錫青銅に対する合金元素の影響
錫青銅は、銅を基本元素とし、錫を主元素とする銅合金です。錫青銅合金には多くのグレードがあり、さまざまな作業条件下での使用に適しています。グレード間の違いは、元素の添加量の違いにあります。元素の添加量が異なると、錫青銅合金はさまざまな特性を実現し、さまざまな使用要件に適用できます。以下では、さまざまな元素の添加が錫青銅の性能に与える影響について詳しく紹介します。
リンP
1. 錫青銅のリン含有量は通常 0.45% を超えません。リン含有量が 0.5% を超えると、637 付近で共晶-包晶反応 L+ +Cu3P が発生し、高温脆化を引き起こします。合金のリン含有量が 0.3% を超えると、銅とリン化銅 (Cu3P) からなる共晶が組織内に現れます。
2. リンは銅合金の効果的な脱酸剤であり、錫青銅の流動性を向上させます。欠点は、インゴットの逆偏析が増加することです。
3. 冷間加工前の材料の粒径と加工後の低温焼鈍（180〜300）は、錫リン青銅の機械的性質に大きな影響を与えます。粒径が小さい場合、材料の強度、硬度、弾性率、疲労強度は粗粒材料よりも高くなりますが、可塑性はわずかに低くなります。 4. 冷間加工された錫リン青銅を200〜260で1〜2時間焼鈍すると、強度、可塑性、弾性限界、弾性率がすべて向上し、弾性安定性も向上します。
亜鉛 Zn
1. 亜鉛は錫青銅の合金元素の一つであり、亜鉛は錫青銅の固溶体中で大きな溶解度を持っています。そのため、Cu-Sn-Zn処理青銅は単相固溶体です。Znは合金の流動性を向上させ、結晶化温度範囲を狭め、逆偏析を減らしますが、その構造と特性に大きな影響を与えません。
2. 加工された錫青銅中のZn含有量は通常5%以下です。
鉛 Pb
1. 錫青銅中のPb含有量は5％を超えず、相中に溶解せず、自由な状態で存在し、黒色粒子として樹枝状結晶間に分布していますが、分布は不均一です。
2. Pb は錫青銅の摩擦係数を下げ、耐摩耗性を向上させ、加工性を高めますが、合金の機械的特性をわずかに低下させます。
マンガン Mn
1. Mn は錫青銅の有害な不純物の 1 つであり、その含有量は厳密に管理する必要があり、0.002% を超えてはなりません。2. マンガンは酸化されやすく酸化物を形成し、合金溶融物の流動性を低下させ、凝固後に粒界に分布して結晶間の結合を弱め、強度を低下させます。
鉄Fe
Fe は錫青銅の不純物であり、最大含有量は 0.05% です。結晶粒を微細化し、再結晶プロセスを遅らせ、強度と硬度を向上させる効果があります。ただし、含有量が限界値を超えてはなりません。そうでないと、鉄分が多すぎる相が形成され、合金の耐食性と加工性能が低下します。
アルミニウム Al、マグネシウム Mg、シリコン Si
1. 少量を固溶体に溶解すると合金の機械的性質が向上しますが、溶解プロセス中に酸化されやすく、耐火酸化物が生成され、錫青銅の流動性と強度が低下します。
2. 錫青銅中のアルミニウム含有量は 0.002% を超えてはなりません。また、マグネシウムの含有量も厳密に管理する必要があります。マグネシウムの酸化物は合金の強度と溶融物の流動性を低下させるためです。海外では、強度が高いだけでなく耐食性も優れた、Al と Mg を含む錫青銅が開発されています。たとえば、Cu-5Sn-7Al 合金は耐食性と強度が高く、Cu-5Sn-1Mg 錫青銅は時効処理後の強度が 900 MPa、HRC が 30 で、導電率が 30%～35% IACS であり、高強度、高耐食性、優れた導電率を備えた部品の製造に使用できます。
