JP2793041B2 - 真鍮合金 - Google Patents

真鍮合金

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JP2793041B2 JP6500087A JP50008794A JP2793041B2 JP 2793041 B2 JP2793041 B2 JP 2793041B2 JP 6500087 A JP6500087 A JP 6500087A JP 50008794 A JP50008794 A JP 50008794A JP 2793041 B2 JP2793041 B2 JP 2793041B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、銅ベースで、次の頻度を合金成分として亜
鉛を有する合金に関する。この種の合金は、一般に真鍮
として表され、著しく多様な工業的器具および部品の製
造のために使用される。それぞれの利用目的に応じた全
く特別な特性を得るために、利用目的に応じて真鍮合金
に多様な合金成分が混合される。たとえば切削する加工
に適している合金を準備する場合に、通常、この合金に
鉛元素を約1〜3重量%の量で添加する。この鉛は切削
加工の際に生じる切削屑が短く割れるように作用する。
この特性は特に自動化機械での工作物の加工の際に不可
欠である。
この種の鉛含有合金を飲料水供給用の部品の製造のた
めに使用する場合、合金成分の鉛が飲料水へ進入する危
険が生じる。鉛は飲料水と共に胃腸管を経由してヒト有
機体内へ達し、そこで、特に骨内へ蓄積され公知の障害
を引き起す。しかし、鉛による障害は、鉛含有の真鍮を
溶融させるかまたはそれにより製造された製品をさらに
加工する作業においても生じる。ここでは、鉛は摂取、
吸込みまたは皮膚吸収によって体内へ達することができ
る。
ドイツ国特許第3834460C2号明細書からは、ビスマス
1.5〜7重量%、亜鉛5〜15重量%、スズ1〜12重量%
および残り銅を偶然的な不純物と共に含有する合金を、
給水配管設備のための部品の製造のために使用すること
は公知である。これは赤銅、つまり、付加的合金成分と
して亜鉛とのスズブロンズである。この種の合金は、銅
およびスズとの間での置換混晶の形成に基づき、著しく
広範囲な凝固範囲を有するという欠点を有する。これ
は、チル鋳造法のための合金としては適していないとい
う著しい欠点である。このことは、特に、この合金が比
較的高い融点を有することにある。これはわずかな鋳造
工程の後にすでに、著しい熱的負荷に基づきチル鋳型が
使用不能になることにつながる。さらに、この合金は約
150℃の比較的広い凝固範囲を有する。このことは、チ
ル鋳造の際に比較的高い冷却速度に伴い、鋳造品の熱脆
性を高めることになる。従って、前記の合金は実際に砂
型鋳造法に使用できるにすぎない。
この公知の合金のもう一つの欠点は、切削加工を可能
にするために比較的高い割合のビスマスが必要となるこ
とである。
従って、本発明の課題は、上記した欠点を示さず、飲
料水設備用の給水部品の製造のために適した乏鉛もしく
は鉛不含の合金を提供することであった。この合金は、
さらに、予定の使用目的に必要な鋳造特性および機械的
特性を有するべきである。給水部品は、たとえば、研磨
可能な表面ならびに飲料水−供給系中で支配する圧力範
囲にとって十分な耐圧性を有し、鋳造品の組成構造の微
細粒性に直接依存する特性を有するべきである。
前記の課題は、請求項1の特徴により解決される。Cu
含量が57〜65重量%に調節され、他の合金成分が3重量
%を上回らないような合金が、チルにおいて問題なく鋳
造され、さらに、比較的微細粒で、それにより実際に溶
融物から収縮孔がなく凝固することが示されたのは意想
外であった。最後に、平滑で、研磨可能な表面を有する
べきである成形品を鋳造する場合(たとえば台所用−お
よび衛生分野のための高い価値の給水部品がこの場合で
ある)、特に有利である。さらに、本発明による合金を
用いて製造された給水部品は、著しく良好な耐圧性を有
し、このことは相互に隔てる内壁または密接面の多様な
圧力領域において収縮孔もしくはスポンジ状の領域がな
いことを示している。スポンジ状の領域とは、この場
合、弛緩したスポンジ状の中空を含有する組織を示す組
織構造であると理解される。本発明による合金のもう一
