JP2005105405A

JP2005105405A - 鉛レス鍛造用黄銅材

Info

Publication number: JP2005105405A
Application number: JP2004019063A
Authority: JP
Inventors: Miharu Kamisaka; 美治上坂; Masanori Okuyama; 正典奥山
Original assignee: San Etsu Metals Co Ltd
Current assignee: San Etsu Metals Co Ltd
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-01-27
Publication date: 2005-04-21

Abstract

【課題】鍛造後に熱処理をしなくても、ほとんどのβ相を消失させることができ、耐脱亜鉛腐食性に優れ、かつ機械的特性及び被削性に優れるとともに、鉛レスの黄銅材の提供を目的とする。
【解決手段】Ｃｕ：６１．０〜６３．０ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｐ：０．０４〜０．１５ｗｔ％、Ｓｂ：０．０２〜０．１０ｗｔ％と、残部がＺｎと不可避的不純物からなる合金組成とした。
不純物としてのＰｂ成分を０．０１ｗｔ％以下に抑えると良い。
【選択図】図９

Description

本発明は押出し又は抽伸された黄銅材に関し、特に耐脱亜鉛腐食性に優れ、機械的特性及び被削性に優れた鉛レスの鍛造用黄銅材に係る。

黄銅材においては、α相の他にβ相やγ相等の他の相が出現すると、β相を起点にして脱亜鉛腐食が発生しやすいことが知られている。
黄銅材においては、Ｃｕ成分が６３％を越えるとα相単独に抑えやすいが、熱間抵抗が大きく、熱間鍛造用に適用出来ない。
また、引張り強度や硬度等の機械的性質が低下する。
そこで、Ｃｕ成分を６１％程度に下げて鍛造後に熱処理を施し、β相を消失させることも知られている。

特開平０６−１０８１８４号公報には、鉛含有黄銅材ではあるが耐脱亜鉛腐食性と強度等を両立させるためにＣｕ成分を６１．０〜６５．０ｗｔ％にしつつ、Ｎｉ、Ｓｎ成分を添加した黄銅材が開示されている。
しかし、この開示技術においても鍛造後に所定の熱処理が必要であった。
この熱処理は高温加熱後に除冷しなければならず、その分生産性が低下するだけでなく熱処理設備費やエネルギー費の分だけ高コストになる。

特開平０６−１０８１８４号公報

本発明は上記のような技術的背景に基づいて、鍛造後に熱処理をしなくても、ほとんどのβ相を消失させることができ、耐脱亜鉛腐食性に優れ、かつ機械的特性及び被削性に優れるとともに、鉛レスの黄銅材の提供を目的とする。

本発明は上記目的を達成するために、先の特許出願（出願番号特願２００３−３１９１３４号）では、黄銅材としてＣｕ：６１．０〜６３．０ｗｔ％、Ｂｉ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｐ：０．０４〜０．１５ｗｔ％、Ｓｂ：０．０２〜０．１０ｗｔ％と、残部がＺｎと不可避的不純物からなる合金組成とした。

その後に、更に鍛造性を検討した結果、Ｂｉ成分を１．５ｗｔ％以下に下げると、より高いアプセット率での熱間鍛造が可能で、鍛造後に熱処理をしなくても耐脱亜鉛腐食性に優れることが判明した。
従って、耐脱亜鉛腐食性に優れた熱間鍛造用合金組成はＣｕ：６１．０〜６３．０ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｐ：０．０４〜０．１５ｗｔ％、Ｓｂ：０．０２〜０．１０ｗｔ％と、残部がＺｎと不可避的不純物からなる合金組成となる。

Ｃｕ成分が６３．０ｗｔ％を超えると、熱間抵抗が大きくなり熱間鍛造用の黄銅材には不適となり、６１．０ｗｔ％未満ではβ相を制御するのが困難になる。
従って、Ｃｕ成分は６１．０〜６３．０ｗｔ％の範囲が好ましい。

