JP6309003B2 - 耐食性の銅合金から成る成型部品 - Google Patents
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Description
本発明は、金属製の成型部品、成型部品の製造方法、成型部品の使用方法及び成型部品の製造のための合金の使用方法に関するものである。
成型部品は、複雑な幾何形状を有する一体の部材と理解される。部材が連続的な並進不変性をどの方向にも有さず、したがって、単純で略連続して行われる成型プロセスによらずに製造され得る場合に、複雑な幾何形状が存在する。このような単純な成型プロセスについての例は、帯板の圧延、ロッドのプレス又はパイプの引き抜きである。本発明は、特に例えばパイプ連結部材、スリーブ、ベンド管又はＴ継手のような中空又は少なくとも部分的に中空の成型部品に関するものである。金属材料から成るこのような成型部品は、鋳造及び切削加工によって直接製造されるか、又は変形による半製品及び切削によって製造される。このとき、大きな変形度合が達成されるべき場合には、高温において変形プロセスが行われる。この例は、例えばハンマ鍛造又は落とし鍛造（熱間鍛造）のような鍛造プロセスである。
銅材料から成る成型部品は、多くの技術分野において、例えばケーシング、連結部材、摺動要素として、又はバルブ及び機械部品において使用されている。その良好な耐食性により、銅材料から成る成型部品は、好ましくは液体状及び気体状の媒体のガイドシステムにおいて、取付部品、ベンド管、Ｔ継手、弁体又は機械部品として使用されている。ここで、このような成型部品の使用は、飲用水設備において特別な役割を果たすものである。成型部品についての最も重要な合金類は、赤色黄銅及び真鍮である。
真鍮から成る成型部品の製造時には、この材料の良好な変形性が利用される。連続鋳造により複数の合金から複数のピンが製造され、これらピンは、大判のパイプ、ロッド又は形鋼へプレスされる。つづいて、これら中間製品は、１つ又は複数の冷間変形ステップによって、より小さな断面寸法を有する半製品へ引き延ばされる。このとき、材料の粒度は減少され、その組織が密にされるとともに均質化される。そして、熱間プレスあるいは鍛造によって、この半製品から成型部品が製造される。水との接触において、真鍮は、合金組成及び使用条件に応じて脱亜鉛化又は応力腐食割れの傾向を有することがある。
赤色黄銅は大きな耐食性を有するとともに良好な鋳造性を有しているため、成型部品は鋳造によって赤色黄銅から製造される。鋳造部材は、非常に粗粒状となっており、粗い表面を有するとともに制限された寸法安定性のみを有している。また、鋳造部材においては、引け巣、偏析及び穴あきのおそれがある。このような鋳造欠陥は、部材における隙間につながることがある。赤色黄銅は、真鍮部材よりもはるかに変形性及び切削性が劣る。鉛の添加によって、赤色黄銅の組織が略微粒化され、材料の切削性が向上する。加えて、鉛は、その低い融点により、凝固引け巣をふさぎ、密な組織に寄与するものである。典型的な赤色黄銅合金は、２〜７質量％の鉛を含有する。
飲用水のための設備に用いられる材料についての規定が、要素である鉛及びニッケルに関してすでに過去に厳重化された。今日、いくつかの国では、鉛の含有量が０．２５質量％に制限されている。合衆国では２０１４年以降この上限が、全領域に適用されている。将来的には、規定が鉛の禁止まで厳重化されることが予想される。
特許文献１には、水を案内する部材を、４〜６質量％のすず及び４〜６質量％の亜鉛を有する銅合金から成る鋳造部材として構成することが提案されている。合金の鉛含有量は、０．１重量％に制限されている。鉛の含有量を低減することにより、鋳造部材の不利な特性が改善されるのではなく、むしろ悪化する。特に、部材の密度を確保することがより困難となる。
特許文献２には、６９〜７９質量％のＣｕ、２〜４質量％のＳｉ及び残りの亜鉛を有する鉛を含有しない銅合金が開示されている。Ｓｉ含有量は、応力腐食割れに対する無抵抗性を大幅に低下させるものである。しかしながら、少なくとも１７質量％の高い亜鉛含有量は、この真鍮材料の耐食性にネガティブな作用を及ぼし得るものである。
