機械設計・構造計算・材料選定を行う上で、各材料のヤング率の数値を正確に把握しておくことは非常に重要です。
鉄・アルミニウム・銅・ステンレス・チタンなど、代表的な金属材料はそれぞれ異なるヤング率を持ち、用途に応じた適切な材料選定には各材料の特性値の理解が欠かせません。
理科年表や各種材料規格（JIS・ASTM）にも掲載されているこれらの数値は、設計計算の基礎データとして幅広く参照されています。
本記事では、主要な金属材料のヤング率を一覧表形式でまとめ、それぞれの材料特性・設計上の注意点・比較のポイントまで詳しく解説していきます。
材料力学・機械設計・建築構造を学ぶ方から、実務で材料を選定する技術者まで幅広く役立てていただける内容です。
金属材料のヤング率一覧：主要材料の数値をまとめて確認しよう
それではまず、主要な金属材料のヤング率の代表値を一覧表で確認していきます。
以下の数値は常温（約20〜25℃）における代表値であり、合金の種類や熱処理条件によって多少変動することがあります。
| 材料名 | ヤング率（GPa） | ヤング率（N/mm²） | 密度（g/cm³） |
|---|---|---|---|
| 炭素鋼（一般鋼材） | 206 | 206,000 | 7.85 |
| ステンレス鋼（SUS304） | 193 | 193,000 | 7.93 |
| 鋳鉄（ねずみ鋳鉄） | 100〜170 | 100,000〜170,000 | 7.1〜7.3 |
| アルミニウム合金（A6061） | 69 | 69,000 | 2.70 |
| 純アルミニウム | 70 | 70,000 | 2.70 |
| 銅（純銅） | 120 | 120,000 | 8.96 |
| 黄銅（真鍮） | 97〜110 | 97,000〜110,000 | 8.5 |
| チタン（純チタン） | 106 | 106,000 | 4.51 |
| チタン合金（Ti-6Al-4V） | 114 | 114,000 | 4.43 |
| ニッケル | 200 | 200,000 | 8.91 |
| マグネシウム合金 | 45 | 45,000 | 1.74 |
| タングステン | 411 | 411,000 | 19.3 |
この一覧から、金属材料のヤング率は材料によって大きく異なることがわかります。
タングステンの411 GPaから、マグネシウム合金の45 GPaまで、およそ10倍近い差があります。
設計に使用する際は使用温度・合金種・熱処理条件に応じた適切な値を材料規格や文献で確認することが重要です。
鉄・炭素鋼のヤング率の詳細
炭素鋼は機械構造・建築・橋梁・圧力容器など最も広く使われる金属材料であり、ヤング率は約206 GPaが設計標準値として広く採用されています。
炭素含有量が変わっても、ヤング率はほぼ一定の206 GPa付近に留まります。
これは炭素含有量が引張強さや硬さには大きく影響する一方、弾性係数（ヤング率）は主に鉄の原子間結合によって決まるためです。
合金元素（クロム・ニッケル・モリブデンなど）を添加しても、ヤング率はあまり変わらず190〜210 GPaの範囲に収まることがほとんどです。
鋼材設計においてはE = 206 GPa = 206,000 N/mm²を標準値として使うことが一般的でしょう。
アルミニウム合金のヤング率の詳細
アルミニウムおよびアルミニウム合金のヤング率は約69〜72 GPaであり、鋼鉄の約1/3の値です。
ヤング率が低いということは、同じ断面積・同じ力に対して鋼鉄の3倍の変形が生じることを意味します。
アルミニウムの密度は鋼鉄の約1/3（2.70 g/cm³）であるため、比剛性（ヤング率÷密度）では鋼鉄とほぼ同等となります。
航空機・自動車・自転車フレームなど軽量化が求められる構造物でアルミニウム合金が使われるのは、この比剛性の高さが大きな理由のひとつです。
