銅合金の一覧
銅合金は、銅を主成分とする金属合金です。耐腐食性に優れています。数多くの種類がありますが、最もよく知られている伝統的な種類は、錫を多く含む青銅と、亜鉛を主成分とする真鍮です。どちらも正確な用語ではありません。ラッテンとは別の用語で、主に銅の含有量が非常に高い硬貨に用いられます。今日では、特に博物館では、これらすべてを「銅合金」という用語で置き換える傾向があります。 [1]
銅の鉱床は世界のほとんどの地域で豊富に存在し（世界全体で70ppm）、そのため常に比較的安価な金属でした。対照的に、錫は比較的希少（2ppm）で、ヨーロッパや地中海地域では、先史時代でさえ、かなりの距離を移動して取引する必要があり、高価で、時には事実上入手不可能なこともありました。亜鉛は75ppmとさらに一般的ですが、鉱石からの抽出はより困難です。そのため、理想的な錫含有率を持つ青銅は高価であり、コスト削減のために錫の含有率を下げることが多かったのです。19世紀にボリビアの錫地帯が発見され、採掘されたことで錫は大幅に安価になりましたが、将来の供給見通しはそれほど明るいものではありません。
銅と銅合金の組成には 400 種類ほどあり、銅、高銅合金、真鍮、青銅、白銅、銅・ニッケル・亜鉛 (洋白)、鉛銅、特殊合金などのカテゴリに大まかに分類されます。
構成
様々な合金の外観の類似性に加え、各合金の製造に使用される元素の組み合わせの違いにより、異なる組成を分類する際に混乱が生じることがあります。以下の表は、現代産業でよく使用される4種類の合金について、主要な合金元素とそれぞれの名称を示しています。青銅器時代に特徴的な合金のような歴史的な合金は、混合比が一般的に多様であったため、分類がより曖昧です。
| 家族 | 主な合金元素 | UNS番号 |
|---|---|---|
| 銅合金、真鍮 | 亜鉛（Zn） | C1xxxx～C4xxxx、C66400～C69800 |
| リン青銅 | スズ（Sn） | C5xxxx |
| アルミニウム青銅 | アルミニウム（Al） | C60600～C64200 |
| シリコンブロンズ | シリコン（Si） | C64700～C66100 |
| 白銅、洋銀 | ニッケル（Ni） | C7xxxx |
| 名前 | 名目構成（パーセント） | フォームとコンディション | 降伏強度（0.2%オフセット、ksi） | 引張強度（ksi） | 2インチの伸び（パーセント） | 硬度（ブリネル硬度） | コメント |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 銅（ASTM B1、B2、B3、B152、B124、R133） | 銅99.9 | 焼きなまし | 10 | 32 | 45 | 42 | 電気設備、屋根、スクリーン |
| 冷間引抜 | 40 | 45 | 15 | 90 | |||
| 冷間圧延 | 40 | 46 | 5 | 100 | |||
| 金メッキ金属（ASTM B36） | 銅 95.0、亜鉛 5.0 | 冷間圧延 | 50 | 56 | 5 | 114 | コイン、防弾チョッキ |
| カートリッジ真鍮（ASTM B14、B19、B36、B134、B135） | 銅 70.0、亜鉛 30.0 | 冷間圧延 | 63 | 76 | 8 | 155 | 冷間加工に適しています。ラジエーター、ハードウェア、電気製品、引抜薬莢など。 |
| リン青銅（ASTM B103、B139、B159） | 銅 89.75、スズ 10.0、リン 0.25 | 春の気性 | — | 122 | 4 | 241 | 高い疲労強度とバネ性 |
| 黄銅または高級真鍮（ASTM B36、B134、B135） | 銅 65.0、亜鉛 35.0 | 焼きなまし | 18 | 48 | 60 | 55 | 優れた耐食性 |
| 冷間引抜 | 55 | 70 | 15 | 115 | |||
| 冷間圧延（HT） | 60 | 74 | 10 | 180 | |||
| マンガン青銅（ASTM 138） | Cu 58.5、Zn 39.2、Fe 1.0、Sn 1.0、Mn 0.3 | 焼きなまし | 30 | 60 | 30 | 95 | 鍛造品 |
| 冷間引抜 | 50 | 80 | 20 | 180 | |||
| 海軍用真鍮（ASTM B21） | 銅 60.0、亜鉛 39.25、スズ 0.75 | 焼きなまし | 22 | 56 | 40 | 90 | 塩分腐食に対する耐性 |
| 冷間引抜 | 40 | 65 | 35 | 150 | |||
