素材の基礎知識 金属の組成：金属と合金を特徴づける元素について 読了時間：6分 • 2026年9月更新 金属の組成、すなわちその金属に含まれる元素とその割合こそが、最終的にその金属の分類、性質、および用途を決定づけるものである。組成に基づいて、金属は一般に、鉄系金属、非鉄金属、および合金の3つのグループに分類される。鉄系金属は、主に鉄で構成されています。必要な特性を得るために、炭素、マンガン、ニッケル、クロム、ケイ素、チタン、タングステンなどの他の金属や元素が少量添加されることがあります。 対照的に、非鉄金属には鉄が含まれていません。一般的な純金属には、アルミニウム、銅、鉛、亜鉛、スズ、銀、金などがあります。合金とは、2種類以上の金属、場合によっては他の元素を混合して形成される新しい金属のことです。全体として最も広く使用されている金属には、鉄、アルミニウム、銅、チタン、亜鉛、マグネシウムなどがあります。 鋼の成分および鋼種鉄は鋼の主要な構成要素です。鉄に非金属である炭素を最大2.1％まで添加すると、鋼と呼ばれる合金が得られます。 より広く言えば、鋼とは、鉄と、炭素、マンガン、リン、硫黄、ニッケル、クロム、タングステン、ニオブ（コロンビウム）、チタンなどの他の元素との合金である。 鉄を基材として添加される各元素は鋼の特性に影響を与え、こうした合金元素の添加こそが、さまざまな種類や等級の鋼に見られる多くの違いの原因となっています。炭素含有量に基づき、鋼材は主に3つのグループに分類されます。低炭素鋼には、AISI 1005からAISI 1026までのグレードに加え、IF鋼、HSLA鋼、TRIP鋼、TWIP鋼が含まれます。 中炭素鋼はAISI 1029からAISI 1053まで、高炭素鋼はAISI 1055からAISI 1095までの範囲に及びます。EN規格では、鋼種はいくつかのグループに分類されています。すなわち、非合金鋼（例：EN DC01～DC06、S235、S275）、合金鋼 （例：20CrMo4、25CrMo4）、ステンレス鋼、工具鋼（例：DIN-EN 1.1545、 AISI/SAE W110、DIN-EN 1.2436 または AISI/SAE D6）、鋼板・帯鋼用鋼、および電磁鋼板・帯鋼用鋼（例：EN 1.0890 および EN 1.0803）に分類されます。アルミニウムの組成と合金系アルミニウム産業では、鋳造用および鍛造用のアルミニウム合金の形でアルミニウムが使用されています。これら2つの分類は、化学組成や焼戻し状態の指定に基づいて、さらに各ファミリーに細分化されます。一般的に受け入れられているCEN規格の指定体系によれば、最も一般的なアルミニウムのグレードは以下のシリーズに分類されます。 1xxxシリーズ：1050、1060、1100、1145、1200、1230、1350 2xxxシリーズ：2011、2014、2017、2018、2124、2219、 2319、および鋳造用グレード 201.0、203.0、206.0、224.0、242.0 3xxxシリーズ：3003、3004、3105、および鋳造用グレード383.0、385.0、A360、390.0 4xxx系：4032、4043、4145、4643 5xxxシリーズ：5005、5052、5083、5086 6xxxシリーズ：6061、6063 7xxxシリーズ：7075、7050、7049、および鋳造用グレード710.0、711.0 8xxxシリーズ：8006、8111、8079、および鋳造用グレード850.0、851.0、852.0 チタンの組成と合金群チタン合金は、単一の元素による分類というよりは、その組成がもたらす特性のバランスによって分類される。主にアルミニウム、バナジウム、モリブデン、スズ、ジルコニウム、パラジウムといった合金添加元素の配合を調整することで、その金属は「耐食性」、「高強度」、「耐熱性」という3つの実用的なカテゴリーのいずれかに分類される。耐食性グループは、商業用純チタン（グレード1～4）を基に構成されており、過酷な化学環境下での耐性を向上させるために、パラジウムやモリブデン、ニッケルを少量添加した低合金種が含まれます。ここでは強度が最優先事項ではないため、これらの組成は純チタンに近いままとなっています。 代表的な例としては、Ti-Pd系（7、11、16、17）やTi-0.3Mo-0.8Ni（12号）があり、これらは化学処理や船舶用途で好んで使用されています。高強度グループでは、構造用や荷重支持用途における機械的強度を高めるため、アルミニウムやバナジウムを多量に添加し、多くの場合、モリブデン、クロム、またはスズも添加されます。このグループ、ひいてはチタン産業全体において主力となるのが、Ti-6Al-4V（グレード5）です。 その他の例としては、Ti-6Al-6V-2Sn、Ti-10V-2Fe-3Al、Ti-15V-3Cr-3Sn-3Alなどが挙げられ、これらはすべて、チタンの特徴である軽量性を維持しつつ、高い強度を実現するために開発されたものです。高温用グループは、高温下でも強度を維持し、クリープに耐えるよう設計されており、これらの合金はエンジンやその他の高温部部品に適しています。その組成は通常、アルミニウムとスズに、ジルコニウム、モリブデン、および高温安定性を向上させる少量のシリコンを添加したものです。 代表的なグレードとしては、Ti-6Al-2Sn-4Zr-2Mo、IMI 685やIMI 834などのIMIシリーズ、およびTIMETAL 1100などが挙げられる。金の組成と純度ジュエリーに使用される金の純度（フィネス）は、カラット数で示されます。24カラット（24K）の金は、ジュエリー用金の中で最も純度の高いものです。「ファインゴールド」とも呼ばれ、純度は99.7％以上です。 プルーフゴールドはさらに純度が高く、99.95％以上の純度を誇りますが、これは標準化の目的でのみ使用され、ジュエリーには使用されません。銅の組成：真鍮と青銅銅およびその合金の中で最も広く使用されているのは、真鍮と青銅です。 真鍮とは、5％から42％の亜鉛を含む銅・亜鉛合金であり、CuZn28、CuZn37、CuZn42などがこれにあたります。ドイツ語では「メッシング（Messing）」と呼ばれ（例えば、Ms58はCuZn42に相当します）、真鍮は通常、黄色をしています。青銅とは、銅と他の金属との合金である。最も一般的なのはスズ（例えば、CuSn6、CuSn10、CuSn14）であり、次いでリン（例えば、PB1C、PB4C、 PB3、LPB1Cなど）やマンガン（例：HTB1、HTB2、HTB3など）が続き、また、青銅にはアルミニウム（例：AB1C、AB2Cなど）や鉛（例：LG1C、LG2C、LG3Cなど）が含まれる場合もあります。