C3604真鍮の許容応力とは？基本から徹底解説

2025年3月18日

金属の選定や設計において、許容応力は非常に重要な要素です。特に、C3604真鍮はその優れた機械的特性と加工性から、多くの産業で広く使用されています。しかし、言葉は知っていても、その具体的な意味や計算方法については、あまり知られていない方が多いのではないでしょうか？

「C3604真鍮の許容応力について詳しく知りたいけれど、具体的にどうやって調べたらいいのかわからない」という方もいるかもしれません。そこで、本記事ではC3604真鍮の基礎知識から始め、許容応力の定義やその計算方法、実際の用途における重要性について詳しく解説していきます。これを読むことで、C3604真鍮を使用する際に必要な知識を身につけ、より効果的な設計や選定ができるようになるでしょう。

さあ、C3604真鍮の魅力とその許容応力について、一緒に深く掘り下げていきましょう。あなたの理解が深まることを期待しています。

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1. C3604真鍮　許容応力　徹底解説

1-1. C3604真鍮とは？

C3604真鍮は、銅を主成分とし、亜鉛を添加した合金であり、銅合金の中でも特に加工性が良好で、機械的強度と耐腐食性にも優れています。C3604は、機械部品や配管などで使用されることが多く、その優れた加工性から多くの工業用途に適しています。また、しばしば「自由切削真鍮」とも呼ばれ、切削加工が容易なため、複雑な形状の部品製造にも適しています。

1-2. C3604真鍮の物理的特性

C3604真鍮の物理的特性には、以下の特徴があります：

密度: 約8.5 g/cm³
融点: 約900°C
熱伝導率: 約120 W/m·K
電気伝導率: 約30% IACS（国際銅業会基準）

これらの特性により、C3604真鍮は優れた熱伝導性を有し、熱管理が重要な用途にも使用されています。また、電気伝導性が一定程度高いため、電子部品や接続端子としても利用されています。

1-3. C3604真鍮の引張強度

C3604真鍮の引張強度は、通常およそ 480 MPa から 600 MPa の範囲にあります。引張強度とは、素材が引っ張り力を加えられた際に破壊するまでの強度を指します。C3604真鍮は、引張強度が比較的高いため、構造部材や機械的な要求が厳しい部品に使用されることが多いです。また、引張強度が適度に高いことにより、部品の強度を保ちつつも加工性が良好です。

1-4. C3604真鍮の許容応力の計算方法

許容応力は、材料が破壊することなく安全に使用できる応力の最大値を示します。C3604真鍮における許容応力を計算するためには、一般的に次の式を使用します：

[
\sigma_{\text{allow}} = \frac{\sigma_{\text{tensile}}}{\text{安全係数}}
]

ここで：

(\sigma_{\text{allow}}) は許容応力
(\sigma_{\text{tensile}}) は引張強度
安全係数は通常 1.5～3 の範囲で設定されます。設計において使用する安全係数は、用途や使用条件によって異なります。

例えば、引張強度が600 MPaで、安全係数が2とすると、許容応力は次のように計算されます：

[
\sigma_{\text{allow}} = \frac{600}{2} = 300 \, \text{MPa}
]

この値は、C3604真鍮を使用する際に、部品にかかる最大の安全な応力を示しています。許容応力を超える力がかかると、変形や破損のリスクが高まるため、設計時に重要な指標となります。

2. C3604真鍮の種類と特徴

2-1. C3604真鍮の種類

C3604真鍮は、主に自由切削性を高めるために鉛を含んでいる銅合金です。銅と亜鉛が主成分であり、これに微量の鉛（Pb）を加えることにより、切削性が大幅に向上しています。C3604は、以下のような種類に分類されることが一般的です：

C3604: 標準的な自由切削真鍮。鉛を含むため、加工が非常に容易で、多くの機械部品に使用されます。
C3604F: 鉛を加えたタイプで、より高い自由切削性を提供します。細かい加工が必要な部品に適しています。
C3604H: 高強度型。強度や耐久性を重視する用途向けに調整されています。

これらの種類は主に鉛の含有量に基づいて区別され、特に加工性が重要な部品において、C3604の選定は非常に有効です。

2-2. C3604真鍮の特性比較

C3604真鍮は、他の銅合金や真鍮と比較して以下の特性が際立っています：

加工性: C3604真鍮は鉛を添加することにより、非常に高い切削性を誇ります。これにより、複雑な形状の部品を効率的に製造することが可能です。特に自動化された加工設備や大量生産において、その優れた加工性が発揮されます。
機械的特性: 引張強度や耐圧強度などが比較的高く、構造部材としても使用可能です。他の自由切削真鍮と比較しても、機械的な強度が維持されつつ、加工性が損なわれない点が特長です。
耐腐食性: C3604は銅合金の一種であるため、優れた耐腐食性を持っています。水や湿気に対しても耐性があり、特に配管部品や耐腐食性が要求される部品に最適です。ただし、酸やアルカリに対しては他の銅合金と比較して弱い部分もあります。
導電性: C3604は銅合金の一部であるため、一定の電気伝導性を持っていますが、純銅に比べると低いです。電気接続部品としての使用は限られますが、ある程度の電気的要求を満たすことができます。

