JP2016537509A - セラミックナノ粒子を含む被削性が改善された黄銅合金 - Google Patents
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Abstract
Description
1. 切り屑の破断性が悪化し、切り屑の制御が難しくなる。
3. バリの生成。
4. 切削工具のすくい面に構成刃先「BUE(build up edge)」が滞留し、最終的に工作物表面に残留する。
6. 切り屑厚さ方向の切削抵抗が増大するために振動傾向(vibration tendency)が著しく増大する(図2参照)。
本発明の目的は、約3重量%のPbを含有するいわゆる快削黄銅に匹敵するかまたはそれに近い切削性を有する黄銅合金を提供することにある。
独立請求項に定義されるように、本発明により上述の目的は達成され、さらには、上述の切削に関する問題が解消された。本発明の好適な実施形態を独立請求項に定義する。
(i)所望量の1/3以下の量の溶融しようとする黄銅スクラップを炉内に投入するステップと、
(ii)セラミックナノ粒子を全て投入するステップと、
(iii)オプションとして、炉内で撹拌することにより混合するステップと、
(iv)黄銅スクラップの残部を所望量に達するまで投入するステップと
を含む。
2. 粒子周囲の張力場および粒子自体が転位を捕捉し、切り屑を脆化させる。
4. 展延性が低下することにより、バリの生成も低減されると共に、切り屑が長く伸びにくくなる。
切削域における速度勾配によってナノ粒子は回転しスピンする(図6)。このようなスピンが発生すると粒子に大きな応力が加わる。一部のセラミック粒子は幾つかの小さな破片に破壊されることになる。セラミック素材はかなり脆く、引張方向に加わる大きな応力に耐えられない。セラミック粒子はスタグネーションポイント(stagnation point)付近で破壊すると推測され(図7)、「魚雷」のように作用するであろう。「魚雷」の破片は単なる粒子となるのではなく、切り屑を脆化させる。
溶融プロセスの開始時に黄銅スクラップを含んだ溶融浴に直径500nmのAl2O3の球状セラミックナノ粒子を撹拌しながら導入することにより、63.0重量%のCuと、36.6重量%のZnと、0.2重量%のPbと、0.1重量%のAsと、0.0005重量%のBと、0.05重量%のAl2O3とを含有する黄銅合金を製造した。溶融浴の温度は1040℃とした。黄銅スクラップは上記最終組成の合金が得られる量の合金添加物を含むものとした。この方法はまた、
i. 所要量の1/3以下の溶融しようとする黄銅スクラップを炉に投入するステップと、
ii. セラミックナノ粒子を全て投入するステップと、
iii. オプションとして、炉内で撹拌することにより混合するステップと、
iv. 黄銅スクラップの残部を所要量に達するまで投入するステップと
を含む。
溶融プロセスの開始時に黄銅スクラップを含んだ溶融浴に直径500nmの球状のAl2O3セラミックナノ粒子を撹拌しながら導入することにより、63.1重量%のCuと、36.7重量%のZnと、0.145重量%のPbと、0.06重量%のAsと、0.06重量%のAl2O3とを含有する黄銅合金を製造した。溶融浴の温度は1040℃とした。黄銅スクラップは、上記最終組成を有する本発明の合金が得られる量の合金添加物を含むものとした。
参考文献:
1. http://www.svensktvatten.se/PageFiles/3562/Nilsson.pdf
2. http.//www.diehl.com/en/diehl-metall/company/brands/diehl-metall-messing/ecomerica/alloys.html
3. http://www.nordicbrass.se/PRODUKTER/Oversiktstanglegeringar/tabid/88/
language/sv-SE/Default.aspx
4. O Rod, Swerea Kimab, Sweden
1. 切り屑の破断性が悪化し、切り屑の制御が難しくなる。
3. バリの生成。
4. 切削工具のすくい面に構成刃先「BUE(build up edge)」が滞留し、最終的に工作物表面に残留する。
6. 切り屑厚さ方向の切削抵抗が増大するために振動傾向(vibration tendency)が著しく増大する(図2参照)。
本発明の目的は、約3重量%のPbを含有するいわゆる快削黄銅に匹敵するかまたはそれに近い切削性を有する黄銅合金を提供することにある。
