JPH06506982A - 機械加工可能の黄銅組成物に関する改良 - Google Patents

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】 機械加工可能の黄銅組成物に関する改良説明 本発明は元素および（または）予備合金化された非鉄金属粉末、有機潤滑剤を含 有する組成物を含み、またフレーク（ｆｌａｋｅ）グラファイト添加物を有する か、または有しない機械加工可能の黄銅に関する。予備合金化された黄銅組成物 は普通錠前ハードウェア　−　掛止めボルト、バトック本体、タンブラ−および 種々のハードウェア、すなわちナツト、ノブ、制御ハンドルおよびカムのような 構成要素の接続に使用されている。商業的な粉末冶金方法においては、粉砕され た金属が実際１何れかの望まれる形状を有する金属製品に変換される。

粉砕された金属は最初にダイ内で圧縮されて、ダイの大体の形状を有する「生Ｊ 、または締め固め体を形成するようになされる。次いてこの締め固め体は高温で 焼結されて、個々の金属粒子を融着させ、役立ち得る強度を有して、しかもこの 締め固め体を形成したダイの大体の形状を有する一体的な焼結金属部品を形成す るようになされる。

その後で、附形された構成要素は例えばドリリング、タッピングおよび旋盤加工 によって最終的な形状に機械加工される。

このような処理方法に使用される金属粉末は一般に純粋な金属またはこれらの合 金または混合物であって、焼結が理論的密度の６０％から９５％までを有する部 品または構成要素を生しさせる。もし特に大なる密度か要求される場合には、焼 結の代りに高温均衡圧縮のような処理方法が利用される。

このような処理方法に使用される黄銅合金は約ｌＯ％から３０％までの亜鉛およ び７０％から９０％までの銅より成っている。

これらの構成要素には固体の潤滑剤も含有されることができ、これらの潤滑剤は 通常ワックス、金属／非金属ステアリン酸エステル、グラファイト、鉛合金、二 硫化モリブデンおよび二硫化タングステンである。

しかし、多くの冶金的な目的に対しては、得られる焼結製品は機械加工可能でな ければならず、すなわち機械加工により表面を引裂いて粗面を残すことがなく、 また使用される工具を不当に純化させず、工具に固着しないようにして機械加工 できるものでなければならない。

従来は、鉛の比率については１０％までの量を合金によって材料中に含有させて 、得られる製品の機械加工性を助勢して改良するのが普通の方法であった。しか し、鉛は毒性のある物質で、合金の製造に鉛を使用することは法律および高価な 制御手順を受けなければならなかった。さらに、銅・鉛合金中の鉛相は高温の有 機または鉱物油によって腐蝕を受ける恐れがある。例えば、このような合金の温 度が上昇すると、油が崩壊を起させて過酸化物および有機ガスを形成し、これが 合金中の鉛相に成る程度の浸出を生じさせることが知られている。もしこのよう な浸出が何れか認められる程度まで進行すると、構成要素は、これが軸受または 構造的構成要素である場合には、誤動作を生じまたは故障する恐れがある。

従って、粉末冶金構成要素中の鉛の含有量を減少させ、またできるならば省略す ることが著しく有利である。種種の提案がこのことを行うためになされた。過去 において、粉末冶金材料中に含まれていた著しい比率の鉛は得られる製品の構成 要素に機械加工の容易性および耐久性を与えた。我々の審査中の出願第９００５ ０３６．０号において鉛の部分をビスマスにより置換えることが提案された。こ の出願は機械加工性を著しく減少させることなく鉛の部分の置換えを成功させた 。しかし、このことは、材料の横方向強度の若干の低減を伴った。多くの目的に 対しては、この横方向強度の低減は著しい問題ではない。

しかし、本出願人は、１．５重量％まての比率のグラファイトを添加することに よって、鉛の比率か２％またはそれ以下に低減し得るとともに材料の機械加工性 が改善されることを見出した。

