JP2759873B2 - 耐摩耗性高力銅合金 - Google Patents
耐摩耗性高力銅合金Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、耐摩耗性に優れた高力
銅合金に関するもので、特に衝撃抵抗と摩擦トルクとを
大量に受ける動力伝達機具を製作するのに使われる、耐
久性に優れた高力銅合金（High Tensile Strength Copp
er Alloy）に関するものである。
銅合金に関するもので、特に衝撃抵抗と摩擦トルクとを
大量に受ける動力伝達機具を製作するのに使われる、耐
久性に優れた高力銅合金（High Tensile Strength Copp
er Alloy）に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に高力銅合金は、Ｃｕ−ＺｎにＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ等の元素を添加し製造される。こ
れは、優れた耐摩耗性、降張力、靭性を有するので、非
鉄合金の中でも強力な構造用材料として多く使用され
る。特に自動車用のシンクロナイザ・リング（Synchron
izer Ring）のみならず一般機械用のウォーム歯車（wor
m wheel）、ベアリング、圧縮器用の Slipper その他高
速運動用部品を作るのに多く使用されている。
ｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｎｉ等の元素を添加し製造される。こ
れは、優れた耐摩耗性、降張力、靭性を有するので、非
鉄合金の中でも強力な構造用材料として多く使用され
る。特に自動車用のシンクロナイザ・リング（Synchron
izer Ring）のみならず一般機械用のウォーム歯車（wor
m wheel）、ベアリング、圧縮器用の Slipper その他高
速運動用部品を作るのに多く使用されている。
【０００３】しかし従来の高力銅合金で作られた上記部
品は耐摩耗性に劣る為、長時間使用すると回転運動によ
る摩耗と衝撃によって、その部品からなる機器の作動が
円滑でなくなり、ひどい騒音が発生し部品の寿命が短縮
されたり、部品が破損されたりという問題点がある。特
に、最近の自動車用トランスミッション（Transmissio
n）の動力伝達メカニズム（mechanism）には、瞬間的に
強力な力と巨大なトルク（Torque）との伝達が求められ
る傾向がある。従って、シンクロナイザ・リング（Sync
hronizer Ring）の素材は、摩擦係数が高く、優れた耐
摩耗性を有する素材が要求され、従来の高力銅合金素材
では、その要求を満たせないのが現在の実状である。
品は耐摩耗性に劣る為、長時間使用すると回転運動によ
る摩耗と衝撃によって、その部品からなる機器の作動が
円滑でなくなり、ひどい騒音が発生し部品の寿命が短縮
されたり、部品が破損されたりという問題点がある。特
に、最近の自動車用トランスミッション（Transmissio
n）の動力伝達メカニズム（mechanism）には、瞬間的に
強力な力と巨大なトルク（Torque）との伝達が求められ
る傾向がある。従って、シンクロナイザ・リング（Sync
hronizer Ring）の素材は、摩擦係数が高く、優れた耐
摩耗性を有する素材が要求され、従来の高力銅合金素材
では、その要求を満たせないのが現在の実状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題点
を解決するためのもので、従来の高力銅合金の成分及び
各成分の化学的組成を調節し、組織をより微細にし、一
般の機械的性質のみならず耐摩耗性、摩擦係数を向上さ
せた高力銅合金を提供することを目的とする。
を解決するためのもので、従来の高力銅合金の成分及び
各成分の化学的組成を調節し、組織をより微細にし、一
般の機械的性質のみならず耐摩耗性、摩擦係数を向上さ
せた高力銅合金を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明に関する合金は、重量％でＣｕ：５５〜６５
％、Ｚｎ：１５〜３５％、Ａｌ：１〜６％、Ｔａ：０．
１〜５％又はＬｉ：０．０１〜２．０％、Ｓｉ：０．５
〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜５％、Ｃｒ：０．１〜１．
５％及びＭｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｏ中１種又
