JP2007517981A

JP2007517981A - アンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金

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Publication number: JP2007517981A
Application number: JP2006548067A
Authority: JP
Inventors: ▲張▼明; 章四▲チー▼; 蔡▲ジー▼▲華▼; 楼号▲榮▼; ▲謝▼瀟
Original assignee: ▲寧▼波博威集▲團▼有限公司
Priority date: 2004-01-15
Filing date: 2004-06-11
Publication date: 2007-07-05
Also published as: US7628872B2; CN1557981A; CN1291051C; US20060289094A1; DE112004002639T5; WO2005071123A1

Abstract

本発明は無鉛快削性のアンチモンを含む黄銅合金を提供し、当該合金は、55−65重量％Cu、0.3−2.0重量％Sb、0.2−1.0重量％Mn、及び0.1−1.0重量％の他の元素を含み、前記の他の元素は、Ti、Ni、B、Fe、Se、Mg、Si、Sn、P及び希土金属の少なくとも2種類の元素を含み、残りは亜鉛と避けられない不純物である。本発明の無鉛の快削性のアンチモンを含む黄銅合金は優れた切削性能と、良好な溶接性能と、優良な耐食性と、抗脱亜鉛性及び抗高温酸化性能とを備え、特に民用の給水システム、家電製品、玩具、締め付け部品に適応する。また、本発明は当該銅合金の製造方法も提供する。

Description

本発明は、鉛を含まない一種の黄銅合金に関し、特に、優れた機械的性能と耐食性能を備えるアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金に関するものである。それは、特に民間給水システムの配管鋳物と、バルプと、スイッチの繋ぎ部品と、電子通信機器での接続部品と、家電製品と、玩具と、機械および自動車製造業における締め付け部品などとの分野に適用し、人間の健康と環境保護に有益な金属材料で、目前に広範に応用され、人体と環境とに悪影響を有する鉛黄銅の理想的な取換品でもある。

鉛黄銅合金は、優良な冷熱間加工性性能と、最高の切削性能と、自己潤滑などとの特徴を有し、様々の形状を有する部品に機械的に加工されやすいので、鉛黄銅は世界に公認された重要な基礎材料として、広範に民用給水システムの配管鋳物、家電製品及び玩具の部品、自動車及び機械製造業における締め付け部品などの広い分野でも応用された。

しかし、鉛は環境と人体に対し有害の元素であり、鉛は人体の血液と神経系統に対し、特に児童の腎臓と脳神経に対し挽回できない損傷を与え、ひどい場合、血液鉛、脳鉛中毒、神経妨害、知的遅れ、痴呆、多動など不良な結末を引き起こす。近年以来、世界各国の医学専門家は、既に含鉛の黄銅が人類の健康と環境衛生に対し脅威を構成していることを発見し、北ヨーロッパ、アメリカ、日本と中国などの医学研究機構は皆、人類環境に危害を与えている鉛黄銅についてのレポートを作成し、各国の政府も相次いで含鉛銅合金の応用に対する制限令を発し、去年、日本政府は水中の鉛の溶出量を0.01mg/L以下に限定した。且つ中国医科大学医学専門家は、中国の科学技術大学の少年クラスの少年大学生の血液中の鉛の含有量を一回測定し、結果は少年大学クラスの学生の血液中の鉛の含有量が0.0012mg/L以下であるのを表明した。従って、血液中の鉛の含有量が低い者は知的指数が高く、血液中の鉛の含有量が高い者は知的指数が低く、脳神経の成長が妨害されたことが分かる。

上記原因に基づいて、近年以来、アメリカ、ヨーロッパ共同体、日本、中国などの国家は、銅合金の鉛の含有量に対し、それぞれ厳しい制限令を発し、また絶えずに、その中の鉛の含有量を減少する。よって、含鉛黄銅の応用は厳しい制限と挑戦に面しているため、次から次へ快削性の無鉛銅合金を開発して、含鉛銅合金に取り替えるのは、今日の世界の金属材料製造業の面している切迫の重大な課題である。

目下、国外例えばアメリカと日本も、鉛を含まない一種の黄銅合金を発明し、その中に、例えば中国特許出願番号の02121991.5の明細書にも《快削性の無鉛黄銅合金材料とその製造方法》という発明特許を開示し、それは日本三越金属株式会社の発明した快削性の無鉛黄銅合金材料であり、鉛を含まなく、優良な切削性能と、耐食機能と、熱間加工機能とを備え、特に熱間鋳造性能を備える。その製造方法は以下のとおり、すなわち、その合金には、60．0〜62.0重量％の銅、0.5〜2.2重量％のビスマス、0.01〜0.1重量％のアルミ、0.5〜1.6重量％のスズ、0.04〜0.15重量％燐を含み、残りの部分は亜鉛と避けられない不純物であり、460〜600℃の温度で、30分間〜4時間の熱処理をし、70℃/時間以下の冷却速度で徐々に冷却する。上記発明特許の快削性の無鉛黄銅合金材料は、銅―亜鉛―ビスマス系合金であり、当該合金の中にビスマスを含み、製造する場合、ビスマスのコストが高く、且つ世界にはビスマスの資源が枯渇に近いため、競争力がない。

この発明の目的は、鉛を含まなく、優れた快削性(優良な被削性)と、優れた冷熱間加工性と、良好な溶接性、及び素晴らしい機械性能及び耐食性能とを備え、且つ含鉛銅合金に取り替えられ、環境に汚染を与えない快削性の無鉛のアンチモンを含む黄銅合金を提供するのである。

本発明の目的は、以下のような各系列の合金からなる快削性の無鉛のアンチモンを含む黄銅合金を提供することによって、実現された。

本発明の快削性の無鉛のンチモン黄銅合金は、55〜65重量％の銅、0.3〜2.0重量％のアンチモン、0.2〜1.0重量％のマンガン、0.1〜1.0重量％の他の元素を含み、前記の他の元素はチタン、ニッケル、ホウ素、鉄、セレン、マグネシウム、シリコーン、スズ、燐、希土金属元素の少なくとも2種類の元素を含み、残りの部分は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金の成分の中に銅と亜鉛は97重量％以上であるが、100％ではなく、その中には亜鉛が35重量％以上である。

また、この発明の快削性の無鉛のンチモン黄銅合金は、57〜62重量％の、0.5〜1.5重量％のンチモン、0.2〜0.8重量％のマンガン、0.2〜1.0重量％の他の元素を含み、前記の他の元素はチタン、ニッケル、ホウ素、鉄、セレン、マグネシウム、シリコーン、スズ、燐、希土金属元素の少なくとも2種類の元素を含み、残りの部分は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金成分の中には、銅と亜鉛は97.5重量％以上であるが、９９重量％以下であり、その中の亜鉛が35重量％以上である。

また、この発明の快削性の無鉛のアンチモンを含む黄銅合金の相組分は、α、βの2相を主とし、少量は、細かく均一的に結晶粒界に分布された、アンチモンを含有する硬く脆い金属間化合物相である。