約３質量％のすず及び約９質量％の亜鉛を有する、鉛が低減された銅−すず−亜鉛合金は、非特許文献１に記載されている。対応する非特許文献２には、この合金が単に「十分」に熱間変形可能であること、及びこの合金が平坦金属として、すなわちプレート、薄板、帯板、ストリップ及び円形板金の形態でのみ利用可能であることが開示されている。この材料から成るパイプ、ロッド、形鋼及び鍛造部材のような他の半製品形状は、「規格化されていない」ものとして示されている。実質的に同様の情報は、約６質量％のすず及び約６質量％の亜鉛を有する、鉛を低減した銅−すず−亜鉛合金についての非特許文献３にも開示されている。特に、使用可能な半製品の種類として、帯板及び薄板のみが挙げられている。
特許文献３には、８４〜８９質量％の銅、４〜６質量％のすず及び５〜３０質量％の亜鉛を有する、鉛を低減した銅合金と、その加工方法とが提案されている。ここで、冷間変形ステップが５〜３０％の変形度合を有するロータリスウェージングによるものであることが重要である。これにより格子転位の密度が高められ、材料が硬化される。材料の良好な切削性は、均質化撹拌により達成される。
また、微粒化のための元素の添加により合金の組織が改善され得ることが知られている。したがって、特許文献４には、熱間圧延性を向上させるために、鉛を含有しない青銅にＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏ又はＭｎを添加することが提案されている。材料は、電子部品の製造時に帯板として使用される。特許文献５には、良好な熱間変形性を達成するために、２０〜１０００ｐｐｍの炭素を銅−すず−亜鉛合金に添加することが提案されている。材料は、電子部品の製造のために使用される。このために、平坦な材料のみが使用されるとともに、半製品が単に１つの単純な幾何形状へ変形される。特許文献６には、２〜８質量％のすず、０．５〜２．１質量％のケイ素、１５質量％までの亜鉛及びチタン、タンタル、ニオブ、鉄、マンガン、マグネシウム又はリンのグループにおける少なくとも１つの元素を有する銅合金が水用パイプの製造に使用されることが開示されている。熱間変形により、鋳造されたピンから複数のパイプがプレスされ、つづいて、これらパイプは、最終寸法まで冷間引き抜きされる。複数のパイプの熱間プレスは、鍛造による成型部品の製造に比して比較的単純な変形プロセスであり、この変形プロセスにおいては、単純な幾何形状のみを有する中間製品が生産される。また、ケイ素の添加は、良好に制御することができないため、望ましくない。
特許文献７には、鉛を含有しない銅−すず−亜鉛合金にジルコンを添加することで微粒化を達成することが可能であり、その結果、熱間変形による成型部品の製造も可能であることが開示されている。特許文献７自体においてジルコンの使用の欠点が言及されている。この特許文献７の示唆によれば、赤色黄銅のような組成を有する合金においては、ジルコンの含有量は少なくとも０．０１７質量％である必要があるが、これは材料のコストに不都合な影響を及ぼすものである。一般に、微粒化のために元素を添加することは、鋳造プロセスを複雑化するものであるとともにスクラップのリサイクルにおいて良好に制御することができないため、基本的には望ましくない。
ＤＩＮ ＣＥＮ／ＴＳ １３３８８
ドイツ銅研究所（ＤＫＩ）の材料データシート
ＤＩＮ １７６６２
本発明の課題は、特に水を案内するガイドシステムにおける使用のための改善された成型部品と、改善された成型部品の製造に使用するための銅材料と、銅材料から成る成型部品の製造方法とを提供することを基礎とするものである。特に、銅材料は、傑出した耐食性を有するとともに、元素である鉛、アンチモン、ケイ素、ジルコン又は他の化学的な微粒化剤を含有しない上、良好な熱間変形性及び良好な切削性を有するべきである。この材料から製造される成型部品は、均質な組織、高い寸法安定性及び良好な表面状態を有するべきである。
本発明は、銅合金の使用方法については請求項１の特徴によって、成型部品については請求項３の特徴によって、成型部品の使用方法については請求項４の特徴によって、成型部品の製造方法については請求項５の特徴によって描写されている。別の従属請求項は、本発明の有利な形成及び発展形成に該当するものである。
本発明は、質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金の、成型部品の製造のための使用方法を含むものであり、成型部品の製造は少なくとも１つの熱間プレス過程を含んでいる。
Ｓｎ：２〜８％、
