どうも、しぶちょーです。今回もものづくりのラジオをやっていきたいと思います。
このラジオは産業機械の技術者である私が、ものづくりに関するトピックを主観を交えながら、ザックバランに紹介するラジオです。
小難しい技術の話はしないので、何か作業をしながら聞いていただければ幸いです。
今日はちょっと雑談から入るんですけど、今日はですね、実は自宅ではなくビジネスホテルで収録しております。
ちょうど前回も宮城のビジネスホテルからお送りしたんですけど、今日もですね、会社の関係で、出張で京都に来ておりまして、
京都先端科学大学っていうねところでセミナーを受けてきました。 正直あんまり聞いたことない大学だったんだけど、なんか最近できたばかりの大学みたいで、
まだね卒業生もいないらしいです。 本当にキャンパスが綺麗でした。とにかく設備もすごくて、工作機械とかね、
あの本当に汎用機じゃない、NC機、結構新しめのねNC機械とか、3Dプリンターとかですね、びっちり置いてあってですね、もう潤沢。
ああ、金ある大学だなって思いました。 というわけですね、今回は2回目の外部収録となります。
ものづくりのラジオin京都。ただね、当然聞いてる人は全く関係ないです。 内容も京都全く関係ありません。
ただ私がビジネスホテルにいるだけの収録となってますけども、まあそんな回でございます。 ということで前置きはこれぐらいにして始めたいんですけど、
今日のテーマは材料です。 誰でもわかる材料としての鉄の話、こういうのをしたいと思います。
今までですね、そういえば金属材料の話ってしてこなかったなと思ったので、鉄というものをテーマにして今日はお話しできればと思います。
まあ鉄に限らずですね、アルミ、銅、プラスチックなどなど、日常には様々な材料があふれています。
今じゃああなたの一番近くにあるものを手に取ってみてください。 例えばスマホだったりね、パソコンで聞いてる人はパソコンのマウスだったり、
あとねまあコーヒーを飲みながら聞いてる人もいるかもしれないんで、マグカップ持ってるかもしれませんよね。 じゃあその今手に持っているそれ一体何という材料でできているでしょうか。
あなたが今触っているそれは何という材料でしょうか。 この問いにね、スパッと答えられる人ってなかなか少ないんじゃないかなと思います。
材料ってねそれだけ身近にあるにも関わらず、あんまり気にされないものなんですね。 私の妻も金属のことは掃除で鉄と呼んでますし、
樹脂のことは掃除でプラスチックと呼んでます。 例えばね、あそれ鉄じゃなくてアルミだよって言っても、
は?金属って鉄でしょ?みたいな感じなんですね。 あんまり興味がないんですね材料に。
まあそれはねちょっと極端な例としても、 それが何からできているのかというね、材料の視点というのは意外と意識してないものです。
ただねやっぱり材料に意識を向けるっていうのは非常に大事なことです。 なぜなら技術の進歩の源流って言うのはいつも材料にあるからです。
新しい材料が生み出されて、そして材料を利用した新しい技術これが生み出されていくわけですね。 だったら材料のことをしっかり勉強しなきゃいけないよねということです。
ただねもうぶっちゃけた話、材料の分野の学問って しっかり学ぼうと思ったらね結構大変なんですよ。
あの子難しい、子難しいというか難しいです。 原子分子結晶構造ああだこうだと、目に見えない分野の話がたくさん出てくるんですね。
なので直感的にわかりにくいんです。 今日は当然言葉で説明しますから、そういう蘇生系の話は一旦無視して、
完全に実務ベース、実際に製造業で使われているような知識のお話をしたいと思います。
じゃあ早速なんですけど皆さんに問題です。 世の中で最も多く使われている金属材料
それは何でしょうか。ちょっと考えてみてください。 チンということでね、そうです。
鉄でございます。 まあ今日のテーマなんで鉄です当然。
金属材料の中でも最も使われることが多いのがやっぱ鉄なんですね。 世の中にある部品や機械は約90%は鉄であると言われています。
ゆえにねものづくりにおいて鉄のことをしっかり学ぶっていうのはね 必須科目とても重要なことなんです。
