JPS6039141A - 高硬度耐摩耗性アルミニウム青銅 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は高硬度耐摩耗性アルミニウム青銅に関するもの
である。

従来、ステンレス鋼の深絞り用金型および成形ロール、
或いは、チタン等の活性金属の冷間加工用ダイスおよび
成形ロール等の材料として、ダイス鋼（Ｊ　ＩＳ　Ｃ；
４４１’１４　ＳＫＤ種）を含めｔこ鉄基合金または超
硬合金（、Ｊ　Ｉｓ　Ｈ５５１０Ｇ種またはＤ種）が使
用されていた。しかし、これらの材料は焼外付きを起し
易いので、ステンレス鋼或ぃはチタン等の活性金属の加
二［後に加工表面の状況が悪いという欠点があった。こ
のことは、ダイスｌまたはグイス用超硬介金がステンレ
ス或いはチタン等の活性金属に灯して強い親和性を有腰
冷間加］一時に両金属が高い面圧のちとに接触した際に
、両金属間に相互拡散を生じて、その結果焼き付外現象
を起すからである。

このようなことから、ステンレス鋼或いはチタン等の活
性金属の冷間加工用ダイスの材料として、一般に銅基合
金が使用されている。そして、この銅基合金が使用され
るのは、ステンレス鋼或いはチタン等の活性金属に対し
て焼き付きを起し雌いからである。

しかして、多数の銅合金のなかでステンレス鋼、チタン
等の活性金属の冷間加工用のダイス材料としては、高硬
度が容易にｊすることのできる銅−アルミニウム系合金
、即ち、アルミニウム青銅が好適なしのとして使用され
るでいる。

そして、耐摩耗性に優れたアルミニウム青銅としては、
過共析（１１，８％を越える）のＡ１を含むＣｎに調質
元素としてＦｅ、Ｎｉ％Ｍ　ｎ、Ｓ　ｎ等を含有させて
、機械的性質を改良した合金が用いられている。この材
料の特色としては、ａ＋β相或いはβ相の母材にＦｅに
富んだ析出相（通常χ相と呼ばれている）、或いは初析
γ２相を分散させていることである。しかし、Ｆｅに冨
んだ析出相が存在することにより焼き付きが生じ易くな
り、また、γ２相（Ｃ１１２ＡＩ）の存在はダイス材料
として機械的性質、特に延性と切欠靭性を著しく悪化さ
せるとい）問題がある。

本発明は」１記に説明した従来におけるステンレス鋼或
いはチタン等の活性金属の深絞り金型、冷間加工用ダイ
スおよび成形ロールの材料の種々の欠点および問題点に
鑑みなされたものであって、亜共析または過共析のアル
ミニウムを含み、金属組織がＣＬＩ−Ａｌ系合金のａ＋
β相或いはβ相のは材に微細なマンガンケイ化物（Ｍｎ
、Ｓｉ、　Ｍｎ５Ｓｉ３、Ｍｎ５ｉ）を分散させること
により優れた硬さ、優れた耐摩耗性を有し、さらに、複
雑な形状に切削加工できるよう加工時に要求される延性
および靭性をも、兼ね備えている高硬度耐摩耗性アルミ
ニウム青銅を提供するものである。

本発明に係る高硬度耐摩耗性アルミニウム青銅の特徴と
するところは、Ｃｕ　６３ｕｒ１％以」−１Ａ１８．０
〜１５゜０１１１％、Ｍｎ６．０〜２５＋ｕ１％、Ｓｉ
　１．０〜４．０＋ｕ１％よりなり、その金属組織かＣ
「ノ＼１系介金のａ＋β相或いはβ相にマンガンケイ化
物の分散相が形成されていることにある。

さらに、Ｃｏを３１１＋１％以下含有させてもよく、ま
た、Ｐｅは含有されたとしても０．５＋ｕ＋１％１：」
、下１こ抑制しなければならない。

本発明に係る高硬度耐摩耗性アルミニウム青銅について
詳細に説明する。

先ず、その含有成分ｔ５よび成分割合について説明する
。

ｈｉ　Ｉ＋はマンガンケイ化物を構成する主要な元素で
あＩ）、かつ、マンガンケイ化物１．二必要な量よＩ）
過剰に含有させることにより、Ｃｕ−Ａｌ系合金の高温
安定相であるβ相の共析変態（β→ａ＋γ２）を遅延さ
せ、機械的性質および加工性に著しく有３− 害なγ２相の発生を防止するが、含有量が６．０ＬＬ１
１％未満ではこのような効果は少なく、また、２５ｗＬ
％を応えて含有されるとこれらの効果は飽和しこれ以−
Ｌの含有は無意味である。よって、Ｍｎ含有量は６．０
〜２５田ｔ％とする。

