JP6679742B2 - Tin-containing copper alloy, its manufacturing method, and its use - Google Patents

Tin-containing copper alloy, its manufacturing method, and its use Download PDF

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Description

本発明は、請求項1から3までのいずれか1項の前提部に記載された、熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善されたスズ含有銅合金、請求項10から11までの前提部に記載されたその製造方法、ならびに請求項17から19までの前提部に記載されたその使用法に関するものである。   The present invention is excellent in hot workability and cold workability described in the preamble of any one of claims 1 to 3, and has high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, And a tin-containing copper alloy with improved corrosion resistance and stress relaxation resistance, a method for its production according to the preamble of claims 10 to 11, and a method for its use according to the preamble of claims 17 to 19. It is about.

合金成分のスズにより、銅−スズ合金は高い強度と硬度に優れている。さらに、銅−スズ合金は、耐食性および耐海水性があると認められている。   Due to the alloying component tin, the copper-tin alloy is excellent in high strength and hardness. Moreover, copper-tin alloys are recognized as corrosion and seawater resistant.

この材料群は、アブレシブ摩耗に対して高い耐性を有する。その上、銅−スズ合金は良好な滑り特性および高い疲労限度を保証することから、エンジンや車両の製造ならびに一般的な機械製造における摺動部材および滑り面としてその優れた適性を現している。滑り軸受の用途のための銅−スズ合金には、しばしば、耐ゴーリング性や機械加工性の改善のために鉛の添加物を添加する。   This group of materials has a high resistance to abrasive wear. Moreover, copper-tin alloys exhibit good sliding properties and high fatigue limits, thus demonstrating their excellent suitability as sliding members and surfaces in engine and vehicle construction and in general machine construction. Copper-tin alloys for plain bearing applications often include lead additives to improve galling resistance and machinability.

銅−スズ合金は、電子工学および電気通信産業に広く使われる。これらは、しばしば十分な導電率および良好もしくは大変良好なばね特性を有する。ばね特性の調整には材料の十分な冷間加工性が前提となる。   Copper-tin alloys are widely used in the electronics and telecommunications industries. They often have sufficient conductivity and good or very good spring properties. Sufficient cold workability of the material is a prerequisite for adjusting the spring properties.

音楽産業では、有利には、銅−スズ合金からその特別な音響特性に基づいて打楽器が製造される。専門用語ではシンバルとも呼ばれるこれら凹状円盤の製造には、材料の熱間加工性が大変良好であることが必要である。特に、スズ8重量%および20重量%を有する2種類の銅−スズ合金が普及している。   In the music industry, percussion instruments are advantageously manufactured from copper-tin alloys on the basis of their special acoustic properties. The manufacture of these concave disks, also called cymbals in technical terms, requires that the material has very good hot workability. In particular, two types of copper-tin alloys with 8% and 20% tin by weight are prevalent.

最初の製造工程である鋳造では、銅−スズ材料は、その長い凝固期間により、気体を吸収した後に続いて気泡を形成したり、また偏析現象を起こしたりする傾向が特に強い。Snを多く含む偏析は、非常に限定的に、鋳造プロセスに続く均質化焼鈍によって取り除くことができる。銅−スズ合金の気泡および偏析の傾向はSn含有量の上昇と共に強まる。   In the first manufacturing step, casting, the copper-tin material is particularly prone to subsequent bubble formation and segregation after absorbing the gas due to its long solidification period. Sn-rich segregation can be removed in a very limited manner by homogenizing annealing following the casting process. The tendency of bubbles and segregation in copper-tin alloys increases with increasing Sn content.

溶融物を十分脱酸するために、元素のリンを前記銅−スズ合金に添加する。ただし、リンは、銅−スズ合金の凝固期間をさらに延長させ、それによりこの材料群の気泡および偏析の傾向が高まる結果となる。   Elemental phosphorus is added to the copper-tin alloy to fully deoxidize the melt. However, phosphorus further extends the solidification period of the copper-tin alloy, which results in an increased tendency for bubbles and segregation in this family of materials.

この理由から、特許文献1および特許文献2には、銅−スズ合金の一次成形のために、スプレー圧縮法に加えて、ストリップ鋳造が有利であるとされている。このようにして、溶融物の凝固速度を正確に調整することにより、Snを多く含むδ相が微細で均一に分布している偏析の少ない予備成形品を後続の熱間加工用に製造することができる。   For this reason, Patent Documents 1 and 2 describe that, in addition to the spray compression method, strip casting is advantageous for the primary molding of a copper-tin alloy. In this way, by accurately adjusting the solidification rate of the melt, it is possible to manufacture a preform with a small segregation in which the δ phase containing a large amount of Sn is finely and uniformly distributed for the subsequent hot working. You can

特許文献3には、Sn14から32重量%を有する純粋な銅−スズ合金ならびにSn10から32重量%を有する銅およびスズを含有する合金をいかにして熱間加工可能にすることができるかについての根本的な示唆が記載されている。提案されているのは、前記合金を820から970℃の温度に加熱し、その後非常に遅い速度で520℃まで冷却するということである。このとき、冷却の期間は少なくとも5時間であることが必要である。通常の冷却速度で室温まで冷却した後、720から920℃で材料の熱間加工を行なうことができる。   US Pat. No. 6,037,898 describes how pure copper-tin alloys with Sn 14 to 32 wt% and alloys containing copper and tin with Sn 10 to 32 wt% can be hot workable. Basic suggestions are given. It is proposed that the alloy be heated to a temperature of 820 to 970 ° C and then cooled at a very slow rate to 520 ° C. At this time, the period of cooling needs to be at least 5 hours. After cooling to room temperature at normal cooling rates, the material can be hot worked at 720 to 920 ° C.

特許文献4からは、Sn6から14重量%、P0.1重量%超、好ましくはP0.2から0.4重量%を含み、このPは珪素、ホウ素またはベリリウムと置換してもよい銅−スズ合金から成形部材を製造する方法が記載されている。好ましくは、この銅−スズ合金は、Cu約91.2重量%、Sn約8.5重量%、およびP約0.3重量%を有する。それによれば、冷間加工または熱間加工による最終加工の前に、スズおよびリンが増加した共析晶が溶解するまで、700℃より低い温度で鋳造成形品を均質化する。   From US Pat. No. 6,037,009, Sn 6 to 14 wt.%, P greater than 0.1 wt.%, Preferably P 0.2 to 0.4 wt.%, Where P is copper-tin which may be replaced by silicon, boron or beryllium. A method of making a shaped part from an alloy is described. Preferably, the copper-tin alloy has about 91.2 wt% Cu, about 8.5 wt% Sn, and about 0.3 wt% P. According to it, before final processing by cold working or hot working, the castings are homogenized at a temperature below 700 ° C. until the tin and phosphorus enriched eutectoids are dissolved.

Sn含有銅合金の熱間加工性のためにSnを多く含む偏析の割合が小さい微粒子組織を形成する結晶核の意味は、特許文献5および特許文献6に記載されている。リン化物の化合物が結晶核であり、それにより鋳造構造の焼き戻し硬化が行なわれ、低融点の銅−リン相または銅−リン−スズ相の形成が最小限にまで減少する。それにより熱間加工性が決定的に改善されることになる。   The meanings of crystal nuclei forming a fine grain structure containing a large amount of Sn and having a small segregation ratio due to the hot workability of the Sn-containing copper alloy are described in Patent Documents 5 and 6. The phosphide compound is the crystal nucleus, which causes tempering of the cast structure and reduces the formation of low melting point copper-phosphorus or copper-phosphorus-tin phases to a minimum. Thereby, the hot workability is decisively improved.

最新のエンジン、機械、装置およびユニットの運転温度および運転圧力が高くなるにしたがって、個々のシステム部材で異なる損傷メカニズムが発生する。したがって一層、特に摺動部材と差し込みコネクタの材料側および構造上の設計の際には滑り摩耗の種類の他に振動摩擦摩耗損傷のメカニズムも考慮する必要性がある。   As the operating temperatures and pressures of modern engines, machines, equipment and units increase, different failure mechanisms occur in individual system components. Therefore, in addition to the type of sliding wear, it is also necessary to take into account the mechanism of oscillating frictional wear damage, especially in the material and structural design of the sliding member and the plug connector.

専門用語でフレッティングとも呼ばれる振動摩擦摩耗は、振動する接触面間に生じる摩擦摩耗である。部品の幾何学的摩耗および/または体積摩耗に加えてさらに周辺媒体との反応により摩擦腐食が起こる結果になる。材料損傷により、摩耗領域の部分強度、特に疲労限度は明らかに減少しうる。損傷した部品表面からは、振動破壊/摩擦疲労破壊につながる振動亀裂が始まりうる。摩擦腐食のもとでは、部品の疲労限度は材料の疲労限度特性値を明らかに下回るかもしれない。   Vibration friction wear, also called fretting in technical terms, is the friction wear that occurs between vibrating contact surfaces. In addition to geometrical and / or volumetric wear of the parts, further reaction with the surrounding medium results in frictional corrosion. Due to material damage, the partial strength of the wear area, in particular the fatigue limit, can be significantly reduced. Vibrational cracks leading to vibrational / friction-fatigue fractures can start from the damaged part surface. Under frictional corrosion, the fatigue limit of a part may be significantly below the fatigue limit characteristic value of the material.

振動摩擦摩耗は、そのメカニズムにおいて、一方向の動きを持つ滑り摩耗の種類とは著しく異なる。特に、振動摩擦摩耗での腐食の影響は特に顕著である。   Vibratory friction wear is significantly different in its mechanism from the types of sliding wear with unidirectional movement. Particularly, the influence of corrosion due to vibration friction wear is particularly remarkable.

特許文献7からは、滑り軸受の振動摩擦摩耗の損傷結果の記述が見られる。軸受受容部への滑り軸受の圧入過程により、滑り軸受において高い応力が形成され、これは、熱膨張によりかつ最新エンジン内における動的な軸荷重によりさらに高くなる。応力の過度の上昇による滑り軸受の形状変化により、軸受受容部に対して相対的な滑り軸受の微細動作が可能となる。軸受と軸受受容部との間の接触面における振動幅の少ない周期的相対運動により、滑り軸受背面の振動摩擦摩耗/摩擦腐食/フレッティングが生じる。その結果、亀裂が始まり、最終的に滑り軸受の摩擦疲労破壊が起こる。   From Patent Document 7, a description of the damage result of the vibration friction wear of the plain bearing can be seen. The process of press-fitting the plain bearing into the bearing receptacle creates high stresses in the plain bearing, which are further increased by thermal expansion and by dynamic axial loads in modern engines. The change in shape of the plain bearing due to the excessive increase in stress allows a fine movement of the plain bearing relative to the bearing receiver. Due to the small relative amplitude of the cyclic relative movements at the contact surface between the bearing and the bearing receiver, a vibrating friction wear / friction corrosion / fretting of the sliding bearing back surface occurs. As a result, cracks start and finally frictional fatigue failure of the plain bearing occurs.

エンジンおよび機械では、機械的な振動運動にさらされている周辺部にしばしば電気の差し込みコネクタが配置されている。接続装置の部材が、機械的な負荷により互いに相互運動を行なう異なる組立品にあるならば、結果としてその接続部材の相互運動が生じるかもしれない。これらの相互運動により、振動摩擦摩耗が起こり、かつ、差し込みコネクタの接触領域の摩擦腐食が起こる。この接触領域には微小亀裂が形成され、それにより、差し込みコネクタ材料の疲労限度が大幅に減少する。疲労破壊による差し込みコネクタの落下という結果になるかもしれない。さらに、摩擦腐食により接触抵抗の上昇が起こる。   In engines and machines, electrical plug connectors are often located on the periphery where they are exposed to mechanical oscillatory motion. If the components of the connecting device are in different assemblies that move relative to each other under mechanical load, mutual movement of the connecting members may result. These mutual movements result in oscillating frictional wear and frictional corrosion in the contact area of the plug connector. Microcracks form in this contact area, which significantly reduces the fatigue limit of the plug connector material. This may result in the plug connector dropping due to fatigue failure. Further, frictional corrosion causes an increase in contact resistance.

これらの損傷形態を減らすために、特許文献8では、差し込みコネクタに接続されたあらゆる配線に構造的にひずみ緩和装置を設置し、それにより配線の動きが差し込みコネクタに到達できないようにすることを提案している。   In order to reduce these types of damage, Patent Document 8 proposes to structurally install a strain relief device on every wire connected to the plug connector so that movement of the wire cannot reach the plug connector. are doing.

特許文献9には、いかに差し込みコネクタの摩擦腐食挙動を材料側から改善することができるかについての指示が含まれている。つまり、例えば青銅製の担体上に、スズ、インジウムおよび/またはアンチモン20から50重量%の含有量を有する銀−、パラジウム−またはパラジウム−銀−合金からなる接触材料を塗布している。銀および/またはパラジウム含分は耐食性を保証する。スズ、インジウムおよび/またはアンチモンの酸化物は耐摩耗性を高める。それでもって摩擦腐食の結果が生じるかもしれない。   US Pat. No. 6,037,049 contains instructions on how the frictional corrosion behavior of a plug connector can be improved from the material side. That is, for example, a support material made of bronze is coated with a contact material consisting of a silver-, palladium- or palladium-silver-alloy with a content of 20 to 50% by weight of tin, indium and / or antimony. The silver and / or palladium content ensures corrosion resistance. Oxides of tin, indium and / or antimony enhance wear resistance. Nevertheless, the consequences of frictional corrosion may occur.

振動摩擦摩耗/摩擦腐食に対する十分な耐性にとって重要なのは、したがって、耐摩耗性、延性および耐食性という材料特性の組み合わせである。   It is therefore the combination of the material properties of wear resistance, ductility and corrosion resistance that is important for good resistance to vibration friction wear / friction corrosion.

特許文献10には、金属溶融物の結晶化のメカニズムが記載されている。少ない数の結晶核しか存在しない場合、または溶融物中に少ない数の核しか形成されない場合、粒子が粗く、偏析が多く、しばしば樹枝状の凝固組織という結果になる。銅材料の溶融物粒子を細かくするために添加できる、カルシウム0.1から25重量%およびホウ素0.1から15重量%を有する銅合金が挙げられている。このように、結晶化剤を添加することによって、銅合金中に均一で粒子の細かい凝固組織が生成される。   Patent Document 10 describes a crystallization mechanism of a metal melt. If only a small number of crystal nuclei are present, or if only a small number of nuclei are formed in the melt, the result is a coarse-grained, highly segregated, often dendritic solidification structure. Mention is made of copper alloys having 0.1 to 25% by weight of calcium and 0.1 to 15% by weight of boron, which can be added for refining the melt particles of the copper material. Thus, by adding the crystallization agent, a uniform and fine-grained solidification structure is generated in the copper alloy.

例えばホウ素、珪素およびリンのようなメタロイドで合金を作ることにより、加工技術上重要な、比較的高い基礎溶融温度の低下が成功する。Ni−Si−BおよびNi−Cr−Si−B系の被覆材料および高温材料では、特にホウ素と珪素の合金元素のおかげでニッケル系硬質合金の溶融温度を大幅に低下することができるので、これらを自己流動性ニッケル系硬質合金として使用することが可能になる。   By making alloys with metalloids such as boron, silicon and phosphorus, a relatively high lowering of the base melting temperature, which is important in processing technology, is successful. Ni-Si-B and Ni-Cr-Si-B-based coating materials and high-temperature materials can significantly lower the melting temperature of nickel-based hard alloys due to the alloying element of boron and silicon, and thus, Can be used as a self-fluidizing nickel-based hard alloy.

