JPH0716701A - モータボート用プロペラ及びその製造法 - Google Patents

モータボート用プロペラ及びその製造法

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JPH0716701A
JPH0716701A JP16100293A JP16100293A JPH0716701A JP H0716701 A JPH0716701 A JP H0716701A JP 16100293 A JP16100293 A JP 16100293A JP 16100293 A JP16100293 A JP 16100293A JP H0716701 A JPH0716701 A JP H0716701A
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穣 森川
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源治 海津
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 高強度で高い延性を有する高品質アルミニウ
ム青銅製モータボート用プロペラのを提供する。 【構成】 ロストワックス精密鋳造法によって鋳造した
アルミニウム青銅製モータボート用プロペラを真空中で
焼入れ焼戻しして熱処理する。 【効果】 寸法変化がなく高強度のモータボート用プロ
ペラが得られ、減肉及び曲げ加工しやすくかつ運転中に
変形しないので、プロペラ飛散事故の防止が図れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はモータボート用プロペラ
及びその新規な製造法に係り、特にアルミニウム青銅か
らなるモータボート用プロペラとその精密鋳造による製
造法に関する。
【0002】
【従来の技術】モータボート用プロペラはアルミニウム
青銅の精密鋳造品であり、鋳造されたプロペラはボス部
を機械加工し翼部を研磨して使用される。精密鋳造法
は、消失模型の外側にセラミックシェル鋳型を形成し、
模型を消失後加熱した高温の鋳型に金属溶湯を注入して
鋳造する方法であり、寸法精度のよい薄肉の鋳物を量産
的に製造するに適した鋳造方法である。モータボート用
プロペラは翼部が薄肉で高寸法精度が要求されるから、
精密鋳造法が適用されている。
【0003】従来、ロストワックス法等により精密鋳造
されたプロペラは、熱処理されずに機械加工工程及び研
磨工程を経てユーザーに供給されていた。このため、プ
ロペラの硬さが平均的に低くかつその硬さの変動範囲も
大きかった。また、一般の船舶用プロペラに関する従来
技術として、特開平3−10989号公報にはアルミニ
ウム青銅製大型船舶用プロペラを鋳造によって製造する
ことが記載され、特開平56−51545号公報には非
磁性銅合金に焼入れ焼戻し処理をすることが記載されて
いる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】モータボート用プロペ
ラは、薄肉であるため手加工で修正される。すなわち、
翼の中ほどから先端までの形状の修正、翼先端の減肉と
曲げ加工等であり、この手加工の程度は水温、淡水と海
水の混合度合い等によっても変えることがある。この手
加工はモータボート独自技術であり、その加工の善し悪
しが性能に大きく影響する。
【0005】ところで、プロペラの硬さが低すぎると、
回転中に受ける水の抵抗によって翼先端の曲げた部分が
戻ってしまうため、減肉できずに性能の悪いプロペラに
なる。また、硬さを増すためにハンマリング等で塑性変
形して減肉すると微細な割れが生じ、それが原因となっ
て運転中にプロペラを飛散させ、事故を起こすことがあ
る。プロペラの硬さが高すぎると減肉や曲げ加工に時間
がかかると同時に、加工時に割れを生じて廃棄せざるを
えないか、著しいときはプロペラを飛散させて事故を起
こす危険がある。
【0006】モータボート用プロペラ加工時の問題を解
決するためにはプロペラの硬さを厳しく管理することが
必要であるが、従来のように鋳放し状態のままで熱処理
を施さない製造法では硬さを十分に管理することができ
なかった。また、熱処理を行うにしても、具体的な熱処
理方法について全く知られていない。
【0007】この様に、従来提供されていたモータボー
ト用プロペラはモータボート適度の硬さを有し手加工が
可能であるとともに高い強度を有する新しいモータボー
ト用プロペラの出現が望まれていた。本発明は、前記要
求に応え、加工が容易であるとともに高強度で変形の少
ないモータボート用プロペラ及びその製造方法を提供す
ることを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
青銅の化学組成を選定し、かつ熱処理条件を選定するこ
とによって、適正な硬さを得るとともに硬さの変動範囲
を最小にする。モータボート用プロペラのような薄肉の
精密鋳造品は、表面精度を維持するために熱処理時の酸
化を防止しなければならず、真空熱処理をする必要があ
