機械材料の種類一覧｜鉄鋼・非鉄金属を用途別にわかりやすく整理

こんにちは、切粉ラボ運営のMakaです。

機械加工の図面を見ていると、SS400、S45C、SUS304、A5052など、いろいろな材質記号が出てきます。同じ金属でも名前が変わるだけで、硬さや耐食性、重さ、削れ方はかなり違います。私も現場では、図面の材質欄を見た時点で「どの工具から始めるか」「条件はどのあたりか」「加工後の変形に注意が必要か」まで考えます。

材質を覚えるときに大切なのは、いきなり細かな記号を丸暗記しないことです。まず鉄鋼材料、非鉄金属、樹脂という大きな分類をつかみ、その中で用途や性質を比べていくと理解しやすくなります。

• 機械材料の大きな分類と代表的な材質
• 鉄鋼材料と非鉄金属の種類と用途
• S45CやSUS304など代表材の特徴
• 用途と加工方法から材質を選ぶ考え方

機械材料の種類を一覧で確認

機械材料という言葉はかなり広く、金属だけを指すわけではありません。機械部品では鉄鋼、アルミ、銅、チタンなどの金属に加え、POMやナイロンなどの樹脂も使われます。ただ、切削加工の現場で材質を考えるなら、まず金属材料を鉄を主成分とする鉄鋼材料と、アルミや銅などの非鉄金属に分けると全体像が見えやすくなります。

機械材料は大きく3分類

機械部品に使われる材料は、実務上は「鉄鋼材料」「非鉄金属」「樹脂材料」の3つから考えると把握しやすいです。さらに鉄鋼材料の中には炭素鋼、合金鋼、工具鋼、ステンレス鋼、鋳鉄などがあり、非鉄金属にはアルミニウム合金、銅合金、チタン合金、マグネシウム合金、ニッケル合金などがあります。

鉄鋼材料の種類一覧

機械加工で接する機会が多いのは、やはり鉄鋼材料です。ただし、現場で「鉄」と呼んでいても、中身は同じではありません。SS400とS45Cでは用途が違い、S45Cでも焼入れ前と焼入れ後では工具への負担が大きく変わります。

私はS45Cを加工する機会が多く、切削加工の基準としてイメージしやすい材質だと感じています。一方、S25Cはこれまでの経験では比較的削りやすい感覚がありました。ここで大切なのは、「鉄だから同じ条件で削れる」と考えないこと。炭素量、合金元素、熱処理、硬度などで被削性は変わります。

非鉄金属の種類一覧

非鉄金属は、鉄を主成分としない金属材料の総称です。機械加工ではアルミニウム合金、銅・銅合金、チタン合金などをよく目にします。軽量化、導電性、耐食性、高温特性といった目的で使われることが多く、鉄鋼材料では得にくい性質を生かせるのが魅力です。

アルミニウム合金だけを見ても1000系から7000系など複数の系列があり、成分や熱処理の可否によって用途が変わります。日本アルミニウム協会の資料でも、1000系、3000系、5000系、6000系、7000系などを合金系統と用途に分けて示しています。材質記号だけでなく、系列の意味まで知ると材料選定がかなり読みやすくなります。

（参照：一般社団法人 日本アルミニウム協会「アルミニウムについて」）

樹脂も機械材料に含まれる

機械材料という検索では金属が中心になりやすいですが、実際の機械部品では樹脂も欠かせません。POMは摺動部品や治具、PA系はギヤやカバー、PEEKは耐熱性や耐薬品性が必要な部品などで使われます。金属より切削抵抗が低い場合がある一方、熱で寸法が動きやすい、クランプで変形しやすい、バリや溶着が出るなど、金属とは違う難しさがあります。

そのため「金属より柔らかいから簡単」と決めつけるのは危険です。機械材料を選ぶときは、材質名だけでなく、使用温度、荷重、摩擦、薬品、絶縁性まで見ていく必要があります。

鉄鋼材料の特徴と用途

鉄鋼材料は種類が多く、価格、入手性、機械的性質、熱処理との相性から多くの機械部品で使われています。その反面、材料記号だけを見て同じ扱いをすると加工トラブルにつながります。ここでは機械加工で特に接点の多い種類を見ていきます。

炭素鋼は機械部品の基本

炭素鋼は鉄に炭素を含む鋼で、機械構造用炭素鋼ではS25CやS45Cなどが代表的です。軸、ピン、ボス、歯車など幅広い部品に使われ、必要に応じて熱処理を組み合わせます。

現場では、同じS45Cでも素材の状態や硬度で削れ方が変わります。焼入れ前なら旋削やフライスで加工できても、焼入れ後は通常の条件では工具への負担が大きくなり、CBN工具や研削加工を検討する場面も出てきます。材料名と硬度はセットで見たいところです。

合金鋼と工具鋼の使い分け

合金鋼は、炭素鋼にクロム、モリブデンなどの元素を加え、用途に必要な性質を持たせた鋼です。SCM435やSCM440のようなクロムモリブデン鋼は、機械部品やボルト、軸などで使われます。熱処理との組み合わせで機械的性質を調整しやすいため、負荷のかかる部品で候補になります。