ただやっぱ一口にじゃあ鉄って言っても種類は多岐にわたるわけです。 鉄はね金属の中でも最もメジャーな材料90%は鉄だと言いましたけど
鉄が鉄のまま使われるってことはほぼないんですね。 なぜなら純粋な鉄は柔らかすぎて全く実用に向かないからです。
柔らかいと言っても触ってプニプニするとかそういうわけではないんですけどそのまま じゃあとでも実用に耐えられる物性にはなってないんです。
そういうね純粋な鉄を純鉄と呼びます。 これで全く使えないんですね。
じゃあこの純鉄どうすんのって言ったらですね色々と混ぜるんですね。 金属以外の物質を混ぜて強化してあげるわけです。
このように材料の性質を変えるための処理が加えられた鉄を鉄鉱材料と呼びます。 鉄鉱材料はいろんな方法があるんですけどざっくり分けると2種類に分けることができます。
これはね炭素鉱と合金鉱この2つです。 炭素鉱っていうのはね炭素を加えて強化した鉄でございます。
一方合金鉱っていうのは合金に合わせる金属って書くんで 他の金属を混ぜ合わせて強化した鉄でございます。
特にメジャーなのは炭素鉱です。 炭素鉱はね鉄に炭素を加えた鉄鉱材料です。
どんだけ炭素を混ぜるのかっていうですね炭素含有量っていうのでこの物性を調整できます。 一般的に鉄って言ったら
この炭素鉱のことを指すと言っていいと思います。 ちなみに鉄に加える成分というのは炭素の他にもシリコンマンガンリンイオンなどがあって
炭素も含めてねこれらを五大元素と呼びますけども 別に全部覚える必要はないんですけど名前ぐらい覚えておきましょう。
五大元素ね。何かテストに出るかもしれません。 とにかく炭素っていうものの影響が支配的なんでその他の元素ってのは補助的な役割と
隠し味程度にブレンドされているわけです。 元素の添加に関してはですね各材料メーカーのノウハウっていうのもあるので
まず材料を見るときはとりあえず炭素量っていうものに注目すればいいと思います。 炭素を使って強化された鉄それが炭素鉱です。
続いて合金鉱のざっくりした説明なんですけど合金どうですか 男心くすがれる非常にいい響きですよね
これはねまあ一種金属同士を組み合わせて作られた材料で言ってしまえば金属界の フュージョンですね
合金鉱は炭素鉱でさっき挙げた五大元素とは別にさらにクロムニッケルモリブデン タングステンなどね混ぜ込んだ鉄鉱材料です
やっぱりさっき言った五大元素だけじゃねどうしても変化させることができない 性質を他の金属をブレンドすることでうまく変化させるのはこの合金鉱です
非常に高性能な材料でさらに日々新しい材料が開発されています ただねその分コストも当然高くなるんで炭素鉱をさらにパワーアップさせたっていう感じですね
ドラゴンボールで例えるとですね悟空とベジータがスーパーサイヤ人になるのがこれ なんか鉄から炭素鉱になるっていう感じです
さらにフュージョンすることでベジットになりますよねこれが合金鉱というイメージです どうですかつかめましたかイメージはイメージがつかめたかさておきですね
これから具体的な材料を学んでいきましょう 炭素鉱どんなものがあるんだいという話です
炭素鉱には具体的にあの4つありますまあもっといっぱいあるんだけど 4つです sp 材 ss 材 sc 材
s 経済などがありますああまたややこしいのが出てきましたね ただね一つずつ簡単に紹介していくんでざっくりとしたイメージ
これをつかんでもらえれば ok です こうやってアルファベットを並べられるとね
あーややこしいってなるんだけどそれが何の頭文字なのかを知っておけばぶっちゃけ そんなに覚えるのには困らないですから気楽に聞いてください
まずね sp 材これは sp スチールプレートも略です 日本語だとね厚塩鋼板とか呼ばれる材料です
厚塩鋼板なのでね厚塩 つまりこう大きいローラーでギュッと押しつぶされて薄くされた板材料
これが厚塩鋼板です炭素含有量は0.15%以下で炭素鋼の中では最も柔らかい材料です その柔らかさを生かして薄い鋼板としてね加工されて使用されています
さらにこの sp 材っていうのはねその中でもまた2種類分かれてて 冷管厚塩鋼材 spc と熱管厚塩鋼材 sph があります
