JPH0788548B2

JPH0788548B2 - 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金

Info

Publication number: JPH0788548B2
Application number: JP4066287A
Authority: JP
Inventors: 英俊阿久津
Original assignee: Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 1987-02-24
Filing date: 1987-02-24
Publication date: 1995-09-27
Anticipated expiration: 2010-09-27
Also published as: JPS63206441A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕この発明は、高強度と高靭性を有し、さらに耐摩耗性に
すぐれ、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対する
周期特性にもすぐれ、したがつてこれらの特性が要求さ
れる自動車のトランスミツシヨン構造部材や変速機のシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いるのに適したCu合
金に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、一般に、上記の自動車のトランスミツシヨン構造
部材や変速機のシンクロナイザリングなどの製造には、
強度および靭性、耐摩耗性、さらに高い摩擦係数が要求
されることから、これらの特性を具備したアルミニウム
青銅や高力黄銅などのCu合金が用いられている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、近年、上記各種機器の小型化および軽量化、並
びに高出力化に伴い、これらを構成する部材はより一段
とすぐれた強度、靭性、および耐摩耗性、さらに高い摩
擦係数を具備することが要求されるようになつている
が、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅などの従来Cu合
金では、これらの要求を十分満足させることができない
のが現状である。

〔問題点を解決するための手段〕

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記各
種機器の小型化および軽量化、さらに高出力化に対応で
きる構造部材用材料を開発すべく研究を行なつた結果、
重量％で（以下％は重量％を示す）、 Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、さらに必要に応じて、 Mn:0.1〜４％と、Pb:0.05〜1.5％、 Sn:0.05〜2.5％、Si:0.005〜0.5％、のうちの１種または２種以上を含有し、残りがCuと不可
避不純物からなる組成、並びに素地中に金属間化合物と
酸化物が均一分散した組織を有するCu合金は、高強度お
よび高靭性、さらにすぐれた耐摩耗性を有し、かつ摩擦
係数も高く、したがつてこのCu合金をトランスミツシヨ
ン構造部材やシンクロナイザリングなどの製造に用いた
場合に、これら部材で構成される各種機器の小型化およ
び軽量化が可能となり、かつ高性能化をはかることがで
きるようになるという知見を得たのである。

この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであつ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。

（ａ） ZnおよびAl これらの成分には、共存した状態で合金の強度および靭
性を向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれZ
n:17％未満およびAl:2％未満では所望の高強度および高
靭性を確保することができず、一方その含有量がZn:40
％およびAl:11％を越えてもより一層の向上効果は現わ
れないことから、その含有量をそれぞれZn:17〜40％お
よびAl:2〜11％と定めた。

（ｂ）酸素酸素（O₂）には、AlやTi,Zr,V,さらにSiと結合して素地
中に均一に分散する酸化物を形成し、もつて相手部材に
対する同期特性の評価となる摩擦係数を高めるほか、耐
摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が50ppm
未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その含
有量が3000ppmを越えると、酸化物が凝集し、かつ多量
となつて強度および人生が低下するようになることか
ら、その含有量を50〜3000ppmと定めた。

（ｃ） Ti,Zr,およびＶこれらの成分には、CuおよびAl,さらにFe,Ni,Coと結合
して素地中に均一に分散する金属間化合物を形成するほ
か、上記の通り酸素と結合し、AlやSiと共に酸化物を形
成して、相手部材に対する同期特性を改善すると共に、
耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.1
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が3.5％を越えると、合金の靭性が低下するよう
になることから、その含有量を0.1〜3.5％と定めた。

（ｄ） Fe,Ni,およびCo これらの成分には、上記の通り、金属間化合物形成成分
として働き、摩擦係数を高め、かつ耐摩耗性を向上させ
る作用があるが、その含有量が0.02％未満では前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が３％を越え
ると、靭性が低下するようになることから、その含有量
を0.02〜３％と定めた。

（ｅ） Mn Mn成分には、合金の強度を一段と向上させ、かつ熱履歴
に対して合金組織を安定化する作用があるので、必要に
応じて含有させるが、その含有量が0.1％未満では前記
作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が４
％を越えると、溶製時に酸化物スラグの量が増えるよう
になつて、鋳塊の健全性が損なわれるようになることか
ら、その含有量を0.1〜４％と定めた。

