銅、真鍮、青銅は一般に非鉄金属に分類され、レッドメタルと呼ばれる同じグループに属します。これらはすべて、耐食性、高い電気/熱伝導性、溶接性などの特徴を備えており、建築、電子、アートワーク、機械などの業界で広く使用されています。
これらの金属は同様の特性を共有していますが、それぞれが特定の用途にとって重要な独自の特性を持っています。プロジェクトに最適なものを選択するには、それらの違いを理解することが重要です。
この記事では、それぞれの異なる特性を示し、銅、真鍮、青銅の違いを明確にします。プロジェクトに適した素材を選択するためのより良い解決策を見つけるためのガイドをさせていただきます。
周期表では Cu と表示されている銅は、独特の赤みがかったオレンジ色を持つ天然に存在する金属元素です。銅は自然界で直接処理できる数少ない金属の 1 つであり、銅の方が純度が高いため、価値が高く、品質を損なうことなくリサイクルすることができます。
銅は、その純度、その他の添加元素の種類や含有量によってさまざまなグレードに分類されます。以下に銅の一般的なグレードをいくつか示します。
電解タフピッチ (ETP) 銅（C11000）: 99.90% 以上の銅を含み、最も一般的な銅のグレードです。最高レベルの熱伝導性と電気伝導性を示すだけでなく、優れた成形性と延性も示します。
無酸素高導電性 (OFHC) 銅 (C10100): 酸素レベルが極めて低い高導電性銅。この特性により導電性が向上し、酸化のリスクが軽減されます。
脱酸素高リン (DHP) 銅 (C12200): 機械的には C11000 と似ていますが、少量のリンが含まれています。この添加により金属から酸素が除去され、溶接性とろう付け性が向上すると同時に、水素脆化も防止されます。
テルル銅 (C14500):少量のテルル (通常 0.4% ～ 0.7%) が含まれています。テルルを添加すると、導電性に大きな影響を与えることなく、機械加工性が向上します。
真鍮は、主に銅と亜鉛と微量の他の金属で構成される合金です。亜鉛とこれらの追加元素の割合は、真鍮の色（濃い赤みがかった銅から明るい黄色の金まで）と機械的特性の両方に大きく影響します。たとえば、亜鉛含有量が増加すると、一般に強度が向上しますが、延性が低下し、合金がより硬くなり、より脆くなる可能性があります。さらに、黄銅には亜鉛が含まれているため、通常、純銅よりも安価になります。
真鍮にはさまざまなグレードがあり、主に銅と亜鉛の割合および他の合金元素の添加に基づいて分類されます。一般的なものは次のとおりです。
カートリッジ真鍮 (C26000): 通常、70% の銅と 30% の亜鉛で構成されているこの合金は、冷間加工に優れ、優れた強度と延性を備えています。弾薬薬莢、ラジエーターコア、熱交換器、コネクタや端子などの電気部品に最適です。
イエローブラス (C27200): C26000 よりも亜鉛の含有量が多く、明るい黄色で成形性が良好です。産業用途や建築用途でよく使用されます。
低鉛真鍮 (C33000): 鉛の含有率が低く、機械加工性に優れたこの合金は、より厳しい環境基準に準拠しているため、飲料水システムなどの継手に最適です。
時計用真鍮 (C35300):その優れた機械加工性により、特に時計や腕時計の製造において精密な機械加工が可能になります。
快削真鍮 (C36000):優れた展性と機械加工性で知られ、はんだ付け、ろう付け、継手、ファスナー、バルブの製造に広く使用されています。最も一般的な真鍮の種類です。
建築用ブロンズ (C38500):優れた加工性と魅力的な外観で選ばれ、建築金物や装飾要素に最適です。
海軍真鍮 (C46400): 少量の錫により、海水腐食に対する優れた耐性を備え、海洋用途や過酷な環境にさらされるコンポーネントに最適です。
青銅は主に銅と錫で構成される金茶色の合金で、アルミニウム、マンガン、シリコン、リンなどの元素が少量含まれています。紀元前 3,500 年の古代文明にまで遡り、何千年も使用されてきました。