は２種以上：０．０１〜３．０％からなる。
の本発明に関する合金は、重量％でＣｕ：５５〜６５
％、Ｚｎ：１５〜３５％、Ａｌ：１〜６％、Ｔａ：０．
１〜５％又はＬｉ：０．０１〜２．０％、Ｓｉ：０．５
〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜５％、Ｃｒ：０．１〜１．
５％及びＭｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｏ中１種又
は２種以上：０．０１〜３．０％からなる。
【０００６】本発明に関する最も望ましい合金は、重量
％でＣｕ：５５〜６５％、Ｚｎ：１５〜３５％、Ａｌ：
１〜６％、Ｔａ：０．１〜５％、Ｌｉ：０．０１〜２．
０％、Ｓｉ：０．５〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜５％、
Ｃｒ：０．１〜１．５％及びＭｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｍｏ、Ｃｏ中１種又は２種以上：０．０１〜３．０％か
らなる。
％でＣｕ：５５〜６５％、Ｚｎ：１５〜３５％、Ａｌ：
１〜６％、Ｔａ：０．１〜５％、Ｌｉ：０．０１〜２．
０％、Ｓｉ：０．５〜３．５％、Ｎｉ：０．２〜５％、
Ｃｒ：０．１〜１．５％及びＭｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、
Ｍｏ、Ｃｏ中１種又は２種以上：０．０１〜３．０％か
らなる。
【０００７】本発明の耐摩耗性高力銅合金は、α＋β又
はβ単層の黄銅素地（matrix）にＮｉｘＳｉｙ（Ｔｉ、
Ｚｎ、Ｚｒ）ｚ、ＮｉｘＴｉｙ（Ｚｎ、Ｚｒ）のＮｉ−
系金属間化合物及びＴａ（Ｔｉ、Ｚｒ）、ＴａｘＺｎ
ｙ、ＴａｘＮｉｙ（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭ
ｏｚのＴａ−系金属間化合物を生成し、Ｌｉで結晶粒及
び析出された金属間化合物を微細化させて高速、高荷重
の苛酷な摩耗環境においても十分な耐摩耗性と高い摩擦
係数とを示す。
はβ単層の黄銅素地（matrix）にＮｉｘＳｉｙ（Ｔｉ、
Ｚｎ、Ｚｒ）ｚ、ＮｉｘＴｉｙ（Ｚｎ、Ｚｒ）のＮｉ−
系金属間化合物及びＴａ（Ｔｉ、Ｚｒ）、ＴａｘＺｎ
ｙ、ＴａｘＮｉｙ（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭ
ｏｚのＴａ−系金属間化合物を生成し、Ｌｉで結晶粒及
び析出された金属間化合物を微細化させて高速、高荷重
の苛酷な摩耗環境においても十分な耐摩耗性と高い摩擦
係数とを示す。
【０００８】上記各構成元素を選定し、その構成元素の
組成を上記のように限定した理由は次の通りである。 （ａ）Ｚｎ Ｚｎは、Ｃｕ及びＡｌとともに素地を構成し素地の耐摩
耗性を向上させ、強度と靭性を付与し、合金の素地組織
を決定する成分である。Ｚｎ：１５％未満では、上記効
果が得られず、Ｚｎ：３５％を超えると劣化現象が発生
するので、Ｚｎを１５〜３５％に限定した。
組成を上記のように限定した理由は次の通りである。 （ａ）Ｚｎ Ｚｎは、Ｃｕ及びＡｌとともに素地を構成し素地の耐摩
耗性を向上させ、強度と靭性を付与し、合金の素地組織
を決定する成分である。Ｚｎ：１５％未満では、上記効
果が得られず、Ｚｎ：３５％を超えると劣化現象が発生
するので、Ｚｎを１５〜３５％に限定した。
【０００９】（ｂ）Ａｌ Ａｌは、上記Ｃｕ及びＡｌとともに、優れた強度と靭性
を有する素地を形成し、β相形成促進の元素として合金
の機械的強度を高める。しかし添加量が、６．０％以上
では鋳造組織が粗大化する傾向があり、酸化スラグ（sl
ag）が生成されやすく靭性が低下する。一方、添加量が
１．０％以下では、強度及び靭性の効果が得られない。
を有する素地を形成し、β相形成促進の元素として合金
の機械的強度を高める。しかし添加量が、６．０％以上
では鋳造組織が粗大化する傾向があり、酸化スラグ（sl
ag）が生成されやすく靭性が低下する。一方、添加量が
１．０％以下では、強度及び靭性の効果が得られない。
【００１０】（ｃ）Ｔａ Ｔａは、Ｔａ（Ｔｉ、Ｚｒ）、ＴａｘＺｎｙ、ＴａｘＮ
ｉｙ（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭｏｚのＴａ−
系金属間化合物を生成し、耐摩耗性を向上させるもので
ある。５％を超えると上記金属間化合物が粗大化し、