工具鋼は、金型や切削工具、治具など、耐摩耗性や硬度が必要な用途で使われます。特に焼入れ後の高硬度材では、工具選定を外すと一度の加工で刃先を傷めることもあります。私も高硬度材では、いつもの鉄用チップをそのまま使うのではなく、工具メーカーの推奨材種と加工可能硬度を確認してから条件を決めます。

ステンレスは系統で性質が違う

ステンレス鋼は耐食性を目的に使われることが多い材料ですが、一口にSUSといっても種類があります。代表的なのは、SUS304やSUS316などのオーステナイト系、SUS430などのフェライト系、SUS410やSUS420系などのマルテンサイト系です。

ステンレス協会の資料では、ステンレス鋼を金属組織によってマルテンサイト系、フェライト系、オーステナイト系、二相系、析出硬化系などに分類し、代表鋼種としてSUS304、SUS316、SUS430、SUS410などを挙げています。

（参照：ステンレス協会「ステンレスの概説」）

私がSUS304を初めて本格的に加工したときは、鉄系材料と比べて刃物の持ちがかなり違うことに驚きました。熱を持ちやすく、切れ味が落ちた工具を使い続けると加工状態が一気に悪化することがあります。特にオーステナイト系は加工硬化も意識したい材質です。詳しい考え方は加工硬化の原理と現場対策でも解説しています。

鋳鉄は切粉と鋳肌を見る

鋳鉄ではFC系やFCD系が機械部品でよく使われます。FCは片状黒鉛鋳鉄、FCDは球状黒鉛鋳鉄で、機械本体、ベース、ケーシングなどに使われます。鋳造によって複雑な素材形状を作りやすく、振動を吸収しやすい性質を生かす用途もあります。

加工している側から見ると、丸棒の炭素鋼とは切粉の出方がかなり違います。細かな粉状の切粉が出ることがあり、機械内部や周辺が汚れやすいのが印象的です。また、鋳肌が残る素材では、最初の切込みで工具へ負担がかかることもあるため、表面状態も見逃せません。

非鉄金属の特徴と用途

非鉄金属は「鉄ではない金属」という大きなくくりなので、性質はかなり幅があります。アルミのように高能率で削りやすい材料もあれば、チタンやニッケル基耐熱合金のように工具寿命へ厳しい材料もあります。色や重さだけで判断せず、正確な材質記号を確認することが基本です。

アルミ合金は系列で選ぶ

アルミニウム合金は軽量で、鉄やステンレスより切削条件を上げやすいと感じることが多い材料です。私の経験でも、切削そのものは比較的進めやすい一方、工具への溶着や傷、薄物の変形、バリには注意しています。

A5052はAl-Mg系で、板材や一般的な機械部品でよく見かけます。A6061はAl-Mg-Si系の熱処理型合金で、構造部品などに使われます。A7075は高い機械的性質を求める用途で使われる代表的な7000系合金です。同じ「アルミ」でも系列が違えば用途も加工感覚も変わるので、A5052の条件をそのまま別系列へ当てはめる考え方は避けたいところです。

銅と黄銅は別物として見る

銅系材料は、純銅、黄銅、青銅などで性質がかなり変わります。純銅は導電性や熱伝導性を生かす用途が多く、黄銅は銅と亜鉛を主成分とする合金で、継手やバルブ、精密部品などに使われます。

加工感覚も同じではありません。私は真鍮を比較的削りやすい材質だと感じることが多く、切粉も細かく切れやすい印象があります。一方、粘りのある銅系材料ではバリや仕上げ面に気を使うことがあります。見た目が似ていても、材質記号を確認せず同条件で加工するのは避けるべきです。

チタンやNi系は難削材

チタン合金やニッケル基耐熱合金は、航空、発電、化学設備など厳しい環境で使われます。材料として優れた性能を持つ一方、切削では熱が刃先に集中しやすい、工具摩耗が進みやすい、切削抵抗が高いといった課題が出やすく、代表的な難削材として扱われます。

図面の材質欄にチタン、インコネル系、ハステロイ系などが書かれていると、私は一般的な炭素鋼より慎重に加工方法を考えます。いきなり経験だけで条件を決めず、工具メーカーの適用材種、推奨切削速度、クーラント条件を確認するのが基本です。難削材ほど「いつもの条件」の流用が危なくなります。

用途から材質を選ぶ考え方

材質一覧を見ても、最終的に迷うのは「どれを選べばいいのか」だと思います。ここでは材料名称の暗記から一歩進めて、用途と加工方法から候補を減らす考え方を紹介します。実務では、要求される性能を満たしながら、調達、加工、熱処理、表面処理、検査まで成立する材質を選ぶ必要があります。

性能の優先順位を決める

最初に見るのは、その部品に何が必要かです。荷重を受けるのか、屋外で使うのか、軽量化したいのか、電気を流したいのか、高温にさらされるのか。必要な性能が違えば、候補になる材料も変わります。

