合金設計の組み合わせ事例
【実践例で学ぶ】合金設計の組み合わせ事例とは？目的別・用途別にみる最適な配合とは
金属材料の性能は、「どんな元素を」「どれだけ」加えるか──つまり合金設計によって大きく変わります。
鋼材や特殊合金を設計する際には、目的に応じて合金元素をうまく組み合わせることが重要です。
この記事では、実際に使われている代表的な合金設計の事例を、「目的別・用途別」にわかりやすく紹介します。
そもそも合金設計とは？
合金設計とは、金属に添加する元素の種類・量・処理条件を決めるプロセスです。
目的に応じて下記のような性能を狙います：
- 強度、硬度の向上
- 耐食性、耐熱性の付与
- 加工性、溶接性の確保
- 軽量化、磁性の調整 など
【目的別】合金設計の事例集
1.
高強度鋼の設計（例：SCM435）
| 添加元素 | 役割 |
| C（炭素） | 焼入れ性と硬さの確保 |
| Cr（クロム） | 焼入れ性向上、耐摩耗性 |
| Mo（モリブデン） | 高温強度の向上、焼戻し脆化防止 |
用途：自動車のシャフト、ボルト、機械部品など
特徴：焼入れ・焼戻しによる高強度と靭性の両立
2.
耐食性合金の設計（例：SUS316）
| 添加元素 | 役割 |
| Cr（クロム） | 錆びにくさの基礎となる |
| Ni（ニッケル） | 靭性と耐酸性を付与 |
| Mo（モリブデン） | 塩化物に対する耐食性向上 |
用途：化学プラント、海水環境、医療機器など
特徴：塩素イオンに強く、耐孔食性が高い
3.
耐熱合金の設計（例：Inconel 718）
| 添加元素 | 役割 |
| Ni（ニッケル） | 高温安定性、強度維持 |
| Cr（クロム） | 耐酸化性向上 |
| Nb（ニオブ）+Ti（チタン） | 析出強化相の形成 |
| Mo（モリブデン） | 高温クリープ強度の向上 |
用途：ジェットエンジン、タービンブレードなど
特徴：高温下でも強度が落ちにくいニッケル基超合金
4.
工具鋼の設計（例：SKH51／ハイス鋼）
| 添加元素 | 役割 |
| C（炭素） | 基本的な硬さの確保 |
| W（タングステン） | 高温硬さの維持、二次硬化 |
| Mo（モリブデン） | 靭性の確保 |
| V（バナジウム） | 微細組織化、耐摩耗性向上 |
用途：ドリル、エンドミル、金型、刃物など
特徴：高速回転でも焼けにくく、耐摩耗性が高い
5.
バネ鋼の設計（例：SUP10）
| 添加元素 | 役割 |
| C | 弾性・硬さの基盤 |
| Si（ケイ素） | 弾性限の向上 |
| Mn（マンガン） | 靭性の確保、焼入れ性UP |
| Cr | 耐摩耗性・強度UP |
用途：自動車のサスペンション、板バネ、コイルスプリングなど
特徴：疲労に強く、長期間安定して反発力を保つ
まとめ：合金設計は“性能を引き出すレシピ作り”
合金設計は、材料に「どんな性質を持たせたいか」という設計者の意図を具現化する作業です。
単なる元素の追加ではなく、「最適な組み合わせとバランス」が重要。
- 耐熱＋高強度 → Ni＋Mo＋Nb
- 高硬度＋靭性 → C＋Cr＋V
- 耐食性 → Cr＋Ni＋Mo
それぞれの元素の特性を理解し、目的に応じて設計することで、最適な素材選定・加工・製品性能の最大化が可能になります。