2-3. C3604真鍮 vs 他の真鍮合金

C2800真鍮: C2800（一般的な黄銅）は、C3604よりも加工性が低く、強度が高めで耐腐食性にも優れています。しかし、加工性が重視される場合はC3604が優れています。
C5102真鍮（ベリリウム銅）: C5102はC3604よりもさらに高い強度を持ち、耐食性も向上していますが、加工性が劣ります。高強度が求められる用途には有効ですが、自由切削性が重視される場合はC3604が適しています。

C3604はその特性から、多くの機械部品、特に自動車産業や精密機器部品において重宝されています。

3. C3604真鍮の用途とRoHS対応

3-1. C3604真鍮の主な用途

C3604真鍮は、特にその優れた加工性と機械的特性により、さまざまな産業で幅広く使用されています。主な用途は以下の通りです：

自動車部品: C3604は、精密機械部品や自動車のエンジン部品、シャフト、ギア、バルブなどに使用されます。自由切削性が求められる部品に最適です。
電気・電子機器: 電気接続部品やコネクタ、端子などに使用されます。導電性を有し、信号の伝達や電気的な接続が必要な部品に適しています。
精密機械部品: 微細な加工を要する精密機器の部品や、時計、計測機器の部品に利用されます。
配管とバルブ: 耐腐食性が求められる配管部品やバルブ、フィッティングに使用され、特に湿気や水分に強い特性を活かして使用されます。
装飾品: 美しい光沢と耐腐食性を活かして、ジュエリーやアクセサリー、さらには装飾的な金属部品にも使用されます。

これらの用途では、加工のしやすさや耐久性が重要なポイントであり、C3604真鍮の特性が活かされています。

3-2. RoHS対応の重要性

RoHS（Restriction of Hazardous Substances）指令は、電子機器に含まれる有害物質の制限を目的とした欧州連合の規制です。この規制は、製品が環境や人間に対して有害な物質を含まないようにするために策定されました。C3604真鍮のような合金がRoHSに対応することは、以下の理由で非常に重要です：

環境への配慮: RoHS対応の製品は、有害な鉛、カドミウム、水銀、六価クロム、ポリ臭化ビフェニル（PBB）、ポリ臭化ジフェニルエーテル（PBDE）などの物質を制限しています。これにより、製品の使用後、廃棄される際に環境への負荷を最小限に抑えることができます。
法規制遵守: RoHS対応は、特にEU市場で販売される電子機器や電気製品にとって必須です。規制に適合しない製品は、EU市場で販売できない場合があります。
健康リスクの低減: 有害物質を制限することによって、製品を使用する際や廃棄時に発生する健康リスクを低減できます。特に鉛やカドミウムなどは人体に有害であるため、RoHS対応の重要性が増しています。
消費者の信頼: RoHS対応は企業の信頼性や社会的責任を示すものとなり、消費者やビジネスパートナーに対しても重要な品質指標となります。

C3604真鍮がRoHS対応であることにより、環境に優しく、法規制を遵守した製品であることが証明され、国際的な取引や環境保護に貢献することができます。

4. C3604真鍮の強度、比重、耐食性

4-1. C3604真鍮の強度特性

C3604真鍮は、自由切削性を有する合金でありながら、良好な機械的強度を持っています。主な強度特性は以下の通りです：

引張強度: C3604真鍮は、約 310 ～ 450 MPa の引張強度を持ち、機械的負荷に対して十分な強度を発揮します。
耐圧強度: 圧力を受ける部品でも耐久性が高く、加工性を損なうことなく使用できます。
延性と靭性: 変形に強く、破断することなくある程度の延びを示します。これは、切削加工や成形においても重要な特性です。

これらの強度特性により、C3604真鍮は高い耐久性を持つ部品や精密機器の製造に適しています。

4-2. C3604真鍮の比重

C3604真鍮の比重は約 8.5 g/cm³ です。この比重は、真鍮としては標準的であり、軽量でありながら高い強度を持つ材料です。比重が高いことで、重さに対する安定性や耐久性が確保され、強度と耐食性のバランスが取れた素材となります。

C3604真鍮はその比重から、構造材としての使用にも適しており、重量の重要視される部品においても安定した性能を発揮します。

4-3. C3604真鍮の耐食性

C3604真鍮は、一般的に良好な耐食性を持つ金属です。以下の特性により、耐食性が高いとされています：

耐腐食性: 真鍮の主成分である銅は自然に酸化被膜を形成し、外的な腐食要因から保護します。C3604真鍮は、湿気や水分が多い環境下でも優れた耐腐食性を示します。
耐塩水性: 塩水や海洋環境においても耐食性が高く、海洋機器や船舶部品に利用されることがあります。
酸性およびアルカリ性環境: 一般的な酸性およびアルカリ性の環境においても安定しており、耐食性が求められる用途に適しています。

これにより、C3604真鍮は、屋外や過酷な環境でも信頼性を持つ部品に使用され、長期間の耐用性を確保することができます。