JP2003073789A - 被削性に優れた無鉛快削黄銅の製造方法 - Google Patents
被削性に優れた無鉛快削黄銅の製造方法Info
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- JP2003073789A JP2003073789A JP2001268423A JP2001268423A JP2003073789A JP 2003073789 A JP2003073789 A JP 2003073789A JP 2001268423 A JP2001268423 A JP 2001268423A JP 2001268423 A JP2001268423 A JP 2001268423A JP 2003073789 A JP2003073789 A JP 2003073789A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 機械加工条件によらず良好な被削性を有する
Ｂｉ入り無鉛快削黄銅の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有するＣｕ
−Ｚｎ合金を、該合金の組織中のα相とβ相の比率が
９：１となる温度以上、β相単相となる温度未満の温度
域で熱間押出を行い、熱間押出後、強制冷却する。ある
いは、合金の組織がβ相単相となる温度域で熱間押出を
行う。
Ｂｉ入り無鉛快削黄銅の製造方法を提供する。 【解決手段】 Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有するＣｕ
−Ｚｎ合金を、該合金の組織中のα相とβ相の比率が
９：１となる温度以上、β相単相となる温度未満の温度
域で熱間押出を行い、熱間押出後、強制冷却する。ある
いは、合金の組織がβ相単相となる温度域で熱間押出を
行う。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、被削性に優れ、機
械加工条件によらず良好な被削性を有する無鉛快削黄銅
の製造方法に関する。
械加工条件によらず良好な被削性を有する無鉛快削黄銅
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マトリックス中に固溶しない低融点金属
を含有する銅合金、例えば、Ｐｂを含有するＣｕ−Ｚｎ
合金は、鋳造性、熱間および冷間加工性、機械加工性に
優れているため、水栓金具、バルブ部品、軸受け、歯車
などとして使用されており、その材料特性として、機械
加工が一般に自動旋盤を使用して行われるため、被削抵
抗が低く且つ被削屑が分断される良好な被削性が要求さ
れている。
を含有する銅合金、例えば、Ｐｂを含有するＣｕ−Ｚｎ
合金は、鋳造性、熱間および冷間加工性、機械加工性に
優れているため、水栓金具、バルブ部品、軸受け、歯車
などとして使用されており、その材料特性として、機械
加工が一般に自動旋盤を使用して行われるため、被削抵
抗が低く且つ被削屑が分断される良好な被削性が要求さ
れている。
【０００３】上記のＰｂ入りＣｕ−Ｚｎ合金は、ＪＩＳ
Ｃ３６００、Ｃ３７００に快削黄銅として登録され、
良好な被削性を与えるためのＰｂは含有濃度により規定
されているが、濃度が同じであっても、機械加工条件に
よっては十分な被削性が得られない場合がある。
Ｃ３６００、Ｃ３７００に快削黄銅として登録され、
良好な被削性を与えるためのＰｂは含有濃度により規定
されているが、濃度が同じであっても、機械加工条件に
よっては十分な被削性が得られない場合がある。
【０００４】また、近年、Ｐｂは人体や環境に悪影響を
及ぼす有害物質とされ使用が制限される傾向にあること
から、Ｐｂに代えてＢｉを添加した切削用黄銅もある
が、このＢｉ入り黄銅においても、機械加工条件によっ
ては被削屑が連続し十分な被削性が得られない場合があ
る。
及ぼす有害物質とされ使用が制限される傾向にあること
から、Ｐｂに代えてＢｉを添加した切削用黄銅もある
が、このＢｉ入り黄銅においても、機械加工条件によっ
ては被削屑が連続し十分な被削性が得られない場合があ
る。
【０００５】発明者らは、この原因を解明するために種
々の実験、検討を行い、被削性の相違は、材料の熱間加
工温度、熱間加工度や冷却速度など、製造条件により、
マトリックス中におけるＰｂあるいはＢｉ粒子の分布形
態が異なることに起因することを見出し、さらに実験、
検討を重ねた結果として、Ｐｂ入り黄銅あるいはＢｉ入
り黄銅において、マトリックス中にＰｂ粒子あるいはＢ
ｉ粒子を１ｍｍ3 当たり１０5 個以上分散させることに
より、機械加工において加工条件に関係なく被削抵抗が
低く且つ被削屑が細かく分断されることを知見した（特