独立請求項に定義されるように、本発明により上述の目的は達成され、さらには、上述の切削に関する問題が解消された。本発明の好適な実施形態を独立請求項に定義する。すなわち、本発明の一態様では、Cuと、Znと、0〜0.25重量%のPbと、0.04〜0.1重量%のAl2O3とを含有する黄銅合金が提供され、Al2O3がセラミックナノ粒子の形態で前記合金中に存在する。
(i)所望量の1/3以下の量の溶融しようとする黄銅スクラップを炉内に投入するステップと、
(ii)セラミックナノ粒子を全て投入するステップと、
(iii)オプションとして、炉内で撹拌することにより混合するステップと、
(iv)黄銅スクラップの残部を所望量に達するまで投入するステップと
を含む。
2. 粒子周囲の張力場および粒子自体が転位を捕捉し、切り屑を脆化させる。
4. 展延性が低下することにより、バリの生成も低減されると共に、切り屑が長く伸びにくくなる。
切削域における速度勾配によってナノ粒子は回転しスピンする(図6)。このようなスピンが発生すると粒子に大きな応力が加わる。一部のセラミック粒子は幾つかの小さな破片に破壊されることになる。セラミック素材はかなり脆く、引張方向に加わる大きな応力に耐えられない。セラミック粒子はスタグネーションポイント(stagnation point)付近で破壊すると推測され(図7)、「魚雷」のように作用するであろう。「魚雷」の破片は単なる粒子となるのではなく、切り屑を脆化させる。
溶融プロセスの開始時に黄銅スクラップを含んだ溶融浴に直径500nmのAl2O3の球状セラミックナノ粒子を撹拌しながら導入することにより、63.0重量%のCuと、36.6重量%のZnと、0.2重量%のPbと、0.1重量%のAsと、0.0005重量%のBと、0.05重量%のAl2O3とを含有する黄銅合金を製造した。溶融浴の温度は1040℃とした。黄銅スクラップは上記最終組成の合金が得られる量の合金添加物を含むものとした。この方法はまた、
i. 所要量の1/3以下の溶融しようとする黄銅スクラップを炉に投入するステップと、
ii. セラミックナノ粒子を全て投入するステップと、
iii. オプションとして、炉内で撹拌することにより混合するステップと、
iv. 黄銅スクラップの残部を所要量に達するまで投入するステップと
を含む。
溶融プロセスの開始時に黄銅スクラップを含んだ溶融浴に直径500nmの球状のAl2O3セラミックナノ粒子を撹拌しながら導入することにより、63.1重量%のCuと、36.7重量%のZnと、0.145重量%のPbと、0.06重量%のAsと、0.06重量%のAl2O3とを含有する黄銅合金を製造した。溶融浴の温度は1040℃とした。黄銅スクラップは、上記最終組成を有する本発明の合金が得られる量の合金添加物を含むものとした。
参考文献:
1. http://www.svensktvatten.se/PageFiles/3562/Nilsson.pdf
2. http.//www.diehl.com/en/diehl-metall/company/brands/diehl-metall-messing/ecomerica/alloys.html
3. http://www.nordicbrass.se/PRODUKTER/Oversiktstanglegeringar/tabid/88/language/sv-SE/Default.aspx
4. O Rod, Swerea Kimab, Sweden
Claims (20)
- Cu、Zn、PbおよびAl2O3を含有する黄銅合金であって、Al2O3がセラミックナノ粒子の形態で前記合金中に存在する、黄銅合金。
- Asと、オプションの添加物であるSn、Fe、Al、Ni、Mnおよび/またはSiとをさらに含有する、請求項1に記載の黄銅合金。
- 61.5〜64.2重量%のCuと、35.6〜37.4重量%のZnと、0.100〜0.250重量%のPbと、0.04〜0.1重量%のAl2O3とを含有し、Al2O3がセラミックナノ粒子の形態で前記合金中に存在する、請求項1に記載の黄銅合金。
- Al2O3が0.04〜0.06重量%の濃度で存在する、請求項3に記載の黄銅合金。
