JP2011140704A - Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same - Google Patents
Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2011140704A JP2011140704A JP2010002893A JP2010002893A JP2011140704A JP 2011140704 A JP2011140704 A JP 2011140704A JP 2010002893 A JP2010002893 A JP 2010002893A JP 2010002893 A JP2010002893 A JP 2010002893A JP 2011140704 A JP2011140704 A JP 2011140704A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- copper alloy
- copper
- vibration
- vibration damping
- present
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Abstract
Description
本発明は、優れた制振性などを示す銅合金に関するものである。 The present invention relates to a copper alloy exhibiting excellent vibration damping properties and the like.
機械的に可動する可動部を有する装置や機器などは、その可動部が加振源となって、各部に多かれ少なかれ振動を生じることが多い。このような振動は、一般的に様々な騒音の原因となったり、疲労寿命の低下等につながったり、好ましくない。このような振動を抑制するために、制振材が用いられることが多い。 An apparatus or device having a movable part that is mechanically movable often generates vibrations in each part, with the movable part serving as an excitation source. Such vibration is generally not preferable because it causes various noises and leads to a decrease in fatigue life. In order to suppress such vibration, a damping material is often used.
このような制振材として、例えば、強度や剛性などの機械的特性や耐熱性などがあまり厳しく要求されない部材には、振動を吸収し易い樹脂材や、その樹脂を部分的に用いた素材(例えば、鋼板間に樹脂材を挟持した制振鋼板)が用いられる。 As such a vibration damping material, for example, a member that does not require very severe mechanical properties such as strength and rigidity, heat resistance, etc., a resin material that easily absorbs vibration, or a material partially using the resin ( For example, a damping steel plate in which a resin material is sandwiched between steel plates is used.
しかし、強度などの機械的特性が要求され、高温雰囲気で使用される部材には、そのような制振材を安易に用いることはできず、金属材料からなる制振材が求められる。このような制振材として、Mnをベースとした制振合金(特許文献1)の他、Cu−Zn−Sn系またはCu−Al−Mn系の銅合金からなる制振材(特許文献2、特許文献3)などが提案されている。もっとも、それらの制振材は、どのような領域で制振性に優れるのか、必ずしも明確でない。 However, mechanical properties such as strength are required, and such a damping material cannot be easily used for a member used in a high temperature atmosphere, and a damping material made of a metal material is required. As such a damping material, in addition to a damping alloy based on Mn (Patent Document 1), a damping material made of a Cu-Zn-Sn-based or Cu-Al-Mn-based copper alloy (Patent Document 2, Patent Document 3) has been proposed. However, it is not always clear in which region these damping materials are excellent in damping performance.
本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、従来の合金とは全く異なる新規な組成からなる制振性に優れる銅合金、その銅合金からなる銅合金部材およびその製造方法を提供することを目的とする。特に本発明は、従来の合金では制振性が不十分であった高周波域および低歪振幅域において優れた制振性を発現する銅合金等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, a copper alloy having a novel damping composition that is completely different from a conventional alloy, a copper alloy member comprising the copper alloy, and a method for producing the copper alloy. The purpose is to provide. In particular, an object of the present invention is to provide a copper alloy or the like that exhibits excellent vibration damping properties in a high frequency region and a low strain amplitude region, in which vibration damping properties are insufficient with conventional alloys.
本発明者はこの課題を解決すべく鋭意研究し、試行錯誤を重ねた結果、Cu−Sb系合金にZnを含有させた銅合金が、高周波域および低歪振幅域で高い制振性を発現することを見出した。そして、この成果を発展させることで以下に述べる本発明を完成するに至った。 The present inventor has intensively studied to solve this problem, and as a result of repeated trial and error, a copper alloy containing Zn in a Cu—Sb alloy exhibits high damping properties in a high frequency region and a low strain amplitude region. I found out. The present invention described below has been completed by developing this result.
《銅合金》
本発明の銅合金は、全体を100質量%としたときに(以下単に「%」という。)、13%以上27%以下のアンチモン(Sb)と、亜鉛(Zn)と、残部が銅(Cu)と不可避不純物および/または改質元素とからなり、SbとZnとの合計が50%以上60%以下であり、制振性に優れることを特徴とする。
"Copper alloy"
When the copper alloy of the present invention is 100% by mass as a whole (hereinafter simply referred to as “%”), 13% to 27% of antimony (Sb), zinc (Zn), and the balance being copper (Cu ) And inevitable impurities and / or modifying elements, and the sum of Sb and Zn is 50% or more and 60% or less, and is excellent in vibration damping.
本発明の銅合金は、基本的に、主たる元素であるCuと、その合金元素となるSbおよびZnを含有するCu−Sb−Znの3元系銅合金である。 The copper alloy of the present invention is basically a ternary copper alloy of Cu—Sb—Zn containing Cu as a main element and Sb and Zn as its alloy elements.
