JPH01239A - 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Cu合金 - Google Patents
高強度および高靭性を有する耐摩耗性Cu合金Info
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- JPH01239A JPH01239A JP62-210672A JP21067287A JPH01239A JP H01239 A JPH01239 A JP H01239A JP 21067287 A JP21067287 A JP 21067287A JP H01239 A JPH01239 A JP H01239A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、高強度と高靭性を有し、さらに耐摩耗性に
すぐれ、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対する
同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要求さ
れる自動車のトランスミッション構造部材や変速機のシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いるのに適したCu
合金に関するものである。
すぐれ、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対する
同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要求さ
れる自動車のトランスミッション構造部材や変速機のシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いるのに適したCu
合金に関するものである。
従来、一般に、上記の自動車のトランスミッション構造
部材や変速機のシンクロナイザリングなどの製造には、
強度および靭性、耐摩耗性、さらに高い摩擦係数が要求
されることから、これらの特性を具備したアルミニウム
青銅や高力黄銅などのCu合金が用いられている。
部材や変速機のシンクロナイザリングなどの製造には、
強度および靭性、耐摩耗性、さらに高い摩擦係数が要求
されることから、これらの特性を具備したアルミニウム
青銅や高力黄銅などのCu合金が用いられている。
しかし、近年、上記各植機器の小型化および軽量化、並
びに高出力化に伴い、これらを構成する部材はより一段
とすぐれた強度、靭性、および耐摩耗性、さらに高い摩
擦係数を具備することが要求されるようになっているが
、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅などの従来Cu合
金では、これらの要求を十分満足させることができない
のが現状である。
びに高出力化に伴い、これらを構成する部材はより一段
とすぐれた強度、靭性、および耐摩耗性、さらに高い摩
擦係数を具備することが要求されるようになっているが
、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅などの従来Cu合
金では、これらの要求を十分満足させることができない
のが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記各
種機器の小型化および軽量化、さらに高出力化に対応で
きる構造部材用材料を開発すべく研究を行なった結果、
重量%で(以下、組成に関する%は重量%を示す)、 Zn:17〜40%、 Ag: 2〜11%、S
i :0.005 〜0.5 %、Ti、Zr、およ
びVのうちの1種または2種以上二〇、1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:
0.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Mn : 0.1〜4%、 S n ; O,05〜
2.5%、Pb:0.05〜1,5%、 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがCuと不
可避不純物からなる組成、並びに素地中に平均粒径:3
〜50μmの金属間化合物が面積比で1〜20%分散し
た組織を存するCu合金は、高強度および高靭性、さら
にすぐれた耐摩耗性を有し、かつ摩擦係数も高く、した
がってこのCu合金をトランスミッション構造部材やシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いた場合に、これら
部材で構成される各種機器の小型化および軽量化が可能
となり、かつ高性能化をはかることができるようになる
という知見を得たのである。
種機器の小型化および軽量化、さらに高出力化に対応で
きる構造部材用材料を開発すべく研究を行なった結果、
重量%で(以下、組成に関する%は重量%を示す)、 Zn:17〜40%、 Ag: 2〜11%、S
i :0.005 〜0.5 %、Ti、Zr、およ
びVのうちの1種または2種以上二〇、1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:
0.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Mn : 0.1〜4%、 S n ; O,05〜
2.5%、Pb:0.05〜1,5%、 のうちの1種または2種以上を含有し、残りがCuと不
可避不純物からなる組成、並びに素地中に平均粒径:3
〜50μmの金属間化合物が面積比で1〜20%分散し
た組織を存するCu合金は、高強度および高靭性、さら
にすぐれた耐摩耗性を有し、かつ摩擦係数も高く、した
がってこのCu合金をトランスミッション構造部材やシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いた場合に、これら
部材で構成される各種機器の小型化および軽量化が可能
となり、かつ高性能化をはかることができるようになる
という知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成および組織を上記の通りに限定した
理由を説明する。
て、以下に成分組成および組織を上記の通りに限定した
理由を説明する。
A、成分組成