る。アルミニウム青銅は焼入れ性に劣り水冷又は油冷が
望ましいが、真空容器内で水冷又は油冷することは不可
能である。このため、本発明では、真空容器内に窒素又
はアルゴン等の非酸化性ガスを高圧まで封入して焼入れ
速度を大とした熱処理を施すことによって、アルミニウ
ム青銅の顕微鏡組織を微細化して耐力を著しく増す手法
を採用する。
【0009】また、モータボート用プロペラは所定形状
に減肉及び曲げ加工しやすくかつ運転中に変形しないこ
とが必要である。この条件を満足するには、質量でA
l;8.5〜12.5%,Fe;3.5〜6.0%,N
i;3.5〜6.0%,Mn;0.1〜2.0%を含有
し,残部が実質的にCuである溶湯、望ましくは質量で
Al;9.5〜10.5%,Fe;4.2〜5.2%,
Ni;4.8〜5.8%,Mn;1.0〜1.5%を含
有し、残部が77.5%以上のCuである溶湯を、望ま
しくは850〜1100℃に加熱したセラミックシェル
鋳型に真空下で注入して冷却した後、真空容器内で85
0〜950℃に1時間程度加熱し非酸化性ガスを加圧封
入して焼入れし、500〜700℃に1時間程度加熱し
て焼戻しを施す必要があることが本発明者らによる研究
によって判明した。焼戻しは真空中で行ってもよいし、
非酸化性ガス雰囲気中で行ってもよい。焼入れにおける
非酸化性ガスの加圧封入圧力は2〜10気圧が好まし
く、部材の肉厚によって変えることが好ましい。特に3
〜7気圧が好ましい。
【0010】Alが8.5%未満では初相の軟らかいα
相が多すぎて強度が不足し、また、12.5%を越える
と硬いβ相が多くなり延性が低下する。Feは3.5%
以上で凝固組織を微細化するとともに微細なκ相(Fe
Al)を析出して強度を増すが、6.0%以上ではκ相
が粗大化し耐食性を低下させる。NiはFeと同様な作
用を示し、3.5%以上で凝固組織を微細化するととも
に微細なκ相(NiAl)を析出して強度を増すが、
6.0%以上ではκ相が粗大化する。また、Niは共析
変態終了を遅らせ、β’変態を起きやすくして、焼入れ
状態の硬さを増す効果があり、Ni;4.8〜5.8
%,Fe;4.2〜5.2%がβ’の微細組織を得るの
に望ましい。この範囲のFe及びNiと共存するとき
は、Alは9.5〜10.5%が適正硬さを得るために
適量である。Mnは0.1%以上からβ’変態を起きや
すくして、焼入れ冷却速度の感受性を減じる効果があ
り、2.0%を越えるとκ相の凝集が起こり強度及び延
性が低下する。強度と延性を兼ね備える場合は、1.0
〜1.5%が望ましい。
【0011】セラミックシェル鋳型の加熱温度は、溶湯
の化学成分及び温度、鋳造物の形状及び厚み、鋳込むま
での時間等により決まる適当な範囲があり、結晶粒の大
きさなど鋳造物の性質にも影響を与えるものであるが、
本発明のアルミニウム青銅製モータボート用プロペラの
製造の場合、850℃程度からセラミックシェル鋳型の
耐熱温度である1100℃程度の温度に加熱しておくと
品質的に満足のいくプロペラが鋳造できる。
【0012】
【作用】本発明の条件で製作したアルミニウム青銅製モ
ータボート用プロペラの翼部の硬さはHv230〜25
0で、ボス部の硬さがHv220〜240であり、鋳放
し状態よりも微細な顕微鏡組織になる。翼部とボス部と
の硬さの差は、鋳造時の冷却速度の差によって析出相の
量が異なるためである。すなわち、上記成分範囲では凝
固後、高温域でαとβの混合相になり、速く冷却する翼
部はβ相が多く、遅く冷却するボス部はα相が多くな
る。その後温度低下すると、軟らかいα相はそのまま残
りβ相は硬いβ'相に変わる。したがって、冷却の速い
翼部はβ'相が多いため硬く、ボス部は軟らかい。熱処
理してもこの硬さの差の傾向は変わらないが、微細な組
織になるため、硬さは全体的に高くなり、その変動範囲
は狭くなる。
【0013】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。 〔実施例1〕質量でAl;10.12%,Fe;4.8
5%,Ni;5.45%,Mn;1.32%を含有し,
残部がCuであるアルミニウム青銅を850℃に加熱し
たセラミックシェル鋳型に鋳込み温度1200℃で注入
し、平行部直径6.5mmの試験片を鋳造した。試験片
は、鋳放しのままのものと熱処理を施したものとの2種
類を作り、それぞれ平行部直径6.0mmの引張り試験
片に機械加工した。
【0014】一方の試験片の熱処理は、10-1Pa程度
の真空中で900℃で1時間加熱保持後0.5MPa
(5気圧)まで室温の窒素ガスを加圧封入して冷却する
ことによって焼入れし、ついで550℃で1時間加熱保
持後0.5MPa(5気圧)まで室温の窒素ガス封入す
ることによって焼き戻すことにより行った。この窒素ガ
ス封入による冷却は、真空中での冷却よりも冷却速度が
速くなるようにするためである。
【0015】表1に示す引張試験結果より明らかなよう
に引張強さ、耐力及び硬さが熱処理によって高くなって
おり、特に耐力が著しく向上することが明かである。な
お、強度が高くなっているにもかかわらず、高い伸び率
