金属のヤング率の一覧表！主要金属のGPaの数値まとめ【温度依存性も】

材料を選定する際、ヤング率（縦弾性係数）は非常に重要な指標のひとつです。

ヤング率とは、材料に力を加えたときの変形しにくさ（剛性）を表す数値であり、単位はGPa（ギガパスカル）で表されることがほとんどです。

金属材料を扱うエンジニアや設計者にとって、各金属のヤング率の数値を把握しておくことは、構造計算や材料選定において欠かせない知識といえるでしょう。

また、ヤング率は温度によっても変化するため、使用環境の温度条件を踏まえた理解も重要になってきます。

本記事では「金属のヤング率の一覧表！主要金属のGPaの数値まとめ【温度依存性も】」と題して、主要な金属のヤング率をGPa単位で一覧にまとめるとともに、温度依存性についても詳しく解説していきます。

材料選定や設計の参考に、ぜひお役立てください。

金属のヤング率とは？剛性を数値で示す弾性係数の基本

それではまず、ヤング率の基本的な概念について解説していきます。

ヤング率（Young’s modulus）とは、材料の弾性変形のしにくさを表す物性値であり、縦弾性係数とも呼ばれます。

具体的には、材料に引張や圧縮の力（応力）を加えたとき、その変形量（ひずみ）がどの程度になるかを示す指標です。

ヤング率が大きいほど、同じ力を加えても変形しにくい「剛性の高い材料」といえるでしょう。

単位はGPa（ギガパスカル）が一般的に用いられており、1GPaは1,000MPa（メガパスカル）に相当します。

金属材料においては、ヤング率はおおむね数十〜数百GPaの範囲に収まることが多いです。

なお、ヤング率は材料固有の物性値であり、同じ金属であれば合金の種類や熱処理条件が多少異なっても、大きく変わらない点が特徴といえます。

強度（引張強さや硬さ）は熱処理で大きく変化しますが、ヤング率はほぼ一定に保たれるのです。

この点は設計上、非常に扱いやすい特性のひとつでしょう。

主要金属のヤング率一覧表（GPa単位）

続いては、主要な金属のヤング率を一覧表で確認していきます。

以下の表は、代表的な金属材料のヤング率をGPa単位でまとめたものです。

設計や材料選定の際に参考となる基準値として活用してください。

金属材料	ヤング率（GPa）	主な用途・特徴
タングステン（W）	約390〜410	超高融点金属、電球フィラメントなど
モリブデン（Mo）	約320〜330	高温強度材料、工具鋼添加元素
クロム（Cr）	約248〜280	メッキ材料、ステンレスの添加元素
鉄（Fe）・鋼（Steel）	約200〜210	構造材料の代表格、建築・機械部品
ニッケル（Ni）	約200〜210	耐食性合金、超合金の基材
コバルト（Co）	約200〜211	耐熱合金、磁性材料
銅（Cu）	約110〜130	電気配線、熱交換器
チタン（Ti）	約100〜116	航空宇宙、医療インプラント
ステンレス鋼（SUS304等）	約193〜200	耐食性構造材、食品・化学プラント
アルミニウム（Al）	約68〜70	軽量構造材料、航空機・車両部品
マグネシウム（Mg）	約44〜45	超軽量合金材料、電子機器筐体
鉛（Pb）	約14〜18	防振材料、蓄電池極板
錫（Sn）	約40〜50	はんだ材料、メッキ
金（Au）	約78〜80	電子部品、貴金属装飾
銀（Ag）	約76〜83	電気接点、抗菌材料

