非標準機械で最も一般的な8つの非金属材料
POM、PTFE、ナイロンといった素材が非標準機械に不可欠なのはなぜか？この記事では、さまざまな機械用途に欠かせない、一般的に使用されている8種類の非金属材料について解説する。摩耗...
日用品に使われる複雑な金型が、なぜあれほど精密で耐久性があるのか不思議に思ったことはないだろうか。この記事では、金型加工で最も頻繁に使用される24の金属材料について説明します。炭素鋼からステンレス鋼まで、各材料のユニークな特性と用途をご覧ください。私たちの世界を形作る金属に隠された秘密を解き明かす準備をしよう！
金型加工に使用できる材料は、金属、プラスチック、無機非金属、ワックスなど100種類以上ある。
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しかし、それぞれの素材には、実際のニーズに基づいた特定の目的と要件がある。
今日は、金型加工で最も頻繁に使用される24の金属材料について説明しよう。
主な特徴
AISI 1045 (一部の規格では#45に相当)は、製造業で広く利用されている汎用性の高い中炭素鋼です。この鋼種は、適切な熱処理を施すことで、強度、靭性、耐摩耗性の優れたバランスを発揮します。炭素含有量(通常0.42-0.50%)は、焼入れ・焼戻しによる大幅な硬化を可能にし、機械的性質の向上をもたらします。
しかし、#45鋼は炭素含有量が中程度であるため、中程度の焼入れ性を示し、断面が大きい場合や、あまり厳しくない急冷剤を使用する場合には、均一な硬度を得ることが難しくなります。水焼き入れ時の潜在的な割れの問題を軽減するため、特に複雑な形状や様々な厚みを持つ部品では、油焼き入れやポリマー焼き入れ剤が好まれることが多い。
最適な結果を得るために：
アプリケーション
45鋼は、高い強度と優れた耐摩耗性が要求される重要な耐荷重部品や可動部品の製造に幅広く使用されている。一般的な用途は以下の通り：
#45鋼を溶接する場合は、適切な予防措置が不可欠である：
これらのガイドラインを遵守することで、メーカーは#45鋼の能力を十分に活用することができ、同時に加工上の潜在的な課題を軽減することができます。
主な特徴
A3鋼としても知られるQ235Aは、特性とコストパフォーマンスのバランスに優れた低炭素構造用鋼です。この材料は、高い塑性と靭性、優れた溶接性、優れた冷間プレス加工能力、適度な強度（降伏強度は約235MPa）、優れた冷間曲げ性能を示します。炭素含有量は通常0.14%から0.22%の範囲であり、様々な製造工程における汎用性に寄与しています。
アプリケーション
Q235Aは、一般的な耐荷重性を要求される部品や溶接構造物に広く利用されている。その特性の組み合わせは、以下のような多様な用途に適しています：
この材料の優れた成形性は、曲げ、プレス、溶接などの効率的な製造工程を可能にし、大規模な構造用途と小規模で複雑な部品の両方に人気のある選択肢となっている。適度な強度と高い延性は、突発的な破損を避けなければならない設計において優れた安全係数を提供する。
特定の用途にQ235Aを選択する場合、技術者は荷重要件、環境条件、疲労や衝撃荷重の可能性などの要素を考慮する必要がある。Q235Aは優れた汎用性能を発揮するが、より要求の厳しい用途にはより高強度鋼が必要となる場合がある。
主な特徴
40Crは、低温衝撃靭性に優れ、焼入れ・焼戻し処理後の切欠き感受性が低いなど、優れた機械的特性のバランスを特徴とする。優れた焼入れ性により、油冷時には高い疲労強度が得られますが、水冷時には複雑な形状で割れが発生しやすくなります。
この材料は適度な冷間曲げ塑性を示し、焼戻しまたは焼入れ焼戻し状態では良好な被削性を示す。しかし、溶接性が悪いため、溶接工程中の割れのリスクを軽減するために、100～150℃に予熱する必要がある。40Crは通常、焼入れ・焼戻し状態で使用され、性能特性向上のために炭窒化や高周波表面焼入れなどの表面処理オプションが追加される。
アプリケーション
様々な熱処理や表面改質が可能なこの万能合金は、特に強度、耐摩耗性、靭性の組み合わせが要求される幅広いエンジニアリング用途に理想的な選択肢となる。
アプリケーション