ホウ素を添加して合金を作ることにより基礎溶融温度を低下させることは、肉盛溶接用材料として使用される銅−スズ材料に利用されている。特許文献11には、Si0.4重量%まで、B0.02から0.5重量%まで、P0.1から1.0重量%まで、Sn4から25重量%までと残部Cuを有する合金が開示されている。ホウ素および0.1重量%以上という非常に高いリン含有量を添加することにより、ここでは、肉盛溶接用合金の自己流動性ならびに基体表面の湿潤性が改善され、追加のフラックスの使用が不必要となる。ここでは、合金のSi含有量が0.05から0.15重量%の場合に、0.2から0.6重量%という特に高いP含有量が規定されている。これは、材料の自己流動性を得るという表面的な要求を強調している。ただしこの高いP含有量によって、合金の熱間加工性の可能性は大幅に限定される。   Reducing the base melting temperature by adding boron to make an alloy has been utilized in copper-tin materials used as overlay welding materials. Patent Document 11 discloses an alloy having Si 0.4% by weight, B 0.02 to 0.5% by weight, P 0.1 to 1.0% by weight, Sn 4 to 25% by weight, and the balance Cu. ing. By adding boron and a very high phosphorus content above 0.1% by weight, here the self-fluidity of the overlay welding alloy as well as the wettability of the substrate surface are improved and the use of additional flux is impaired. Will be needed. Here, a particularly high P content of 0.2 to 0.6% by weight is specified when the Si content of the alloy is 0.05 to 0.15% by weight. This underscores the superficial demand for the material to be self-flowing. However, this high P content greatly limits the hot workability of the alloy.

特許文献12には、金属間相が存在する拡散はんだ付け箇所における過程が記載されている。拡散はんだ付けを用いて、異なる熱膨張係数を有する部分を互いに結合する。このはんだ付け箇所の熱機械的負荷において、あるいははんだ付け過程自体において、界面に大きな応力が生じ、それが特に金属間相周辺で亀裂を生じさせるかもしれない。対策として、接合材同士の異なる膨張係数を相殺させる粒子とはんだ成分を混合することが提案されている。つまり、ホウ珪酸塩またはリン珪酸塩からなる粒子が、その好適な熱膨張係数に基づいて、はんだ結合における熱機械的応力を最小限にすることができる。その上、すでに生じた亀裂の拡張はこれらの粒子により妨げられる。   Patent Document 12 describes a process in a diffusion soldering place where an intermetallic phase exists. Diffusion soldering is used to bond parts having different coefficients of thermal expansion together. During the thermo-mechanical loading of this soldering point, or during the soldering process itself, large stresses may occur at the interface, which may lead to cracking especially around the intermetallic phase. As a countermeasure, it has been proposed to mix particles that cancel out different expansion coefficients of the bonding materials with a solder component. That is, particles made of borosilicate or phosphosilicate can minimize thermomechanical stresses in the solder bond due to their favorable coefficient of thermal expansion. Moreover, the expansion of cracks that have already occurred is prevented by these particles.

特許文献13の公報には、特に、ホウ素0.1から2.0重量%および鉄4から14重量%を有する鋳造用珪素合金の導電性に対する元素のホウ素の影響が記載されている。このSi系合金では、ホウ化珪素と呼ばれる高融点のSi−B相が析出する。   The publication of US Pat. No. 6,096,849 describes, among other things, the effect of the elemental boron on the conductivity of casting silicon alloys having 0.1 to 2.0% by weight boron and 4 to 14% by weight iron. In this Si-based alloy, a high melting point Si-B phase called silicon boride is precipitated.

ホウ素含有量により決められるSiB、SiB、SiBおよび/またはSiBの形態に大部分で存在するホウ化珪素は、その性質において珪素とははるかに異なる。これらホウ化珪素は金属的性格を有し、したがって導電性である。これらは、非常に高い耐熱性および耐酸化性を有する。焼結製品に好ましく使用される形態SiBは、その極めて高い硬度と高いアブレシブ摩耗抵抗性により、例えばセラミック製造およびセラミック加工に使用される。 Silicon boride, which is predominantly present in the form of SiB 3 , SiB 4 , SiB 6 and / or SiB n , determined by the boron content, is much different from silicon in its nature. These silicon borides have a metallic character and are therefore electrically conductive. They have very high heat resistance and oxidation resistance. Due to its extremely high hardness and high abrasive wear resistance, the form SiB 6 preferably used in sintered products is used, for example, in ceramic production and processing.

独国特許第4126079号明細書German Patent No. 4126079 独国特許第19756815号明細書German Patent No. 19756815 独国特許出願公開第581507号明細書German Patent Application Publication No. 581507 独国特許出願公開第704398号明細書German Patent Application Publication No. 704398 米国特許第2,128,955号明細書US Pat. No. 2,128,955 独国特許出願公開第2536166号明細書German Patent Application Publication No. 2536166 独国特許出願公開第102012105089号明細書German Patent Application Publication No. 102012105089 独国特許第102007010266号明細書DE 102007010266 独国特許第3932536号明細書German Patent No. 3932536 独国特許出願公開第3627282号明細書German Patent Application Publication No. 36272882 米国特許第3,392,017号明細書U.S. Pat. No. 3,392,017 独国特許第10208635号明細書German Patent No. 10208635 独国特許第2440010号明細書German Patent No. 244010

本発明は、スズ含有量の全範囲にわたって優れた熱間加工性を有する銅−スズ合金を製造するという課題に基づく。   The present invention is based on the problem of producing a copper-tin alloy having excellent hot workability over the entire tin content range.

熱間加工のためには、スプレー圧縮またはストリップ鋳造の実施を絶対的に必要とすることなく、慣用の鋳造法を用いて製造された前駆物質を使用することができる。   For hot working, precursors produced using conventional casting methods can be used without absolutely necessitating the performance of spray compression or strip casting.

この銅−スズ合金は、ブローホールや引け巣ならびに応力亀裂がなく、合金のSn含有量に依存して存在するSnを多く含むδ相が均一に分布した組織を特徴としていなくてはならない。十分な熱間加工性を生じるためには、前記銅−スズ合金の鋳造状態をまず適切な焼鈍処理を用いて均質化する必要は必ずしもない。すでに鋳造材料は高い強度、高い硬度および高い耐食性で優れている必要がある。焼鈍、あるいは少なくとも1回の焼鈍を伴う熱間加工および/または冷間加工を含むさらなる加工により、高い強度、高い硬度、高い耐応力緩和特性および耐食性、高い導電性ならびに高度な複合的耐摩耗性を有する微粒子状の組織が調整される。   This copper-tin alloy must be characterized by a structure having no blowholes, shrinkage cavities and stress cracks, and having a uniformly distributed δ phase containing a large amount of Sn existing depending on the Sn content of the alloy. In order to obtain sufficient hot workability, it is not always necessary to first homogenize the cast state of the copper-tin alloy using an appropriate annealing treatment. Already casting materials have to be excellent in high strength, high hardness and high corrosion resistance. High strength, high hardness, high stress relaxation and corrosion resistance, high electrical conductivity and high composite wear resistance due to annealing or further processing including hot working and / or cold working with at least one annealing A fine-grained structure having is prepared.

本発明は、銅−スズ合金については請求項1から3までのいずれか1項に記載の特徴により、製造方法については請求項10から11までの特徴により、かつ使用法については請求項17から19までの特徴により記載されている。その他の従属請求項は、本発明の好適な実施態様に関するものである。   The present invention relates to a copper-tin alloy according to any one of claims 1 to 3, a manufacturing method according to any of claims 10 to 11, and a usage according to any one of claims 17 to 17. It is described by features up to 19. Other dependent claims relate to preferred embodiments of the invention.

本発明は、(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にある、高強度スズ含有銅合金を包含する。
The present invention comprises the following components (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
-Comprising high strength tin-containing copper alloys having an elemental silicon and boron elemental content ratio Si / B of between 0.3 and 10.

さらに、本発明は、(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にあり;
‐鋳造後、前記合金中には以下の組織成分:
a)Snを多く含むδ相 1から98体積%まで、
b)Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物 1から20体積%まで、
c)スズが少ないα相からなる残部銅固溶体
(このとき、前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、スズおよび/または前記Snを多く含むδ相により覆われている)
が存在し;
‐鋳造の際、ホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素として、ならびに/またはホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素の付加化合物および/もしくは混合化合物として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、溶融物の凝固/冷却の間の均一な結晶化のための核をなし、それにより前記Snを多く含むδ相は島状および/または網状に組織中に均一に分布しており;
‐ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、リン珪酸塩および酸化アルミニウムと一緒に、前記合金の半製品および部品上で摩耗防止性および/または腐食防止性被覆の役目を果たしていることを特徴とする、高強度スズ含有銅合金を包含する。
Further, the present invention provides the following ingredients (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
-The elemental silicon and boron elemental content ratio Si / B is between 0.3 and 10;
-After casting, the following structural components in the alloy:
a) δ phase containing a large amount of Sn 1 to 98% by volume,
b) Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases and / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases 1 to 20% by volume,
c) The balance copper solid solution consisting of an α phase containing less tin (wherein the Al-containing and B-containing phases, the Si-containing and B-containing phases and / or the addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases are tin and / or Or it is covered by the δ phase containing a large amount of Sn)
Exists;
-The aforementioned Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases formed during casting as aluminum boride and silicon boride and / or as addition compounds and / or mixed compounds of aluminum boride and silicon boride. And / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases nucleate for uniform crystallization during solidification / cooling of the melt, whereby the Sn-rich δ phase is island-shaped and / Or evenly distributed in the tissue in a mesh-like;
-A borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-a borosilicate and / or an aluminum oxide-borophosphosilicate, said Al-containing and B-containing phase, Si-containing and B-containing phase and / or both The addition compounds and / or mixed compounds of the phases (1), (2) and (3) together with the phosphosilicate and the aluminum oxide serve as antiwear and / or anticorrosion coatings on semi-finished products and parts of said alloys. And a high strength tin-containing copper alloy.

Snを多く含むδ相を島形状および/または網形状に均一に分布させることにより、前記組織にはSnを多く含む偏析がない。このようなSnを多く含む偏析とは、いわゆる逆のブロック偏析および/または粒界偏析として形成されている鋳造組織中のδ相の堆積物であると理解され、これらは、鋳造部材を熱的および/または機械的に負荷した際に、亀裂の形の組織損傷を引き起こし、これら亀裂が破壊につながるかもしれない。ここではさらに、鋳造後の組織にはブローホールおよび引け巣ならびに応力亀裂は存在しない。
この形態では、前記合金は鋳造状態で存在している。
By uniformly distributing the Sn-rich δ phase in an island shape and / or a net shape, the structure has no Sn-rich segregation. It is understood that such a segregation rich in Sn is a deposit of the δ phase in the cast structure which is formed as so-called reverse block segregation and / or grain boundary segregation, and these are thermal deposits of the cast member. When and / or mechanically loaded, it may cause tissue damage in the form of cracks, which may lead to fracture. Here again, there are no blowholes and shrinkage cavities and stress cracks in the structure after casting.
In this form, the alloy is present in the cast state.

さらに、本発明は、(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にあり;
‐少なくとも1回の焼鈍による、あるいは少なくとも1回の焼鈍と共に少なくとも1回の熱間加工および/または冷間加工による前記合金のさらなる加工後、前記合金中には以下の組織成分:
a)Snを多く含むδ相 75体積%まで、
b)Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物 1から25体積%まで、
c)スズが少ないα相からなる残部銅固溶体
(このとき、前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、スズおよび/または前記Snを多く含むδ相により覆われている)
が存在し;
‐ホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素として、ならびに/またはホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素の付加化合物および/もしくは混合化合物として形成された、含有されている前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、合金の前記さらなる加工の間の組織の静的および動的再結晶のための核をなし、それにより均一で微粒子状の組織の調整が可能になり;
‐ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物は、リン珪酸塩および酸化アルミニウムと一緒に、前記合金の半製品および部品上で摩耗防止性および/または腐食防止性被覆の役目を果たしていることを特徴とする、高強度スズ含有銅合金を包含する。
Further, the present invention provides the following ingredients (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
-The elemental silicon and boron elemental content ratio Si / B is between 0.3 and 10;
-After further processing of the alloy by at least one annealing, or by at least one hot working and / or cold working together with at least one annealing, the following structural constituents in the alloy:
a) δ phase containing a large amount of Sn up to 75% by volume,
b) Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases and / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases 1 to 25% by volume,
c) The balance copper solid solution consisting of an α phase containing less tin (wherein the Al-containing and B-containing phases, the Si-containing and B-containing phases and / or the addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases are tin and / or Or it is covered by the δ phase containing a large amount of Sn)
Exists;
-Said contained Al- and B-containing phases, Si-containing and B-containing, formed as aluminum boride and silicon boride and / or as addition compounds and / or mixed compounds of aluminum boride and silicon boride Phases and / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases nucleate for static and dynamic recrystallization of the structure during said further processing of the alloy, whereby a homogeneous and fine-grained structure is obtained. Can be adjusted;
-A borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-a borosilicate and / or an aluminum oxide-borophosphosilicate, said Al-containing and B-containing phase, Si-containing and B-containing phase and / or both The addition compounds and / or mixed compounds of the phases (1), (2) and (3) together with the phosphosilicate and the aluminum oxide serve as antiwear and / or anticorrosion coatings on semi-finished products and parts of said alloys. And a high strength tin-containing copper alloy.

有利には、Snを多く含むδ相は少なくとも1体積%である。   Advantageously, the Sn-rich δ phase is at least 1% by volume.

さらに、Snを多く含むδ相は島状および/または網状および/または列状に伸び均一に組織中に分布している。この形態では、前記合金はさらに加工された状態で存在している。   Further, the δ phase containing a large amount of Sn extends in islands and / or nets and / or rows and is uniformly distributed in the tissue. In this form, the alloy is present in a further processed state.

本発明は、このとき、前記合金形態において、砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、精密鋳造法、フルモールド鋳造法、ダイカスト法およびチル鋳造法を用いて、または連続もしくは半連続鋳造法を用いて製造することができる、Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物を有する鋳造状態およびさらに加工された状態のスズ含有銅合金を提供する、という考察から始まる。プロセス工学的に高価で費用がかさむ一次成形技術の使用は確かに可能であるが、本発明によるスズ含有銅合金の製造にとって絶対的に必要であるとはいえない。つまり、例えばスプレー圧縮法の使用は省いてもよい。本発明によるスズ含有銅合金の鋳造形状は、Sn含有量の全範囲にわたって、均質化焼鈍を実施しないで直接、例えば熱間圧延、押出成形または鍛造により、熱間加工することができる。したがって、今まで銅−スズ合金から半製品および部品を製造する際に存在し、この材料群を鍛錬用Cu−Sn合金および鋳造用Cu−Sn合金に分類していた加工技術上の制限は大幅になくなる。   The present invention, at this time, in the alloy form, using a sand mold casting method, shell mold casting method, precision casting method, full mold casting method, die casting method and chill casting method, or using a continuous or semi-continuous casting method. A tin-containing copper alloy in the cast and further processed state having an Al-containing and B-containing phase, an Si-containing and B-containing phase and / or an addition compound and / or a mixed compound consisting of both phases, which can be produced. It starts with the consideration of providing. While the use of process engineering expensive and costly primary forming techniques is certainly possible, it is not absolutely necessary for the production of the tin-containing copper alloys according to the invention. That is, for example, the use of the spray compression method may be omitted. The cast shape of the tin-containing copper alloy according to the present invention can be hot worked over the entire range of Sn content directly without homogenizing annealing, for example by hot rolling, extrusion or forging. Therefore, there existed significant restrictions on the processing technology that existed when manufacturing semi-finished products and parts from copper-tin alloys and classified this material group into wrought Cu-Sn alloys and casting Cu-Sn alloys. Disappears.

