ビスマス青銅とは何か？
ビスマス青銅 現代では、銅に錫を加えるだけでなく、多くの方法で作ることができる。この alloys は、独特の銅合金の一種を指し、その有益な特性により、多くの分野や産業に適用されている。このため、特定の用途に適した青銅を選ぶ際には迷うこともあるだろう。本記事では、ビスマス青銅（鉛フリー青銅とも呼ばれる）の種類とその強み、性質、用途を概説し、理解を深める手助けをする。これにより、デザイナーがビスマス青銅を選択する際の指針となり、またこの有用な青銅の種類についての追加情報も提供する。
しかし続ける前に、青銅の種類に関する記事を一読すると、青銅の範囲と一般的な特徴を理解するのに役立つだろう。
図1：ビスマス青銅の定性的内訳。このチャートは視覚的な表現だが、製造方法により他の元素を含む特定の合金も存在することに注意。
ビスマス青銅（鉛フリー青銅/鉛フリー真鍮とも呼ばれる）は、一般的に1-6%ビスマス、1%ニッケル、2-4%錫と亜鉛、およびその他の微量元素で構成されている。主に、リサイクルが難しく有害な場合がある従来の鉛青銅の懸念に対応するために製造されている。なお、ほとんどのビスマス青銅には微量の鉛が含まれているが、その量は約0.25%であり、実質的な危険はない。機械加工性と加工性の両面で鉛青銅に匹敵し、大量摂取により銅が脆くなることもある。ビスマス青銅は高い熱伝導性を持ち、耐腐食性があり、飲料水用途にも安全であり、従来の合金と互換性があるため、非準拠部品の代替に使用できる。鋳造、ろう付け、はんだ付け、接合も鉛青銅とほぼ同じ方法で行え、多くの配管、ファスナー、ベアリング用途に適している。
耐性と弱点
ビスマス青銅 は、含まれるビスマスの高い潤滑性のおかげで優れた機械加工性を持つ。塩水腐食にも耐性があり、型に良く流れる。素材は他の青銅よりも研磨性が良く、鉛青銅の代替として実用的である（ただし、強度はやや低下する—鉛の代わりにビスマスを使用した結果）。価格は高めでリサイクルも難しいため、鉛青銅が適している場合は経済的に難しいが、そうでなければ、ビスマス青銅は非毒性の優れた代替品であり、従来の鉛合金を徐々に置き換えつつある。
機械的特性
以下の表1は、ビスマス青銅の重要な機械的性質を示している。この次のセクションでは、これらの性質とそれらが一般的なビスマス青銅の用途にどのように関係しているかを詳しく探る。
表1：ビスマス青銅の機械的性質の概要—これらの値は多くの合金から集約されたもので、一般的な例示目的のためのものである。
56 W/mK
機械的特性
単位
英語
引張降伏強さ
100-200 MPa
14500-29000 psi
伸び率（パーセント）
15-30%
熱伝導率
32 BTU ft/hr ft2 F
硬さ（ブリネル）
50-70
加工性
80-90%
引張降伏強さは、材料の引張強度を示す一般的なパラメータである。塑性変形が起こる前の力の値を表し、材料の強さの「第一印象」を与える良い指標だ。ビスマス青銅は他の青銅と比較して低い降伏強さを持つことは驚くことではない。これは、容易に成形・加工できるように設計されており、強度を重視していないためである。これは弱いという意味ではなく、例えばマンガン青銅のようなより高い強度を持つ青銅と比較すれば良い。
伸び率は、破断までにどれだけ変形するかを示す値であり、材料の延性を表す。最終長さと元の長さの比率をパーセントで示す。例えば、引張試験前の試料が1インチで、試験後に1.5インチになった場合、その伸び率は ((1.5-1)/1) x 100 = 50% となる。高い伸び率は、加工や成形、全体的な作業性を向上させる。ビスマス青銅は従来の青銅と比較して同等の伸び率を持ち、多くの用途で同様に機能できる。
熱伝導率は、材料の熱を伝える能力を示す値である。この値は、接合手順に影響を与える。伝導性が低いと接合の失敗リスクが高まる幸い、ビスマス青銅は鉛青銅と同様に機能し、はんだ付けやろう付けの歴史も豊富である。これにより、ビスマス青銅は配管用途でも鉛の曝露を防ぎつつ、同じように効果的に機能できる。
材料の硬さは、多くの利用可能なインデンター機のいずれかを使用して測定され、それぞれに硬さスケールがあります。表1は、鉄、鋼、青銅などのさまざまな金属を評価するために使用されるブリネル硬さインデンターの硬さ値を示しています。参考までに、冷間加工された銅のブリネル硬さは80です。したがって、ビスマス青銅は銅よりも柔らかく、より簡単に変形、傷、へこみが生じます。これにより、この材料が非常に加工しやすい理由が証明されます。ストレスに対して容易に屈服するためです。また、この合金は特に研磨性の高い用途には使用できません。傷がつくとビスマス青銅の弱化につながるためです。これは自己潤滑性を持つ特性にもかかわらずです。
ビスマス青銅は優れた加工性を持ち、これがこの銅合金を指定する主な理由の一つです。一般的に、金属は標準材料に対して加工性が評価され、そのスコアは100%に割り当てられています（青銅の場合、この材料はUNS C36000のフリーカットブラスです）。100%に近い加工性評価を持つものは同様に加工が容易であり、ビスマス青銅のスコア80-90%からもそれが明らかです。ビットの摩耗も少なく、ミリング中の挙動も良好であるため、高生産性の加工作業に適しています。この機械的特性は非常に重要であり、かつて鉛青銅を指定していた設計者は、今や毒性のない代替品に簡単に切り替えることができ、新しい設備を購入したり、機械工の訓練を追加したりする必要はありません。
ビスマス青銅の用途
ビスマス青銅 は長年にわたり存在してきましたが、さらに多くの用途が見つかっています。多くの用途は厳格に規制された配管部品に限定されていますが、ビスマス青銅は従来の銅合金の環境に優しい代替品として研究されています。以下は、ビスマス青銅の一般的な用途のリストですが、今後も多くの用途が存在し続けることを知っておいてください。
いくつかの用途には以下が含まれます：
鉛フリーのブッシュや継手
鉛フリーのパイプ
連続鋳造
ピアノ弦
ミラー
加工性と持続可能性が懸念される場合は、ビスマス青銅を検討してください。サプライヤーに連絡し、興味があることを伝えると、ビスマス青銅が適しているか、または他の銅合金の方が良いかを確認してくれます。
概要
この記事は、ビスマス青銅の特性、強度、および用途の概要を簡潔に紹介しました。その他の製品に関する情報については、別の記事をご参照ください。
XTJは、試作から量産までのワンストップ製造ソリューションを提供することに専念する主要なOEMメーカーです。私たちはISO 9001認証の品質管理システム企業であることを誇りに思い、すべての顧客関係に価値を創造することを決意しています。それは、協力、革新、プロセス改善、そして卓越した技術によって実現しています。
