JPH01237A

JPH01237A - 高強度耐摩耗性の銅合金

Info

Publication number: JPH01237A
Application number: JP63-81174A
Authority: JP
Inventors: 根洙李; 朴　東奎
Original assignee: 豊山金属工業株式会社
Priority date: 1987-04-10
Filing date: 1988-04-01
Publication date: 1989-01-05

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、優れた強度と耐摩耗性を有する高強度耐摩耗
性の銅合金に関する。

（従来の技術）従来、高′ｌ！Ａ高荷重の下で使用された耐摩耗性銅合
金としては高力黄銅に８１を添加したＭｎ−３ｉ金金属
化合物の析出型黄銅が知られており、これに強度と耐摩
耗性を向上させるために種々の元素を添加して改善した
ものなどがあった。

（発明が解決しようとするｉ題）しかし、高強度耐摩耗性黄銅の析出物であるＭｎ５　Ｓ
ｉ３金属間化合物は一般に針状或は棒状に粗大に析出さ
れ、塑性変形により・一定方向に方向性をもつことにな
るため、その方向に従いｆＮｆ１粍性が左右され、尚且
つ素地の組織が粗大であるため、素材全体にわたって強
度及び耐摩耗性のごとき高強度耐摩耗性の銅合金に要求
される品質特性が均一でないという問題点を有していた
。

従って、従来のＭｎ−３ｉ析出型高強度耐摩耗性の黄銅
は一般の高力黄銅に比して強度及び耐摩耗性が優れてい
るにもかかわらず、品質の信頼性を要求される精密部品
やより過酷なｒｌＪｉ１１条件の下では好適な素材であ
るとみなしえなかった。

本発明の目的は、このような従来のＭｎ−３ｉ析出型高
強度耐摩耗性黄銅が有した問題点を解消し耐摩耗性を向
上させるとともに品質特性を均一化させた高強度耐摩耗
性の銅合金を提供するものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明の高強度耐摩耗性の銅合金は、Ｃｕ：５４〜６６
％、／Ｖ：　　１．０〜５．０％、１４ｎ：　　１．０
〜５．０％、Ｓｉ：　　０．１〜２．０％、Ｓｎ：Ｏ８
１〜３．０％、Ｂ：０．０１−〜１．０％を含み、残り
が亜鉛及び不可避的（避けられない）不純物よりなるも
のである。

また、本発明の高強度耐摩耗性の銅合金は、Ｃｕ：５４
〜６６％、Ａｊ：　　１．０〜５．０％、Ｍｎ：　　１
．０〜５．０％、Ｓｉ：Ｏ２Ｎ２．０％、Ｓｎ：　　０
，１〜３．０％、・Ｂ　：　　０．０１〜１．０％とｒ
ｅ、　Ｎｉ、　Ｃｒの°３元素中の１種または２種以上
を０．１〜４．０％含み、残りが亜鉛と不可避的（避け
られない）不純物よりなるものである。

（作用）本発明の高強度耐摩耗性の銅合金は、素地の組織をβ単
相またはα＋β相とし、これにＭｎ及びＳｉを適正比で
添加して耐摩耗性を向上さゼるＭｎ−３ｉ金金属の化合
物を析出させ、更にＳｎと８を添加してＭｎ−８ｉ析出
物を微細化させて強度及び耐摩耗性を向上させ、析出物
の微細化により析出物の方向性を減少させるとともに、
素地の結晶粒を微細化して、強度と靭性及び耐摩耗性の
高い高強度耐摩耗性の銅合金に要求される品質特性を素
材全体にわたって均一化させたものである。

また、Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃｒの３元素中の１種または２
種以上を更に添加してＭｎ−８ｉ金金属化合物と複合′
化合物を形成して析出物の自己強度を増加させて、高強
度耐摩耗性銅合金の素材の強度及び耐摩耗性を更に向上
させたものである。

次に本発明を構成する特定の成分比（重量％）の元素の
作用について各個に説明する。

Ｃｕ：５４〜６６％ＣＵはＮ及びＺｎとともに素地組織をβ単相或はα＋β
相にするためにそのように設定したのである。

Ａ１：１．０〜５．０％Ｎは、β相生成促進元素であって機械的性質、殊に強度
及び硬度を向上させる。５％以上のときは鋳造組織を粗
大化する傾向が強く、酸化スラグを生成し易いため鋳造
性が低下し、或はγ相の生成量が増加して靭性がかなり
損われる。また、１％以下になると強度向上効果はあま
り期待できない。