従って、本発明の１つの特徴によって、機械加工性を改善するために０．１から １．５重量％までの比率のグラファイトか添加されることを特徴とする鋼および 亜鉛を含む粉末組成が提供される。この粉末組成は０．１から０．５重量％まで のグラファイトを含むのが望ましい。

本発明の特別の特徴によって、この組成は約２重量％までの鉛を含むことができ る。しかし、この組成は実質的に鉛がないのが望ましい。この組成は２重量％ま でのビスマスを含むことができ、このビスマスは元素ビスマスとして、またはビ スマス錫またはビスマス鋼の予備合金として存在することができる。このような 予備合金は銅−亜鉛の重量を基礎として０．１−２．４重量％の量で存在するこ とができる。

調査の結果、ビスマスが知られた毒性を有していないことが確認されている。ビ スマスは毒性がなく、Ｘ線不透過性材料として薬剤、癌低減治療において、また 外科手術的移植およびビスマスが機械加工性を改善するのにさらに有効であるの みならず、毒性が低いか、または実質的に毒性がないことを必要とするその他の 医療装置において益々開発され、拡大された用途を有するものである。

本発明はまた、本発明による粉末を使用する粉末冶金技術によって製造される場 合の製品をも含んでいる。

以下は例として唯本発明を実施する方法についての説明である。

例１：８０／２０非鉛黄銅 ８０％鋼および２０％亜鉛を含む予備合金された粉末冶金黄銅系が多くの付加を 受けた。この材料は標準処理条件にて高さか６．３５ｍｍ　（１／４　ｉｎ）の 標準ＭＰＩＦ横方向バーの形状に形成された。次いでこのバーは標準条件で焼結 されて横方向破壊強度および穿孔速度について試験された。

例２：９０／１０非鉛黄銅 この例は例１と同様であったが、９０％鋼および１０％亜鉛を含む黄銅を使用し た。総て試験および処理は同じであった。

例３・７０／３０非鉛黄銅 この例は例１と同様であったが、７０％鋼および３０％亜鉛を使用した。総ての 試験および処理は同じであった。

試験手順 種々の異なる用途、特性等のために、それぞれの黄銅材料は種々の異なる生の密 度にて試験された。このようにして、 例　黄銅の組成　生の密度 １　８０％鋼　２０％亜鉛　７．６ｇ／ｃｍ”２　９０％鋼　１０％亜鉛　７． ８ｇ／ｃｍ”３　７０％鋼　３０％亜鉛　７．３ｇ／ｃｍ”総てのバーはｄＮＨ ３の保護雰囲気の下で８７１．１１℃（１６００°Ｆ）にて全時間４５分間焼結 された。

このことは温度における３０分間と解釈される。それぞれのバーはティニアス・ オルセン試験機にて約＋０．２５０のクロスヘッド速度で破壊試験を施された。

総ての試験は６つの横方向破壊バーを含んでいて、その内の３つは横方向破壊強 度について試験され、３つは穿孔試験について使用された。

穿孔試験に使用された３つのバーはそれぞれその中に２つの孔を機械加工されて いた。総ての３つのバーが試験された後で始めて新しいドリルビットが使用され 、すなわち、１つのビットがそれぞれの試験系列に対して使用され、換言すれば 、１つのビットが６つの孔に対して使用された。

穿孔試験に対する手順および明細 装置　１つのドリルスタンド １つのパワードリル １つのドリルビット ドリルスタンドユニのスタンドは高さを調節可能の鋼のアーバープレスであった 。スタンドを被加工材ベンチに緊締するために緊締装置は使用されず、これによ って全体の装置か容易に動かすことができた。

ドリルはスタンドの上の滑動リングおよび支持コラムに取付けられた。滑動リン グは３．８３ｋｇ　（８，４３ｆｂｓ）の重量であった。

パワードリルごモデル　−　スキル（Ｓｋｉｌ）モデル９１−　標準標準能力（ Ｓｔａｎｄａｒｄ　Ｄｕｔｙ）レバーシング９５３ｍｍ（３／８″）ドリル　− 〇−９００回転／毎全１１０ボルト２．５アンペア　型式１ ドリルは１．５９ｋｇ　（３，５ｆｂｓ）の重量であった。