また、この発明の快削性の無鉛のアンチモンを含む黄銅合金は、融点の低いアンチモンが銅に対して一定の固溶度を有して（630℃の場合、最大固溶度が5.9重量％、２１０℃の場合、最大固溶度が1.1重量％）（アンチモンは無毒の固溶状態で合金の中に存在し、水に溶解しなく、有毒的な遊離状態で合金に存在し、水内に入りやすい鉛のようなものではない）、且つ結晶粒界に集中する特性を利用し、アンチモンを含む金属間化合物を均一的に結晶粒界と結晶体内に分布させ、アンチモン含む合金が、鉛黄銅と同じ切削性能を有する上に、また脱亜鉛を抵抗する特有の性能を有するようになる。また、結晶粒子を細粒化させて、脱亜鉛を抑制するための元素を添加することにより、アンチモンを含有する硬く脆い相は更に細かく均一的に分布するようになって、添加されたアンチモンによる脆性を有効に小さくし、また、機械の加工する場合、合金材の切削屑の破断点を容易に形成して、合金材の切削性及び強度、塑性及び脱亜鉛抗力を強化し、アンチモンを含む黄銅は、鉛を含む黄銅のような優れた切削性とその他の優れた機能を得られるようになった。

アンチモンの含有量が0.3重量％以下の場合、アンチモンは結晶粒界での集中は、切削性に対する工業上の高い要求に満足できなく、かつ脱亜鉛を抑制する役割を果たせないが、アンチモン含有量は2重量％以上の場合、合金の脆性破断傾向が増大し、合金の冷熱間成型の機能を大いに弱化する。マンガンは固溶強化と脱亜鉛抑制の役割は果たし、特にシリコーン、鉄を有する場合、結晶粒界にMn₅Si₃と鉄リッチなの強化相とを生成することができ、また含有量が0.2重量％以下のマンガンは強化の効果が弱い、含有量が1.0重量％以上のマンガンは強化の効果を増強するが、切削の機能に影響し、合金材の切削屑が長くなって、切削屑の破断が難くなり、含有量が0.2〜1.0%であるマンガンは結晶粒界を強化する役割を果たせるだけではなく、且つ一定程度に合金の切削性と耐磨耗機能を強化できる。含有量が35重量％以上の亜鉛は切削性を向上させるが、高すぎると冷間成型機能に影響する。

前記の他の元素中のチタン、ニッケル、ホウ素、鉄、セレン、マグネシウム、シリコーン、スズ、燐、希土金属中の少なくとも2種類の元素を添加する役割は、（1）脱酸素、結晶粒子の細粒化のこと、（2）アンチモン等の元素と硬質の脆い相を形成し、アンチモンを含有する金属間化合物の硬質の脆い相を更に細かく均等に分布することによって、合金中でのアンチモンの集中による脆性傾向を有効に抑制し、機械で加工する場合、切削屑の破断点を容易に形成し、工業上の所要する優良な切削性、優れた冷熱間成型機能と良好な溶接機能に満足できること、（3）脱亜鉛を抑制し耐食性を強化することである。前記の他の元素の総計の含有量は0.1重量％以下であれば、結晶粒界の強化の作用、及び満足の切削効果に達成できなく、他の元素の含有量が1.0重量％以上になると、結晶粒子が更に細粒化され、切削性を向上させるが、しかし其の他の硬質の脆い相を形成したため、後の冷間成型機能に満足できなく、製造のコストを増大し使用効果の普及に影響する。

チタン、ニッケル、マグネシウムを添加することにより、脱酸素と、結晶粒子の細粒化と、柱状結晶の発展とを抑制することができ、またアンチモンなどの低融点の物質と化合して結晶粒界の上に優先に分布された高融点の金属間化合物を形成すると共に、アンチモンを含む金属間化合物を、細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布させ、合金材の脆性傾向を抑制して、機械で加工する場合、合金材の切削屑の破断点を容易に形成し、合金の優れた切削性を実現し、また合金の強度、塑性、耐食性、応力裂の抵抗機能と酸化の抵抗機能を強化できるが、合金における当該三種類の元素の普通の添加量は0.01〜0.6重量％が適当である。ニケッルは中限あるいは下限にしてもよく、チタン、マグネシウムは下限にし、もし、チタン、ニッケルの添加量が0.6重量％以上であれば、合金の製造コストを増大し、マグネシウムの添加量が0.2重量％以上であれば、冷間成型機能が悪くなる。鉄、ホウ素、希土金属も結晶粒子を細粒化し、β相の転換数量を制限し、金属間化合物を形成し、軟化点を高め、強度を強化し、冷熱間の成型機能を向上することができ、特にホウ素は、その原子が亜鉛原子より小さいので（ホウ素原子の半径が0.88×１０^-10m、亜鉛原子の半径が1.33×１０^-10m）、黄銅が腐蝕される場合、ホウ素原子が亜鉛原子より拡散しやすく、優先に空孔を奪取できることによって、亜鉛原子の拡散通路を塞ぎ、亜鉛拡散の抵抗力を増大し、耐食の保護膜を形成して、ビ素のように黄銅の脱亜鉛腐蝕を抑制する最良効果に達成し、該黄銅の中に0.012%以下のホウ素を添加すると、十分の脱亜鉛抗力を得られる。また、ホウ素が合金の動態的に再結晶することを促成でき、合金成型性を高め、普通0.0001〜0.12重量％の添加量は適当である。希土金属は優れた変質剤と精錬浄化剤で、殆ど銅に固熔しなく、希土金属と銅におけるビスマス及びアンチモン等とが高融点の金属間化合物を形成して、結晶内に分布され、塑性、耐磨耗性を高め、脆性傾向を抑制し、結晶粒子を細粒化し、普通の含有量が0.003〜0.3重量％で、ランタンを主とした混合希土を添加すれば効果が最善で、導電率及び脱亜鉛の抵抗力を強化でき、多すぎれば合金の流動性を低下にする。シリコーンを添加するのは、主に合金を脱酸素させ、合金熔体の流動性を改善し、金属間化合物を生成し、強度を増加するためであるが、合金に高珪素の硬く脆いγ相を生成させない。普通その添加量は0.2〜0.8重量％で、アンチモンを含有する金属化合物の均等分布と、切削性及び溶接機能の向上を有利にし、機械で加工する場合、合金材の切削屑の破断が容易になった。セレン、スズ、燐は主に切削の機能を増強し、特にスズ、燐が脱亜鉛の抑制に対し重要な役割を果たし、セレン、燐の含有量が普通0.005〜0.2重量％に抑えられ、スズの含有量が普通0.2〜0.4重量％で、含有量が高すぎれば冷間加工機能に影響し、コストも増大する。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目は、優れた冷熱間成型機能と、機械機能と、優良な切削性及び優良な溶接機能とを備える合金である。