先ず、Cu−Sbの2元系銅合金は、合金元素であるSbにより、制振性のみならず機械的特性(硬さ、強度など)にも優れる。さらにこのCu−Sbの2元系銅合金にZnが加わることにより、一層優れた制振性を発現する。所定量のSbおよびZnを含む本発明の銅合金(後述の銅合金部材を含む)が優れた制振性を発現するメカニズムや理由は必ずしも定かではないが、現状では次のように考えられる。 First, the Cu—Sb binary copper alloy is excellent not only in vibration damping properties but also in mechanical properties (hardness, strength, etc.) due to the alloy element Sb. Furthermore, by adding Zn to the Cu—Sb binary copper alloy, further excellent vibration damping properties are exhibited. The mechanism and reason why the copper alloy of the present invention (including a copper alloy member described later) containing a predetermined amount of Sb and Zn exhibits excellent vibration damping properties are not necessarily clear, but at present, it is considered as follows.
本発明の銅合金の制振性は、振動エネルギーが制振材内部で部分的に吸収等されて低下し、吸収された振動エネルギーが主に熱エネルギーに変換されて外部に放出されることにより、振動の伝達が阻害されて生じると考えられる。一般的に、そのような振動エネルギーの吸収・低減メカニズム(制振メカニズム)として、磁壁(磁区の境界)の移動により振動を吸収する強磁性型、金属結晶の転位の運動により振動を吸収する転位型、マルテンサイト的変態で生成した双晶の運動により振動を吸収する双晶型、マトリクスと柔らかい分散粒子の界面付近の粘性流動により振動を吸収する複合型などがあるといわれている。 The vibration damping property of the copper alloy of the present invention is reduced when vibration energy is partially absorbed inside the vibration damping material, and the absorbed vibration energy is mainly converted into thermal energy and released to the outside. It is considered that the transmission of vibration is inhibited. In general, as a mechanism for absorbing and reducing such vibration energy (damping mechanism), a ferromagnetic type that absorbs vibration by moving a domain wall (boundary of a magnetic domain), a dislocation that absorbs vibration by movement of a dislocation in a metal crystal It is said that there are two types: a twin type that absorbs vibration by the movement of twins formed by a martensitic transformation, and a composite type that absorbs vibration by viscous flow near the interface between the matrix and soft dispersed particles.
Cu−Sb−Znの3元系銅合金の制振メカニズムは、主に前述した双晶型であると思われる。特に、本発明の銅合金は、その成分組成からして、針状の金属組織を有する。針状に絡み合った部位において摩擦が生じて振動エネルギーを吸収し、熱エネルギーに変換されると考えられる。もっとも、この制振メカニズムは、上記の複数の制振メカニズムが融合して優れた制振性を発現していることも十分に考えられる。たとえば、本発明の銅合金に塑性加工を加えた銅合金部材の場合、転位の運動によって振動が吸収されることも考えられる。現在、このような制振メカニズムの詳細を調査中である。 The damping mechanism of the Cu—Sb—Zn ternary copper alloy seems to be mainly the twin type described above. In particular, the copper alloy of the present invention has an acicular metal structure due to its component composition. It is considered that friction is generated at a portion intertwined in a needle shape to absorb vibration energy and converted into heat energy. Of course, this vibration suppression mechanism is also considered to exhibit excellent vibration suppression properties by the fusion of the above-mentioned plurality of vibration suppression mechanisms. For example, in the case of a copper alloy member obtained by subjecting the copper alloy of the present invention to plastic working, vibration may be absorbed by the movement of dislocation. The details of such a vibration control mechanism are currently under investigation.
ところで本発明の銅合金(銅合金部材)を解析したところ、高周波域における低歪振幅域での制振性が特に良好であることがわかった。具体的には、低歪振幅域(1×10−6〜1×10−5)かつ高周波域(1000〜20000Hz)において、減衰性を指標する損失係数(η)が0.004以上となるのが好ましく、0.005以上、0.006以上、0.007以上、0.008以上、0.009以上、0.010以上さらには0.020以上ともなることがわかった。 By the way, when the copper alloy (copper alloy member) of the present invention was analyzed, it was found that the vibration damping property in the low strain amplitude region in the high frequency region was particularly good. Specifically, in the low distortion amplitude region (1 × 10 −6 to 1 × 10 −5 ) and the high frequency region (1000 to 20000 Hz), the loss coefficient (η) indicating the attenuation is 0.004 or more. It was found that it was 0.005 or more, 0.006 or more, 0.007 or more, 0.008 or more, 0.009 or more, 0.010 or more, or 0.020 or more.
なお、この損失係数は中央加振法により求めた(図1参照)。すなわち、試験片(銅合金部材)の中央を種々の周波数で加振したときの加振周波数(f0)に対する、試験片の端部で測定した測定周波数(f1、f2)の差分(Δf=f2−f1)の割合(η=Δf/f0)である。具体的な測定方法は後述する。 This loss factor was obtained by the central excitation method (see FIG. 1). That is, the difference between the measurement frequency (f 1 , f 2 ) measured at the end of the test piece with respect to the excitation frequency (f 0 ) when the center of the test piece (copper alloy member) is vibrated at various frequencies ( Δf = f 2 −f 1 ) (η = Δf / f 0 ). A specific measurement method will be described later.
