JPWO2006016630A1 - 銅合金鋳物及びその鋳造方法 - Google Patents
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- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22F—CHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
- C22F1/00—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
- C22F1/08—Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon
Abstract
Description
(1)f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−0.5[Sn]−1.8[Al]−([As]+[Sb])+[Mn]−3.5[Si]−0.5[Mg]=60〜90(好ましくはf1=61〜72、より好ましくはf1=61.5〜68、最適にはf1=62〜67)であること。なお、上式において、含有しない元素aについては[a]=0とする。
(2)f2=[P]/[Zr]=0.5〜120(好ましくはf2=1〜30、より好ましくはf2=1.4〜16、最適にはf2=2〜12)であること。なお、γ相の面積率の測定方法は、後述する通りである。
(3)f3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4(好ましくはf3=0.6〜2、より好ましくはf3=0.95〜1.5)であること。なお、含有されない元素aについては、[a]=0とする。
(4)α相及びγ相の合計含有量が85%以上(好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、最適には98%以上)で且つγ相の含有量が25%以下(好ましくは15%以下、より好ましくは0.1〜10%)であること。
(5)溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下(好ましくは100μm以下であって、ミクロ組織において60μm以下)であること。ここに、溶融固化時のマクロ組織(又はミクロ組織)での平均結晶粒径とは、鋳造(金型鋳造,砂型鋳造、横型連続鋳造、アップワード(アップキャスト)、半溶融鋳造、半溶融鍛造、溶融鍛造等の従来公知の各種鋳造法による鋳造を含む)又は溶接,溶断により溶融固化させた後であって変形加工(押出及び圧延等)や加熱処理が一切施されていない状態におけるマクロ組織(又はミクロ組織)の結晶粒径の平均値をいう。なお、この明細書の中で使用される「鋳物」という語は、完全に、又は一部が溶解して凝固した物を意味し、圧延や押出用のインゴット、スラブ、ビレットを始め、例えば、砂型鋳物、金型鋳物、低圧鋳造鋳物、ダイキャスト、ロストワックス、半溶融成形物、セミソリッド鋳造(例えば、チクソーキャスティング、レオキャスティング)、スクイズ、遠心鋳造、連続鋳造鋳物(例えば、横型連続鋳造、アップワード、アップキャストで作られた棒材、中空棒材、異形棒材、異形中空棒材、コイル材、線材等)、溶融鍛造(直接鍛造)、溶射、肉盛、ライニング、オーバレイによる鋳物を挙げることができる。さらに、溶接についても、母材の一部を溶かし、凝固させて、繋ぎ合わせるものであるから、広義において、鋳物に含まれるものと理解されるべきである。
(6)f4=[Zn]+2.5[Sn]+3[Al]=15〜42(好ましくはf4=20〜41、より好ましくはf4=25〜40、最適にはf4=30〜39)であること。なお、含有しない元素aについては[a]=0とする。
(7)f5=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[Zr]=500〜20000(好ましくはf5=800〜10000、より好ましくはf5=1200〜6000、最適にはf5=1600〜4500)であること。なお、含有しない元素aについては[a]=0とする。
(8)f6=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[P]=75〜3000(好ましくはf6=150〜1600、より好ましくはf6=200〜1200、最適にはf6=250〜1000)であること。なお、含有しない元素aについては[a]=0とする。
(9)溶融固化時における初晶がα相であること。
(10)溶融固化時において包晶反応が生じるものであること。
(11)溶融固化時においては、デンドライト・ネットワークが分断された結晶構造をなしていること。
(12)溶融固化時における結晶粒の二次元形態が、円形状、円形に近い非円形状、楕円形状、十字形状、針形状又は多角形状をなしていること。
(13)マトリックスのα相が微細に分断されており且つγ相又は偏析で生じたSnの高濃度部分がマトリックスに均一に分散していること。
(14)Pb又はBiが含有されている場合にあっては、均一径のPb粒子又はBi粒子がマトリックスに均一に分散していること。
1.鋳造性、導電性、熱伝導性、高機械的性質が要求される一般的機械部品。
2.高度の導電性,熱伝導性が要求される電気用ターミナル,コネクタ、ロウ付け、溶接を容易に行い得ることが要求される電気部品。
3.鋳造が容易であることが要求される計器部品。
4.機械的性質に優れることが要求される給排水金具,建築用金具,日用品・雑貨品。
5.強度,硬度が高いこと及び耐食性,じん性に優れることが要求される船用プロペラ,シャフト、軸受,弁座,弁棒,締付金具,クランプ、接続金具、ドアノブ、パイプ留具、カム。
6.高度の強度,硬度,耐摩耗性が要求されるバルブ,ステム,ブッシュ,ウォームギヤ、アーム、シリンダ部品、バルブシート、ステンレス用軸受、ポンプインペラ。
7.耐圧性,耐摩耗性,被削性,鋳造性が要求されるバルブ,ポンプ胴体,羽根車,給水栓,混合水栓、水道用弁,継手,スプリンクラー,コック,水道メータ,止水栓,センサ部品、スクロール型コンプレッサー部品、高圧バルブ、スリーブ圧力容器。