本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の２つ目の合金組成は、銅: 55〜65重量％、アンチモン： 0.3〜1.5重量％、ニッケル：0.1〜0.6重量％、ホウ素： 0.0004〜０.12重量％、アンチモンの含有量が中限以下である場合、ニッケルが主成分にならなくてもよく、他の元素は 0.2〜1.0重量％であり、前記の他の元素はチタン、鉄、スズ、アルミ、リチウム、マグネシウム、希土金属、燐中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97.5重量％以上であるが、100％ではなく、その中の亜鉛が35重量％以上である。

上記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の２つ目の合金組成は、銅: 58〜63重量％、アンチモン： 0.4〜1.0重量％、ニッケル：0.2〜0.4重量％、ホウ素： 0.0005〜０.015重量％、アンチモンの含有量が中限以下である場合、ニッケルが主成分にならなくてもよく、他の元素は 0.35〜0.8重量％であり、前記の他の元素はチタン、鉄、スズ、アルミ、リチウム、マグネシウム、希土金属、燐中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97.5重量％以上、99％以下で、その中の亜鉛が35重量％以上である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の２つ目の相組成は、αとβ相を主とし、少量が細かく均等に結晶粒界に分布されたアンチモンを含有する金属間化合物の硬く脆い相である。

前記の快削性の無鉛のアンチモンを含む黄銅合金の２つ目も、低融点のアンチモンが銅の中における一定の固溶度を有して（630℃の場合、最大固溶度が5.9重量％、２１０℃の場合、最大固溶度が1.1重量％）（アンチモンは無毒の固溶態で合金の中に存在し、水に溶解しなく、有毒の遊離状態で合金に存在し、水に溶出しやすい鉛のようなものではない）、且つ結晶粒界に集中する特性を利用して、アンチモンを含有する金属間化合物を均等に結晶粒界と結晶内に分布させて、鉛を含む黄銅と同じ切削性を有する以外、また特有の脱亜鉛の抵抗力をさらに有するようなアンチモンを含有する合金にして、その上にまた結晶粒子の細粒化と、脱亜鉛の抑制のためのほかの元素を添加して、アンチモンを含有する硬質の脆い相を更に細かく均等に分布することによって、添加されたアンチモンによる脆性傾向を有効に抑制し、また、機械で加工する場合、合金材の切削屑の破断点を容易に形成して、合金材の切削性及び強度、塑性及び脱亜鉛抗力を強化し、アンチモンを含む黄銅は、鉛を含む黄銅のような優れた切削性とその他の優れた機能を得られるようになった。

アンチモンの含有量が0.3重量％以下の場合、アンチモンは結晶粒界での集中は、切削性に対する工業上の高い要求に満足できなく、かつ脱亜鉛をよく抑制する役割を果たせないが、アンチモン含有量は1.5重量％以上の場合、当該合金の脆性破断傾向が増大し、その後の冷間成型の効果に影響する。

ニッケルは基体強化と脱亜鉛抵抗のため元素であるが、結晶粒子の成長を抑制し、合金の強度、塑性と耐食性を増加すると共に、合金材の応力腐蝕を抵抗する機能もある。ニッケルの含有量が、0.1重量％以下の場合、工業上の所要する各項の機能要求に満足できなく、ニッケルの含有量が0.6重量％以上であれば、合金の製造コストを増大し、よって、ニッケルの含有量が0.1〜0.6重量％にするべきである。主成分とし、ホウ素を添加して、ホウ素原子が亜鉛原子より小さいので（ホウ素原子の半径が0.88×１０^-10m、亜鉛原子の半径が1.33×１０^-10m）、黄銅が腐蝕される場合、ホウ素原子が亜鉛原子より拡散しやすく、優先に空孔を奪取できることによって、亜鉛原子の拡散通路を塞ぎ、亜鉛拡散の抵抗力を増大し、耐食の保護膜を形成して、ビ素のように黄銅の脱亜鉛腐蝕を抑制する最良効果に達成する。ホウ素を添加するほかに、該黄銅の中にスズ等の他の元素を添加すれば、脱亜鉛を抵抗する機能をさらに高められ、現行の国際の飲用水基準に定められた銅合金中の銅、亜鉛、アンチモンの溶出標準に達成できる。含有量が35重量％以上である亜鉛は切削性の向上を有利にするが、しかし高すぎると、冷間成型の機能に影響する。

前記の他の元素中のチタン、鉄、スズ、アルミ、リチウム、マグネシウム、希土金属、燐中の少なくとも2種類の元素の添加する役割は、（1）脱酸素、脱亜鉛の抵抗、結晶粒子の細粒化であり、（2）アンチモン等の元素との高融点金属間化合物の硬質の脆い相を形成し、有効に合金の軟化、脆化の程度を制御し、アンチモンを含有する質点を更に細かく均等に結晶粒界に分布して、機械で加工する場合、合金材の切削屑の破断点を容易に形成して、優れた切削性、優れた耐食機能、脱亜鉛の抵抗機能、良好な冷熱間成型機能及び優れた溶接機能を有するような合金にする。前記の他の元素の総計含有量が0.1重量％以下であれば、結晶粒界の強化の作用、及び十分の切削効果に達成できなく、其の他の元素の含有量が1.0重量％以上であれば、結晶粒子を更に細粒化され、切削性を改善するが、冷間成型の機能に影響し、製造コストが増大され、使用効果の普及に影響する。

チタン、マグネシウム、リチウムを添加することは、脱酸素と、結晶粒子の細粒化と、柱状結晶の発展の抑制とができ、またアンチモンなどの物質と化合して、結晶粒界の上に細かく均等に優先に分布された高融点の金属間化合物を形成すると共に、アンチモンを含有する質点を細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布するように促進し、合金の脆性傾向を有効に抑制し、合金の優れた切削性を実現し、また合金の強度、塑性と耐食機能を強化し、合金への添加量は0.001〜0.14重量％が適当で、低すぎると、強化の機能に達成できなく、高すぎると、製造のコストを増大され、塑性を低下する。鉄が結晶粒子を細粒化でき、塑性と強度を増加するが、耐食性を低下するので、普通添加量が0.1〜0.3重量％で、0.1重量％以下の場合、プロセスの強化要求に満足できなく、0.3重量％以上の場合、耐食機能を低下する。スズ、アルミ、燐、希土の添加は、主にホウ素と最良の配合で、脱亜鉛の抵抗機能、応力腐蝕の抵抗力、及び合金の強度を強化するためで、次は脱酸素と切削性を向上するためである。スズが固溶強化と脱亜鉛抑制のための元素であり、ホウ素、アルミ、燐と共に基体を強化し、各相の均等分散と強化相の形成を有利にし、強度、耐磨耗性及び切削性の向上を有利にし、特に脱亜鉛の抵抗力と応力腐蝕の抵抗力の向上を有利にする。当該合金におけるスズの含有量は0.2〜0.5重量％が適当で、アルミと燐の添加は脱酸素と脱亜鉛の抵抗とのためだけではなく、合金の流動性をも増加する同時に、合金の機械加工する場合、合金材の切削屑の破断点を容易に形成して、普通アルミの含有量が0.15〜0.4重量％に抑えられ、当該合金中のアルミの含有量が0.15重量％以下、又は0.4重量％以上である場合、応力腐蝕の抵抗機能が低下される。燐の含有量は0.005〜0.3重量％が適当で、燐とスズの含有量が高すぎると、後の冷間加工性を低下する。希土金属は優れた変質剤と精錬剤で、銅の中で不純物のビスマス等と、高融点の金属間化合物を形成して、結晶内に分布し、塑性の増加と、耐磨耗性と、脆性傾向の抑制と、結晶粒子の細粒化との役割を果たし、添加量が0.003〜0.3重量％で、ランタンを主とした混合希土を加入すれば効果が最善で、導電率を増加でき、しかし、添加量が多すぎれば合金の流動性を低下にする。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の2つ目は、優れた切削性と、優れた耐食性と、脱亜鉛の抵抗機能と、優れた冷熱間成型機能と、優れた溶接機能とを備える合金である。