ちなみに、振動減衰能を示す指標として、本明細書で主に用いた損失係数ηの他に、対数減衰率δや比減衰能W等がある。これらは相互に関係があり、δ=πηまたはW=2πηという関係式により、関連付けられる。従って、振動減衰能の指標が異なる場合でも、それら関係式を用いて換算することにより相互に比較することは可能である。 Incidentally, as an index indicating the vibration damping ability, there are a logarithmic damping factor δ, a specific damping ability W, and the like in addition to the loss coefficient η mainly used in the present specification. These are related to each other and are related by a relational expression of δ = πη or W = 2πη. Therefore, even when the vibration damping ability indexes are different, they can be compared with each other by conversion using these relational expressions.
上記した本発明の銅合金は、加工前または熱処理前の素材(銅合金素材)を含むが、塑性加工や熱処理などが施された部材(銅合金部材)が主となる。この銅合金部材の場合も同様に、1×10−6〜1×10−5の低歪振幅域、1000〜20000Hzの周波数域での制振性を指標する損失係数が0.004以上さらには0.01以上の制振部材であると好適である。 The above-described copper alloy of the present invention includes a material (copper alloy material) before processing or before heat treatment, but mainly a member (copper alloy member) subjected to plastic working or heat treatment. Similarly, in the case of this copper alloy member, the loss coefficient indicating the damping property in the low distortion amplitude region of 1 × 10 −6 to 1 × 10 −5 and the frequency region of 1000 to 20000 Hz is 0.004 or more. A damping member of 0.01 or more is preferable.
《銅合金部材の製造方法》
本発明の銅合金の場合、特定の熱処理を施すことによって制振性を一層高めることもできる。そこで本発明は、銅合金(部材)としてのみならず、その熱処理方法(製造方法)としても把握可能である。
<< Method for Manufacturing Copper Alloy Member >>
In the case of the copper alloy of the present invention, the vibration damping property can be further enhanced by performing a specific heat treatment. Therefore, the present invention can be grasped not only as a copper alloy (member) but also as a heat treatment method (manufacturing method) thereof.
すなわち、本発明は、全体を100質量%としたときに(以下単に「%」という。)、13%以上27%以下のアンチモン(Sb)と、亜鉛(Zn)と、残部が銅(Cu)と不可避不純物および/または改質元素とからなり、SbとZnとの合計が50%以上60%以下である銅合金素材を相変態点以上の加熱温度に加熱する加熱工程と、該加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷工程と、を備え、上述した銅合金部材が得られることを特徴とする銅合金部材の製造方法であってもよい。 That is, according to the present invention, when the total is 100% by mass (hereinafter simply referred to as “%”), 13% to 27% of antimony (Sb), zinc (Zn), and the balance being copper (Cu). And a heating step of heating a copper alloy material having a total of Sb and Zn of 50% or more and 60% or less to a heating temperature not lower than the phase transformation point, and after the heating step. And a quenching step of quenching the copper alloy material, and the copper alloy member described above is obtained.
《その他》
本明細書中でいう「改質元素」は、Cu、SbおよびZn以外であって、銅合金の特性改善に有効な元素である。改善される特性の種類は問わないが、制振性、硬さ、強度、靱性、延性、高温安定性などがある。改質元素となり得る各元素の組合せは任意であり、それら元素は通常微量である。
<Others>
The “modifying element” referred to in this specification is an element other than Cu, Sb and Zn, which is effective for improving the characteristics of the copper alloy. There are no limitations on the types of properties to be improved, but there are vibration damping, hardness, strength, toughness, ductility, high temperature stability, and the like. The combination of each element which can become a modification element is arbitrary, and these elements are usually a trace amount.
「不可避不純物」は、原料中に含まれる不純物や各工程時に混入等する不純物などであって、コスト的または技術的な理由等により除去することが困難な元素である。本発明に係る銅合金の場合であれば、例えば、Al、Si、S、Feなどである。なお当然ながら不可避不純物は少ないほど好ましく、その組成は特に限定されない。 “Inevitable impurities” are impurities contained in the raw material, impurities mixed in at each step, and the like, and are elements that are difficult to remove due to cost or technical reasons. In the case of the copper alloy according to the present invention, for example, Al, Si, S, Fe and the like. Of course, the smaller the inevitable impurities, the better. The composition is not particularly limited.
特に断らない限り、本明細書でいう「x〜y」は下限xおよび上限yを含む。また、本明細書に記載した下限および上限は任意に組合わせて「a〜b」のような範囲を構成し得る。さらに、数値範囲内から任意に選択した数値を上下限値とすることができる。 Unless otherwise specified, “x to y” in the present specification includes the lower limit x and the upper limit y. Further, the lower limit and the upper limit described in the present specification can be arbitrarily combined to constitute a range such as “ab”. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as the upper and lower limit values.