8.硬度及び耐摩耗性に優れることが要求される摺動部品,油圧シリンダ,シリンダ,歯車,釣り用リール、航空機の留め具。
9.強度,耐食性,耐摩耗性に優れることが要求されるボルト,ナット、配管用コネクター。
10.単純形状の大型鋳物に適し且つ高い強度と耐食性,耐摩耗性に優れることが要求される化学用機械部品、工業用バルブ。
11.接合強度、肉盛、ライニング、オーバーレイ、耐食性、鋳造性が要求される淡水化装置等の溶接管、給水管、熱交換器用管、熱交換器管板、ガス配管用管、エルボ、海洋構造材、溶接部材、溶接用材。
12.接水金具(継手・フランジ類)
ニップル、ホースニップル、ソケット、エルボ、チーズ、プラグ、ブッシング、ユニオン、ジョイント、フランジ
13.接水金具(バルブ・コック類)
ストップバルブ、ストレーナー、スリースバルブ、ゲートバルブ、チェッキバルブ、グローブバルブ、ダイヤフラムバルブ、ピンチバルブ、ボールバルブ、ニードルバルブ、ミニチュアバルブ、レリーフバルブ、メンコック、ハンドルコック、グランドコック、2方コック、3方コック、4方コック、ガスコック、ボール弁、安全弁、レリーフ弁、減圧弁、電磁弁、スチームトラップ、量水器(水道メータ、流量計)。
14.接水金具(水栓金具)
水栓(給水栓、散水栓、止水栓、自在栓、混合栓、分水栓)、カラン、分枝栓、逆止弁、分枝バルブ、フラッシュバルブ、切り替えコック、シャワー、シャワーフック、プラグ、ザルボ、散水ノズル、スプリンクラー。
15.接水金具(住設機器・排水器具類)
トラップ、消化栓弁、送水口。
16.ポンプ類
インペラ、ケース、接続金具、摺動部ブッシュ。
17.自動車関係機器
バルブ、継手類、圧力スイッチ・センサー、温度センサー(感温体)、コネクター類、軸受・ベアリング部品、コンプレッサー部品、キャブレター部品、ケーブル止め金具。
18.家電部品
携帯電話アンテナ部品、端子・コネクター、リードスクリュー、モーター軸受け(流体軸受け)、コピー機シャフト・ローラー、エアコン用バルブ・継手・ナット、センサー部品。
19.摩擦係合部材
油圧・空圧シリンダのピストンシュー、ブッシュ・摺動部品、電線止め金具、高圧バルブ・継手、歯車・ギア・シャフト、ベアリング部品、ポンプ・軸受、バルブシュー、袋ナット、ヘッダー給水栓部品。
Claims (19)
- Cu:58〜72.5mass%と、Zr:0.0008〜0.045mass%と、P:0.01〜0.25mass%と、Pb:0.01〜4mass%、Bi:0.01〜3mass%、Se:0.03〜1mass%及びTe:0.05〜1.2mass%から選択された1種以上の元素と、Zn:残部とからなり、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120及びf3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする銅合金鋳物。 - Sn:0.05〜4mass%及び/又はAl:0.01〜4mass%を更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−0.5[Sn]−1.8[Al]=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120、f3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4、f4=[Zn]+2.5[Sn]+3[Al]=15〜42、f5=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[Zr]=500〜20000及びf6=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[P]=75〜3000(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素a又はγ相については[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - As:0.02〜0.2mass%及び/又はSb:0.02〜0.2mass%を更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−([As]+[Sb])=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120及びf3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下ことを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - Mn:0.1〜5mass%、Si:0.05〜2mass%及びMg:0.001〜0.2mass%から選択された1種以上の元素を更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])+[Mn]−3.5[Si]−0.5[Mg]=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120及びf3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - Sn:0.05〜4mass%及び/又はAl:0.01〜4mass%と、As:0.02〜0.2mass%及び/又はSb:0.02〜0.2mass%とを更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−0.5[Sn]−1.8[Al]−([As]+[Sb])=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120、f3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4、f4=[Zn]+2.5[Sn]+3[Al]=15〜42、f5=