(a)ZnおよびAl
これらの成分には、共存した状態で合金の強度および靭
性を向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれZ
n:17%未満およびAl!:2%未満では所望の高強
度および高靭性を確保することができず、一方その含有
量がZn:40%およびAj!:11%を越えてもより
一層の向上効果は現われないことから、その含有量をそ
れぞれzn:17〜40%謬よびA1172〜11%と
定めた。
性を向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれZ
n:17%未満およびAl!:2%未満では所望の高強
度および高靭性を確保することができず、一方その含有
量がZn:40%およびAj!:11%を越えてもより
一層の向上効果は現われないことから、その含有量をそ
れぞれzn:17〜40%謬よびA1172〜11%と
定めた。
(b) 5i
81成分には、合金素地を強化し、もって耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が0.005%未満
では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その含有
量が0.5%を越えると、靭性が低下し、被削性が劣化
するようになることから、その含有量を0.005〜0
.5%と定めた。
上させる作用があるが、その含有量が0.005%未満
では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その含有
量が0.5%を越えると、靭性が低下し、被削性が劣化
するようになることから、その含有量を0.005〜0
.5%と定めた。
(c)Ti、Zr、およびV
これらの成分には、CuおよびAfI、さらにFe、N
1 、Coなどと結合して素地中に均一に分散する粒状
の金属間化合物を形成し、もって相手部材に対する同期
特性の評価となる摩擦係数を高めるほか、耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が0.1%未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が3
.5%を越えると、合金の靭性が低下するようになるこ
とから、その含有量を0.1〜3.5%と定めた。
1 、Coなどと結合して素地中に均一に分散する粒状
の金属間化合物を形成し、もって相手部材に対する同期
特性の評価となる摩擦係数を高めるほか、耐摩耗性を向
上させる作用があるが、その含有量が0.1%未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が3
.5%を越えると、合金の靭性が低下するようになるこ
とから、その含有量を0.1〜3.5%と定めた。
(d)P、Mg、およびCa
これらの成分には、素地中に分散する金属間化合物を粒
状化および微細化して、合金の強度および靭性を改善す
るほか、被削性を向上させる作用があるが、その含有量
が0.003%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方その含有量が0.3%を越えると、金属間化合
物が平均粒径で3μm未満に微細化しすぎてしまい、耐
摩耗性および靭性の低下を招く上うになることから、そ
の含有量をo、ooa〜0.3%と定めた。
状化および微細化して、合金の強度および靭性を改善す
るほか、被削性を向上させる作用があるが、その含有量
が0.003%未満では前記作用に所望の効果が得られ
ず、一方その含有量が0.3%を越えると、金属間化合
物が平均粒径で3μm未満に微細化しすぎてしまい、耐
摩耗性および靭性の低下を招く上うになることから、そ
の含有量をo、ooa〜0.3%と定めた。
(6)Fe、Nl 、およびCO
これらの成分には、上記の通り、金属間化合物形成成分
として働き、摩擦係数を高め、かつ耐摩耗性を向上させ
る作用があるが、その含有量が0.02%未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が3%を
越えると、靭性が低下するようになることから、その含
有量を0.02〜3%と定めた。
として働き、摩擦係数を高め、かつ耐摩耗性を向上させ
る作用があるが、その含有量が0.02%未満では前記
作用に所望の効果が得られず、一方その含有量が3%を
越えると、靭性が低下するようになることから、その含
有量を0.02〜3%と定めた。
(4) Mn
Mn成分には、合金の強度を一段と向上させ、かつ熱履
歴に対して合金組織を安定化する作用があるので、必要
に応じて含有させるが、その含有量が0.1%未満では
前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量
が4%を越えると、溶製時に酸化物スラグの量が増える
ようになって、鋳塊の健全性が損なわれるようになるこ
とから、その含有量を0.1〜4%と定めた。
歴に対して合金組織を安定化する作用があるので、必要
に応じて含有させるが、その含有量が0.1%未満では
前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量
が4%を越えると、溶製時に酸化物スラグの量が増える
ようになって、鋳塊の健全性が損なわれるようになるこ
とから、その含有量を0.1〜4%と定めた。
(g) 5n
Sn成分には、合金の素地を強化するほか、金属間化合
物の偏析を防止する作用があるので、必要に応じて含有
させるが、その含有量が0.05%未満では、前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が2.5%を
越えると、靭性が低下し、塑性加工性が損なわれるよう
になることから、その含有量を0.05〜2.5%と定
めた。
物の偏析を防止する作用があるので、必要に応じて含有
させるが、その含有量が0.05%未満では、前記作用
に所望の効果が得られず、一方その含有量が2.5%を
越えると、靭性が低下し、塑性加工性が損なわれるよう
になることから、その含有量を0.05〜2.5%と定
めた。
(h) pb
pb酸成分は、高負荷摩擦条件下における耐焼付性を向
上させ、かつ被削性を改善する作用があるので、必要に