ねずみ鋳鉄の一種であるHT150は、その優れた鋳造性、機械加工性、振動減衰特性により、工業用および自動車用アプリケーションで幅広く使用されています。この汎用性の高い材料は、一般的に以下の製造に使用されています：
この材料は熱伝導率が高いため、温度変動にさらされる部品に適しており、グラファイトフレークによる自己潤滑特性は、摺動面を持つ用途での性能を向上させます。HT150を使用した設計を行う場合、エンジニアは、鋼鉄と比較して比較的低い引張強度を考慮する必要がありますが、大型で複雑な部品には、その費用対効果と優れた鋳造性を活用することができます。
主な特徴
この中炭素鋼種は、強度と延性をバランスよく兼ね備えており、様々な製造工程で汎用性を発揮します。特筆すべき特性は以下の通り：
アプリケーション
この材料は、強度、靭性、耐疲労性の組み合わせが要求される重要部品の製造に広く利用されている：
この材料は、高い繰返し荷重に耐える能力があり、良好な機械加工性と熱処理応答性と相まって、厳しい条件下で信頼できる性能を必要とする部品に最適です。広く入手可能であり、加工技術も確立されているため、さまざまな業界のさまざまな標準部品やファスナーの製造に使用されている。
アプリケーション
65Mnは、その優れた弾性と耐疲労性を活かし、様々なバネ部品の製造に広く利用されています。この高炭素マンガン鋼は、特に様々な産業分野の中小ばね用途に適しています。
主な用途は以下の通り：
65Mnは、強度、延性、耐摩耗性を兼ね備えているため、高い繰返し荷重と長期間にわたる安定した性能を必要とする用途に最適です。しかし、設計者は、その中程度の耐食性と、特定の環境における水素脆化の可能性を考慮する必要があります。
特徴
0Cr18Ni9は、18/8ステンレス鋼としても知られ、汎用性の高いオーステナイト系クロム-ニッケルステンレス鋼である。その化学組成は通常18%クロムと8-10%ニッケルを含み、優れた耐食性、成形性、機械的特性を提供します。この鋼種は以下を提供します：
アプリケーション
その優れた特性の組み合わせにより、0Cr18Ni9は様々な産業で幅広く使用されている：
0Cr18Ni9は、その優れた耐食性と成形性と相まって、性能、耐久性、費用対効果のバランスを必要とする幅広い用途に適しています。
特徴
Cr12鋼は高炭素、高クロムのレデブライト系工具鋼で、冷間加工用途に広く利用されています。その化学組成は通常1.9-2.2% Cと11-13% Crを含み、優れた焼入れ性と優れた耐摩耗性をもたらします。高いクロム含有量は複雑な炭化物を形成し、鋼の耐摩耗性と耐接着性を向上させます。Cr12は、熱処理中に優れた寸法安定性を示し、最小限の歪みで形状と寸法を維持します。
アプリケーション
Cr12鋼は、その優れた耐摩耗性にもかかわらず、炭素含有量が高いため（約2%）、衝撃靭性が比較的低く、脆性破壊の影響を受けやすい。大きく不均一に分布する共晶炭化物の形成は、靭性をさらに低下させます。しかし、これらの限界は、多くの冷間加工用途にお けるその卓越した耐摩耗性によって相殺されること が多い。
Cr12鋼は、製造に広く使用されている：
性能を最適化するため、Cr12鋼は通常、920-980℃でのオーステナイト化、オイルクエンチ、180-220℃での焼戻しを含む、慎重に制御された熱処理工程を経て、58-62HRCの硬度を達成する。靭性の向上が必要な用途には、深冷処理または複数の焼戻しサイクルなどの高度な熱処理技術が採用されます。
特定の用途にCr12鋼を選択する場合、技術者は耐摩耗性と靭性要件のバランスを慎重に検討する必要があり、多くの場合、高い衝撃荷重を受ける部品の表面処理や代替工具鋼種を検討します。
特徴
DC53は、日本の有名な特殊鋼メーカーである大同特殊鋼が開発した高性能冷間加工用ダイス鋼です。高強度、優れた靭性、優れた寸法安定性を兼ね備えた先進的な材料です。特殊な高温焼戻し工程を経て、DC53は驚くべき特性を実現しています：
最適化されたレベルのクロム、モリブデン、バナジウムを含むDC53のユニークな合金組成は、要求の厳しい冷間加工用途での卓越した性能に寄与している。
アプリケーション
DC53は、工具寿命と寸法精度が重要な精密冷間加工に広く採用されています。一般的な用途は以下の通りです：
DC53の卓越した特性は、工具の寿命と安定した部品品質が作業効率とコスト効率に不可欠な大量生産に特に適しています。