つの利点は、この合金が良好な流動特性を示し、このこ
とは特に複雑な構造の成形品を製造するために重要であ
る。
今まで使用されていた合金成分の鉛をビスマスに置換
えることにより、本発明による合金を用いて製造された
部品は実際に毒物学的に懸念のない分類に属することが
できる。鉛に相応する蓄積型の毒性作用はビスマスには
示されていない。鉛に比べたビスマスの毒性は、DABに
よると、ビスマスが飲料水へ移行することにより生じる
濃度の場合、比較して、著しくわずかな健康上の危険性
が生じるにすぎない程度で著しく少ない。微生物および
小動物に関して示されると同時に、ビスマスはこれらの
有機体に関して鉛よりも10倍少ない毒性を有している。
ビスマスの相対的な無毒性のためのもう一つの表示は、
ビスマスがドイツ危険物質規定(DE−Gefahrstoffveror
dnung)において健康を害しないもののランクにあり、
さらに、TVOのような標準規定において、鉛とは反対に
記載されていない事実に見ることができる。
本発明による合金の製造の際に、使用した合金成分の
純度に依存して場合により鉛でわずかに汚染されている
ことができる。これは多くとも約0.3重量%の通常の値
に達するにすぎず、従って、鉛含有真鍮合金の混合され
た鉛添加物に比較してより許容可能である。
請求項2および3において、本発明による合金の有利
な組成が記載されている。特にここでは、ホウ素の5〜
15ppmの量での添加により組織の平均結晶粒度を減少さ
せることができることが強調される。
請求項4および5による合金の利点は、この合金が耐
脱亜鉛性であることである。この特性に基づき、たとえ
ばこうして製造された飲料水供給部品は高い水の攻撃を
伴う分野でも使用することができ、全く一般的により高
い寿命を有する。
慣用の真鍮合金、たとえばMs60Fkから出発して耐脱亜
鉛性の真鍮合金を得るために、銅含量を、たとえば64%
まで高める必要がある。しかし、この種の合金は多くの
適用にとって、特に衛生分野のための給水部品の製造に
とっては適していない、それというのも、この合金は粗
い構造を有し、この構造は著しい収縮孔形成のような公
知の不利な随伴現象を引き起すためである。高いCu含量
を有する真鍮合金の場合に、通常このために使用される
ホウ素を用いて結晶粒の微細を実施する試みは今まで成
功しなかった。従って、前記した使用目的に対して実際
に、公知の耐脱亜鉛性でない合金が使用されていた。
意想外に、公知の合金に比べてより高いCu含量を有す
るにもかかわらずホウ素を用いた結晶粒の微細化が、本
発明による量の元素Mn、SiおよびSbを合金させ、同時に
Fe含量を最大で0.25重量%に制限する場合に可能である
ことが示された。さらに意想外に、この合金は、Snの含
量をできる限り少なくし、少なくとも0.25重量%を越え
ないようにする場合、改善された熱脆性を有することが
示された。もう一つの利点は、硬質封入物の発生を著し
く抑えることができることである。この硬質封入物は表
面加工の際に障害となり、慣用の鉛含有真鍮合金の際に
この合金をホウ素を用いて微細化させた場合に特に著し
く生じる。
本発明を、次に実施例につき詳説する: 例1 相当する合金成分を一緒に溶融させることにより、Cu
59.78重量%、Al 0.60重量%、Bi 1.00重量%、B
13ppm、溶融により生じた不純物として、Pb 0.02重
量%、Sn 0.01重量%、Fe 0.02重量%、Sb 0.01重量
%および残りZnを含有する溶融物が得られた。この溶融
物を鋳造して試料ブロックおよび完成した鋳造品(給水
部品)にした。鋳造ブロックの部分もしくは完成品を用
いて、多様な標準試験を実施した: 本発明による合金の研磨性を試験するために、一連の
研磨試験を実施した。この一連の試験の結果は本発明に
よる合金を用いて製造した成形品が高品質給水部品にに
おいて必要な表面研磨性を有していることを示した。同
様に全ての試料片において破壊試験を実施した。この場
合、実際に異物の封入または「スポンジ領域」は実際に
存在しなかった。特に、後者は、異なる圧力負荷がかか
る室の間の隔壁中またはほぼパッキン位置中に存在する
場合に、頻繁に非緻密性の原因となる。
試験した試料片の組織は、一貫して著しい球状晶子を
有し、平均結晶粒度が約30μmである。合金の流動性の
