JPH07116538B2 - 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

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JPH07116538B2
JPH07116538B2 JP21067487A JP21067487A JPH07116538B2 JP H07116538 B2 JPH07116538 B2 JP H07116538B2 JP 21067487 A JP21067487 A JP 21067487A JP 21067487 A JP21067487 A JP 21067487A JP H07116538 B2 JPH07116538 B2 JP H07116538B2
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【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。
〔従来の技術〕
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。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかし、近年、上記各種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。
〔問題点を解決するための手段〕
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%は重量%を示す)、 Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
%、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
%、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
%、 を含有し、さらに必要に応じて、 Mn:0.1〜4%、Pb:0.05〜1.5%、 Sn:0.05〜2.5%、Si:0.005〜0.5%、 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、並びに素地中に金属間化合物と
酸化物が均一分散した組織を有する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、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
(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Al: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%お
よびAl:2〜11%と定めた。
(b) 酸 素 酸素(O2)には、AlやTi,Zr,V,さらにSiと結合して素地
中に均一に分散する酸化物を形成し、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50ppm
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3000ppmを越えると、酸化物が凝集し、かつ多量
となって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50〜3000ppmと定めた。
(c) Ti,Zr,およびV これらの成分には、CuおよびAl、さらにFe,Ni,Coと結合
して素地中に均一に分散する金属間化合物を形成するほ
か、上記の通り酸素と結合し、AlやSiと共に酸化物を形
成して、相手部材に対する同期特性を改善すると共に、
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) Fe,Ni,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。
(e) P,Mg,およびCa これらの成分には、素地中に分散する上記の金属間化合
物を微細化して、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、さらに例えばシンクロナイザリ
ングとして適用した場合に、すぐれた同期特性を示すと
共に、焼き付きを防止する作用があるが、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、靭性および耐摩耗性
に低下傾向が現われるようになることから、その含有量
を0.003〜0.3%と定めた。
(f) 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。
(g) SnおよびSi これらの成分には、いずれも素地を強化し、もって耐摩
耗性を向上させる作用があるので、必要に応じて含有さ
れるが、この含有量がそれぞれSn:0.05%未満およびSi:
0.005%未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、
一方その含有量がそれぞれSn:2.5%およびSi:0.5%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、それぞれSn:0.05〜2.5%、Si:0005〜0.5%
と定めた。
(h) Pb Pb成分には、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。
〔実 施 例〕
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。
通常の高周波炉を用い、溶解雰囲気をArガスとCOガスの
混合ガス雰囲気とし、かつO2含有量の調整は前記混合ガ
ス雰囲気のうちのCOガスの供給を止めた状態で、所定量
のO2を溶湯に吹き込むことによって行ない、それぞれ第
1表に示される成分組成をもった溶湯を調整し、これら
の溶湯をそれぞれ水冷鋳型に鋳造し、直径:200mm×長
さ:400mm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1〜65および比較Cu合金1〜10
をそれぞれ製造した。
なお、比較Cu合金1〜10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)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1〜65および比
較Cu合金1〜10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3mmのピン材、 相手材:JIS・SCM 420の浸炭焼入鋼(硬さ:HRC61.5)、 オイル:ギヤオイル80番、 油温:120℃、 摩擦速度:4m/sec、 圧力:120kg/cm2、 滑り距離:1.5km、 の条件でピン摩耗試験を行ない、比摩耗量を測定すると
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。
〔発明の効果〕
第1表および第2表に示される結果から、本発明Cu合金
1〜65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1〜10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。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 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%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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. 【請求項2】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 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%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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. 【請求項3】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 を含有し、さらに、 Sn:0.05〜2.5%およびSi:0.005〜0.5%のうちの1種ま
    たは2種、 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%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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. 【請求項4】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 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%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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. 【請求項5】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 を含有し、さらに、 Mn:0.1〜4%と、 Sn:0.05〜2.5%およびSi:0.005〜0.5%のうちの1種ま
    たは2種、 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%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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。
  6. 【請求項6】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 を含有し、 Mn:0.1〜4%と、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(以下
    重量%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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。
  7. 【請求項7】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 を含有し、さらに、 Sn:0.05〜2.5%およびSi:0.005〜0.5%のうちの1種ま
    たは2種と、 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(以下
    重量%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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. 【請求項8】Zn:17〜40%、Al:2〜11%、 酸素:50〜3000ppm、 を含有し、 Ti,Zr,およびVのうちの1種または2種以上:0.1〜3.5
    %、 Fe,Ni,およびCoのうちの1種または2種以上:0.02〜3
    %、 P,Mg,およびCaのうちの1種または2種以上:0.003〜0.3
    %、 を含有し、さらに、 Sn:0.05〜2.5%およびSi:0.005〜0.5%のうちの1種ま
    たは2種と、 Mn:0.1〜4%と、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(以下
    重量%)、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
    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。
JP21067487A 1987-02-24 1987-08-25 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Cu合金 Expired - Lifetime JPH07116538B2 (ja)

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