真鍮を扱う場合、どのタイプが自分のプロジェクトに最適かを知っておく必要があります。でも、どうやって正しい真鍮を選べばいいのでしょう？真鍮には様々な形があり、それぞれに長所と短所があります。間違ったタイプを選ぶと、性能の問題やコストアップにつながる可能性があります。
真鍮は銅と亜鉛の合金だが、亜鉛の割合が異なるため、さまざまなタイプがある。最も一般的なタイプには、アルファ黄銅、ベータ黄銅、アルファベータ黄銅がある。用途によって、耐食性や切削性など、それぞれに異なる仕様があります。
真鍮合金は幅広く使用されているので、その特性や最適な用途を探ってみましょう。また、お客様のニーズに合わせて、どのタイプが最も費用対効果が高いかを学びます。
真鍮の構成
真鍮は主に銅から作られる合金の一種です。しかし、銅と亜鉛だけではありません。真鍮合金の構成は、求められる特性や用途によって大きく異なります。
黄銅合金の主要元素
真鍮の主成分は銅と亜鉛である。しかし、この2つの金属の比率を変えることで、さまざまな種類の真鍮を作り出すことができる。
- 銅（Cu）： 銅は真鍮の大部分を占め、通常合金の55%から95%の範囲にある。銅は黄銅の錆びに対する抵抗力を高め、展延性を向上させます。
- 亜鉛（Zn）： 亜鉛は5%から45%の銅に添加される。亜鉛が多いほど黄銅は強くなり、可鍛性は低くなる。
黄銅合金に含まれる一般的な添加剤
黄銅には、銅と亜鉛のほかにも、その特性を変えるために他の元素が添加されることがある。これらの添加物は、強度、機械加工性、特定の種類の腐食に対する耐性などの特性を向上させることができます。
- 鉛（Pb）： 鉛は、通常0.5%～2%程度を少量添加することもある。これは被削性を向上させるが、環境への配慮から現在ではあまり使用されていない。
- 錫（Sn）： 耐食性を向上させるため、少量のスズ（通常1%～3%）が添加されている。
- 鉄（Fe）： 鉄は通常、黄銅合金の強度と硬度を高めるために2%までの少量添加される。
- マンガン（Mn）： 黄銅の耐食性と強度を高めるために、0.5%～2%のマンガンを添加することができる。
- ニッケル（Ni）： ニッケルは通常5%まで使用され、黄銅の強度と耐食性を高める。
一般的な真鍮の種類とその仕様
よく知られている黄銅合金のいくつかの種類は、異なる用途に適した特定の特性を提供します。以下は、最も一般的な黄銅合金とそのユニークな特性の概要です。
真鍮カートリッジ（C26000）
カートリッジ黄銅は、銅と亜鉛からなる一般的なアルファ黄銅である。優れた成形性と耐食性で知られる。
主要物件
- 構成銅：70%、亜鉛：30%
- 優れた可鍛性:成形性に優れ、プレス、深絞り、その他の成形加工に最適。
- 良好な耐食性:様々な環境条件、特に淡水で優れた性能を発揮する。
メリット
- 高い延性:このため、複雑な形状を製造する際の作業が容易です。
- 汎用性:弾薬の薬莢や電気端子など、優れた加工性と耐食性が要求される用途によく使用される。
イエローブラス（C27000）
黄銅は、主に優れた耐食性と適度な強度を必要とする用途に使用される、一般的な黄銅合金の一種です。
主要物件
- 構成銅65%、亜鉛35%
- 中程度の強さ:強度と作業性のバランスを提供。
- 耐変色性:輝きのある黄金色で、時間が経っても変色しにくい。
メリット
- 魅力的な仕上げ:明るい外観のため、宝飾品、建具、楽器などの装飾用途によく使用される。
- 耐食性:屋内外の環境、特に配管用途で優れた性能を発揮する。
レッド・ブラス（C23000）
赤黄銅は、他の種類よりも銅の含有量が多い銅合金です。赤みがかった豊かな色と高い耐食性で知られています。
主要物件
- 構成85% 銅、5% スズ、5% 亜鉛
- 優れた耐腐食性:特に海水のような過酷な環境では。
- より良い強さ:赤黄銅は黄銅よりも強度が高く、耐久性に優れている。
メリット
- 優れた耐食性:これは、海洋、化学、その他の過酷な環境で特に価値がある。
- 強度の向上:船舶用バルブや継手など、強度と耐食性を必要とする用途に最適。
ナバル・ブラス（C46400）
