鉄鋼材料

鉄鋼は、安価で加工性が良好で金属の中で最も多く使用されている材料です。
鉄鋼材料は炭素鋼・合金鋼（特殊鋼）・鋳鉄に分けられます。

炭素鋼

炭素鋼（Carbon Steel）は、主に鉄と炭素から成る合金で、炭素鋼は一般的に0.02%から2.14%の炭素を含む鉄鋼です。

炭素含有量による分類
低炭素鋼：炭素含有率が0.02%から0.3%。可塑性が高く、主に溶接や成形に適しています。
中炭素鋼：炭素含有率が0.3%から0.6%。強度が高まり、熱処理によって硬度が向上します。
高炭素鋼：炭素含有率が0.6%以上。硬度が非常に高く、刃物やばねなどに使用されます。

JISによる分類
SPC材（冷間圧延鋼材）、SS材（一般構造用圧延鋼材）、S-C材（機械構造用炭素鋼鋼材）、SK材（炭素工具鋼鋼材）

非鉄金属は、鉄を主成分としない金属の総称です。これらの金属は、非常に広い範囲で異なる特性を持ち、様々な工業用途や製品に利用されています。
アルミニウム（Aluminum）、銅（Copper）、鉛（Lead）、亜鉛（Zinc）、ニッケル（Nickel）、チタン（Titanium）、マグネシウム（Magnesium）、ベリリウム（Beryllium）など。

• ベースメタル：鉄、銅、亜鉛、鉛、アルミニウムなど
• レアメタル：チタン、ニッケル、ベリリウム、コバルト、モリブデンなど
• 貴金属：金、銀、プラチナ、パラジウムなど

アルミニウム

アルミニウムは、非鉄金属の中で最も使用されている材料になります。軽量で強度もありリサイクル性にも優れています。その特性から多くの産業分野で重要な素材となっています。

アルミニウムの特徴は軽さで、比重は鉄や銅と比較して3分の1程度になります。
さまざまな部品の軽量化に貢献しています。
柔らかく加工性が良いため、加工コストも低減できます。
また、アルミニウムの熱伝導率は鉄の約3倍あり、エンジン部品、放熱板、冷暖房設備などにも使用されています。

• 比重が小さく軽量
• 合金化により強度が向上する
• 耐食性が高い
• 熱伝導率が高い
• 電気伝導性が高い
• 非磁性体で磁場の影響を受けない
• 低温下でも靭性を維持する
• 加工性が良好、切削・曲げ・絞りなど
• 毒性がない
• 光や熱を反射する
• リサイクル性が高い

銅

銅（Cu）は、非鉄金属でアルミと同様によく使用される金属です。銅は高い導電性や熱伝導性、耐食性などの特性を持ちます。また、加工性もよく、再生可能な資源でありリサイクル性も良好で様々な産業で幅広く使用されています。
電気伝導が高い特性からコネクタなどの電子部品、電子機器、電線などにも使用されています。

• 導電性が高い
• 熱伝導性に優れている
• 非磁性がある
• 耐食性がある
• 伸延性・展延性がよく、加工性が良い
• 高熱に弱い
• 変色する
• リサイクル性がある

銅は主に「純銅」と「銅合金」に分類されます。
純銅とは、純度の高い銅で純度99.9％以上の高純度なものになります。
「無酸素銅」「タフピッチ銅」「脱酸銅」に分類されます。
銅合金とは、銅に他の金属を添加した合金になります。
黄銅（真鍮）・青銅・白銅・洋白・高銅合金・アルミニウム青銅などがあります。

亜鉛

亜鉛は酸素と反応して酸化亜鉛の膜を形成し、これが金属を腐食から保護します。これにより耐食性があります。
亜鉛合金は、亜鉛を主成分としてアルミニウム・銅・マグネシウムなどを混ぜた金属合金です。
亜鉛は他の金属と合金を形成することで純粋な亜鉛よりも優れた特性を持つことができます。亜鉛の特性を補完、強化することで、特定の用途に適した材料を形成します。
亜鉛はダイカスト（亜鉛ダイカスト）の材料としても使用され、アルミニウムより溶解温度が低く、複雑な形状の成形に向いています。切削加工にも良い材質になります。