| マンツ金属（ASTM B111） | 銅 60.0、亜鉛 40.0 | 焼きなまし | 20 | 54 | 45 | 80 | コンデンサーチューブ |
| アルミニウム青銅（ASTM B169合金A、B124、B150） | Cu 92.0、Al 8.0 | 焼きなまし | 25 | 70 | 60 | 80 | — |
| 難しい | 65 | 105 | 7 | 210 | |||
| ベリリウム銅（ASTM B194、B196、B197） | Cu 97.75、Be 2.0、Co または Ni 0.25 | 焼鈍、溶体化処理 | 32 | 70 | 45 | B60（ロックウェル） | 電気、バルブ、ポンプ、油田ツール、航空宇宙着陸装置、ロボット溶接、金型製造[3] |
| 冷間圧延 | 104 | 110 | 5 | B81（ロックウェル） | |||
| 快削真鍮 | 銅 62.0、亜鉛 35.5、鉛 2.5 | 冷間引抜 | 44 | 70 | 18 | B80（ロックウェル） | ネジ、ナット、ギア、キー |
| ニッケル銀（ASTM B122） | 銅 65.0、亜鉛 17.0、ニッケル 18.0 | 焼きなまし | 25 | 58 | 40 | 70 | ハードウェア |
| 冷間圧延 | 70 | 85 | 4 | 170 | |||
| ニッケル銀（ASTM B149） | Cu 76.5、Ni 12.5、Pb 9.0、Sn 2.0 | キャスト | 18 | 35 | 15 | 55 | 機械加工が容易; 装飾品、配管[4] |
| 白銅（ASTM B111、B171） | Cu 88.35、Ni 10.0、Fe 1.25、Mn 0.4 | 焼きなまし | 22 | 44 | 45 | – | 凝縮器、塩水パイプ |
| 冷間引抜管 | 57 | 60 | 15 | – | |||
| 白銅 | Cu 70.0、Ni 30.0 | 鍛造 | – | – | – | – | 熱交換装置、バルブ |
| オンスメタル[5]銅合金C83600（別名「赤黄銅」または「合成金属」）（ASTM B62） | Cu 85.0、Zn 5.0、Pb 5.0、Sn 5.0 | キャスト | 17 | 37 | 25 | 60 | — |
| ガンメタル（米国では「レッドブラス」と呼ばれる） | Cu 80～90%、Zn <5%、Sn ~10%、その他の元素 <1% |
| 家族 | CDA | 引張強度 [ksi] | 降伏強度 [ksi] | 伸び（標準）[%] | 硬度 [ブリネル10mm-500kg] | 切削性 [YB = 100] | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 分。 | 標準 | 分。 | 標準 | |||||||
| レッドブラス | 833 | 32 | 10 | 35 | 35 | 35 | ||||
| 836 | 30 | 37 | 14 | 17 | 30 | 50～65歳 | 84 | |||
| 838 | 29 | 35 | 12 | 16 | 25 | 50～60歳 | 90 | |||
| セミレッドブラス | 844 | 29 | 34 | 13 | 15 | 26 | 50～60歳 | 90 | ||
| 848 | 25 | 36 | 12 | 14 | 30 | 50～60歳 | 90 | |||
| マンガン青銅 | 862 | 90 | 95 | 45 | 48 | 20 | 170～195 † | 30 | ||
| 863 | 110 | 119 | 60 | 83 | 18 | 225 † | 8 | |||
| 865 | 65 | 71 | 25 | 28 | 30 | 130 † | 26 | |||
| 錫青銅 | 903 | 40 | 45 | 18 | 21 | 30 | 60～75歳 | 30 | ||
| 905 | 40 | 45 | 18 | 22 | 25 | 75 | 30 | |||
| 907 | 35 | 44 | 18 | 22 | 20 | 80 | 20 | |||
| 鉛入り錫青銅 | 922 | 34 | 40 | 16 | 20 | 30 | 60～72歳 | 42 | ||
| 923 | 36 | 40 | 16 | 20 | 25 | 60～75歳 | 42 | |||
| 926 | 40 | 44 | 18 | 20 | 30 | 65～80歳 | 40 | |||
| 927 | 35 | 42 | 21 | 20 | 77 | 45 | ||||
| 高鉛錫青銅 | 932 | 30 | 35 | 14 | 18 | 20 | 60～70歳 | 70 | ||