本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の3つ目の合金組成は、銅: 55〜6５重量％、アンチモン： 0.4〜1.8重量％、シリコーン： 0.3〜1.5重量％、ホウ素： 0.0004〜０.12重量％、他の元素: 0.2〜1.2重量％で、前記の他の元素は鉄、スズ、ニッケル、希土金属、燐、マンガン、アルミ、リチウム中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上であるが、100％ではなく、その中の亜鉛が33重量％以上である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の3つ目の合金組成は、銅: 57〜64重量％、アンチモン： 0.6〜1.2重量％、シリコーン： 0.3〜1.0重量％、ホウ素： 0.0005〜０.015重量％、他の元素: 0.2〜1.0重量％で、前記の他の元素は鉄、スズ、ニッケル、希土金属、燐、マンガン、アルミ、リチウム中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上、９９重量％以下で、その中の亜鉛が33重量％以上である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の3つ目の相組成は、主としてαとβ相で、少量が細かく均等に結晶粒界に分布されたアンチモンを含有する金属間化合物の硬質の脆い相である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の３つ目も、低融点のアンチモンが銅に一定の固溶度を有して（630℃の場合、最大固溶度が5.9重量％、２１０℃の場合、最大固溶度が1.1重量％）（アンチモンは無毒の固溶態で合金に存在し、水に溶解しなく、有毒の遊離状態で合金に存在して、水内に溶出しやすい鉛のようなものではなく）、且つ結晶粒界に集中する特性を利用し、アンチモンを含有する金属間化合物を均等に結晶粒界と結晶内に分布して、鉛を含む黄銅と同じ切削性を有するようなアンチモンを含有する合金にする。また同時に結晶粒子の細粒化と脱亜鉛抑制とのための他の元素を添加し、アンチモンを含有する硬質の脆い相を更に細かく均等に分布することによって、添加されたアンチモンによる脆性傾向を有効に抑制し、合金材を機械で加工する場合、合金材の切削屑の細かい破断点を容易に形成して、合金の切削性及び強度、塑性を増加して、鉛を含む黄銅のような優れた切削性とその他の各項の優れた機能を有するアンチモンを含む黄銅にすると共に、その脱亜鉛の傾向も有効に抑制する。

アンチモンの含有量が0.4重量％以下の場合、アンチモンは結晶粒界での集中は、削機能に対する工業上の高い要求に満足できなく、脱亜鉛をよく抑制する役割を果たせなく、アンチモンの含有量が1.8重量％以上であると、合金の脆性破断傾向を増大し、合金の切削性と他の機能を大いに弱化する。

シリコーンの添加は主に合金の脱酸素のためで、金属鋳造の溶接の流動性を改善し、金属間化合物を生成し、強度と耐磨耗性を強化するが、合金に高珪素の硬質の脆い相を生成させないため、普通添加量が0.3〜1.0重量％で、切削性及び溶接機能の向上を有利にすると共に、溶接する場合、シリコーンは亜鉛の蒸発、及び酸化物の混入を抑制して、合金溶接のプロセス機能を高めることができる。

主成分としてホウ素を添加して、ホウ素原子が亜鉛原子より小さいので（ホウ素原子の半径が0.88×１０^-10m、亜鉛原子の半径が1.33×１０^-10m）、黄銅が腐蝕されている場合、ホウ素原子が亜鉛原子より拡散しやすく、優先に空孔を奪取できることによって、亜鉛原子の拡散通路を塞ぎ、亜鉛拡散の抵抗力を増大し、耐食の保護膜を形成して、ビ素のように黄銅の脱亜鉛腐蝕を抑制する最良効果に達成する。ホウ素を添加するほかに、当該黄銅にスズ等の他の元素を添加すれば、脱亜鉛を抵抗する機能をさらに高められ、現行の国際の飲用水基準に定められた銅合金中の銅、亜鉛、アンチモンの溶出標準に達成できる。ホウ素はまた合金の動態再結晶を促進でき、合金の成型性を向上でき、普通添加量は0.0004〜0.12が適当である。

含有量が33重量％以上である亜鉛は切削性の向上を有利にするが、高すぎると冷間成型の機能に影響する。

前記他の元素中の鉄、スズ、ニッケル、希土金属、燐、マンガン、アルミ、リチウム中の少なくとも2種類の元素を添加する役割は、（1）脱酸素と結晶粒子の細粒化をすることと、（2）アンチモン等の元素と高融点金属間化合物の硬質の脆い相を形成し、有効に合金の軟化、脆化の程度を制御し、アンチモンを含有する質点を更に細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布させることによって、合金が優良な切削性、優れた耐食性、脱亜鉛の抵抗機能、良好な冷熱間成型機能及び優れた溶接機能を有するようにすることである。前記の他の元素の総計含有量が0.1重量％以下であれば、結晶粒界の強化の効果及び満足な切削効果に達成できなく、前記の他の元素の含有量が1.0重量％以上であれば、結晶粒子を更に細粒化されて、切削性を改善するが、冷間成型の機能の向上にとって無益で、製造コストが増大され、使用効果の普及に影響する。

マンガンは固溶強化と脱亜鉛の抑制との役割を果たし、特にシリコーン、鉄を有する場合、結晶粒界でMn₅Si₃と鉄リッチな強化相とを生成でき、また含有量が0.2重量％以下のマンガンは強化の効果を弱め、含有量が1.0重量％以上のマンガンは強化の効果を増強するが、切削の機能に影響し、合金材の切削屑が長くなって、合金材の切削屑の破断は難くなったが、含有量が0.2〜1.0%であるマンガンは結晶粒界を強化する役割を果たせるだけではなく、且つ一定程度に合金の切削性と、耐磨耗性、と塩を含む雰囲気および塩素イオンを含む媒体にある場合の耐食性とを強化できる。