チタン

チタンは、非常に強度が高く、軽量かつ耐食性があります。
チタンの特性は多岐にわたり、その優れた物理的・化学的性質から様々な分野で使用されています。
耐食性・耐熱性に優れており、自動車部品や航空機部品、航空宇宙の分野などでも広く使われています。海水や酸にも強い。
また、生体適合性が高く、医療分野やアクセサリーやメガネなどでも使用されています。
加工性が良くない、加工コストが掛かる、高価などのデメリットはあります。

• 軽量
• 高強度
• 高耐食性（耐海水性）
• 生体適合性がある
• 不燃性
• 低熱伝導性
• 低電導性
• 価格が高い
• 加工が困難

マグネシウム

マグネシウム・マグネシウム合金は非常に軽量であり、強度が高く、軽量で構造的に頑丈な部品や製品を作るのに適しています。
良好な導熱性を持ち、熱を効率的に伝導することができます。これにより、冷却システムや熱伝導部品として利用されます。
マグネシウムはその軽量性と強度、導熱性などの特性から、様々な分野で広く使用されています。特に自動車や航空宇宙産業、電子機器、医療機器などの分野でその優れた特性が活かされています。
ノートパソコン・デジカメ・スマートフォンなどの部品にも使用されています。

金属材料は鉄鋼金属と非鉄金属に大別されて、それぞれ異なる特性や仕様用途を持つ金属になり使い分けられています。

鉄鋼金属

鉄鋼金属は、鉄と炭素との合金で構成される金属材料であり、非常に広く使用されています。
主成分は鉄（Fe）であり、通常、0.02%から2.1%の炭素が添加されます。他にも合金元素としてマンガン、クロム、ニッケル、モリブデンなどが含まれることがあります。
鉄鋼はその強度と多様な特性から、現代社会で基本的かつ重要な材料となっており、産業の発展において欠かせない存在です。
自動車、建築・建設関連、家電、機械部品、工具などなど幅広いところに使われています。

鉄鋼金属は炭素量、元素量によって、炭素鋼・合金鋼（特殊鋼）・鋳鉄に分けられます。

炭素鋼

炭素鋼（Carbon Steel）は、鉄と炭素の主要な合金成分から構成される鉄鋼金属の一種です。通常、炭素の含有量は0.02%から2.1%までの範囲にあります。この範囲内で炭素の含有量が異なると、性質や特性が変化します。
炭素鋼は、幅広い用途で利用されています。炭素鋼は炭素含有量の変化によって異なる特性を持ち、環境や使用用途により選定されます。

SPC材（冷間圧延鋼材）、SS材（一般構造用圧延鋼材）、S-C材（機械構造用炭素鋼鋼材）、SK材（炭素工具鋼鋼材）
など。

自動車、建築・建設関連、家電、機械部品、工具などなど幅広いところに使われています。

SPCC（冷間圧延鋼板）

SPC（Steel Plate Cold）は、一般的には冷間圧延された鋼板を示します。冷間圧延は、鋼材を常温で圧延するので、これにより均一な寸法となめらかな表面が得られます。SPCは、大きな力が加わる製品には向いていませんが、加柔らかい材料で薄い板材として使われることが多く、板金加工やプレス加工の材料として適しています。

SS材（一般構造用圧延鋼材）

SS材（一般構造用圧延鋼材）は、建築や橋梁、機械製造、自動車産業など、さまざまな分野で広く使用される汎用が高く構造用で利用される鋼材です。JIS規格でよく使用されるているのはSS400になります。