本明細書でいう「銅合金」または「銅合金部材」はその形態を問わない。特に銅合金は、例えば、バルク状、板状、棒状、管状等の素材であっても良いし、最終的な形状またはそれに近い構造部材自体であっても良い。 The form of “copper alloy” or “copper alloy member” in this specification is not limited. In particular, the copper alloy may be a material such as a bulk shape, a plate shape, a rod shape, or a tubular shape, or may be a final shape or a structural member close to the final shape.
また、それらの素材となる銅合金素材は、溶製材でも焼結材でもよいが、溶製材であれば、緻密で安定した品質の素材が安価で得られる。一方、焼結材であれば、(ニア)ネットシェイプにより最終製品形状に近い状態の銅合金素材が得られる。なお、いずれの場合でも酸化防止雰囲気で製造されるものであると好適である。例えば、溶製材の場合であれば、前記銅合金素材が真空中で溶製したものであると好適である。ちなみに、この場合の真空度は10〜100Pa程度であると好ましい。 In addition, the copper alloy material used as these materials may be a melted material or a sintered material, but if it is a melted material, a dense and stable quality material can be obtained at low cost. On the other hand, in the case of a sintered material, a copper alloy material in a state close to the final product shape can be obtained by a (near) net shape. In any case, it is preferable to be manufactured in an oxidation-preventing atmosphere. For example, in the case of a melted material, it is preferable that the copper alloy material is melted in a vacuum. Incidentally, the degree of vacuum in this case is preferably about 10 to 100 Pa.
本発明の銅合金および銅合金部材は、高周波域かつ低歪振幅で高い損失係数を示し、制振性に優れる。本発明の銅合金部材は、本発明の銅合金部材の製造方法により容易に得られる。 The copper alloy and copper alloy member of the present invention exhibit a high loss factor in a high frequency range and a low strain amplitude, and are excellent in vibration damping properties. The copper alloy member of the present invention can be easily obtained by the method for producing a copper alloy member of the present invention.
発明の実施形態を挙げて本発明をより詳しく説明する。 The present invention will be described in more detail with reference to embodiments of the invention.
なお、以下の実施形態を含め、本明細書で説明する内容は、本発明に係る銅合金のみならず、銅合金部材およびその製造方法にも適宜適用される。このため、下記から選択される構成は、いずれの発明にも、また、カテゴリーを越えて、重畳的または任意的に、上述した本発明の構成に付加可能である。例えば、銅合金の組成に関する構成であれば、銅合金部材は勿論、その製造方法にも関連する。また、製造方法に関する構成のように見えても、プロダクトバイプロセスとして理解すれば、銅合金に関する構成ともなり得る。なお、いずれの実施形態が最良であるか否かは、対象、要求性能等によって異なる。 In addition, the content demonstrated by this specification including the following embodiment is suitably applied not only to the copper alloy which concerns on this invention but to a copper alloy member and its manufacturing method. For this reason, the configuration selected from the following can be added to any of the inventions, in a superposed manner or arbitrarily over the category, to the above-described configuration of the present invention. For example, if it is the structure regarding the composition of a copper alloy, it is related also to the manufacturing method as well as a copper alloy member. Even if it looks like a configuration related to a manufacturing method, if it is understood as a product-by-process, it can also be a configuration related to a copper alloy. Note that which embodiment is the best depends on the target, required performance, and the like.
《合金組成》
本発明の銅合金、銅合金部材および銅合金素材(以下、単に「銅合金」という。)は、主成分であるCuと、SbおよびZnからなる。具体的には、本発明の銅合金は、13〜27%のSbと、Sbとの合計で50〜60%のZnと、残部がCuと不可避不純物および/または改質元素と、からなる。これらの必須元素について以下に説明する。
<Alloy composition>
The copper alloy, the copper alloy member, and the copper alloy material (hereinafter simply referred to as “copper alloy”) of the present invention are composed of Cu, Sb, and Zn as main components. Specifically, the copper alloy of the present invention is composed of 13 to 27% of Sb and 50 to 60% of Zn in total, with the balance being Cu and inevitable impurities and / or modifying elements. These essential elements are described below.
Sbは制振性の向上に有効な元素である。Sbが過少では、双晶を生じるβ相(面心立方晶)のうち制振性の高いCu−Sb系β相の比率が低下する。また、Sbが過少では、制振性を生じる針状組織が得られず、十分な制振性が得られない。Sbが過多では銅合金が脆くなり、例えば、冷間加工(冷間圧延等)の際に割れが生じたり靱性が低下したりし得る。そこでSbは上記のように13〜27%とする。好ましいSb含有量は14.5〜26.5%、さらに好ましくは15〜25%である。 Sb is an element effective for improving the vibration damping property. When Sb is too small, the ratio of the Cu—Sb-based β phase having high damping properties in the β phase (face-centered cubic crystal) that causes twinning decreases. On the other hand, if Sb is too small, a needle-like structure that produces vibration damping cannot be obtained, and sufficient vibration damping cannot be obtained. If the amount of Sb is excessive, the copper alloy becomes brittle. For example, cracking may occur or the toughness may be reduced during cold working (cold rolling or the like). Therefore, Sb is set to 13 to 27% as described above. The preferred Sb content is 14.5 to 26.5%, more preferably 15 to 25%.