海軍黄銅は銅と亜鉛の合金に錫を加えたもので、特に船舶用に設計されている。特に海水環境での耐食性に優れていることで知られている。
主要物件
- 構成銅60%、亜鉛39%、錫1%
- 高い耐食性:特に海水などの過酷な海洋環境において。
- 良い強さ:他の黄銅よりも優れた機械的特性を持つ。
メリット
- 海洋での使用に最適:耐食性に優れているため、造船、ポンプ、その他の船舶用金具によく使用される。
- 耐久性:錫の添加により強度と耐摩耗性が増し、高ストレス用途に適している。
フリーカット・ブラス（C36000）
快削黄銅は、一般的に大量生産工程で使用される高被削性合金です。高速で効率的な機械加工を必要とする用途によく選ばれます。
主要物件
- 構成61%銅、35%亜鉛、2-3%鉛（通常、機械加工性のために追加される）
- 優れた加工性:精密機械加工や自動化工程に最適な鉛含有量。
- 良い強さ:他の黄銅に比べると強度は劣るが、引張強度はそこそこある。
メリット
- 加工性の向上:鉛の含有量は、生産時間の短縮と機械加工作業の精度を可能にする。
- コスト効率が良い:継手、バルブ、ねじなど、大量生産が必要な部品の製造に広く使用されている。
耐脱亜鉛黄銅（C68700）
耐脱亜鉛黄銅は、合金から亜鉛が溶出し、多孔質の銅が残る脱亜鉛に耐えるよう特別に調合されています。そのため、水や腐食性の高い環境での使用に最適です。
主要物件
- 構成:通常、銅、亜鉛、少量の錫またはその他の合金元素を含む。
- 耐脱亜鉛性:水やその他の腐食性環境にさらされた場合の経年劣化を防ぐ。
- 中程度の強さ:強度と耐食性のバランスを提供。
メリット
- 寿命が長い:耐脱亜鉛性により、飲料水や過酷な化学薬品が使用される用途に最適。
- 配管工事に最適:長寿命が重要な配管継手、バルブ、その他水に接触する部品によく使用される。
黄銅の機械的性質
真鍮は、強度と加工性のユニークなバランスを備えています。その主な機械的特性を見てみましょう。
引張強さと硬さ
引張強さとは、材料が破断するまでに耐えられる最大応力のことで、硬度とは、材料の圧痕や摩耗に対する抵抗力のことです。真鍮は、合金組成にもよりますが、一般的に適度な引張強度と硬度を備えています。
- 抗張力:黄銅の引張強さは、合金にもよりますが、通常200～550MPaです。亜鉛の含有量が多いほど強度は向上しますが、延性は低下する傾向にあります。
- 硬度:真鍮は純銅よりも硬いが鋼鉄よりも軟らかいため、ある程度の硬さは必要だが極端な靭性は必要とされない用途に適している。
展性と延性
可鍛性とは、打ち付けたり、薄く延ばしたりする能力のことで、延性とは、壊れることなく伸びる能力のことである。銅を含む真鍮は、可鍛性と延性があることで知られている。
- 柔軟性:真鍮は非常に可鍛性に富み、割れたり折れたりすることなく複雑な形状に成形するのに適しています。薄い板や複雑な部品に型押し、プレス、絞り加工することができます。
- 延性:真鍮はまた延性があり、完全性を失うことなく伸びることができます。そのため、電気コネクターや配管継手など、わずかな曲げ伸ばしが要求される場合に適しています。
耐疲労性
疲労耐性とは、材料が破損や故障することなく、繰り返し応力サイクルに耐える能力を指します。真鍮は一般的に中程度の疲労抵抗を持ち、繰り返される応力に耐えることができますが、鋼のようなより頑丈な素材よりも早く摩耗する可能性があります。
- ベータ黄銅のような亜鉛含有量の高い黄銅合金は、延性が低下するため疲労破壊を起こしやすい。しかし、錫やマンガンなどの他の元素を添加することで、耐疲労性を向上させることができる。
- アプリケーション:黄銅は、ファスナー、ギヤ、小型機械部品など、極度の疲労ではないが、繰り返し応力がかかる機械部品によく使用される。
耐腐食性
黄銅合金は耐食性が高く、特に淡水のような非酸化性環境では非常に高い耐食性を発揮します。この耐性が、真鍮が配管、電気、海洋用途で広く使用されている理由のひとつです。
- 一般的な耐食性:真鍮は、水中や最も一般的な環境条件下での腐食に対して優れた保護を提供します。銅は腐食に対する天然のバリアとなり、亜鉛は強度の向上に役立ちます。
