アルミニウム青銅に対する合金元素の影響
アルミニウム青銅合金は銅とアルミニウムをベースにしています。アルミニウム青銅の性能を向上させ、強化するために、通常、他の合金元素が追加されます。合金元素の適切な追加は、耐食性の向上、硬度の向上、靭性の向上など、材料の性能を向上させる上で重要な役割を果たします。同時に、一部の元素を過剰に追加すると、強度の低下、脆さの増加、耐食性の低下など、いくつかの悪影響ももたらします。この記事では、アルミニウム青銅に追加される主な合金元素の役割を紹介します。
鉄Fe
1. 少量の Fe は Cu-Al 合金の固溶体に溶解する可能性があります。過剰になると針状の FeAl3 を形成し、合金の機械的性質と耐食性が低下します。したがって、合金中の Fe 含有量は 5% を超えてはなりません。
2. 合金中の Ni、Mn、Al の含有量が増加すると、固溶体中の Fe の溶解度がさらに低下します。鉄はアルミニウム青銅中の原子拡散速度を遅くし、相の安定性を高め、合金の脆化を引き起こす「自己焼鈍」現象を抑制し、合金の脆さを大幅に低減します。
3. 適切な量の鉄は、アルミニウム青銅の鋳造および再結晶粒を微細化し、機械的性質を向上させることができます。 0.5%~1. 0 を添加すると、粒子を大幅に微細化できます。
ニッケルNi
1. ニッケルはCu-Al合金において一定の固溶度を持っています。Ni含有量が最大固溶度を超えると、K相NiAl相が形成されます。Niは一方ではアルミニウム青銅の共析変態温度を上昇させ、他方では共析点組成を温度上昇の方向に移動させ、相の形態を変えることもできます。Ni含有量が低い場合、相は針状であり、ニッケル含有量が3％に達すると、薄片状になります。
2. Cu-Al-Ni合金にMnを添加すると、相が共析変態を起こす際に粒状組織を形成する傾向があります。
3. Niはアルミニウム青銅の強度、硬度、熱安定性、耐食性を大幅に向上させます。一定量のNiを含むCu-Al-Ni-Fe合金は、熱間加工後に溶体化処理や焼入れをする必要がなく、直接時効処理することができます。
4. アルミニウム青銅にNiとFeを同時に添加すると、総合的な性能が向上します。Cu-A1-Ni-Fe合金では、κ相の析出形態が機械的性質に大きな影響を与えます。
5. NiとFeの最適な含有率比は0.9〜1.1です。
マンガン Mn
1. MnはCu-Al合金の固溶体中での溶解度が大きいが、アルミニウムの固溶度を低下させる。マンガンは相分解を安定化し、相変態の開始温度を下げ、共析変態を遅らせる。
2. アルミニウム青銅中の Mn 含有量は最大溶解度限界を超えないため、合金の機械的特性と耐食性に有利であり、加工性と成形性が良好です。
3. 0.3%~0.5%のMnを含む2元アルミニウム青銅は、熱間加工性が極めて良好で、熱間圧延中の割れ傾向が大幅に減少します。
4. Mn を含むアルミニウム青銅に一定量の Fe を添加すると、合金の性能がさらに向上します。これは、Fe が結晶粒を微細化できる一方で、鉄が Mn の相に対する安定化効果を弱めるためです。
スズとクロム
1. アルミニウム青銅に 0.2% 以下の Sn を添加すると、蒸気および弱酸性雰囲気での応力腐食割れに対する合金の耐性が向上します。
2. クロムは、二元Cu-Al合金の機械的特性を改善し、合金の焼鈍中の結晶粒の成長を抑制し、焼鈍された材料の硬度を高めます。
亜鉛とシリコン
1. 亜鉛はCu-Al合金に限られた範囲で溶解し、相領域を拡大します。ただし、ZnはCu-Al-Ni-Fe合金の鉄に富む相粒子を減少させ、耐摩耗性を低下させます。加工されたアルミニウム青銅中の不純物亜鉛の最大含有量は1.0%です。
2. シリコンはアルミニウム青銅の不純物であり、その含有量は 0.2% を超えてはなりません。また、ほとんどのアルミニウム青銅では 0.1% を超えてはなりません。そうでないと、合金の機械的特性と加工特性が低下しますが、合金の加工性は向上します。
