鋳造用語集

銅 合 金（どうごうきん）
Copper Alloys

銅合金とは、銅を主要元素とし、亜鉛、スズ、ニッケル、アルミニウム、ベリリウム、ケイ素、マンガン、鉛、銀、金などの元素を加えることによって、強度、耐食性、耐摩耗性、ばね性、電気伝導性、熱伝導性、被削性、鋳造性、色調などの性質を調整した合金の総称である。

銅は人類が古くから利用してきた金属の一つであり、比較的加工しやすく、優れた電気伝導性・熱伝導性と耐食性を持つ。一方、純銅は比較的軟らかく、用途によっては強度や耐摩耗性が不足する。このため、さまざまな元素を添加することで純銅の長所を生かしながら必要な特性を付与した、多種多様な銅合金が発達してきた。

銅合金は大きく、黄銅、青銅、白銅およびその他の銅合金に分類される。

黄　銅（Brass）

銅と亜鉛を主成分とする合金であり、「真鍮」とも呼ばれる。亜鉛量や添加元素によって機械的性質や加工性が変化し、一般黄銅、快削黄銅、ネーバル黄銅、高力黄銅など多くの種類が存在する。加工性や鋳造性に優れ、機械部品、バルブ、配管部品、建築金物、装飾品などに広く使用されている。

青　銅（Bronze）

本来は銅とスズを主成分とする合金を指す名称であるが、現在ではリン青銅、アルミ青銅、鉛青銅、ケイ素青銅など、銅を主体とするさまざまな合金群に「青銅」の名称が用いられている。「砲金（ガンメタル）」も青銅に分類される。
耐食性、耐摩耗性、強度、鋳造性などに優れ、軸受、歯車、船舶部品、バルブ、美術鋳造品など幅広い用途を持つ。

白　銅（Cupronickel）

は、銅とニッケルを主成分とする合金である。ニッケルの添加によって銀白色の外観となり、特に海水に対する耐食性が向上するため、復水器管、熱交換器、船舶部品、貨幣などに使用される。

その他

このほかにも、非常に高い強度とばね性を持つベリリウム銅、高い導電性と耐熱性を両立させたクロム銅、電気抵抗材料として使用されるコンスタンタンなど、特定の機能を持たせた多くの銅合金が存在する。

さらに日本では、赤銅、四分一、黒四分一など、金・銀などを銅に加えた伝統的な金属工芸用合金が古くから発達している。これらは機械的性質だけでなく、煮色仕上げなどによって生じる独特の色彩を利用することを目的とした合金であり、色金などの日本の金工文化を特徴づける材料でもある。

このように銅合金は、添加する元素の種類と量によって性質を大きく変えることができるため、工業材料から電気・電子材料、船舶、建築、貨幣、美術工芸、ジュエリーまで極めて広い分野で利用されている。

各銅合金の比重や融点については、弊社ホームページの「資料館」の「金属お比重と融点／合金の名前で選ぶ」をご参照下さい。

銅合金と鋳造

銅合金は古くから鋳造に利用されてきた代表的な非鉄合金である。
特に青銅や黄銅は比較的鋳造性に優れ、仏像、鐘、銅像、美術工芸品からバルブ、ポンプ、軸受などの工業部品まで幅広く鋳造されてきた。

ただし、「銅合金」であれば同じ条件で鋳造できるわけではない。添加元素によって融点、溶湯の流動性、凝固範囲、酸化傾向、ガス吸収、収縮特性などが大きく異なるため、それぞれの合金に適した溶解・鋳造条件を選択する必要がある。

例えば黄銅では、溶解温度が高くなると沸点の低い亜鉛が蒸発しやすくなり、成分変化や亜鉛蒸気の発生につながる。一方、スズを含む青銅では酸化や偏析、凝固収縮などを考慮する必要がある。またアルミニウム青銅では、アルミニウムによる強固な酸化皮膜の形成が溶解・鋳造上の重要な管理項目となる。

したがって銅合金の鋳造では、単に溶湯温度だけでなく、合金組成、溶解雰囲気、脱酸、フラックス、鋳型温度、注湯温度、凝固方法などを総合的に管理することが重要である。

とりわけロストワックス鋳造では、複雑形状や微細な模様を高精度に転写できるため、銅合金は美術工芸品、装飾品、ジュエリー、精密部品などにも広く利用されている。

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