Znは、上記のSbの存在を前提として、銅合金の制振性を大きく向上させるのに有効な元素である。Zn含有量は、Sb含有量と相関しつつ制振性に影響する。Sb含有量の多い銅合金ほどα相中のZn濃度が高くなりやすく、針状組織の形成に影響を及ぼす。そのため、Znは、Sbとの合計で50〜60%とする。SbとZnとの合計が過小では、制振性を生じる針状組織が得られず、十分な制振性の向上効果が得られない。SbとZnとの合計が過多では、銅合金が脆くなる。SbとZnとの好ましい含有量は、合計で53〜57%、さらに好ましくは54.5〜55.5%である。 Zn is an element effective for greatly improving the damping properties of the copper alloy on the premise of the presence of Sb. The Zn content affects the vibration damping properties while correlating with the Sb content. A copper alloy having a higher Sb content tends to have a higher Zn concentration in the α phase, which affects the formation of a needle-like structure. Therefore, Zn is 50-60% in total with Sb. If the total of Sb and Zn is too small, a needle-like structure that produces vibration damping cannot be obtained, and a sufficient vibration damping improvement effect cannot be obtained. If the sum of Sb and Zn is excessive, the copper alloy becomes brittle. The total content of Sb and Zn is 53 to 57% in total, and more preferably 54.5 to 55.5%.
上記の範囲でSbおよびZnを含む本発明の銅合金は、針状形状の金属組織を有するとよい。針状組織は、Sb−Zn系化合物、Cu−Sb系化合物およびCu−Zn系化合物のうちの一種以上からなる粒界析出物である。この針状組織が、Cu−Sb−Zn合金の制振性を大きく向上させていると考えられる。なお、針状組織は、溶製した本発明の銅合金を顕微鏡観察することで、容易に確認できる。 The copper alloy of the present invention containing Sb and Zn in the above range may have a needle-like metal structure. The acicular structure is a grain boundary precipitate composed of one or more of an Sb—Zn compound, a Cu—Sb compound, and a Cu—Zn compound. This needle-like structure is considered to greatly improve the vibration damping property of the Cu—Sb—Zn alloy. The acicular structure can be easily confirmed by observing the melted copper alloy of the present invention under a microscope.
《製造方法》
〈銅合金素材〉
銅合金素材は、上述した組成を有するものであれば、溶製材でも焼結材でもよい。もっとも、酸化物等の介在によって銅合金の制振性や機械的特性等が低下し得るので、銅合金素材は酸化防止雰囲気さらには真空雰囲気で鋳造や焼結されたものであると好ましい。
"Production method"
<Copper alloy material>
The copper alloy material may be a melted material or a sintered material as long as it has the above-described composition. However, the damping properties and mechanical properties of the copper alloy can be reduced by the inclusion of oxides and the like, so the copper alloy material is preferably cast or sintered in an antioxidant atmosphere or a vacuum atmosphere.
この銅合金素材は、鋳造または焼結させた銅合金に熱間加工(熱間圧延、熱間鍛造など)または冷間加工などの塑性加工を施したものでもよい。この塑性加工により最終的な製品(銅合金部材)形状かそれに近い形状とされた銅合金素材が後述の熱処理に供されると、塑性加工により導入された加工歪みなども解消されるので好ましい。 The copper alloy material may be obtained by subjecting a cast or sintered copper alloy to plastic working such as hot working (hot rolling, hot forging, etc.) or cold working. It is preferable that a copper alloy material having a final product (copper alloy member) shape or a shape close to it by this plastic working is subjected to a heat treatment described later, since the processing strain introduced by the plastic working is eliminated.
〈熱処理〉
本発明に係る熱処理(工程)には、銅合金素材を相変態点以上の加熱温度に加熱する加熱工程と、加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷工程とがある。このような熱処理(いわゆる溶体化処理)を施すことにより、熱処理を施さなかった場合やいわゆる焼鈍または焼準だけをおこなった場合よりも、銅合金部材の制振性が大きく向上し得る。この理由は、高温から室温付近まで急冷することにより、高温で安定なβ相を室温でも維持することができるからである。冷却速度が遅い場合、高い制振性を示すβ相がδ相に変態してしまい、ほとんど制振性を示さなくなる。そして、このような熱処理を施すことで、針状組織も維持される。
<Heat treatment>
The heat treatment (process) according to the present invention includes a heating process for heating the copper alloy material to a heating temperature equal to or higher than the phase transformation point, and a rapid cooling process for rapidly cooling the copper alloy material after the heating process. By performing such a heat treatment (so-called solution treatment), the vibration damping property of the copper alloy member can be greatly improved as compared with the case where the heat treatment is not performed or only the so-called annealing or normalization is performed. This is because a β phase stable at high temperature can be maintained at room temperature by rapidly cooling from high temperature to near room temperature. When the cooling rate is low, the β phase exhibiting high vibration damping properties is transformed into the δ phase, and hardly exhibits vibration damping properties. And by performing such a heat treatment, the acicular structure is also maintained.