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不可避不純物
を有する銅合金の、成型部品の製造のための使用方法を含むものであり、成型部品の製造は少なくとも１つの熱間プレス過程を含んでいる。
ここで、本発明は、金属材料の耐食性はまず第一にその組成によって規定されるという考察に基づくものである。そのほか、製造方法及び表面特性は、部材の耐食性に重大な影響を有している。少なくとも８４質量％の銅と、すず（２〜８質量％）、亜鉛（２．５〜１３質量％）、選択的に０．６質量％までのニッケル及びリンの合金割合とを有する銅材料は、水を含む環境において非常に良好な耐食性を有している。この材料から成る鋳物は、一般に、粗く針状の粒子を有しているとともに、熱間変形は困難である。しかし、溶融過程中及び鋳造過程中の材料の適当な調質により、例えば０．２５質量％より多くの割合の鉛、ビスマス、ホウ素又はジルコンのような追加的な元素を添加する必要なく微細な粒子を形成することが可能である。本発明によれば、存在する残留溶融物を凝固過程中に運動させることで、材料中に微粒状の組織が形成される。これは、凝固過程中における残留溶融物の好ましくは撹拌、特に好ましくは電磁的な撹拌によって行われる。合金溶融物の凝固は、ある温度区間においてなされる。溶融物の冷却時には、凝固過程中において所定の温度を下回る際にまずは第１の析出過程が生じる。この凝固の核の箇所では、更なる冷却の際に樹枝状の結晶構造が成長する。全凝固過程中に、それぞれ存在する残留溶融物を運動させ、残留溶融物に内部の運動が強い影響を与えることで、柱状結晶を有する典型的な鋳物組織が生じ得ることが防止される。この代わりに、一部は樹枝状で、一部は球状の、凝固した小さな粒子を有する微粒状の組織が生じる。微粒状の組織により材料の変形性が向上する。したがって、このように調質された材料を成型部品の製造に使用することができ、成型部品の製造は、真鍮材料からの成型部品の製造と類似して行うことが可能である。特に、成型部品の製造は、熱間プレスステップを含むものである。落とし鍛造（熱間プレス）あるいはハンマ鍛造によって製造された成型部品は、鋳造された部材とは異なり、特に密で均質な組織及び平滑な表面によって傑出している。同時に、この成型部品は、材料組成により非常に良好な耐食性を備えている。
本発明の好ましい形態においては、リンの含有量を、最大で０．０４質量％とすることができ、特に好ましい形態においては、最大で０．０１質量％とすることが可能である。リンによって、より良好な鋳造性を得ることができる。しかし、リンの含有量が増大するのに伴い、熱間変形性が減少する。したがって、熱間プレス過程による成型部品の製造は、合金中のリンの含有がわずかであればあるほどより確実となる。
本発明の他の形態は、
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満
選択的にＮｉ：最大で０．６％、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品を含み、前記成型部品が少なくとも１つの熱間プレス過程によって製造されている。
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満
選択的にＮｉ：最大で０．６％、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品を含み、前記成型部品が少なくとも１つの熱間プレス過程によって製造されている。
ここで、本発明は、金属材料の組織が組成及び製造方法によって規定されるという考察に基づくものである。少なくとも８４質量％の銅と、すず（２〜８質量％）、亜鉛（２．５〜１３質量％）及び選択的に０．６質量％までのニッケルの合金割合とを有する銅材料から、鋳造によって主に成型部品が製造される。この材料から成る鋳物は、一般に、粗く針状の粒子及び粗い表面を有しているとともに、切削性に劣る。しかし、溶融過程中及び鋳造過程中の材料の適当な調質により、例えば０．２５質量％より多くの割合の鉛、ビスマス、ホウ素又はジルコンのような追加的な元素を添加する必要なく微細な粒子を形成することが可能である。本発明によれば、存在する残留溶融物を凝固過程中に運動させることで、材料中に微粒状の組織が形成される。これは、凝固過程中における残留溶融物の好ましくは撹拌、特に好ましくは電磁的な撹拌によって行われる。微粒状の組織により、材料の変形性が向上する。このように調質された材料からの成型部品の製造は、真鍮材料からの成型部品の製造と類似して行うことが可能である。特に、成型部品の製造は、熱間プレスステップを含むものである。落とし鍛造（熱間プレス）あるいはハンマ鍛造によって製造された成型部品は、鋳造された部材とは異なり、密で均質な組織、より良好な寸法安定性及び平滑な表面によって傑出している。そのため、熱間プレスあるいは鍛造によって製造された成型部品は、鋳造によるものよりも好ましい。