- 耐亜鉛化性:耐脱亜鉛黄銅のような特定の黄銅合金は、水にさらされたときに亜鉛が溶出しにくいように特別に設計されています。この特性は、連続的に湿気にさらされる配管継手や部品で特に価値があります。
- 海洋環境:錫が添加されたナバルブラスは、海水に対して優れた耐食性を発揮し、海洋環境に優れています。
熱的・電気的特性
黄銅合金は、その機械的特性だけでなく、熱的・電気的特性でも珍重されています。これらの特性は、特定の熱制御や優れた電気伝導性を必要とする用途に黄銅を選択する際に重要です。
熱伝導率
熱伝導率とは、材料の熱伝導能力のことです。真鍮の熱伝導率は中程度で、銅やアルミニウムのような熱伝導は必要だが、それほど重要ではない用途に適しています。
- 熱伝導率:真鍮の熱伝導率は、組成にもよりますが、通常100～150W/m・Kです。銅の含有量が多いほど熱伝導率は高くなります。
- アプリケーション:真鍮の熱特性は、熱交換器、ラジエーター、適度な熱伝導が必要な電子部品に適しています。
電気伝導性
電気伝導率は、材料が電流を伝導する能力を測定します。真鍮には銅が含まれているため、良好な電気伝導性を示しますが、純銅や銀ほど効率的ではありません。
- 電気伝導性:真鍮合金の電気伝導率は一般的に15%～28% IACS（国際アニール銅規格）で、純銅の100%より低い。亜鉛の含有量が多いと、一般的に電気伝導率が低下します。
- アプリケーション:真鍮は電気コネクター、スイッチ、端子に使用されていますが、費用対効果と適度な導電性が求められる場合に使用されます。高性能な電気部品には純銅や純銀の方が適しているかもしれません。
各種黄銅の融点
黄銅合金の融点はその組成によって様々で、主に亜鉛の含有量に影響されます。融点は、合金の鋳造や高温用途への適性を決定する上で重要です。
- 真鍮カートリッジ（C26000）:約900℃～940℃で溶融。
- イエローブラス（C27000）:溶融温度は約900℃～940℃（1652°F～1724°F）で、カートリッジ黄銅に似ているが、亜鉛の含有量によって若干の違いがある。
- レッド・ブラス（C23000）:銅の含有量が多く、融点は900℃～940℃。
- ナバル・ブラス（C46400）:溶融温度は約900℃～940℃で、他の黄銅と同様だが、錫の添加により高温性能が向上している。
- フリーカット・ブラス（C36000）:溶融温度は約880℃～910℃で、鉛を含むため他の黄銅よりやや低い。
- 耐脱亜鉛黄銅（C68700）:融点は900℃～940℃で、他の黄銅と同様。
真鍮の製造と加工
真鍮はあらゆる製造段階において優れた加工性を発揮します。エンジニアが知っておくべきことは以下の通りです。
キャスティング・テクニック
鋳造 は、黄銅を特定の部品に成形するために使用される重要な方法である。この工程では、溶かした真鍮を型に流し込みます。冷えると、希望の形に固まります。真鍮の鋳造は、複雑なデザインの部品を作ったり、大量生産する場合によく使われます。
加工性
真鍮合金は機械加工性が良いことで知られており、工作機械で簡単に成形したり切断したりすることができる。そのため、真鍮は精度が重要な製造、配管、電気工事で人気がある。
溶接とはんだ付け
真鍮は 溶接 そして 半田付けしかし、その成分には注意が必要である。亜鉛含有量の多い黄銅合金は、溶接中に問題を起こすことがある。これは、亜鉛の気化や溶接部の気孔のような欠陥につながる可能性があります。
結論
真鍮は柔軟性があり、多くの産業で広く使用されている素材です。機械的特性が強く、耐食性に優れ、製造が容易なことで知られている。カートリッジ黄銅、黄銅、赤黄銅、海軍黄銅など、さまざまな種類の黄銅合金があります。それぞれの種類は、その組成と特性によって利点がある。
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ケビン・リー
レーザー切断、曲げ加工、溶接、表面処理技術を専門とし、板金加工において10年以上の実務経験があります。シェンゲンのテクニカルディレクターとして、複雑な製造上の課題を解決し、各プロジェクトにおける革新と品質の向上に尽力しています。