鉄鋼材料のヤング率は約200〜210GPaが標準的な値であり、多くの構造計算ではこの値が基準として使用されます。

一方、アルミニウムは約70GPaと鉄の約1/3程度であるため、軽量であっても剛性は低くなる点に注意が必要でしょう。

タングステンは金属の中でも特に高いヤング率を持ち、約400GPa前後に達します。

チタンは比強度（強度÷密度）に優れた材料として知られていますが、ヤング率は約110GPaと鉄の約半分程度にとどまります。

この一覧表を活用することで、材料の剛性比較や適切な材料選定に役立てられるでしょう。

金属のヤング率の温度依存性とその影響

続いては、ヤング率の温度依存性について確認していきます。

ヤング率は一定の値のように思われがちですが、実際には温度の上昇とともに低下する傾向があります。

これは、温度が上がると原子間の結合力が弱まるためです。

高温環境で使用される部品や構造物を設計する場合、常温時のヤング率をそのまま使用すると誤差が生じる可能性があるため、温度依存性を考慮することが重要になります。

鉄鋼材料のヤング率と温度の関係

鉄鋼材料は最も多く使われる構造材料のひとつであり、その温度依存性も広く研究されています。

常温（約20℃）での鉄鋼のヤング率は約206GPaとされており、温度が上昇するにつれて低下していきます。

温度（℃）	鉄鋼のヤング率（GPa）
20℃（常温）	約206
200℃	約196
400℃	約181
600℃	約155
800℃	約120

このように、600℃付近ではヤング率が常温の約75%程度にまで低下することがわかります。

高温炉や熱機関内部で使用される部品の設計では、この低下を必ず考慮に入れる必要があるでしょう。

アルミニウムのヤング率と温度依存性

アルミニウムは軽量材料として航空宇宙や自動車産業で広く使われていますが、融点が低い（約660℃）ため、鉄鋼よりも比較的低い温度からヤング率が顕著に低下します。

温度（℃）	アルミニウムのヤング率（GPa）
20℃（常温）	約70
100℃	約67
200℃	約62
300℃	約55
400℃	約45

アルミニウムは300℃前後でもヤング率が大きく低下するため、使用温度域には十分な注意が必要です。

特に高温環境ではアルミニウムの剛性が著しく失われるため、耐熱合金や鉄鋼材料との使い分けが求められるでしょう。

チタンのヤング率と温度依存性

チタンは耐熱性に優れた金属として知られており、航空宇宙分野での使用が盛んです。

その温度依存性も比較的緩やかであることが特徴といえます。

温度（℃）	チタンのヤング率（GPa）
20℃（常温）	約110
200℃	約100
400℃	約90
600℃	約74

チタンは600℃付近でも比較的ヤング率を維持しており、高温環境での使用に適した金属材料のひとつといえるでしょう。

ただし、600℃を超えると酸化が急激に進みやすくなるため、保護コーティングや雰囲気制御が必要になってきます。

ヤング率に関連する弾性定数とポアソン比の関係

続いては、ヤング率と関連する弾性定数との関係を確認していきます。

材料の弾性挙動を完全に記述するためには、ヤング率だけでなくポアソン比（ν）や剛性率（G）、体積弾性率（K）といった関連する弾性定数についても理解しておくことが重要です。

ポアソン比とヤング率の関係

ポアソン比とは、材料に引張力を加えたとき、引張方向のひずみに対する横方向のひずみの比率を示す値です。

金属材料では一般的に0.25〜0.35の範囲に収まることが多く、鉄鋼では約0.28〜0.30が典型的な値となります。

この関係式を用いることで、ヤング率からせん断変形に対する抵抗を示す剛性率（せん断弾性係数）を算出できます。

ねじりや曲げ変形が発生する設計では、剛性率の把握も欠かせないでしょう。

体積弾性率とヤング率の関係

体積弾性率（K）は、材料が均等な圧力を受けたときの体積変化に対する抵抗を示す値です。

高圧環境下での材料挙動を予測する際に、体積弾性率は重要な役割を果たします。

深海機器や高圧容器の設計分野では特に重要な定数となるでしょう。

各金属のポアソン比まとめ

参考として、主要金属のポアソン比の代表値を以下の表にまとめます。

金属材料	ポアソン比（ν）
鉄鋼（Steel）	約0.28〜0.30
アルミニウム（Al）	約0.33
銅（Cu）	約0.34〜0.35
チタン（Ti）	約0.32〜0.34
ニッケル（Ni）	約0.31
マグネシウム（Mg）	約0.35
タングステン（W）	約0.28

金属材料はおおむねポアソン比が0.25〜0.35の範囲に収まっており、等方性弾性体として近似的に扱えることが多いです。

設計計算ではこれらの値を組み合わせて使用することになるでしょう。

まとめ

本記事では「金属のヤング率の一覧表！主要金属のGPaの数値まとめ【温度依存性も】」と題して、主要金属のヤング率の一覧や温度依存性、関連する弾性定数について解説してきました。

ヤング率は材料の剛性を示す基本的な物性値であり、設計・材料選定において欠かせない指標です。

鉄鋼の約200〜210GPaを基準に、アルミニウムの約70GPa、チタンの約110GPaなど、各金属の値の違いを把握しておくことが重要でしょう。

また、ヤング率は温度上昇とともに低下するため、高温環境での使用時には必ず温度依存性を考慮した設計が求められます。

さらに、ポアソン比や剛性率といった関連する弾性定数との関係を理解することで、より精度の高い弾性解析が可能となります。

本記事の一覧表や数値が、材料選定や構造計算の実務においてお役に立てれば幸いです。