願２０００−２６６５９８号）。
々の実験、検討を行い、被削性の相違は、材料の熱間加
工温度、熱間加工度や冷却速度など、製造条件により、
マトリックス中におけるＰｂあるいはＢｉ粒子の分布形
態が異なることに起因することを見出し、さらに実験、
検討を重ねた結果として、Ｐｂ入り黄銅あるいはＢｉ入
り黄銅において、マトリックス中にＰｂ粒子あるいはＢ
ｉ粒子を１ｍｍ3 当たり１０5 個以上分散させることに
より、機械加工において加工条件に関係なく被削抵抗が
低く且つ被削屑が細かく分断されることを知見した（特
願２０００−２６６５９８号）。
【０００６】粒子分散数が上記の条件を満足する場合に
は、機械加工条件によらず良好な被削性が得られるが、
このような粒子分散は、熱間加工条件に影響され、組成
が同一であっても、熱間加工条件が変わると粒子分散数
が異なり、良好な被削性が得られない場合がある。
は、機械加工条件によらず良好な被削性が得られるが、
このような粒子分散は、熱間加工条件に影響され、組成
が同一であっても、熱間加工条件が変わると粒子分散数
が異なり、良好な被削性が得られない場合がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Ｐｂに代え
てＢｉを添加したＢｉ入り切削用黄銅において、前記の
条件を満足する粒子分散数を得るための熱間加工条件に
ついて検討した結果としてなされたものであり、その目
的は、機械加工条件によらず良好な被削性を有する無鉛
快削黄銅の製造方法を提供することにある。
てＢｉを添加したＢｉ入り切削用黄銅において、前記の
条件を満足する粒子分散数を得るための熱間加工条件に
ついて検討した結果としてなされたものであり、その目
的は、機械加工条件によらず良好な被削性を有する無鉛
快削黄銅の製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の請求項１による無鉛快削黄銅の製造方法
は、Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有するＣｕ−Ｚｎ合金
を、該合金の組織中のα相とβ相の比率が９：１となる
温度以上、β相単相となる温度未満の温度域で熱間押出
を行い、熱間押出後、強制冷却することを特徴とする。
めの本発明の請求項１による無鉛快削黄銅の製造方法
は、Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有するＣｕ−Ｚｎ合金
を、該合金の組織中のα相とβ相の比率が９：１となる
温度以上、β相単相となる温度未満の温度域で熱間押出
を行い、熱間押出後、強制冷却することを特徴とする。
【０００９】また、請求項２による被削性に優れた無鉛
快削黄銅の製造方法は、Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有
するＣｕ−Ｚｎ合金を、該合金の組織がβ相単相となる
温度域で熱間押出を行うことを特徴とする。
快削黄銅の製造方法は、Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有
するＣｕ−Ｚｎ合金を、該合金の組織がβ相単相となる
温度域で熱間押出を行うことを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明のＢｉ：１．０〜４．０％
を含有する快削黄銅は、通常は棒材として供給され、そ
の製造は、上記の組成を有する合金を造塊し、得られた
ビレットを熱間押出加工し、さらに必要に応じて冷間抽
伸加工を行い、矯正、仕上げ加工することにより行われ
る。Ｂｉはマトリックスに固溶せず、熱間加工直後にお
いては溶融しているが、その後の冷却によって凝固し、
マトリックス中に独立粒子としてマトリックスと非整合
に分散し、機械加工時にはチップブレーカーとして作用
して被削屑を分断化する。また、Ｂｉは、機械加工時に
加工熱により溶融し、機械加工工具と材料間の潤滑剤と
して被削抵抗を低減するよう機能する。
を含有する快削黄銅は、通常は棒材として供給され、そ
の製造は、上記の組成を有する合金を造塊し、得られた
ビレットを熱間押出加工し、さらに必要に応じて冷間抽
伸加工を行い、矯正、仕上げ加工することにより行われ
る。Ｂｉはマトリックスに固溶せず、熱間加工直後にお
いては溶融しているが、その後の冷却によって凝固し、
マトリックス中に独立粒子としてマトリックスと非整合
に分散し、機械加工時にはチップブレーカーとして作用
して被削屑を分断化する。また、Ｂｉは、機械加工時に
加工熱により溶融し、機械加工工具と材料間の潤滑剤と
して被削抵抗を低減するよう機能する。
【００１１】被削屑を分断させ、被削抵抗を低減して、
