真鍮 vs アルミニウム vs ステンレス鋼: どの材料があなたの部品に適していますか?

材料の選択が部品の寿命を決める理由

真鍮、アルミニウム、ステンレス鋼は軽工業用金属加工品の 3 つの主力製品であり、これらは重なり合っているため、どちらを選択するかが明確になることはほとんどありません。真鍮のフィッティング、アルミニウム パネル、ステンレス鋼のブラケットは、図面では同等に許容できるように見えますが、海岸の大気中、洗浄エリア、高温のアセンブリ内、または毎月ねじ切り、陽極酸化処理、または研磨が必要な部品上では、動作が大きく異なります。-決定的な質問は、ほとんど常に同じです。環境がどの程度攻撃的であるか、重量はどのくらい重要か、単位厚さあたりにどのくらいの強度が必要か、プロジェクトにかかるメンテナンスや仕上げのコストはどれくらいか、などです。

以下の比較は、装飾的な小売作業用ではなく、鍛造工場製品を指定するバイヤーおよび設計エンジニア向けに書かれています。

真鍮: 最高の機械加工性を備えた銅-亜鉛合金

真鍮は銅と亜鉛の合金であり、両者の比率によって特性が決まります。カートリッジ真鍮 C26000 (70/30) は、ラジエーター コア、シェル、装飾プレスに使用される延性のある深絞りグレードです。一方、C27200 (65/35) は、強度と引き換えに若干の延性を備えており、チューブで一般的です。- C36000 などの快削黄銅は、切りくずに鉛を加えるため、継手、バルブ、コネクタの高速ねじ加工の標準的な選択肢です。-

長所: 優れた機械加工性、優れた熱伝導性と電気伝導性、自然に抗菌性のある表面、温かみのある金色の外観、振動使用における良好な疲労挙動。

弱点: 表面の酸化により黒く変色しやすいため、露出した装飾面は定期的に研磨する必要があります。代わりにアドミラルティ黄銅や銅ニッケルなどの耐性グレードを選択しない限り、塩化物やアンモニアを含む環境では脱亜鉛や応力腐食{0}亀裂が発生しやすくなります。{1}

重量と強度: 密度は約 8.5 g/cm3、引張強度は焼き戻しに応じて約 340 ～ 470 MPa です。

実際には、部品を大量に機械加工する必要がある場合、熱や電流を伝導する必要がある場合、またははんだ付けやろう付けが容易である必要がある場合に、真鍮が選択されます。

アルミニウム: 強度単位当たりの最小重量

アルミニウムは軽くて柔らかく展性の高い金属で、密度は約 2.70 g/cm3 で、これは鋼や真鍮の約 3 分の 1 です。この 1 つの特性がその使用のほとんどを推進します。構造物を移動、輸送、または加速する必要がある場所では、圧延および押出アルミニウムが重金属の代わりに使用されます。合金 5052 (Al-Mg) は、成形に耐え、塩水噴霧に耐えられるため、シート パネルや船舶用トリムに通常選択されます。一方、6061- T6 (Al-Mg-Si) は、機械加工されたブラケット、フレーム、ヒートシンク用の構造グレードであり、T6 焼き戻しで約 310 MPa の引張強度を備えています。

長所: 優れた強度対重量比、圧延、押出、機械加工が容易、良好な熱伝導率、ステンレス鋼と比較してキログラムあたりのコストが低い。-

弱点: 絶対硬度が低いため、ねじ山と座面にはインサートまたは十分な肉厚が必要です。天然酸化膜は保護しますが、強い塩化物やアルカリ性の環境下での攻撃を完全に阻止するわけではありません。

陽極酸化処理: 陽極酸化処理された表面は硬く、電気絶縁性があり、耐食性が高いため、屋外のアルミニウム パネル、標識、エンクロージャに推奨される仕上げです。

ステンレス鋼: 強度と耐食性を両立

ステンレス鋼は、重量の 10% 以上のクロムを含む低炭素鋼です。そのクロム含有量により、防錆性と耐食性の原因となる不動態酸化皮膜が生成されます。-グレード 304 (1.4301) は汎用のオーステナイト グレードです。グレード 316 (1.4404) は、約 16 ～ 18% のクロム、10 ～ 14% のニッケル、2 ～ 3% のモリブデンを含み、塩化物にも耐性があり、湿った状態でも変色しない海洋グレードです。

長所: 優れた延性を備えた高い強度と硬度、高温でも形状と強度を維持、変色せず、掃除が簡単、良好な溶接性。{0}}

弱点: 炭素鋼やアルミニウムよりもコストが高い、銅合金よりも熱伝導率と電気伝導率が低い、切削速度が遅くなる加工中の加工硬化、および硬い工具。{0}

延性に関する注意: 特性はニッケル含有量によって変化するため、フェライト系グレードは 316 オーステナイト系グレードのようには形成されません (どちらもステンレス鋼と呼ばれます)。

-対-の直接比較

どちらを選択するか

濡れた場所、塩辛い場所、または海岸でのサービス: 強度よりも重量が重要な場合は、316 ステンレス鋼または陽極酸化アルミニウムを使用します。外面には普通の真鍮を使用しないでください。

大量の機械加工された継手、バルブ、電気コネクタ: -快削黄銅を使用します。これはステンレス鋼よりも数倍速く加工され、電流を伝導します。-

重量-重要なフレーム、パネル、ハウジング、ヒートシンク: 6061-T6 または 5052 アルミニウムを使用し、屋外露出用に陽極酸化処理を指定します。

高温部品、衛生部品、長寿命の建築部品や銘板部品: 304 または 316 ステンレス鋼を使用します。これは、熱を受けても形状を保持し、研磨の必要がありません。

-コスト重視の屋内作業: 外観と導電性のために真鍮、フラット パネルにはアルミニウム、強度や衛生性が真に必要な場合にのみステンレス鋼を使用します。

よくある質問

Q: 3 つの素材の中で最も強いのはどれですか?
ステンレス鋼が最も強く、オーステナイト系グレードでは通常 500 ～ 700 MPa、次に真鍮が約 340 ～ 470 MPa、次にアルミニウムが 6061-T6 の約 310 MPa です。

Q: 屋外または海岸での使用に最適なのはどれですか?
グレード 316 ステンレス鋼。クロム、ニッケル、モリブデンの含有量により、最も安定した不動態皮膜が得られます。陽極酸化アルミニウムは、パネルや筐体の軽量で安価な代替品です。

Q: どの材料が最も加工しやすいですか?
C36000 機械などの真鍮の快削加工は最も速く、最もきれいです。{0}アルミニウムが 2 番目で、ステンレス鋼は加工硬化が強く、硬い工具と低い切削速度を必要とするため、最も時間がかかります。{3}}

Q: 真鍮は本当に海水で腐食しますか?
普通の真鍮は塩化物環境では脱亜鉛し、応力腐食割れが発生する可能性があるため、海水に接する部品には通常、金管真鍮または銅ニッケルに置き換えられます。-

Q: アルミニウムは実際には鋼よりも弱いのですか?
単位重量あたりでは、同等の強度を誇りますが、絶対的な強度は劣るため、アルミニウムの設計では、ステンレス鋼部品と同じ剛性を達成するために、より厚いセクションまたは押し出しリブが使用されます。

Q: ステンレス鋼は変色しないのに、真鍮は変色するのはなぜですか?
真鍮には不動態皮膜を再構築するためのクロムが含まれていないため、表面が酸化して黒ずみます。ステンレス鋼はクロムを多く含む酸化物層を継続的に更新し、輝きを保ちます。{0}