ドリルビット：　４．７６ｍｍ　（３／１６　ｉｎ）の短いシャンクのドリルビ ット　−１３５°の割先端ＨＳねじ切ドリル（Ｓｃｒｅｗ　Ｍａｃｈｉｎｅ　Ｄ ｒｉｌｌ）重量６．０４ｇすなわち０．１３１！ｂｓ　（１０個のドリルの平均 ） ドリルはローレル・ボルト・アンド・サプライ・カンパニー・インコーホレーテ ッドがらカタログ番号７０１ＴＣによって購入された。

手順：１つの試験バーが万力に固定され、ドリルスタンドの下方に配置された。

ドリルビットがチャックに取付けられた後緊締された。ドリルが駆動され、作業 者の制御を受けないで最大速度で運転されるように設定された。

次いでドリルの先端がバー上の適当な位置に配置されて接触しないようにしてで きるだけ接近するように降下７　された。次いでドリルおよびスタンドの組合せ は、トリ５　ルか試験バーを貫通して連続的な孔を機械加工して了う分　まで重 力によって降下可能になされた。全体の落下重量は５．４２ｋｇ　（１１゜９Ｌ ／ｂｓ）であった。作業者がストップウォッチによって秒の単位で穿孔時間を時 間っ　測定した。

次いで２．５４ｃｍ　（１ｉｎ）当りの秒単位の穿孔速度がバーの高さから計算 された。次にそれぞれの試験についての６つの値が平均された。

その結果は次の表に示されている。すなわち表１を見ると、グラファイトの比率 を組入れることがそれぞれの試料に対する穿孔速度の実質的な増加を与えること か明らかである。例えば、試料ｌに対して穿孔速度は０，８６から１．０６ｃｍ ／分（０，３４から０゜４２ｉｎ／分）に増加し、僅かな横方向破壊強度の減少 を伴う。他方において試料４にて錫および鉄の組入れおよびグラフフィトの組入 れは０．８６ｃｍ／分（０，３４ｉｎ／分）を超過する実質的な穿孔時間の増加 を示し、このことはまた横方向破壊強度の僅かな減少を伴うものである。

前述のことから、グラファイトの量の増加が引続いて穿孔速度の増加を手術させ るが、他の合金成分の添加によって良好な横方向破壊強度を保持し、同時に妥当 な機械加工性を保持できることか判る。

銅ビスマスおよび錫ビスマスを組入れることにより、横方向強度は減少すること が判るけれども、記録された穿孔速度の著しい増加か注目される。

従って、当業者には錫ビスマスおよび鋼ビスマスの予備合金の所望の組合せを選 択し、同時に成る量のグラファイトを添加することによって、横方向強度ととも に穿孔速度により測定される機械加工性ががなり広い範囲にわたって予め設定さ れた限界内で制御できることが認め銅・亜鉛の基礎合金から特定の合金か準備さ れ、これか６．３５ｍｍ　（１／４　ｉ　ｎ）のバーに形成された。総ての試験 片は報告された７、６の生の密度に圧縮された標準ＭＰＩＦ横方向破壊試験バー であった。これらの試験片は総て８７１．１ピＣ（１６００’Ｆ）で解離アンモ ニア雰囲気の下で４５分の全時間の間焼結された。

バーは横方向強度を試験され、５１１０ｋｇ／ｃｍ”（ｆｉｎ２当り７３０００ ｉ’ｂｓ）の横方向破壊強度を存することか見出された。穿孔速度は０．８６ｃ ｍ／分（０，３４ｉｎ／分）であった。

試料Ａ 本発明により、焼結のために締め固めを行う前に０゜５％の炭素グラファイトが 添加された同様の材料からバーが準備された。この場合、得られたバーは４１３ ０ｋｇ／ｃｍ２　（５９０００Ｉ！ｂｓ）の横方向強度を育していた。しかしな がら穿孔速度は３．３０ｃｍ／分（１゜３ｉｎ／分）であった。