Ｓｎ成分を１．５〜２．５ｗｔ％の範囲にて添加すると熱間鍛造性が改善されるとともに、引張り強度等の機械的特性が向上する。
しかし、Ｓｎ成分が１．５ｗｔ％未満では添加効果が低く、２．５ｗｔ％を超えると硬く脆くなってしまう。

Ｂｉ成分添加の主目的は、Ｐｂレス合金としての快削性を確保するためである。
ＢｉはＣｕやＺｎとほとんど合金化せず、金属組織内に分散することで快削性が向上する。
従って、Ｂｉ成分は１．５〜２．５ｗｔ％の範囲が良く２．５ｗｔ％を超えると、熱間加工性が低下する。

その後に、更にＢｉ成分を下げる検討をした結果、Ｂｉ成分は０．５〜２．５ｗｔ％の範囲が良いことが判明した。
Ｂｉ成分の検討は先の出願で１．５〜２．５ｗｔ％であった。
また、鍛造のアプセット率試験でＢｉ成分１．５〜２．５ｗｔ％の範囲ではアプセット率を７０％に上げると外周部に亀裂が生じた。
ところが、Ｂｉ成分０．５〜１．５ｗｔ％の範囲ではアプセット率９０％でも外周部に亀裂が生じることなく鍛造性は良好であった。
しかも、Ｂｉ成分が０．５ｗｔ％以上であれば、被削性が殆ど低下せず、Ｂｉ成分が低い方が引張強度が高くなった。

Ｓｂ成分は脱亜鉛腐食を抑制する効果があり、０．０２ｗｔ％未満では添加効果が認められず、０．１０ｗｔ％を超えると脆くなるので０．０２〜０．１０ｗｔ％の範囲がよい。
Ｐ成分も脱亜鉛腐食を抑制し、０．０４ｗｔ％未満では添加効果がなく、０．１５ｗｔ％を越えると結晶粒界に偏析し、延性が低下するので０．０４〜０．１５ｗｔ％の範囲がよい。

残部がＺｎと不可避的不純物からなる黄銅材としたのは、Ｆｅ成分やＰｂ成分等の他の成分が不純物として許容される範囲は含まれ、実質的に残部がＺｎ成分とする趣旨である。
従って、Ｐｂレス黄銅材の趣旨からＰｂ成分は０．０１ｗｔ％以下に抑えるのが環境負荷が少なく望ましい。

具体的な評価結果は後述するが、本発明においてはＢｉ成分を０．５〜２．５ｗｔ％添加することでＰｂレス快削合金とし、Ｃｕ成分を６１．０〜６３．０ｗｔ％としてもＳｎ成分を１．５〜２．５ｗｔ％添加したことにより、この黄銅材を鍛造用に適用するのが優れ、熱間抵抗が比較的小さい。
また、Ｓｂ成分０．０２〜０．１０ｗｔ％、Ｐ成分０．０４〜０．１５ｗｔ％添加したことにより、熱間鍛造後に熱処理をしなくても、ほとんどのβ相を消失させることができ、耐脱亜鉛腐食性に優れる。

各種合金成分のビレットを鋳造し、その後、熱間押出しにて直径約４５ｍｍの黄銅材を得て成分分析した結果を図９の表に示す。
また、図１０の表に評価結果を示し、以下その内容を説明する。