Ｍｎ：　　１．０〜５．０％Ｍｎは、Ｎのごとく機械的性質を向上させ、特に耐摩耗
性を向上させるＭｎ−８ｉ　ｆ、属間化合物を析出させ
る必須の元素である。添加層が５％を超えると効果はさ
ほど大きくならず鋳造性を低下させる。一方、１％以下
の場合には上記金属間化合物の生成ｌは極度に減少する
。

Ｓｉ：　　０．１〜２ｉｏ％Ｓｉは、Ｍｎと金属間化合物を形成する必須の元素であ
る。添加量が２％以上であると脆化して靭性が減少され
るし、０．１以下になると金属間化合物の析出量が極度
に減少する。

以下、本発明の特徴とする添加元素のＳｎ、　３及びＦ
ＯｌＮｉ、　Ｃｒの添加効果について説明する。

Ｓｎ：　　０．１〜３．０％ａｎは、Ｍｎ−８ｉ析出物を微細化して強度及び靭性を
向上させ、特に耐摩耗性の向上効果に優れる。

しかし、３％を超えるときは合金が脆化する反面、０．
１％以下の場合には上記の効果は認められない。

Ｂ：０．０１〜１．０％８は、Ｓｎと同様にＭｎ−３ｉ析出物の微細化効果があ
り、特に少量の添加によっても素地の結晶粒を著しく微
細化させて強度及び靭性を向上させる。

Ｂによる結晶粒微細化の効果は、特に高温でも結晶粒の
成長を抑えて微細な結晶粒を保持するため、過酷な摩擦
条件による摩擦熱によっても耐摩耗性及び強度低下を生
じさせないことになって品質特性を安定化させる。しか
し、１．０％以上を添加しても、効果は大きく増加しな
いことになるため、経済的側面から１．０％に限定する
のが望ましい。

従って、従来の合金にｓｎ及びＢを添加すると、強度と
靭性及び耐摩耗性の向上はもとより、Ｍｎ−３ｉ析出物
を微細化して塑性変形による析出物の１ノ向性発生を減
少させることができるし、また、結晶粒も微細化できる
ため、その結果、素材全体の品質特性を均一化すること
ができる。

一方、Ｆｃ、　Ｎｉ及びＣｒはこれらのうち１種または
２種以上の複合添加の際、Ｍｎ−３ｉ金属間化合物と結
合してＭｎ−３ｉ　　（Ｆｅ、　Ｎｉ、　Ｃｒ）の複合
化合物を形成し、該複合化合物は従来の合金のＭｎ−３
ｉ金属間化合物に比して自己強度が高いので素材の強度
耐摩耗性の向上効果が大きい。しかし、これらの添加量
が０．１％以下であると、添加効果が表われない。

（実施例）本発明の高強度耐摩耗性の銅合金を実施例によって説明
する。

高周波溶解炉を用いてそれぞれ別紙（表１）に表示され
た成分組成（数値は重量％）を有する実施例の合金１乃
至１４及び従来例の合金１乃至゛４を大気中において溶
解した後、金型で鋳造して３０ａｓ＋厚さのスラブを造
った。

そして、３０ｍ厚さに鋳造されたスラブの面取りをした
後、熱間圧延を行い１０Ｍ厚さの板につくった。

更に、この熱間圧延された板を４ｏｏ℃で５時間焼なま
しをして試験片を採取しそれぞれ引張り試験、硬さ試験
、摩耗試験を行った。

この際、摩耗試験は回転摺摩耗り式により測定した。即
ち、上記した１０ａｇ厚さのスラブがら内径１６！Ｉａ
φ、外径３０ａｓ＋φのドーナツ状の試料を取って、該
試料を５ｕＪ−２特殊鋼等で造られた内径１６ａ＊φ、
外径３５ａｗφの相対鉄片と互に対向するように密着さ
せ、最大圧縮応力５０に９／ｄ、試料片の回転速度８０
０ｒｐｍ、相対鉄片の回転速度５６０　ｒｌ）ｌ（ｆｆ
ｉ度３０％）で回転摩擦させ、５０万回及び１００乃回
を行った後の摩耗ｍ　（１１ｇ）を測定した。