鋳造状態の前記スズ含有銅合金の組織のマトリックスは、前記合金のSn含有量上昇に伴い、鋳造プロセスに依存して、増加するδ相(Snを多く含む)含分とそれを含むその他のα相(Snが少ない)からなる。   The structure matrix of the tin-containing copper alloy in the as-cast state is such that as the Sn content of the alloy increases, depending on the casting process, the δ phase (Sn-rich) content and other α content containing it increase. It consists of phases (less Sn).

本発明による合金のSn含有量が上昇するとともに、組織中のδ相の含分が増えるだけでなく、組織中のδ相の配置の形状も変化する。つまり、Sn含有量が4.0から9.0重量%の範囲では、40体積%までのδ相が主に島形状で均一に組織中に分布していることが確認された。合金のSn含有量が9.0から13.0重量%ならば、組織中に60体積%まで存在するδ相の島形状は、網形状に移行する。このδ網は同様に、合金の組織中に大変均一に分布している。Sn含有量が13.0から17.0重量%の範囲では、80体積%までのδ相がほぼ専ら均一な網形状で組織中に存在する。合金のSn含有量が17.0から23.0重量%の場合、密度の高い網として組織中に配置されているδ相の組織割合は98体積%までである。   As the Sn content of the alloy according to the present invention increases, not only the content of the δ phase in the structure increases, but also the arrangement shape of the δ phase in the structure changes. That is, it was confirmed that in the Sn content range of 4.0 to 9.0% by weight, the δ phase up to 40% by volume was mainly distributed in the structure in an island shape uniformly. When the Sn content of the alloy is 9.0 to 13.0 wt%, the δ-phase island shape existing up to 60 volume% in the structure shifts to a net shape. This delta network is also very evenly distributed in the structure of the alloy. When the Sn content is in the range of 13.0 to 17.0% by weight, up to 80% by volume of the δ phase is present in the structure almost exclusively in a uniform net shape. When the Sn content of the alloy is from 17.0 to 23.0% by weight, the structure ratio of the δ phase arranged in the structure as a dense network is up to 98% by volume.

ホウ素、珪素、アルミニウムおよびリンの含有量を組み合わせることにより、本発明による合金の溶融物において、前記銅−スズ合金および銅−スズーリン合金と比較してその凝固性を決定的に変化させる様々な現象が促進される。   Due to the combination of the contents of boron, silicon, aluminum and phosphorus, in the melt of the alloy according to the invention various phenomena which decisively change its solidification properties compared to said copper-tin alloy and copper-tin-phosphorus alloy. Is promoted.

特にホウ素、珪素およびリンの元素は、本発明の溶融物において脱酸機能を果たしている。したがって、前記スズ含有銅合金中での酸化スズの形成は阻止される。ホウ素と珪素を添加することにより、溶融物の脱酸強度を下げることなく、リンの含有量を低下させることが可能である。この措置により、リン添加物を用いて溶融物を十分脱酸する際の不利な影響を排除することができる。つまり、高いP含有量は、いずれにせよすでに非常に長いスズ含有銅合金の凝固期間をさらに延長し、それにより、この材料タイプの空洞傾向および偏析傾向が上昇する。その上、銅−リン相の形成が強まる結果となる。この相形式は、スズ含有銅合金の高温脆性の原因とみなされる。リン添加の不利な影響は、本発明による合金のP含有量を0.001から0.08重量%までの範囲に限定することにより減少する。   In particular, the elements boron, silicon and phosphorus fulfill the deoxidizing function in the melt according to the invention. Therefore, the formation of tin oxide in the tin-containing copper alloy is prevented. By adding boron and silicon, it is possible to lower the phosphorus content without lowering the deoxidizing strength of the melt. This measure makes it possible to eliminate the detrimental effect of fully deoxidizing the melt with phosphorus additives. That is, a high P content, in any case, further extends the solidification period of already very long tin-containing copper alloys, which increases the tendency of cavities and segregation of this material type. In addition, it results in an increased formation of the copper-phosphorus phase. This phase type is considered to be the cause of the high temperature brittleness of tin-containing copper alloys. The detrimental effect of phosphorus addition is reduced by limiting the P content of the alloy according to the invention to the range 0.001 to 0.08% by weight.

ホウ素、珪素およびアルミニウムの元素は、本発明によるスズ含有銅合金では特別な意味を有する。すでに溶融物中に、Al−B、Si−B系の相ならびに/またはそれらの付加化合物および/もしくは混合化合物が析出している。ホウ化珪素と名付けられたSi−B相は、SiB、SiB、SiBおよびSiBの形態で存在する。最後に挙げた形態中の記号「n」は、ホウ素が珪素格子中に高い溶解度を有するという事実に基づく。ホウ化アルミニウムと名付けられたAl−B相は、主にAlBおよび/またはAlB12の形態で組織中に存在する。 The elements boron, silicon and aluminum have special meaning in the tin-containing copper alloy according to the invention. Al-B, Si-B based phases and / or their addition compounds and / or mixed compounds are already precipitated in the melt. SiB phase named silicon boride is present in the form of SiB 3, SiB 4, SiB 6 and SiB n. The symbol "n" in the last-mentioned form is due to the fact that boron has a high solubility in the silicon lattice. The Al-B phase, named aluminum boride, is present in the structure mainly in the form of AlB 2 and / or AlB 12 .

ホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素として、ならびに/またはホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素の付加化合物および/もしくは混合化合物として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/またはそれらの付加化合物および/もしくは混合化合物を、以下、硬質粒子と呼ぶ。これらは、本発明による合金の溶融物中において、凝固および冷却の間の結晶核としての機能を果たす。これにより、溶融物中での均一な分布が不十分にしか保証できないいわゆる異種核を前記溶融物へ添加する必要性はもはや存在しない。   Said Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases and / or their forms formed as aluminum boride and silicon boride and / or as addition compounds and / or mixed compounds of aluminum boride and silicon boride. The addition compound and / or the mixed compound are hereinafter referred to as hard particles. These serve as crystal nuclei during solidification and cooling in the melt of the alloy according to the invention. As a result, it is no longer necessary to add so-called heterogeneous nuclei to the melt, whose homogeneous distribution in the melt can only be ensured inadequately.

特に元素のホウ素、および結晶核として作用する前記硬質粒子の存在による基礎溶融温度の低下は、本発明による合金の凝固期間を決定的に短くする。これにより、本発明の鋳造状態は、Sn含有量に応じて、均一で密に配置された島の形状および/または均一で密度の高い網構造の形状のδ相が微細に分布する大変均一な組織を有する。いわゆる逆のブロック偏析としておよび/または粒界偏析として形成された、Snを多く含むδ相の堆積は、本発明の鋳造組織では見ることができない。   In particular, the lowering of the basic melting temperature due to the presence of the elemental boron and the hard particles acting as crystal nuclei decisively shortens the solidification period of the alloy according to the invention. As a result, the cast state of the present invention is very uniform in that the δ phase having a uniform and densely arranged island shape and / or a uniform and dense mesh structure shape is finely distributed according to the Sn content. Have an organization. Deposition of the Sn-rich δ phase, formed as so-called reverse block segregation and / or grain boundary segregation, is not visible in the cast structure of the invention.

本発明による合金の溶融物において、ホウ素、珪素、アルミニウムおよびリンの元素は金属酸化物を減少させる。これらの元素は、このとき自身で酸化し、鋳造品の表面まで上昇し、そこでホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩として前記リン珪酸塩および酸化アルミニウムと一緒に、鋳造部品が気体を吸収するのを防ぐ保護膜を形成する。本発明による合金からなる鋳造品の非常に滑らかな表面が確認されたが、これはこのような保護膜の形成を示している。本発明の鋳造状態の組織には、鋳造部品の断面全体にわたってブローホールがなかった。   In the melt of the alloy according to the invention, the elements boron, silicon, aluminum and phosphorus reduce the metal oxides. These elements then oxidize themselves and rise to the surface of the casting, where they are said as borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate and / or aluminum oxide-borophosphosilicate. Together with the phosphosilicate and aluminum oxide, they form a protective film that prevents the cast part from absorbing gas. A very smooth surface of the castings made of the alloy according to the invention was identified, which indicates the formation of such a protective film. The as-cast structure of the present invention was free of blowholes throughout the cross-section of the cast part.

本発明の基本的な考えは、拡散はんだ付けでの接合材同士の異なる熱膨張係数の調整に関するホウ珪酸塩およびリン珪酸塩の作用を、銅−スズ材料の鋳造、熱間加工および熱処理の際の現象に転用することにある。これらの合金の凝固期間が長いことにより、ずれて結晶化するSnが少ない構造範囲とSnを多く含む構造範囲の間で大きな機械的応力が生じ、それにより亀裂およびいわゆる引け巣が生じるかもしれない。さらに、これらの損傷特徴は、前記銅−スズ合金の熱間加工および高温焼鈍の場合にも、Snが少ない組織成分とSnを多く含む組織成分の異なる熱間加工挙動や様々な熱膨張係数に基づいて起こるかもしれない。   The basic idea of the present invention is that the effect of borosilicate and phosphosilicate on the adjustment of different thermal expansion coefficients of the joining materials in the diffusion soldering is considered during the casting, hot working and heat treatment of copper-tin material. Is to be diverted to the phenomenon of. The long solidification period of these alloys may lead to large mechanical stresses between the low Sn and high Sn structural regions, which may lead to cracks and so-called shrinkage cavities. . Furthermore, these damage characteristics are due to different hot-working behaviors and different thermal expansion coefficients of the Sn-less structural component and the Sn-rich structural component even in the case of hot working and high-temperature annealing of the copper-tin alloy. May happen on the basis of.

本発明によるスズ含有銅合金にホウ素、珪素、アルミニウムおよびリンを組み合わせて添加することにより、一方で、溶融物が凝固する間、結晶核としての前記硬質粒子の作用によって、異なるSn含有量を持つ組織成分の微細分布を有する均一な組織が生じる。前記硬質粒子に加えて、特に溶融物の凝固の間に生じるホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩が、前記リン珪酸塩と一緒に、Snが少ない相およびSnを多く含む相の熱膨張係数の必要な調整を保証する。このようにして、異なるSn含有量を持つ相の間で空洞ならびに応力亀裂が形成されるのを防ぐ。   By adding boron, silicon, aluminum and phosphorus in combination to the tin-containing copper alloy according to the invention, on the other hand, while the melt solidifies, it has a different Sn content due to the action of said hard particles as crystal nuclei. A uniform texture results with a fine distribution of tissue constituents. In addition to the hard particles, borosilicates and / or borophosphosilicates and / or aluminum oxide-borosilicates and / or aluminum oxide-borophosphosilicates, which occur especially during solidification of the melt, are Together, they ensure the necessary adjustment of the coefficient of thermal expansion of the Sn-poor phase and the Sn-rich phase. In this way cavities as well as stress cracks are prevented from forming between the phases with different Sn contents.

別の方法では、本発明による合金に、焼鈍による、あるいは少なくとも1回の焼鈍と共に熱間加工および/または冷間加工によるさらなる加工を施してもよい。   Alternatively, the alloy according to the invention may be further processed by annealing, or by at least one anneal together with hot working and / or cold working.

ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩と一緒に、ならびにリン珪酸塩と一緒に、Snが少ない相とSnを多く含む相の熱膨張係数の調整を行なう結晶核としての前記硬質粒子の作用は、同様に、本発明によるスズ含有銅合金の熱間加工のプロセスの間も観察することができた。熱間加工の場合、前記硬質粒子は再結晶核として用いられる。この理由から、前記硬質粒子のおかげで、本発明による合金の熱間加工で動的再結晶が有利に行なわれる。これにより、組織の均一性および微粒子性がさらに向上する。   Of the borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate and / or aluminum oxide-borophosphosilicate and of the phosphosilicate, a low Sn phase and a high Sn phase The effect of the hard particles as crystal nuclei for adjusting the coefficient of thermal expansion could likewise be observed during the process of hot working of the tin-containing copper alloy according to the invention. In the case of hot working, the hard particles are used as recrystallization nuclei. For this reason, thanks to the hard particles, dynamic recrystallization is advantageously carried out in the hot working of the alloy according to the invention. This further improves the uniformity and fineness of the structure.

鋳造後と同じように、鋳造品の熱間加工後も、非常に滑らかな部品表面を確認することができた。この観察は、熱間加工の間に材料中で行なわれる、ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩ならびにリン珪酸塩および酸化アルミニウムの形成を示している。特に前記珪酸塩および硬質粒子は、熱間加工の間も、Snが少ない成分およびSnを多く含む成分の異なる熱膨張係数を調整する。したがって、組織は、鋳造後と同じように、熱間加工の後も亀裂や空洞がなかった。   As with casting, it was possible to see a very smooth part surface even after hot working of the casting. This observation is carried out in the material during hot working by borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate and / or aluminum oxide-borophosphosilicate and phosphosilicate and aluminum oxide. Shows the formation of. In particular, the silicate and the hard particles adjust the different thermal expansion coefficients of the Sn-poor component and the Sn-rich component even during hot working. Therefore, the structure was free of cracks and cavities after hot working as it was after casting.

静的再結晶のための核としての硬質粒子の役割は、冷間加工が行なわれた後の焼鈍処理の間に見られた。静的再結晶のための核としての硬質粒子の優れた機能は、必要な再結晶温度の低下が可能になったことに現れた。それにより、本発明による合金の微粒子状組織の調整がさらに容易になる。   The role of hard particles as nuclei for static recrystallization was found during the annealing process after cold working. The excellent function of the hard particles as nuclei for static recrystallization was manifested in that it was possible to reduce the recrystallization temperature required. This makes it easier to control the fine-grained structure of the alloy according to the invention.

これにより、本発明による合金のさらなる加工の間、より高い冷間加工度が可能となり、それにより、引張強さR、降伏強度Rp0.2および硬度について特に高い値を調整することができる。特に、Rp0.2のパラメータの高さは、内燃機関、バルブ、ターボチャージャー、変速機、排ガス後処理装置、レバー系統、ブレーキ系統および連結系統、油圧式ユニットにおけるあるいは一般的な機械製造の機械および装置における摺動部材およびガイド部材にとって重要である。さらに、Rp0.2の高い値は、電子工学および電気工学における差し込みコネクタの必要なばね特性の前提である。 This allows a higher degree of cold work during the further processing of the alloy according to the invention, whereby particularly high values of tensile strength R m , yield strength R p0.2 and hardness can be adjusted. . In particular, the height of the parameter of R p0.2 is determined in an internal combustion engine, a valve, a turbocharger, a transmission, an exhaust gas aftertreatment device, a lever system, a brake system and a connection system, a hydraulic unit, or a machine for general machine manufacturing. And for sliding and guide members in the device. Furthermore, the high value of R p0.2 is a prerequisite for the required spring properties of plug connectors in electronics and electrical engineering.

本発明のSn含有量は、4.0と23重量%の間の範囲内で変動する。4.0重量%より低いスズ含有量だと、結果として強度値と硬度値があまりにも低くなる。その上、滑り負荷では運動特性が不十分である。アブレシブ摩耗および凝着摩耗に対する合金の抵抗力は前記要求を満たさない。23.0重量%を超えるSn含有量の場合、本発明による合金の靭性が急速に悪化し、それにより、この材料からなる部品の動的負荷容量が低下する。   The Sn content of the present invention varies in the range between 4.0 and 23% by weight. Tin contents below 4.0% by weight result in too low strength and hardness values. Moreover, the sliding load has insufficient motion characteristics. The resistance of the alloy to abrasive and adhesive wear does not meet the above requirements. At Sn contents above 23.0% by weight, the toughness of the alloy according to the invention deteriorates rapidly, which reduces the dynamic load capacity of parts made of this material.

