JPH08503520A - 真鍮合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 銅５７〜６５重量％、他の合金成分３重量％まで、切削加工を可能にする添加物としてビスマスおよび残り亜鉛を含有する銅ベースの合金。

Description

【発明の詳細な説明】 真鍮合金 本発明は、銅ベースで、次の頻度の合金成分として亜鉛を有する合金に関する 。この種の合金は、一般に真鍮として表され、著しく多様な工業的器具および部 品の製造のために使用される。それぞれの利用目的に応じた全く特別な特性を得 るために、利用目的に応じて真鍮合金に多様な合金成分が混合される。たとえば 切削する加工に適している合金を準備する場合に、通常、この合金に鉛元素を約 １〜３重量％の量で添加する。この鉛は切削加工の際に生じる切削屑が短く割れ るように作用する。この特性は特に自動化機械での工作物の加工の際に不可欠で ある。 この種の鉛含有合金を飲料水供給用の部品の製造のために使用する場合、合金 成分の鉛が飲料水へ進入する危険が生じる。鉛は飲料水と共に胃腸管を経由して ヒト有機体内へ達し、そこで、特に骨内へ蓄積され公知の障害を引き起す。しか し、鉛による障害は、鉛含有の真鍮を溶融させるかまたはそれにより製造された 製品をさらに加工する作業においても生じる。ここでは、鉛は摂取、吸込みまた は皮膚吸収によって体内へ達することができる。 ドイツ国特許第３８３４４６０Ｃ２号明細書からは、 ビスマス１．５〜７重量％、亜鉛５〜１５重量％、スズ１〜１２重量％および残 り銅を偶然的な不純物と共に含有する合金を、給水配管設備のための部品の製造 のために使用することは公知である。これは赤銅、つまり、付加的合金成分とし て亜鉛とのスズブロンズである。この種の合金は、銅およびスズとの間での置換 混晶の形成に基づき、著しく広範囲な凝固範囲を有するという欠点を有する。こ れは、チル鋳造法のための合金としては適していないという著しい欠点である。 このことは、特に、この合金が比較的高い融点を有することにある。これはわず かな鋳造工程の後にすでに著しい熱的負荷に基づきチル鋳型が使用不能になるこ とにつながる。さらに、この合金は約１５０℃の比較的広い凝固範囲を有する。 このことは、チル鋳造の際に比較的高い冷却速度に伴い、鋳造品の熱脆性を高め ることになる。従って、前記の合金は実際に砂型鋳造法に使用できるにすぎない 。 この公知の合金のもう一つの欠点は、切削加工を可能にするために比較的高い 割合のビスマスが必要となることである。 従つて、本発明の課題は、上記した欠点を示さず、飲料水設備用の給水部品の 製造のために適した乏鉛もしくは鉛不含の合金を提供することであった。この合 金は、さらに、予定の使用目的に必要な鋳造特性および機械的特性を有するべき である。給水部品は、たと えば研磨可能な表面ならびに飲料水−供給系中で支配する圧力範囲にとって十分 な耐圧性を有し、鋳造品の組織構造の微細粒性に直接依存する特性を有するべき である。 前記の課題は、請求項１の特徴により解決される。Ｃｕ含量が５７〜６５重量 ％に調節され、他の合金成分が３重量％を上回らないような合金が、チルにおい て問題なく鋳造され、さらに、比較的微細粒で、それにより実際に溶融物から収 縮孔がなく凝固することが示されたのは意想外であった。最後に、平滑で、研磨 可能な表面を有するべきである成形品を鋳造する場合（たとえば台所用−および 衛生分野のための高い価値の給水部品がこの場合である）、特に有利である。さ らに、本発明による合金を用いて製造された給水部品は、著しく良好な耐圧性を 有し、このことは相互に隔てる内壁または密接面の多様な圧力領域において収縮 孔もしくはスポンジ状の領域がないことを示している。スポンジ状の領域とは、 この場合、弛緩したスポンジ状の中空を含有する組織を示す組織構造であると理 解される。本発明による合金のもう一つの利点は、この合金が良好な流動特性を 示し、このことは特に複雑な構造の成形品を製造するために重要である。 今まで使用されていた合金成分の鉛をビスマスに置換えることにより、本発明 による合金を用いて製造された部品は実際に毒物学的に懸念のない分類に属する ことができる。鉛に相応する蓄積型の毒性作用はビスマスには示されていない。 鉛に比べたビスマスの毒性は、ＤＡＢによると、ビスマスが飲料水へ移行するこ とにより生じる濃度の場合、比較して、著しくわずかな健康上の危険性が生じる にすぎない程度で著しく少ない。