Dccr12movは、従来のCr12鋼と比較して優れた性能特性を提供する先進の耐摩耗クロム鋼です。モリブデン(Mo)とバナジウム(V)を戦略的に添加することで、炭素含有量を低減し、炭化物の均一性を高めています。Moは炭化物の偏析を効果的に抑制し焼入れ性を向上させ、Vは結晶粒組織を微細化し靭性を大幅に向上させる。
この鋼種は卓越した焼入れ性を示し、厚さ400mmまでの部分焼入れが可能です。300～400℃の高温でも優れた硬度と耐摩耗性を維持し、多くの従来型工具鋼を凌駕します。Cr12鋼と比較して改善された靭性は、熱処理中の体積変化を最小限に抑えることと相まって、複雑な工具用途における寸法安定性を保証します。
Dccr12movの主な特性は以下の通り：
これらの特性により、Dccr12movは以下のような幅広い高性能工具の製造に理想的な材料となっている：
Dccr12movの多用途性と耐久性は、工具寿命の延長、厳しい公差、現代の製造環境における厳しい動作条件への耐性を必要とする用途に最適です。
SKD11は、AISI規格ではD2とも呼ばれ、優れた耐摩耗性と寸法安定性で有名な高炭素、高クロム工具鋼です。日本で開発されたSKD11の日立バージョンは、鋼の製造技術において大きな進歩を遂げました。この改良版は、以下の特徴を持つ洗練されたミクロ組織を特徴としています：
これらの冶金学的改良により、従来のCr12MoV（D2）鋼と比較して機械的特性のバランスが優れている：
その結果、SKD11日立型鋼で製造された金型や工具は、特に以下のような用途で長寿命を発揮します：
SKD11日立型鋼の優れた性能は、金属成形や切削加工におけるダウンタイムの削減、工具コストの低減、部品品質の向上につながります。
米国で開発されたD2鋼は、その卓越した特性で広く認知されている高級空気硬化工具鋼です。この高合金鋼は、高炭素（通常1.4-1.6%）と高クロム（11-13%）含有が特徴で、冷間加工用途で卓越した性能を発揮します。
D2鋼の主な特性は以下の通り：
熱処理に関する考慮事項：
D2鋼は製造に優れている：
D2には数多くの利点があるが、比較的高価であることと、最適な特性を得るためには適切な熱処理が必要であることに留意する必要がある。さらに、焼きなまし状態での加工性は難しく、最終的な成形には研削加工が必要になることが多い。
SLDとしても知られるSKD11は、日本の日立金属が開発・製造する高性能工具鋼です。この先進的な鋼種は、耐摩耗性、靭性、寸法安定性の優れた組み合わせが特徴です。
SKD11のユニークな組成は、モリブデン(Mo)とバナジウム(V)の増量が特徴で、鋼のミクロ組織を著しく向上させます。これらの合金元素は、微細粒組織を促進し、炭化物形態を改善するため、SKD1やD2のような従来の工具鋼に比べて優れた機械的特性をもたらします。
SKD11の主な利点は以下の通り：
SKD11は、需要の高い用途、特に製造業で広く利用されている：
SKD11の優れた特性は、工具寿命の延長、厳しい公差、厳しい作業条件への耐性を必要とする用途に最適です。
DC53は、日本の大同特殊鋼が開発した高級冷間工具鋼で、特に高性能金型用途向けに設計されています。
この先端合金は、従来のSKD11（AISI D2）鋼と比較して、熱処理後に優れた硬度特性を示します。最適化された高温焼戻し処理により、DC53は62-63HRCという、SKD11の一般的な硬度レベルを凌駕する驚異的な硬度範囲を達成することができます。
DC53のユニークな組成と熱処理は、強度、耐摩耗性、靭性の顕著な組み合わせをもたらします。特に、その衝撃靭性はSKD11の約2倍で、高応力条件下での脆性破壊に対する耐性が大幅に向上しています。
DC53の卓越した靭性は、冷間加工用金型の製造および操業時の優れた耐クラック性と寸法安定性につながります。この特性は、金型や工具の寿命を大幅に延ばし、産業用途におけるダウンタイムと交換コストを削減します。
DC53の主な利点は、その低い残留応力プロファイルで、高温焼戻し後にさらに最小化されます。この特性は、寸法安定性を高め、機械加工時および使用中の反りのリスクを低減します。
DC53は、SKD11と比較して優れた加工性と放電加工特性を示します。ワイヤー放電加工時の割れや変形の傾向が低減されるため、複雑な金型形状をより精密かつ効率的に製造することができます。