前記硬質粒子の析出により、本発明による合金は、高い硬度に基づきアブレシブ摩耗に対する材料抵抗の改善に寄与する硬質相含分を有する。さらに、前記硬質粒子の含分は、これらの相が滑り負荷の際に金属製相手部材と低い溶接傾向を示すので、凝着摩耗に対する耐性を改善させている。したがって、これらは、本発明によるスズ含有銅合金における重要な摩耗支持体として用いられる。さらに、硬質粒子は本発明からなる部品の耐熱性および耐応力緩和特性を高める。これは、特に摺動部材用ならびに電子工学/電気工学における構成部材、配線部材、ガイド部材および連結部材用に本発明による合金を使用するための重要な前提である。   Due to the precipitation of the hard particles, the alloy according to the invention has a hard phase content which, due to the high hardness, contributes to the improvement of the material resistance to abrasive wear. Furthermore, the content of the hard particles improves the resistance to cohesive wear, since these phases show a low welding tendency with the metallic counterparts under sliding load. Therefore, they are used as important wear supports in the tin-containing copper alloys according to the invention. Furthermore, the hard particles enhance the heat resistance and stress relaxation resistance properties of the component according to the invention. This is an important prerequisite for the use of the alloys according to the invention, in particular for sliding members and for electronic / electrical components, wiring members, guide members and connecting members.

本発明による合金中にホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩ならびにリン珪酸塩を形成することは、組織中の空洞や亀裂を著しく減少させることにつながるだけではない。これらの珪酸塩相は、酸化アルミニウムと一緒に、部品上で摩耗防止性および/または腐食防止性被覆の役目も果たしている。   The formation of borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate and / or aluminum oxide-borophosphosilicate and phosphosilicate in the alloy according to the invention leads to the formation of cavities and cracks in the tissue. Not only does it lead to a significant reduction. These silicate phases, together with aluminum oxide, also serve as antiwear and / or anticorrosion coatings on the part.

したがって、本発明による合金は、耐摩耗性および耐食性という特性の組み合わせを保証する。この特性の組み合わせにより、滑り摩耗のメカニズムに対する要求に即した高い抵抗力と、摩擦腐食に対する高い材料抵抗が生じる。このようにして、本発明は滑り摩耗および振動摩擦摩耗/フレッティングに対して高度な耐性を有するので、摺動部材および差し込みコネクタとして使用するのに著しく適している。   The alloy according to the invention therefore guarantees a combination of properties of wear resistance and corrosion resistance. This combination of properties results in high resistance to sliding wear mechanisms and high material resistance to frictional corrosion. In this way, the present invention is highly suitable for use as sliding members and plug connectors as it has a high degree of resistance to sliding wear and vibration friction wear / fretting.

硬質粒子の結晶核および再結晶核としての作用、摩耗支持体としての作用、ならびに腐食防止目的のAl酸化物および珪酸塩相の作用は、珪素含有量が少なくとも0.05重量%、アルミニウム含有量が少なくとも0.01重量%、かつホウ素含有量が少なくとも0.005重量%である場合にようやく本発明による合金中で技術的に意義のある程度に達することができる。それに対して、Si含有量が2.0重量%を、および/またはAl含有量が1.0重量%を、および/またはB含有量が0.6重量%を超えるならば、これにより鋳造性が悪化する。硬質粒子の含有量があまりにも高いと、溶融物の粘度が決定的に高くなる。その上、本発明による合金の靭性が減少する結果になる。   The action of the hard particles as crystal nuclei and recrystallization nuclei, the action of wear supports, and the action of Al oxides and silicate phases for the purpose of corrosion protection are such that the silicon content is at least 0.05% by weight and the aluminum content is Only at least 0.01% by weight and a boron content of at least 0.005% by weight can reach technical significance in the alloy according to the invention. On the other hand, if the Si content exceeds 2.0% by weight and / or the Al content exceeds 1.0% by weight and / or the B content exceeds 0.6% by weight, this results in castability. Becomes worse. If the content of hard particles is too high, the viscosity of the melt will be decisively high. Moreover, the toughness of the alloy according to the invention is reduced.

0.05から1.5重量%、特に0.5から1.5重量%の間にあるSi含有量の範囲が好適であると認められている。   A range of Si contents lying between 0.05 and 1.5% by weight, in particular between 0.5 and 1.5% by weight, has been found suitable.

さらに、本発明による合金の好適なAl含有量は0.1から0.8重量%である。   Furthermore, the preferred Al content of the alloy according to the invention is 0.1 to 0.8% by weight.

元素のホウ素については、0.01から0.6重量%の含有量が好適であるとみなされる。特に好適であると証明されたのは、0.1から0.6重量%のホウ素含有量である。   For the elemental boron, a content of 0.01 to 0.6% by weight is considered suitable. A boron content of 0.1 to 0.6% by weight has proved to be particularly suitable.

硬質粒子ならびにホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩ならびにリン珪酸塩の十分な含有量を確実にするためには元素の珪素およびホウ素の具体的な元素比の調節が重要であると証明された。この理由から、本発明による合金の元素の珪素およびホウ素の(重量%の)元素含有量の比Si/Bは、0.3から10の間にある。1から10、さらに1から6の比Si/Bが好適であると証明された。   In order to ensure a sufficient content of hard particles and borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate and / or aluminum oxide-borophosphosilicate and phosphorus silicate, the elemental silicon and It has proved to be important to control the specific elemental ratio of boron. For this reason, the ratio Si / B of the elemental contents of the elements silicon and boron (% by weight) of the alloy according to the invention lies between 0.3 and 10. Ratios Si / B of 1 to 10 and even 1 to 6 have proven suitable.

硬質粒子の析出は、本発明による合金の溶融物の粘度に影響を及ぼす。この状況はさらに、リンの添加をなぜ省いてはいけないのかを強調している。リンにより溶融物は硬質粒子の含有量にかかわらず十分に粘性が低くなり、このことは本発明の鋳造性にとって大変重要である。本発明による合金のリンの含有量は0.001から0.08重量%である。好適には、P含有量は0.001から0.05重量%の範囲である。   The precipitation of hard particles affects the viscosity of the melt of the alloy according to the invention. This situation further emphasizes why the addition of phosphorus should not be omitted. Phosphorus renders the melt sufficiently viscous, regardless of the content of hard particles, which is very important for the castability of the invention. The phosphorus content of the alloy according to the invention is 0.001 to 0.08% by weight. Suitably, the P content is in the range of 0.001 to 0.05% by weight.

元素の珪素、ホウ素およびリンの元素含有量の合計は、好適には少なくとも0.5重量%である。   The sum of the elemental contents of the elements silicon, boron and phosphorus is preferably at least 0.5% by weight.

特にSn含有量が約9重量%までの慣用の鍛錬用銅−スズ合金および銅−スズ−リン合金からなる半製品および部品の機械的な加工は、その機械加工性が不十分なので、大きな費用をかけた場合のみ可能である。特に、長いコイル状チップが発生すると、機械の加工範囲からまずこれらのチップを手で除去しなくてはならないので、機械の停止時間が長くなる原因となる。   In particular, mechanical processing of semi-finished products and parts made of conventional wrought copper-tin alloys and copper-tin-phosphorus alloys with an Sn content of up to about 9% by weight results in a large cost due to insufficient machinability. It is possible only when you apply. In particular, if long coiled chips are generated, these chips must first be manually removed from the machining area of the machine, which leads to longer machine downtime.

それに対して、本発明による合金では、合金のSn含有量に応じて元素のスズおよび/またはδ相が結晶化または析出している硬質粒子が、チップブレーカとして用いられる。そのように生じる短い細砕チップおよび/またはスレッドチップは機械加工性を容易にするので、本発明による合金からなる半製品および部品は改善された機械加工性を有する。   On the other hand, in the alloy according to the present invention, hard particles in which the elemental tin and / or the δ phase are crystallized or precipitated depending on the Sn content of the alloy are used as the chip breaker. Semi-finished products and parts made from the alloys according to the invention have improved machinability, since the short crushed and / or threaded tips so produced facilitate machinability.

本発明の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 4.0から9.0%、
Si 0.05から2.0%、
Al 0.01から1.0%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.08%、
残部銅および不可避な不純物。
In a preferred embodiment of the invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 4.0 to 9.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の他の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 4.0から9.0%、
Si 0.05から0.3%、
Al 0.01から0.15%、
B 0.1から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In another preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 4.0 to 9.0%,
Si 0.05 to 0.3%,
Al 0.01 to 0.15%,
B 0.1 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の特に好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 4.0から9.0%、
Si 0.5から1.5%、
Al 0.1から0.8%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In a particularly preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 4.0 to 9.0%,
Si 0.5 to 1.5%,
Al 0.1 to 0.8%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明のこの実施態様の鋳造組織中には、Snを多く含むδ相が均一に島形状に40体積%まで配置されている。このとき、元素のスズおよび/またはδ相は、大部分が硬質粒子の範囲内で結晶化している、および/またはこれらを覆っている。   In the cast structure of this embodiment of the present invention, the δ phase containing a large amount of Sn is uniformly arranged in an island shape up to 40% by volume. At this time, the elemental tin and / or δ phase is mostly crystallized and / or covers the hard particles.

この実施態様の鋳造品は、600から880℃の範囲の作業温度において優れた熱間加工性を有する。   The cast article of this embodiment has excellent hot workability at working temperatures in the range of 600 to 880 ° C.

熱間加工の工程の後の著しい強度上昇および硬度上昇は、製造に冷間加工を必要としない部品に対して利用することができる。この場合、有利には、熱間加工の後に好適には水中で冷却の促進を行なってよい。   The significant strength increase and hardness increase after the hot working step can be utilized for parts that do not require cold working to manufacture. In this case, the hot work may advantageously be followed by a cooling boost, preferably in water.

それに対して、冷間加工工程を実施する必要性がある場合は、熱間加工した半製品を200から880℃の温度において10分から6時間の期間で焼鈍させることが好適であると証明された。これにより、60%を超える冷間加工度εを持つ非常に良好な冷間加工性が生じる。   On the other hand, when it is necessary to carry out a cold working step, it has proved suitable to anneal the hot worked semi-finished product at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours. . This results in a very good cold workability with a cold workability ε of over 60%.

組織中に析出した硬質粒子は、冷間加工した材料状態を200から880℃の温度において10分から6時間の期間で熱処理する際、再結晶核として作用する。このさらなる加工工程により、20μmまでの粒径を有する組織を調整することができる。硬質粒子による再結晶メカニズムの恩恵により再結晶温度が低下するので、10μmまでの粒径の組織を生じることができる。冷間加工および焼鈍からなる多段階製造プロセスにより、および/または目的に応じた再結晶温度の低下により、材料組織中の微結晶の大きさを5μmより小さく調整することが可能である。   The hard particles precipitated in the structure act as recrystallization nuclei when the cold-worked material state is heat-treated at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours. This further processing step makes it possible to adjust the texture with grain sizes up to 20 μm. Since the recrystallization temperature is lowered by the benefit of the recrystallization mechanism by the hard particles, it is possible to generate a structure having a particle size of up to 10 μm. It is possible to adjust the crystallite size in the material structure to less than 5 μm by a multi-step manufacturing process consisting of cold working and annealing and / or by lowering the recrystallization temperature depending on the purpose.

いくつかの実施態様の機械的特性は、合金組成ならびに製造パラメータの範囲全体を代表している。以下に説明した対応する実施例の調査結果は、引張強さRについては700を超えて800MPaまでの値、降伏強度Rp0.2については600を超えて700MPaまでの値が得られることを明らかに示している。同時に、実施態様の靭性は大変高い水準にある。この状況は破断伸びA5についての高い値により表されている。 The mechanical properties of some embodiments are representative of the alloy composition as well as the entire range of manufacturing parameters. The investigation results of the corresponding examples described below show that values for tensile strength R m of more than 700 up to 800 MPa and yield strength R p0.2 of more than 600 up to 700 MPa are obtained. Clearly show. At the same time, the toughness of the embodiments is at a very high level. This situation is represented by a high value for elongation at break A5.

本発明の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 9.0から13.0%、
Si 0.05から2.0%、
Al 0.01から1.0%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.08%、
残部銅および不可避な不純物。
In a preferred embodiment of the invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 9.0 to 13.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の他の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 9.0から13.0%、
Si 0.05から0.3%、
Al 0.01から0.15%、
B 0.1から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In another preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 9.0 to 13.0%,
Si 0.05 to 0.3%,
Al 0.01 to 0.15%,
B 0.1 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の特に好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 9.0から13.0%、
Si 0.5から1.5%、
Al 0.1から0.8%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In a particularly preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 9.0 to 13.0%,
Si 0.5 to 1.5%,
Al 0.1 to 0.8%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明のこの実施態様の組織は、60体積%までのδ相の含有量を特徴としており、この相形式は、島形状および網形状で組織中に均一に分布している。このとき、さらに、元素のスズおよび/またはδ相は、大部分が硬質粒子の範囲内で結晶化している、および/またはこれらを覆っている。   The texture of this embodiment of the invention is characterized by a δ-phase content of up to 60% by volume, the phase type being evenly distributed in the texture in island and net shapes. The elemental tin and / or δ-phase is then largely crystallized and / or covers the hard particles.

この実施態様の鋳造品は、600から880℃の作業温度において優れた熱間加工性を有する。   The cast article of this embodiment has excellent hot workability at working temperatures of 600 to 880 ° C.

硬質粒子により有利に行なわれた動的再結晶によって、この実施態様の熱間加工後の組織は非常に微粒子状に存在している。熱間加工した状態の強度値が高いので、その冷間加工性は限られている。これは、熱間加工プロセス後に200から880℃の温度において10分から6時間の期間で焼鈍処理をすることにより決定的に改善することができる。   Due to the dynamic recrystallization advantageously carried out by the hard particles, the structure after hot working of this embodiment is very finely divided. Since the strength value in the hot worked state is high, its cold workability is limited. This can be decisively improved by performing an annealing treatment at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours after the hot working process.

組織中に析出した硬質粒子は、冷間加工した材料状態を200から880℃の温度において10分から6時間の期間で熱処理する際、再結晶核として作用する。このさらなる加工工程により、微粒子状の組織を調整することができる。硬質粒子による再結晶メカニズムの恩恵により再結晶温度が低下するので、さらに小さい粒径の組織を生じることができる。冷間加工および焼鈍からなる多段階製造プロセスにより、組織の微粒子性をさらに最適化することができる。   The hard particles precipitated in the structure act as recrystallization nuclei when the cold-worked material state is heat-treated at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours. By this further processing step, the fine-grained structure can be adjusted. Since the recrystallization temperature is lowered due to the benefit of the recrystallization mechanism by the hard particles, a structure having a smaller grain size can be produced. A multi-step manufacturing process consisting of cold working and annealing can further optimize the fineness of the texture.

本発明の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 13.0から17.0%、
Si 0.05から2.0%、
Al 0.01から1.0%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.08%、
残部銅および不可避な不純物。
In a preferred embodiment of the invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 13.0 to 17.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の他の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 13.0から17.0%、
Si 0.05から0.3%、
Al 0.01から0.15%、
B 0.1から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In another preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 13.0 to 17.0%,
Si 0.05 to 0.3%,
Al 0.01 to 0.15%,
B 0.1 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の特に好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 13.0から17.0%、
Si 0.5から1.5%、
Al 0.1から0.8%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In a particularly preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 13.0 to 17.0%,
Si 0.5 to 1.5%,
Al 0.1 to 0.8%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明のこの実施態様の鋳造組織のδ相は、80体積%までの均一に配置された網状構造の形状で存在する。このとき、前記組織は、いわゆる樹枝状晶枝の間隔が非常に小さいために同様に網状の特徴を示す樹枝状構造部分を有してよい。さらに、元素のスズおよび/またはδ相は、大部分が硬質粒子の範囲内で結晶化している、および/またはこれらを覆っている。   The δ phase of the cast structure of this embodiment of the invention is present in the form of a uniformly arranged network up to 80% by volume. At this time, the structure may have a dendritic structure portion which also exhibits a net-like characteristic because the intervals between so-called dendrite branches are very small. Furthermore, the elemental tin and / or δ phases are predominantly crystallized and / or covered in the hard particles.