優れた被削性を与えるための低融点金属粒子の分布形態
を得るためには、マトリックス中に、低融点金属Ｂｉの
粒子を１ｍｍ3 当たり１０5 個以上分散させることが必
要である。この分布形態によって、材料強度や材料に付
与された歪量に関係なく、また機械加工条件にかかわら
ず、被削屑が分断される。
優れた被削性を与えるための低融点金属粒子の分布形態
を得るためには、マトリックス中に、低融点金属Ｂｉの
粒子を１ｍｍ3 当たり１０5 個以上分散させることが必
要である。この分布形態によって、材料強度や材料に付
与された歪量に関係なく、また機械加工条件にかかわら
ず、被削屑が分断される。
【００１２】本発明のＢｉ入り黄銅において、熱間押出
加工において溶融状態にあるＢｉは、黄銅組織中のβ相
よりα相に濡れ易いため、α／α界面またはα／β界面
に存在する。すなわち、α結晶粒界の移動により溶融Ｂ
ｉも移動するため、α相の粒成長に伴って溶融Ｂｉは凝
集し粗大化するから、α相の粒成長を抑制することによ
り、分散Ｂｉ粒子数を多くすることが可能となる。
加工において溶融状態にあるＢｉは、黄銅組織中のβ相
よりα相に濡れ易いため、α／α界面またはα／β界面
に存在する。すなわち、α結晶粒界の移動により溶融Ｂ
ｉも移動するため、α相の粒成長に伴って溶融Ｂｉは凝
集し粗大化するから、α相の粒成長を抑制することによ
り、分散Ｂｉ粒子数を多くすることが可能となる。
【００１３】α相の粒成長を抑制してＢｉ粒子を１ｍｍ
3 当たり１０5 個以上分散させるには、黄銅組織中のα
相とβ相の比率が９：１となる温度以上、β相単相とな
る温度未満の温度域で熱間押出を行い、熱間押出後、強
制冷却するのが好ましい。さらに好ましくは、押出効率
を考慮して、α相とβ相の比率が１：１となる温度以上
で熱間押出加工を行う。
3 当たり１０5 個以上分散させるには、黄銅組織中のα
相とβ相の比率が９：１となる温度以上、β相単相とな
る温度未満の温度域で熱間押出を行い、熱間押出後、強
制冷却するのが好ましい。さらに好ましくは、押出効率
を考慮して、α相とβ相の比率が１：１となる温度以上
で熱間押出加工を行う。
【００１４】α相の存在しないβ相単相となる温度域で
熱間押出加工を行うこともでき、この場合には、溶融Ｂ
ｉが濡れる界面が存在しないため、溶融Ｂｉは表面張力
を小さくするために微細に粒状化し、Ｂｉ粒子が１ｍｍ
3 当たり１０5 個以上となる分散状態を得ることができ
る。さらに好ましくは、押出加工中の温度低下およびビ
レットの溶解を考慮して、（β相単相となる温度範囲の
下限＋３０℃）の温度〜（β相単相となる温度範囲の上
限−３０℃）の温度で熱間押出加工を行う。
熱間押出加工を行うこともでき、この場合には、溶融Ｂ
ｉが濡れる界面が存在しないため、溶融Ｂｉは表面張力
を小さくするために微細に粒状化し、Ｂｉ粒子が１ｍｍ
3 当たり１０5 個以上となる分散状態を得ることができ
る。さらに好ましくは、押出加工中の温度低下およびビ
レットの溶解を考慮して、（β相単相となる温度範囲の
下限＋３０℃）の温度〜（β相単相となる温度範囲の上
限−３０℃）の温度で熱間押出加工を行う。
【００１５】また、本発明の快削黄銅においては、０．
０１〜０．１％のＰ、０．５〜４．０％のＳｉ、０．１
〜０．５％のＦｅを含有させることによりその特性を改
善することができる。Ｐは脱亜鉛腐食を抑制し、また結
晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒の粗大化に伴うＢｉ粒子
の粗大化を抑制することができる。ＳｉおよびＦｅも結
晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒の粗大化に伴うＢｉ粒子
の粗大化を抑制するよう機能する。
０１〜０．１％のＰ、０．５〜４．０％のＳｉ、０．１
〜０．５％のＦｅを含有させることによりその特性を改
善することができる。Ｐは脱亜鉛腐食を抑制し、また結
晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒の粗大化に伴うＢｉ粒子
の粗大化を抑制することができる。ＳｉおよびＦｅも結
晶粒の粗大化を抑制し、結晶粒の粗大化に伴うＢｉ粒子
の粗大化を抑制するよう機能する。
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例を比較例と対比して説
明するとともに、それに基づいてその効果を実証する。
なお、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様
を説明するためのものであって、これにより本発明が制
限されるものではない。
明するとともに、それに基づいてその効果を実証する。
