JP6080994B1

JP6080994B1 - 快削りん青銅棒線材及び快削りん青銅棒線材の製造方法

Info

Publication number: JP6080994B1
Application number: JP2016034600A
Authority: JP
Inventors: 藤井　隆; 隆藤井; 昭央清水; 祥人松木
Original assignee: FUJII MANUFACTURING CO., LTD.
Current assignee: FUJII MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 2016-02-25
Filing date: 2016-02-25
Publication date: 2017-02-15
Anticipated expiration: 2036-02-25
Also published as: JP2017150044A

Abstract

【課題】被削性を改善するために必要不可欠なＰｂの含有量を３．５重量％から大幅に減らした場合であっても、Ｃ５４４１と同等程度の被削性が得られ、切削屑が繋がらず細かくなると共に、精密部品の加工も可能となる、快削りん青銅棒線材及び快削りん青銅棒線材の製造方法を提供する。【解決手段】Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる快削りん青銅棒線材などにより課題を達成した。【選択図】図１

Description

本発明は、被削性を改善するために必要不可欠な鉛の含有量を３．５重量％から大幅に減らした場合であっても、所望の被削性が得られ、切削屑も繋がらず細かくなる、快削りん青銅棒線材及び快削りん青銅棒線材の製造方法に関する。

りん青銅は、Ｃｕ（銅）−Ｓｎ（すず）−Ｐ（リン）系の合金で、Ｓｎの含有量により、種々の特性が生まれる。りん青銅は、強靱であり、耐食性、耐摩耗性、半田付け性に優れ、広範囲の用途に適している。

快削りん青銅は、りん青銅にＰｂ（鉛）を添加することにより、りん青銅の被削性を改善した合金で、小ねじ、軸受、ブシュ、ボルト、ナット、ボールペン部品などに用いられる。

日本工業規格のＪＩＳＨ３２７０には、快削りん青銅として、Ｃ５４４１及びＣ５３４１が挙げられている。

Ｃ５４４１の化学成分は、Ｐｂ：３．５〜４．０重量％、Ｓｎ：３．０〜４．５重量％、Ｚｎ（亜鉛）：１．５〜４．５重量％、Ｐ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｕ＋Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｚｎ＋Ｐ：９９．５重量％以上である。

Ｃ５４４１は、優れた被削性を有するが、特定有害物質であるＰｂが３．５重量％以上含まれているため、例えば、人の中枢神経系を犯す可能性があること等が問題視されている。

また、電子・電気機器における特定有害物質の使用制限についての欧州連合による指令（ＲｏＨＳ指令）では、Ｐｂが１０００ｐｐｍを超えて含まれた電子・電気機器は、欧州連合で上市することができないこととされているが、適切な代替手段がないため、銅合金は４重量％まで適用が免除されている。現在のところ、この適用免除があるため、Ｃ５４４１の使用が可能となるが、近い将来、適用免除の範囲が減縮されることも十分に予測されるため、Ｃ５４４１に代わる代替材の開発が喫緊の課題とされている。

さらに、Ｃ５４４１は、塑性加工が困難であるため、製造された棒線材は、曲げ加工、絞り加工、ヘッダー加工等の二次加工において破断などが起こりやすいことから、手間と時間と費用がかかる、切削による加工を行わざるを得ないことも課題となっている。

Ｃ５４４１の持つこれらの課題を解消する代替材として、快削りん青銅Ｃ５３４１が提案されている。

Ｃ５３４１の化学成分は、Ｚｎが含まれておらず、Ｐｂ：０．８〜１．５重量％、Ｓｎ：３．５〜５．８重量％、Ｐ：０．０３〜０．３５重量％、Ｃｕ＋Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｐ：９９．５重量％以上である。

日本工業規格，ＪＩＳＨ３２７０，快削りん青銅，２０１２

快削りん青銅は、りん青銅にＰｂを添加して、りん青銅の被削性を改善した合金であるため、Ｐｂの含有量が少なければ、当然、被削性も低下する。精密な切削加工を得るという観点からすると、Ｐｂは、少なくとも３．５重量％は必要であると考えられる。

Ｃ５４４１の代替材として提案されているＣ５３４１は、Ｃ５４４１よりも塑性加工性が優れているものの、Ｐｂの含有量が０．８〜１．５重量％と少ないため、Ｃ５４４１よりも被削性がかなり劣り、精密部品の加工が困難であるだけでなく、自動機による切削においては、切削屑が繋がり分断しにくい等の問題点があった。