微生物および小動物に関して示されると同様に 、ビスマスはこれらの有機体に関して鉛よりも１０倍少ない毒性を有している。 ビスマスの相対的な無毒性のためのもう一つの表示は、ビスマスがドイツ危険物 質規定（DE-Gefahrstoffverordnung）において健康を害しないもののランクにあ り、さらに、ＴＶＯのような標準規定において、鉛とは反対に記載されていない 事実に見ることができる。 本発明による合金の製造の際に、使用した合金成分の純度に依存して場合によ り鉛でわずかに汚染されていることができる。これは多くとも約０．３重量％の 通常の値に達するにすぎず、従って、鉛含有真鍮合金の混合された鉛添加物に比 較してより許容可能である。 請求項２および３において、本発明による合金の有利な組成が記載されている 。特にここでは、ホウ素の５〜１５ｐｐｍの量での添加により組織の平均結晶粒 度を減少させることができることが強調される。 請求項４および５による合金の利点は、この合金が耐脱亜鉛性であることであ る。この特性に基づき、たとえばこうして製造された飲料水供給部品は高い水の 攻撃を伴う分野でも使用することができ、全く一般的により高い寿命を有する。 慣用の真鍮合金、たとえばＭｓ６０Ｆｋから出発して耐脱亜鉛性の真鍮合金を 得るために、銅含量を、たとえば６４％まで高める必要がある。しかし、この種 の合金は多くの適用にとって、特に衛生分野のための給水部品の製造にとっては 適していない、それというのも、この合金は粗い構造を有し、この構造は著しい 収縮孔形成のような公知の不利な随伴現象を引き起すためである。高いＣｕ含量 を有する真鍮合金の場合に、通常このために使用されるホウ素を用いて結晶粒の 微細化を実施する試みは今まで成功しなかった。従って、前記した使用目的に対 して実際に、公知の耐脱亜鉛性でない合金が使用されていた。 意想外に、公知の合金に比べてより高いＣｕ含量を有するにもかかわらずホウ 素を用いた結晶粒の微細化が、本発明による量の元素Ｍｎ、ＳｉおよびＳｂを合 金させ、同時にＦｅ含量を最大で０．２５重量％に制限する場合に可能であるこ とが示された。さらに意想外に、この合金は、Ｓｎの含量をできる限り少なくし 、少なくとも０．２５重量％を越えないようにする場合、改善された熱脆性を有 することが示された。もう一つの利点は、硬質封入物の発生を著しく抑えること ができることである。この硬質封入物は特に表面加工の際に障害となり、慣用の 鉛含有真鍮合金の際にこの合金 をホウ素を用いて微細化させた場合に特に著しく生じる。 本発明を、次に実施例につき詳説する： 例１ 相応する合金成分を一緒に溶融させることにより、Ｃｕ ５９．７８重量％、 Ａｌ ０．６０重量％、Ｂｉ １．０重量％、Ｂ １３ｐｐｍ、溶融により生じ た不純物として、Ｐｂ ０．０２重量％、Ｓｎ ０．０１重量％、Ｆｅ ０．０ ２重量％、Ｓｂ ０．０１重量％および残りＺｎを含有する溶融物が得られた。 この溶融物を鋳造して試料ブロックおよび完成した鋳造品（給水部品）にした。 鋳造ブロックの部分もしくは完成品を用いて、多様な標準試験を実施した： 本発明による合金の研磨性を試験するために、一連の研磨試験を実施した。こ の一連の試験の結果は本発明による合金を用いて製造した成形品が高品質給水部 品ににおいて必要な表面研磨性を有していることを示した。同様に全ての試料片 において破壊試験を実施した。この場合、実際に異物の封入または「スポンジ領 域」は実際に存在しなかった。特に、後者は、異なる圧力負荷がかかる室の間の 隔壁中またはほぼパッキン位置中に存在する場合に、頻繁に非緻密性の原因とな る。 試験した試料片の組織は、一貫して著しい球状晶子を有し、平均結晶粒度が約 ３０μｍである。合金の流 動性の尺度として、１０００℃〜１００５℃の温度で渦巻鋳造長さ（シュナイダ ー（Schneider）による）を測定した。測定された値は５２２ｍｍ〜５３１ｍｍ であり、従ってＧｋＭｓ６０Ｆｋにより公知の値の範囲内にある（５００ｍｍ〜 ６００ｍｍ）。 多くの完成品は、通常の仕上げ工程と同様にネジおよびパッキン平板を製造す るために自動機械で切削加工した。このことは、本発明による合金を用いて鋳造 した成形品は、慣用の真鍮合金ＧｋＭｓ６０Ｆｋからなる成形品と同様に良好に 切削加工することができることを示した。