銅合金鍛造：テクニックとヒント

一般的な銅合金には、黄銅、青銅などがあり、熱伝導率がよく、鍛造温度範囲が小さく、加熱時に過熱しやすく、変形抵抗が小さい。

1.暖房運転のポイント

銅合金を加熱すると、その塑性は温度の上昇とともに変化します。温度が200～600℃まで上昇すると、塑性が最も低くなり、脆性領域と呼ばれます。

650℃から塑性が急激に増加し、強度が低下するが、850℃を超えると結晶粒が急激に成長し、粒界も損傷して塑性が低下する。

最初の 鍛造温度 銅合金の鍛造温度は比較的低く、一般に800～900℃であるが、最終鍛造温度は650～700℃である。種々の銅合金の鍛造温度範囲を表7-4に示す。

 銅合金の鍛造温度範囲

1) 銅合金は熱伝導率が良く、スクラップは最高炉温度（鍛造開始温度より50～100℃高い）で直接装入できる。

2) 銅合金の加熱には電気抵抗炉を使うのがベストだが、石炭焚き加熱炉も使える。加熱操作は簡単で、石炭と空気の量を少なくすることで、いわゆる「穏やかな炎」を炉内に保ちながら保温することができる。

3) 銅合金を加熱する際、一部の銅屑や不純物が常に炉底に落下し、炉底が溶けた銅で覆われる。後に鋼を加熱する際、銅は鋼の粒界に入り込んで拡散し、鋼の強度を低下させ、熱脆性を形成する。

この現象を避けるため、鋼材を加熱する場合は炉底に薄い鉄板を敷く。高温の炎が直接銅材料に吹きかかり、局部的な溶融を引き起こすのを防ぐため、薄い鉄板で他の3面も覆う必要がある。

4) 銅地金の表面品質は悪く、加熱前に剥離と押湯の切断が必要である。

2.銅合金鍛造の特徴

銅合金は鍛造初期温度が低く、鍛造温度範囲が小さい（150～200℃しかない）ため、鍛造時には以下の点に注意する必要があります：

1) 鍛造に使用する工具（パンチ、ダイ、ドリップパン、マンドレル、上下スナップなど）は、200～250℃に予熱する。

2) 槌打ちは軽く素早く行い、金敷上の材料を頻繁にひっくり返して、金敷表面から奪われる熱を減らす。

3) 最終鍛造温度は厳密に管理する。600℃以下では、仕上加工や矯正などの補助加工を行う際に破断の危険性がある。パンチングやリーマ加工を行う場合、パンチの温度が低すぎると、温度低下により穴の縁に亀裂が入ることがある。余分な材料を切り落とす場合も鍛造温度範囲内で行わないと、切断面に粗粒脆性破壊現象が発生する。

4) 銅合金は一般に塑性がよく、より大きな変形が可能である。しかし、鋼よりも靭性が低く、ハンマーで叩くと折れ曲がりやすい。折れ取りによる加工代不足を防ぐため、加工代や材料計算を適切に増やす必要がある。

5) 銅合金の金型を自由鍛造で鍛造する場合、形状移行部の丸角の半径を大きくし、滑らかにする。

6) 銅合金の脆性現象は、主に銅合金中の鉛、アンチモン、ビスマスなどの不純物の濃縮に起因する。