この実施態様の鋳造品は、600から880℃の範囲の作業温度において同様に優れた熱間加工性を有する。まさに、合金元素のスズについて13.0から17.0重量%というこの含有量範囲では、慣用の銅−スズ合金は、熱による亀裂や熱による破壊を発生させずに熱間加工するのは極めて難しい。   The cast article of this embodiment has similarly good hot workability at working temperatures in the range of 600 to 880 ° C. Indeed, in this content range of 13.0 to 17.0% by weight for the alloying element tin, the conventional copper-tin alloy is extremely hot-workable without the occurrence of thermal cracking or thermal destruction. difficult.

硬質粒子により有利に行なわれた動的再結晶によって、熱間加工後のこの実施態様の組織は、非常に微粒子状に存在している。熱間加工した状態の強度値が高いので、その冷間加工性は強く限られている。熱間加工プロセス後に200から880℃の温度において10分から6時間の期間で焼鈍処理をすることにより、半製品の冷間加工性は決定的に改善できる。熱間加工の工程の後、硬質粒子の範囲内での元素のスズおよび/もしくはδ相の結晶化ならびに/または元素のスズおよび/もしくはδ相によるこれら硬質粒子の被覆という、鋳造状態に関する組織特徴は完全に顕著である。   Due to the dynamic recrystallization advantageously carried out by the hard particles, the texture of this embodiment after hot working is very finely divided. Since the strength value in the hot worked state is high, its cold workability is strongly limited. The cold workability of the semi-finished product can be decisively improved by performing an annealing treatment at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours after the hot working process. After the step of hot working, a structural feature relating to the casting state, crystallization of the elemental tin and / or δ phase within the hard particles and / or coating of these hard particles with the elemental tin and / or δ phase. Is completely noticeable.

組織中に析出した硬質粒子は、冷間加工した材料状態を200から880℃の温度において10分から6時間の期間で熱処理する際、再結晶核として作用する。このさらなる加工工程により、35μmまでの粒径の組織を調整することができる。硬質粒子による再結晶メカニズムの恩恵により再結晶温度が低下するので、25μmまでの粒径の組織を生じることができる。組織中のδ相の網状配置は維持される。   The hard particles precipitated in the structure act as recrystallization nuclei when the cold-worked material state is heat-treated at a temperature of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours. This further processing step makes it possible to adjust the texture with grain sizes up to 35 μm. Since the recrystallization temperature is lowered by the benefit of the recrystallization mechanism by the hard particles, it is possible to produce a structure having a particle size of up to 25 μm. The reticular arrangement of delta phase in the tissue is maintained.

冷間加工および焼鈍からなる多段階製造プロセスにより、ならびに/または目的に応じた再結晶温度の低下により、材料組織中の微結晶の大きさを10μmより小さく調整することも可能である。   It is also possible to adjust the size of the microcrystals in the material structure to be smaller than 10 μm by a multi-step manufacturing process including cold working and annealing and / or by decreasing the recrystallization temperature depending on the purpose.

本発明の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 17.0から23.0%、
Si 0.05から2.0%、
Al 0.01から1.0%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.08%、
残部銅および不可避な不純物。
In a preferred embodiment of the invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 17.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の他の好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 17.0から23.0%、
Si 0.05から0.3%、
Al 0.01から0.15%、
B 0.1から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In another preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 17.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 0.3%,
Al 0.01 to 0.15%,
B 0.1 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

本発明の特に好適な実施態様では、スズ含有銅合金は(重量%で)以下のものからなっていてよい:
Sn 17.0から23.0%、
Si 0.5から1.5%、
Al 0.1から0.8%、
B 0.01から0.6%、
P 0.001から0.05%、
残部銅および不可避な不純物。
In a particularly preferred embodiment of the present invention, the tin-containing copper alloy may consist of (in wt%):
Sn 17.0 to 23.0%,
Si 0.5 to 1.5%,
Al 0.1 to 0.8%,
B 0.01 to 0.6%,
P 0.001 to 0.05%,
The balance copper and inevitable impurities.

98体積%まで鋳造組織中に均一に配置されたδ相の非常に密度の高い網は、本発明のこの実施態様の特徴である。このとき、この組織は、いわゆる樹枝状晶枝の間隔が非常に小さいために同様に網状の特徴を有する強化された樹枝状構造部分を有してもよい。さらに、元素のスズおよび/またはδ相は、大部分が硬質粒子の範囲内で結晶化している、および/またはこれらを覆っている。   A very dense mesh of the δ phase uniformly distributed in the cast structure up to 98% by volume is a feature of this embodiment of the invention. The structure may then have reinforced dendritic structural parts which likewise have reticulate features due to the very small spacing of so-called dendrite branches. Furthermore, the elemental tin and / or δ phases are predominantly crystallized and / or covered in the hard particles.

密度の高いδ網の均一性によって、この実施態様の鋳造品は、600から880℃の範囲の作業温度において同様に優れた熱間加工性を有する。   Due to the homogeneity of the dense δ mesh, the castings of this embodiment have equally good hot workability at operating temperatures in the range of 600 to 880 ° C.

本発明によるスズ含有銅合金からなる部品の凝着摩耗負荷の間、合金元素のスズは、摺動部材間のいわゆる摩擦層を形成するのに特に寄与する。特に混合摩擦条件下では、このメカニズムは、材料の耐ゴーリング性を前面に強く押し出す場合に重要である。前記摩擦層により、摺動部材間の純粋に金属からなる接触面は小さくなり、それにより、部材の溶接または焼き付きが防止される。   During the cohesive wear loading of parts made of tin-containing copper alloys according to the invention, the alloying element tin contributes particularly to the formation of so-called friction layers between sliding members. Especially under mixed friction conditions, this mechanism is important for strongly pushing the material's resistance to galling to the front. The friction layer reduces the purely metallic contact surface between the sliding members, which prevents welding or seizing of the members.

最新のエンジン、機械およびユニットの効率を上げることにより、ますます高い動作圧力および動作温度が生じる。これは特に、燃料の常時完全燃焼を目指している新開発の内燃機関で見られる。内燃機関の空間内での高い温度に加えて、さらに、滑り軸受系統の動作の間に生じる熱発生が現れる。軸受動作中の高い温度によって、本発明による合金からなる部分では、鋳造の場合および熱間加工の場合と似たような、ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩ならびにリン珪酸塩および酸化アルミニウムの形成が行なわれる。これらの化合物は、さらに前記摩擦層を強化し、それにより本発明による合金からなる摺動部材の耐凝着摩耗性が高まる結果になる。   Increasing the efficiency of modern engines, machines and units results in higher and higher operating pressures and temperatures. This is especially the case with newly developed internal combustion engines, which aim for a constant, complete combustion of the fuel. In addition to the high temperatures in the space of the internal combustion engine, the heat generation that occurs during the operation of the plain bearing system also appears. Due to the high temperature during the bearing operation, the parts made of the alloy according to the invention are similar to those in casting and hot working in borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-borosilicate. And / or the formation of aluminum oxide-borophosphosilicate and phosphosilicate and aluminum oxide is carried out. These compounds further strengthen the friction layer, which results in an increased resistance to cohesive wear of the sliding element made of the alloy according to the invention.

すでに、本発明の鋳造プロセスの間、組織中では硬質粒子の析出が行なわれる。これららの相は、アブレシブ摩耗負荷の結果から、すなわち、切削摩耗による材料の削り取りから、材料を保護している。さらに、硬質粒子は、金属製の摺動部材との溶接傾向が小さいので、複雑に形成された摩擦層と一緒に、本発明の高い耐凝着摩耗性を保証する。   Already during the casting process of the invention, precipitation of hard particles takes place in the structure. These phases protect the material from the consequences of abrasive wear loading, i.e. from chipping of the material by cutting wear. Furthermore, the hard particles, together with the complicatedly formed friction layer, ensure the high adhesion wear resistance of the present invention, since they have a low tendency to weld with metallic sliding members.

硬質粒子は、その摩耗支持体としての機能の他に、本発明による銅合金の組織の温度安定性を高くする。それにより、高い耐熱性が生じ、ならびに応力緩和に対する材料の耐性が改善される。   In addition to its function as a wear support, the hard particles increase the temperature stability of the structure of the copper alloy according to the present invention. This results in high heat resistance as well as improved resistance of the material to stress relaxation.

本発明による合金の鋳造形態およびさらなる加工を施した形態は、以下の選択元素を含有していてよい:   The cast form and further processed form of the alloy according to the invention may contain the following optional elements:

元素の亜鉛は、本発明によるスズ含有銅合金に0.1から2.0重量%の含有量で添加してよい。合金元素の亜鉛は、合金のSn含有量に依存して、本発明のSnを多く含む相の含分を高め、それにより強度および硬度が高まることが判明した。亜鉛の添加が、組織の均一性に対して、ならびに組織中の空洞や亀裂の含有量をさらに減少させることに対して有利な影響を及ぼす、という示唆は見出すことはできなかった。これに関しては、明らかに、ホウ素、珪素およびリンの合金含有量の組み合わせの影響の方が勝っている。Znが0.1重量%より低いと、強度および硬度を上げる効果は観察できなかった。2.0重量%を超えるZn含有量では、合金の靭性が低い水準にまで低下した。その上、本発明によるスズ含有銅合金の耐食性が悪化した。好適には、本発明に、0.5から1.5重量%の範囲の亜鉛含有量を添加してよい。   The elemental zinc may be added to the tin-containing copper alloy according to the invention in a content of 0.1 to 2.0% by weight. It has been found that the alloying element zinc, depending on the Sn content of the alloy, increases the content of the Sn-rich phase of the invention, which leads to an increase in strength and hardness. No indication could be found that the addition of zinc had a beneficial effect on the homogeneity of the structure and on further reducing the content of cavities and fissures in the structure. In this respect, the combined effect of the alloy contents of boron, silicon and phosphorus clearly outweighs this. When Zn was lower than 0.1% by weight, the effect of increasing strength and hardness could not be observed. When the Zn content exceeds 2.0% by weight, the toughness of the alloy is reduced to a low level. Moreover, the corrosion resistance of the tin-containing copper alloy according to the present invention deteriorated. Suitably a zinc content in the range of 0.5 to 1.5% by weight may be added to the present invention.

強度と硬度という機械的な材料特性ならびに高い温度での耐応力緩和特性をさらに改善するために、鉄およびマグネシウムの合金元素を単独でまたは組み合わせて添加してよい。   In order to further improve mechanical material properties such as strength and hardness and stress relaxation resistance at high temperature, alloying elements of iron and magnesium may be added alone or in combination.

本発明による合金は、Fe0.01から0.6重量%を含有してよい。この場合、組織中には10体積%までのFeホウ化物、Feリン化物およびFe珪化物ならびに/またはFeを多く含む粒子が存在する。さらに、組織中では、Fe含有相と、Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/またはSi−Al−B相の付加化合物および/または混合化合物が形成される。これらの相および化合物は、強度、硬度、耐熱性、耐応力緩和特性、導電性の向上、ならびにアブレシブ摩耗負荷および凝着摩耗負荷に対する合金の抵抗性の改善に寄与する。Fe含有量が0.01重量%より低いと、これらの特性の改善が得られない。Fe含有量が0.6重量%を超えると、組織中に鉄のクラスターが形成される危険性がある。これには加工特性および使用特性の著しい低下が結び付いている。   The alloy according to the invention may contain 0.01 to 0.6% by weight of Fe. In this case, up to 10% by volume of Fe boride, Fe phosphide and Fe silicide and / or Fe-rich particles are present in the structure. Furthermore, in the structure, an Fe-containing phase and an addition compound and / or a mixed compound of the Al-containing and B-containing phase, the Si-containing and B-containing phase and / or the Si-Al-B phase are formed. These phases and compounds contribute to improved strength, hardness, heat resistance, stress relaxation resistance, electrical conductivity, and improved resistance of the alloy to abrasive and cohesive wear loads. If the Fe content is lower than 0.01% by weight, improvement in these properties cannot be obtained. If the Fe content exceeds 0.6% by weight, there is a risk of forming iron clusters in the structure. This is associated with a significant reduction in processing and service properties.

さらに、本発明による合金には、元素のマグネシウムを0.01から0.5重量%添加してよい。この場合、組織中に15体積%までのMgホウ化物、Mgリン化物ならびにCu−Mg相およびCu−Sn−Mg相が存在する。さらに、組織中では、Mg含有相と、Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/またはSi−Al−B相の付加化合物および/または混合化合物が形成される。これらの相および化合物は、同様に、強度、硬度、耐熱性、耐応力緩和特性、導電性の向上、ならびに合金のアブレシブ摩耗負荷および凝着摩耗負荷に対する抵抗性の改善に寄与する。Mg含有量が0.01重量%より低いと、これらの特性の改善が得られない。Mg含有量が0.5重量%を超えると、特に合金の鋳造性が悪化する。その上、Mg含有化合物の含有量が高すぎると、本発明による合金の靭性を著しく低下させる。   In addition, 0.01 to 0.5% by weight of the elemental magnesium may be added to the alloy according to the invention. In this case, up to 15% by volume of Mg boride, Mg phosphide and Cu-Mg and Cu-Sn-Mg phases are present in the structure. Furthermore, in the structure, the Mg-containing phase, the Al-containing and B-containing phase, the Si-containing and B-containing phase and / or the Si-Al-B phase addition compound and / or mixed compound are formed. These phases and compounds likewise contribute to the improvement of strength, hardness, heat resistance, stress relaxation resistance, conductivity, and resistance of the alloy to abrasive and cohesive wear loads. If the Mg content is lower than 0.01% by weight, improvement in these properties cannot be obtained. If the Mg content exceeds 0.5% by weight, the castability of the alloy deteriorates. Moreover, if the content of the Mg-containing compound is too high, the toughness of the alloy according to the present invention will be significantly reduced.

選択的に、前記スズ含有銅合金は少ない鉛含分を有してよい。このとき、最大0.25重量%までの鉛含有量が、ちょうど、なお受け入れ可能であり、かつ不純物範囲を超えるものである。本発明の特に有利で好適な実施態様では、前記スズ含有銅合金は、場合により含まれる不純物の他には鉛を含有しない。この関係で、鉛含有量は最大Pb0.1重量%までが考えられる。   Alternatively, the tin-containing copper alloy may have a low lead content. A lead content of up to 0.25% by weight is then still just acceptable and above the impurity range. In a particularly advantageous and preferred embodiment of the invention, the tin-containing copper alloy contains no lead, in addition to any impurities that may be present. In this relationship, the maximum lead content is 0.15% by weight of Pb.

本発明の特別な利点としてみなされるのは、鋳造状態の組織に広い範囲でブローホールや引け巣、空隙、偏析および亀裂がないことである。それにより、例えば鋼からなる基体の上に融着される摩耗防止層としての本発明による合金の特別な適性が生じる。本発明による合金組成により、融着プロセスの際に、特に、開放気孔の形成を抑制することができ、それにより滑り層の耐圧性が高まる。   A particular advantage of the present invention is that the as-cast structure is broadly free of blowholes, shrinkage cavities, voids, segregations and cracks. This gives rise to the particular suitability of the alloy according to the invention as an antiwear layer which is fused onto a substrate, for example made of steel. The alloy composition according to the invention makes it possible in particular to suppress the formation of open pores during the fusing process, which increases the pressure resistance of the sliding layer.