一般構造用圧延鋼材は、その汎用性と強度を活かして、建築や製造業において幅広く利用されています。適切な形状や特性の鋼材を選定することで、仕様目的に最適な材料になります。

S-C材（機械構造用炭素鋼鋼材）

S-C材（機械構造用炭素鋼鋼材）は、機械構造や歯車、シャフトなどの機械部品に使用される炭素鋼です。一般的に、機械構造用炭素鋼は、十分な強度や耐久性、加工性を備えています。さまざまな機械の構造部品に適しています。
また、S-C材はSS材などと比較して炭素量が多いため、焼入れで強度・硬度を高くすることができる材料になります。

SK材（炭素工具鋼鋼材）

SK材（炭素工具鋼鋼材）は、炭素（Carbon）を主成分とし、さらに合金元素を添加して作られた工具類に適した鋼材です。耐摩耗性、硬度、耐熱性などに優れ、焼入れも可能で、工具製造や刃物、農機具部品、自動車用部品などに使用されます。

合金鋼（特殊鋼）

合金鋼（Alloy Steel）は、炭素鋼をベースに加えて他の元素が合金を形成する鉄鋼です。合金鋼は、通常、その特性を向上させるために異なる金属や非金属の元素を添加して製造されます。これにより、鋼の強度、硬度、耐摩耗性、耐食性などが向上し、特定の用途に適した材料となります。
五大元素の炭素、ケイ素、マンガン、リン、硫黄に加えて、その他の元素のクロム、ニッケル、モリブデン、コバルトなどを添加して合金鋼が出来ます。

合金鋼（特殊鋼）は、ステンレス鋼・合金工具鋼・高速度工具鋼・超硬合金鋼・ハイテン鋼・クロムモリブデン鋼などがあります。

ステンレス鋼

ステンレス鋼（SUS）は、合金鋼の中でもよく使われる材料になります。鉄鋼素材の五大元素に、クロムとニッケルを加えた合金で、耐食性や耐摩耗性が特長的な材料です。ステンレス鋼は一般的に、クロム、ニッケルの他にモリブデン、マンガン、および他の合金元素を含んでいます。これらの成分の組み合わせにより、ステンレス鋼は錆びにくく汚れにくい、高い強度と耐摩耗性を持っています。

食品関連（食器、キッチン器具など）、医療機器（手術用具、医療装置など）、建築（手すり、屋根材、外装など）、化学工業（タンク、パイプ、バルブなど）、自動車産業（排気システム、車体部品など）などで使用されています。
ステンレス鋼はその優れた特性から、広範な用途に使用されています。特に食品関連や医療分野ではその高い耐食性と衛生性が求められ、建築分野や自動車産業でも広く採用されています。

合金工具鋼

合金工具鋼（Alloy Tool Steel）は、主に工具や刃物の製造に使用される鋼材で、その特性を向上させるために合金元素が添加されています。この合金工具鋼は、通常、高い硬度、強度、耐摩耗性、および耐熱性を持っています。異なる合金成分の組み合わせによって、特定の用途に適した性能が得られます。
炭素工具鋼鋼材（SK材）に、クロム、タングステンなどを添加して、さらに硬度や耐摩耗性、耐熱性を向上させた材料です。

合金工具鋼は、その特性により切削や成形などの工具製造において広く使用されています。異なる合金成分の組み合わせや熱処理によって、特定の用途に最適な性能を持つ鋼材を製造することが可能です。製造業や金属加工業界において、高い性能が求められる工具や刃物に利用されています。

高速度工具鋼

高速度工具鋼（ハイス鋼）は、主に高速で回転する切削工具や刃物の製造に使用される特殊な鋼材です。この鋼材は、耐熱性と耐摩耗性に優れており、高速での切削や加工作業に適しています。高速度工具鋼は通常、タングステン、クロム、バナジウム、モリブデンなどの合金元素を組み合わせて性質を調整して製造されます。