試料Ｂ 試料Ａが反復されたが、０．５％の炭素グラファイトが５０％の銅および５０％ のビスマスを含む１重量％の銅ビスマス予備合金に置換えられた。得られたバー は４２００ｋｇ／ｃｍ２　（ｓｏｏｏｏＩ！ｂｓ／ｉｎ”）の横方向破壊強度を 有していた。穿孔速度は１．２７ｃｍ／分（０，５ｉｎ／分）であった。

試料Ｃ 試料Ａが反復されたが、炭素グラファイトが１重量％の錫ビスマスに置換えられ た。この場合の横方向強度は５０９６ｋｇ／ｃｍ２（７２８００ｉｂｓ／ｉｎ” ）であった。しかし穿孔速度は０．９７ｃｍ／分（０，３８ｉｎ／分）に低下し た。

試料り この例においては、１重量％の銅ビスマスの予備合金が試料への炭素グラファイ ト合金に添加されて、試験か反復された。この場合、得られた横方向強度は３２ ２０ｋｇ／ｃｍ２　（４６０００ｆｂｓ／ｉｎ”）であった。

二の場合の穿孔速度は４．５７ｃｍ／分（１，８０ｉｎこの例においては、試料 りが反復されたが、銅ビスマス予備合金が１重量％の錫ビスマス予備合金に置換 えられていた。得られたバーは４７２５ｋｇ／ｃｍ”　（６７５００１ｂｓ／ｉ ｎ”）の横方向強度を有していた。この場合の穿孔速度は２．５４ｃｍ／分（１ ，０ｉｎ／分）であった。

従って、前述のことから、グラファイトの量に対して銅ビスマスまたは錫ビスマ スの予備合金の比率を適当にすることによって横方向破壊強度および穿孔速度が かなり精密な限界内に制御できることが理解される。しかしながら当業者には、 機械加工性の顕著な増加は材料の横方向強度を犠牲にして得られる傾向のあるこ とが注目される。

平成５年７月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．銅および亜鉛を含む粉末組成物において、この組成物の機械加工性を改善す るために０．１から１．５重量％までの比率のグラファイトが添加されているこ とを特徴とする粉末組成物。 ２．前記組成物がまた２重量％までの鉛を含んでいることを特徴とする請求の範 囲第１項に記載された粉末組成物。 ３．銅および亜鉛を含む実質的に鉛のない組成物において、前記組成物の機械加 工性を改善するために０．１から１．５重量％までの比率のグラファイトが添加 されていることを特徴とする組成物。 ４．グラファイトの量が０．１から０．５重量％までになされている前掲請求の 範囲の何れかに記載された組成物。 ５．前記組成物がまた約２重量％までのビスマスを含んでいる前掲請求の範囲の 何れかに記載された組成物。 ６．前記ビスマスが元素または予備合金されたビスマスとして存在している請求 の範囲第５項に記載された組成物。 ７．前記組成物がまたビスマス錫および（または）ビスマス銅の予備合金を含ん でいる前掲請求の範囲の何れかに記載された組成物。 ８．前記組成物中の前記予備合金の量が銅−亜鉛の重量を基礎として０．１から ２．４重量％までになされている請求の範囲第６項または第７項に記載された組 成物。 ９．前記組成物が約７０から９０重量％までの銅および約３０から１０重量％ま での亜鉛を含んでいる前掲請求の範囲の何れかに記載された組成物。 １０．前記組成物がまたワックス、金属／非金属ステアリン酸エステル、二硫化 モリブデンおよび二硫化タングステンから選ばれた潤滑剤を含んでいる前掲請求 の範囲の何れかに記載された組成物。 １１．前掲請求の範囲の何れかに記載された組成物から作られた附形された金属 合金製品。 １２．前記製品が焼結または高温均衡圧縮によって前記組成物から作られている 請求の範囲第１１項に記載された製品。 １３．銅および亜鉛を含む粉末組成物における、この組成物から作られた製品の 機械加工性を改善するための０．１から１．５重量％までの比率のグラファイト の使用。