- 0〜0.15重量%のAsをさらに含有する、請求項1〜4のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- 61.5〜63.5重量%のCuと、35.6〜37.4重量%のZnと、0.100〜0.250重量%のPbと、0〜0.15重量%のSnと、0〜0.15重量%のFeと、0〜1重量%のAlと、0〜0.149重量%のNiと、0〜0.15重量%のMnと、0〜0.03重量%のSiと、0〜0.15重量%のAsと、0〜0.02重量%のPと、0〜0.02重量%のSbと、0〜0.0007重量%のBと、0.04〜0.06重量%のAl2O3とを含有し、Al2O3がセラミックナノ粒子の形態で前記合金中に存在する、請求項1〜5のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- Alが0〜0.05重量%または0.45〜0.7重量%の濃度で存在する、請求項6に記載の黄銅合金。
- 61.5〜63.5重量%のCuと、0.1〜0.25重量%のPbと、0〜0.1重量%のSnと、0〜0.1重量%のFeと、0〜0.1重量%のNiと、0〜0.01重量%のMnと、0〜0.03重量%のSiと、0.06〜0.15重量%のAsと、0.0003〜0.0007重量%のBと、0.05重量%のAl2O3とを含有し、前記黄銅合金中のFe、Mn、SbおよびSの合計は最大で0.2重量%であり、前記合金の残りのパーセントはZnからなる、請求項1〜7のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- 63.0重量%のCuと、36.6重量%のZnと、0.2重量%のPbと、0.1重量%のAsと、0.0005重量%のBと、0.05重量%のAl2O3とを含有する、請求項8に記載の黄銅合金。
- 62.5〜63.5重量%のCuと、35.6〜37.4重量%のZnと、0.100〜0.180重量%のPbと、0〜0.15重量%のSnと、0〜0.15重量%のFeと、0〜0.05重量%または0.45〜0.7重量%のAlと、0〜0.149重量%のNiと、0〜0.15重量%のMnと、0〜0.03重量%のSiと、0〜0.02重量%のPと、0.04〜0.06重量%のAl2O3とを含有する、請求項1〜7のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- 63.1重量%のCuと、36.7重量%のZnと、0.145重量%のPbと、0.04重量%のAsと、0.05重量%のAl2O3とを含有する、請求項10に記載の黄銅合金。
- Al2O3の前記ナノ粒子が実質的に球状である、請求項1〜11のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- Al2O3の前記ナノ粒子が人工物である、請求項1〜12のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- Al2O3の前記ナノ粒子の直径が100〜1000nmである、請求項1〜13のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- Al2O3の前記ナノ粒子の直径が500nmである、請求項1〜14のいずれか一項に記載の黄銅合金。
- 請求項1〜15のいずれか一項に記載の黄銅合金を製造する方法であって、溶融プロセスの開始時に黄銅のスクラップを含んだ溶融浴にAl2O3のナノ粒子を投入することを特徴とし、前記溶融浴中の前記黄銅のスクラップは、請求項1〜10のいずれか一項に記載の黄銅合金の量でCu、Zn、Pb、Sn、Fe、Al、Ni、Mn、Si、As、Sb、Bおよび/またはPを含有する、方法。
- 前記溶融浴の温度が1040℃である、請求項16に記載の方法。
- i. 所望量の1/3以下の量の溶融しようとする黄銅スクラップを炉に投入するステップと、
ii. セラミックナノ粒子を全て投入するステップと、
iii. オプションとして、前記炉内で撹拌することにより混合するステップと、
iv. 前記黄銅スクラップの残部を前記所望量に達するまで投入するステップと
を含む、請求項16または17に記載の方法。 - 棒材、異形材、およびブルームを製造するための、請求項1〜15のいずれか一項に記載の黄銅合金の使用。
- ネジ、ナット、水道および衛生設備用継ぎ手、錠の細部部品、電気部品、装飾品、油およびガス用継ぎ手を製造するための、ならびに電気産業、エンジニアリング産業、および自動車産業における種々の細部部品のための、請求項1〜15のいずれか一項に記載の黄銅合金の使用。
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