金属加工技術が進歩し、材料特性の改善に対する要求が高まるにつれ、研究者は青銅の性能を高めるために他の元素を添加することを検討してきました。以下に一般的なブロンズの種類を示します。
高鉛錫青銅（C93200）: ベアリング（「ベアリング青銅」と呼ばれることが多い）、ブッシュ、ポンプおよびバルブのコンポーネント、および適度な強度と耐摩耗性が優れた機械用途に一般的に使用されます。涙が必要だ。
アルミニウム ブロンズ（C95400）: 青銅の中で最も硬くて強いタイプとして知られ、海水中での耐腐食性が高く、ポンプ、バルブ、船舶の部品に適しています。航空機の着陸装置などの頑丈な用途にも使用されます。
リン青銅 (C51000): リン青銅は、優れた耐疲労性、優れた耐食性、高強度で知られており、バネ、ファスナー、電気コネクタ、ベアリングなどのコンポーネントによく使用されます。繰り返しのストレスや過酷な環境にさらされています。
シリコン ブロンズ(C65500):高強度、特に海洋条件下での優れた耐食性、および良好な機械加工性を備えています。寿命と美的魅力が重要な船舶用ハードウェア、建築用途、ポンプやバルブのコンポーネントに広く使用されています。
それぞれの異なる特性を区別するには、まず以下の表を調べて予備的な比較を行います。
| 財産 | ブロンズ | 真鍮 | 銅 |
| 元素構成 | 銅、錫、その他 | 銅、亜鉛、その他 | 純銅 |
| 色・外観 | 赤茶色 | ゴールドっぽい | オレンジレッド |
| 耐食性 | 素晴らしい | 中級 | とても良い |
| 電気伝導率 | 適度 | 高い | 非常に高い |
| 熱伝導率 | 229~1440 BTU/時-ft²-°f | 64 BTU/時-平方フィート-°f。 | 223 BTU/時-平方フィート-°f |
| 融点 | 約950～1050℃ | 約900～940℃ | 1085℃ |
| 密度 | 7.5～8.8g/c㎥ | 8.4～8.7g/c㎥ | 8.96g/c㎥ |
| 硬度 | 40~420BHN | 55~73BHN | 35BHN |
| 降伏強さ | 125～800MPa | 95～124MPa | 33.3MPa |
| 抗張力 | 350～635MPa | 338～469MPa | 210MPa |
| 被削性 | まあまあから良い | 良いから素晴らしい | 公平 |
| 溶接性 | 貧しい | 良い | 素晴らしい |
次に、元素の組成、外観、耐食性、導電性、密度と重量、硬度、強度、機械加工性、溶接性を具体的に比較してみましょう。
銅は純粋な元素金属であり、周期表上の化学記号は Cu、原子番号は 29 です。
銅と亜鉛の合金である真鍮には、銅 (60% ～ 90%) と亜鉛 (10% ～ 40%) が含まれており、場合によっては錫、鉛、アルミニウム、またはニッケルと合金化されます。
青銅は主に銅 (80% ～ 90%) と錫 (10% ～ 20%) で構成され、場合によってアルミニウムや亜鉛などの他の元素が添加されます。
真鍮はその名の通り、金のような見た目をしています。これにより、他の 2 つと区別しやすくなります。青銅と銅は同じような赤茶色をしています。青銅の鈍い金色と比較して、銅は独特の赤みがかったオレンジ色をしています。さらに、ブロンズは表面にかすかなリングを示すことが多く、これが重要な差別化特徴となります。
青銅は通常、錫が含まれているため、特に塩水環境において、銅や真鍮よりも優れた耐食性を示します。さらに、アルミニウムやリンなどの添加元素を組み込むことにより、その耐性を高めることができます。
銅は海洋環境では若干耐性が劣りますが、時間の経過とともに緑青の保護層を形成し、さらなる劣化を防ぐのに役立ちます。
真鍮はある程度の耐性はありますが、一般に耐性が低く、特定の化学物質や塩水条件にさらされると腐食が加速する可能性があります。
銅、真鍮、青銅はすべて、その組成が異なるため、さまざまなレベルの電気伝導率と熱伝導率を示します。
電気的には、銅はその優れた導電性で最も有名な金属の 1 つであり、100% の導電率を誇ります。真鍮は銅の約 28% の導電率を示しますが、青銅は約 15% 遅れています。
