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合金とは?


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銅タングステン電極 製造・販売
銅タンは超硬合金・鋼材の放電加工に適し、電極の精密形状加工が可能。



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合金状態図

合金は、組成によって融点や各温度での結晶構造が変化する。
このため、主要な合金については様々な組成と温度での合金の状態をまとめた図が作られている。
この図を状態図とよぶ。
特に、鋼に関するFe-C系状態図は有名である。
鋼のなかでも特殊鋼は添加元素も複雑になり、特に工具鋼はもっとも複雑な合金系に属し、近年では世界最多の11元素による多元合金が日本人により合金設計され実用化されている[1]

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合金化の目的と概要
機械的強度の改善(析出硬化・他)

一般に純金属は弾性限界(永久変形が生じる応力)が小さい。
というのは通常の金属結晶は不完全な部分(転位)を含んでおり、転位の移動による変形が小さな応力でおこりやすいためである。
合金化によって、結晶を構成する金属元素と大きさの違う金属元素に置換させたり、結晶のなかに小さな元素を侵入させたりして、結晶のひずみを作ることによって、転位の移動をしにくくして機械的強度(硬さ、引張り強度)を向上させることができる。ジュラルミン・鋼などの合金がその例である。などの機械的強度の改善の主流は、マルテンサイトという特殊な組織変化を熱処理により起こし最大5倍以上強化するが、これも合金化で達成される好例である。は幅広い産業に大量に用いられる用途なので合金化による強度改善の効果の総量は計り知れないものがあり、熱処理前は比較的加工がし易いことも産業界へ多大な寄与をする。
合金化や熱処理あるいはそれに冷間加工組み合わせた処理により鋼より強度増幅効果をもつ固体を人類は未だ知らない。
耐食性の向上

金属元素のなかには、Crのように、その酸化物が、皮膜(不動態)を作り内部までの酸化の進行を防ぐ性質をもつものがあり、それらの金属の添加により耐食性のある合金とすることが行われる。
ステンレスが例である。
磁性および熱膨張率の制御

磁性材料は磁場と磁束密度の関数でその性能が表現され、交流磁場をかけた場合、0となる原点を比較的通りやすいものを軟質磁性材料といい、原点を通り難いもので、たとえば磁場を0にしても磁束密度があるいわゆる着磁した状態が強いものを硬質磁性材料と呼ぶが、この呼び名は焼入れ前の柔らかい鋼の特徴と焼入れ後の硬い鋼の磁性的特徴からきたことが出発点となっている。
熱膨張率の制御も磁気特性が深く関わっている。
通常の金属は冷却すると単調に収縮する場合が大半であるが、鉄はγ→α変態点で結晶構造や磁気特性が変わることで一瞬膨張する。
この効果を合金化して所定の温度範囲で金属の基本的な冷却による収縮効果を、先の膨張効果によって相殺することで、その温度範囲では熱膨張率がゼロになるという他の固体物質では見られない情況を作り出すことが出来る。
融点の低下

共晶をつくる合金(例えばSn-Pbなど)では、それぞれの単独の金属の融点に比べて合金の融点を下げることができるため、より低融点の金属を得ることができる。
このため、二種類の金属を接した状態で加熱すると、それぞれ単独の金属では融点に達しない温度であっても、接している部分から合金となって融けてゆく現象が起こる。
たとえば、低融点の金属を加熱して液体とし、そこに高融点の金属を固体のまま投入することで、融かし込んで合金を作ることができる。
太古から青銅作りなどで経験則的に利用されていた。

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合金の種類(合金名索引)
名称分類成分用途
(はがね)鉄合金Fe-C構造材、刃具他
クルップ鋼合金鋼ニッケルクロム鋼に浸炭処理装甲
クロムモリブデン鋼合金鋼Fe-Cr-Mo構造部材、管材
マンガンモリブデン鋼合金鋼Fe-Mn-Mo構造部材、管材
安来鋼合金鋼工具鋼などの難易な素材製造性特殊鋼刃物、工具、金型材料、電子磁性材料、耐食耐熱材料
ステンレス鋼鉄合金Fe-Ni-Cr構造材、容器、配管
マルエージング鋼鉄合金Fe-18~30Ni(Co,Mo)航空宇宙用構造材、ゴルフクラブヘッド素材
42アロイ鉄合金Fe-42Ni低膨張率合金、 ICリードフレーム材
インバー鉄合金Fe-36Ni時計部品、実験装置
コバール鉄合金Fe-29Ni-17Co低膨張率合金
センダスト鉄合金Fe-9.5Si-5.5Al高透磁率合金、磁気ヘッド
パーメンデュール鉄合金Fe-Co高透磁率合金
ケイ素鋼鉄合金Fe-Si高透磁率合金
KS鋼鉄合金Fe-Co-W-Cr磁石材料
スピーゲルアイゼン鉄合金Fe-15Mn脱酸剤・脱硫剤
黄銅(真鍮:しんちゅう)銅合金60Cu-40Zn他バルブ、軸受
丹銅銅合金Cu-5~20Zn建材、装身具
トムバック銅合金Cu-15Zn貨幣、装身具
洋白(洋銀)銅合金Cu-27Zn-18Ni食器・バネ・金管楽器
青銅銅合金Cu-Sn軸受
白銅(キュプロニッケル)銅合金Cu-Ni貨幣
赤銅銅合金Cu-Au工芸用材料
コンスタンタン銅合金55Cu-45Niひずみゲージ、熱電対
ノルディック・ゴールド銅合金89Cu-5Al-5Zn-1Sn貨幣
クニフェ銅合金60Cu-20Ni-20Fe電球内のリード線
ジュラルミンアルミ合金Al-Cu構造材
シルミンアルミ合金Al-Si共晶鋳造材料(AC-3)
ハステロイニッケル合金50Ni-Mo-Cr-Fe耐熱・耐食
モネルニッケル合金63Ni-28~34Cu耐熱・耐食
インコネルニッケル合金72Ni-15Cr-Fe他耐熱合金
ニクロムニッケル合金80Ni-20Cr他電熱合金
サンプラチナニッケル合金85Ni-11Cr-3Ag-他眼鏡、歯科治療材料、装飾品
パーマロイニッケル合金Ni-Fe磁気ヘッドなど
マグネシウム合金その他Mg-Al他筐体
ステライト(タロナイト)その他Co-30Cr-10W他刃具・表面処理材料
フェロマンガンその他Mn-Fe脱酸剤・脱硫剤
はんだその他Pb-Sn他接合(低融点合金)
活字合金その他Pb-Sn-Sb印刷用活字
ウッドメタルその他50Bi-27Pb-13Sn-10Cd低融点合金(融点約70℃)
ガリンスタンその他68.5Ga-21.5In-10Sn低融点合金(融点約-19℃)
ナトリウムカリウム合金その他Na-K低融点合金(融点約20~-10℃)、高速増殖炉の熱媒体
ピューターその他Sn-Sb工芸用鋳物材料
バビットメタルその他Sn-Cu他軸受合金
超硬合金その他WC/Co切削刃具他
ウィディアその他WC/Co超硬合金のクルップ社の商標
ホワイトゴールドその他Au-Ni-Pd装飾品、貨幣
スターリングシルバーその他Ag-Cu食器、装飾品、貨幣
ミッシュメタルその他Ce-La他発火石
アマルガムその他Hg-Au他めっき
硬鉛その他Pb-Sb他鉛管、電極

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