またね c とか h とがついてますけど心配無用です これも非常に分かりやすいです c がコールドの c で h がホットの c
ホット c じゃないホットの h ですね 熱管厚塩鋼材 sph スチールプレートホットですね
これは高温で引き伸ばされた 広範です
板です 熱管厚塩という処理を行うんでこうすごく温めて引き伸ばすと
なんで材料に負荷がかからずですね非常に柔らかいまま 薄くなってくれるんです非常に加工性がいいんですね
曲げたり切ったりがしやすいとただその代わりこの材料自体の表面がそんなに綺麗じゃ なくてボコボコとした手触りになる
これが sph です続いて冷管厚塩鋼材 spc スチールプレートコールドですね
冷管といっても常温です常温でこうギュッと引き伸ばされた後半なんですけど この冷管厚塩というのを行うとですね
加工効果が起こるんですそんなに柔らかい状態じゃないの無理やりこうギュッと圧縮する ので材料がどうしても固くなってしまって少しね加工とかしにくい材料になります
その代わり表面というのは非常にツルツルとしてね綺麗に仕上がっている これが spc という材料です
まあこういうね各 spc ありますよっていう話です 別にその覚えなくていいんで軽く頭の片隅に置いとけばいいと思います
私もちなみによく使いますこれら材料 特に sph をよく使います機械のね板金の外装とかでよく使われる材料です
表面のねあの状態がボコボコしてるって言いましたけど だいたい塗装しちゃうんで全然関係ないです
ほぼほぼみんな sph かなって思いますねそういう機械の外装に関しては といった材料でございます続いて ss 材です
これは一般構造用厚塩鉱在と呼ばれる材料です ちょっと長いですけど ss はスチールストラクチャーの略です
炭素量っていうのはね0.15から0.2%程度 特徴は非常に安いというのと手に入りやすい流通いっぱいしてるよという材料です
角材とかね丸棒とかそういう形の材料もいっぱいあるし アングルコーチャンネルコーといった
まああの c の形をしているやつとかエッチな形じゃなく エッチの形ですねエッチな形はしてです
h の形をしているやつとかねよくあるでしょ よく見るさ材料ってやつあれがね ss 材ですこのようにバリエーションも豊富でまさに
一般の名にふさわしい汎用性の高い材料となっています 私もねこの機械設計の仕事でよく使いますこの ss 材
でまぁ次に sc 材っていうのを紹介するんですけどこの ss 材 ss 材と sc 材があのほとんどです
これ以外の材料あんまり使うことないですね ss 材は加工性溶接性ともに非常に優れているの が特徴でさらに安くて扱いやすいと完璧です
ただちょっと扱いづらさもあるんですね 一般構造用厚塩硬材なんで厚塩っていう処理をしてるんですけど
ぎゅっと圧縮してるんで内部応力っていうのをね材料の中に蓄えてます なんでこうちょっと材料の表面をバーッと削っていったりすると内部
応力っていうのが開放されて結構材料がぐにゃっと変形してしまうことがあるんですね なんでも加工精度すごく精密な加工が必要な部品には不向きです
なるべく表面っていうのは加工を入れずにですね構造体の一部として使用するっていう のが非常に良いと思います
それが一般構造用というゆえんです また炭素量が非常に少ないので炭素工の中では基本的にこの焼き入れという処理ができない
材料になっています 焼き入れてるねまた詳細の説明は今回省きますけど
材料をパワーアップさせる処理だと思ってください知らない人は またまたドラゴンボールに例えると
スーパーサイヤ人からスーパーサイヤ人2とか3になる そういう処理だと思ってもらえれば差し支えないかなと思います
ss 材っていうのはね炭素量の量が足りなくて スーパーサイヤ人2とか3になれないそういう材料です
実務的なことをちょっと話すとこの材料を示す実記号 企画ですねっていうのがあってこれは ss 400とかそういう形で表されます
ss はねさっき言ったようにスチールストラクチャーでその後ろに3桁の 数字がつく形です
