JPS6053098B2 - 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高強度および高靭性を有し、かつ・耐摩耗
性にもすぐれ、特にＰ■（接触圧力×摩擦速度）値がき
わめて高い溶着摩耗領域、すなわちきわめて苛酷な高負
荷の摺動条件下で使用される摺動部品の製造に用いるの
に適したＣｕ合金に関するものである。

従来、一般に、例えば自動車用シンクロナイザーリング
のような高負荷の摺動条件下で使用される部品には、各
種の金属間化合物などの硬質粒子を分散させたＡｆ系青
銅系合金や黄銅系合金が使用されている。

一方、近年、省エネルギー化および高性能化がさければ
、これに伴い、これら部品に対する使用条件は一段と厳
しさを増し、きわめて苛酷な高負荷の摺動条件である溶
着摩耗領域での使用を余儀なくされつつある。

しかし、上記の従速Ｃｕ合金は、Ｐ■値が比較的低い機
械的破壊摩耗領域、およびＰ■値が中低度の酸化摩耗領
域での使用に際しては、比較的良好な耐摩耗性を示すも
のの、ＰＶ値が相対的に高い溶着摩耗領域では、強度，
靭性，および耐摩耗性のうちの少なくともいずれかの特
性が劣るために満足する耐摩耗性を示さず、さらに部品
の小型化および薄肉化が困難であるのが現状である。

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、強度，
靭性，および耐摩耗性を兼ね備えた材料を開発すべく研
究を行なつた結果、重量％で、Ｚｎ：２２〜４３％，Ａ
ｅ：２〜８％， ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
０％，Ｆｅ，Ｎｉ，およびＣＯのうちの１種または２種
以上：０．２〜４．５％，ＳｎおよびＰｂのうちの１種
または２種：０．１〜１．５％，を含有し、さらに必要
に応じて、ＶおよびＣｒのうちの１種または２種：０．
１〜１．２．％，Ｐ：０．００３〜０．３０％， Ｍｎ：０．２〜３．０％， 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を有するＣｕ合金，は、高強度
および高靭性をもつことから、部品の小型化および薄肉
化が可能となり、さらにきわめて苛酷な高負荷の摺動条
件である溶着摩耗領域での適用に際してすぐれた耐摩耗
性を示す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つ
て、以下に成分組成範囲を上記の通りに限定した理由を
説明する。

（ａ）ＺｎおよびＡｆ ＺｎとＡ′は本質的に合金の素地組織を決定？する成分
であつて、その含有量および含有比率によつて、その組
織はα＋β型，β型，およびβ＋γ型に変化するが、そ
の組織がα＋β型あるいはβ型てある場合にすぐれた靭
性を示すものである。

このα＋β型あるいはβ型の素地組！織は、それぞれＺ
ｎ：２２〜４３％およびＡｅ：２〜８％を含有する場合
に得られるものてある。また、ＺｎおよびＡｅの含有量
が前記の範囲からそれぞれ外れると、合金に強度低下や
γ相析出による脆化現象が現われるようになる。これ．
らの理由から、ＺｎおよびＡｅの含有量をそれぞれＺｎ
：２２〜４３％，Ａｅ：２〜８％と定めた。（ｂ）Ｚｒ
およびＴｉと、Ｆｅ，Ｎｉ，およびＣＯＺｒおよびＴｉ
成分は、Ｆｅ，Ｎｉ，およびＣＯと結．合して金属間化
合物を形成し、この金属間化合物は素地中に均一微細に
分散することから、靭性が損なわれることなく、合金の
強度および耐摩耗性が著しく向上するようになるが、そ
の含有量が、それぞれＺｒおよびＴｉ：０．１％未満、
並びにＦｅ，ＮｉｌおよびＣＯ：０．２％未満では金属
間化合物の形成が不十分で所望の高強度およびすぐれた
耐摩耗性を確保することができず、一方ＺｒおよびＴｉ
：３．０％，並びにＦｅ，Ｎｉ，およびＣＯ：４．５％
をそれぞれ越えて含有させると、金属間化合物の量が多
くなりすぎて、切削加工時における切削工具の摩耗が増
大するようになることから、その含有量を、それぞれＺ
ｒおよびＴｉ：０．１〜３．０％，Ｆｅ，Ｎｉ，および
ＣＯ：０．２〜４．５％と定めた。

なお、上記のようにＺｒおよびＴｉと、Ｆｅ，Ｎｉ，お
よびＣＯの含有量が上記の範囲内にある場合、金属間化
合物は素地中にきわめて均一微細に分散することから、
切削加工に際して、切削工具の摩耗は著しく小さく、工
具寿命の延命化が可能となるのである。

ｃ）ＳｎおよびＰｎ これらの成分には、特にＰＶ値が相対的に高い溶着摩耗
領域、すなわち苛酷な高負荷の摺動条件下での適用に際
して、すぐれた耐焼付性を示し、もつて耐摩耗性を著し
く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１．５％を
越えて含有させると、熱間加工性が劣化するようになる
ことから、その含有量を０．１〜１．５％と定めた。

ｊ）Ｃｒおよび■ これらの成分には合金の耐摩耗性をさらに向上させる作
用があるので、特にすぐれた耐摩耗性が要求される場合
に必要に応じて含有されるが、その含有量が０．１％未
満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方１．２
％を越えて含有させると切削加工時の切削工具摩耗が著
しくなることから、その含有量を０．１〜１．２％，と
定めた。