応じて含有させるが、その含有量が0.05%未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
1.5%を越えると、強度および靭性が低下するように
なることから、その含有量を0.05〜1.5%と定め
た。
上させ、かつ被削性を改善する作用があるので、必要に
応じて含有させるが、その含有量が0.05%未満では
前記作用に所望の効果が得られず、一方、その含有量が
1.5%を越えると、強度および靭性が低下するように
なることから、その含有量を0.05〜1.5%と定め
た。
81組 織
金属間化合物の平均粒径が3μm未満でも、またその分
散割合が面積比で1%未満でも、所望の高い摩擦係数お
よびすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方そ
の平均粒径が50μmを越えたり、さらにその分散割合
が面積比で20%を越えたりすると、合金の靭性が低下
するようになることから、金属間化合物の平均粒径を3
〜50μm1同分散割合を面積比で1〜20%と定めた
。
散割合が面積比で1%未満でも、所望の高い摩擦係数お
よびすぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方そ
の平均粒径が50μmを越えたり、さらにその分散割合
が面積比で20%を越えたりすると、合金の靭性が低下
するようになることから、金属間化合物の平均粒径を3
〜50μm1同分散割合を面積比で1〜20%と定めた
。
つぎに、この発明のCu合金を実施例により具体的に説
明する。
明する。
通常の高周波炉を用い、ArガスとCOガスの雰囲気中
、それぞれ第1表に示される成分組成をもった溶湯を調
製し、これらの溶湯をそれぞれ水冷鋳型に、金属間化合
物の平均粒径および分散割合を制御する目的で、これの
内部を流れる冷却水の水量を調整しながら鋳造し、直径
: 200 +oi+φX長さ:400龍のビレットと
し、このビレットに600〜750℃の範囲内の所定温
度で熱間押出し加工を施して、所定径の丸棒試験片とし
、ついでこの丸棒試験片に550〜700℃の範囲内の
所定温度に1時間保持後空冷の熱処理を施すことによっ
て本発明Cu合金1〜51および比較Cu合金1〜9を
それぞれ製造した。
、それぞれ第1表に示される成分組成をもった溶湯を調
製し、これらの溶湯をそれぞれ水冷鋳型に、金属間化合
物の平均粒径および分散割合を制御する目的で、これの
内部を流れる冷却水の水量を調整しながら鋳造し、直径
: 200 +oi+φX長さ:400龍のビレットと
し、このビレットに600〜750℃の範囲内の所定温
度で熱間押出し加工を施して、所定径の丸棒試験片とし
、ついでこの丸棒試験片に550〜700℃の範囲内の
所定温度に1時間保持後空冷の熱処理を施すことによっ
て本発明Cu合金1〜51および比較Cu合金1〜9を
それぞれ製造した。
なお、比較Cu合金1〜9は、いずれも構成成分のうち
のいずれかの成分含有量(第1表に*印を付したもの)
、あるいは金属間化合物の平均粒径および面積比のうち
のいずれか(同じく第1表に*印を付したもの)がこの
発明の範囲から外れたものである。
のいずれかの成分含有量(第1表に*印を付したもの)
、あるいは金属間化合物の平均粒径および面積比のうち
のいずれか(同じく第1表に*印を付したもの)がこの
発明の範囲から外れたものである。
つぎに、この結果得られた本発明Cu合金1〜51およ
び比較Cu合金1〜9について、強度を評価する目的で
引張強さ、靭性を評価する目的でシャルピー衝撃性と伸
びを測定し、さらに耐摩耗性と、部材に対する同期特性
を評価する目的で、試 料:直径311mのピン材、 相手材:JIS−SCM420の浸炭焼入鋼(硬さ:
HReO4,5)、 オイル:ギヤオイル90番、 油 温:60℃、 摩擦速度: 2m/see s 圧 カニ 100 kg/cシ、 滑り距離: 1.5 km。
び比較Cu合金1〜9について、強度を評価する目的で
引張強さ、靭性を評価する目的でシャルピー衝撃性と伸
びを測定し、さらに耐摩耗性と、部材に対する同期特性
を評価する目的で、試 料:直径311mのピン材、 相手材:JIS−SCM420の浸炭焼入鋼(硬さ:
HReO4,5)、 オイル:ギヤオイル90番、 油 温:60℃、 摩擦速度: 2m/see s 圧 カニ 100 kg/cシ、 滑り距離: 1.5 km。
の条件でピン摩耗試験を行ない、比摩耗量を1lll定
すると共に、トルクメータから摩擦係数を算出した。こ
れらの結果を第2表に示した。
すると共に、トルクメータから摩擦係数を算出した。こ
れらの結果を第2表に示した。
なお、第2表における金属間化合物の平均粒径および面
積比は顕微鏡観察により測定したものである。
積比は顕微鏡観察により測定したものである。
第1表および第2表に示される結果から、本発明Cu含
金1〜51は、いずれも高強度および高靭性を有し、さ
らにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有するのに対し
て、比較Cu合金1〜9に見られるように、構成成分の
うちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れ
ても、さらに金属間化合物の平均粒径および面積比のう
ちのいずれかでもこの発明の範囲から外れると、上記の
特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣ったものに
なることが明らかである。
金1〜51は、いずれも高強度および高靭性を有し、さ
らにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有するのに対し
て、比較Cu合金1〜9に見られるように、構成成分の
うちのいずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れ
ても、さらに金属間化合物の平均粒径および面積比のう
ちのいずれかでもこの発明の範囲から外れると、上記の
特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣ったものに
なることが明らかである。
上述のように、この発明のCu合金は、高強度および高
靭性を有し、さらにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を