DC53の一般的な用途には、高精度のプレス金型、冷間鍛造金型、深絞り金型などがあり、特に厳しい公差と工具寿命の延長が要求される産業で使用されています。そのバランスの取れた特性は、特に大断面の金型や高い衝撃荷重を受ける金型に適しています。
SKH-9は、日本の日立金属が開発・製造している高性能高速度鋼（ハイス）で、耐摩耗性、靭性、強度の優れた組み合わせで有名です。この万能工具鋼は、特に高い応力と摩耗条件にさらされる重要な工業部品の製造に広く使用されています。
SKH-9の主な用途は以下の通り：
SKH-9の優れた特性は、慎重にバランスされた化学組成と最適化された熱処理工程に起因する。代表的な合金元素には、タングステン、モリブデン、バナジウム、コバルトが含まれ、硬い炭化物と安定したマルテンサイトマトリックスの形成に寄与しています。
従来の高速度鋼と比較して、SKH-9は以下を提供する：
これらの特性により、SKH-9は、長い工具寿命、安定した性能、難削材の加工能力を必要とする用途に最適です。SKH-9は、標準的なHSS材種に比べ、初期コストは高くなりますが、耐用年数の延長と生産性の向上により、多くの場合、生産部品あたりの総コストは低くなります。
ASP 23は、スウェーデンで開発・製造された高級粉末冶金高速度鋼です。この先進的な素材は、均一で微細な炭化物分布を特徴とする卓越した微細構造で有名です。このユニークな組織は、粉末冶金プロセスによるもので、溶鋼を微粒子化し、高温高圧下で凝固させる。
ASP23の主な特徴は以下の通り：
ASP 23は、高性能切削工具、特に過酷な条件下で長寿命が要求される切削工具に幅広く使用されています。一般的な用途は以下の通りです：
耐摩耗性、靭性、熱安定性を兼ね備えたASP 23は、断続切削と連続切削の両方で使用される工具、特に研磨材や難削材の加工に最適です。
P20は、プラスチック射出成形業界で汎用用途に広く使用されている汎用性の高いプリハードン金型用鋼です。この鋼種は、加工性、研磨性、耐摩耗性のバランスに優れています。従来の機械加工法および放電加工（EDM）の両方で容易に加工できます。焼入れ前の状態では、P20は通常30～34HRC（約285～320HB）の硬度を示し、ほとんどの用途で追加の熱処理を必要としません。
より高い硬度が必要な場合は、P20をさらに熱処理することができる。適切な焼入れと焼戻し後、50-54 HRCまでの硬度を達成することができ、耐摩耗性と耐荷重性を向上させます。この鋼種は、断面全体で均一な硬度、良好な寸法安定性、優れた溶接性が特徴です。これらの特性により、P20は大型金型、プロトタイプ金型、低・中生産量のプラスチック射出成形金型に理想的な選択肢となります。
P20鋼は、プラスチック金型以外にも、ダイカスト金型、押出金型、および靭性と耐摩耗性の組み合わせが重要な様々な産業用工具部品などの用途があります。一般的にクロム、モリブデン、マンガンを含むバランスの取れた組成は、厳しい成形環境において優れた性能を発揮します。
スウェーデン製の高級金型用鋼であるAISI P20改(DIN 1.2738)は、特に要求仕様の厳しい大型および小型プラスチック金型用に設計されています。この汎用性の高い材料は、放電加工（EDM）技術による卓越した加工性を提供します。硬度290～330HB（ブリネル）のプリハードン状態で供給されます。さらなる耐摩耗性が必要な場合は、52 HRC (ロックウェルC) に達するまで硬化させることができます。
この金型用鋼の主な特徴は以下の通り：
これらの特性により、718はプラスチック産業、特に自動車、家電、医療機器用途の複雑で高性能な射出成形金型、圧縮成形金型、ブロー成形金型に理想的な選択肢となっている。
日本の大同特殊鋼株式会社は、高精度プラスチック成形用途で卓越した特性で有名なプリハードン金型用鋼、Nak80を製造しています。この高級鋼の供給硬度は37-40HRC（約370-400HB）であり、さらに熱処理を施すことで最高52HRCの硬度を得ることができます。
Nak80は、高鏡面仕上げと高精度プラスチック金型の厳しい要求を満たすために特別に設計されています。主な特徴は以下の通り：
これらの特性により、Nak80は、自動車（例：ヘッドライトレンズ）、家電（例：スマートフォンの筐体）、医療機器（例：精密部品）などの産業用の高品質プラスチック部品の製造に使用される金型に特に適している。