高速度工具鋼は、高速での切削や加工が必要な産業の分野で幅広く使用されています。これらの工具は、金属加工、木工、プラスチック加工などで広く応用され、その高い性能により生産性向上が期待されます。熱処理によって特性を調整することが可能で、異なる用途に応じてさまざまなタイプの高速度工具鋼があります。

超硬合金鋼

超硬合金鋼は、極めて硬度を高い合金鋼になります。タングステンカーバイドと呼ばれる超硬質な合金を基にした鋼材です。これは通常、タングステンカーバイドの微粒子がコバルトなどと結合したものです。超硬合金鋼は非常に硬く、耐摩耗性や耐熱性に優れています。

ハイテン鋼（高張力鋼）

「ハイテン鋼」は、高張力鋼とも呼ばれます。これは、通常、一般的な炭素鋼よりも高い引張強度を持つ鋼材を指します。高張力鋼は、その名の通り、引張り強度が高く、同じ断面積の部材でより大きな荷重を支えることができるため、軽量化や強度向上の要求がある構造物や部品の製造に使用されます。
一般的な炭素鋼「SS400」と比較して2倍以上の引張り強度があります。

ハイテン鋼は、特に自動車産業において、車両の軽量化と燃費向上のために重要な材料となっています。また、建築や産業機械など、様々な分野で利用されています。特定の強度や耐久性が求められる場面で、設計上の要求事項を満たすために採用されることがあります。

クロムモリブデン鋼

クロムモリブデン鋼は、クロムとモリブデンを主要な合金元素として含む鋼材です。これらの合金元素の添加により、鋼の特性が向上し、高温での強度や耐摩耗性が向上します。クロムモリブデン鋼は、特に高温での使用や耐摩耗性が求められる環境で広く使用されています。

クロムモリブデン鋼はその特性から、高温や高圧の環境での使用が必要な産業分野で広く使用されています。特にボイラーや圧力容器、石油・化学プラント、自動車製造、航空宇宙産業などで多く使用されています。

鋳鉄

鋳鉄は、鉄と炭素からなる合金です。鋳鉄は、熱で溶かした金属を型に流し込んで鋳造することが一般的であり、様々な形状の製品を生産するのに適しています。鋳鉄はその性質により、構造物や機械部品、調理器具など多岐にわたる用途で利用されています。
自動車部品、機械部品、工業品、水道管、マンホール、調理用の鍋などの材料として使用されています。

白鋳鉄・ねずみ鋳鉄・CV鋳鉄・強靭鋳鉄・ダクタイル鋳鉄・可鍛鋳鉄などがあります。

金属切削加工とは

金属切削加工とは、金属のブロック材料や丸棒材を機械加工にて削り取って求める製品形状を形成する加工になります。
フレイス加工や旋盤加工、素材を削ります。時にはワイヤーや放電加工機にて加工します。
金属切削加工は比較的寸法精度が高い加工方法になります。

金属切削加工の工程

工程・設計

まずは製品図面（2D図面・3Dデータ）を確認して、加工工程を設計します。
製作する製品に対して必要な工程を組みます。また、必要な金属材料のサイズや必要な工具を選定します。

材料・工具などの手配

製品を製作するのに必要な金属材料の手配、必要に応じて加工工具の手配をします。

前段取り

マシニングセンターなどで製品形状を加工する前段階として、元の材料の寸法精度を出します。（角出し）
フレイス加工や平面研磨などを使用して角出しを行います。六面体の直角・平行度・寸法の精度を出します。

加工NCプログラムの作製（CAD/CAM）

マシニングセンター・NCフライスなどのNC加工機を使用して加工をするためにNCプログラムを作成します。
NCプログラムとはコンピューターで数値を制御するためのプログラムです。
製品図面の2D図面・3DデータからCAD/CAMを使用してプログラムを作成さいます。
使用する工具や加工工程順により加工時間や加工精度が変わりますので、重要な工程になります。
CAD/CAMのシミュレーション機能を確認してNCデータを作成します。