熱的には、青銅が 3 つの中で最も高い熱伝導率を誇り、銅が 2 位を確保し、真鍮が最も熱伝導率が低くなります。
純粋な元素である銅は、密度が 8.96g/cm3 と比較的高く、3 つの金属の中で最も重い重量を示します。真鍮は銅と亜鉛の合金で、亜鉛の割合が増加すると密度が減少します。これは、亜鉛の密度が銅（7.14 g/cm3）と比較して低いためです。ブロンズは主に銅と錫の合金で、その密度は使用される錫やその他の追加元素（アルミニウム、シリコン、リンなど）の量に応じて異なります。錫の密度は約 7.31 g/cm3 で、銅の密度よりも低くなります。
ブリグネル硬度スケールの値によると、青銅 > 真鍮 > 銅。
純銅は 3 つの金属の中で最も柔らかいのに対し、青銅は最も硬いものの、より脆いため亀裂が生じやすくなります。
強度とは、外力を受けたときに材料が変形や損傷に耐える能力を指します。硬度と強度（降伏点と引張力の両方）の間には強い相関関係があります。通常、より硬い材料は強度が高くなりますが、延性が劣る場合があります。そのため、強度的には青銅＞真鍮＞銅となります。
銅は柔らかいため、機械加工が少し難しいです。一般に、効果的な加工には適切なツールと技術が必要です。加工中に長く糸状の切りくずが生成される傾向があり、適切に管理しないと問題が発生することがあります。
青銅は良好な機械加工性を示します。適度な硬さと強度で変形の心配が少なく、切削などの加工にも耐えられます。さらに、ほとんどの青銅合金は摩耗率が比較的低く、工作機械の耐久性に貢献します。ただし、ハイシリコンブロンズやその他の特殊なブロンズ合金などの一部のブロンズ合金には、機械加工中に工具の摩耗を促進する可能性のある砥粒が含まれている場合があります。
真鍮は銅や青銅に比べて加工性に優れています。切りくずが短くなり扱いやすくなり、加工が容易になります。さらに、黄銅には鉛が含まれる場合があり、これにより被削性が向上します。
3 つの金属はすべて溶接可能です。銅は一般に溶接に適していると考えられていますが、熱伝導率が高いため、最適な溶接を行うにはより多くのエネルギー入力が必要になります。しかし、無酸素銅や脱酸銅は溶接時の酸化が少ないため溶接性に優れており、さまざまな用途で愛用されています。
真鍮には銅よりも沸点の低い亜鉛が含まれています。溶接中に亜鉛が蒸発すると、溶接部に気孔が発生し、有害な酸化亜鉛ヒュームが発生する可能性があります。これらの課題を軽減するために、MIG、TIG、特にろう付けなどの技術が一般的に使用されています。
青銅は、熱影響部や気孔が脆くなる場合があります。これらの問題を軽減するために、青銅には TIG 溶接がよく使用されます。
プロジェクトに適切な材料を選択するときは、各金属のすべての特性と、それらがプロジェクトにどのような影響を与えるかを考慮することが重要です。より良い材料を選択するのに役立つ、留意すべき重要なポイントがいくつかあります。
青銅は海水腐食に対する優れた耐性があるため、海洋用途に最適です。
真鍮はその金のような外観から、ドアノブや楽器など日常生活の中で広く使われています。
銅は優れた導電性を備えているため、電気配線や熱交換器に不可欠です。さらに、銅は抗菌特性があるため、食品フラスコや食品ヒーターの製造によく使用されます。
銅、真鍮、青銅はいずれも耐久性のある金属ですが、汎用性の程度は異なります。
銅はその卓越した延性で際立っており、金属の成形や曲げを含む製造プロセスに優れた柔軟性をもたらします。
真鍮は優れた機械加工性と適度な展性を示し、複雑な機械加工を必要とする装飾部品と機能部品の両方に適しています。
青銅は、優れた機械加工性を備えていますが、銅や真鍮の延性に欠けているため、変形が必要な用途にはあまり適応できませんが、腐食環境にさらされる耐摩耗性の部品やコンポーネントには最適です。
銅、真鍮、青銅の価格は主に成分と加工要件によって決まります。銅は、その組成と元素の割合に関して、3 つの金属の中で最も高価です。これら 3 つはいずれも銅を含んでいますが、真鍮と青銅は合金元素が混合されているため、純銅よりもその割合がはるかに低くなります。これにより、真鍮と青銅のコストが削減されます。