なお、ここでいう相変態点は、Cu−Sb−Znの3元系銅合金において、α相またはδ相がβ相へ変態する際の温度であって、マルテンサイト変態温度ではない。 The phase transformation point referred to here is a temperature at which the α phase or the δ phase transforms into the β phase in the Cu—Sb—Zn ternary copper alloy, and not the martensite transformation temperature.
加熱工程の好ましい加熱温度は、銅合金の成分組成により異なるが、本発明の範囲内であれば、450〜600℃さらには470〜500℃であると好適である。この加熱時間は、銅合金が十分に均質化するとともに生産性を向上し得る時間であると好ましく、例えば、0.5〜3時間さらには1〜2時間であるとよい。 Although the preferable heating temperature of a heating process changes with component compositions of a copper alloy, if it is in the range of this invention, it is suitable in it being 450-600 degreeC further 470-500 degreeC. This heating time is preferably a time at which the copper alloy can be sufficiently homogenized and productivity can be improved, for example, 0.5 to 3 hours, and further preferably 1 to 2 hours.
急冷工程の好ましい冷却速度は、高温の銅合金素材が室温でもβ相を保持し得る速度である。具体的な冷却速度は銅合金の成分組成により異なるが、300〜1000℃/秒さらには800〜900℃/秒であると好適である。 A preferable cooling rate in the rapid cooling step is a rate at which a high-temperature copper alloy material can retain the β phase even at room temperature. The specific cooling rate varies depending on the composition of the copper alloy, but is preferably 300 to 1000 ° C./second, more preferably 800 to 900 ° C./second.
なお、これらの熱処理以外に、本発明の銅合金の制振性を向上させるか、極端に低下させない範囲で低温焼鈍や時効処理などをさらに行ってもよい。 In addition to these heat treatments, the copper alloy of the present invention may be further subjected to low-temperature annealing, aging treatment, or the like within a range where the vibration damping properties are improved or not extremely reduced.
《銅合金部材》
本発明の銅合金部材はその形状や用途などは問わないが、一例として、前述した制振部材がある。
<< Copper alloy parts >>
The copper alloy member of the present invention may be of any shape or application, but as an example, there is the above-described vibration damping member.
制振部材に係る具体例を挙げると、内燃機関の振動部位に介在させる振動緩衝体がある。より具体的には、エンジンのオイルパンをシリンダブロックへ固定するボルトに介在させるワッシャ、燃料用インジェクタとシリンダヘッドとの間に介在させるワッシャ、エンジンの排気熱を遮蔽するインシュレータやそれを固定するボルトに介在させるワッシャの他、オイルパン、吸気パイプ、ヘッドカバー等などである。 As a specific example related to the vibration damping member, there is a vibration buffering body interposed in a vibration portion of the internal combustion engine. More specifically, a washer interposed in a bolt for fixing the engine oil pan to the cylinder block, a washer interposed between the fuel injector and the cylinder head, an insulator for shielding engine exhaust heat, and a bolt for fixing the same. In addition to the washer interposed between the oil pan, the oil pan, the intake pipe, the head cover, and the like.
本発明の銅合金部材は金属製であるから、上述したような制振性の他に、強度、剛性、靱性、伸びなど、各種の機械的特性にも優れる。例えば、その硬さは200HV以上さらには400HV以上あり十分に高硬度である。このように各種の機械的特性に優れるので本発明の銅合金は構造部材としても十分利用可能である。 Since the copper alloy member of the present invention is made of metal, it is excellent in various mechanical properties such as strength, rigidity, toughness and elongation in addition to the above-described vibration damping properties. For example, the hardness is 200 HV or higher, further 400 HV or higher, and is sufficiently hard. Thus, since it is excellent in various mechanical characteristics, the copper alloy of the present invention can be sufficiently used as a structural member.
実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
《試験片の製造》
(1)銅合金素材の溶製
原料として純Cu、純Sbおよび純Znの鋳塊を用意して、表1に示す種々の合金組成に配合した。これらの配合原料を黒鉛製坩堝に入れて高周波真空溶解炉で溶解した。この溶解は、(I)0.1〜0.5torr(13.322〜66.661Pa)まで排気した後、(II)100torr(13332.2 Pa)までアルゴンガスを導入し、(III)さらにその脱ガス後に500torr(66661 Pa)までArガスを導入した雰囲気で行った。このときの溶解温度は1050℃とし、一度の溶解で5Kgの溶湯を調製した。
The present invention will be described more specifically with reference to examples.
<Manufacture of test pieces>
(1) Melting of copper alloy material Ingots of pure Cu, pure Sb and pure Zn were prepared as raw materials, and blended in various alloy compositions shown in Table 1. These blended raw materials were put in a graphite crucible and melted in a high frequency vacuum melting furnace. In this dissolution, after evacuating to (I) 0.1 to 0.5 torr (13.322 to 66.661 Pa), (II) introducing argon gas to 100 torr (13332.2 Pa), (III) and further degassing, 500 torr ( 66661 Pa) in an atmosphere in which Ar gas was introduced. The melting temperature at this time was 1050 ° C., and 5 kg of molten metal was prepared by one melting.