切削加工

前段取りやNCプログラムの製作が完了したらワークを切削してきます。
切削加工は大きく分けて「転削」と「旋削」に分けられます。

転削は工具を回転させてワークを削っていきます。汎用フライス・NCフライス・マシニングセンタ・3軸加工機・5軸加工機など。

旋削加工は被削材料を回転させて切削工具（バイト）を当てて切削し所定の形状を形成する方法になります。
汎用旋盤・NC旋盤（CNC旋盤）など。

仕上げ

仕上げ加工が必要な場合は仕上げ加工を行います。
研削・研磨加工などで、鏡面仕上げ・ヘアライン加工・エンボス仕上げなどの加工を施します。

また、バリ取りや手仕上げも必要に応じて対応します。

表面処理

材質や製品の使用用途に応じて、メッキ・アルマイト処理・クロメート処理・黒染め処理・各種塗装・ブラスとなどの表面処理施します。

検査

外観・形状・寸法確認等を行い、問題なければ出荷に進めます。

切削加工の金属材料

金属材料は鉄鋼金属と非鉄金属に大別され、使用用途によって選定します。

鉄鋼金属は炭素鋼、特殊鋼（合金鋼）、鋳鉄などがあります。

鉄鋼金属

炭素鋼

SPC材（冷間圧延鋼板）、SS材（一般構造用圧延鋼材）、S-C材（機械構造用炭素鋼材）、SK材（炭素工具鋼鋼材）など。

特殊鋼（合金鋼）

特殊鋼（合金鋼）は、炭素鋼に様々な元素を添加した鉄鋼です。
5大元素の炭素・シリコン（ケイ素）・リン・マンガン・硫黄の元素以外にもクロムやニッケル、コバルトなどを添加した合金鋼になります。
元素添加することにより、強度・硬度、耐食性・耐摩耗性・粘りなどの性能を持たせることが出来ます。
特殊鋼（合金鋼）には、ステンレス鋼やクロムモリブデン鋼、合金工具鋼などがあります。

鋳鉄

鋳鉄（ちゅうてつ）は、鉄と一定量の炭素および他の合金元素を含む合金で、融点が低く溶解しやすく鋳造されることが一般的です。高温で溶融した鋳造合金を型に流し込んで形成されます。このプロセスにより、複雑な形状の生産が可能です。
鋳鉄は、マンホールや水道管、工業製品、機械部品など幅広い分野で使用されています。
鋳鉄の種類は白鋳鉄・ねずみ鋳鉄（FC）・強靭鋳鉄・ダクタイル鋳鉄（FCD）・可鍛鋳鉄などがあります。

非鉄金属

非鉄金属（ひてつきんぞく）は、主に鉄以外の金属を指します。このカテゴリーにはさまざまな金属が含まれており、銅、アルミニウム、鉛、亜鉛、ニッケル、チタン、スズなどがその代表例です。
非鉄金属は、特性に応じて様々な用途に使用され、製品の性能や軽量化、耐腐食性などの要件を満たすために重要な役割を果たしています。

アルミニウム合金

アルミニウム合金は、アルミニウムと他の元素との組み合わせで構成される合金です。
鉄などと比較して軽量で柔らかい、切削性が高い材料になります。
また、耐食性や導電性、熱伝導性が高く様々な用途に使用されています。

銅合金

銅合金は導電性や熱伝導性に優れている材料で、耐食性にも優れており、銅電線やヒートパイプ、フライパンや鍋などの日用品にも多くの製品に使用されています。

マグネシウム合金

マグネシウム合金は、金属の中でもっとも軽い実用金属です。軽量金属で強度と剛性に優れています。
性能的なメリットが多い材料ですが、加工性は悪い・燃えやすいなどデメリットもあります。
ノートパソコン・デジカメ・自動車関連など幅広い業界で使用されています。