ＳｉはＭｎと共にマンガンケイ化物を構成する主要な元
素であり、Ｓｉ含有量が１…ｔ％未満では、耐摩耗性に
有効なマンガンケイ化物が少なく、また、４ｕ＋ｔ％を
越えると切欠靭性が低下し、加工が困難になる。よって
、Ｓｉ含有量は１．０〜４．Ｏｕｔ％とする。しかして
、Ｓｌの含有量は同時に含有されているＭＩ＋との相対
的な関係が次に重要となり、即ち、マンガンケイ化物の
生成１こ必要なＳｌの含有量より過剰に含有されると、
母材に固溶し、β相を安定化する効果があるが、過剰な
含有量が１ｕ＋ｔ％を越えるとＣｕ−Ｓｉ合金において
認められるγｓｉ相が析出し脆化するようになる。これ
を防止するにはＭｎとＳｉの含有量の比を３以上とする
ことが望ましい。よって、ＭｎとＳｉの含有量の比は３
％以上とする。

＝４− また、−１ユ記の各成分以外に、ＣＯを３ｕ＋ｊ％以下
を含有させることができるが、しかし、Ｐｐは０．５＋
ｕ１％以下に抑制しなければならない。

即ち、Ｃｏを含有させることは、一般のＣ「Ａ１系合金
におけるＦｅと同様な効果があり、ミクロ組織は微細に
なり、機械的性質と耐摩耗性の両方が向上するが、Ｃｏ
は以下説明する２点においてＦｅとは全く異なる特性を
示すものである。

（１）Ｆｅはβ→α十γ２共析変態に殆んど影響を与え
ないが、Ｃｏはこの共析変態を遅くさせるのでγ２の生
成を抑制する効果がある。

（２）Ｆｅはマンガンケイ化物に優先的に固溶上さらに
含有量を増加するとＳｉと優先的１こ化合し、鉄ケイ化
物を生成するので、例えば、含有量が１田１％前後の少
量のＦｅを含有させた場合でさえ、マンガンケイ化物に
固溶してマンガンケイ化物の融点を一１〕劉させ鋳造性
を劣化させると共に、マンガンケイ化物の晶出を抑制し
、成長を促進するので戒艮した大きなマンガンケイ化物
が発生し易くなる。

このことよりＦｅを含有することは、Ｋ（成約性質、特
１こ延性および靭性を著しく低下させるので、結果的に
加工性を劣化させる。従って、Ｆｅの含有は好ましいも
のではないので少ない程好ましいが技術的見地から不純
物として混入し易いので、Ｆｅ含有量は０．５ｕ＋１％
以下に抑制する。

−−’）ｊ、Ｃｏはマンガンケイ化物に一部固溶するが
、マンガンケイ化物の融点を上Ａさせることがないので
、鋳造性の劣化は生じない。また、母地に固溶したＣｏ
は母地の組織の微細化とγ２相の生成を抑制することに
より機械的性質を改善する効果がある。し劣化、３ｕ＋
１％を越えて含有させるとこのような効果は低くなるの
で、Ｃｏ含有邪は３ＩＩＩｔ％ＩＪ、下とする。

次に本発明に係る高硬度ｉ４摩耗性アルミニウム青銅の
実施例を説明する。

実施例 第１表に示す含有成分および成分Ｆｌｉ合の各種アルミ
ニウム青銅を溶解ＬＦ号供試材（Ｊ　Ｉ　Ｓ　ｌ−１５
１１１）に準拠した形状の砂型にＳＪｊ込み、試験片と
し、夫々の（機械的性質を測定し、その結果を第２表に
示す。