本発明の他の特別な利点は、均一で、広い範囲に空洞や偏析がない組織を提供するために、例えばスプレー圧縮またはストリップ鋳造のような特別な一次加工技術を実施する絶対的な必要性がないということである。このような組織の調整のために、本発明による合金の一次加工プロセスについては、慣用の鋳造方法が使用できる。つまり、本発明の1つの側面は、本発明によるスズ含有銅合金から、砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、精密鋳造法、フルモールド鋳造法、ダイカスト法またはロスト・フォーム法を用いて最終製品および最終製品に近い形の部品を製造する方法を包含する。   Another particular advantage of the present invention is the absolute need to implement special primary processing techniques such as spray compression or strip casting in order to provide a uniform, wide area void- and segregation-free structure. There is no. For such texture adjustment, conventional casting methods can be used for the primary working process of the alloy according to the invention. That is, one aspect of the present invention is that a tin-containing copper alloy according to the present invention is used to produce a final product using a sand casting method, a shell mold casting method, a precision casting method, a full mold casting method, a die casting method or a lost foam method. Includes a method of manufacturing parts that are close to the final product.

その上、本発明の1つの側面は、本発明によるスズ含有銅合金から、チル鋳造法または連続もしくは半連続鋳造法を用いてテープ、薄板、ディスク、ボルト、丸形ワイヤ、異形ワイヤ、丸形バー、異形バー、中空バー、パイプおよび異形材を製造する方法を包含する。   Moreover, one aspect of the present invention is to use the tin-containing copper alloy according to the present invention to tape, sheet, disc, bolt, round wire, profile wire, round wire, using chill casting or continuous or semi-continuous casting. Includes methods for making bars, profile bars, hollow bars, pipes and profiles.

注目すべきは、本発明による合金からなる形状のチル鋳造または連続鋳造後は、材料中の空洞や亀裂を溶接するために、つまり閉じるために、費用のかかる鍛造プロセスまたは据え込み加工プロセスを高い温度で実施する必要もないということである。   It should be noted that after chill or continuous casting of alloy shapes according to the invention, expensive forging or upsetting processes are required to weld or close the cavities and cracks in the material. It does not have to be carried out at temperature.

その上、本発明では、十分な熱間加工性を保証するために、Sn含有量に応じて存在するSnを多く含むδ相を均質化焼鈍または固溶化焼鈍により組織中にさらに細かく分布させ、または溶解させ、かつそれで取り除くということがもはや絶対的に必要というわけではない。いずれにせよ相応のSn含有量を持つ本発明による合金の鋳造組織中すでに均一に細かく分布しているδ相は、合金の使用特性のための本質的な機能を果たしている。   Moreover, in the present invention, in order to ensure sufficient hot workability, the δ phase containing a large amount of Sn existing according to the Sn content is further finely distributed in the structure by homogenization annealing or solution annealing, Or it is no longer absolutely necessary to dissolve and then remove it. In any case, the δ phase, which is already uniformly finely distributed in the cast structure of the alloy according to the invention with a corresponding Sn content, fulfills an essential function for the working properties of the alloy.

本発明の有利な形態では、鋳造状態のさらなる加工が、600から880℃の温度範囲における少なくとも1回の熱間加工の実施を含んでよい。   In an advantageous form of the invention, the further processing of the as-cast state may comprise carrying out at least one hot working in the temperature range of 600 to 880 ° C.

好適には、静かなまたは加速させた空気であるいは水で、熱間加工後の半製品および部品の冷却を行なってよい。   Cooling of the semi-finished products and parts after hot working may be carried out, preferably with quiet or accelerated air or with water.

硬質粒子により有利に行なわれた動的再結晶によって、前記実施態様の組織は熱間加工後、非常に均一で微粒子状に存在している。それに加えて、熱間加工した本発明の状態は、強度および硬度について極めて高い値を有していることが確認された。明らかに、熱間加工の間、より小さい粒径の硬質粒子の析出が継続して行なわれた。Al含有硬質粒子の析出の慣性によって、これらは熱間加工の間、より大きな規模で生成される。   Due to the dynamic recrystallization advantageously carried out by the hard particles, the structure of the above-mentioned embodiments is very homogeneous and in the form of fine particles after hot working. In addition, it was confirmed that the hot-worked state of the present invention had extremely high values for strength and hardness. Obviously, during hot working, the precipitation of smaller size hard particles continued. Due to the precipitation inertia of Al-containing hard particles, they are produced on a larger scale during hot working.

好適には、本発明の鋳造状態および/または熱間加工した状態を、200から880℃の温度範囲において10分から6時間の期間で少なくとも1回焼鈍処理を行ない、あるいは静かなもしくは加速させた空気でのまたは水での冷却を伴って行なってよい。   Preferably, the cast state and / or hot worked state of the present invention is annealed at least once in a temperature range of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours, or in a quiet or accelerated air atmosphere. It may be carried out with or without cooling with water.

本発明の1つの側面は、鋳造状態、または熱間加工された状態、または焼鈍された鋳造状態、または焼鈍および熱間加工された状態のさらなる加工のための好適な方法に関し、この方法は、少なくとも1回の冷間加工の実施を含む。   One aspect of the present invention relates to a preferred method for further processing in a cast condition, or a hot worked condition, or an annealed cast condition, or an annealed and hot worked condition, the method comprising: Including at least one cold work run.

有利には、200から880℃の温度範囲において10分から6時間の期間で本発明の冷間加工された状態の少なくとも1回の焼鈍処理を実施してよい。   Advantageously, at least one annealing treatment in the cold worked state according to the invention may be carried out in the temperature range of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours.

好適には、200から650℃の温度範囲において0.5から6時間の期間で応力除去焼鈍/時効熱処理を実施してよい。   Suitably, the stress relief annealing / aging heat treatment may be carried out in the temperature range of 200 to 650 ° C. for a period of 0.5 to 6 hours.

本発明の均一な組織のマトリックスは、延性のあるα相と共に合金のSn含有量に応じたδ相の部分からなる。δ相は、その高い強度と硬度により、アブレシブ摩耗に対する合金の抵抗力を大きくする。その上、δ相は、その摩擦層形成傾向を生じさせる高いSn含有量により、凝着摩耗に対する材料の耐性を大きくする。金属製基礎物質中には硬質粒子が混在している。本発明の他の実施態様ではさらに、金属製基礎物質中に析出したFeおよび/またはMg含有相が加わる。   The matrix of the uniform structure of the present invention is composed of a ductile α phase and a δ phase portion depending on the Sn content of the alloy. Due to its high strength and hardness, the δ phase increases the resistance of the alloy to abrasive wear. Moreover, the δ phase increases the resistance of the material to cohesive wear due to its high Sn content which causes its tendency to form a friction layer. Hard particles are mixed in the metallic base material. Another embodiment of the invention additionally comprises a Fe- and / or Mg-containing phase deposited in the metallic base material.

α相およびδ相の金属製基礎物質からなり、高い硬度の析出物が混在しているこの不均質な組織により、本発明の対象には優れた特性の組み合わせが備わる。この関連で挙げられるのは以下のものである:高い強度値および硬度値と同時に非常に良好な靭性、優れた熱間加工性、十分な冷間加工性、組織の高い温度安定性とそれから生じる高い耐熱性および高い耐応力緩和特性、多くの用途に十分な導電性、高い耐食性、ならびにアブレシブ摩耗、凝着摩耗、表面破砕という摩耗メカニズムに対する、および振動摩擦摩耗、いわゆるフレッティングに対する大きな抵抗性。   Due to this inhomogeneous structure consisting of α- and δ-phase metallic base materials with a mixture of high-hardness precipitates, the subject of the invention is provided with an excellent combination of properties. The following are mentioned in this connection: very good toughness with high strength and hardness values, excellent hot workability, sufficient cold workability, high temperature stability of the structure and the resulting High heat resistance and high stress relaxation resistance, sufficient conductivity for many applications, high corrosion resistance, and great resistance to abrasive wear, adhesive wear, surface crushing wear mechanisms and to vibration friction wear, so-called fretting.

広い範囲で空洞がなく、亀裂がなく、偏析がなく、硬質粒子を含有する均一な微粒子状の組織により、本発明による合金は、鋳造状態ですでに、高い程度の強度、硬度、延性、複合的な耐摩耗性および耐食性を有する。この理由から、本発明による合金は、鋳造状態ですでに、広い使用範囲を有する。   Due to the wide range of void-free, crack-free, segregation-free and uniform fine-grained structure containing hard particles, the alloy according to the invention already has a high degree of strength, hardness, ductility and composite in the cast state. Wear resistance and corrosion resistance. For this reason, the alloy according to the invention already has a wide range of use in the cast state.

例えば鋼からなる基体の上に融着される摩耗防止層として本発明による合金の特別な適性が生じる。これに関しては、調質鋼(硬化820から860℃、焼き戻し540から660℃;DIN EN 10083−1)の処理温度が本発明の熱処理範囲にあることを強調すべきである。この意味は、調質鋼からなる基体上に前記スズ含有銅合金を融着した後、両方の結合部材の機械特性はたった1つの処理工程で最適化できるということである。他の利点は、融着プロセスの際に開放気孔の生成が抑制され、それにより摩耗防止層の耐圧性が高まるということである。   A particular suitability of the alloys according to the invention arises as an antiwear layer which is fused onto a substrate, for example made of steel. In this regard, it should be emphasized that the tempering steels (hardening 820 to 860 ° C., tempering 540 to 660 ° C .; DIN EN 10083-1) are within the heat treatment range of the invention. This means that, after fusion of the tin-containing copper alloy on a tempered steel substrate, the mechanical properties of both joining members can be optimized in only one treatment step. Another advantage is that the formation of open pores is suppressed during the fusing process, which increases the pressure resistance of the antiwear layer.

融着以外に、他の接合方法も考えられる。この関連で考えられるのは、200から880℃の温度範囲において少なくとも1回の焼鈍を選択的に実施することを含む鍛造、はんだ付けまたは溶接を用いた複合製造である。同様に、例えば軸受−複合シェルまたは軸受−複合ブッシュを圧延被覆、誘導もしくは伝導圧延被覆によって、またはレーザ圧延被覆によって製造することができる。   Other than fusion bonding, other joining methods are possible. Conceivable in this connection is a composite production using forging, soldering or welding, which comprises selectively carrying out at least one annealing in the temperature range from 200 to 880 ° C. Similarly, for example, bearing-composite shells or bearing-composite bushes can be produced by roll coating, induction or conduction rolling coating or by laser rolling coating.

すでに、テープ形、薄板形、ディスク形、ボルト形、ワイヤ形、バー形、パイプ形および異形材形の鋳造形状から、内燃機関、バルブ、ターボチャージャー、変速機、排ガス後処理装置、レバー系統、ブレーキ系統および連結系統、油圧式ユニットにおける、あるいは一般的な機械製作の機械および装置における摺動部材およびガイド部材を製造することができる。鋳造状態のさらなる加工によって、これらの使用目的のために、複雑な形状と、向上した機械特性および最適な摩耗特性を有する半製品および部品を製造することができる。それによって、動的負荷における前記高い部品要求が考慮される。   Already, from tape type, thin plate type, disk type, bolt type, wire type, bar type, pipe type and profile shape casting shape, internal combustion engine, valve, turbocharger, transmission, exhaust gas aftertreatment device, lever system, It is possible to manufacture sliding members and guide members in brake and coupling systems, hydraulic units or in common machine-making machines and devices. Further processing of the as-cast condition allows the production of semi-finished products and parts with complex shapes and improved mechanical and optimum wear properties for these purposes. Thereby, the high component demands in the dynamic load are taken into account.

本発明の他の側面は、電子工学/電気工学における構成部材、配線部材、ガイド部材および連結部材のための、本発明によるスズ含有銅合金の使用法を包含する。   Another aspect of the invention comprises the use of the tin-containing copper alloy according to the invention for electronic / electrical components, wiring members, guide members and connecting members.

本発明によるスズ含有銅合金の優れた強度特性および耐摩耗性ならびに耐食性により、他の使用可能性が考えられる。つまり、本発明は、海水で生存する生物の飼育(水産養殖)用構造物における金属製物品に適している。本発明の他の側面は、船舶製造用プロペラ、翼、船舶スクリューおよびハブのための、ウォータポンプ、オイルポンプおよびフューエルポンプのケーシングのための、ポンプおよび水力タービン用ステータ、ロータおよび羽根車のための、歯車、ウォームギア、ヘリカルギアのための、ならびに圧力ナットおよびスピンドルナットのための、ならびに海洋および化学産業におけるパイプ、ガスケットおよび結合ボルトのための、本発明によるスズ含有銅合金の使用法を包含する。   Due to the excellent strength properties and wear resistance and corrosion resistance of the tin-containing copper alloy according to the present invention, other possible uses are considered. That is, the present invention is suitable for a metal article in a structure for rearing (aquaculture) of an organism that lives in seawater. Another aspect of the invention is the stators, rotors and impellers for pumps and hydraulic turbines, for watercraft propellers, blades, ship screws and hubs, for water pump, oil pump and fuel pump casings. Of tin-containing copper alloys according to the invention for gears, worm gears, helical gears, and for pressure nuts and spindle nuts, and for pipes, gaskets and connecting bolts in the marine and chemical industries. To do.

本発明による合金を打楽器の製造に使用するために、この材料は大変重要である。特に、高い品質の凹状円盤、いわゆるシンバルは、スズ含有銅合金から、大抵は鐘状物または鉢状物を用いて最終形状にする前に、熱間加工および少なくとも1回の焼鈍によって製造される。引き続き、シンバルは、切削による最終加工が行なわれる前に、再度焼鈍される。例えばライド・シンバル、ハイハット、クラッシュ・シンバル、チャイナ・シンバル、スプラッシュ・シンバルおよびエフェクト・シンバルの、様々なシンバルのタイプを製造するには、したがって、本発明による合金で保証されている、材料の特別好適な熱間加工性が必要である。本発明の化学組成の範囲内では、δ相および硬質粒子について様々な組織含分を大変広い範囲で調整することができる。このように、すでに合金側でシンバルの響き方に影響を及ぼすことが可能である。   This material is of great importance for the use of the alloy according to the invention in the production of percussion instruments. In particular, high-quality concave discs, so-called cymbals, are produced from tin-containing copper alloys by hot working and at least one annealing, usually before shaping into final shapes with bells or pots. . Subsequently, the cymbals are annealed again before the final machining by cutting. To produce various types of cymbals, for example, ride cymbals, hi-hats, crash cymbals, china cymbals, splash cymbals and effect cymbals, it is therefore necessary to ensure that the special material Suitable hot workability is required. Within the range of the chemical composition of the present invention, various texture contents can be adjusted in a very wide range for the δ phase and the hard particles. In this way, it is possible to influence the way the cymbal resonates already on the alloy side.

実施例1の組織を200倍の倍率で示す図である。It is a figure which shows the organization | tissue of Example 1 in 200 times the magnification. 同じく500倍の倍率で示す図である。It is a figure similarly showing at the magnification of 500 times. 合金タイプ2の組織を200倍の倍率で示す図である。It is a figure which shows the structure of alloy type 2 at the magnification of 200 times. 同じく500倍の倍率で示す図である。It is a figure similarly showing at the magnification of 500 times. 実施例2の500℃で3時間の焼鈍を行なった後の組織を示す図である。It is a figure which shows the structure | tissue after annealing at 500 degreeC of Example 2 for 3 hours. 同じく600℃/3hで焼鈍を行なった後の組織を示す図である。It is a figure which shows the structure | tissue after similarly annealing at 600 degreeC / 3h.

本発明の他の重要な実施例を、表1から11によって説明する。本発明によるスズ含有銅合金の鋳造ブロックは、チル鋳造により製造した。鋳物の化学組成は、表1から3により明らかである。   Another important embodiment of the invention will be explained by means of Tables 1 to 11. The tin-containing copper alloy casting block according to the present invention was manufactured by chill casting. The chemical composition of the castings is apparent from Tables 1 to 3.