たとえば「錆びにくいからSUS304」と決めても、部品形状が複雑で大量の切削が必要なら加工コストや工具寿命まで見なければなりません。逆に、加工しやすさだけで材質を決めると、使用環境で必要な耐食性や硬度を満たせないことがあります。用途と加工の両方から見るのが実務的です。

加工方法から候補を減らす

材料は完成品になったときの性能だけでなく、どう作るかも重要です。旋削、フライス、研削、板金、プレス、鋳造、鍛造、溶接では、向いている材料や注意点が変わります。金属加工全体の違いは金属加工の種類と加工方法もあわせて見るとつながりやすいです。

切削加工では、材質に合わせて工具材種や刃先形状、切削速度、送り、切込みを変えます。材質が変わったのに同じ工具、同じ回転数、同じ送りのまま加工すると、工具寿命や仕上げ面が急に悪化することがあります。条件の役割を確認したい場合は切削速度と送り速度の違いも参考にしてください。

また、アルミや粘りのある材料ではバリが問題になり、ステンレスや難削材では工具摩耗と加工硬化が絡むことがあります。材質ごとのバリの出方については切削加工のバリ原因と対策で詳しく解説しています。

図面の材質記号を必ず確認

加工を始める前に、図面の材質欄を確認するのは基本中の基本です。S45C、SS400、SUS304、A5052などの記号が分かれば、どの工具を使うか、どの切削条件から始めるか、熱や変形へどこまで注意するかを考えられます。

材質を取り違えると、寸法も形状も公差内なのに不良品ということが起こります。私はSUS304とSUS316のように見た目が似た材料を取り違えそうになった経験があり、それ以来、材料表示と図面を加工前に合わせて見る重要性をより意識するようになりました。

切粉と加工音も判断材料

材質が変わると、切粉の形、色、つながり方、加工音も変わります。私は切粉を単なるゴミではなく、加工状態を知るための情報として見ています。普段より長くつながる、色が違う、巻き付き方が変わったというときは、工具摩耗や切削条件を確認するきっかけになります。

加工音も同じです。いつもより鈍い音に変わったと感じたら、一度チップの状態を確認します。もちろん音だけで異常を断定するわけではありません。ただ、工具、切粉、仕上げ面、主軸負荷など複数の情報を合わせて見れば、異変を早めに拾えることがあります。

機械材料のよくある質問

Q1. 機械材料にはどんな種類がありますか？

A. 大きく見ると、鉄鋼材料、非鉄金属、樹脂材料などがあります。鉄鋼材料には炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄などがあり、非鉄金属にはアルミニウム合金、銅合金、チタン合金などがあります。まず大分類を覚えてから代表材へ進むと理解しやすいです。

Q2. 鉄鋼材料と非鉄金属の違いは何ですか？

A. 鉄鋼材料は鉄を主成分とする材料で、炭素鋼、合金鋼、ステンレス鋼、鋳鉄などが含まれます。非鉄金属は鉄を主成分としない金属で、アルミニウム、銅、チタン、マグネシウム、ニッケルなどが代表的です。

Q3. S45CとSS400は何が違いますか？

A. S45Cは機械構造用炭素鋼で、軸やピンなど機械部品に使われることが多い材質です。SS400は一般構造用圧延鋼材として構造部材などに広く使われます。用途、規定される性質、熱処理の考え方が異なるため、同じ「鉄」として置き換えるものではありません。

Q4. SUS304はなぜ加工しにくいのですか？

A. SUS304はオーステナイト系ステンレスで、切削時に熱が刃先へたまりやすく、加工硬化や工具摩耗の影響も受けやすい材質です。切れ味のよい工具を使い、適切な切削速度や送り、切込み、冷却を選ぶことが重要です。鉄用の条件をそのまま流用するのは避けたほうが安全です。

Q5. 材質は何を基準に選べばよいですか？

A. まず用途から必要な機械的性質、耐食性、重量、温度、導電性などを確認し、そのあと加工方法、熱処理、表面処理、入手性、コストまで見て候補を減らします。名称を暗記するより、必要な性能と加工工程の両方から選ぶほうが実務では判断しやすいです。

まとめ

機械材料の種類を覚えるなら、最初から材質記号を全部暗記する必要はありません。まず鉄鋼材料、非鉄金属、樹脂材料という大きな区分をつかみ、その中で炭素鋼、ステンレス、鋳鉄、アルミ、銅、チタンと枝分かれさせると理解しやすくなります。

実務では、材質名だけで選定は終わりません。必要な機械的性質、耐食性、重量、使用温度などを確認し、さらに旋削やフライス、研削、溶接といった加工方法まで含めて考えます。同じ形状の部品でも、材質が変われば工具、回転数、送り、切込み、切粉、加工音、仕上げ面が変わるからです。

私が現場で最初に見るのも、やはり図面の材質欄です。材質を正しく確認することが、工具選定と切削条件を決める出発点になります。材料は名前を覚えるだけでなく、「なぜこの材質なのか」「どう加工するのか」までつなげて見ると、図面の読み方も加工の考え方も一段深まります。