Ｎｏ、１からＮｏ、９のアルミニウム青銅において、Ｎ
ｏ、６〜Ｎｏ、９が本発明に係る高硬度耐摩耗性アルミ
ニウム青銅（本発明合金ということかある。）である。

比較に用いた祠料は、従来がら使用されている材料で、
過共析アルミニウム青銅（比較材という。）である。

Ｎｏ、ｌはＦｅを含有させた合金、Ｎｏ、２はＭｕを含
有させた合金Ｎｏ、３はｒｅ、Ｎｉを同時に含有させた
合金、Ｎｏ、４はＦｐと比較的多量のＭｎを含有させた
合金、Ｎｏ、ＳはＦｅとＳｎを同時に含有させた合金で
ある。

７− 第２表より明らかなように、γ２相を多く含有するＮｏ
、１、Ｎｏ、２およびＮ００５は機械的性質のうち伸び
が小さく、特に、γ２相の敞か太き（・Ｎｏ。

１、Ｎｏ、５は低応力破断していることがわかる。

このことか呟切削加工時に欠は易く、また、タップによ
るメネジの加工が困難であることがわかる。

一方、本発明合金のＮｏ、６〜Ｎｏ、９は、その何れも
良好な機械的性質を示しでいることがわかる。

次に、第１図に第１表に示した各種アルミニウム青銅の
潤滑摩耗試験結果を示す。

摩耗試験条件 Ｊ）試験機　太線式摩耗試験磯 ２）潤滑剤　プレス油　１０ｍｌ／ｍ１ｎ３）相手材　
５ｔＪＳ３＋１４．（ＪＴＳ　Ｇ　４３１８）４）摩際
速度　０．９４ｍ／５ｅｃ ５）荷重　＋９］Ｋｇ ６）摩際距離　６（１（’１＋ｎ 第１図において本発明合金は比較材よ１）、やや優れて
いるものの著しい差は認め難いが、これは太線式摩耗試
験で得られる試験結果が摩耗痕幅で８− あることに原因かある。

このため、摩耗滅晴を次式によりめその結果と各種アル
ミニウム青銅の硬さとの関係を第２図に示した。

Ｗ＝ρｒ３ｂ３／　ｌ　２　ｒ Ｗ　：　摩耗減量　１ｎｌＪ ρ　：　供試材の密度　（７，３Ｈ／ｃｍ”と一定）Ｂ
　：　相手材の幅　（ｆｌ　、３ｃｍ　）ｒ　：　相手
Ｈの半径　（１，５Ｃ１１１）１）：　摩耗痕幅　（Ｉ
ｆｉｌｆｉ） （金属便覧　第３版　Ｔ’　５．１２より）第２図より
比較材のＮｏ、ｉ〜Ｎｏ、５には硬さと摩耗ｊ成■との
間には相関はないといえるが、一方、本発明合金は硬さ
の広い範囲にわたって安定して良好な耐摩耗性を有する
といえ、また、第１表の含有成分オ；よび成分割合と第
２図の摩耗減量を比較すると本発明合金は広い範囲にわ
たって１憂れな耐摩耗Ｗｆｌを有していることかわかる
。

１０− 以上説明したように、本発明ｉこ係る高硬度耐摩耗性ア
ルミニウム青銅は上記の構成を有するものであるから、
高硬度であり、がっ、耐摩耗性に優れているので、ステ
ンレス鋼およびチタン等の活性金属の冷間加工用ダイス
および成形ロール等の材料として極めて長期間にわたり
使用が可能となり、さらに、ステンレス鋼、チタン等の
活性金属の塑性加工の技術の改善並びに発展に大きな貢
献ができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種アルミニウム青銅と摩耗痕幅の関係を示す
図、第２図は各種アルミニウム青銅の硬さと摩耗減量と
の関係を示す図である。 １２− −１）− 才１閲 １２３４５ ／８′−貧ｄ。。 ６７８９

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ＣＩ＋６３１１１［％以」二、Ａｌ１．０〜１５．０ｕ
   ＋１％、Ｍｎ　６．０−２５１％、Ｓｉ　１，０−４．
   ０＋ｕ１％よ１）なり、その金属組織がＣＬＩ−ＡＩ系
   合金のα＋β相或いはβ相にマンガンケイ化物の分散相
   が形成されていることを特徴とする高硬度耐摩耗性アル
   ミニウム青銅。