CN105821239B - 由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的在于提供一种由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法，该铸造件由在金属模制造时不产生凝固裂纹的金属模铸造用铜基合金构成。其特征在于，使用耐脱锌性和金属模铸造性优异，并且以质量％计，由如下组分组成的铜基合金：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.2～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.1～2.0％；Sb、As和P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；剩余部分为Zn和杂质。
Description
技术领域
本发明涉及一种耐脱锌腐蚀性优异的铜基合金，特别涉及一种最适合于水龙头、阀门等的耐腐蚀性优异的金属模铸造用铜基合金和金属模铸造件的制造方法。
背景技术
作为耐腐蚀性优异且通过金属模铸造而抑制铸造裂纹的铜基合金，日本专利第3461081号公报中公开了一种金属模铸造用合金，其组分为Sn、Sb、As、P、Pb、Al、Fe、Zn和Cu，其特征在于，关于各组分的配混比，Sn为0.05～0.2重量％；Sb、As或P中的任意一种或两种以上为0.05～0.3重量％；根据Zn＝1、Sn＝2、Pb＝1、Al＝6、Fe＝0.9的吉耶(Guillet)系数而算出的锌当量为35.7～41.0重量％；剩余部分由Cu构成；β相的面积占有比为15％以下，凝固温度范围为17℃以下。
但是，该公报中公开的铜基合金中，明确记载了在Sn为0.2重量％以上(凝固温度范围超过17℃)时铸造金属模的情况下，会产生凝固裂纹。
不过，在黄铜材料的制造中，一般不仅使用纯净材料，也能使用再生原料，但是在普通易切削黄铜的再生原料中，有Sn最大含有0.8％左右的情况。
因此，在该公报中公开的铜基合金中，只能使用少量的再生原料，电解铜、电解锌等的纯净材料的使用比率会变高，结果会使成本上升。
另外，Sn成分也会对改善耐腐蚀/锈蚀性有作用，所以期望开发出能够允许加入一定量Sn的金属模铸造用合金。
【现有技术文献】
【专利文献】
【专利文献1】日本专利第3461081号公报
发明内容
发明想要解决的问题
本发明的目的在于提供一种铸造件的制造方法，该铸造件由在铸造金属模时不产生凝固裂纹的耐腐蚀性金属模铸造用铜基合金构成。
用于解决问题的方案
本发明中使用的铜基合金的耐脱锌腐蚀性以及金属模铸造性优异，为低Pb的铜基合金。
本合金的特征在于，使用了以质量％计，由如下组分组成的铜基合金：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.2～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.1～2.0％；Sb、As和P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；剩余部分为Zn和杂质。
本发明的特征在于：在铜基合金(黄铜)中，通过添加Sn成分而改善了耐腐蚀性的同时，通过使Fe成分、Si成分的组合最适化而改善了铸造性。
另外，本发明中使用的金属模铸造用铜基合金的特征在于，以质量％计，Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.2～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.1～2.0％；Sb、As和P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；还含有Te：0.01～0.45％和Se：0.02～0.45％中的至少一种元素；剩余部分为Zn和杂质。
另外，本发明中使用的金属模铸造用铜基合金的特征在于，以质量％计，Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.2～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.1～2.0％；Sb、As或P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；还含有Te：0.01～0.45％和Se：0.02～0.45％中的至少一种元素或者/以及Mg：0.001～0.2％和Zr：0.005～0.2％中的至少一种元素；剩余部分为Zn和杂质。
