銅 C521（鉛入りりん青銅）
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）の概要
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）は、銅（Cu）をベースに、スズ（Sn）、リン（P）、鉛（Pb）を加えた高性能銅合金です。鉛の添加により被削性が向上し、リンは強度、耐摩耗性、耐食性を高めます。そのため、特に高精度部品など「高い強度」と「優れた加工性」の両立が求められる用途で、CNC機械加工サービス に幅広く使用されています。
銅合金 C521 は、電気、車載、製造業分野での使用に適しています。CNC加工銅合金 C521 部品は、電気コネクタ、軸受、ばねなど、耐摩耗性と高い機械的強度が必要な用途で多く採用されています。
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）の化学的・物理的・機械的特性
化学成分（代表値）
元素 | 含有量範囲（重量%） | 主な役割 |
|---|---|---|
銅（Cu） | 88.0% | 電気伝導性と耐食性を提供 |
スズ（Sn） | 4.0–6.0% | 強度と耐摩耗性を向上 |
リン（P） | 0.01–0.35% | 強度・耐摩耗性を向上し、酸化を抑制 |
鉛（Pb） | 0.5–2.0% | 強度を大きく損なわずに被削性を改善 |
その他元素 | ≤0.5% | 特性への影響が小さい残留元素 |
物理的特性
特性 | 代表値 | 試験規格／条件 |
|---|---|---|
密度 | 8.70 g/cm³ | ASTM B311 |
融点 | 930°C | ASTM E29 |
熱伝導率 | 70 W/m·K（20°C） | ASTM E1952 |
電気伝導率 | 15–20% IACS（20°C） | ASTM B193 |
線膨張係数 | 19.2 µm/m·°C | ASTM E228 |
比熱容量 | 380 J/kg·K | ASTM E1269 |
弾性率 | 105 GPa | ASTM E111 |
機械的特性（焼鈍状態）
特性 | 代表値 | 試験規格 |
|---|---|---|
引張強さ | 500–650 MPa | ASTM E8/E8M |
耐力（0.2%） | 350–500 MPa | ASTM E8/E8M |
伸び | 12–20% | ASTM E8/E8M |
硬さ | 100–140 HB | ASTM E10 |
疲労強度 | 約180 MPa | ASTM E466 |
耐衝撃性 | 中程度 | ASTM E23 |
注：上記は焼鈍状態の銅合金 C521 の代表値であり、具体的な加工条件や熱処理条件により変動する場合があります。
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）の主な特長
優れた被削性
銅合金 C521 は鉛添加により被削性が向上しており、CNC加工時の切削性が良く、工具寿命の改善にも寄与します。
高い強度と耐久性
引張強さは最大 650 MPa に達し、コネクタや軸受などの重負荷用途に適した高い機械的強度を備えます。
中程度の電気伝導性
電気伝導率は 15–20% IACS で、導電性と機械的強度の両方が求められる電気部品に適しています。
優れた耐摩耗性・耐疲労性
リン含有により耐摩耗性が向上し、繰り返し動作や機械的ストレスを受ける部品に適しています。
耐食性
湿気や軽度の酸性環境を含むさまざまな環境で良好な耐食性を示し、海洋および工業用途の部品にも適用可能です。
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）のCNC加工における課題と対策
加工上の課題
鉛含有と切りくず生成
鉛の添加は被削性を高めますが、加工条件によっては長く糸状の切りくずが発生し、加工性を低下させる場合があります。
対策：チップブレーカの使用、クーラント流量の増加により、切りくず排出を安定させ、絡まりを防止します。
工具摩耗
銅合金 C521 の高い強度は、高速加工時に工具摩耗を増大させる可能性があります。
対策：TiN または TiAlN コーティング付き超硬工具を使用し、切削速度を管理して摩耗を抑え、工具寿命を延長します。
加工硬化
銅合金 C521 は加工中に加工硬化が発生することがあり、後工程の加工を難しくする場合があります。
対策：中程度の切削速度、鋭利な工具、十分なクーラント供給により、加工硬化のリスクを低減します。
最適化された加工戦略
工具選定
パラメータ | 推奨 | 理由 |
|---|---|---|
工具材質 | TiN コーティング付き超硬工具 | 摩耗を低減し、工具寿命を向上 |
工具形状 | 正のすくい角、鋭利な刃先 | 切りくず排出性を改善し、溶着を低減 |
切削速度 | 100–180 m/min | 過度な発熱を防ぎ、工具寿命を延長 |
送り速度 | 0.10–0.15 mm/rev | 安定した切削を確保し、加工硬化を低減 |
クーラント | フラッドクーラント または エアブロー | 熱の蓄積を抑え、切りくず排出を補助 |
銅合金 C521 の切削条件（ISO 513 準拠）
加工工程 | 切削速度 (m/min) | 送り (mm/rev) | 切込み深さ (mm) | クーラント圧力 (bar) |
|---|---|---|---|---|
荒加工 | 100–150 | 0.12–0.18 | 2.0–3.0 | 25–40 |
仕上げ加工 | 150–200 | 0.05–0.10 | 0.5–1.0 | 30–50 |
銅合金 C521（鉛入りりん青銅）の主な加工方法と用途
加工プロセス | 銅合金 C521（鉛入りりん青銅）における機能・利点 |
|---|---|
高強度部品に対して厳しい公差を実現します。 | |
歯車、軸受、ばねなどの複雑形状部品の加工に最適です。 | |
コネクタや電気部品などの円筒形状部品の加工に適しています。 | |
電気・機械部品向けのピンやコネクタ用の精密穴加工を行います。 | |
高い公差と滑らかな仕上げが必要な内径加工に最適です。 | |
機械・電気部品向けに微細な表面仕上げを提供します。 | |
複雑形状や精密特徴を持つ部品を、高い再現性で製作できます。 | |
高い機械的ストレスを受ける部品に対して厳しい公差を実現します。 | |
電気コネクタ向けの微細形状や複雑特徴の加工に使用されます。 |
銅合金 C521 CNC 部品の表面処理
電解めっき: 電気接点向けに耐食性と耐久性を高めるため、ニッケルめっき（膜厚 5–10 µm）を付加します。
研磨: Ra 0.2–0.4 µm の滑らかな光沢仕上げを実現し、導電性と外観品質を向上させます。
ブラッシング: 機械部品および電気部品に適した、均一なサテン仕上げを提供します。
PVDコーティング: 耐摩耗性を高め、部品寿命を延長するため、2–5 µm の耐久皮膜を付加します。
パッシベーション: 過酷環境で使用される部品の耐食性を向上させます。
粉体塗装: 耐UV性と耐久性向上のため、50–100 µm の保護塗膜を形成します。
テフロンコーティング: 摺動部品向けに低摩擦・耐薬品性の層を付加します。
クロムめっき: 耐食性と耐荷重性能を高めるため、光沢のある耐久仕上げ（膜厚 10–20 µm）を付加します。