ただし、同じ剛性を確保するためには断面積を鋼鉄の3倍にする必要があるため、設計上は断面形状を工夫（肉厚の確保・形鋼の使用）することが重要でしょう。
ステンレス鋼（SUS304）のヤング率
ステンレス鋼（SUS304）のヤング率は約193 GPaであり、炭素鋼の206 GPaよりやや低い値です。
SUS304はオーステナイト系ステンレス鋼の代表的な鋼種であり、耐食性・加工性に優れることから食品機器・化学装置・建築装飾など幅広い分野で使われています。
設計計算では SUS304 のヤング率として 193 GPa（193,000 N/mm²）を使うのが標準的です。
フェライト系・マルテンサイト系のステンレス鋼では200〜210 GPa程度とオーステナイト系より高めの値となることがあるため、使用するステンレスの鋼種を確認することが大切でしょう。
材料比較の観点：比剛性（比ヤング率）での評価
続いては、材料を比較する際に重要な「比剛性（比ヤング率）」の観点から確認していきます。
構造設計では「軽くて剛性が高い」材料が求められることが多く、単純なヤング率の大小だけでなく密度との比（比剛性）での比較が重要です。
主要材料の比剛性（ヤング率÷密度）比較
炭素鋼：206 GPa ÷ 7.85 g/cm³ ≒ 26.2 GPa·cm³/g
アルミニウム合金：70 GPa ÷ 2.70 g/cm³ ≒ 25.9 GPa·cm³/g
チタン合金：114 GPa ÷ 4.43 g/cm³ ≒ 25.7 GPa·cm³/g
マグネシウム合金：45 GPa ÷ 1.74 g/cm³ ≒ 25.9 GPa·cm³/g
→ 鉄・アルミ・チタン・マグネシウムの比剛性はほぼ同等！
この比較から、鉄・アルミ・チタン・マグネシウムは比剛性がほぼ同じという驚くべき事実がわかります。
つまり、同じ質量で同じ剛性の構造物を作る場合、これらの金属は理論的にほぼ同等の性能を発揮できるのです。
材料を選ぶ際は剛性だけでなく、強度・コスト・加工性・耐食性なども総合的に考慮することが設計の実務では求められます。
高弾性率材料と低弾性率材料の使い分け
ヤング率が特に高い材料（タングステン・炭素繊維など）は、高剛性が求められる精密機器部品・工具・超硬合金切削工具などに使われます。
逆に、ヤング率が低い材料（マグネシウム合金・特定のプラスチック）は、軽量化・振動吸収・フレキシブル性が求められる用途に適しています。
設計目標に応じて、剛性・強度・密度・コストをバランスよく考慮した材料選定を行うことが高品質な設計の基本です。
温度によるヤング率の変化
ヤング率は温度に依存して変化し、一般的に温度が上昇するにつれてヤング率は低下します。
炭素鋼では200℃で約195 GPa、400℃で約175 GPa、600℃では約140 GPaと、高温になるほど大幅に低下します。
高温プロセス機器（ボイラー・熱交換器・原子炉）の設計では、使用温度でのヤング率を確認した上で変形量・応力を計算することが設計品質の確保につながるでしょう。
まとめ
本記事では、金属材料のヤング率一覧として鉄・アルミ・銅・ステンレス・チタンなどの代表値をまとめ、比剛性による材料比較・温度依存性まで詳しく解説してきました。
炭素鋼のヤング率は206 GPaが標準設計値であり、アルミニウム合金は約70 GPa、ステンレス鋼（SUS304）は約193 GPaが代表値です。
比剛性（ヤング率÷密度）では鉄・アルミ・チタン・マグネシウムがほぼ同等であり、軽量化設計では単純なヤング率だけでなく比剛性での比較が重要です。
高温使用環境ではヤング率が大幅に低下するため、設計温度での正確な値を確認することが不可欠です。
この一覧表を活用して、材料選定・構造設計・材料力学の学習に役立ててみてください。
