知っておくべき12種類のブロンズ

ブロンズとは何か？

青銅は、銅を主成分とする多目的の金属合金である。銅に1種類以上の合金元素（最も一般的なのはスズだが、アルミニウム、ベリリウム、シリコン、マンガン、ニッケル、リン、時には亜鉛も少量含まれる）を組み合わせることで形成される。具体的な組成は、求められる特性や用途によって異なる。

冶金学的に青銅は、純銅、黄銅（銅と亜鉛の合金）、キュプロニッケル（銅とニッケルの合金）を除いた、幅広い銅合金の一群を包括しています。銅に合金元素を加えると、機械的・化学的特性が著しく向上し、純銅よりも優れた特性を持つ素材となります。

合金化プロセスは、ブロンズにユニークな特性の組み合わせを与える：

1. 強度と硬度の向上
2. 特に海洋環境における耐食性の向上
3. 耐摩耗性の向上
4. 高い弾性と疲労強度
5. 優れた鋳造性と機械加工性
6. ベアリング用途での摩擦低減
7. 魅力的な黄金褐色とパティナ形成

これらの特性により、青銅は海洋工学、航空宇宙、電気的用途、芸術的活動など、様々な産業において非常に貴重な材料となっている。青銅は、その硬度と高融点により、他の金属よりも加工が難しい場合がありますが、精密鋳造、CNC機械加工、積層造形などの近代的な製造技術は、その用途を広げ、生産効率を向上させています。

具体的な青銅の組成は、強度、延性、耐食性、費用対効果などの要素をバランスさせながら、各用途の要件を満たすように注意深く調整されます。この適応性により、青銅は伝統的なものから最先端のエンジニアリング用途まで、その関連性を保ち続けています。

ブロンズの種類

ブロンズには何種類あるのですか？

青銅は、その主な元素に基づいていくつかのカテゴリーに分類することができる。スズ青銅（スズリン青銅を含む）、アルミニウム青銅、ベリリウム青銅、シリコン青銅、マンガン青銅、クロム青銅、カドミウム青銅、ジルコニウム青銅、クロムジルコニウム青銅、チタン青銅、マグネシウム青銅、鉄青銅などである。

錫ブロンズ

錫を主成分とする銅ベースの合金の一種は、錫青銅と呼ばれる。産業分野で使用される錫青銅は、通常3%から14%の錫を含んでいます。

スズ含有量が5%未満のスズ青銅は冷間加工に最適である。一方、錫含有量が5%～7%の錫青銅は熱間加工に適している。鋳造用途では、錫含有量が10%以上の錫青銅が好ましい。

錫青銅は造船、化学、機械、計装など様々な産業で広く利用されています。主にベアリング、シャフトスリーブなどの耐摩耗部品、バネなどの弾性部品、防錆・防磁部品の製造に使用されています。

アルミニウム青銅

アルミニウムを主成分とする銅ベースの合金の一種は、アルミニウム青銅として知られています。アルミニウム青銅は、黄銅や錫青銅に比べて高い機械的特性を持っています。

実際には、アルミニウム青銅は5%から12%のアルミニウムを含有し、5%から7%のアルミニウム含有量が最も優れた塑性をもたらし、冷間加工に理想的です。しかし、アルミニウム含有量が7%から8%より多くなると、合金の強度は増加しますが、塑性変形性は著しく低下します。そのため、鋳造形態か熱間加工後に使用されることがほとんどです。

耐摩耗性と耐食性の点で、アルミニウム青銅は、大気、海水、海水炭酸、およびほとんどの有機酸中で、黄銅と錫青銅よりも優れています。

アルミニウム青銅は、ギア、シャフトスリーブ、ウォームギアなどの高強度耐摩耗部品や高耐食性弾性要素の製造に使用できます。

ベリリウム青銅

ベリリウムを主成分とする銅合金の一種をベリリウム青銅と呼ぶ。ベリリウム青銅のベリリウム含有量は、通常1.7%～2.5%である。

ベリリウム青銅の特徴は、高い弾性限界と疲労限界、優れた耐摩耗性と耐食性、良好な導電性と熱伝導性、非磁性、衝撃を受けたときに火花が出ないことである。

主に、精密機器の重要なバネ、時計の歯車、ベアリング、高速・高圧で作動するブッシュ、溶接電極、防爆工具、航海用コンパスなどの重要部品の製造に使用されている。

シリコン・ブロンズ

シリコンを主成分とする青銅はシリコン青銅と呼ばれる。産業分野で使用されるシリコン青銅には、シリコンの他にマンガン、ニッケル、亜鉛などが微量に含まれています。

シリコンは銅に限定的に固溶し、最大固溶度は852℃で5.3%であり、温度が下がるにつれて減少する。しかし、時効硬化効果は大きくなく、一般に強化熱処理は行わない。

変形性シリコン青銅のシリコン含有量は1%から4%の範囲である。ケイ素含有量の増加に伴い、脆性相が出現し、合金の塑性を低下させることがあります。

シリコン青銅は錫青銅に比べ、結晶化温度範囲が狭く、流動性が良く、機械的性質が高い。機械製造業では錫青銅の代替品として使用できる。

マンガン青銅

マンガン青銅は、銅を基本元素とし、マンガンを主合金元素とする合金の一種である。マンガン青銅の主な等級は、QMn1.5（Cu-1.5Mn）、QMn5（Cu-5Mn）などです。