（鍛造性）
直径約４５ｍｍの丸棒から長さ（高さ）４５ｍｍの試験片を切り出し、所定の温度で熱間プレス加圧変形させて熱間鍛造性を評価した。
その結果を図１０の表に示すように、材料ＮＯ．２では若干鍛造性に劣り、ＮＯ．３がアプセット率６０％も良好であった。
材料ＮＯ．３の外観写真を図１に示し、亀裂の発生の有無評価結果を図２（表）に示す。
ここで、アプセット率とは下記式をいう。
アプセット率（％）＝［（４５−ｈ）／４５］×１００（ｈ：加圧変形後の高さ）
図１の外観写真は、７５０℃及び８００℃でそれぞれ４５ｍｍ高さの試験片を加圧変形させ、上段からアプセット率４０％、５０％、６０％のものを積み重ねて変化の度合いを分かりやすくしたものである。
その結果、いずれも外周部に亀裂が生じることなく熱間鍛造性は良好であった。
また、例として材料ＮＯ．４の黄銅材を用いて熱間鍛造評価した結果を図６（表）に示し、図５に、７５０℃及び８００℃でそれぞれ４５ｍｍ高さの試験片を加圧変形させ、上段からアプセット率６０％、７０％、８０％、９０％のものを積み重ねて変化の度合いを分かりやすくした外観写真を示すように亀裂の発生が無く鍛造性が良好であった。
なお、材料ＮＯ．５も同様の結果を示した。

（脱亜鉛腐食試験）
材料ＮＯ．１〜ＮＯ．３は８００℃、アプセット率５０％で鍛造したものから熱処理することなく試験片を切り出し、材料ＮＯ．４、ＮＯ．５は８００℃、アプセット率８０％で鍛造したものから熱処理することなく試験片を切り出し、フェノール樹脂に埋め込み試験面を湿式研磨した。
なお、最終仕上面は５０００番の細かい研磨紙で仕上げた。
調整した直後の塩化銅（２価）１質量％水溶液を用いて７５℃、２４時間、試験面を露出させた。
その後、水洗、エタノール洗浄乾燥し、試験面と直角に切断し、光学顕微鏡を用いて脱亜鉛深さを測定した。
なお、測定方法として平均的な腐食部分の写真をとり、１ｍｍ間隔で７２箇所測定し、最大脱亜鉛深さと平均脱亜鉛深さを求めた。
その結果を図１０の表に示す。
Ｓｂ成分を添加しない材料ＮＯ．１は、腐食深さが比較的深いがＳｂを添加した材料ＮＯ．２〜ＮＯ．５は脱亜鉛腐食深さが改善されている。
ＮＯ．３の材料は最大で６９μｍ、平均で２０〜２５μｍであり、その顕微鏡写真を図４に示す。
また、ＮＯ．４の材料は最大で５５μｍ、平均で１０μｍであり、その顕微鏡写真を図８に示す。
なお、材料ＮＯ．１は約６００℃に加熱し、その後に除冷（炉冷）すると脱亜鉛腐食深さが改善され、その値を表中に（）書きで参考までに示した。
図３に材料ＮＯ．３及び図７にＮＯ．４のエッチング処理した金属組織の写真を示すように鍛造成形後に熱処理をしなくてもβ相はほとんど消失している。

（図面代用写真１）本発明に係る黄銅材（材料ＮＯ．３）を用いて鍛造性試験を実施した結果を示す。材料ＮＯ．３の鍛造性評価結果表を示す。（図面代用写真２）材料ＮＯ．３を用いた鍛造後の金属組織を示す（熱処理なし）。（図面代用写真３）材料ＮＯ．３を鍛造後の脱亜鉛腐食試験結果を示す。（図面代用写真４）本発明に係る黄銅材（ＮＯ．４）を用いて鍛造性試験を実施した結果を示す。ＮＯ．４の鍛造性評価結果を示す。（図面代用写真５）ＮＯ．４の鍛造後の金属組織を示す（熱処理なし）。（図面代用写真６）ＮＯ．４の鍛造後の脱亜鉛腐食試験結果を示す。試験材料の合金成分を示す。試験材料の品質特性評価を示す。

Claims

Ｃｕ：６１．０〜６３．０ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．５ｗｔ％、Ｓｎ：１．５〜２．５ｗｔ％、Ｐ：０．０４〜０．１５ｗｔ％、Ｓｂ：０．０２〜０．１０ｗｔ％と、残部がＺｎと不可避的不純物からなる耐脱亜鉛腐食性に優れたことを特徴とする鍛造用黄銅材。
Ｐｂ成分を０．０１ｗｔ％以下に抑えたことを特徴とする請求項１記載の鍛造用黄銅材。