ニッケルは基体強化と脱亜鉛抵抗機能の強化のための元素であり、結晶粒子の成長を抑制し、合金の強度、塑性と耐食性を増加することもできる。ニッケルの含有量が0.1重量％以下の場合、工業上の所要する各項の機能要求に満足できなく、ニッケルの含有量が0.6重量％以上であれば、合金材の製造コストが増大される。

鉄、希土金属も結晶粒子を細粒化し、結晶粒子の成長を抵抗し、β相の転換数量を制限し、金属間化合物を形成し、軟化点を高め、強度を強化し、冷熱間の成型機能を向上することができる。鉄の含有量が普通0.1〜0.3重量％に抑えられ、0.3以上であれば合金の耐食性を低下する。希土金属は優れた変質剤と精錬浄化剤で、殆ど銅に固熔しなく、銅におけるビスマス及びアンチモン等と高融点の金属間化合物を形成して、結晶内に分布され、塑性、耐磨耗性を高め、脆性傾向を抑制し、結晶粒子を細粒化し、普通含有量が0.003〜0.3重量％で、ランタンを主とした混合希土を添加すれば効果が最善で、導電率及び脱亜鉛の抗力を強化でき、多すぎれば合金の流動性を低下にする。

リチウムは脱酸素と、結晶粒子の細粒化と、柱状結晶の発展の抑制とができ、またアンチモンなどの物質と化合して結晶粒界の上に細かく均等に優先に分布された高融点の金属間化合物を形成すると共に、アンチモンを含有する質点を細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布するように促進し、アンチモンを含有する合金の脆性傾向を有効に抑制し、合金の優れた切削性を実現し、また合金の強度、塑性と耐食機能を強化し、合金への添加量は普通0.001〜0.14重量％が適当で、低すぎると、機能の強化に達成できなく、高すぎると、製造のコストを増大し、塑性を低下する。スズ、アルミ、燐の添加は、主な目的がホウ素と最良の配合で、脱亜鉛の抵抗機能、応力腐蝕の抵抗機能を増加し、当該黄銅に0.012％のホウ素、およびスズ、燐、アルミを添加すると、脱亜鉛の抵抗機能がもっと高くなって、現行国際飲用水基準に規定した銅合金における銅、亜鉛、アンチモンの溶出標準に達成できるようになる（飲用水出力配管設備についての水中の溶出基準：Cu≦0.2mg/L, Zn≦0.2mg/L, Sb≦0.0005mg/L）。次に、当該黄銅の中にホウ素、スズ、燐、アルミを添加すると、脱酸素の機能と、合金の切削性と、強度とを向上でき、スズが固溶強化と脱亜鉛の抑制のための元素であり、ホウ素、アルミ、燐と共に基体を強化し、各相の均等分散と強化相の形成を有利にし、強度、耐磨耗性及び切削性の向上を有利にし、特に脱亜鉛の抵抗機能と応力腐蝕の抵抗機能の向上を有利にする。当該合金中のスズの含有量は0.2〜0.5重量％が適当で、アルミと燐の添加は脱酸素と抗脱亜鉛のためだけではなく、合金の流動性も増加し、また合金材を機械で加工する場合、切れやすい短切削屑の破断点を形成しやすい。普通、アルミの含有量は0.15〜0.4重量％が適当で、該合金中のアルミの含有量が0.15重量％以下、又は0.4重量％以上である場合、応力腐蝕の抵抗機能が低下する。燐の含有量は0.005〜0.3重量％が適当で、燐とスズの含有量が高すぎると、後の冷間加工性が低下する。希土金属は優れた変質剤と精錬剤で、銅の中で不純物のビスマス等と高融点の金属間化合物を形成し、結晶内に分布されて、塑性の増加、耐磨耗性、脆性傾向の抑制、結晶粒子の細粒化の役割を果たし、添加量が0.003〜0.3重量％で、ランタンを主とした混合希土を添加すれば効果が最善で、導電率を増加でき、しかし、添加量が多すぎると、合金の流動性を低下にする。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の3つ目は、優れた切削性と、優れた耐食性と、脱亜鉛の抵抗機能と、優れた冷熱間成型機能及び機械機能と、優れた溶接機能とを備える合金である。飲用水工程の緊急に必要とする理想的な合金材料でもある。

本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の４つ目の合金組成は、銅: 55〜6５重量％、アンチモン： 0.3〜1.５重量％、ビスマス： 0.16〜0.45重量％、他の元素: 0.1〜1.2重量％で、前記の他の元素はスズ、ホウ素、リチウム、チタン、クロム、マグネシウム、鉄、燐、希土元素中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛が合わせて97重量％以上で、100％ではなく、その中の亜鉛が35重量％以上である。

上記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の4つ目の合金組成は、銅: 57〜63重量％、アンチモン： 0.5〜1.2重量％、ビスマス： 0.2〜0.40重量％、他の元素: 0.1〜1.2重量％で、前記の他の元素はスズ、ホウ素、リチウム、チタン、クロム、マグネシウム、鉄、燐、希土元素中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛が合わせて97.5重量％以上、９９重量％以下で、その中の亜鉛が35重量％以上である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の4つ目の相組成は、αとβ相を主とし、少量が細かく均等に分布されたアンチモンを含有する金属間化合物の硬質の脆い相、及びビスマス・アンチモン化合物である。

前記のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の４つ目も、低融点のアンチモンが銅の中における一定の固溶度を有して（630℃の場合、最大固溶度が5.9重量％、２１０℃の場合、最大固溶度が1.1重量％）（アンチモンは無毒の固溶態で合金の中に存在し、水に溶解しなく、有毒の遊離状態で合金に存在し、水に溶出しやすい鉛のようなものではない）、且つ結晶粒界に集中する特性を利用して、アンチモンを含有する金属間化合物を均等に結晶粒界と結晶内に分布することによって、鉛黄銅と同じ切削性を有するようなアンチモンを含有する合金にする。また同時に結晶粒子の細粒化と脱亜鉛の抑制のため前記の他の元素とを添加して、アンチモンを含有する金属間化合物を更に細かく均等に分布することによって、添加されたアンチモンによる脆性傾向を有効に抑制して、鉛黄銅のような優れた切削性とその他の各項の優れた機能を得られるアンチモンを含有する黄銅合金にして、強度と塑性、良好な冷熱間の成型機能、優れた溶接機能と鋳造機能及び各項の機能を増加する。

アンチモンの含有量が0.3重量％以下の場合、当該合金は切削性に対する工業上の要求に満足できなく、アンチモンの含有量が1.5重量％以上の場合、特に2重量％以上の場合、当該合金に形成された有害脆性化合物が増えられ、冷間成型の効果に影響する。

ビスマスは銅に溶解しないが、アンチモンと基体中及び結晶粒界の上に分布される金属間化合物を形成でき、アンチモンと同時に添加すればもっと素晴らしい切削性を得られ、しかし含有量が045重量％以上であれば、冷熱間の成型機能に影響する同時に、製造のコストも増大し、含有量が0.16重量％以下の場合、切削性の改善要求に満足できない。