なお、これらの実施例は、本発明の好ましい一実施態様
を説明するためのものであって、これにより本発明が制
限されるものではない。
【００１７】実施例１
６５／３５黄銅のリターンスクラップにＢｉの新地金を
配合して添加元素濃度を調整することにより、表１に示
す組成の合金（合金Ａ〜Ｄ）を溶解、鋳造し、直径２９
４ｍｍのビレットに造塊した。
配合して添加元素濃度を調整することにより、表１に示
す組成の合金（合金Ａ〜Ｄ）を溶解、鋳造し、直径２９
４ｍｍのビレットに造塊した。
【００１８】得られたビレットを、表２に示す温度で直
径２０ｍｍの棒材に熱間押出加工した後、試験材Ｎｏ．
１〜２は空冷し、試験材Ｎｏ．３〜４は水冷した。
径２０ｍｍの棒材に熱間押出加工した後、試験材Ｎｏ．
１〜２は空冷し、試験材Ｎｏ．３〜４は水冷した。
【００１９】熱間押出加工後の試験材について、下記の
方法により、Ｂｉの粒子の分布形態を測定し、被削性を
評価した。結果を表２に示す。
方法により、Ｂｉの粒子の分布形態を測定し、被削性を
評価した。結果を表２に示す。
【００２０】Ｂｉ粒子の分布形態：走査型電子顕微鏡に
よりマトリックスの反射電子像を撮影し、画像解析によ
り分布形態を特定した。 被削性：周速１０〜３００ｍ／分、切り込み量０．０１
〜２．５ｍｍ、送り量０〜０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．と
し、各種形状のバイトを使用して切削加工を行い、いず
れの切削条件においても切粉が剪断型の形態となり細か
く分断して被削性が優れていたものは合格（○）：いず
れか１つでも切屑が連続したものは不合格（×）とし
た。
よりマトリックスの反射電子像を撮影し、画像解析によ
り分布形態を特定した。 被削性：周速１０〜３００ｍ／分、切り込み量０．０１
〜２．５ｍｍ、送り量０〜０．２５ｍｍ／ｒｅｖ．と
し、各種形状のバイトを使用して切削加工を行い、いず
れの切削条件においても切粉が剪断型の形態となり細か
く分断して被削性が優れていたものは合格（○）：いず
れか１つでも切屑が連続したものは不合格（×）とし
た。
【００２１】
【表１】
【００２２】
【表２】
【００２３】表１〜２に示すように、本発明に従う試験
材Ｎｏ．１〜４はいずれも、組織中に１０5 個／ｍｍ3
以上のＢｉ粒子が存在し、良好な被削性をそなえてい
る。
材Ｎｏ．１〜４はいずれも、組織中に１０5 個／ｍｍ3
以上のＢｉ粒子が存在し、良好な被削性をそなえてい
る。
【００２４】比較例１
６５／３５黄銅のリターンスクラップにＢｉの新地金を
配合して添加元素濃度を調整することにより、表３に示
す組成の合金（合金Ｅ〜Ｆ）を溶解、鋳造し、直径２９
４ｍｍのビレットに造塊した。
配合して添加元素濃度を調整することにより、表３に示
す組成の合金（合金Ｅ〜Ｆ）を溶解、鋳造し、直径２９
４ｍｍのビレットに造塊した。
【００２５】得られたビレットを、表４に示す温度で直
径２０ｍｍの棒材に熱間押出加工した後、空冷した。
径２０ｍｍの棒材に熱間押出加工した後、空冷した。
【００２６】熱間押出加工後の試験材について、実施例
１と同一の方法により、Ｂｉの粒子の分布形態を測定
し、被削性を評価した。結果を表４に示す。
１と同一の方法により、Ｂｉの粒子の分布形態を測定
し、被削性を評価した。結果を表４に示す。
【００２７】
【表３】
【００２８】
【表４】
【００２９】表３〜４に示すように、試験材Ｎｏ．５お
よび６は、いずれも熱間押出加工後の冷却速度が遅く、
α相の粒成長が十分に抑制されなかったため、α粒の粗
大化が生じ、分散Ｂｉが凝集した結果、Ｂｉ粒子の分散
形態は１０5 個／ｍｍ3 未満となり、被削性の劣るもの
となった。
よび６は、いずれも熱間押出加工後の冷却速度が遅く、
α相の粒成長が十分に抑制されなかったため、α粒の粗
大化が生じ、分散Ｂｉが凝集した結果、Ｂｉ粒子の分散
形態は１０5 個／ｍｍ3 未満となり、被削性の劣るもの
となった。
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、機械加工条件によらず
良好な被削性を有するＢｉ入り無鉛快削黄銅の製造方法
が提供される。
良好な被削性を有するＢｉ入り無鉛快削黄銅の製造方法
が提供される。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考）
Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８４ Ｃ２２Ｆ 1/00 ６８４Ａ
６９４ ６９４Ｂ
(72)発明者 吉川 善浩
茨城県石岡市大字柏原４番１号 新日東金