成形品から切削された切削屑は、鉛含 有真鍮合金と同様に短く割れた。 所定の時間内での材料損傷を測定する研磨試験の場合、慣用の真鍮と明らかな 差はなかった。本発明による合金から製造された鋳造品の電気メッキ性に関して も同様に、慣用の真鍮鋳造品との差は確認されなかった。 機械的特性はＤＩＮ１７０９Ａｂｓ．５により測定した。規格に従って鋳造さ れた楔状試料から「円形試料」のための多様な断片を取出した。この円形試料は ＤＩＮ５０１５０により作成され、作業された。得られた値は次の表中に記載し た： 耐脱亜鉛性の測定のために、ＩＳＯ規格６５００−１９８１（Ｅ）による脱亜 鉛試料を作成した。脱亜鉛試験を、オーストラリア規格番号２３４５−１９８０ により実施した。固定された脱亜鉛ストランドは一貫して１００μｍよりも大き く、ＧｋＭｓ６０Ｆｋから公知の範囲内にあった。 例２ この実施例は次の組成（重量％）： Ｃｕ：６３．００％、Ｂｉ：０．８％、Ｍｎ：０．４５％、Ｓｉ：０．５％、Ａ ｌ：０．５％、Ｓｂ：０．１％、Ｂ：１０ｐｐｍ、Ｐｂ：＜０．１０％、Ｓｎ： ＜０．１０％、Ｆｅ：＜０．１０％、Ｎｉ：＜０．１０％、Ｚｎ：残り を有する合金に関する。 耐脱亜鉛性の測定のために、本発明による合金を用いて製造した給水部品（表 ２中の試料ＰＩＩＩ）から冷間で断面研磨を行い、ＩＳＯ６５０９による試験を 行った（金属および合金の腐食／真鍮の耐脱亜鉛性の 測定、１９８１年発行）。鋳造温度は１０００℃であった。比較のため、次の公 知の組成を有する２つの試料（ＰＩおよびＰＩＩ）を試験した（数値は重量％） ： Ｃｕ：６０．０６％、Ｚｎ：３７．３８％、Ｎｉ０．０３０％、Ａｌ：０．６５ ％、Ｍｎ：＜０．０１０％、Ｓｎ：０．１０％、Ｓｂ：０．０２０％、Ｓｉ：０ ．０１０％、Ｆｅ：０．０８０％、Ｐｂ：１．６５％、Ｂ：０．０００８％。 耐脱亜鉛性試験の結果は次の表２に示した： 試料ＩＩＩの場合、６０μｍの脱亜鉛深度が確認され、慣用のＧｋＭｓ６０Ｆ ｋから製造された試料は、著しく高い脱亜鉛深度を示した。規格ＢＳ２８７２（ ＢＳ＝英国規格）、ＢＳ２９７４、ＳＳ１１７１０（ＳＳ＝スイス国規格）もし くはスウェーデン規格（schwedischer Baunorm）Ｒ８に従つて、試料ＰＩＩＩは 耐脱亜鉛性である。鋳造物に対するＢＳによる許容される耐脱亜鉛深度は、１０ ０μｍ、スウェーデン規格Ｒ８によると２００μｍである。 次の試験は、次の組成を有する試料ＰＩＶおよびＰ Ｖを用いて実施した： ＰＩＶ：Ｃｕ：６４．８１％、Ｂｉ：０．３３％、Ｍｎ：０．４４％、Ｆｅ：０ ．０３９％、Ｂ：０．００１５％、Ｎｉ：＜０．０１％、Ｓｉ：０．５３％、Ｓ ｎ：＜０．０１％、Ｐｂ：＜０．０１％、Ａｌ：０．５３％、Ｚｎ：残り。 ＰＶ：Ｃｕ：６４．８３％、Ｂｉ：０．５３％、Ｆｅ：０．０４９％、Ｍｎ：０ ．４０％。残りの合金成分はＰＩＶと一致する。 まず、通常の製造条件下で鋳造品を鋳造した。この鋳造品をまず機械的に丸く 研磨し、手で造形−および仕上げ研磨し、引続き機械的ならびに手で行われる磨 き上げを行った。この場合、この部品は通常の仕上げ工程に送られ、粗製状態で および前記の工程の後に得られた。この場合、慣用の真鍮ＧｋＭｓ６０Ｆｋから 製造された鋳造品と比較して、機械的研磨による材料損傷が明らかに少ないこと が示された。本発明による合金で製造された部品の表面品質は、慣用の鋳造部品 と比較してより良好であり、このことは最初の研磨もしくは磨き上げ工程の後で のわずかな損傷数からも明らかである。前記した試料ＰＩＶおよびＰＶを、収縮 孔および「スポンジ領域」に関する組織構造を試験するために破壊試験にかけた 。全ての試料はこの種の構造欠陥がなかった。 通常の金属組織学法を用いてＰＩＶおよびＰＶの相 応する合金の微細構造を測定した。この組織は、約３５μｍの平均結晶粒度を有 する球状晶子の結晶粒子構造を示した。最大の結晶粒度は１００μｍを下回った 。 機械作業性の測定のために６０個の鋳造成形体（給水部品）を自動機械で作業 した。たとえば密封面（Dichtflaeche）およびネジが製造された。この場合、機 械作業性は慣用の成形品により通常の加工パラメーターの著しい変化なしに行う ことができることが示された。 通常の標準的方法により、機械的パラメーター、限界伸び、引張強さ、破断点 伸びおよびブリネル硬さが測定された。この一連の試験の結果、前記した機械的 値は、公知の真鍮合金ＧｋＭｓ６０Ｆｋとそれぞれ比較可能であった。