こうして得られた銅合金溶湯をArガス雰囲気の下、アルミナ製の鋳型へ注湯し、自然冷却により凝固させた。こうして、円柱形状(φ70mm×130mm)の試験片素材(銅合金素材)を得た。
(2)熱処理
熱間圧延後の試験片素材を、大気雰囲気の加熱炉中に入れて500〜600℃で1時間加熱した後(加熱工程)、水冷によって急冷した(急冷工程)。このときの冷却速度は約900〜1000℃/秒であった。こうして得られた試験片(銅合金部材)を用いて種々の測定および観察を行った。
《評価》
〈損失係数の測定〉
上記の各種試験片を用いて、中央加振法により、損失係数を測定した。中央加振法は、試験片の中央を三角治具で支持して、その三角治具に所定の振動を付与し、試験片の端部で伝達された振動の周波数を測定する方法である。本実施例で付与した振動は、周波数は0〜20000Hz、歪振幅は1×10−6〜1×10−5とした。
The molten copper alloy thus obtained was poured into an alumina mold under an Ar gas atmosphere and solidified by natural cooling. Thus, a test piece material (copper alloy material) having a cylindrical shape (φ70 mm × 130 mm) was obtained.
(2) Heat treatment The test piece material after hot rolling was placed in a heating furnace in the air atmosphere and heated at 500 to 600 ° C. for 1 hour (heating step), and then rapidly cooled by water cooling (rapid cooling step). The cooling rate at this time was about 900 to 1000 ° C./second. Various measurements and observations were performed using the test pieces (copper alloy members) thus obtained.
<Evaluation>
<Measurement of loss factor>
The loss factor was measured by the central excitation method using the various test pieces described above. The center excitation method is a method in which the center of a test piece is supported by a triangular jig, a predetermined vibration is applied to the triangular jig, and the frequency of vibration transmitted at the end of the test piece is measured. In the vibration applied in this example, the frequency was 0 to 20000 Hz, and the distortion amplitude was 1 × 10 −6 to 1 × 10 −5 .
周波数を変化させて前記の周波数域内における周波数応答関数を求めた。その周波数応答関数から半値幅法により損失係数を算出した。この算出方法の概要を図1に示した。 The frequency response function in the said frequency range was calculated | required by changing a frequency. The loss factor was calculated from the frequency response function by the half-width method. An outline of this calculation method is shown in FIG.
〈顕微鏡観察〉
表1に示す各試験片の金属組織を金属顕微鏡で観察した。それぞれの顕微鏡写真を図2〜図5に示した。それぞれの顕微鏡写真において、明るく見える部分がα相、暗く見える部分がβ相であった。図2および図3では、暗く見えるβ相に針状組織が観察された。
<Microscope observation>
The metal structure of each test piece shown in Table 1 was observed with a metallographic microscope. The respective micrographs are shown in FIGS. In each micrograph, the bright portion was the α phase, and the dark portion was the β phase. In FIG. 2 and FIG. 3, a needle-like structure was observed in the β phase that appeared dark.
図6に、各試験片の損失係数を示した。試験片#01および#02は、1500Hzであっても4000Hzであっても、損失係数でη>0.01の優れた制振性を示した。一方、試験片#C1および#C2の損失係数は、いずれの場合であっても非常に低かった。試験片#01および#02と試験片#C1および#C2との大きな違いは、金属組織にあった。試験片#01および#02(図2および図3)には、試験片#C1および#C2(図4および図5)には見られなかった針状組織が観察された。 FIG. 6 shows the loss factor of each test piece. Specimens # 01 and # 02 exhibited excellent vibration damping properties with a loss factor of η> 0.01 regardless of whether the frequency was 1500 Hz or 4000 Hz. On the other hand, the loss factors of the test pieces # C1 and # C2 were very low in any case. The major difference between the test pieces # 01 and # 02 and the test pieces # C1 and # C2 was in the metal structure. In the test pieces # 01 and # 02 (FIGS. 2 and 3), needle-like tissues that were not found in the test pieces # C1 and # C2 (FIGS. 4 and 5) were observed.
また、図7から明らかなように、試験片#01および#02は、広範囲の周波数域で高い損失係数を示した。いずれの試験片も、周波数が高い領域であっても高い損失係数を示した。具体的には、#01は、広範囲の周波数域においてη>0.01を示し、4000Hzにおいてη=0.0101であった。#02は、4000Hz以下ではη>0.01を示し、4000Hzにおいてη=0.0110、12000Hzにおいてη=0.00697であった。 Further, as apparent from FIG. 7, the test pieces # 01 and # 02 showed high loss coefficients in a wide frequency range. All the test pieces showed a high loss factor even in a high frequency region. Specifically, # 01 showed η> 0.01 in a wide frequency range, and η = 0.0001 at 4000 Hz. # 02 showed η> 0.01 at 4000 Hz or less, and η = 0.110 at 4000 Hz, and η = 0.00697 at 12000 Hz.