在本发明中，优选在上述合金中进一步添加3～15ppm的B成分。
在本发明中，使用本合金而铸造金属模后，在450～550℃下保持30分钟以上3小时以内，使β相的面积占有比率为15％以下。
发明的效果
本发明的铜基合金能够抑制通过金属模铸造而产生的铸造裂纹，并且耐脱锌腐蚀性很优异。
附图说明
图1表示评价中使用的铜基合金的成分表。
图2表示铜基合金的金属模铸造件的评价结果。
图3表示裂纹性的评价中使用的金属模构造。
图4表示Sn：1.5％、1.0％的热处理结果。
图5表示Sn：0.8％、0.4％的热处理结果。
图6表示Sn：0.2％、0.08％的热处理结果。
图7表示脱锌试验结果。
具体实施方式
以下，对本发明中使用的铜基合金的成分进行说明。
Cu成分优选为65.1～69％的范围。
Cu成分低于65％的话，β相会增大，耐腐蚀性会降低。
Cu成分增加的话，虽然耐脱锌腐蚀性等的耐腐蚀性会上升，但价格会很昂贵，故优选65.1～69％的范围。
Pb是为了提高切削性的添加元素，在本发明中，根据需要而添加0.05％以上的Pb，但超过0.25％的话，铅的溶出值会变高，因此，设定为0.25％以下。
如上述那样，Sn成分会在铸造时容易引起凝固裂纹。在金属模铸造中使用铜基合金的情况下，一般必须设定Sn成分为0.2％以下。
在本发明中，可通过Sn：0.05～2.0％的范围来防止铸造裂纹。
另外，为了赋予耐脱锌性，Sn为0.1％以上是必须的。
Fe成分促进结晶的细微化，抑制铸造时的裂纹，提高铸造性。
Fe成分可以在0.06～0.2％的范围内。
将Fe成分控制在该范围的话，能够抑制添加Sn所导致的铸造裂纹。
特别是在Fe：0.06～0.1％的范围内，即使Sn多至2.0％，也不会引起铸造裂纹。
Al成分会提高流动性，但是很多的话会使耐脱锌腐蚀性降低，故为0.2～0.7％的范围，优选为0.2～0.5％的范围。
Si成分也有利于改善铸造性，促进结晶的细微化，抑制铸造时的凝固裂纹，提高铸造性。
特别是添加0.2％以上的Si的话，其效果很大，很明显能够在Sn：0.05～2.0％的范围内防止铸造裂纹。
特别是，在过去人们会说优选抑制Sn的添加量为0.20％以下，但在本发明中，即使在Sn：0.21～2.0％的范围内，也能确保充分的铸造性。
不过，Si的锌当量多至10，量很多的话，β相会变多，会损害耐脱锌腐蚀性，故设定Si的上限为0.7％。
Mn成分会强化铸模，但是会与Fe结合，生成很硬的金属间化合物，会损害切削性，故设定为0.2～0.7％的范围。
为了提高耐腐蚀性而最好添加0.03％以上的Sb成分，但超过0.2％会容易引起凝固裂纹，故设定为0.2％以下。
另外，可以添加0.05～0.2％的发挥与Sb相同作用的As或P来代替Sb，也可以添加它们的组合来代替Sb。
在添加组合的情况下，总和的上限为0.3％。
Te成分可提高切削性，但0.01％以上就有效果，从得到添加量相应的效果、经济性的观点考虑，将0.45％设为上限。
Se成分可提高切削性，但材料单价很昂贵，故极力抑制其含量。
另外，热加工性会恶化，故优选为0.45％以下。
添加Se的情况下，优选为0.02～0.45％的范围。
Mg成分具有结晶细微化引起的强度上升、流动性上升、脱酸/脱硫的效果。
如果熔融金属中含有0.001％以上的Mg的话，则熔融金属中的S成分会以MgS的形式被去除。
另外，如果Mg超过0.2％，则会氧化，熔融金属的粘性会变高，有可能会产生氧化物的卷入等的铸造缺陷。
因此，Mg成分在0.001～0.2％的范围内可确认效果。
Zr成分具有结晶粒的细微化作用。
添加0.005％以上会显现效果。
另外，Zr与氧的亲和力很强，故超过0.2％则会氧化，熔融金属的粘性会变高，有可能会产生氧化物的卷入等的铸造缺陷。
接下来对热处理进行说明。
本发明的合金在铸造状态下，会成为α+β的两相组织，但是通过450～550℃的热处理，β相会缩小，耐腐蚀性会增加。
另外，如果热处理时间少于30分钟，则β相难以减少，故需要保持30分钟以上。
另外，即使超过3个小时，热处理效果也不会变化，故设定为30分钟以上3小时以内。
实施例1
作为铜基合金，对图1所示那样的各种合金组分的熔融金属进行调整，并实施了如下那样的评价试验。
其结果示于图2的表中。
<评价试验>
(1)铸造裂纹实验
通过两端拘束试验法对铸造裂纹性进行了评价。
使用的金属模的形状示于图3。
使用了铍铜合金作为金属模的材质。
在图3中，在中央部设置了隔热件1，从而使中央部的冷却比两端拘束部2要慢。
设定拘束距离L为150mm，隔热件1的长度为100mm。
试验通过如下方式进行判定：拘束部被骤冷而拘束两端，通过产生的凝固收缩力，观察作为最终凝固部的试验片中央部是否产生了裂纹。