表1は合金タイプ1の化学組成を示している。この材料は、7.35重量%のSn含有量、0.74重量%のSi含有量、0.34重量%のAl含有量、0.33重量%のホウ素含有量、0.015重量%のP含有量、および残部銅を特徴としている。   Table 1 shows the chemical composition of alloy type 1. This material has a Sn content of 7.35% by weight, a Si content of 0.74% by weight, an Al content of 0.34% by weight, a boron content of 0.33% by weight, a content of 0.015% by weight. It is characterized by a P content and the balance copper.

Figure 0006679742
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鋳造後、実施例1の組織は、比較的低い含有量のδ相(1、約20体積%)および硬質粒子2が銅固溶体3中に非常に均一に島状に分布して形成されている(図1)。この合金の硬度は108HBである(表2)。   After casting, the structure of Example 1 is formed such that a relatively low content of the δ phase (1, about 20% by volume) and the hard particles 2 are distributed very uniformly in the copper solid solution 3 in the form of islands. (Figure 1). The hardness of this alloy is 108 HB (Table 2).

Figure 0006679742
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表3からは、他の合金タイプ2の化学組成が明らかである。この材料は、Sn15.09重量%とP0.027重量%に加え、他の元素のSi(0.80重量%)、Al(0.54重量%)、ホウ素(0.24重量%)、および残部銅を含有している。   From Table 3, other alloy type 2 chemistries are apparent. In addition to Sn15.09 wt% and P0.027 wt%, this material contains other elements Si (0.80 wt%), Al (0.54 wt%), boron (0.24 wt%), and The balance contains copper.

Figure 0006679742
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本発明はとりわけ、鋳造状態の組織が、合金のSn含有量が多くなるにつれて、鋳造/冷却プロセスに従って、増加するδ相含分からなることを特徴とする。このSnを多く含むδ相の配置は、微細に分布した島形状から、合金のSn含有量が多くなるにつれ、密度の高い網形状に移行する。   The invention is notably characterized in that the as-cast structure consists of a δ-phase content which increases according to the casting / cooling process as the Sn content of the alloy increases. The arrangement of the δ phase containing a large amount of Sn shifts from a finely distributed island shape to a mesh shape with a high density as the Sn content of the alloy increases.

前記合金タイプ2の組織では、δ相は明らかに高い含有量で存在する(70体積%まで)。この組織は、200倍の倍率の図3および500倍の倍率の図4から明らかである。符号1で、それぞれ組織中に網状に配置されたSnを多く含むδ相が示されている。さらに、スズおよび/またはSnを多く含むδ相により覆われている硬質粒子2が認められる。符号3で、銅固溶体の組織成分が記載されている。   In the alloy type 2 structure, the δ phase is present at a significantly higher content (up to 70% by volume). This tissue is apparent from FIG. 3 at 200 × and FIG. 4 at 500 ×. Reference numeral 1 indicates a δ phase containing a large amount of Sn and arranged in a mesh structure in each tissue. Furthermore, the hard particles 2 covered with the δ phase rich in tin and / or Sn are observed. Reference numeral 3 indicates the tissue component of the copper solid solution.

Sn含有量が多くなるにつれ材料の硬度が高くなることは、合金2の210HBという明らかに高い値により表されている(表4)。   The fact that the hardness of the material increases with increasing Sn content is indicated by the apparently high value of 210 HB of alloy 2 (Table 4).

Figure 0006679742
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本発明によるスズ含有銅合金の組織中の島状および/または網状に配置されたδ相の均一な分布は、δ相を形成するための結晶核としての硬質粒子の作用を強調している。   The uniform distribution of island and / or mesh arranged δ phases in the texture of the tin-containing copper alloy according to the invention underscores the action of hard particles as crystal nuclei to form the δ phase.

本発明の1つの側面は、チル鋳造法または連続もしくは半連続鋳造法を用いて本発明によるスズ含有銅合金からテープ、薄板、ディスク、ボルト、ワイヤ、バー、パイプおよび異形材を製造する方法に関する。   One aspect of the invention relates to a method of making tapes, sheets, disks, bolts, wires, bars, pipes and profiles from the tin-containing copper alloys according to the invention using chill casting or continuous or semi-continuous casting. .

本発明による合金は、加えて、さらなる加工を施すことができる。一方では、それにより、特定の、しばしば複雑な形状を製造することが可能になる。他方では、このようにして、特に摩耗で負荷される部品用の、および電子工学/電気工学における部材や結合材の用の材料の複合的な動作特性を改善するという要求に対応する。というのも、対応する機械、エンジン、変速機、ユニット、構造物および装置においてシステム部材の負荷が大幅に増加するからである。このさらなる加工の間、靭性の著しい改善ならびに/または引張強さR、降伏強度Rp0.2および硬度の大幅な向上が達成される。 The alloy according to the invention can additionally be subjected to further processing. On the one hand, it makes it possible to produce specific, often complex shapes. On the other hand, in this way, the need to improve the composite operating properties of materials, especially for wear-loaded parts, and for components and binders in electronics / electrics, is addressed. This is because the load on system components in the corresponding machines, engines, transmissions, units, structures and devices is significantly increased. During this further processing, a significant improvement in toughness and / or a significant increase in tensile strength R m , yield strength R p0.2 and hardness are achieved.

本発明による合金の優れた熱間加工性により、鋳造状態のさらなる加工は、好適には600から880℃の温度範囲における少なくとも1回の熱間加工の実施を含んでよい。熱間圧延を用いて、ディスク、薄板およびテープを製造することができる。押出成形は、ワイヤ、バー、パイプおよび異形材の製造を可能にする。結局、部分的に複雑な形状を有する最終形状に近い部品を製造するには鍛造法が適している。   Due to the excellent hot workability of the alloys according to the invention, further processing in the as-cast state may comprise carrying out at least one hot work, preferably in the temperature range 600 to 880 ° C. Hot rolling can be used to produce disks, sheets and tapes. Extrusion allows the production of wires, bars, pipes and profiles. After all, the forging method is suitable for producing a part close to the final shape having a partially complicated shape.

鋳造状態、または熱間加工された状態、または焼鈍された鋳造状態、または焼鈍および熱間加工された状態のさらなる加工の他の好適な方法は、少なくとも1回の冷間加工の実施を含んでよい。この工程によって、特に物質の特性値R、Rp0.2および硬度が著しく高くなる。これは、部材の機械的負荷ならびに/または強いアブレシブ摩耗負荷および凝着摩耗負荷が生じる用途の場合に有意義である。さらに、本発明による合金からなる部材のばね特性は、冷間加工によってはるかに改善する。 Other suitable methods of further processing in the as-cast, or hot-worked, or annealed, cast, or annealed and hot-worked states include performing at least one cold work. Good. This step results in a particularly high material property values R m , R p0.2 and hardness. This is significant for applications in which mechanical and / or strong abrasive and cohesive wear loads of the component occur. Moreover, the spring properties of the parts made of the alloy according to the invention are improved considerably by cold working.

冷間加工後に本発明の組織を相応に再結晶するために、200から880℃の温度範囲において10分から6時間の期間で少なくとも1回焼鈍処理を行なってよい。そのようにして生じる非常に微粒子状の構造は、材料の高い強度と硬度および十分な靭性からなる特性の組み合わせを生じるための重要な前提である。   In order to correspondingly recrystallize the structure of the present invention after cold working, at least one annealing treatment may be carried out in the temperature range of 200 to 880 ° C. for a period of 10 minutes to 6 hours. The so-obtained very fine-grained structure is an important premise for producing a combination of high strength and hardness and properties of sufficient toughness of the material.

部品の残留応力を低下させるために、好適には追加で、200から650℃の温度範囲において0.5から6時間の期間で応力除去焼鈍を実施してよい。   In order to reduce the residual stress of the part, a stress relief anneal may preferably be additionally carried out in the temperature range of 200 to 650 ° C. for a period of 0.5 to 6 hours.

特に強い複合的な部品負荷を有する使用分野に対しては、少なくとも1回の冷間加工、または少なくとも1回の熱間加工と少なくとも1回の冷間加工との組み合わせを、200から800℃の温度範囲において10分から6時間の期間での少なくとも1回の焼鈍と合わせて含み、本発明の合金の組織を再結晶させるさらなる加工を選択してよい。このようにして調整された微粒子状の合金構造は、高い強度、高い硬度および良好な靭性の組み合わせを保証する。加えて、部品の残留応力を低下させるために、200から650℃の温度範囲において0.5から6時間の期間で応力除去焼鈍処理を実施してよい。   For fields of use with particularly strong composite part loads, at least one cold work, or a combination of at least one hot work and at least one cold work, should be carried out at 200 to 800 ° C. Further processing may be selected, including in conjunction with at least one anneal in the temperature range for a period of 10 minutes to 6 hours, to recrystallize the structure of the alloy of the present invention. The fine-grained alloy structure thus prepared guarantees a combination of high strength, high hardness and good toughness. In addition, a stress relief anneal may be performed in the temperature range of 200 to 650 ° C. for a period of 0.5 to 6 hours to reduce residual stress in the component.

実施例1(表1)からテープ状の半製品を製造するために、異なる3つの製造順序を選択した。これらは、特に、冷間加工/焼鈍サイクルならびに使用する冷間加工度および焼鈍温度で異なっている(表5)。   Three different production sequences were chosen for producing the tape-shaped semi-finished products from Example 1 (Table 1). These differ, inter alia, in the cold work / anneal cycle and the degree of cold work and the annealing temperature used (Table 5).

Figure 0006679742
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チル鋳造および熱間圧延の後、対応するブロックまたは半製品は、極めて滑らかな表面を特徴としていた。熱間圧延プロセスの間行なわれた組織の動的再結晶により、合金タイプ1の熱間加工された状態は、十分な冷間加工性を有していた。前記熱間加工された半製品の冷間加工性をさらに改善するために、600から880℃の温度範囲において3時間の期間で焼鈍を実施することが好適であると証明された。つまり、熱間加工されたディスクは、約85%の冷間加工度εで、亀裂なく冷間圧延することができた。   After chill casting and hot rolling, the corresponding blocks or semi-finished products featured a very smooth surface. Due to the dynamic recrystallization of the structure performed during the hot rolling process, the hot worked state of alloy type 1 had sufficient cold workability. In order to further improve the cold workability of the hot-worked semi-finished products, it has proven suitable to carry out annealing in the temperature range of 600 to 880 ° C. for a period of 3 hours. That is, the hot-worked disk could be cold-rolled at a cold workability ε of about 85% without cracking.

前記製造1の過程で、冷間圧延したテープを、280℃の温度において2時間の期間で焼鈍した。そうして応力除去したテープの特性値は、表6から明らかである。高い強度値および硬度値にかかわらず、前記合金のテープは十分な靭性を有し、これについては、破断伸びA5の値がその程度を表している。   In the process of Production 1, the cold rolled tape was annealed at a temperature of 280 ° C. for a period of 2 hours. The characteristic values of the tape thus stress-relieved are apparent from Table 6. Despite the high strength and hardness values, the alloy tapes have sufficient toughness, for which the value of the elongation at break A5 is indicative.

Figure 0006679742
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前記製造2の枠内では、合金タイプ1のテープを最初の冷間圧延の後に680℃で3時間焼鈍した。引き続き、約60%の冷間加工度εで前記テープの冷間圧延を行なった。製造の最後に、前記テープを280から400℃の間の様々な温度において2時間および4時間の期間で熱応力除去した。結果として生じた材料状態の特性値を表7に挙げている。   In the frame of Production 2, the alloy type 1 tape was annealed at 680 ° C. for 3 hours after the first cold rolling. Subsequently, the tape was cold-rolled at a cold workability ε of about 60%. At the end of manufacture, the tape was heat stress relieved at various temperatures between 280 and 400 ° C. for periods of 2 hours and 4 hours. The resulting material state characteristic values are listed in Table 7.

Figure 0006679742
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表7から、280℃で応力除去したテープの組織は変形特徴を含んでいるので、粒径についての値を記載できなかったことがわかる。約340℃で組織の再結晶が始まり、それにより、強度および硬度が大きく低下する。   From Table 7, it can be seen that the value of the grain size could not be described because the structure of the tape that was stress-relieved at 280 ° C. contained deformation characteristics. At about 340 ° C, recrystallization of the structure begins, which causes a significant decrease in strength and hardness.

この理由から、前記製造3の枠内では、最初の冷間加工後の焼鈍の温度を450℃まで下げた。この温度で3時間の焼鈍をした後、テープの冷間圧延を、約30%の冷間加工度εで行なった。最終的に240から360℃の間の温度で2時間の応力除去焼鈍を行なうことにより、表8に示した特性値が得られた。   For this reason, in the frame of Production 3, the annealing temperature after the first cold working was lowered to 450 ° C. After annealing at this temperature for 3 hours, the tape was cold-rolled at a cold workability ε of about 30%. Finally, stress relief annealing was performed for 2 hours at a temperature between 240 and 360 ° C., and the characteristic values shown in Table 8 were obtained.

実施例1のテープを240℃/2hで応力除去した最終状態を500倍の倍率で見た組織を図2に示している。銅固溶体3中に混在している硬質相2を有する微粒子状の組織が明らかである。この硬質粒子は、スズおよび/またはSnを多く含むδ相により覆われている。   FIG. 2 shows the structure of the final state of the tape of Example 1 that was stress-relieved at 240 ° C./2 h at a magnification of 500 times. The fine-grained structure having the hard phase 2 mixed in the copper solid solution 3 is clear. The hard particles are covered with a δ phase rich in tin and / or Sn.

この結果は強度および硬度の高い値を示している。しかも、破断伸びA5についての高い値が材料状態の優れた延性を示している。   The results show high values of strength and hardness. Moreover, the high value of the elongation at break A5 indicates the excellent ductility of the material state.

Figure 0006679742
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表3からその化学組成がわかる本発明の実施例2のテープを、表9に記載された製造プログラムに従って製造した。チル鋳造形状の熱間圧延を750℃の温度で行ない、それに続いて水中での冷却を行なった。チル鋳造および熱間圧延の後、対応するブロックまたは半製品は極めて滑らかな表面を特徴としていた。   The tape of Example 2 of the present invention whose chemical composition is known from Table 3 was manufactured according to the manufacturing program described in Table 9. Chill casting hot rolling was performed at a temperature of 750 ° C., followed by cooling in water. After chill casting and hot rolling, the corresponding blocks or semi-finished products featured a very smooth surface.

熱間圧延に続き、約3%という低い冷間加工度εでテープを冷間圧延した。2−Aと名付けたこれらテープの一部を、引き続き500、550および600℃の温度で3時間焼鈍し、調査した。   Following hot rolling, the tape was cold rolled with a cold workability ε as low as about 3%. Some of these tapes, labeled 2-A, were subsequently annealed at temperatures of 500, 550 and 600 ° C. for 3 hours and investigated.

2−Bと名付けた7.04mmに冷間圧延したテープの第2の部分を、焼鈍と冷間加工を周期的に実施することによってさらに製造した。   A second portion of the 7.04 mm cold-rolled tape, labeled 2-B, was further produced by periodically performing annealing and cold working.

Figure 0006679742
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テープ2−Aについて冷間圧延した状態ならびに冷間圧延しかつ焼鈍した状態の粒径および硬度を表10に示す。鋳造ブロックの熱間圧延の間に行なわれた組織の動的再結晶により、構造は、すでに最初の冷間加工の後に、20から25μmの粒径を有する均一な形状で存在している。靭性は、さらに200から650℃の温度範囲において焼鈍処理することにより改善することができる。図5には、500℃で3時間の焼鈍を行なった後の実施例2の組織が示されている。δ相(黒く色付してある)は、材料の組織中、非常に均一に分布している。600℃/3hで焼鈍を行なうことにより、δ相の部分をさらに減らすことができる(図6)。   Table 10 shows the grain size and hardness of the tape 2-A in the cold rolled state and in the cold rolled and annealed state. Due to the dynamic recrystallization of the structure carried out during the hot rolling of the casting block, the structure is already present after the initial cold working in a uniform shape with a grain size of 20 to 25 μm. The toughness can be further improved by annealing in the temperature range of 200 to 650 ° C. FIG. 5 shows the structure of Example 2 after annealing at 500 ° C. for 3 hours. The δ phase (colored black) is very evenly distributed in the structure of the material. By performing annealing at 600 ° C. for 3 hours, the δ phase portion can be further reduced (FIG. 6).