| 934 | 25 | 32 | 16 | 20 | 55～65歳 | 70 | ||||
| 935 | 25 | 32 | 12 | 16 | 30 | 55～65歳 | 70 | |||
| 936 | 33 | 30 | 16 | 21 | 15 | 79-83 | 80 | |||
| 937 | 25 | 35 | 12 | 18 | 20 | 55～70歳 | 80 | |||
| 938 | 25 | 30 | 14 | 16 | 18 | 50～60歳 | 80 | |||
| 943 | 21 | 27 | 13 | 10 | 42～55 | 80 | ||||
| アルミニウム青銅 | 952 | 65 | 80 | 25 | 27 | 35 | 110～140 † | 50 | ||
| 953 | 65 | 75 | 25 | 27 | 25 | 140 † | 55 | |||
| 954 | 75 | 85 | 30 | 35 | 18 | 140～170 † | 60 | |||
| 955 | 90 | 100 | 40 | 44 | 12 | 180～200 † | 50 | |||
| 958 | 85 | 95 | 35 | 38 | 25 | 150-170 † | 50 | |||
| シリコン青銅 | 878 | 80 | 83 | 30 | 37 | 29 | 115 | 40 | ||
| † 3000 kg荷重のブリネル秤 | ||||||||||
| 家族 | CDA | ASTM | SAE | SAEは廃止された | 連邦政府 | 軍隊 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| レッドブラス | 833 | |||||
| 836 | B145-836 | 836 | 40 | QQ-C-390（B5） | C-2229 Gr2 | |
| 838 | B145-838 | 838 | QQ-C-390（B4） | |||
| セミレッドブラス | 844 | B145-844 | QQ-C-390（B2） | |||
| 848 | B145-848 | QQ-C-390（B1） | ||||
| マンガン青銅 | 862 | B147-862 | 862 | 430A | QQ-C-390（C4） | C-2229 Gr9 |
| 863 | B147-863 | 863 | 430B | QQ-C-390（C7） | C-2229 Gr8 | |
| 865 | B147-865 | 865 | 43 | QQ-C-390（C3） | C-2229 Gr7 | |
| 錫青銅 | 903 | B143-903 | 903 | 620 | QQ-C-390（D5） | C-2229 Gr1 |
| 905 | B143-905 | 905 | 62 | QQ-C-390（D6） | ||
| 907 | 907 | 65 | ||||
| 鉛入り錫青銅 | 922 | B143-922 | 922 | 622 | QQ-C-390（D4） | B-16541 |
| 923 | B143-923 | 923 | 621 | QQ-C-390（D3） | C-15345 Gr10 | |
| 926 | 926 | |||||
| 927 | 927 | 63 | ||||
| 高鉛錫青銅 | 932 | B144-932 | 932 | 660 | QQ-C-390（E7） | C-15345 Gr12 |
| 934 | QQ-C-390（E8） | C-22229 Gr3 | ||||
| 935 | B144-935 | 935 | 66 | QQ-C-390（E9） | ||
| 937 | B144-937 | 937 | 64 | QQ-C-390（E10） | ||
| 938 | B144-938 | 938 | 67 | QQ-C-390（E6） | ||
| 943 | B144-943 | 943 | QQ-C-390 (E1) | |||
| アルミニウム青銅 | 952 | B148-952 | 952 | 68A | QQ-C-390 (G6) | C-22229 Gr5 |
| 953 | B148-953 | 953 | 68B | QQ-C-390 (G7) | ||
| 954 | B148-954 | 954 | QQ-C-390 (G5) | C-15345 Gr13 | ||
| 955 | B148-955 | 955 | QQ-C-390 (G3) | C-22229 Gr8 | ||
| 958 | QQ-C-390 (G8) | |||||