ｅ）Ｐ Ｐ成分は、素地中に分散する金属間化合物をさらに一段
と微細化して、合金の強度と耐摩耗性をよソー層向上さ
せると共に、切削工具の摩耗を著しく低減する作用を有
するきわめて有用な成分であり、したがつて、これらの
特性が要求される場合に必要に応じて含有される成分で
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０．３０％を越えて含有さ
せると、合金の加工性が劣化するようになることから、
その含有量を０．００３〜０．３０％，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、これ
らの特性が要求される場合に必要に応じて含有されるが
、その含有量が０．２％未満では前記作用に所望の改善
効果が得られず、二方３．０％を越えて含有せると、合
金溶製時に酸化物スラグを発生し、鋳塊の健全性が害さ
れるようになることから、その含有量を０．２〜３．０
％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。

実施例 通常の高周波炉を用い、黒鉛るつぼにて、大気中、木炭
被覆下で、それぞれ第１表に示される成分組成をもつた
本発明Ｃｕ合金１〜３６および比較Ｃｕ合金１〜１２を
それぞれ溶製し、金型に鋳造して、上端面直径：７０Ｔ
ＷＬφ×下端面直径：６０ｒｆｒｍφ×高さ：１６０ｍ
の寸法をもつたインゴットとし、ついでこのインゴット
に面削を施した後、温度“：７５０℃にて熱間分塊鍛造
を行なつて直径：６０Ｔｆ０ｎφのビレツトとし、再び
面削を施して直径：５５ｗｎφのビレツトとした。

つぎに、この結果得られた本発明Ｃｕ合金１〜３６およ
び比較Ｃｕ合金１〜１２のビレツトについて、これらＣ
ｕ合金の切削工具に及ぼす影響をみる目的で、切削工具
：ＷＣ基超硬合金製、 切削速度：２２０ＴＬ／Ｍｉｎｌ 切込み：０．５ｍ１ 送りニ０．０８ｍ／Ｒｅｖ．、 切削時間：１５Ｔ１ｎ１ 油剤：なし、 の条件で連続切削試験を行ない、工具刃先のブランク摩
耗幅を測定した。

また、上記の切削試験後のビレツトから、平行部長さ：
３０顛，平行部直径：６Ｔ！ｒ！ｎの引張試験片，およ
びＪＩＳ４号の衝撃試験片を切出し、引張試験および衝
撃試験を行なうと共に、同じく先端部直径が２Ｔｆｎφ
のピン試験片を切出し、ピン・オン・ディスク型摩耗試
験機を用い、ディスク材：浸炭焼入れしたＳＣＭ−２１
（Ｃｒ−ＭＯ鋼，硬さ：ＨＲＣ：６３）、摩擦速度：４
Ｔｒ１．／Ｓｅｃｌ 接触圧力ニ３０ｋ９／Ｃｌｔｌ すベリ距離：１−、 の苛酷な高負荷の摺動条件（溶着摩耗領域）て乾式摩耗
試験を行ない、単位圧力，単位すベリ距離当りの摩耗体
積（比摩耗量）を測定した。

これらの測定結果を第１表に示した。第１表に示される
結果から、本発明Ｃｕ合金１〜３６は、いずれも高強度
および高靭性を有し、かつ高負荷の摺動条件下（溶着摩
耗領域）ですぐれた耐摩耗性を示し、さらに切削工具の
摩耗もきわめて少ないものであるのに対して、比較Ｑｕ
合金１〜１２に見られるように、構成成分のうちのいず
れかの含有量（第１表に※印を付したもの）がこの発明
の範囲から外れると、上記の特性のうち少なくともいず
れかの特性が劣つ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，並びにすぐれた耐摩耗性をすべて兼ね備えており
、したがつて特に溶着摩耗領域での使用に際して著しく
摺動性能を発揮するのであ“る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Ｚｎ：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、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％）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。 ２ Ｚｎ：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 ＶおよびＣｒのうちの１種または２種：０．１〜１．２
   ％、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％）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：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 Ｐ：０．００３〜０．３０％、 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％）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：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 Ｍｎ：０．２〜３．０％、 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％）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：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 ＶおよびＣｒのうちの１種または２種：０．１〜１．２
   ％、Ｐ：０．００３〜０．３０％、 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％）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 Ｚｎ：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 ＶおよびＣｒのうちの１種または２種：０．１〜１．２
   ％、Ｍｎ：０．２〜３．０％、 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％）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 Ｚｎ：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 Ｐ：０．００３〜０．３０％、 Ｍｎ：０．２〜３．０％、 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％）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：２２〜４３％、 Ａｌ：２〜８％、 ＺｒおよびＴｉのうちの１種または２種：０．１〜３．
   ０％、Ｆｅ、Ｎｉ、およびＣｏのうちの１種または２種
   以上：０．２〜４．５％、ＳｎおよびＰｂのうちの１種
   または２種：０．１〜１．５％、を含有し、さらに、 ＶおよびＣｒのうちの１種または２種：０．１〜１．２
   ％、Ｐ：０．００３〜０．３０％、 Ｍｎ：０．２〜３．０％、 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％）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。