JP3776441B2 - 青銅合金 - Google Patents
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Bi:0.4〜3.0質量%
切削性を向上させるために有効である。鋳造の凝固過程で鋳造品に発生するポロシティに入り込み、引け巣等の鋳造欠陥の発生を抑制し、鋳物の健全性を確保するためには、0.2質量%以上のSeの含有と共に、Biを0.4質量%以上含有することが有効である。一方、必要とされる機械的性質を確保するためには、3.0質量%以下とすることが有効であり、とりわけ1.7質量%以下とすることが含有量を抑えつつ、機械的性質を十分確保するために有効である。実用的には、Seの含有と共にBiを0.8〜1.7質量%含有することが好ましく、Seの最適含有量も考慮すると、約1.3質量%が最適である。
青銅合金中にBi−Se、Se−Zn、Cu−Seの金属間化合物として存在し、Biと同様に、切削性や鋳物の健全性の確保に寄与する成分である。従って、Seの含有は、Biの含有量を抑えつつ、機械的性質や後述する鋳物の健全性の確保に有効である。ここで、量産レベルにおける青銅合金の引張り強さ等の機械的特性値は、鋳物の成分値が略同一でも、鋳造条件により、約20%の範囲内で変動するものであることが、発明者の経験により判明している。この変動により、引張り強さが最も低い値となった場合でもJISの規格値を満たすには、Seの含有量と引張り強さとの関係における引張り強さが最高値(約250)の約97%の引張り強さを確保する必要があることから、0.35質量%を上限値とした。またSeは、微量の含有でも鋳物の健全性の確保に寄与するが、その作用を確実に得るためには、0.1質量%以上の含有が有効であり、この値を好適な下限値とした。とりわけ約0.2質量%が最適である。
α相に固溶し、強度、硬さの向上、及びSnO2の保護皮膜の形成により、耐摩耗性と耐食性を向上させるために含有する。Snは、実用成分範囲において、含有量を増やすにつれて、切削性を直線的に低下させる元素である。従って、含有量を抑えつつ、さらには耐食性を低下させない範囲で、機械的性質を確保することが必要となる。より好ましい範囲として、Sn含有量の影響を受けやすい伸びの特性に注目し、最高値(Sn=4.0質量%付近)の伸びを鋳造条件等が多少変化しても確実に得られる範囲として、3.5〜4.5質量%を見出した。また、従来Snは、含有量が増えるにつれてマトリックスを強化し、機械的特性を向上させる成分として知られていたが、鋭意研究の結果、Sn含有量と引張り強さの関係で、Sn含有量の低領域では、Snの含有量の増加に伴い、引張り強さが向上するが、4.4質量%付近でピークとなり、それ以上の含有では、引張り強さは低下する。さらに、Sn含有量と伸びとの関係も、引張り強さの特性と略同じ傾向を示すという特性を得た。
切削性に影響を与えずに、硬さや機械的性質、とりわけ伸びを向上させる元素として有効である。また、Znは、溶湯中へのガス吸収によるSn酸化物の生成を抑制し、溶湯の健全性にも有効であるので、この作用を発揮させるために5.0質量%以上の含有が有効である。より実用的には、BiやSeの抑制分を補う観点から7.0質量%以上の含有が望ましい。一方、Znは、蒸気圧が高いので、作業環境の確保や、鋳造性を考慮すると、10.0質量%以下の含有が好ましい。経済性も考えると、とりわけ約8.0質量%が最適である。
Niを全く含まない場合でも、必要な引張り強さなどの機械的性質は得られるが、より効果的に合金の機械的性質を向上する場合に添加する。Niは、ある一定量まではα固溶体に固溶し、マトリックスを強化させ、機械的性質を向上させる。それ以上の含有は、Cu、Snと金属間化合物を形成し、切削性を向上させる一方、機械的性質を低下させる。機械的強度を向上させるためには、Ni0.2質量%以上の含有が有効であるが、機械的強度のピークが、約0.6質量%に存在する。よって、好適なNi含有量を0.2〜0.75質量%とした。
青銅合金溶湯の脱酸を促進し、健全な鋳物、連鋳鋳塊を製作することを目的として、0.5質量%未満を添加する。過剰の含有は固相線が低下し偏析を起こしやすく、また、P化合物を生じ脆弱化する。従って、型鋳造の場合は、200〜300ppmの含有が好ましく、連続鋳造の場合には、0.1〜0.2質量%の含有が好ましい。
Pbを積極的に含有させない不可避不純物の範囲として、0.2質量%未満とした。
引張り試験片は、温度1130℃で鋳込み鋳造し、アムスラー試験機にて試験を行った。引張り試験の試験結果を表3に示す。
切削性試験片は、円柱状の被削物を旋盤にて旋削加工し、バイトに掛かる切削抵抗を青銅鋳物CAC406の切削抵抗を100とした切削性指数で評価した。試験条件は、鋳込み温度1180℃(CO2鋳型)、被切削物の形状φ31×260mm、表面粗さRA3.2、切り込み深さ片肉3.0mm、旋盤回転数1800rpm、送り量0.2mm/rev、油使用無しである。切削性試験の試験結果を表3に示す。
青銅鋳物は、凝固温度範囲が広いため、マッシー型の凝固様式となってデンドライト間隙に微細な収縮巣を発生させる。その結果、鋳物の耐圧性能(鋳造性)を著しく劣化させる傾向がある。青銅中においてPbは、このデンドライト間隙に凝集し、微細な収縮巣を埋める役割を持つ。Pbを含有しない本発明合金では、このPbの役割をBiやSeの含有によって補っている。しかし、これらBiやSeの含有及び含有量が鋳物の耐圧性能に与える影響はあまり知られておらず、不必要にBiやSeを含有させ、材料コストを高くし、機械的性質を低下させてしまう可能性がある。そこで、Bi及びSeが鋳物の鋳造性に与える影響について調査を行い、Bi及びSeの最適配合量を決定すると同時に、Se含有の有意性を明確にする。
Claims (1)
- Zn5.0〜10.0質量%、Sn2.8〜5.0質量%、Bi0.4〜3.0質量%、0≦Se≦0.35質量%、0<P<0.5質量%と、残部Cuと不可避不純物からなる青銅合金であって、この青銅合金中のBiの非固溶物又はBiとSeとの組み合わせによる非固溶物の少なくとも一方の含有量を、1.20Vol%〜4.90Vol%としたことを特徴とする青銅合金。
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