【手続補正書】 【提出日】１９９４年１２月２日 【補正内容】 請求の範囲 １． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ５７ − ６５％ Ｂｉ： ０．３ − １．５％ Ａｌ： ０．４ − ０．８％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ 不純物： ０ − １％ 残り Ｚｎ を有する合金。 ２． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ５７ − ６２％ Ｂｉ： ０．３ − １．５％ Ａｌ： ０．４ − ０．８％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ 不純物： ０ − １％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項１の合金。 ３． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ５９．７８ Ａｌ： ０．６０ Ｂｉ： １．００ Ｂ： １３ｐｐｍ Ｐｂ： ０．０２ Ｓｎ： ０．０１ Ｆｅ： ０．０２ Ｓｂ： ０．０１ Ｓｉ： ０．０１ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項２記載の合金。 ４． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６２ − ６５％ Ｂｉ： ０．３ − １．５％ Ｍｎ： ０．３ − ０．７％ Ｓｉ： ０．３ − ０．７％ Ａｌ： ０．３ − ０．７％ Ｓｂ： ０．０５− ０．１５％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ その他： ＜１％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項１記載の合金。 ５． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６２ − ６５％ Ｂｉ： ０．５ − １．５％ Ｍｎ： ０．３ − ０．５％ Ｓｉ： ０．５ − ０．７％ Ａｌ： ０．３ − ０．７％ Ｓｂ： ０．０５− ０．１％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ Ｐｂ： ０ − ０．３％ Ｓｎ： ０ − ０．２５％ Ｆｅ： ０ − ０．２０％ Ｎｉ： ０ − ０．５％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項４記載の合金。 ６． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６３．０％ Ｂｉ： ０．８％ Ｍｎ： ０．４５％ Ｓｉ： ０．５％ Ａｌ： ０．５％ Ｓｂ： ０．１％ Ｂ： １０ｐｐｍ Ｐｂ： ＜０．１％ Ｓｎ： ＜０．１％ Ｆｅ： ＜０．１％ Ｎｉ： ＜０．１％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ７． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６４．８１％ Ｂｉ： ０．３３％ Ｍｎ： ０．４４％ Ｆｅ： ０．０３９％ Ｂ： １５ｐｐｍ Ｎｉ： ＜０．０１％ Ｓｉ： ０．５３％ Ｓｎ： ＜０．０１％ Ｐｂ： ＜０．０１％ Ａｌ： ０．５３％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ８． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６４．８３％ Ｂｉ： ０．５３％ Ｆｅ： ０．０４９％ Ｍｎ： ０．４０％ Ｂ： １５ｐｐｍ Ｎｉ： ＜０．０１％ Ｓｉ： ０．５３％ Ｓｎ： ＜０．０１％ Ｐｂ： ＜０．０１％ Ａｌ： ０．５３％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ９． 請求項１から８までのいずれか１項記載の合金から製造された飲料水配管 設備用の給水部品。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 Ｐ４３１２４８４．