高力黄銅（こうりょくおうどう、High-strength Brass）は、銅と亜鉛を主成分とする黄銅にアルミニウム・鉄・マンガンなどを加えた、銅合金の中でも特に強度と耐摩耗性に優れたグループです。この記事では、JIS規格で定められたCAC301〜CAC304の4グレードについて、成分・機械的性質・用途の違いをわかりやすく解説します。
① 高力黄銅の記号（CAC300番台）の読み方
JIS H 5120「銅及び銅合金鋳物」では、銅合金鋳物を”CAC”＋3桁の番号で分類しています。高力黄銅はCAC300番台に割り当てられています。
② 主要グレード比較表（CAC301〜CAC304）
| 記号 | 主な成分（参考） | 引張強さ（N/mm²） | 伸び（%） | 硬さ（HBW） | 主な用途 |
|---|---|---|---|---|---|
| CAC301 | Cu 55-60%, Zn 33-42%, Fe・Mn・Al 微量 | 430 以上 | 20 以上 | 100 以上 | 軸受、軸受保持器、仕切弁、レバー、ギヤ |
| CAC302 | Cu 55-60%, Zn 30-42%, Fe 0.5-2.0%, Mn 0.1-3.5% | 490 以上 | 18 以上 | 100 以上 | 船用プロペラ、軸受、仕切弁、ギヤ |
| CAC303 | Cu 55-60%, Zn 30-40%, Fe・Mn・Al・Ni 添加 | 590 以上 | 15 以上 | 130 以上 | 耐摩耗板、船用プロペラ、歯車、弁座 |
| CAC304 | Cu 60-65%, Zn 22-28%, Fe 2-4%, Al 5-7.5%, Mn 2.5-5% | 755 以上 | 12 以上 | 200 以上 | ウォームギヤ、圧延機用スリッパー、橋梁支承板、ブッシュ |
※ 成分・機械的性質はJIS H 5120に基づく代表的参考値。
③ 高力黄銅が「強い」理由：Al・Mn・Feの添加効果
鋳物の厚みが増すと内部の冷却速度が遅くなり、通常は強度が低下します（肉厚感受性）。高力黄銅はこの感受性が青銅鋳物に比べて小さいため、大型部品でも必要な強度を維持しやすいのが特長です。これが大型艦艇プロペラや橋梁支承板への採用につながりました。
グレード別 引張強さ比較
④ 他の銅合金鋳物との使い分け
| 材料 | 強度 | 耐摩耗性 | 耐食性 | 鋳造性 | コスト | 適した用途 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 高力黄銅 CAC304 | ◎ | ○ | ○ | ○ | 中 | 高荷重摺動、橋梁支承、ウォームギヤ |
| アルミニウム青銅 CAC702 | ◎ | ◎ | ◎ | △ | 中〜高 | 海水環境、高速摺動、船舶プロペラ |
| りん青銅鋳物 BC6 | △ | ○ | ○ | ◎ | 中 | 耐圧バルブ、精密鋳造品 |
| 普通黄銅鋳物 CAC201 | △ | △ | △ | ◎ | 低 | 軽荷重の弁体・装飾品 |
⑤ JIS・海外規格対応表
| JIS（日本） | 旧JIS | ASTM（米国） | EN（欧州） | GB（中国） | ISO |
|---|---|---|---|---|---|
| CAC301 | HBsC1 | C86100 相当 | CuZn34Mn3Al2Fe1 相当 | ZCuZn38Mn2Pb2 近似 | CuZn34Mn3Al2-C 近似 |
| CAC302 | HBsC2 | C86200 相当 | CuZn35Al2Mn2Fe1 相当 | ZCuZn40Mn2 近似 | CuZn35Al2Mn2Fe1-C 近似 |
| CAC303 | HBsC3 | C86300 相当 | CuZn25Al5Mn4Fe3 相当 | ZCuZn26Al4Fe3Mn3 近似 | CuZn25Al5Fe3Mn4-C 近似 |
| CAC304 | HBsC4 | C86400 / C86500 相当 | CuZn25Al5Mn4Fe3 近似 | ZCuZn25Al6Fe3Mn3 近似 | CuZn22Al4Mn3Fe3-C 近似 |
⑥ 用途別カード
低速・高荷重の噛み合いに最適。CAC304の高強度と適度な自己潤滑性が摩耗を抑えます。ウォームギヤは鋼製ウォームとの組み合わせが定番です。
重機・産業機械の軸受部に使われます。CAC301〜CAC302は靭性と強度のバランスから軸受保持器にも採用されています。
橋桁の荷重を均等に受け、熱膨張による変位を吸収する支承板にCAC304が使われます。高荷重下での耐クリープ性が評価されます。
小型プロペラではCAC302が今も活躍しています。大型品はアルミニウム青銅が代替しつつあります。
鉄鋼・非鉄の圧延ラインでロールを支持するスリッパーに使用。CAC304の引張強さ755 MPa以上という特性が重荷重下でも変形を防ぎます。
仕切弁・玉形弁の弁座・弁棒にCAC301が採用されます。耐食性と靭性を兼ね備え、繰り返し開閉動作に耐えます。
高力黄銅で押さえておきたいこと
高力黄銅について調べると、「黄銅なのに引張強さ755 MPa超え」という点が印象に残ります。Al・Mn・Feの複合添加によってβ相が強化・析出強化されるためであり、単純なCu-Zn二元合金とは本質的に異なる設計思想の合金です。CAC301〜CAC304の4グレードは強度・伸び・硬さのトレードオフで住み分けがされており、「靭性を残しつつ使いたいならCAC301・302」「極限の強度・耐摩耗性が必要ならCAC304」という選び方がポイントです。