（ｆ） SnおよびSi これらの成分には、いずれも素地を強化し、もつて耐摩
耗性を向上させる作用があるので、必要に応じて含有さ
れるが、その含有量がそれぞれSn:0.05％未満およびSi:
0.005％未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、
一方その含有量がそれぞれSn:2.5％およびSi:0.5％を越
えると、合金の靭性が低下するようになることから、そ
の含有量を、それぞれSn:0.05〜2.5％,Si:0.005〜0.5％
と定めた。

（ｇ） Pb Pb成分には、高負荷摩擦条件下における耐焼付性を向上
させ、かつ被削性を改善する作用があるので、必要に応
じて含有させるが、その含有量が0.05％未満では前記作
用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が1.5％
を越えると、強度および靭性が低下するようになること
から、その含有量を0.05〜1.5％と定めた。

〔実施例〕

つぎに、この発明のCu合金を実施例により具体的に説明
する。

通常の高周波炉を用い、溶解雰囲気をArガスとCOガスの
混合ガス雰囲気とし、かつO₂含有量の調整は前記混合ガ
ス雰囲気のうちのCOガスの供給を止めた状態で、所定量
のO₂を溶湯に吹き込むことによつて行ない、それぞれ第
１表に示される成分組成をもつた溶湯を調製し、これら
の溶湯をそれぞれ水冷鋳型に鋳造し、直径:200mm×長
さ:400mmのビレツトとし、このビレツトに600〜750℃の
範囲内の所定温度で熱間押出し加工を施して、所定径の
丸棒試験片とし、ついでこの丸棒試験片に550〜700℃の範囲内の所定温度に１時間
保持後空冷の熱処理を施すことによつて本発明Cu合金１
〜38および比較Cu合金１〜７をそれぞれ製造した。

なお、比較Cu合金１〜７は、いずれも構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に※印を付したもの）が
この発明の範囲から外れたものである。

つぎに、この結果得られた本発明Cu合金１〜38および比
較Cu合金１〜７について、強度を評価する目的で引張強
さ、靭性を評価する目的でシヤルピー衝撃性と伸びを測
定し、さらに耐摩耗性と、部材に対する同期特性を評価
する目的で、試料：直径3mmのピン材、相手材:JIS・SCM420の浸炭焼入鋼（硬さ:H_RC61.5）、オイル：ギヤオイル90番、油温:60℃、摩擦速度:2m/sec、圧力:100Kg/cm²、滑り距離:1.5Km、の条件でピン摩耗試験を行ない、比摩耗量を測定すると
共に、トルクメータから摩擦係数を算出した。これらの
結果を第２表に示した。

〔発明の効果〕

第１表および第２表に示される結果から、本発明Cu合金
１〜38は、いずれも高強度および高靭性を有し、さらに
すぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有するのに対して、
比較Cu合金１〜７に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れると、
上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣つた
ものになることが明らかである。

上述のように、この発明のCu合金は、高強度および高靭
性を有し、さらにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有
するので、特にこれらの特性が要求される自動車のトラ
ンスミツシヨン構造部材や変速機のシンクロナイザリン
グなどの製造に用いた場合に、これら機器の小型化、軽
量化、および高出力化を可能とするなど工業上有用な特
性を有するのである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Zn:17〜40％,Al:2〜11％，酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％，を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％，を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項２】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Mn:0.1〜４％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項３】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Sn:0.05〜2.5％およびSi:0.005〜0.5％のうちの１種ま
たは２種、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項４】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Pb:0.05〜1.5％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項５】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Mn:0.1〜４％と、 Sn:0.05〜2.5％およびSi:0.005〜0.5％のうちの１種ま
たは２種、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項６】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Mn:0.1〜４％と、Pb:0.05〜1.5％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項７】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Sn:0.05〜2.5％およびSi:0.005〜0.5％のうちの１種ま
たは２種と、 Pb:0.05〜1.5％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
【請求項８】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、酸素:50〜3000ppm、を含有し、 Ti,Zr,およびＶのうちの１種または２種以上:0.1〜3.5
％、を含有し、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.02〜３
％、を含有し、 Sn:0.05〜2.5％およびSi:0.005〜0.5％のうちの１種ま
たは２種と、 Mn:0.1〜４％と、Pb:0.05〜1.5％、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。