なお、図7では、試験片#01および#02の1000〜8000Hzの範囲の損失係数ηを示している。試験片#01および#02は、15000Hzさらには20000Hzであっても、η>0.004を示すことが、図7より予測される。 FIG. 7 shows the loss coefficient η in the range of 1000 to 8000 Hz for the test pieces # 01 and # 02. It is predicted from FIG. 7 that the test pieces # 01 and # 02 exhibit η> 0.004 even at 15000 Hz or 20000 Hz.
Claims (7)
13%以上27%以下のアンチモン(Sb)と、
亜鉛(Zn)と、
残部が銅(Cu)と不可避不純物および/または改質元素とからなり、SbとZnとの合計が50%以上60%以下である制振性に優れることを特徴とする銅合金。 When the total is 100% by mass (hereinafter simply referred to as “%”),
13 to 27% antimony (Sb),
Zinc (Zn);
A copper alloy characterized in that the balance is made of copper (Cu) and inevitable impurities and / or modifying elements, and the total of Sb and Zn is 50% or more and 60% or less and has excellent vibration damping properties.
1×10−6〜1×10−5の低歪振幅域、1000〜20000Hzの周波数域での制振性を指標する損失係数が0.004以上の制振部材であることを特徴とする銅合金部材。 A copper alloy member comprising the copper alloy according to claim 1,
Copper having a loss factor of 0.004 or more indicating a damping property in a low distortion amplitude region of 1 × 10 −6 to 1 × 10 −5 and a frequency region of 1000 to 20000 Hz Alloy member.
該加熱工程後の銅合金素材を急冷する急冷工程と、
を備え、請求項5または6に記載の銅合金部材が得られることを特徴とする銅合金部材の製造方法。 A heating step of heating the copper alloy material according to any one of claims 1 to 3 to a heating temperature equal to or higher than a phase transformation point;
A rapid cooling step of rapidly cooling the copper alloy material after the heating step;
A copper alloy member manufacturing method according to claim 5 or 6, wherein the copper alloy member according to claim 5 or 6 is obtained.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010002893A JP2011140704A (en) | 2010-01-08 | 2010-01-08 | Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010002893A JP2011140704A (en) | 2010-01-08 | 2010-01-08 | Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011140704A true JP2011140704A (en) | 2011-07-21 |
Family
ID=44456757
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010002893A Pending JP2011140704A (en) | 2010-01-08 | 2010-01-08 | Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2011140704A (en) |
-
2010
- 2010-01-08 JP JP2010002893A patent/JP2011140704A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4775510B2 (en) | Iron alloy parts | |
CN112063883B (en) | Aluminum bronze and preparation method thereof | |
US20130206287A1 (en) | Co-based alloy | |
US20180126457A1 (en) | Aluminum alloy powder and manufacturing method of aluminum alloy object | |
JP2008075171A (en) | HEAT RESISTANT ALLOY SPRING AND Ni-BASED ALLOY WIRE USED THEREFOR | |
JP4825886B2 (en) | Ferritic spheroidal graphite cast iron | |
WO2009028736A1 (en) | Austenitic cast iron, process for manufacturing the same, austenitic cast iron castings, and exhaust system parts | |
JP2014208875A (en) | Austenitic heat-resistant cast steel and method for producing the same | |
CN115074598A (en) | Multi-principal-element alloy with high damping performance and high strength and preparation process thereof | |
US5468310A (en) | High temperature abrasion resistant copper alloy | |
WO2011145339A1 (en) | Austenitic cast iron, cast product of austenitic cast iron, and process for production of the cast product | |
KR101277456B1 (en) | Aluminium-based alloy and moulded part consisting of said alloy | |
JP5724613B2 (en) | Damping alloy material manufacturing method and damping alloy material | |
Unnikrishnan et al. | An investigation on the effects of Co, Ti and Si on microstructure, hardness and wear properties of AlCuNiFe based entropy alloys | |
JP2010159485A (en) | Copper alloy, copper alloy member, and method for producing the same | |
JP2011241438A (en) | Iron alloy, iron alloy member, and method for manufacturing the same | |
JP2011140704A (en) | Copper alloy, copper alloy member and method for producing the same | |
CN115821143A (en) | AlCoCrFeNiNbx high-entropy alloy resistant to high-temperature abrasion | |
JP5659930B2 (en) | Iron alloy damping material manufacturing method and iron alloy damping material | |
JP7218270B2 (en) | Copper alloy rolled sheet and quality judgment method thereof | |
JPH02247348A (en) | Heat-resistant aluminum alloy having excellent tensile strength, ductility and fatigue resistance | |
JPH0734204A (en) | Ferritic heat resistant cast steel and its production | |
JP5475380B2 (en) | Austenitic cast iron, its manufacturing method and austenitic cast iron casting | |
CN109338188B (en) | High-temperature creep resistant high-performance magnesium alloy material and preparation method thereof | |
JP2012092367A (en) | Magnesium alloy and magnesium alloy member |