含有量が35重量％以上である亜鉛は切削性の向上を有利にするが、高すぎると、冷間成型の機能に影響する。

前記の他の元素中のスズ、ホウ素、リチウム、チタン、クロム、マグネシウム、鉄、燐、希土元素中の少なくとも2種類の元素を添加する役割は、（1）脱酸素、結晶粒子の細粒化をすことと、（2）アンチモン等の元素と高融点金属間化合物の硬質の脆い相を形成し、有効に合金の軟化、脆化の程度を制御し、アンチモンを含有する質点を更に細かく均等に結晶粒界に分布して、優良な切削性、良好な冷熱間成型機能、優れた溶接機能及び耐食機能を有するような合金にすることである。前記の他の元素の総計含有量が0.1重量％以下であれば、結晶粒界の強化効果と満足の切削性に達成できなく、記の他の元素の総計含有量が1.0重量％以上であれば、結晶粒子を更に細粒化し、切削性を改善するが、製造コストが増大されて、使用効果の普及に影響する。

スズが固溶強化と脱亜鉛の抑制のための元素であり、燐と共に基体を強化し、各相の均等分散を有利にし、強度と、耐磨耗性と、切削性とを向上させることにとって有利である。当該合金中のスズの含有量は0.2〜0.5重量％が適当で、含有量が高すぎると、冷間成型機能を低下にする。

リチウム、マグネシウム、チタン、クロムを添加することにより、脱酸素と、結晶粒子の細粒化と、柱状結晶の発展の抑制とができ、またアンチモンなどの物質と化合して結晶粒界の上に細かく均等に優先に分布された高融点の金属間化合物を形成する同時に、アンチモンを含有する質点を細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布するように促進し、合金の脆化傾向を有効に抑制し、合金の優れた切削性を実現し、また合金の塑性、強度、耐食機能と酸化抵抗機能を強化し、合金への添加量は0.003〜0.６重量％が適当で、リチウム、クロム、チタンは中下限にして、上限にすればコストを増大し、マグネシウムは中限にする。鉄、ホウ素、燐、希土金属も結晶粒子を細粒化し、脱亜鉛を抵抗し、かつ金属間化合物を形成し、軟化点を高め、強度を強化し、冷熱間の成型機能を向上することができ、鉄の含有量が普通0.1〜0.3重量％に抑えられ、0.3以上であれば、合金の耐食性が低下する。ホウ素を添加して、ホウ素原子が亜鉛原子より小さいので（ホウ素原子の半径が0.88×１０^-10m、亜鉛原子の半径が1.33×１０^-10m）、黄銅が腐蝕される場合、ホウ素原子が亜鉛原子より拡散しやすく、優先に空孔を奪取できることによって、亜鉛原子の拡散通路を塞ぎ、亜鉛拡散の抗力を増大し、耐食の保護膜を形成することによって、ビ素のように、黄銅の脱亜鉛による腐蝕を抑制する最良効果に達成する。当該黄銅の中に0.012以下のホウ素を添加すれば、満足の脱亜鉛の抵抗機能を得られる。ホウ素はまた合金の動態的に再結晶を促進でき、合金の成型性を向上させることができる。普通その添加量は0.000１〜0.12が適当である。燐が当該合金での主な役割は酸素を脱したり、鋳造の流動性を増加したりすることで、また切削の機能の向上にとっても有利で、添加量が0.05〜0.3重量％適当である。希土金属は優れた変質剤と精錬浄化剤で、銅の中でビスマス及びアンチモン等と化合して、高融点の金属化合物を形成して、結晶内に均等に分布することにより、塑性を高め、脆性傾向を抑制し、結晶粒子を細粒化することができる。普通その含有量が0.003〜0.3重量％で、ランタンを主とした混合希土を添加すれば効果が最善で、導電率が増大でき、添加量が多すぎれば、合金の流動性を低下にする。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の４つ目は、優れた切削性と、優れた冷熱間成型機能と、脱亜鉛抵抗機能とを備える合金である。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の1番目から、上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の４番目までの四種類のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金についての発明の中に、アンチモンなどの元素を添加した後、切削性と脱亜鉛の抵抗機能が随分高められた。銅の含有量比較的に低い、これらのアンチモンを含む黄銅合金は、α相とβ相と他の少量の硬質の脆い相とを備え、硬質の脆い相は細かく均等に結晶粒界と結晶内に分布され、また沈殿強化の機能を有し、合金の切削性を高め、短切削屑の破断点を増加する同時に、合金の耐食性と、脱亜鉛の抵抗機能と、耐磨耗性等機械の機能と、冷熱間成型機能とを増強した。

上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の1番目から、上記の本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金中の４番目までの四種類のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金についての発明の中に、前記の鉛が仮に避けられない不純物としても、その含有量が0.03％重量％を超えない。

前記合金の製造方法は、銅: 55〜6５重量％、アンチモン： 0.3〜2.0重量％、マンガン： 0.2〜1.0重量％、他の元素: 0.1〜1.0重量％、残部は亜鉛と避けられない不純物からなる合金成分で、特殊のアンチモンの添加方法及び被覆保護方法を用いて、アンチモンを含む黄銅を溶融させて、黄銅溶融液の中に金属アンチモンを快速に金属間化合物に固溶させ、また1030℃の中で連続にアンチモンを含む黄銅のインコットを鋳造し（アンチモンを含む黄銅の溶解過程の最高温度は1100℃で、金属アンチモンを蒸発させる沸点温度１６７５℃より遥かに低いので、人類と環境に危害を与えることができない）、630〜720℃の温度で、大の押出比で押出を行い、中間熱処理は冷間加工条件のように420〜700℃の温度で行い、４００℃以下の温度で応力を解消するための焼き鈍しを行う。

既存の技術に比べると、本発明合金材の長所は（１）優れた切削性と、優れた脱亜鉛の抵抗機能と、良好な溶接機能と、優良な耐食性と、高温酸化の抵抗機能とを備え、特に切削加工成型の部品、鍛造物、鋳物、及び他の製造方法で作る部品の材料として適応することと、（２）製造コストが低く、既存技術の鉛を含む黄銅の製造コストしか相当しないので、市場競争力の優勢を有することと、（3）我国の資源豊かなアンチモンを十分に利用でき、我国のアンチモン金属関係産業の発展を促進して、世界にアンチモンを含有する新型合金材料を提供することが出来ることである。

以下、添付図面を参照して実施例により本発明を更に詳しく説明する。

実施例は本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金に対し、以下の各テーブルに記載の合金成分の組成によってインコットを鋳造し、円棒材に押し出し、比較用の標本はアメリカの鉛を含む黄銅（マークはC36000）で、それは世界に公認された切削性が最高の鉛を含む黄銅で、同様の加工成型を行う。