この数字は材料の引っ張り強さっていうのを表しています これが ss 材一般構造用圧縁鉱材というものです
続いていきましょう sc 材これは 機械構造用炭素鉱鉱材と呼ばれる材料です
s はスチール c はカーボンの略ですね 最初にこの材料を表す記号の話をするんですけど
この材料だけちょっと表記のルールが違ってですね sc なんですけど s と c の間に数字が入るんですね
ここには炭素量を100倍にした数字が入ります 代表的なことで言ったら炭素量0.45%の s 45 c などがあります
実の規格上だと sc 材っていうのはね 炭素量が0.1%から0.58%のもの20種類が定義されているんですけど
一般的には s 45 c とか s 50 c っていうこの2つの材料が最もよく使用されます 私もね10年近く機械設計やってきましたけど
この sc 材っていうので s 45 c と 50 c 以外のものを使ったことはないですね sc 材っていうのは猫の ss 材に次いでよく使用される材料の一つです
ss 材一般構造用と sc 材機械構造用 何が違うのと
一般と機械って何な何が違うんだということなんですけど 一言で言ったらこれ加工性です加工しやすいがしにくいか
加工って言っても精密な加工がしやすいかどうかということです sc 材ですね機械構造用の方は非常に加工性が高くて精密な部品も作れると精度が必要な部品も安心して加工できるということですね
ss 材みたいに反らないんです さらに炭素量が0.3%以上のものであれば焼き入れ効果っていうのが得られるんですね
すなわち焼き入れ処理によるさらなる材料のパワーアップができるとさっき言ったように スーパーサイズに2とか3になれる材料
それがこの sc 材でございます ただその代わり溶接とかがねちょっとやりにくくなるんで注意が必要だと
だから構造物に使うよりは機械の材料として向いている材料が機械構造用炭素高校材 sc 材となります
さっきも言ったんだけど材料を表す記号は s 45 c とか s 50 c などです ss 材の時はね
最低引っ張り強さっていう数字がお尻についてたんですね ss 400みたいな なんですけど
この sc 材になるとなぜか炭素量で表記されてしまいます 非常にややこしいですねもうなんか統一してほしいんですけど
一応ねこうなっているの理由があるんですねなんでかっていうと それはね焼き入れによって機械的性質が変わるからです
強度で表すのが難しいんですね ss 材っていうのはねそのさっきスーパーサイズに2とか3になれないって 言いましたんで
強さ変化しないんですスカウターで見ても強さ一定なんですけど こいつらはですね戦闘力を自由に変化させるんですよ
だから戦闘力で名前を定義できないんで炭素で定義しているということです ちょっとゴリ押しでちょっとドラゴンボール絡めましたけどね
まあ一応統一できないとか統一していない表記の理由があるんですね 学校で材料の勉強しているときは
なんでこんなに覚えにくい形をしているんだって思ってましたけどこういう理由を聞く とね
まあまあそこそこは負に落ちるかなと思います まあでもこの材料の種類を表す記号ってねもう少しちょっとうまく
名前を決めていいのかなとは思ってますけどごめんなさいちょっと話し取れました けどそれがこの sc 材機械構造用炭素硫黄剤でございました
続いて炭素硫黄の最後 s 経済です こちらは炭素硫黄合材と呼ばれる材料です
炭素量はね0.6から1.5%と炭素硫黄の中でダントツの炭素量を誇ります s は スチール
経営はなんと 工具の経営なんですねこれ
炭素硫黄合材の経営は工具工の経営なんですよ なんで急に日本語なんだって感じなんだけどそれは謎です
まあそこでそういうものと決めた人がたまたまそういう気分だったと思ってください s 経済 っていうのはね
工具工と名前がつくだけあって硬さと対魔網製に優れる材料です 炭素量0.3%以上からまあ焼き入れ性っていうのを向上してスーパーサイヤ人2になれる
わけですけども 炭素量0.6%以上だとねもう焼き入れ性の向上っていうのは頭打ちになるんですね
その代わりそれ以上高炭素量をどんどん増やしていくと何が起こるかというと 対魔網製が向上するんですね