０．１％未満では上記効果が得られない。
ｉｙ（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭｏｚのＴａ−
系金属間化合物を生成し、耐摩耗性を向上させるもので
ある。５％を超えると上記金属間化合物が粗大化し、
０．１％未満では上記効果が得られない。
【００１１】（ｄ）Ｓｉ Ｓｉは、固溶の強化及びＮｉ2Ｓｉ析出物の生成に必要
な元素で、０．５〜３．５％が望ましい範囲である。
３．５％以上では、析出物の偏析現象が起こり、合金の
靭性が低下し、０．５％未満では、固溶強化及び析出物
強化の効果が得られない。
な元素で、０．５〜３．５％が望ましい範囲である。
３．５％以上では、析出物の偏析現象が起こり、合金の
靭性が低下し、０．５％未満では、固溶強化及び析出物
強化の効果が得られない。
【００１２】（ｅ）Ｎｉ Ｎｉは、素地中に分散され、合金の強度及び靭性を向上
させると共に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒとも結合
し、素地中に分散される微細なＮｉ−系金属間化合物を
形成して耐摩耗性を向上させる作用をする。０．２％未
満では、上記作用において必要とする効果が得られな
く、５．０％を超えると本発明が必要とするα＋β又は
β単相の素地組織を得られないので、０．２〜５．０％
に設定する。
させると共に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒとも結合
し、素地中に分散される微細なＮｉ−系金属間化合物を
形成して耐摩耗性を向上させる作用をする。０．２％未
満では、上記作用において必要とする効果が得られな
く、５．０％を超えると本発明が必要とするα＋β又は
β単相の素地組織を得られないので、０．２〜５．０％
に設定する。
【００１３】（ｆ）Ｃｒ Ｃｒは、耐摩耗性をを向上させるが、必要とする耐摩耗
性によってその含有量が違ってくる。しかし、その含有
量が、０．１％未満では必要とする耐摩耗性向上の効果
が得られない。一方、１．５％を超えると靭性が低下す
るので、その含有量を０．１〜１．５％に限定するもの
である。
性によってその含有量が違ってくる。しかし、その含有
量が、０．１％未満では必要とする耐摩耗性向上の効果
が得られない。一方、１．５％を超えると靭性が低下す
るので、その含有量を０．１〜１．５％に限定するもの
である。
【００１４】（ｇ）Ｌｉ Ｌｉは、結晶粒及び析出される金属間化合物を微細化さ
せる元素で、０．０１〜２．０％添加されるのが望まし
い。
せる元素で、０．０１〜２．０％添加されるのが望まし
い。
【００１５】（ｈ）Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃ
ｏは１つ又は２つ以上のグループ（群）で添加され、こ
れが素地内でＮｉ−系金属間化合物及びＴａ−系金属間
化合物を生成させ、耐摩耗性が向上する。しかし３％以
上添加される場合、粗大な金属間化合物が析出され脆性
破壊の原因になるので、０．０１〜３．０％添加される
のが望ましい
ｏは１つ又は２つ以上のグループ（群）で添加され、こ
れが素地内でＮｉ−系金属間化合物及びＴａ−系金属間
化合物を生成させ、耐摩耗性が向上する。しかし３％以
上添加される場合、粗大な金属間化合物が析出され脆性
破壊の原因になるので、０．０１〜３．０％添加される
のが望ましい
【００１６】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳細に説明す
る。 実施例１ 表１に示す本発明に関する各種組成の合金を溶解鋳造
し、熱間鍛造したものと、公知の高力黄銅を同じように
溶解鋳造し、熱間鍛造したものとを作製し、それらの特
性値を比較した結果は表２の通りである。この結果か
ら、本発明の合金は従来の高力黄銅に比べて引帳強さ、
硬度において優れているため、靭性（toughness）も優
れていると言える。
る。 実施例１ 表１に示す本発明に関する各種組成の合金を溶解鋳造
し、熱間鍛造したものと、公知の高力黄銅を同じように
溶解鋳造し、熱間鍛造したものとを作製し、それらの特
性値を比較した結果は表２の通りである。この結果か
ら、本発明の合金は従来の高力黄銅に比べて引帳強さ、
硬度において優れているため、靭性（toughness）も優
れていると言える。
【００１７】
【表１】
【００１８】実施例２ 本実施例の摩耗実験は、本発明に関する各種組成合金