銅、真鍮、青銅の価格は主に成分と加工要件によって決まります。銅は、その組成と元素の割合に関して、3 つの金属の中で最も高価です。これら 3 つはいずれも銅を含んでいますが、真鍮と青銅は合金元素が混合されているため、純銅よりもその割合がはるかに低くなります。これにより、真鍮と青銅のコストが削減されます。
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機械加工という製造工程により、材料を目的の製品に成形することができます。ただし、材料の加工は必ずしも簡単な作業ではありません。材料の特性と特定の加工条件が、プロセス全体のスムーズさと効率を決定する上で重要な役割を果たすからです。このような考慮事項はすべて「被削性」というキーワードに関連しています。
製造プロセスにより、製品の表面に不規則なテクスチャが残ることがよくあります。高品質の仕上げに対する需要が高まるにつれ、表面仕上げの重要性がますます重要になっています。表面仕上げは、美しさや滑らかな外観を実現することだけを目的とするものではありません。製品の機能、耐久性、全体的なパフォーマンスに大きな影響を与えます。
小型エレクトロニクスから頑丈な産業システムに至るまで、ほぼすべてのハードウェアが効果的に機能するために機械的ファスナーに依存しています。この記事では、ファスナーとその幅広い用途について詳しく説明します。詳しく見てみる準備はできましたか?以下のことを明らかにしていきましょう。 ファスナーとは何ですか? さまざまなタイプの留め具とその用途 ファスナーの製造に使用される材料 プロジェクトに適したファスナーを選択する方法 ファスナーとは何ですか? ファスナーは、2 つ以上のオブジェクトを機械的に結合または固定するために使用されるハードウェア デバイスです。これには、ねじ、ナット、ボルト、ワッシャー、リベット、アンカー、釘など、さまざまな種類の工具が含まれます。 ほとんどの留め具は、ネジやボルトなどのコンポーネントを損傷することなく、簡単に分解して再組み立てできます。それらは非永久的な関節を形成しますが、これは関節が弱いことを意味するものではありません。実際、正しく取り付けられていれば、かなりのストレスに耐えることができます。 さらに、溶接ジョイントやリベットなどの留め具があり、簡単に分解できない永久的な結合を形成します。用途に応じて、ファスナーにはさまざまな形状、サイズ、素材があり、それぞれに独自の機能と実用性があります。これらについては、次の文章でさらに詳しく見ていきます。 さまざまな種類のファスナーとその用途 上で述べたように、ファスナーにはさまざまな形式があります。各タイプは、そのデザインと機能に基づいて独自の用途を実現します。以下は、ファスナーの主なタイプ、そのサブタイプ、および特定の用途の詳細な内訳です。 タイプ 1: ネジ ネジは非常に汎用性の高いファスナーで、強力なグリップ力と引き抜き力に対する耐性を提供するヘッドとネジ付きシャンクを備えています。平型、丸型、六角型など、さまざまなヘッド形状が用意されており、さまざまなツールや美的ニーズに対応できます。 ボルトとは異なり、セルフタッピンねじなどの多くのねじは、事前に穴を開ける必要がなく、材料に独自のねじ山を作成できます。ドライバーや電動ドリルなどの簡単な工具を使用して簡単に取り付けることができ、締め付けにナットは必要ありません。ネジは木材、プラスチック、薄い金属など幅広い材質に対応します。最も一般的なものには次のようなものがあります。 木ネジ 名前が示すように、木ねじは通常、部分的にねじ山が切ってあり、木材を接合するために特別に設計されています。鋭利な先端と粗いねじ山を備えているため、木材に容易に浸透し、確実なグリップを提供します。 小ねじ これらのネジは木ネジに比べてネジ山が細いため、金属や硬質複合材料などの硬い材料に適しています。先端が先細りになることなく、一定のシャンク径を備えています。