になっていることが分かる。
【0016】
【表1】
【0017】〔実施例2〕質量でAl;10.01%,
Fe;4.52%,Ni;5.11%,Mn;1.31
%を含有し,残部がCuであるアルミニウム青銅の溶湯
を850℃に加熱したセラミックシェル鋳型に鋳込み温
度1250℃で真空下に注入し、図1に示す形状の直径
182mmプロペラを鋳造した。翼部はその根元から先
端にかけて肉厚を減少させ、その先端の肉厚は根元近く
の厚さの0.3〜0.4倍にした。鋳放しのままのプロ
ペラ及び実施例1と同じ条件の熱処理を施したプロペラ
の翼及びボス部の硬さをそれぞれ5点ずつ両プロペラの
同じ位置で調べた。その結果を表2に示す。
【0018】表2から明らかなように、翼部及びボス部
とも本発明の熱処理を施すと、鋳放しの場合に比較して
全体的に硬さが増し、同時に硬さの変動範囲が著しく狭
くなって、適度の硬さを有する均質なアルミニウム青銅
製プロペラが得られる。また、顕微鏡組織を調べてみる
と、鋳放しのままのプロペラ翼部の顕微鏡組織に比べて
本発明の焼入れ焼戻しの熱処理をしたプロペラ翼部の顕
微鏡組織は微細な組織になっていた。
【0019】
【表2】
【0020】
【発明の効果】本発明によれば、強度が著しく高められ
かつ高い延性を有するアルミニウム青銅製モータボート
用プロペラを製造することがでる。また、本発明のアル
ミニウム青銅製モータボート用プロペラは、所定形状に
減肉及び曲げ加工するのが容易であり、かつそのように
加工したプロペラが運転中に変形したり飛散したりする
ことがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】 モータボート用プロペラの正面図。
【符号の説明】
1 翼部 2 ボス部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森川 穣 茨城県勝田市大字堀口832番地の2 日立 マテリアルエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 海津 源治 東京都中央区日本橋茅場町二丁目4番10号 ナカシマプロペラ株式会社内 (72)発明者 蔵本 孝一 岡山県岡山市上道北方688番地の1 ナカ シマプロペラ株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量で、Al;8.5〜12.5%,F
    e;3.5〜6.0%,Ni;3.5〜6.0%,M
    n;0.1〜2.0%を含有し、残部が実質的にCuで
    ある溶湯を加熱したセラミックシェル鋳型に真空下で注
    入して冷却し凝固させた後、焼入れ及び焼戻しの加熱を
    真空容器内で行い、該焼入れにおける冷却を前記真空容
    器内に非酸化性ガスを加圧封入することにより行うこと
    を特徴とするモータボート用プロペラの製造法。
  2. 【請求項2】 前記焼入れは850〜950℃に加熱し
    た後非酸化性のガスを封入することによって行い、前記
    焼戻しは500〜700℃で行うことを特徴とする請求
    項1記載のモータボート用プロペラの製造法。
  3. 【請求項3】 重量で、Al;9.5〜10.5%,F
    e;4.2〜5.2%,Ni;4.8〜5.8%,M
    n;1.0〜1.5%を含有し、残部が77.5%以上
    のCuである溶湯を加熱したセラミックシェル鋳型に真
    空下で注入して冷却した後、真空容器内で850〜95
    0℃に加熱保持後焼入れし、該焼入れにおける冷却を前
    記真空容器内に非酸化性ガスを加圧封入して行い、その
    後真空容器内において500〜700℃で焼戻し、硬さ
    Hv220以上にしたことを特徴とするモータボート用
    プロペラの製造法。
  4. 【請求項4】 前記溶湯を850〜1100℃に加熱し
    たセラミックシェル鋳型に真空下で注入し冷却した後、
    真空容器内で850〜950℃に1時間程度加熱した後
    該真空容器内に非酸化性のガスを封入して焼入れし、そ
    の後500〜700℃に1時間程度加熱して焼戻し、硬
    さをHv220以上、硬さの変動範囲をHv30以内に
    したことを特徴とする請求項3記載のモータボート用プ
    ロペラの製造法。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4のいずれかの製法によって
    得られ、真空容器内で熱処理をして翼部の硬さをHv2
    30〜250の範囲内とし、ボス部の硬さをHv220
    〜240の範囲内としたモータボート用プロペラ。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2020133680A1 (zh) * 2018-12-25 2020-07-02 华中科技大学 一种超短周期高强度-高延展性镍铝青铜合金及制备方法

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