と、それと比較される公知の高力黄銅を、別々に高周波
誘導炉に溶解し金型で鋳造して製作した自動車用変速機
のシンクロナイザ・リングを対象としたものである。こ
の実験では、広く使用されている台上耐久試験機（Benc
h Test）を使って、荷重１００ｋｇｆ、回転数１０００
ｒｐｍ、加速時間０．２ｓｅｃ、潤滑油ＳＡＥ８０Ｗ−
９０、潤滑油温度８０℃の条件で耐久回数１００００回
の実験を行った。この実験結果からは図１のように、耐
久回数が増加するにつれて、摩耗変位量が徐々に増加す
るということが分かる。特に本実施例のＮｏ．３、６、
８及び１０の試験結果より、摩耗量の増加率が低く耐摩
耗性が優れているということが分かる。なお、表２のよ
うに、摩耗変位量も、耐久回数１００００回で５０μｍ
以下に収まり従来の高力銅合金に比べ優れている。一
方、図２のように耐久回数が増加するにつれ摩擦係数
が、初期は減少するが、耐久回数５０００回以上からは
安定し殆ど変化が見られない。１００００回の耐久試験
後、全ての組成合金の摩擦係数が、自動車用のシンクロ
ナイザ・リング（Synchronizer-Ring）素材の設計基準
の０．０８以上である。特に本実施例のＮｏ．２、４、
５、７及び１０の試験結果、優れた摩擦係数を有するこ
とが分かった。
と、それと比較される公知の高力黄銅を、別々に高周波
誘導炉に溶解し金型で鋳造して製作した自動車用変速機
のシンクロナイザ・リングを対象としたものである。こ
の実験では、広く使用されている台上耐久試験機（Benc
h Test）を使って、荷重１００ｋｇｆ、回転数１０００
ｒｐｍ、加速時間０．２ｓｅｃ、潤滑油ＳＡＥ８０Ｗ−
９０、潤滑油温度８０℃の条件で耐久回数１００００回
の実験を行った。この実験結果からは図１のように、耐
久回数が増加するにつれて、摩耗変位量が徐々に増加す
るということが分かる。特に本実施例のＮｏ．３、６、
８及び１０の試験結果より、摩耗量の増加率が低く耐摩
耗性が優れているということが分かる。なお、表２のよ
うに、摩耗変位量も、耐久回数１００００回で５０μｍ
以下に収まり従来の高力銅合金に比べ優れている。一
方、図２のように耐久回数が増加するにつれ摩擦係数
が、初期は減少するが、耐久回数５０００回以上からは
安定し殆ど変化が見られない。１００００回の耐久試験
後、全ての組成合金の摩擦係数が、自動車用のシンクロ
ナイザ・リング（Synchronizer-Ring）素材の設計基準
の０．０８以上である。特に本実施例のＮｏ．２、４、
５、７及び１０の試験結果、優れた摩擦係数を有するこ
とが分かった。
【００１９】
【表２】
【００２０】
【発明の効果】以上のように従来の高力黄銅合金は、図
３でも分かるようにα＋β又はβ単相の黄銅素地内に粗
大なＮｉ−系金属間化合物（１）が偏析して分布し、Ｆ
ｅ−系金属間化合物（２）が分布している。本発明の高
力銅合金は、図４のようにα＋β又はβ単相の黄銅素地
内にＮｉｘＳｉｙ（Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ）ｚ、ＮｉｘＴｉ
ｙ（Ｚｎ、Ｚｒ）のＮｉ−系金属化合物（３）及び微細
なＴａ（Ｔｉ、Ｚｒ）、ＴａｘＺｎｙ、ＴａｘＮｉｙ
（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭｏｚのＴａ−系金
属化合物（４）を生成し、Ｌｉで結晶粒及び析出された
金属間化合物を微細化して、高速、高荷重の苛酷な摩耗
環境の下でも十分な耐摩耗性、摩耗係数を得ることがで
きる。
３でも分かるようにα＋β又はβ単相の黄銅素地内に粗
大なＮｉ−系金属間化合物（１）が偏析して分布し、Ｆ
ｅ−系金属間化合物（２）が分布している。本発明の高
力銅合金は、図４のようにα＋β又はβ単相の黄銅素地
内にＮｉｘＳｉｙ（Ｔｉ、Ｚｎ、Ｚｒ）ｚ、ＮｉｘＴｉ
ｙ（Ｚｎ、Ｚｒ）のＮｉ−系金属化合物（３）及び微細
なＴａ（Ｔｉ、Ｚｒ）、ＴａｘＺｎｙ、ＴａｘＮｉｙ
（Ｔｉ）ｚ、Ｔａ（Ｎｂ）ｘＴｉｙＭｏｚのＴａ−系金
属化合物（４）を生成し、Ｌｉで結晶粒及び析出された
金属間化合物を微細化して、高速、高荷重の苛酷な摩耗
環境の下でも十分な耐摩耗性、摩耗係数を得ることがで
きる。
【図１】本発明の高力銅合金の摩耗試験結果を示す耐久
回数による摩耗変位量のグラフである。
回数による摩耗変位量のグラフである。
【図２】本発明の高力銅合金の摩耗試験結果を示す耐久
回数による摩擦係数のグラフである。
回数による摩擦係数のグラフである。
【図３】従来の高力銅合金の微細組織を示す金属組織の