| シリコン青銅 | 878 | B30 | 878 |
次の表は、さまざまなグレードの銅合金の化学組成の概要を示しています。
| 家族 | CDA | アムス | 国連 | 銅 [%] | スズ [%] | 鉛[%] | 亜鉛 [%] | ニッケル [%] | 鉄 [%] | アル [%] | 他の [％] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| レッドブラス | 833 | C83300 | 93 | 1.5 | 1.5 | 4 | |||||
| C83400 [8] | 90 | 10 | |||||||||
| 836 | 4855B | C83600 | 85 | 5 | 5 | 5 | |||||
| 838 | C83800 | 83 | 4 | 6 | 7 | ||||||
| セミレッドブラス | 844 | C84400 | 81 | 3 | 7 | 9 | |||||
| 845 | C84500 | 78 | 3 | 7 | 12 | ||||||
| 848 | C84800 | 76 | 3 | 6 | 15 | ||||||
| マンガン青銅 | C86100 [9] | 67 | 0.5 | 21 | 3 | 5 | マンガン4 | ||||
| 862 † | C86200 | 64 | 26 | 3 | 4 | マンガン3 | |||||
| 863 † | 4862B | C86300 | 63 | 25 | 3 | 6 | マンガン3 | ||||
| 865 | 4860A | C86500 | 58 | 0.5 | 39.5 | 1 | 1 | マンガン 0.25 | |||
| 錫青銅 | 903 | C90300 | 88 | 8 | 4 | ||||||
| 905 | 4845D | C90500 | 88 | 10 | 最大0.3 | 2 | |||||
| 907 | C90700 | 89 | 11 | 最大0.5 | 最大0.5 | ||||||
| 鉛入り錫青銅 | 922 | C92200 | 88 | 6 | 1.5 | 4.5 | |||||
| 923 | C92300 | 87 | 8 | 最大1個 | 4 | ||||||
| 926 | 4846A | C92600 | 87 | 10 | 1 | 2 | |||||
| 927 | C92700 | 88 | 10 | 2 | 最大0.7 | ||||||
| 高鉛錫青銅 | 932 | C93200 | 83 | 7 | 7 | 3 | |||||
| 934 | C93400 | 84 | 8 | 8 | 最大0.7 | ||||||
| 935 | C93500 | 85 | 5 | 9 | 1 | 最大0.5 | |||||
| 937 | 4842A | C93700 | 80 | 10 | 10 | 最大0.7 | |||||
| 938 | C93800 | 78 | 7 | 15 | 最大0.75 | ||||||
| 943 | 4840A | C94300 | 70 | 5 | 25 | 最大0.7 | |||||
| アルミニウム青銅 | 952 | C95200 | 88 | 3 | 9 | ||||||
| 953 | C95200 | 89 | 1 | 10 | |||||||
| 954 | 4870B 4872B | C95400 | 85 | 4 | 11 | ||||||
| C95410 [10] | 85 | 4 | 11 | ニ 2 | |||||||
| 955 | C95500 | 81 | 4 | 4 | 11 | ||||||
| C95600 [11] | 91 | 7 | シ2 | ||||||||
| C95700 [12] | 75 | 2 | 3 | 8 | マンガン12 | ||||||
| 958 | C95800 | 81 | 5 | 4 | 9 | マンガン1 | |||||
| シリコン青銅 | C87200 [13] | 89 | Si 4 | ||||||||
| C87400 [14] | 83 | 14 | シ3 | ||||||||
| C87500 [15] | 82 | 14 | Si 4 | ||||||||
| C87600 [16] | 90 | 5.5 | Si 4.5 | ||||||||
| 878 | C87800 [17] | 80 | 14 | Si 4 | |||||||
| C87900 [18] | 65 | 34 | Si 1 | ||||||||
