合金にさまざまな金属元素を添加すると、その機械的特性 (強度、硬度、延性、靱性、耐食性など) に大きな影響を与える可能性があります。
以下は、合金における一般的な金属元素の役割と、機械的特性に対するそれらの影響です。
1.カーボン(C)
(1).用途: 主に鋼や鋳鉄に含まれ、鉄と炭化物（Fe3C など）を形成します。
(2).影響:
①.強度・硬度： 炭素含有量が増加すると、硬度と強度が大幅に増加します（高炭素鋼など）が、過剰な量は脆化を引き起こす可能性があります。
②.延性： 炭素含有量が高くなると、延性と靭性が低下します。
③.溶接性： 高炭素鋼は溶接性に劣ります。
2.クロム(Cr)
(1).用途: ステンレス鋼 (304、316 など) および工具鋼の主要な要素。
(2).影響:
①.耐食性： 不動態酸化皮膜（Cr2O3）を形成し、耐酸化性、耐食性を向上させます。
②.硬度・強度： 炭素と炭化物（Cr23C6など）を形成し、硬度と耐摩耗性を向上させます。
③.高温性能： 高温強度を高めます（耐熱鋼など）。
3.ニッケル(Ni)
(1).アプリケーション: ステンレス鋼 (304 など)、高温合金 (インコネルなど)、耐食合金。
(2).影響:
①.靭性： 低温靱性と延性を向上させます（低温環境用ニッケル鋼など）。
②.耐食性： 酸やアルカリに対する耐性を高めます。
③.オーステナイトの安定化： ステンレス鋼では、クロムと協力してオーステナイト構造（304 鋼など）を形成します。
4.モリブデン(Mo)
(1).アプリケーション: 高張力鋼 (4140 など)、ステンレス鋼 (316 など)、および耐熱合金。
(2).影響:
①.強度・耐熱性： 高温強度と耐クリープ性が向上します。
②.耐食性： 塩化物応力腐食に対する耐性を強化します (316 ステンレス鋼など)。
③.結晶粒の微細化： 焼入れ性が向上します。
5.マンガン(Mn)
(1).アプリケーション: 炭素鋼 (A36 など)、高強度低合金鋼 (HSLA)、オーステナイト系マンガン鋼 (ハドフィールド鋼など)。
(2).影響:
①.脱酸・脱硫： 硫黄の有害な影響を軽減します (FeS の代わりに MnS を生成します)。
②.焼入性： 焼入性と耐摩耗性が向上します (例: 掘削機バケット用の高マンガン鋼)。
③.オーステナイトの安定化： ステンレス鋼の部分的なニッケル置換。
6.シリコン(Si)
(1).用途: ばね鋼（例：65Mn）、電磁鋼、アルミニウム合金（例：4xxxシリーズ）。
(2).影響力:
①.強度・弾性： 鋼（シリコンマンガンばね鋼など）の強度と弾性限界を向上させます。
②.脱酸素剤： 製鋼時に酸素を除去します。
③.磁気特性： 電磁鋼板の透磁率を向上させます。
7.アルミニウム(Al)
(1).用途: アルミニウム合金 (例: 6061)、高温合金 (例: Fe-Cr-Al)、および脱酸剤。
(2).影響:
①.軽量化： 密度が下がります（アルミニウム合金は鋼鉄よりも約 2/3 軽い）。
②.耐食性： Al2O3保護膜を形成します。
③.結晶粒の微細化： 鋼の結晶粒成長を抑制します。
8.チタン(Ti)
(1).アプリケーション: チタン合金 (Ti-6Al-4V など)、ステンレス鋼 (321 など)、および耐熱合金。
(2).影響:
①.強度/重量比: チタン合金は非常に高い比強度を持っています。
②.耐食性： 海水や塩化物による腐食に耐えます。
③.炭化物形成： 鋼中の炭素を固定して粒界腐食を防止します (例: 321 ステンレス鋼)。
9.銅(Cu)
(1).アプリケーション: 黄銅（Cu-Zn）、青銅（Cu-Sn）、析出硬化鋼（17-4PHなど）。
(2).影響:
①.耐食性： 大気耐食性を向上させます（耐候性鋼など）。
②.電気・熱伝導率： 銅合金は優れた導電性を持っています。
③.降水強化： 鋼（17-4PH ステンレス鋼など）中に ε-Cu 相を形成します。
10.バナジウム(V)
(1).アプリケーション: 工具鋼 (D2 など)、高張力低合金鋼 (HSLA)。
(2).影響:
①.結晶粒の微細化： 炭窒化物（VC など）を形成して粒子の成長を抑制します。
②.強度・靭性： 靭性を維持しながら強度を向上させます（HSLA鋼など）。
11.タングステン(W)
(1).アプリケーション: ハイス鋼（M2など）、超硬合金（WC-Co）、耐熱合金。
(2).影響:
①.高温硬度： 耐摩耗性炭化物（W2Cなど）の形成。
②.赤の硬さ： ハイス鋼は高温でも硬度を維持します。
12.亜鉛(Zn)
(1).アプリケーション: 亜鉛メッキ鋼板（防錆）、真鍮（Cu-Zn）、アルミニウム合金（7xxxシリーズなど）。
(2).影響:
①.犠牲陽極保護: 亜鉛層は鋼の母材を保護します。
②.強度： アルミニウム合金（Zn-Mg-Cu、7075アルミニウム合金など）に強化相を形成します。
要約: 機械的特性に対する元素の主要な影響
| パフォーマンス | 主な寄与要素 |
| 強度・硬度 | C、Cr、Mo、V、W、Mn |
| 延性・靭性 | Ni、Al、Cu（中程度） |
| 耐食性 | Cr、Ni、Mo、Cu、Al |
| 高温性能 | W、Mo、Cr、Ti、Ni |
| 軽量 | アルミニウム、チタン、マグネシウム |
これらの元素の含有量と組み合わせを調整することで、特定のニーズを満たすように合金を設計できます（高張力鋼、耐食性合金、高温合金など）。