尺度として、1000℃〜1005℃の温度で渦巻鋳造長さ(シ
ュナイダー(Schneider)による)を測定した。測定さ
れた値は522mm〜531mmであり、従ってGkMs60Fkにより公
知の値の範囲内にある(500mm〜600mm)。
多くの完成品は、通常の仕上げ工程と同様にネジおよ
びパッキン平板を製造するための自動機械で切削加工し
た。このことは、本発明による合金を用いて鋳造した成
形品は、慣用の真鍮合金GkMs60Fkからなる成形品と同様
に良好位に切削加工することができることを示した。成
形品から切削された切削屑は、鉛含有真鍮合金と同様に
短く割れた。
所定の時間内での材料損傷を測定する研磨試験の場
合、慣用の真鍮と明らかな差はなかった。本発明による
合金から製造された鋳造品の電気メッキ性に関しても同
様に、慣用の真鍮鋳造品との差は確認されなかった。
機械的特性はDIN1709Abs.5により測定した。規格に従
って鋳造された楔状試料から「円形試料」のための多様
な断片を取出した。この円形試料はDIN50150により作成
され、作業された。得られた値は次の表中に記載した: 耐脱亜鉛性の測定のために、ISO規格6500−1981
(E)による脱亜鉛試料を作成した。脱亜鉛試験を、オ
ーストラリア規格番号2345−1980により実施した。固定
された脱亜鉛ストランドは一貫して100μmよりも大き
く、GkMs60Fkから公知の範囲内にあった。
例2 この実施例は次の組成(重量%): Cu:63.00%、Bi:0.8%、Mn:0.45%、Si:0.5%、Al:0.
5%、Sb:0.1%、B:10ppm、Pb:<0.10%、Sn:<0.10%、
Fe:<0.10%、Ni:<0.10%、Zn:残り を有する合金に関する。
耐脱亜鉛性の測定のために、本発明による合金を用い
て製造した給水部品(表2中の試料P III)から冷間で
断面研磨を行い、ISO6509による試料を行った(金属お
よび合金の腐食/真鍮の耐脱亜鉛性の測定、1981年発
行)。鋳造温度は1000℃であった。比較のため、次の公
知の組成を有する2つの試料(P IおよびP II)を試験
した(数値は重量%):Cu:60.06%、Zn:37.38%、Ni0.0
30%、Al:0.65%、Mn:<0.01%、Sn:0.10%、Sb:0.020
%、Si:0.010%、Fe:0.080%、Pb:1.65%、B:0.0008
%。
耐脱亜鉛性試験の結果は次の表2に示した: 表2: 試料 脱亜鉛深度(μm) P I 550 P II 220 P III 60 試料IIIの場合、60μmの脱亜鉛深度が確認され、慣
用のGkMs60Fkから製造された試料は、著しく高い脱亜鉛
深度を示した。規格BS2872(BS=英国規格)、BS2974、
SS11710(SS=スイス国規格)もしくはスウェーデン規
格(schwedischer Baunorm)R8に従って、試料P IIIは
耐脱亜鉛性である。鋳造物に対するBSによる許容される
耐脱亜鉛深度は、100μm、スウェーデン規格R8による
と200μmである。
次の試験は、次の組成を有する試料P IVおよびP Vを
用いて実施した: P IV:Cu:64.81%、Bi:0.33%、Mn:0.44%、Fe:0.039
%、B:0.0015%、Ni:<0.01%、Si:0.53%、Sn:<0.01
%、Pb:<0.01%、Al:0.53%、Zn:残り。
P V:Cu:64.83%、Bi:0.53%、Fe:0.049%、Mn:0.40
%。残りの合金成分はP IVと一致する。
まず、通常の製造条件下で鋳造品を鋳造した。この鋳
造品をまず機械的に丸く研磨し、手が造形−および仕上
げ研磨し、引続き機械的ならびに手で行われる磨き上げ
を行った。この場合、この部品は通常の仕上げ工程に送
られ、粗製状態でおよび前記の工程の後に得られた。こ
の場合、慣用の真鍮GkMs60Fkから製造された鋳造品と比
較して、機械的研磨による材料損傷が明らかに少ないこ
とが示された。本発明による合金で製造された部品の表
面品質は、慣用の鋳造部品と比較してより良好であり、
このことは最初の研磨もしくは磨き上げ工程の後でのわ
ずかな損傷数からも明らかである。前記した試料P IVお
よびP Vを、収縮孔および「スポンジ領域」に関する組
織構造を試験するために破壊試験にかけた。全ての試料