| †化学組成は機械的特性に応じて変化する場合があります | |||||||||||
ブラス
真鍮は銅と亜鉛の合金です。真鍮は通常黄色です。亜鉛含有量は数%から約40%まで変化しますが、15%未満であれば銅の耐食性を著しく低下させることはありません。
真鍮は、特定の条件下では選択浸出腐食の影響を受けやすく、合金から亜鉛が浸出 (脱亜鉛) してスポンジ状の銅構造が残ります。
ブロンズ
青銅は銅と他の金属（ほとんどの場合は錫ですが、アルミニウムやシリコンも使われます）の合金です。
- アルミニウム青銅は銅とアルミニウムの合金です。アルミニウムの含有量は主に5%から11%です。鉄、ニッケル、マンガン、シリコンが添加されることもあります。他の青銅よりも強度と耐食性が高く、特に海洋環境において優れた特性を示します。また、硫黄化合物との反応性も低いです。アルミニウムは金属表面に薄い不動態層を形成します。
- ベルメタル
- ブラスティル[19] [20]
- リン青銅
- ニッケル青銅、例えば洋白や白銅
- スペキュラムメタル
- UNS C69100
貴金属合金
銅は、金(Au) や銀(Ag)などの貴金属と合金化されることがよくあります。
| 名前 | 銅 [%] | 金 [%] | 銀 [%] | 他の [％] |
|---|---|---|---|---|
| オーリキュプリド | † | † | ||
| アシュタダトゥ | † | † | † | Fe†、Hg†、Sn†、Zn† |
| ビロン | † | † | 水銀† | |
| 中国銀 | 58 | 2 | 17.5 亜鉛、11.5 ニッケル、 | |
| コリント式の青銅 | † | † | † | |
| クシル | 28 | 72 | ||
| ダイマロイ | 20 | 80 | C（タイプIダイヤモンド） | |
| エレクトラム、グリーンゴールド | 6-23 | 75～80 | 0-15 | 0-4 CD |
| グレーゴールド | † | † | マンガン† | |
| グアニン | 25 | 56 | 18 | |
| ヘパチゾン | † | トレース | トレース | |
| ニエロ | † | † | 硫化鉛† | |
| パンチャロハ | † | † | † | Fe†、Sn†、Pb†、Zn†、 |
| ローズ、レッド、ピンクゴールド | 20～50歳 | 50～75歳 | 0-5 | |
| スパングールド | 18-19 | 76 | 5-6 アル | |
| 赤銅 | 90～96 | 4-10 | ||
| 四分一 | 40～77 | 0-1 | 23-60 | |
| チベット銀 | † | † | Ni†、Sn† | |
| トゥンバガ | 3-97 | 3-97 | ||
| ホワイトゴールド | † | † | ニッケル†、亜鉛† |
†金額は不明
高温銅合金
高温でも弾力性があり機械的特性を維持する銅合金は、熱交換器、鋳物、ロケットエンジンなど多くの用途に使用されています。銅合金は一般に他の構造用合金に比べて熱伝導率が非常に高く、熱を放散しやすいため、熱流束が大きい場合に有利です。[21] [22] [23]しかし銅の融点は 1085 ℃ で、ほとんどの構造用合金よりも低いです。そのため、高温での銅の優れた熱特性を利用するには、クリープを考慮する必要があります。クリープ変形は、比較的高い応力と温度で材料に発生します。融点の約 0.35 を超える材料ではクリープが変形メカニズムとして支配的になる可能性があるため[24]、高温用途ではクリープに対抗する設計が重要です。高温銅合金の動作温度は最高 700 ℃です。[22] [22] [23]主要な高温銅合金のほとんどは、酸化物分散強化（ODS）または析出硬化（PH）に依存しています。[21]ただし、合金 GRCop-84 のように、ミクロ組織中に形成される金属間化合物を利用する合金など、異なる方法を使用する合金もあります。これらの析出物は粒子を固定し、粒界滑りを抑制します。 [22] ODS 強化の利点は、PH 合金では温度時効中に酸化物が粗大化し、強化が失われることです。[21]いずれの場合も、強化メカニズムの目的は、クリープ変形と、転位すべり、転位すべり、空孔拡散などのそれに寄与するさまざまなメカニズムを遅くすることです。これらの強化メカニズムがどのように機能するかの例としては、格子および粒界拡散に必要な活性化エネルギーを増加させること、マトリックス内の粒子を登ったり剪断したりするために必要な閾値応力を導入すること、または粒界滑りを阻害する粒子を固定することなどがあります。[25] [21] [23] [22]高温で考慮すべき他の要因としては、材料の劣化に寄与する可能性のある酸化と熱機械的疲労がある。[21] [22]