属株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 Ｂｉ：１．０〜４．０％（質量％、以下
同じ）を含有するＣｕ−Ｚｎ合金を、該合金の組織中の
α相とβ相の比率が９：１となる温度以上、β相単相と
なる温度未満の温度域で熱間押出を行い、熱間押出後、
強制冷却することを特徴とする被削性に優れた無鉛快削
黄銅の製造方法。 - 【請求項２】 Ｂｉ：１．０〜４．０％を含有するＣｕ
−Ｚｎ合金を、該合金の組織がβ相単相となる温度域で
熱間押出を行うことを特徴とする被削性に優れた無鉛快
削黄銅の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001268423A JP2003073789A (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 被削性に優れた無鉛快削黄銅の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001268423A JP2003073789A (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 被削性に優れた無鉛快削黄銅の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003073789A true JP2003073789A (ja) | 2003-03-12 |
Family
ID=19094406
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001268423A Pending JP2003073789A (ja) | 2001-09-05 | 2001-09-05 | 被削性に優れた無鉛快削黄銅の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003073789A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006097074A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Dowa Mining Co Ltd | 快削黄銅 |
| JP2008529803A (ja) * | 2005-02-18 | 2008-08-07 | ルバタ オサケ ユキチュア | 銅および亜鉛を含有する合金の押出成形 |
| JP2014529005A (ja) * | 2011-04-14 | 2014-10-30 | フェデラル−モーグル ヴィースバーデン ゲーエムベーハーＦｅｄｅｒａｌ−Ｍｏｇｕｌ Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ Ｇｍｂｈ | 無鉛滑り軸受材料を製造するプロセス |
-
2001
- 2001-09-05 JP JP2001268423A patent/JP2003073789A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006097074A (ja) * | 2004-09-29 | 2006-04-13 | Dowa Mining Co Ltd | 快削黄銅 |
| JP2008529803A (ja) * | 2005-02-18 | 2008-08-07 | ルバタ オサケ ユキチュア | 銅および亜鉛を含有する合金の押出成形 |
| JP2014529005A (ja) * | 2011-04-14 | 2014-10-30 | フェデラル−モーグル ヴィースバーデン ゲーエムベーハーＦｅｄｅｒａｌ−Ｍｏｇｕｌ Ｗｉｅｓｂａｄｅｎ Ｇｍｂｈ | 無鉛滑り軸受材料を製造するプロセス |
| US9492868B2 (en) | 2011-04-14 | 2016-11-15 | Federal-Mogul Wiesbaden Gmbh | Process for producing a lead-free sliding bearing material |
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|
| A521 | Written amendment |
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|
| A521 | Written amendment |
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|
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