本発明の別の形態は、
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の、水を案内するガイドシステムにおける使用方法を含むものであり、前記成型部品は、少なくとも熱間プレス過程によって製造されている。
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の、水を案内するガイドシステムにおける使用方法を含むものであり、前記成型部品は、少なくとも熱間プレス過程によって製造されている。
ここで、本発明は、金属材料の耐食性はまず第一にその組成によって規定されるという考察に基づくものである。そのほか、製造方法及び表面特性は、部材の耐食性に重大な影響を有している。少なくとも８４質量％の銅と、すず（２〜８質量％）、亜鉛（２．５〜１３質量％）、選択的に０．６質量％までのニッケルの合金割合とを有する銅材料は、水を含む環境において非常に良好な耐食性を有している。そのため、機械部品、連結部材及びこれに類するものとして水を案内するガイドシステムにおいて使用される成型部品がこの材料から製造される。この材料から成る鋳造された成型部品は、一般に、粗く針状の粒子及び粗い表面を有している。また、これら成型部品は、切削性に劣る。そのため、鋳物表面の性状が多くの場合放置される。貫流される部材においては、より大きな流れ騒音及び流れ抵抗が結果として生じてしまう。しかし、溶融過程中及び鋳造過程中の材料の適当な調質により、例えば０．２５質量％より多くの割合の鉛、ビスマス、ホウ素又はジルコンのような追加的な元素を添加する必要なく微細な粒子を形成することが可能である。本発明によれば、存在する残留溶融物を凝固過程中に運動させることで、材料中に微粒状の組織が形成される。これは、凝固過程中における残留溶融物の好ましくは撹拌、特に好ましくは電磁的な撹拌によって行われる。微粒状の組織により、材料の変形性が向上する。したがって、このように調質された材料を成型部品の製造に使用することができ、成型部品の製造は、真鍮材料からの成型部品の製造と類似して行うことが可能である。特に、成型部品の製造は、熱間プレスステップを含むものである。落とし鍛造（熱間プレス）あるいはハンマ鍛造によって製造された成型部品は、鋳造された部材とは異なり、密で均質な組織、より良好な寸法安定性及び平滑な表面によって傑出している。同時に、この成型部品は、材料により非常に良好な耐食性を備えている。
本発明の他の形態は、
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の製造方法に関するものであり、
当該方法が、少なくとも以下のステップ：
ａ）合金を溶融法で得ること
ｂ）半製品の連続鋳造（ロッド、中空ロッド、形鋼又はワイヤ）
ｃ）前記半製品の複数のプレスブランクへの切断
ｄ）適切な温度への前記プレスブランクの加熱
ｅ）加熱状態での前記プレスブランクの前記成型部品へのプレス
を含むものである。
質量％で以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン、
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の製造方法に関するものであり、
当該方法が、少なくとも以下のステップ：
ａ）合金を溶融法で得ること
ｂ）半製品の連続鋳造（ロッド、中空ロッド、形鋼又はワイヤ）
ｃ）前記半製品の複数のプレスブランクへの切断
ｄ）適切な温度への前記プレスブランクの加熱
ｅ）加熱状態での前記プレスブランクの前記成型部品へのプレス
を含むものである。