擦れ魔網に非常に強くなるわけですその性質を生かして 工具とかによく使用されるので工具工と呼ばれます
まただね使用箇所別に工具限定じゃなくて硬さとか 対魔網製が必要な部品には全部使えます
ただ一般的な入手とかねコストの面に関しては ss 材とか sc 材にだいぶ劣るんです
加工もしにくいし溶接もしにくいんで扱いにくい材料ではあります 具体的に言うとねノコギリとかハンマーとかねそういう手工具にもよく使用されている材料
です材料を表すジス記号っていうのは sk 95とかね sk 140とか
sk の後に炭素量を100倍にした数字がつくんです 強度で表さない理由っていうのはさっきの sc 材と同じなんですね
ただ圧倒的に気に入らないのは sc 材と表記の方法が違うんですよ s 45 c ってねさっきは数字を間に挟みましたけど
sk 材はお尻につくんですよ炭素量が sk 95 とかねなると s 95 k とかじゃないんですね
これは統一しろやって思いますよねこの材料のこのネーミングってすごくいけて ないんですけどまぁという材料が炭素工工具工
sk ですというわけで4つ紹介しましたけども sp 材 ss 材 sc 材
s 経済これがね炭素工の愉快な仲間たちの紹介でした 続いて合金工の説明しますけど合金後本当に種類が多いんでめっちゃメジャー
ところ3つだけ紹介します基本的にはね炭素工でまかないないような特殊の能力が 持った金属たちです
まずねステンレス校これはねまあみんなが聞いたことあるでしょ 材料のこと知らないよって人でもこのステンレス校っていう言葉はまあおそらく聞いた
ことあると思います まあある意味ねステンレス校は最も身近に使われている合金工と言ってもいいんじゃない
かなって思います まあステンレスの名前からわかる通りですね
ステン汚れサビですがないですね 錆びにくい合金です
ステンレス校は鉄とクロムニッケルの合金です 実記号では sus と表記します実務ではね
サスと呼んだりステンと呼んだりしますけども sus の後にはね 種類番号と呼ばれる3桁の番号がつきます
これがねまたいっぱいあるんで細かい説明は今回は省きます このステンレスさんがねなぜ錆びないかというのは表面に不動納皮膜というですね
膜を形成するからです この膜に守られている常に包まれているんでステンレスっていうのは錆びることがないん
ですね しかもねこの膜はね自己修復機能がついてて万が一こうパンって傷ついたとしても
瞬時に再生するっていう優れた能力を持っているわけです この特性によってステンレスってのね長期間にわたって綺麗な状態を保てるとなって
ます よくねステンレスって台所のシンクとかに使われてますけど
調理場とかね皿洗いで使うシンク サビサビになってるなんてことないですよね
これはこの不動納皮膜というものの再生能力のおかげなんです ただまあステンレスって言ってもこれ絶対に錆びないわけじゃないんですね
錆びにくいだけここ非常に重要です 不動納皮膜っていうのは塩素に対して非常に弱くて
塩素異様に破壊されてしまうんで 例えば海とかでステンレスを使用するとあっという間に穴が開いて腐食します
あともう1個ねステンレスを錆びさせる方法があってこれもライサビっていう方法なんです けど方法というかね現象なんですけど
錆びたものをステンレスにの上に置いとくとサビが染みるようにしてこと不動納皮膜を 貫通して
ステンレスそのものをあっという間に錆びさせます するとたちまちね腐食が進んでしまうので注意が必要です
余談なんですけどこのねステンレスってすごく身近なんで 勘違いしがちなんですけど鉄系の合金材料なんですね
たまにこのアルミとか銅と同じようにステンレスっていう金属があると思い込んでる人 いるんですけどたまにですけどね
ステンレスは鉄の合金の意思だと正しく認識しましょう というわけでステンレスの紹介でした
続いてねこちら機械構造用合金鉱鉱材名前長すぎです 機械構造用の合金鉱です
これ先ほど紹介したね炭素鉱のSC材機械構造用炭素鉱鉱材のパワーアップバージョンです
SC材だと要求が満たせない場合にはこの機械構造用合金鉱鉱材が使用されます このね機械構造用合金鉱鉱材で強化されている物性というのはね
