ファスナーによく使われる材料を探る

ほとんどの締結部品の材料は鋼鉄です。締結部品業界で働く者として、その変化、違い、用途を理解することは不可欠です。締結部品に使用されるさまざまな種類の材料を理解することは、特定の用途に適した材料を選択するために非常に重要です。以下に、一般的な締結部品の材料、その構成、および典型的な用途の概要を示します。

 

Ⅰ．炭素鋼

構成炭素鋼は主に鉄を含み、少量の炭素（通常1.7%未満）と、場合によってはマンガン、ケイ素、硫黄などの他の元素を含みます。

 

成績低炭素鋼（軟鋼）、中炭素鋼、高炭素鋼。

♦ 低炭素鋼（軟鋼とも呼ばれる）は、炭素含有量が0.10%から0.30%の範囲です。低炭素鋼は、鍛造、溶接、切断などの様々な加工が容易で、チェーン、リベット、ボルト、シャフトなどの製造によく使用されます。一般的な炭素構造用鋼のほとんどと、一部の高品質炭素構造用鋼が含まれます。その多くは、熱処理なしで構造部品として使用され、一部は、炭化処理などの熱処理後に耐摩耗性が求められる機械部品として使用されます。

 

♦ 中炭素鋼は、炭素含有量が0.25%～0.60%の炭素鋼です。炭素の他に、少量のマンガン（0.70%～1.20%）を含むこともあります。製品の品質によって、普通炭素構造鋼と高品質炭素構造鋼に分けられます。熱間加工性や切断性は良好ですが、溶接性は劣ります。強度と硬度は低炭素鋼よりも高いですが、塑性や靭性は低炭素鋼よりも劣ります。中炭素鋼は、焼入れ焼戻し後に総合的な機械的特性が良好になります。そのため、中程度の強度レベルが求められる様々な用途において、中炭素鋼が最も広く使用されています。建築材料として使用されるだけでなく、様々な機械部品の製造にも広く使用されています。

 

♦ 高炭素鋼は、工具鋼とも呼ばれ、炭素含有量が0.60%から1.70%の範囲であり、焼き入れや焼き戻しが可能である。

 

主な用途と応用例: 一般的なファスナーとしてよく使用されます。 ボルトナッツ、 ネジボルトやスタッドボルトなどを使用します。これらは強度が高く、コスト効率にも優れています。亜鉛メッキなどの表面処理を施すことで、耐食性を向上させることができます。

 

 

Ⅱ．ステンレス鋼

構成鉄、クロム（クロム含有量12～30％）、およびニッケル、モリブデン、窒素などの他の元素からなる合金。クロム含有量が高いため、優れた耐食性を有する。

 

クロムはステンレス鋼の耐食性を高める基本元素です。鋼中のクロム含有量が約1.2%に達すると、クロムは腐食性媒体中の酸素と反応して鋼表面に非常に薄い酸化皮膜（自己不動態皮膜）を形成し、鋼材のさらなる腐食を防ぎます。クロムの他に、ニッケル、モリブデン、チタン、ニオブ、銅、窒素などの合金元素が一般的に用いられ、様々な用途におけるステンレス鋼の組織特性や性能要件を満たしています。

 

種類: オーステナイト系 (例: 201、304、316)、マルテンサイト系 (例: 410、420)、フェライト系 (例: 430、446)。

主な用途と応用例耐腐食性が極めて重要な環境、例えば海洋産業、化学工業、食品加工産業などで使用されます。高温用途にも適しています。

 

ステンレス鋼は腐食、孔食、錆、摩耗を起こしません。また、建築に使用される金属材料の中でも最も強度が高い材料の一つです。ステンレス鋼は耐食性に優れているため、構造部材の設計上の完全性を永続的に維持できます。さらに、クロム含有ステンレス鋼は機械的強度と高い伸び率を兼ね備えているため、部品の加工や製造が容易です。

 

 