本発明の目的とするところは、被削性を改善するために必要不可欠なＰｂの含有量を３．５重量％から大幅に減らした場合であっても、Ｃ５４４１と同等程度の被削性が得られ、切削屑が繋がらず細かくなると共に、精密部品の加工も可能となる、快削りん青銅棒線材及び快削りん青銅棒線材の製造方法を提供することにある。

本発明の発明者は、前記課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる快削りん青銅棒線材などにより、上記目的を達成することを見出し、本発明をするに至った。

即ち、本発明の快削りん青銅棒線材は、Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

本発明の快削りん青銅棒線材の好適態様は、Ｓｎが５．５〜７．２重量％であり、Ｚｎが３．８〜６．２重量％である。

また、本発明の快削りん青銅棒線材の製造方法は、Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる加工用銅合金を冷間加工してなることを特徴とする。

本発明の快削りん青銅棒線材は、Ｃ５４４１と同等程度の被削性が得られるため、精密部品への加工が容易となるだけでなく、Ｃ５３４１と同等の塑性加工性が得られるため、切削以外の部品加工が可能となるという利点がある。

また、本発明の快削りん青銅棒線材は、自動機による切削においては、Ｃ５３４１のように、切削屑が繋がらず細かくなるため、自動機の停止を効果的に抑制することが可能になることに加え、材料自体が熱を持ちにくくなって、材料の熱膨張が少なくなる上、切削加工の精度も上がるという利点があり、さらに、切削工具の寿命が延びるという利点もある。

本発明の快削りん青銅棒線材の製造方法を用いることにより、Ｃ５４４１とほぼ同等程度の被削性が得られ、かつ切削屑も繋がらず細かくなるという快削りん青銅棒線材が得られるという利点がある。

Ｓｎの含有量と切削屑の重量との関係を表すグラフ。Ｚｎの含有量と切削屑の重量との関係を表すグラフ。Ｃ５４４１、Ｃ５３４１及び本発明と切削屑の重量との関係を表すグラフ。

本発明の快削りん青銅棒線材は、Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる。

本発明において、Ｓｎの含有量が４．８〜７．６重量％であるのは、Ｓｎの含有量が４．８重量％未満であると、切削屑が繋がりやすく、大きな切削屑が多くなるからであり、逆に、Ｓｎの含有量が７．６重量％を超えると、塑性加工が困難となるからである。このＳｎの含有量は、５．５〜７．２重量％であることが好ましい。Ｓｎの含有量が５．５重量％未満であると、大きな切削屑が比較的多い状態になるため、好ましくなく、逆に、Ｓｎの含有量が７．２重量％を超えると、塑性加工性が悪くなるおそれがあるため、好ましくないからである。なお、Ｓｎの含有量は、５．９〜７．１重量％であることがより好ましい。

本発明において、Ｚｎの含有量が１．８〜８重量％であるのは、Ｚｎの含有量が１．８重量％未満であると、切削屑が繋がりやすく、大きな切削屑が多くなるからであり、逆に、Ｚｎの含有量が８重量％を超えると、塑性加工が難しくなるだけでなく、大きな切削屑も多くなるからである。このＺｎの含有量は、３．８〜６．２重量％であることが好ましい。Ｚｎの含有量が３．８重量％未満であると、大きな切削屑が比較的多い状態になるため、好ましくなく、逆に、Ｚｎの含有量が６．２重量％を超えると、切削屑の大きさが急激に大きくなるため、好ましくないからである。

本発明において、Ｐｂの含有量が０．３〜２．５重量％であるのは、Ｐｂの含有量が０．３重量％未満であると、被削性の向上という効果が得られないからであり、逆に、Ｐｂの含有量が２．５重量％を超えると、塑性加工性が悪くなるからである。

本発明において、Ｐの含有量が０．０３〜０．３５重量％であるのは、Ｐの含有量が０．０３重量％未満であると、溶解時の脱酸効果がなくなるからであり、逆に、Ｐの含有量が０．３５重量％を超えると、塑性加工性が悪くなるからである。

本発明の快削りん青銅棒線材を得る方法は、特に限定されず、公知の方法を用いることができるが、冷間加工を行うことが好ましい。

本発明の快削りん青銅棒線材の製造方法は、Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる加工用銅合金を冷間加工してなる。本発明の快削りん青銅棒線材の製造方法について、本発明の快削りん青銅棒線材と同様の部分は、記載を省略する。

冷間加工としては、例えば、冷間圧延加工、冷間鍛造加工、冷間伸線加工などが挙げられる。冷間加工の回数は特に限定されないが、均一な組織を得るためには、４回以上が好ましい。冷間加工の後には、焼き鈍しを行うことが好ましい。