Nak80を使用する場合、金型メーカーは、その優れた特性を十分に活用し、高精度のプラスチック成形用途で最良の結果を得るために、特定の熱処理に関する推奨事項と最適な加工パラメータを考慮する必要がある。
AISI420またはDIN1.2083としても知られるS136は、スウェーデンで生産される高級ステンレス金型用鋼です。この材料は、高性能プラスチック金型用途に理想的な特性の優れた組み合わせを提供します：
代表的な用途としては、腐食性プラスチック用金型、医療用部品、光学レンズ、高い表面品質や食品規格への適合を必要とする部品などが挙げられる。この素材は汎用性があるため、射出成形とブロー成形の両方の工程に適している。
H13工具鋼は、高温、高応力用途、特にダイカストやその関連工程で広く利用されています。そのユニークな特性の組み合わせは、次のような用途に最適です：
H13がこうした用途に適している主な特徴は以下の通り：
ダイカスト用途におけるH13の典型的な熱処理は、1000～1040℃（1830～1900°F）でのオーステナイト化、空気または油による焼入れ、550～650℃（1020～1200°F）での焼戻しを経て、44～52HRCの加工硬度に達する。
最適な性能を得るため、H13ダイスはしばしば窒化やPVDコーティングなどの表面処理を施され、耐摩耗性をさらに高め、工具寿命を延ばします。
SKD61は、日本の日立金属が製造する高級熱間工具鋼で、高度なエレクトロスラグ再溶解（ESR）技術を使用して製造されています。この洗練されたプロセスは、鋼の微細構造を大幅に強化し、従来のH13鋼と比較して優れた性能特性をもたらします。ESR法は、材料全体の卓越した清浄度、均質性、等方性を保証します。
SKD61の主な利点は以下の通り：
これらの特性により、SKD61は特に適している：
SKD61は、適切な熱処理と表面加工（PVDコーティングなど）を施すことで、大量生産工程におけるダウンタイムを大幅に削減し、生産性を向上させ、部品の品質を改善することができます。
スウェーデン製の8407工具鋼は、高性能ダイカスト用途向けに特別に設計されたプレミアムグレードの材料で、特にホットスタンピング金型とアルミニウム押出金型に優れています。この鋼種は、これらの要求の厳しい工程に理想的な特性の卓越した組み合わせを提供します：
ダイカストにおける8407金型鋼の代表的な用途には、複雑な自動車部品、航空宇宙構造部品、高精度押出プロファイルなどがあります。適切な熱処理とメンテナンスを行えば、この材料で作られた金型は、高度なダイカスト作業における生産性、部品品質、および全体的なプロセス経済性を大幅に向上させることができます。
FDAC (Fine Die Air Cooling)鋼は、硫黄を添加して被削性を高めた特殊なプリハードン金型用鋼です。この材料は38-42HRCのプリハードネスを示し、焼入れや焼戻しなどの熱処理工程を追加することなく直接機械加工が可能です。硫黄の添加は硫化マンガン(MnS)介在物の形成を促進し、この介在物は機械加工中に内部切屑ブレーカーとして作用し、切屑の形成と排出を改善する。
この高性能鋼は、迅速な生産とコスト効率の高い製造を必要とする用途に特に適しています。少量生産の金型、形状が単純な金型、様々な樹脂製品の金型に幅広く使用されています。さらにFDACは、短納期が求められる摺動部品や金型部品にも最適です。一般的な用途
適度な硬度と高い被削性を併せ持つFDACは、金型製造において高品質な表面仕上げと厳しい公差を実現すると同時に、工具摩耗と加工サイクルタイムを短縮する理想的な材料です。このユニークな特性のバランスは、金型製造工程における全体的なコスト削減と生産性の向上に貢献します。
MachineMFGの創設者として、私は10年以上のキャリアを金属加工業界に捧げてきました。豊富な経験により、板金加工、機械加工、機械工学、金属用工作機械の分野の専門家になることができました。私は常にこれらのテーマについて考え、読み、執筆し、常にこの分野の最前線にいようと努力しています。私の知識と専門知識をあなたのビジネスの財産にしてください。
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