硬質粒子は、鋳造状態に関しては、δ相範囲内に完全に含有されている。これは、合金の熱機械加工においても結晶核/析出核としての硬質粒子の機能を強調している。   The hard particles are completely contained within the δ phase range with respect to the cast state. This emphasizes the function of the hard particles as crystal nuclei / precipitation nuclei even in the thermomechanical processing of alloys.

Figure 0006679742
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最終的に500℃/3h+空気、および600℃/3h+空気のパラメータで熱処理されたテープ2−Aの組織を図5および図6に示している。両方の状態の組織には、Snを多く含むδ相1に加え、スズおよび/またはSnを多く含むδ相に覆われた硬質粒子2が存在する。その上、スズの少ないα相からなる銅固溶体3も認められる。高い方の温度である600℃で焼鈍した後、テープ2−Aの組織は粒子が粗い(図6)。   The texture of Tape 2-A finally heat-treated with the parameters of 500 ° C./3 h + air and 600 ° C./3 h + air is shown in FIGS. 5 and 6. In the textures in both states, in addition to the Sn-rich δ phase 1, there are hard particles 2 covered with tin and / or Sn-rich δ phase. In addition, a copper solid solution 3 composed of an α phase containing less tin is also recognized. After annealing at the higher temperature of 600 ° C., the texture of Tape 2-A has coarse particles (FIG. 6).

2−Bと名付けられたテープの第2の部分に、複数の冷間圧延/焼鈍サイクルを有するさらなる加工を施した。様々な温度で応力除去した最終状態の特性値を表11に挙げている。   The second portion of the tape, named 2-B, was subjected to further processing with multiple cold rolling / annealing cycles. Table 11 lists the final state characteristic values after stress relief at various temperatures.

1回の冷間圧延工程および1回の焼鈍処理からなるそれぞれのサイクルにより、本発明の実施例2の組織は次第に列状に伸びる。合金の高いSn含有量のせいで非常に高いδ含分が列状に配置されたことにより、300HV1に近い高い硬度値が得られる。同時に合金の脆弱な特性も増す。   By each cycle consisting of one cold rolling step and one annealing treatment, the structure of Example 2 of the present invention gradually extends in rows. Due to the high Sn content of the alloy, the very high δ content was arranged in rows, resulting in a high hardness value close to 300 HV1. At the same time, the brittle properties of the alloy are increased.

Figure 0006679742
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結果として、本発明による合金は、Sn4から23%というSn含有量の全範囲にわたって優れた鋳造性および熱間加工性を有すると結論付けられる。冷間加工性も非常に高い水準にある。当然のことながら、組織のδ含分が増加することにより、Sn含有量が多くなるにつれて本発明の延性は悪化する。   As a result, it is concluded that the alloy according to the invention has excellent castability and hot workability over the entire range of Sn content from Sn4 to 23%. Cold workability is also at a very high level. As a matter of course, the ductility of the present invention deteriorates as the Sn content increases due to the increase in the δ content of the structure.

1 Snを多く含むδ相
2 スズおよび/またはSnを多く含むδ相に覆われた硬質粒子
3 スズが少ないα相からなる銅固溶体
1 Sn-rich δ phase 2 Hard particles covered with tin and / or Sn-rich δ phase 3 Copper solid solution consisting of tin-poor α phase

Claims (18)

(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にあることを特徴とする、高強度スズ含有銅合金。
The following ingredients (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
A high-strength tin-containing copper alloy, characterized in that the ratio Si / B of the elemental contents of the elements silicon and boron is between 0.3 and 10.
(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にあり;
‐鋳造後、前記合金中には以下の組織成分:
a)Snを多く含むδ相(1) 1から98体積%まで、
b)Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2) 1から20体積%まで、
c)スズが少ないα相からなる残部銅固溶体(3)
(このとき、前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、スズおよび/または前記Snを多く含むδ相(1)により覆われている)
が存在し;
‐鋳造の際、ホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素として、ならびに/またはホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素の付加化合物および/もしくは混合化合物として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、溶融物の凝固/冷却の間の均一な結晶化のための核をなし、それにより前記Snを多く含むδ相(1)は島状および/または網状に組織中に均一に分布しており;
‐ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、リン珪酸塩および酸化アルミニウムと一緒に、前記合金の半製品および部品上で摩耗防止性および/または腐食防止性被覆の役目を果たしている
ことを特徴とする、高強度スズ含有銅合金。
The following ingredients (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
-The elemental silicon and boron elemental content ratio Si / B is between 0.3 and 10;
-After casting, the following structural components in the alloy:
a) δ phase containing a large amount of Sn (1) 1 to 98% by volume,
b) Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases and / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases (2) from 1 to 20% by volume,
c) The remaining copper solid solution consisting of α phase with less tin (3)
(At this time, the addition compound and / or mixed compound (2) consisting of the Al-containing and B-containing phase, the Si-containing and B-containing phase, and / or both phases is a δ phase containing a large amount of tin and / or the above-mentioned Sn ( Covered by 1))
Exists;
-The aforementioned Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases formed during casting as aluminum boride and silicon boride and / or as addition compounds and / or mixed compounds of aluminum boride and silicon boride. And / or the addition compound and / or mixed compound (2) consisting of both phases form a nucleus for uniform crystallization during solidification / cooling of the melt, whereby the Sn-rich δ phase ( 1) is uniformly distributed in the tissue in islands and / or nets;
-A borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-a borosilicate and / or an aluminum oxide-borophosphosilicate, said Al-containing and B-containing phase, Si-containing and B-containing phase and / or both The addition compounds and / or mixed compounds (2) consisting of the phases (1), together with the phosphosilicates and aluminum oxides, serve as antiwear and / or anticorrosion coatings on semi-finished products and parts of said alloys. A high-strength tin-containing copper alloy characterized by the following.
(重量%で)以下の成分:
Sn 4.0から23.0%まで、
Si 0.05から2.0%まで、
Al 0.01から1.0%まで、
B 0.005から0.6%まで、
P 0.001から0.08%まで、
選択的に、さらにZn 最大2.0%まで、
選択的に、さらにFe 最大0.6%まで、
選択的に、さらにMg 最大0.5%まで、
選択的に、さらにPb 最大0.25%まで、
残部銅および不可避な不純物
からなる、
熱間加工性および冷間加工性に優れ、アブレシブ摩耗、凝着摩耗およびフレッティング摩耗に対する耐性が高く、ならびに耐食性および耐応力緩和特性が改善された高強度スズ含有銅合金において、
‐元素の珪素およびホウ素の元素含有量の比Si/Bが0.3から10の間にあり;
‐少なくとも1回の焼鈍による、あるいは少なくとも1回の焼鈍と共に少なくとも1回の熱間加工および/または冷間加工による前記合金のさらなる加工後、前記合金中には以下の組織成分:
a)Snを多く含むδ相(1) 75体積%まで、
b)Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2) 1から25体積%まで、
c)スズが少ないα相からなる残部銅固溶体(3)
(このとき、前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、スズおよび/または前記Snを多く含むδ相(1)により覆われている)
が存在し;
‐ホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素として、ならびに/またはホウ化アルミニウムおよびホウ化珪素の付加化合物および/もしくは混合化合物として形成された、含有されている前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、合金の前記さらなる加工の間の組織の静的および動的再結晶のための核をなし、それにより均一で微粒子状の組織の調整が可能になり;
‐ホウ珪酸塩および/またはホウリン珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウ珪酸塩および/または酸化アルミニウム−ホウリン珪酸塩として形成された前記Al含有およびB含有相、Si含有およびB含有相ならびに/または両方の相からなる付加化合物および/もしくは混合化合物(2)は、リン珪酸塩および酸化アルミニウムと一緒に、前記合金の半製品および部品上で摩耗防止性および/または腐食防止性被覆の役目を果たしている
ことを特徴とする、高強度スズ含有銅合金。
The following ingredients (in wt%):
Sn 4.0 to 23.0%,
Si 0.05 to 2.0%,
Al 0.01 to 1.0%,
B 0.005 to 0.6%,
P 0.001 to 0.08%,
Selectively, Zn up to 2.0%,
Selectively, Fe up to 0.6%,
Selectively, up to 0.5% Mg,
Selectively, Pb up to 0.25%,
The balance consists of copper and unavoidable impurities,
In a high strength tin-containing copper alloy with excellent hot workability and cold workability, high resistance to abrasive wear, adhesive wear and fretting wear, and improved corrosion resistance and stress relaxation resistance properties,
-The elemental silicon and boron elemental content ratio Si / B is between 0.3 and 10;
-After further processing of the alloy by at least one annealing, or by at least one hot working and / or cold working together with at least one annealing, the following structural constituents in the alloy:
a) δ phase containing a large amount of Sn (1) up to 75% by volume,
b) Al-containing and B-containing phases, Si-containing and B-containing phases and / or addition compounds and / or mixed compounds consisting of both phases (2) from 1 to 25% by volume,
c) The remaining copper solid solution consisting of α phase with less tin (3)
(At this time, the addition compound and / or mixed compound (2) consisting of the Al-containing and B-containing phase, the Si-containing and B-containing phase, and / or both phases is a δ phase containing a large amount of tin and / or the above-mentioned Sn ( Covered by 1))
Exists;
-Said contained Al- and B-containing phases, Si-containing and B-containing, formed as aluminum boride and silicon boride and / or as addition compounds and / or mixed compounds of aluminum boride and silicon boride The phase and / or the addition compounds and / or mixed compounds (2) consisting of both phases nucleate for static and dynamic recrystallization of the structure during said further processing of the alloy, so that it is homogeneous and fine-grained. It is possible to adjust the texture of
-A borosilicate and / or borophosphosilicate and / or aluminum oxide-a borosilicate and / or an aluminum oxide-borophosphosilicate, said Al-containing and B-containing phase, Si-containing and B-containing phase and / or both The addition compounds and / or mixed compounds (2) consisting of the phases (1), together with the phosphosilicates and aluminum oxides, serve as antiwear and / or anticorrosion coatings on semi-finished products and parts of said alloys. A high-strength tin-containing copper alloy characterized by the following.
0.05から1.5%までの元素の珪素が含まれていることを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金。   The tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it contains 0.05 to 1.5% of elemental silicon. 0.5から1.5%までの元素の珪素が含まれていることを特徴とする、請求項1から4までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金。   The tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it contains 0.5 to 1.5% of elemental silicon. 0.1から0.8%までの元素のアルミニウムが含まれていることを特徴とする、請求項1から5までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金。   The tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 5, characterized in that it contains 0.1 to 0.8% of elemental aluminum. 0.01から0.6%までの元素のホウ素が含まれていることを特徴とする、請求項1から6までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金。   The tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it contains 0.01 to 0.6% of the elemental boron. 0.001から0.05%までの元素のリンが含まれていることを特徴とする、請求項1から7までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金。   The tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 7, characterized in that it contains 0.001 to 0.05% of elemental phosphorus. 請求項1から8までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金から、砂型鋳造法、シェルモールド鋳造法、精密鋳造法、フルモールド鋳造法、ダイカスト法またはロスト・フォーム法を用いて最終製品および最終製品に近い形の部品を製造する方法。A final product from the tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 8 by using a sand casting method, a shell mold casting method, a precision casting method, a full mold casting method, a die casting method or a lost foam method. And a method of manufacturing parts that are close to the final product. 請求項1から8までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金から、チル鋳造法または連続もしくは半連続鋳造法を用いてテープ、薄板、ディスク、ボルト、丸形ワイヤ、異形ワイヤ、丸形バー、異形バー、中空バー、パイプおよび異形材を製造する方法。A tape, a thin plate, a disk, a bolt, a round wire, a deformed wire, or a round wire from the tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 8 using a chill casting method or a continuous or semi-continuous casting method. Method for manufacturing bars, profile bars, hollow bars, pipes and profiles. 鋳造状態のさらなる加工が、600から880℃の温度範囲における少なくとも1回の熱間加工の実施を含むことを特徴とする、請求項10に記載の方法。The method according to claim 10, characterized in that the further processing of the as-cast state comprises carrying out at least one hot working in the temperature range of 600 to 880 ° C. 200から880℃の温度範囲において10分から6時間の期間で少なくとも1回の焼鈍処理が実施されることを特徴とする、請求項9から11までのいずれか1項に記載の方法。The method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that at least one annealing treatment is carried out in a temperature range of 200 to 880 ° C for a period of 10 minutes to 6 hours. 鋳造状態、または熱間加工された状態、または焼鈍された鋳造状態、または焼鈍および熱間加工された状態のさらなる加工が、少なくとも1回の冷間加工の実施を含むことを特徴とする、請求項10から12までのいずれか1項に記載の方法。Further processing of the as-cast, or hot-worked, or annealed, cast, or annealed and hot-worked state comprises performing at least one cold work. Item 13. The method according to any one of items 10 to 12. 200から880℃の温度範囲において10分から6時間の期間で少なくとも1回の焼鈍処理が実施されることを特徴とする、請求項13に記載の方法。The method according to claim 13, characterized in that at least one annealing treatment is carried out in a temperature range of 200 to 880 ° C for a period of 10 minutes to 6 hours. 200から650℃の温度範囲において0.5から6時間の期間で応力除去焼鈍/時効熱処理が実施されることを特徴とする、請求項13または14に記載の方法。The method according to claim 13 or 14, characterized in that the stress relief annealing / aging heat treatment is carried out in the temperature range of 200 to 650 ° C for a period of 0.5 to 6 hours. 調節ストリップおよび摺動ストリップのための、フリクションリングおよびフリクションディスクのための、複合コンポーネントにおける滑り軸受面のための、内燃機関、バルブ、ターボチャージャー、変速機、排ガス後処理装置、レバー系統、ブレーキ系統および連結系統、油圧式ユニットにおける、または一般的な機械製造の機械および装置における摺動部材およびガイド部材のための、請求項1から8までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金の使用法。Internal combustion engines, valves, turbochargers, transmissions, exhaust gas aftertreatment devices, lever systems, brake systems for friction rings and friction discs for adjusting strips and sliding strips, for plain bearing surfaces in composite components And use of the tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 8 for sliding members and guide members in connecting systems, hydraulic units, or in machines and equipment for general machine building. Law. 電子工学/電気工学における構成部材、配線部材、ガイド部材および連結部材のための、請求項1から8までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金の使用法。Use of the tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 8 for components, wiring members, guide members and connecting members in electronics / electrical engineering. 海水で生存する生物の飼育における金属製物品のための、打楽器のための、船舶製造用プロペラ、翼、船舶スクリューおよびハブのための、ウォータポンプ、オイルポンプおよびフューエルポンプのケーシングのための、ポンプおよび水力タービン用ステータ、ロータおよび羽根車のための、歯車、ウォームギア、ヘリカルギアのための、ならびに圧力ナットおよびスピンドルナットのための、ならびに海洋および化学産業におけるパイプ、ガスケットおよび結合ボルトのための、請求項1から8までのいずれか1項に記載のスズ含有銅合金の使用法。Pumps for metal articles in the breeding of living organisms in seawater, for percussion instruments, for propellers for shipbuilding, for wings, ship screws and hubs, for casings of water pumps, oil pumps and fuel pumps And for stators, rotors and impellers for hydraulic turbines, for gears, worm gears, helical gears, for pressure nuts and spindle nuts, and for pipes, gaskets and connecting bolts in the marine and chemical industry, Use of the tin-containing copper alloy according to any one of claims 1 to 8.
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