以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されない。

（合金材料の作成）
Ｓｎの添加量を６．０重量％、Ｚｎの添加量を４．０重量％、Ｐｂの添加量を１．８重量、Ｐの添加量を０．２重量％、残りをＣｕ及び不可避的不純物として加えた後、混合し、合金材料１を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から７．０重量％に変更した以外は、合金材料１と同様の操作を繰り返し、合金材料２を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から７．５重量％に変更した以外は、合金材料１と同様の操作を繰り返し、合金材料３を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から５．０重量％に変更した以外は、合金材料１と同様の操作を繰り返し、合金材料４を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から２．０重量％に変更した以外は、合金材料１と同様の操作を繰り返し、合金材料Ｒ１を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から４．０重量％に変更した以外は、合金材料１と同様の操作を繰り返し、合金材料Ｒ２を作成した。

合金材料１〜４、合金材料Ｒ１、Ｒ２のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返し、４回目の冷間圧延加工後に、実施例となる本発明の快削りん青銅棒線材１〜４及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ１、Ｒ２を得た。

快削りん青銅棒線材１〜４（実施例１〜４）、快削りん青銅棒線材Ｒ１、Ｒ２（比較例１、２）のそれぞれについて、直径２０ミリメートル、長さ５０ミリメートルの試験片を作成し、試験片１〜４、試験片Ｒ１、Ｒ２とした。

これらとは別に、Ｚｎの添加量を４．０重量％、Ｓｎの添加量を６．０重量％、Ｐｂの添加量を１．８重量、Ｐの添加量を０．２重量％、残りをＣｕ及び不可避的不純物として加えた後、混合し、合金材料５を作成した。

Ｚｎの添加量を４．０重量％から６．０重量％に変更した以外は、合金材料５と同様の操作を繰り返し、合金材料６を作成した。

Ｚｎの添加量を４．０重量％から２．０重量％に変更した以外は、合金材料５と同様の操作を繰り返し、合金材料７を作成した。

Ｚｎの添加量を４．０重量％から８．０重量％に変更した以外は、合金材料５と同様の操作を繰り返し、合金材料８を作成した。

Ｚｎの添加量を４．０重量％から０重量％に変更した以外は、合金材料５と同様の操作を繰り返し、合金材料Ｒ３を作成した。

作成した合金材料５〜８、合金材料Ｒ３のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返し、４回目の冷間圧延加工後に、実施例となる本発明の快削りん青銅棒線材５〜８及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ３を得た。

快削りん青銅棒線材５〜８（実施例５〜８）、快削りん青銅棒線材Ｒ３（比較例３）のそれぞれについて、直径２０ミリメートル、長さ５０ミリメートルの試験片を作成し、試験片５〜８、試験片Ｒ３とした。

上述したものとは別に、Ｓｎの添加量を６．０重量％、Ｚｎの添加量を４．０重量％、Ｐｂの添加量を１．８重量、Ｐの添加量を０．２重量％、残りをＣｕ及び不可避的不純物として加えた後、混合し、合金材料９を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から４．０重量％に変更し、Ｐｂの添加量を１．８重量％から３．８重量％に変更した以外は、合金材料９と同様の操作を繰り返し、合金材料Ｒ４を作成した。

Ｓｎの添加量を６．０重量％から５．０重量％に変更し、Ｚｎの添加量を４．０重量％から０重量％に変更し、Ｐｂの添加量を１．８重量％から１．３重量％に変更した以外は、合金材料９と同様の操作を繰り返し、合金材料Ｒ５を作成した。

作成した合金材料９、合金材料Ｒ４、Ｒ５のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返し、４回目の冷間圧延加工後に、実施例となる快削りん青銅棒線材９（本発明）及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ４（Ｃ５４４１）、Ｒ５（Ｃ５３４１）を得た。

快削りん青銅棒線材９（実施例９）、快削りん青銅棒線材Ｒ４、Ｒ５（比較例４、５）のそれぞれについて、直径２０ミリメートル、長さ５０ミリメートルの試験片を作成し、試験片９、試験片Ｒ４、Ｒ５とした。

（試験例１）Ｓｎの含有量が与える切削性
試験片１〜４（実施例１〜４）、試験片Ｒ１、Ｒ２（比較例１、２）のそれぞれについて、ワシノ機械株式会社製の汎用旋盤ＬＰＴ−３５Ｃを用い、回転数４５０ｒｐｍ、送りピッチ０．７５ｍｍ、切り込み深さ０．５ｍｍで面削した。面削の際に発生した切削屑１０個の重量を株式会社島津製作所製の電子天秤ＡＵＸ１２０で計測した。試験片１〜４、Ｒ１、Ｒ２についての切削屑１０個の重量とＳｎの含有量との関係を図１に示す。