有するので、特にこれらの特性が要求される自動車のト
ランスミッション構造部材や変速機のシンクロナイザリ
ングなどの製造に用いた場合に、これら機器の小型化、
軽量化、および高出力化を可能とするなど工業上有用な
特性を有するのである。
靭性を有し、さらにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を
有するので、特にこれらの特性が要求される自動車のト
ランスミッション構造部材や変速機のシンクロナイザリ
ングなどの製造に用いた場合に、これら機器の小型化、
軽量化、および高出力化を可能とするなど工業上有用な
特性を有するのである。
Claims (8)
- (1)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの
金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有す
ることを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗
性Cu合金。 - (2)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Mn:0.1〜4%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの
金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有す
ることを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗
性Cu合金。 - (3)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Sn:0.05〜2.5%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの
金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有す
ることを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗
性Cu合金。 - (4)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Pb:0.05〜1.5%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの
金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有す
ることを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗
性Cu合金。 - (5)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、 Mn:0.1〜4%、Sn:0.05〜2.5%、を含
有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以上重
量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの金属
間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有するこ
とを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗性C
u合金。 - (6)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Mn:0.1〜4%、Pb:0.05〜1.5%、を含
有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以上重
量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの金属
間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有するこ
とを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗性C
u合金。 - (7)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Sn:0.05〜2.5%、Pb:0.05〜1.5%
、を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(
以上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μm
の金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有
することを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩
耗性Cu合金。 - (8)Zn:17〜40%、Al:2〜11%、Si:
0.005〜0.5%、 Ti、Zr、およびVのうちの1種または2種以上:0
.1〜3.5%、 P、Mg、およびCaのうちの1種または2種以上:0
.003〜0.3%、 Fe、Ni、およびCoのうちの1種または2種以上:
0.02〜3%、 を含有し、さらに、 Mn:0.1〜4%、Sn:0.05〜2.5%、Pb
:0.05〜1.5%、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成(以
上重量%)、並びに素地中に平均粒径:3〜50μmの
金属間化合物が面積比で1〜20%分散した組織を有す
ることを特徴とする高強度および高靭性を有する耐摩耗
性Cu合金。
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JPS64239A JPS64239A (en) | 1989-01-05 |
JPH07116537B2 JPH07116537B2 (ja) | 1995-12-13 |
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ID=26380150
Family Applications (1)
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