クローム・ブロンズ

クロム青銅は銅合金の一種で、0.4%～1.1%のクロムを含む。クロム青銅は、焼入れ、時効処理、または焼入れと冷間変形時効処理によって強化することができます。

共晶温度1072℃では、銅に対するクロムの最大溶解度は0.65%である。温度が下がるにつれて、クロムの固溶度は急速に低下し、固溶・時効処理後にクロム粒子が析出する。

クロムの添加は合金の再結晶温度と熱強度を著しく向上させるが、銅の導電率をわずかに低下させる。溶体化処理したクロム青銅棒の導電率は45% IACSで、時効処理後は80% IACSまで上昇する。時効処理したクロム青銅の軟化温度は400℃であり、冷間加工した銅の2倍である。

この合金は鋳造状態でも変形状態でも使用できる。クロム青銅の合金元素としてアルミニウムとマグネシウムを添加すると、Cu-Cr合金の表面に薄く緻密な酸化皮膜が形成され、母材と強固に結合し、合金の高温耐酸化性と耐熱性が向上する。合金中のアルミニウムとマグネシウムの含有量は、通常0.3%以下である。

カドミウム・ブロンズ

カドミウム青銅は、カドミウムを主合金元素とし、0.35%～0.65%のクロムを添加することもある特殊な青銅である。カドミウムと銅は高温で固溶体を形成するが、温度が下がると固溶度は急速に低下する。

カドミウムの含有量が少ないため、析出相の粒子強化効果が弱く、そのため熱処理による時効硬化ができず、冷間変形でしか強化できない。

カドミウム青銅は導電性、熱伝導性が高く、耐摩耗性、耐摩耗性、耐食性に優れ、加工性も良い。電気機器の導電性、耐熱性、耐摩耗性部品の製造に広く使用されています。

注意しなければならないのは、カドミウムの揮発性物質は有毒であり、溶解工程での安全対策に注意を払いながら、溶解法によって材料を調製しなければならないということである。カドミウム青銅の国内等級はQCd1である。板、条、棒、線の形で入手できる。

主な用途は、モーター整流子、スイッチ・エレメント、スプリング接点、導波管空洞、高強度伝送線路、継手および接触溶接電極、ローラーなど。

ジルコニウム青銅

ジルコニウム青銅は、ジルコニウムを主合金元素とする特殊な青銅で、強度を向上させるために少量のジルコニウムが添加されることもある。ジルコニウム青銅の一般的なグレードはQZr0.2とQZr0.4である。

熱強度と耐クリープ性に優れ、高温でも良好な塑性と導電性を保持する。ジルコニウム青銅は溶解法で製造される。

主に次のように使用される。 抵抗溶接 部品および高強度電極材料。ジルコニウム青銅の使用は、その高い導電性、熱伝導性、加工の容易さにより、鉄鋼業界においてますます広まっている。

クロムジルコニウム青銅

クロムジルコニウム青銅は、強度、硬度、導電性、熱伝導性が高く、耐摩耗性に優れた合金です。時効処理を施すと、硬度、強度、導電率、熱伝導率が著しく向上し、溶接が容易になります。

モーター整流子、スポット溶接機などの用途に広く使用されている、 シーム溶接 機械、突合せ溶接機用電極、その他強度、硬度、導電性、高温での導電性が要求される部品。

電気火花電極として、クロムジルコニウムブロンズは直立性の良い理想的な鏡面を作ることができます。純赤銅では難しいフレーキングなどの効果が得られ、タングステン鋼などの難削材にも適しています。

クロムジルコニウム青銅の等級には、C18150、C18200、C15000、C15100がある。

チタン・ブロンズ

チタン青銅とは、チタンを主合金元素とする銅合金を指す。冷間でも熱間でも良好な加工性を持つ新しいタイプの弾性材料です。熱処理によって、チタン青銅の特性は大幅に改善され、強化されます。例えば、引張強さは686MPaから1009MPaまで高めることができます。

チタン青銅は、高強度、高弾性、高耐摩耗性の弾性要素、電気スイッチ、リレー弾性要素、メンブレンボックス、ダイヤフラム、ギア、ベアリング、ベアリングパッド、ベアリングスリーブなどの製造に使用されます。

マグネシウム青銅

マグネシウム青銅はマグネシウム銅合金の一種である。マグネシウム青銅の国内等級はQMg0.8である。銅とマグネシウムの二元合金で、一般にケーブルなどの導電材料として使用され、多くの用途でカドミウム青銅の代替となる。

マグネシウム青銅は主にワイヤー状で供給され、主にケーブルや航空機アンテナなどの導電性部品の製造に使用される。

鉄青銅

鉄青銅は、鉄を主成分とする青銅の一種である。銅と鉄の合金は鉄青銅としても知られ、アメリカではC19400合金が代表的である。

熱処理により、合金中の鉄の析出が強度と耐熱性を向上させる。硬化状態での引張強さは415-485MPaに達し、導電率は60% IACSに達する。

鉄青銅は、集積回路のリードフレーム材料として広く使用されており、米国ではASTM B465-85規格に含まれています。この規格にはC19200、C19500、C19600合金も含まれ、鉄含有量はそれぞれ0.8%～12%、10%～20%、9%～12%、リン含有量はそれぞれ0.01%～0.04%、0.01%～0.35%、0.25%～0.35%です。

中国では、C19400合金に相当するのはQFe2.5-0.1鉄青銅である。