はこの種の構造欠陥がなかった。
通常の金属組織学法を用いてP IVおよびP Vの相応す
る合金の微細構造を測定した。この組織は、約35μmの
平均結晶粒度を有する球状晶子の結晶粒子構造を示し
た。最大の結晶粒度は100μmを下回った。
機械作業性の測定のために60個の鋳造成形体(給水部
品)を自動機械で作業した。たとえば密封面(Dichtfla
eche)およびネジが製造された。この場合、機械作業性
は慣用の成形品により通常の加工パラメーターの著しい
変化なしに行うことができることが示された。
通常の標準的方法により、機械的パラメーター、限界
伸び、引張強さ、破断点伸びおよびブリネル硬さが測定
された。この一連の試験の結果、前記した機械的値は、
公知の真鍮合金GkMs60Fkとそれぞれ比較可能であった。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 P4312484.4 (32)優先日 1993年4月16日 (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (31)優先権主張番号 P4312466.6 (32)優先日 1993年4月16日 (33)優先権主張国 ドイツ(DE) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22C 9/00 - 9/10

Claims (9)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の組成(重量%): Cu:57−65% Bi:0.3−1.5% Al:0.4−0.8% B:5−15ppm 不純物:0−1% 残りZn を有する鋳造用合金。
  2. 【請求項2】次の組成(重量%): Cu:57−62% Bi:0.3−1.5% Al:0.4−0.8% B:5−15ppm 不純物:0−1% Zn:残り を特徴とする請求項1記載の鋳造用合金。
  3. 【請求項3】次の組成(重量%): Cu:59.78 Al:0.60 Bi:1.00 B:13ppm Pb:0.02 Sn:0.01 Fe:0.02 Sb:0.01 Si:0.01 Zn:残り を特徴とする請求項2記載の鋳造用合金。
  4. 【請求項4】次の組成(重量%): Cu:62−65% Bi:0.3−1.5% Mn:0.3−0.7% Si:0.3−0.7% Al:0.3−0.7% Sb:0.05−0.15% B:5−15ppm その他:<1% Zn:残り を有する鋳造用合金。
  5. 【請求項5】次の組成(重量%): Cu:62−65% Bi:0.5−1.5% Mn:0.3−0.5% Si:0.5−0.7% Al:0.3−0.7% Sb:0.05−0.1% B:5−15ppm Pb:0−0.3% Sn:0−0.25% Fe:0−0.20% Ni:0−0.5% Zn:残り を特徴とする請求項4記載の鋳造用合金。
  6. 【請求項6】次の組成(重量%): Cu:63.0% Bi:0.8% Mn:0.45% Si:0.5% Al:0.5% Sb:0.1% B:10ppm Pb:<0.1% Sn:<0.1% Fe:<0.1% Ni:<0.1% Zn:残り を特徴とする請求項5記載の鋳造用合金。
  7. 【請求項7】次の組成(重量%): Cu:64.81% Bi:0.33% Mn:0.44% Fe:0.039% B:15ppm Ni:<0.01% Si:0.53% Sn:<0.01% Pb:<0.01% Al:0.53% Zn:残り を有する鋳造用合金。
  8. 【請求項8】次の組成(重量%): Cu:64.83% Bi:0.53% Fe:0.049% Mn:0.40% B:15ppm Ni:<0.01% Si:0.53% Sn:<0.01% Pb:<0.01% Al:0.53% Zn:残り を有する鋳造用合金。
  9. 【請求項9】請求項1から8までのいずれか1項記載の
    鋳造用合金から製造された飲料水配管設備用部品。
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DE4312466.6 1993-04-16
DE4312466 1993-04-16
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