通常、小ねじは、事前に開けられたねじ穴に挿入されるか、ナットと組み合わせて確実に組み立てられます。 板金ねじ 板金ネジは セルフタッピングネジ 薄い金属シート (板金など) およびその他の薄い材料用に特別に設計されています。全ねじ付きシャンクと鋭利なねじ付き先端を備えているため、薄い金属にねじを簡単に切断できます。 セルフドリルねじ セルフドリルねじは、板金ねじの全ねじ設計を共有していますが、ドリルビットの形をした先端が付いています。この独特の機能により、事前に穴を開ける必要がなく、スチールやアルミニウムなどの硬い基材に直接穴を開けることができます。これらは、より厚い金属材料を固定するのに特に効果的であり、より高い効率と取り付けの容易さを提供します。 デッキネジ 主に屋内または保護された木材の接続に使用される木ネジとは異なり、デッキネジは屋外用途向けに特別に設計された木ネジです。これらは通常、ステンレス鋼、亜鉛メッキ鋼、または特別な防食コーティングが施された材料で作られています。デッキスクリューは通常、全ねじシャンクを備えていますが、温度や湿度の変動による膨張、収縮、応力に対応するために、二条ねじや特殊なねじ山を組み込んだ設計もあります。 六角ラグねじ 六角ラグネジは、ドライバーではなくレンチまたはソケットで締められるように設計された大きな木ネジです。太くて粗いねじ山と六角形の頭部を備えたこのねじは、優れたトルクを提供し、金属や木材に対して最も強力な締結具の 1 つです。これらのネジは、そのサイズと強度のため、事前に下穴をあけておく必要があります。重い荷重に耐えられるため、フレーム、デッキ、重い家具などの構造用途に最適です。 タイプ 2: ボルト ボルトはねじと同様の構造をしており、先端から雄ねじが切られているのが特徴です。ねじとは異なり、ボルトは自動ねじ切りではなく、材料にねじ山を切り込みません。代わりに、事前にタップされた穴またはナットと連携して、強力な機械的接合を作成します。最も一般的なボルトのタイプは次のとおりです。 六角ボルト 六角ボルトは頭が六角形です。この設計により、標準のレンチや電動工具を使用して簡単に締めたり緩めたりできるため、効率的な組み立てと分解が保証されます。ボルトの長さに沿って完全にまたは部分的に延びる機械ねじが付いています。全ねじボルトは強いクランプ力を必要とする用途に優れており、半ねじボルトは滑らかなシャンク部分を備えているため、横方向の荷重に耐える用途に優れたせん断強度を発揮します。 キャリッジボルト キャリッジ ボルトには、丸い凸状の金属ヘッドがあり、その後に四角い首とネジ付きシャフトが付いています。スクエアネックは材料内の所定の位置にロックするように設計されており、取り付け中にボルトが回転するのを防ぎ、安定性を確保します。これらのボルトは、主に木材フレームや家具の組み立てなどの木材用途に使用されます。 アイボルト アイボルトは、一端に円形のループ (または「アイ」) があり、もう一端にねじ付きシャンクが付いています。ねじ端は表面にねじ込まれ、ループにより物体の接続や吊り下げが簡単に行えます。これらのボルトは、重い荷物を持ち上げたり、ロープやケーブルを構造物に固定したりするなど、張力が必要な用途によく使用されます。 ソケットヘッドボルト（六角ボルト） これらのタイプの締結具は通常、打ち込みツール用の六角形の凹部を備えた円筒形の頭部を備えています。締め付けには六角レンチや六角穴付き工具を使用します。外部ドライブヘッドを備えた六角ボルトなどの従来のボルトと比較して、ソケットヘッドボルトは頭部が小さく、よりコンパクトです。この設計により、狭いスペースや限られたスペースでの高トルクの適用が可能になります。 Uボルト U ボルトは、シャンクの両端にネジが付いている「U」のような形をしています。パイプやその他の円筒形の物体に巻き付けて、パイプに永久的な損傷を与えたり、流体の流れに影響を与えたりすることなく、平らな面や構造物に固定できます。 両頭ボルト […]
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