その生産方法のプロセス流れは以下の通りである。

原材料の準備―インコットの連続鋳造―インコットの加熱―押出―引伸ばし―熱処理―酸で洗浄―引伸ばし―矯正とポリシ仕上げ―応力解消の焼き鈍し―製品の検査と梱包。

その中に熱処理に入るプロセス流れの実施過程によると、熱処理温度が400℃以下である場合の応力解消のための焼き鈍しは必ず行うべきで、中間熱処理とっては冷間加工の条件により４２０〜７００℃の温度で焼き鈍しするのが適当で、しかしなるべく中温脆性領域での退火を避けるべきである。

本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金についての各シリーズの合金のインコットの寸法はΦ１７０＊４００〜５００mm で、同じ設備条件と異なる押出温度６３０〜７２０℃の場合、Φ８mmとΦ２５mmの線棒材に押し出す。その具体的な成分の含有量が、表１１、表１２、表13、表14に表示する。

本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の機能測定は以下のとおりである。

1. 切削性試験
旋盤を使用して切削する試験と穴開け試験は以下に説明したように行い。

同じ機械加工条件（表15をご参照）で、切削力測定装置で各発明の合金材の切削力を測定し、測定した結果により、Ｃ36000に対する本発明の各合金の切削性指数計算する。Ｃ36000は世界で切削性が一番いい鉛を含む黄銅合金で、その切削性の指数を100％として、その結果は表15のとおりで、その場合の切削屑の外観は図1に示したとおりである。

表16によると、本発明の２つ目の合金の切削性は従来の鉛を含む黄銅合金Ｃ36000と似ているが、本発明の3つ目の合金の切削性はＣ36000より優れている。

Ｃ36000の外、本発明の合金は米国のNAKAYAMA社のＣｕ−Ｚｎ−Ｂｉ合金と、日本三宝社のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金とも比較した。切削加工と穴あけ加工とにより、本発明の合金の機械加工の総合機能を得て、結果は以下の表17に示したとおりである。

表17によると、合金の切削性は従来の鉛を含む黄銅合金Ｃ36000と似ているが、日本・米国の同じ種類の製品より優れている。

2.熱圧縮試験
本発明の1つ目の合金〜4つ目の合金のそれぞれの押出材からΦ8＊20ｍｍのサンプルをとって、また、比較用のサンプルも同じサイズのＣ36000から取り、これらのサンプルに対して、以下に説明するように熱圧縮試験をして、30分間、670°C加熱して、それから軸方向に負荷を附加して、変形量は70％、長さが20ｍｍから6ｍｍに減少して、5〜10倍の拡大鏡で変形以後の表面亀裂状況を観察する。

加熱圧縮試験以後の本発明の合金とＣ36000合金両方とも表面亀裂がないことが分った。本発明の合金の熱加工性能はＣ36000合金と比べると類似或いはその上にあるともいえ、工業加工に使える。

3.脱亜鉛試験
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目の合金〜4つ目の合金材に対して、脱亜鉛試験を行った。比較用のサンプルは鉛を含む黄銅合金Ｃ36000のサンプルである。具体的な試験方法は以下のとおりである。

上記の各合金材のΦ4.75の製品を15ｍｍ長さに切って、トリクロロエチレンに浸けて、洗浄した後1200号の砂ペーパで研磨してから、蒸留水で洗浄し、乾燥させる。作ったサンプルは糸によりぶら下げてられていて、1％のＣｕＣｌ₂溶液に浸けて、1つのサンプルは250〜500ＣＣの溶液を使う。溶液は円錐形のフラスコ（conical flask）に入れて、サンプルと一緒に容器内にゴムシールで密閉して、酸素の提供方式は密閉方式で、円錐形のフラスコは75℃の恒温浴に24時間浸けられてから、サンプルを取り出して、塩酸溶液（分析用の塩酸と蒸留水の比例は1：1である）で、残る物質がなくなって、黄銅素地が見えるまでアンプル表面を洗って、使った洗浄用の酸液を円錐形のフラスコ（conical flask）に入れて、溶液における銅、亜鉛の含有量を測定し、脱亜鉛係数を計算する。試験の結果は表18に記載するとおりである。

脱亜鉛係数が大きければ、合金の脱亜鉛抵抗小さい。表18によると、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の脱亜鉛抵抗性能はＣ36000鉛を含む黄銅より優れている。

4.応力腐食試験
発明者は本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金に対して、応力腐食試験も行った。比較用のサンプルはＣ36000合金のサンプルである。具体的な試験方法は以下のとおりである。

150ｍｍの製品のサンプルを準備して、トリクロロエチレンで洗浄後、５％の硫酸水溶液で再洗浄し、それから、蒸留水で洗浄して、乾燥した後のサンプルを、ＰＨ＝9.5のアンモニア水からの気体の雰囲気に24時間放置した。アンモニア雰囲気に放置していたサンプルを取り出して、５％の硫酸水溶液で洗浄し、乾燥した後5〜10倍の拡大鏡で表面亀裂状況を観察した。

応力腐食試験後、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金とＣ36000合金両方とも表面状況がよく、亀裂がないことが見えた。

5.室温引張試験
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目の合金材〜4つ目の合金材の製品を取って、Φ12.5＊140ｍｍの標準サンプルにして、室温引張試験を行った。比較用のサンプルはＣ36000の鉛を含む合金のサンプルである。各発明の合金の引張強さと伸びとを測定し、結果は以下の表19のとおりである。

表19によると、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の2つ目の合金材〜4つ目の合金材の伸びは鉛を含む黄銅Ｃ36000の伸びより高い。また、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目の合金材の引張強さは鉛を含む黄銅Ｃ36000の引張強さより高い、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の2つ目の合金材の引張強さは鉛を含む黄銅Ｃ36000の引張強さと大体同じである。

6.伝導率試験
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金と鉛を含む黄銅Ｃ36000を取って、室温の伝導率を測定した。測定の結果は以下の表20のとおりである。

7.示差熱分析（DTA）
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金とＣ36000を取って、示差熱分析を行った。測定した融点は以下の表21のとおりである。

8.耐磨耗試験
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目の合金材〜4つ目の合金の引き抜き材（サイズはΦ7.8ｍｍ）を取って、耐磨耗試験を行った。比較用のサンプルはＣ3604の鉛を含む合金のサンプルである。吸収のエネルギ、摩擦係数、磨耗量はサンプルが10000回回転した後の平均値であるが、2000回の回転は一次とする。試験の結果は以下の表22のとおりである。

表22によると、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の耐磨耗性はみんなＣ3604の耐磨耗性より優れている。

9.電気化學腐食試験
本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の1つ目の合金材〜4つ目の合金材の引き抜き製品（サイズはΦ7.8ｍｍ）を取って、電気化学腐食試験を行った。比較用のサンプルはＣ3604の鉛を含む黄銅合金のサンプルである。試験装置は英国のSolartron社のSII287電気化学試験装置。腐食媒体は3.5％のNaCl水溶液で、温度は15℃である。試験の結果は以下の表23のとおりである。