ここで、本発明は、金属材料の加工性がその組成及び製造プロセス中の調質によって規定されるという考察に基づくものである。少なくとも８４質量％の銅と、すず（２〜８質量％）、亜鉛（２．５〜１３質量％）及び選択的に０．６質量％までのニッケルの合金割合とを有する銅材料が、鋳造による主に成型部品の製造に使用される。この材料から成る鋳物は、一般に、粗く針状の粒子を有している。しかし、溶融過程中及び鋳造過程中の材料の適当な調質により、例えば０．２５質量％より多くの割合の鉛、ビスマス、ホウ素又はジルコンのような追加的な元素を添加する必要なく微細な粒子を形成することが可能である。本発明によれば、存在する残留溶融物を凝固過程中に運動させることで、材料中に微粒状の組織が形成される。これは、凝固過程中における残留溶融物の好ましくは撹拌、特に好ましくは電磁的な撹拌によって行われる。微粒状の組織により、材料の変形性が向上する。このように調質された材料からの成型部品の製造は、真鍮材料からの成型部品の製造と類似して行うことが可能である。成型部品の製造は、特に以下のステップを含んでいる：
ａ）合金を溶融法で得ること
ｂ）半製品の連続鋳造（ロッド、中空ロッド、形鋼又はワイヤ）
ｃ）前記半製品の複数のプレスブランクへの切断
ｄ）７５０〜８５０℃の温度への前記プレスブランクの加熱
ｅ）加熱状態での前記プレスブランクの前記成型部品へのプレス
ステップｄ）で到達する温度は、材料がまだ揺変性へ移行しないように選択されるべきである。落とし鍛造（熱間プレス）あるいはハンマ鍛造によって製造された成型部品は、鋳造された部材とは異なり、特に密で均質な組織、より良好な寸法安定性及び平滑な表面によって傑出している。
ａ）合金を溶融法で得ること
ｂ）半製品の連続鋳造（ロッド、中空ロッド、形鋼又はワイヤ）
ｃ）前記半製品の複数のプレスブランクへの切断
ｄ）７５０〜８５０℃の温度への前記プレスブランクの加熱
ｅ）加熱状態での前記プレスブランクの前記成型部品へのプレス
ステップｄ）で到達する温度は、材料がまだ揺変性へ移行しないように選択されるべきである。落とし鍛造（熱間プレス）あるいはハンマ鍛造によって製造された成型部品は、鋳造された部材とは異なり、特に密で均質な組織、より良好な寸法安定性及び平滑な表面によって傑出している。
赤色黄銅の冷間変形性は、真鍮の冷間変形性よりも劣る。したがって、方法ステップｂ）において、方法ステップｂ）における連続鋳造と方法ステップｅ）の熱間プレスの間で冷間変形の必要がないように半製品を採寸することが有利である。特に有利には、鋳造された半製品は、当該半製品から切断されたプレスブランクが熱間プレス過程に好都合な形状及び大きさを有するように選択されるべきである。
本発明の好ましい形態においては、合金のプレスブランクが、熱間プレス過程前に１ｍｍ未満の平均粒度を有する組織を備えることが可能である。方法ステップｂ）における半製品の鋳造と方法ステップｅ）における熱間プレスの間に好ましくは材料の粒度を減少させる方法ステップが存在しないため、溶融過程及び鋳造過程中の材料の調質は、材料が鋳物状態においてすでに１ｍｍ未満の平均粒度を有する組織を備えるように行われるべきである。粒度が小さくなればなるほど、熱間プレス過程中により多くの結晶粒界が平滑面として使用可能である。そのほか、可塑的な変形が粒子全体により良好に分布する。これにより、変形領域に組織の均等な再結晶化が生じる。
有利には、方法ステップｂ）とｄ）の間で鋳物を熱処理することが可能である。これにより、材料が均等化されるとともに、鋳物に典型的な偏析効果及び第二相を排除することが可能である。したがって、混練組織の形態に略同一の組織形態が得られる。
別の有利なプロセス経過においては、方法ステップｂ）の後に、鋳造された半製品に外側の材料層の除去のための除去処理を行うことができる。これにより、鋳肌に存在し得る望ましくない不純物又は偏析物を除去することが可能である。そして、これら不純物又は偏析物がもはや後続の加工ステップを阻害することがなく、最終製品の品質を更に向上させることが可能である。
本発明の好ましい形態においては、方法ステップｅ）の後に成型部品を切削加工することが可能である。これにより、成型部品の最終輪郭を形成することができる。また、成型部品の表面精度を向上させることも可能である。方法ステップｅ）での熱間プレスによって、材料の組織が極微粒化されるとともに、切削性が有利に影響される。
以下の実施例及び図面に基づいて本発明を詳細に説明する。