４ (32)優先日 1993年４月16日 (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (31)優先権主張番号 Ｐ４３１２４６６．６ (32)優先日 1993年４月16日 (33)優先権主張国 ドイツ（ＤＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＡＵ，ＢＲ，ＣＡ，ＪＰ，Ｋ Ｒ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 銅５７〜６５重量％、その他の合金成分および溶融に基づく不純物３重量 ％まで 切削加工を可能にする添加物、および 残り亜鉛を含有する合金において、添加物がビスマスであることを特徴とする合 金。 ２． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ５７ − ６２％ Ｂｉ： ０．３ − １．５％ Ａｌ： ０．４ − ０．８％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ 不純物： ０ − １％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項１の合金。 ３． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ５９．７８ Ａｌ： ０．６０ Ｂｉ： １．００ Ｂ： １３ｐｐｍ Ｐｂ： ０．０２ Ｓｎ： ０．０１ Ｆｅ： ０．０２ Ｓｂ： ０．０１ Ｓｉ： ０．０１ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項２記載の合金。 ４． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６２ − ６５％ Ｂｉ： ０．３ − １．５％ Ｍｎ： ０．３ − ０．７％ Ｓｉ： ０．３ − ０．７％ Ａｌ： ０．３ − ０．７％ Ｓｂ： ０．０５ − ０．１５％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ その他： ＜１％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項１記載の合金。 ５． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６２ − ６５％ Ｂｉ： ０．５ − １．５％ Ｍｎ： ０．３ − ０．５％ Ｓｉ： ０．５ − ０．７％ Ａｌ： ０．３ − ０．７％ Ｓｂ： ０．０５ − ０．１％ Ｂ： ５ − １５ｐｐｍ Ｐｂ： ０ − ０．３％ Ｓｎ： ０ − ０．２５％ Ｆｅ： ０ − ０．２０％ Ｎｉ： ０ − ０．５％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項４記載の合金。 ６． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６３．０％ Ｂｉ： ０．８％ Ｍｎ： ０．４５％ Ｓｉ： ０．５％ Ａｌ： ０．５％ Ｓｂ： ０．１％ Ｂ： １０ｐｐｍ Ｐｂ： ＜０．１％ Ｓｎ： ＜０．１％ Ｆｅ： ＜０．１％ Ｎｉ： ＜０．１％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ７． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６４．８１％ Ｂｉ： ０．３３％ Ｍｎ： ０．４４％ Ｆｅ： ０．０３９％ Ｂ： １５ｐｐｍ Ｎｉ： ＜０．０１％ Ｓｉ： ０．５３％ Ｓｎ： ＜０．０１ ％ Ｐｂ： ＜０．０１％ Ａｌ： ０．５３％ Ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ８． 次の組成（重量％）： Ｃｕ： ６４．８３％ Ｂｉ： ０．５３％ Ｆｅ： ０．０４９％ Ｍｎ： ０．４０％ Ｂ： １５ｐｐｍ Ｎｉ： ＜０．０１％ Ｓｉ： ０．５３％ Ｓｎ： ＜０．０１％ Ｐｂ： ＜０．０１％ Ａｌ： ０．５３％ ｚｎ： 残り を特徴とする請求項５記載の合金。 ９． 飲料水配管設備用の給水部品の製造のための請求項１から８までのいずれ か１項記載の合金の使用。