Ⅲ．合金鋼

構成炭素鋼に比べて合金元素（クロム、ニッケル、モリブデン、バナジウムなど）の含有率が高く、強度、硬度、靭性などの特性が向上しています。

 

合金鋼中のクロム含有量が約12%に達すると、鋼の表面に緻密な酸化クロムが形成され、酸化性媒体中での鋼の耐食性が急激に変化し、大幅に向上します。クロム、アルミニウム、シリコンなどの元素は、鋼の耐酸化性および高温ガスに対する耐食性を向上させることができますが、アルミニウムとシリコンが過剰になると、鋼の熱可塑性が低下します。ニッケルは主にオーステナイト構造の形成と安定化に使用され、鋼が優れた機械的特性、耐食性、および加工性能を得られるようにします。モリブデンは、耐酸性ステンレス鋼を迅速に不動態化し、塩化物イオンを含む溶液やその他の非酸化性媒体に対する耐食性を向上させることができます。

 

成績合金元素の含有量に応じて、低合金鋼（含有量＜5％）、中合金鋼（含有量5％～10％）、高合金鋼（含有量＞10％）に分類されます。

主な用途と応用例自動車、航空宇宙、重機械などの分野で、より高い引張強度と耐摩耗性が求められる高強度締結部品に使用されます。

 

Ⅳ. 銅

構成純銅、または錫（青銅）や亜鉛（真鍮）などの他の金属を少量含む合金。

 

銅は紫がかった赤色の光沢を持つ金属で、密度は8.92 g/cm3です。融点は1083.4±0.2℃、沸点は2567℃です。銅は人類が発見した最も初期の金属の1つであり、最も優れた純金属の1つです。やや硬く、非常に靭性があり、耐摩耗性に優れています。また、延性も良好です。熱伝導性と電気伝導性も良好です。銅とその合金の一部は耐食性に優れ、乾燥した空気中では非常に安定しています。しかし、湿った空気中では、表面に緑色の塩基性炭酸銅の層が生成されることがあり、これは緑青と呼ばれます。硝酸と高温の濃硫酸に溶けやすく、塩酸にはわずかに溶けます。アルカリによって容易に腐食されます。

 

主な用途と応用例優れた電気伝導性と耐腐食性で知られています。銅や真鍮製の留め具は、電気接続や船舶用途によく使用されます。

 

Ⅴ. アルミニウム

構成純アルミニウム、または銅、マグネシウム、シリコン、亜鉛などの元素を含むアルミニウム合金。

 

アルミニウムは銀白色の光沢のある金属で、密度は2.702 g/cm³、融点は660.37℃、沸点は2467℃です。熱伝導性、電気伝導性、延性に優れています。アルミニウムは活性金属元素と呼ばれていますが、空気中では表面に緻密な酸化膜が形成され、酸素や水との反応が阻害されます。高温では酸素と反応して大量の熱を放出します。テルミット反応の原理は、鋼レールの溶接、耐火金属の製錬、伝統的な花火の製造など、様々な生産工程に応用されています。

 

主な用途と応用例軽量で耐腐食性に優れているため、航空宇宙、自動車、船舶用途に最適です。アルミニウム製ファスナーは、軽量で非磁性であることから、建設や電子機器分野でも使用されています。

 

基準

• ISO（国際標準化機構）：世界的に適用される国際規格を提供する。

• GB（国標、中国国家標準）：中国国家標準。

• から（ドイツ規格協会）：国際的に広く認められているドイツ規格。

• AISI/SAE（米国鉄鋼協会／米国自動車技術者協会）：アメリカの規格、特に鉄鋼に関する規格。

• 彼 （日本工業規格）：アジア諸国でよく用いられる日本の規格。

 

各材料にはそれぞれ独自の利点があり、強度、耐食性、耐熱性、コストなど、用途に応じた具体的な要件に基づいて選択されます。締結具が想定される環境で確実に機能するためには、適切な材料とグレードを選択することが重要です。

 

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