表23によると、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の耐腐食性は鉛を含む黄銅Ｃ3604の耐腐食性より優れている。

10.衛生安全についての検査
「生活飲用水給水設備および防護材料衛生安全評価規範」（2001）により、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金の3つ目の合金材に対して、衛生安全検査をした。検査の結果は以下の表24のとおりである。

各試験結果を綜合的に考えることにより、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金材はの切削性は従来の鉛を含む黄銅合金と似ているが、最近外国で開発した、ビスマスを含む黄銅、珪素を3％含む黄銅の切削性より優れている。本発明の合金材の切削性の強化メカニズムと合金の相の組成にも自分の特別のところがある。

以上の試験結果によると、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金材は切削性、機械的な強度、耐磨耗性、耐腐食性が優れている。原料のコストも米国の同じ種類の無鉛黄銅合金（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｂｉ合金）より5％安く、日本の三宝社の同じ種類の無鉛黄銅合金（Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ合金）より10％安く、従来の鉛を含む黄銅合金Ｃ36000より2％高い。

よって、本発明のアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金材は優れている切削性、比較的に高い機械的な強度、優れている耐磨耗性と耐腐食性が有する無鉛黄銅合金材である。そのため、この合金は切削加工の金属部品、鍛錬品、鋳物、別の応用目的のための高強度、耐磨耗の締め金具、液圧装置の部品、民用給水システムの鋳物、バルブ、水栓、自動車とメータ工業の部品、熱交換器の連接部品、電灯などの照明器具の部品、ガスのノズルなどに広範に応用される。

本発明の合金の旋盤加工による切削屑の形態の簡略図で、旋盤の刃物の切り込みが０．５mmである。

Claims

銅、アンチモン、及び亜鉛などの元素と避けられない不純物とからなるアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金であって、55〜65重量％の銅、0.3〜2.0重量％のアンチモン、0.2〜1.0重量％のマンガン、0.1〜1.0重量％の他の元素を含んで、前記の他の元素は、チタン、ニッケル、ホウ素、鉄、セレン、マグネシウム、シリコーン、スズ、燐、希土金属元素の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金の成分の中に銅と亜鉛は97重量％以上であるが、100％ではなく、その中には亜鉛は35重量％以上であることを特徴とするアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
57〜62重量％の銅、0.5〜1.5重量％のアンチモン、0.2〜0.8重量％のマンガン、0.2〜1.0重量％の他の元素を含み、前記の他の元素はチタン、ニッケル、ホウ素、鉄、セレン、マグネシウム、シリコーン、スズ、燐、希土金属元素の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金成分の中には、銅と亜鉛は97.5重量％以上であるが、９９重量％以下であり、その中の亜鉛が35重量％以上であることを特徴とする請求項1に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
55〜65重量％の銅、 0.3〜1.5重量％のアンチモン、0.1〜0.6重量％のニッケル、 0.0004〜０.12重量％のホウ素を含んで、アンチモンの含有量が中限以下である場合、ニッケルが主成分にならなくてもよく、他の元素は0.2〜1.0重量％含んで、前記の他の元素はチタン、鉄、スズ、アルミ、リチウム、マグネシウム、希土金属、燐中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上含んで、しかし100％ではなく、その中の亜鉛が35重量％以上であることを特徴とする権利請求項1に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
5８〜63重量％の銅、0.4〜1.0重量％アンチモン、0.2〜0.4重量％のニッケル、0.0005〜０.015重量％ホウ素を含んで、アンチモンの含有量が中限以下である場合、ニッケルが主成分にならなくてもよく、他の元素は0.35〜0.8重量％含んで、前記の他の元素はチタン、鉄、スズ、アルミ、リチウム、マグネシウム、希土金属、燐中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97.5重量％以上、99重量％以下で、その中の亜鉛が35重量％以上であることを特徴とする権利請求項3に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
55〜6５重量％の銅、0.4〜1.8重量％のアンチモン、0.3〜1.5重量％のシリコーン、0.0004〜０.12重量％のホウ素、他の元素は0.2〜1.2重量％含んで、前記の他の元素は鉄、スズ、ニッケル、希土金属、燐、マンガン、アルミ、リチウム中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上で、しかし100％ではなく、その中の亜鉛が33重量％以上であるを特徴とする権利請求項1に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
57〜64重量％の銅、0.6〜1.2重量％のアンチモン、0.3〜1.0重量％のシリコーン、0.0005〜０.015重量％のホウ素、他の元素は0.2〜1.0重量％を含んで、前記の他の元素は鉄、スズ、ニッケル、希土金属、燐、マンガン、アルミ、リチウム中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上であるが、９９重量％以下で、その中の亜鉛が33重量％以上であることを特徴とする権利請求項5に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
55〜65重量％の銅、0.3〜1.５重量％のアンチモン、0.16〜0.45重量％のビスマス、他の元素は 0.1〜1.2重量％含んで、前記の他の元素はスズ、ホウ素、リチウム、チタン、クロム、マグネシウム、鉄、燐、希土元素中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97重量％以上で、しかし100％ではなく、その中の亜鉛が35重量％以上であることを特徴とする権利請求項1に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
57〜63重量％の銅、0.5〜1.2重量％のアンチモン、0.2〜0.40重量％のビスマス、他の元素は0.3〜1.2重量％含んで、前記の他の元素はスズ、ホウ素、リチウム、チタン、クロム、マグネシウム、鉄、燐、希土元素中の少なくとも2種類の元素を含み、残部は亜鉛と避けられない不純物であり、前記の合金組成の中に銅と亜鉛があわせて97.5重量％以上であるが、99重量％以下で、その中の亜鉛が35重量％以上であることを特徴とする権利請求項7に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
前記の鉛は仮に不純物としても、その含有量が0.03重量％を超えないことを特徴とする権利請求項1、2、3、4、5、6、7、または8に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。
55〜65重量％の銅、0.3〜2.0重量％のアンチモン、0.2〜1.0重量％のマンガン、他の元素は0.1〜1.2重量％含み、残部は亜鉛と避けられない不純物からなる合金成分で、特殊のアンチモン添加方法と被覆保護方法とにより、黄銅溶液の中に金属アンチモンを快速に金属間化合物になるように固溶させ、また1030℃の温度の中でアンチモンを含む黄銅のインコットを連続的に鋳造し（アンチモンを含む黄銅の全溶融過程の最高温度は1100℃で、金属アンチモンを蒸発させる沸点温度 1675℃に遥かに達することができないので、人類と環境に危害を与えない）、630〜720℃の温度で、大きい押出比で押出を行い、中間熱処理は冷間加工条件のように420〜700℃の温度で行い、400℃以下の温度で応力を解消するための焼き鈍しを行うことを特徴とする製造方法で作る権利請求項1、2、3、4、5、6、7、または8に記載するアンチモンを含む無鉛快削性黄銅合金。