（質量％で）Ｓｎ：４．５％、Ｚｎ：５．４％、Ｐｂ：０．０８％、Ｎｉ：０．４％、Ｐ：０．０４％、残りのＣｕ及び特に０．０１質量％のＦｅを含有する不可避不純物の組成の溶融物が、精密連続鋳造設備において、直径２４ｍｍの棒へ鋳込まれた。この合金を「鉛を含有しない赤色黄銅」と呼ぶことができる。鋳造過程の開始時に、溶融物の調質のための特別な措置はなされなかった。約２００ｃｍの長さが鋳造された後、鋳造過程を中断することなく、電磁的な撹拌による溶融物の調質から開始された。このようにして鋳物体が製造され、この鋳造体には、鋳物組織への直接的な撹拌の影響が現れ得る。図１には、鋳物体１を通る長手カット面が示されている。溶融物の特別な調質をすることなく鋳造された鋳物体のこの部分では、組織が柱状結晶を有する典型的な鋳物組織に相当し、数ミリメートルの大きさの、樹枝状に凝固した複数の粒子で構成されている。図１では、鋳物体１のこの部分２を図の左範囲において認識できる。電磁的な撹拌の開始により、短い移行範囲の内部での粒度が大幅に減少する。図１では、符号３で示された点が、鋳造過程における電磁的な撹拌の開始に相当する。粒度が大幅に減少する移行範囲は、符号３１で示されている。移行範囲３１の後には部分４がつづき、この部分には、一部は樹枝状で、一部は球状の組織が存在する。樹枝状に凝固した粒子４１の大きさは、球状の粒子と同様１ｍｍよりもはるかに小さい。柱状結晶はもはや生じない。
電磁的な撹拌をしながら鋳込まれた鉛を含有しない赤色黄銅は、３５０℃、５５０℃及び７５０℃で熱せられた。加熱温度３５０℃においては、まだ重大な組織変化は生じない。５５０℃では、第二相が消滅するが、引き続き偏析効果を認識することができる。７５０℃で初めてこの偏析が消滅し、樹枝状の構造が均質で等軸の粒子のために完全に溶融された。熱処理をしない場合には、重大な粗粒化が生じた。粒度は常に１ｍｍより小さいままであった。
ねじりプラストメータによる試験により、鋳造過程中に電磁的な撹拌によって組織が調質された鉛を含有しない赤色黄銅が、熱間変形時に非常に大きな変形度合を可能とすることを示すことができた。７５０〜８５０℃の変形温度では、変形度合がφ＝０．５にまで達した。従来技術により鋳造された鉛を含有しない赤色黄銅においては、最大でφ＝０．１５の変形度合となり、鉛を含有する赤色黄銅においては最大でφ＝０．０３の変形度合となった。図２には、この試験結果が示されている。鉛を含有する赤色黄銅（サンプル１ａ及び１ｂ）、鉛を含有しない赤色黄銅（サンプル２ａ及び２ｂ）並びに電磁的に撹拌された鉛を含有しない赤色黄銅（サンプル３ａ及び３ｂ）についての７５０℃で検出された流れ曲線が例示的に示されている。プラストメータの回転角に基づき算出された変形度合φに対して、測定されたねじりプラストメータのトルクに基づき算出された流れ応力が記入されている。応力−ひずみ線図におけるのと類似して、まずは材料の弾性的な状況を表す急激に上昇する曲線推移が存在する。材料が可塑的に流れ始めると、曲線は、より平坦に推移し、近似的に水平な平坦部へ移行する。サンプルの破断は、最終的に流れ応力の突然の低下の形で現れる。
図３〜図５には、ねじり試験が行われた鋳物体の破断面が示されている。図３には、参考として、鉛を含有する赤色黄銅から成るサンプル体が示されている。鋳物組織の柱状結晶を良好に認識することができる。図４には、撹拌することなく鋳込まれた鉛を含有しない赤色黄銅から成るサンプル体が示されている。破断面は、図３における鉛を含有する赤色黄銅とはわずかだけ異なっている。ここでも、鋳物組織の柱状結晶を良好に認識することが可能である。図５には、電磁的な撹拌をしながら鋳造された鉛を含有しない赤色黄銅から成るサンプル体が示されている。破断面は微粒子状のトポロジーを示しており、柱状結晶を認識することはできない。
落とし鍛造（熱間プレス）によって、電磁的に撹拌された鉛を含有しない赤色黄銅から水設備用の成型部品が製造される。あらゆる予想に反して、この鉛を含有しない赤色黄銅は、重大な問題なく落とし鍛造によって中空体へ処理され得る。
電磁的な撹拌による溶融物の調質に対する代替的な手段として、機械的な撹拌、超音波励起、気体の吹き込み又は他の合金要素の添加なしに鋳物組織の微粒化を生じさせる複数の類似の手法のような方法を適用することも可能である。
１ 鋳物体
２ 電磁的な撹拌のない鋳物組織を有する部分
２１ 柱状結晶
３ 電磁的な撹拌の開始
３１ 移行範囲
４ 電磁的な撹拌を伴った鋳物組織を有する部分