Ｓｎの含有量が２重量％である試験片Ｒ１（比較例１）及びＳｎの含有量が４重量％である試験片Ｒ２（比較例２）については、大きな切削屑が多く存在する状態であり、切削屑１０個の重量も０．０８ｇを超えていたのに対し、Ｓｎの含有量が６重量％である試験片１（実施例１）、Ｓｎの含有量が７重量％である試験片２（実施例２）、Ｓｎの含有量が７．５重量％である試験片３（実施例３）、Ｓｎの含有量が５重量％である試験片４（実施例４）については、いずれも、切削屑は細かいものが多数存在し、切削屑１０個の重量も０．０６ｇ未満であった。以上のことから、Ｓｎの含有量が４．８〜７．６重量％であれば、被削性が向上していることがわかった。

本試験より、Ｓｎの含有量を増加させた場合には被削性が向上することは容易に予測可能であるが、試験片１及び試験片２は、試験片３よりもＳｎの含有量が少ないにもかかわらず、被削性が向上していることもわかった。以上の結果は、Ｓｎの含有量が５．５〜７．２重量％であることが好ましいという事実を示している。

（試験例２）Ｚｎの含有量が与える切削性
試験片５〜８（実施例５〜８）、試験片Ｒ３（比較例３）のそれぞれについて、ワシノ機械株式会社製の汎用旋盤ＬＰＴ−３５Ｃを用い、回転数４５０ｒｐｍ、送りピッチ０．７５ｍｍ、切り込み深さ０．５ｍｍで面削した。面削の際に発生した切削屑１０個の重量を株式会社島津製作所製の電子天秤ＡＵＸ１２０で計測した。試験片５〜８、試験片Ｒ３についての切削屑１０個の重量とＺｎの含有量との関係を図２に示す。

Ｚｎの含有量が０重量％である試験片Ｒ３（比較例３）の切削屑は、切削屑が繋がっているものが存在し、切削屑１０個の重量も０．０６ｇを超えていた。一方、Ｚｎの含有量が２重量％以上の試験片５〜８は、いずれも、切削屑が繋がらず細かくなっており、切削屑１０個の重量も０．０３ｇ未満であった。以上のことから、Ｚｎの含有量が１．８〜８重量％であれば、被削性が向上していることがわかった。

本試験より、Ｚｎの含有量を増加させた場合には被削性が向上することは容易に予測可能であるが、試験片５及び試験片６は、試験片８よりもＺｎの含有量が少ないにもかかわらず、被削性が向上していることもわかった。以上の結果は、Ｚｎの含有量が３．８〜６．２重量％であることが好ましいという事実を示している。

なお、図１と図２を比較してみることにより、Ｓｎの含有量の方がＺｎの含有量より被削性に与える影響が大きいことも明らかとなった。

（試験例３）Ｃ５４４１、Ｃ５３４１及び本発明の切削性
試験片９（実施例９、本発明）、試験片Ｒ４（比較例４、Ｃ５４４１）及び試験片Ｒ５（比較例５、Ｃ５３４１）のそれぞれについて、ワシノ機械株式会社製の汎用旋盤ＬＰＴ−３５Ｃを用い、回転数４５０ｒｐｍ、送りピッチ０．７５ｍｍ、切り込み深さ０．５ｍｍで面削した。面削の際に発生した切削屑１０個の重量を株式会社島津製作所製の電子天秤ＡＵＸ１２０で計測した。試験片９、試験片Ｒ４、Ｒ５についての切削屑１０個の重量との関係を図３に示す。

試験片９（本発明）の切削屑及び試験片Ｒ４（Ｃ５４４１）の切削屑は、いずれも、繋がらず細かくなっていたのに対し、試験片Ｒ５（Ｃ５３４１）の切削屑は、繋がっていた。また、試験片９（本発明）の切削屑１０個の重量及び試験片Ｒ４（Ｃ５４４１）の切削屑１０個の重量は、いずれも、０．０２ｇ未満であったが、試験片Ｒ５（Ｃ５３４１）の切削屑１０個の重量は、２ｇを超えていた。この実験結果から、Ｃ５３４１の被削性はＣ５４４１及び本発明よりもかなり劣り、本発明の被削性はＣ５４４１とほとんど同程度であることが証明された。

Claims

Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８重量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削りん青銅棒線材。
Ｓｎが５．５〜７．２重量％であることを特徴とする請求項１に記載の快削りん青銅棒線材。
Ｚｎが３．８〜６．２重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の快削りん青銅棒線材。
Ｓｎを４．８〜７．６重量％、Ｚｎを１．８〜８量％、Ｐｂを０．３〜２．５重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる加工用銅合金を冷間加工してなることを特徴とする快削りん青銅棒線材の製造方法。