また夫々の合金の平均粒度、析出物の大きさを測定した
。

それぞれの試験結果、測定結果は別紙（表２）に示すと
おりである。

（表２）から実施例の合金１乃至１４は従来例の合金１
乃至４に比して強度及び靭性が向上されており、殊に耐
摩耗性が大きく向上していることが分かる。

また素地の結晶粒及びＭｎ−８ｉ金属間化合物（または
複合化合物）の大きさもかなり小となって従来例の合金
に比して強度と靭性及び耐摩耗性のごとき高強度耐摩耗
性の銅合金に要求される品質特性が素材全体にわたって
均一化されていることが分かる。

これを更に詳しく説明すれば、実施例の合金４は従来例
の合金１（従来の高強度耐摩耗性の黄銅）にＳｎ　：　
　２．５２％及びＢ：０．０１１％を添加したもので、
従来例の合金１に比して強度と靭性が向上されており、
殊に耐摩耗性の向上とＭｎ−３ｉ析出物の微細化効果が
顕著であった。

また実施例の合金５は、従来例の合金１にｓｏ：０．１
５％及びＢ　：　　０．６６４％を添加したもので、従
来例の金遣１に比して強度と耐摩耗性が向上されており
、殊に結晶粒の微細化及び析出物の微細化効果が顕著で
あった。

更に、従来例の合金１にＳｎ：　　１．５８％及びＢ二
０、１２１％を添加した実施例の合金６は強度と靭性及
び耐摩耗性向上が顕著であり、殊に結晶粒の微細化効果
が卓越であった。

また、実施例の合金６の試験素材が４００℃で５時間焼
なましされた状態であるのを勘案すれば、実施例の合金
６はｓｎ及びＢの添加により高温でも結晶粉の成長を抑
えられるものと判断される。

従って、実施例の合金６はより過酷な摩擦条件の下で生
ずる摩擦熱に対しても強度及び耐摩耗性の低下が生じな
いことになり、これによっても強度及び耐摩耗性の特性
が安定化されるのが分かる。

これはｓｎとＢの添加によりＨローＳｉ析出物が微細化
し素地中に均一・に分散されかつ素地の結晶粒を微細化
するためである。

一方、実施例の合金３にＦｃ１旧、Ｃｒの中の１種また
は２種以上を添加した実施例の合金７乃至実施例の合金
１４は、実施例の合金３乃至実施例の合金６に比して強
度及び耐摩耗性がかなり向上されている。

これは、Ｆｅ、　Ｎｉ、ｃｒの中の２）ｆｆ！または３
ｆ！を添加した従来の高強度耐摩耗性の黄銅におけるＭ
ｎ−３ｉ　ｆｌｔＦｆＡ間化合物とは異なるＭｎ−３ｉ
　　（Ｆｅ、　Ｎｉ１Ｃｒ）の複合化合物を形成させて
析出物の自己強度を大いに増加させたためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、強化された金ａｍ化合物を微細化させ
て素地内に均一に分散させることにより、高強度及び耐
摩耗性を保持することはもとより、析出物の微細化によ
り塑性変形による析出物の方向性発生を減少させ、かつ
素地の結晶粒を微細化させることにより、素材全体にわ
たって均一な材質を保持して品質が安定されるので、よ
り過酷な使用条件や信頼を要求される耐摩耗性の精密部
品に好適である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）Ｃｕ：５４〜６６％、Ａｌ：１．０〜５．０％、
Ｍｎ：１．０〜５．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｓ
ｎ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．０１〜１．０％と残り
が亜鉛と不可避的不純物とからなることを特徴とする高
強度耐摩耗性の銅合金。
（２）Ｃｕ：５４〜６６％、Ａｌ：１．０〜５．０％、
Ｍｎ：１．０〜５．０％、Ｓｉ：０．１〜２．０％、Ｓ
ｎ：０．１〜３．０％、Ｂ：０．０１〜１．０％とＦｅ
、Ｎｉ、Ｃｒの３元素中の１種または２種以上を０．１
〜４．０％含み、残りが亜鉛と不可避的不純物とからな
ることを特徴とする高強度耐摩耗性の銅合金。