顕微鏡写真である。
顕微鏡写真である。
【図４】本発明の高力銅合金の微細組織を示す金属組織
の顕微鏡写真である。
の顕微鏡写真である。
１ Ｎｉ−系 金属間化合物 ２ Ｆｅ−系 金属間化合物 ３ Ｎｉ−系 金属間化合物 ４ Ｔａ−系 金属間化合物
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 姜 春植 大韓民国ソウル市龍山区二村洞漢江マン ションアパート36棟305号 (72)発明者 李 承雨 大韓民国京畿道富川市素沙区塊安洞171 ー６大進アパート103棟307号 (72)発明者 金 輝準 大韓民国ソウル市九老区加里峰洞371− 36 生産技術研究院内 (72)発明者 チェ・サンミン 大韓民国慶尚北道亀尾市九平洞762番地 (72)発明者 鈴木 實 神奈川県横浜市六浦三丁目34番27号 (72)発明者 平尾 寛 富山県富山市山王町４−12 (72)発明者 高木正夫 神奈川県横浜市戸塚区名瀬町761−25− 304 (56)参考文献 米国特許5069874（ＵＳ，Ａ) 欧州特許出願公開28875（ＥＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10
Claims (3)
- 【請求項１】 重量％で Ｃｕ：５５〜６５％、 Ｚｎ：１５〜３５％、 Ａｌ：１〜６％、 Ｔａ：０．１〜５％、 Ｓｉ：０．５〜３．５％、 Ｎｉ：０．２〜５％、 Ｃｒ：０．１〜１．５％、 Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｏ（１種又は２種以
上）：０．０１〜３．０％及び不可避不純物からなる組
成を有することを特徴とする耐摩耗性高力銅合金。 - 【請求項２】 重量％でＬｉ：０．０１〜２．０を追加
で含有する、請求項１に記載の耐摩耗性高力銅合金。 - 【請求項３】 重量％で Ｃｕ：５５〜６５％、 Ｚｎ：１５〜３５％、 Ａｌ：１〜６％、 Ｌｉ：０．０１〜２．０％、 Ｓｉ：０．５〜３．５％、 Ｎｉ：０．２〜５％、 Ｃｒ：０．１〜１．５％、 Ｍｎ、Ｎｂ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｃｏ（１種又は２種以
上）：０．０１〜３．０％及び不可避不純物からなる組
成を有することを特徴とする耐摩耗性高力銅合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008895A JP2759873B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 耐摩耗性高力銅合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3008895A JP2759873B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 耐摩耗性高力銅合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09324231A JPH09324231A (ja) | 1997-12-16 |
| JP2759873B2 true JP2759873B2 (ja) | 1998-05-28 |
Family
ID=12294045
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3008895A Expired - Fee Related JP2759873B2 (ja) | 1995-01-26 | 1995-01-26 | 耐摩耗性高力銅合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2759873B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115261668B (zh) * | 2022-06-30 | 2023-02-28 | 宁波金田铜业(集团)股份有限公司 | 一种黄铜合金带材及其制备方法 |
-
1995
- 1995-01-26 JP JP3008895A patent/JP2759873B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09324231A (ja) | 1997-12-16 |
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