参照
参考文献
- ^ 大英博物館、「銅合金」の「スコープノート」
- ^ ウィリアム・C・ライオンズ、ゲイリー・J・プリスガ（編）『石油・天然ガス工学標準ハンドブック』エルゼビア、2006年
- ^ ナショナルブロンズ＆メタルズ | ベリリウム銅
- ^ Lewis Brass & Company | 銅合金データ 2021年5月12日アーカイブ at the Wayback Machine
- ^ 鋳造銅合金 C83600（オンスメタル） substech.com
- ^ abc Industrial Investment Castings - Franklin Bronze 、 2009年9月7日閲覧。。
- ^ Brass and Bronze Alloys、2009年8月25日時点のオリジナルよりアーカイブ、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C83400 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C86100 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C95410 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C95600 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C95700 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87200 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87400 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87500 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87600 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87800 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ UNS C87900 、 2009年9月8日閲覧。。
- ^ 「Doehler-Jarvis Company Collection、MSS-202」。
- ^ ウォルドマンのエンジニアリング合金、第9版1936年、アメリカ金属協会、 ISBN 978-0-87170-691-1
- ^ abcde Li, G., Thomas, BG, & Stubbins, JF (2000).銅合金のクリープと疲労のモデル化.技術報告書, 連続鋳造コンソーシアム, イリノイ大学アーバナ・シャンペーン校. オンラインで入手可能.
- ^ abcdef Ellis, David L. (2005). GRCop-84: 高熱流束用途向け高温銅合金. NASAグレン研究センター, オハイオ州クリーブランド. NASA/TM-2005-213582. 入手先: https://ntrs.nasa.gov/api/citations/20050123582/downloads/20050123582.pdf
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参考文献
- オーバーグ、エリック、ジョーンズ、フランクリン・D、ホートン、ホルブルック・L (1992). 『機械ハンドブック』（第24版）, ニューヨーク: インダストリアル・プレス社, p. 501. ISBN 0-8311-2492-X。
外部リンク
- 腐食試験と規格：適用と解釈
- 銅開発協会
- [1]
- NIMS で入手可能なオープン熱力学データベース (https://cpddb.nims.go.jp/cpddb/periodic.htm) と、https://computherm.com/ で無料で入手可能な商用ソフトウェア Computherm Pandat を使用した銅の二元状態図生成コード (バッチ ファイル - http://www.gotrawama.eu/copperNIMS/ramefabio.txt)。使用方法については https://computherm.com/docs/pandat_manual.pdf を参照してください。34 の二元状態図の画像は http://www.gotrawama.eu/copperNIMS/PNG/ で入手できます。
