤枠で囲った重要材料を把握しておけば、実践ですぐに役立つので、機械設計者として早く戦力になれるでしょう。

では、それぞれの材料を選定する際に何を見ればいいのでしょうか？次項では、材料選定に必要な基礎知識を解説します。

2. 選定に必要なのは材料の「特性」と「コスト」

機械材料の選定では、強度など必要な機能を満たしながら、コストを抑えた材料を選ぶのが重要です。そのためには材料の特性と、コストを決める要素について理解しておく必要があります。

2-1. 材料の特性をつかむ

前述の図で示した重要材料の特性をまとめると、以下の表のようになります。

重要材料の特性まとめ（目安）

※上表の価格は同じ大きさで比較した場合を示す。

2-2. 3つの要素で検討し材料のコストを抑える

材料のコスト削減を考えるときは「価格の安さ」だけでなく、「加工のしやすさ」や「規格の豊富さ（流通性）」も含めて検討しなければいけません。ここでは、加工性と流通性について具体的に解説します。

2-2-1. 加工のしやすさ

材料のコストは、材料自体の安さだけで決まるわけではありません。たとえば、安価な材料を選んでも加工が難しい場合は、作業に手間がかかり加工時間が伸びてしまい、その結果加工コストの増大につながるでしょう。

しかし、たとえ高価な材料でも加工性に優れていれば、作業に手間がかからないのでトータルのコストを抑えることができます。

したがって、材料の加工性は選定時における重要なチェックポイントになります。

2-2-2. 規格の豊富さ（流通性）

寸法や形状といった規格の豊富さも、材料を選ぶ際の重要なチェックポイントです。さまざまな種類の板厚や、平鋼・丸棒・形鋼などの規格が数多くそろっていれば、加工コストを下げるのに役立ちます。

なぜなら、規格品の寸法に合わせて設計することで、加工が必要な箇所を減らせるためです。たとえば、板厚12mmで高さ50mmのプレートが必要な場合、そのサイズの平鋼を使えば長さ方向を切断するだけで済みます。

寸法や形状のバリエーションが豊富な材料を選ぶようにしてください。

それでは次項から、用途に応じた材料の選び方を解説していきます。

3. 基本は鉄系材料を選ぼう

出典： マサカツ鋼材

材料を選定するときは、鉄系材料を基本にするといいでしょう。理由としては、

• 強度が高い
• コストが安い
• 加工しやすい
• 規格品が多い

といった要素を満たしているからです。

3-1. 第1候補はSS400

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