４１ 電磁的な撹拌を伴った鋳物組織における粒子
２ 電磁的な撹拌のない鋳物組織を有する部分
２１ 柱状結晶
３ 電磁的な撹拌の開始
３１ 移行範囲
４ 電磁的な撹拌を伴った鋳物組織を有する部分
４１ 電磁的な撹拌を伴った鋳物組織における粒子
Claims (9)
- （質量％で）以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン：最大０．０４％
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金の、成型部品の製造のための使用方法であって、
前記銅合金は、凝固過程中に存在する残留溶融物を運動させることで、微粒子状の組織が材料内に形成されるとともに、ねじりプラストメータ試験における変形温度７５０〜８５０℃での変形度合がφ＝０．５にまで達するように調質され、前記成型部品は、このように調質された銅合金の熱間プレス工程を少なくとも含む方法によって製造されることを特徴とする使用方法。 - リンの含有量が最大で０．０１質量％であることを特徴とする請求項１記載の銅合金の使用方法。
- （質量％で）以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満
選択的にＮｉ：最大で０．６％、
選択的にリン：最大０．０４％
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品であって、
前記銅合金は、大きさが１ｍｍより小さく一部は樹枝状で、一部は球状である微粒子状の組織が材料内に形成されるとともに、ねじりプラストメータ試験における変形温度７５０〜８５０℃での変形度合がφ＝０．５にまで達するように調質され、このように調質された銅合金が少なくとも熱間プレスされて製造されたことを特徴とする成型部品。 - （質量％で）以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン：最大０．０４％
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の、水を案内するガイドシステムにおける使用方法であって、
前記銅合金は、凝固過程中に存在する残留溶融物を運動させることで、微粒子状の組織が材料内に形成されるとともに、ねじりプラストメータ試験における変形温度７５０〜８５０℃での変形度合がφ＝０．５にまで達するように調質され、前記成型部品は、このように調質された銅合金の熱間プレス工程を少なくとも含む方法によって製造されることを特徴とする使用方法。 - （質量％で）以下の組成：
Ｓｎ：２〜８％、
Ｚｎ：２．５〜１３％、
Ｐｂ：０．２５％未満、
選択的にＮｉ：最大０．６％まで、
選択的にリン：最大０．０４％
少なくとも８４％の残りのＣｕ及び
不可避不純物
を有する銅合金から成る成型部品の製造方法であって、
当該方法が、少なくとも以下のステップ：
ａ）合金を溶融法で得ること
ｂ）半製品の連続鋳造
ｃ）前記半製品の複数のプレスブランクへの切断
ｄ）７５０〜８５０℃への前記プレスブランクの加熱
ｅ）加熱状態での前記プレスブランクの前記成型部品へのプレス
を含み、
前記銅合金は、凝固過程中に存在する残留溶融物を運動させることで、微粒子状の組織が材料内に形成されるとともに、ねじりプラストメータ試験における変形温度７５０〜８５０℃での変形度合がφ＝０．５にまで達するように調質されることを特徴とする製造方法。 - 前記合金の前記プレスブランクが、熱間プレス過程前に１ｍｍ未満の平均粒子の大きさを有する組織を備えていることを特徴とする請求項５記載の成型部品の製造方法。
- 前記方法ステップｂ）とｄ）の間に、鋳造された前記半製品が前記組織の均質化のために熱処理されることを特徴とする請求項５又は６に記載の成型部品の製造方法。
- 前記方法ステップｂ）の後に、鋳造された前記半製品が外側の材料層の除去のために除去処理されることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の成型部品の製造方法。
- 前記方法ステップｅ）の後に、前記成型品が切削によるプロセスによって加工されることを特徴とする請求項５〜８のいずれか１項に記載の成型部品の製造方法。
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