作为评价，将中央部没有产生裂纹的设为○，将虽然确认出部分产生裂纹但没有断裂的设为△，将中央部断裂的设为×。
(2)耐脱锌试验
将铸造裂纹试验中评价的测试片在470～550℃下热处理3小时后，以ISO法为基准，将试验材料浸渍于75±3℃的CuCl2·2H2O的12.7g/l溶液中24小时，测定脱锌腐蚀深度，根据以下基准进行评价。
脱锌深度为100μm以下的设为合格(○)，脱锌深度超过100μm的设为不合格(×)。
<考察>
针对与实施例合金No.2(Sn：约0.4％)、No.4(Sn：约0.2％)、No.5(Sn：约1.5％)、No.6(Sn：约1.0％)、No.7(Sn：约0.8％)对应的Sn的添加量和比较例No.21的Sn：0.08％，将热处理后的组织照片示于图4～图6。
分别在470℃和550℃下进行了3小时的热处理，结果为只有No.21残留大量的β相。
其它合金的β相几乎消失了。
可知其β相耐脱锌性很差。
图7表示脱锌试验后的组织照片。
关于No.5、No.6、No.7，在470℃进行3小时热处理后，进行了脱锌试验。
关于脱锌深度，No.5(Sn：约1.5％)为60μm，No.6(Sn：约1.0％)为48μm，No.7(Sn：约0.8％)为36μm，均为100μm以下，耐脱锌性优异。
另外，关于No.2(Sn：约0.4％)、No.4(Sn：约0.2％)和No.21，在550℃进行3小时热处理后，进行了脱锌试验。
关于脱锌深度，No.2为16μm，No.4为12μm，均为100μm以下，但Sn：0.08％的No.21为100μm以上，整体产生了脱锌腐蚀。
由此，在Sn低于0.1％时，即使进行了热处理，也无法保持耐脱锌性。
另外，比较例No.23产生了铸造裂纹。
综上所述，Sn最好为0.1％以上2％以下。另外，Sb在0.02％下时耐腐蚀性差，超过0.2％的话，会产生铸造裂纹，Sb的范围最好为0.03％以上0.2％以下。
符号说明：
符号1 隔热件；
符号2 两端拘束部。
Claims (4)
1.一种由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法，其特征在于，使用由如下组分组成的铜基合金来铸造金属模，之后进行450～550℃×30分钟以上的热处理，其中，该铜基合金的各组分以质量％计为：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.47～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.21～2.0％；Sb、As和P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；剩余部分为Zn和杂质。
2.一种由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法，其特征在于，使用由如下组分组成的铜基合金来铸造金属模，之后进行450～550℃×30分钟以上的热处理，其中，该铜基合金的各组分以质量％计为：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.47～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.21～2.0％；Sb、As和P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；还含有Te：0.01～0.45％和Se：0.02～0.45％中的至少一种元素；剩余部分为Zn和杂质。
3.一种由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法，其特征在于，使用由如下组分组成的铜基合金来铸造金属模，之后进行450～550℃×30分钟以上的热处理，其中，该铜基合金的各组分以质量％计为：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.47～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.21～2.0％；Sb、As或P中的任意一种或两种以上的总和：0.03～0.2％；还含有Te：0.01～0.45％和Se：0.02～0.45％中的至少一种元素或者/以及Mg：0.001～0.2％和Zr：0.005～0.2％中的至少一种元素；剩余部分为Zn和杂质。
4.根据权利要求1～3中任一项记载的由铜基合金构成的金属模铸造件的制造方法，其特征在于，上述铜基合金中进一步添加有3～15ppm的B。
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