材料の強度です 強度すなわちそれは引っ張り強さという指標です
ざっくり言うとね壊れにくさです 材料の変形に対する強さ変形しにくさで合成という指標もあるんですけど
これは炭素鉱と合金鉱で同じです 全てがね強くなるわけじゃなくて壊れにくさが強化された材料
これが機械構造用合金鉱鉱材となります 合金鉱鉱材の最大の利点は
焼き入れ性が向上することです スーパーサイヤ人4ぐらいまでいけます
焼き入れによって炭素鉱と比べてですね非常に強い強度を得ることができるんですね 逆に言えば熱処理をしなければ物性っていうのは炭素鉱と同じままなんですよ
合金鉱鉱材っていうのはね必ず熱処理して使用しますのでその点を覚えておきましょう 機械構造用合金鉱鉱材にはですね
クロム鉱鉱材クロムモリブデン鉱鉱材ニッケルクルム鉱鉱材ニッケルクロムモリブデン鉱鉱材 などなどがあります細かい話は全くしません
早口言葉だと思ってください こんなねいろんな金属同士の組み合わせがあるよということです
今回ね非常に長くなりましたけどこれで最後です 最後の材料合金鉱具鉱です
合金鉱鉱は硬さと耐摩耗性が特徴の 鉄鉱材料でございますこれはねさっき紹介した炭素鉱鉱のパワーアップバージョンです
炭素鉱鉱の s 経済さっき紹介しましたね s 経済で要求を見て満たせない場合にこの合金 鉱鉱が使用されます
合金鉱鉱の中でも特に有名なのが skh という材料でこれ高速度工具鉱鉱材と言われます もはや早口言葉ですね
高速度工具鉱鉱材高等学校入れたどんな学校やって感じだけど なんかこう早口言葉作れそうな材料って全部そうだよねなんか早口言葉が作れそうな感じ
ですけど まあまあこういう猫速度高校という有名です
別名ハイスピードスチールとも呼ばれて略して配数とも呼ばれます 熱耐性が非常に高いのが特徴で600度まで硬さが変わらないんですね
で工具として使用すると絶対にね 高温にされますんでこの熱の耐性があるっていうのは非常に優れた性能なん
ですね なのでこう非常に厳しい環境まあ高速の加工なんかに使われる
工具でまだまだ使用される材料です 工具工と呼ばれる材料は全般的にですね硬さと対魔毛性が特徴なので
加工性はやっぱ悪いんですね加工しづらい まあ工具として使われるぐらいですからね
だから合金高校っていうのはまあ炭素高校のパワーアップバージョンとこれを覚えて おけばいいと思います
とまあね今回かなり長くなっちゃったんだけどまぁちょっとね聞いてる方が楽しめて きれたどっかどっかちょっと自信ないんだけどざらっと紹介しました
まあねなんか材料っていっぱいあるんだなぁということを知っていただければなぁと思います まあただねまだまだ一部です
本当に材料って美味しい日々日々増えてます 細かい話は抜きにしてもまあそれぞれの材料のざっくりとしたイメージとか名前
これだけ頭の片隅に入れておくだけでもだいぶ役に立つと思います 私がね学生の時っていうのはまあ材料の勉強はしたんですけど材料物性とかね
そういうさっき言ったさっきとか冒頭に言った いわゆる材料のアカデミックな話蘇生とかねそういう話ばかりに目が行きがちでした
一方で社会に出るとあんまそういう話出てこないですね 基本的なコストとか加工性とか入手性そういうのが
非常に重要なファクターであるということに気づきます 当然でアカデミックな知識も大事なんですけど実務レベルだとやっぱそこ
コストとか加工性が重要なんですね これってねなかなか教科書に載ってないんで学べない部分ではあります
特にね ss 材での関連で話した ソリの話とかね良い例です内房力あるから表面をさらーって加工すると材料そっちゃうよ
とこんなのもねなかなか教科書に書いてないんですね 設計とかねそういう製造業で材料を利用する上では材料の加工性をしっかり理解して図面を
書く必要があるんです これがねまた機械設計という仕事の奥深さの一つでもあります
私もねまだまだまだまだ勉強の身なんですけど 材料のことはね材料のことはね勉強すればするほど
あーもっとちょっかい式必要だなぁっていつもね痛感しています 最後ちょっと雑談で締めるんですけど