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[Zr]=500〜20000及びf6=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[P]=75〜3000(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - Sn:0.05〜4mass%及び/又はAl:0.01〜4mass%と、Mn:0.1〜5mass%、Si:0.05〜2mass%及びMg:0.001〜0.2mass%から選択された1種以上の元素とを更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−0.5[Sn]−1.8[Al]+[Mn]−3.5[Si]−0.5[Mg]=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120、f3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4、f4=[Zn]+2.5[Sn]+3[Al]=15〜42、f5=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[Zr]=500〜20000及びf6=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[P]=75〜3000(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - As:0.02〜0.2mass%及び/又はSb:0.02〜0.2mass%と、Mn:0.1〜5mass%、Si:0.05〜2mass%及びMg:0.001〜0.2mass%から選択された1種以上の元素とを更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−([As]+[Sb]) +[Mn]−3.5[Si]−0.5[Mg]=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120及びf3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - Sn:0.05〜4mass%及び/又はAl:0.01〜4mass%と、As:0.02〜0.2mass%及び/又はSb:0.02〜0.2mass%と、Mn:0.1〜5mass%、Si:0.05〜2mass%及びMg:0.001〜0.2mass%から選択された1種以上の元素とを更に含有し、
f1=[Cu]−3[P]+0.5([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])−0.5[Sn]−1.8[Al]−([As]+[Sb])+[Mn]−3.5[Si]−0.5[Mg]=60〜90、f2=[P]/[Zr]=0.5〜120、f3=0.05[γ]+([Pb]+[Bi]+[Se]+[Te])=0.45〜4、f4=[Zn]+2.5[Sn]+3[Al]=15〜42、f5=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[Zr]=500〜20000及びf6=([Zn]+2.5[Sn]+3[Al])/[P]=75〜3000(元素aの含有量を[a]mass%とし、γ相の含有量を面積率で[γ]%とし、含有しない元素aについては[a]=0とする)であり、
面積率においてα相及びγ相の合計含有量が85%以上で且つγ相の含有量が25%以下であり、
溶融固化時のマクロ組織での平均結晶粒径が250μm以下であることを特徴とする、請求項1に記載する銅合金鋳物。 - Fe及び/又はNiが不可避不純物として含有される場合にあって、その何れかが含有される場合にはFe又はNiの含有量が0.2mass%以下に、またFe及びNiが含有される場合にはそれらの合計含有量が0.25mass%以下に、夫々制限されていることを特徴とする、請求項1〜請求項8の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 溶融固化時における初晶がα相であることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 溶融固化時において包晶反応が生じるものであることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 溶融固化時においては、デンドライト・ネットワークが分断された結晶構造をなしていることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 溶融固化時における結晶粒の二次元形態が、円形状、円形に近い非円形状、楕円形状、十字形状、針形状又は多角形状をなしていることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- マトリックスのα相が微細に分断されており且つγ相又は偏析で生じたSnの高濃度部分がマトリックスに均一に分散していることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- Pb又はBiが含有されている場合にあっては、均一径のPb粒子又はBi粒子がマトリックスに均一に分散していることを特徴とする、請求項1〜請求項9の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 水と常時又は一時的に接触する状態で使用される接水金具又はその構成材であることを特徴とする、請求項1〜請求項15の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 相手部材と常時又は一時的に接触する状態で相対運動する摩擦係合部材又はその構成材であることを特徴とする、請求項1〜請求項15の何れかに記載する銅合金鋳物。
- 請求項1〜請求項17の何れかに記載する銅合金鋳物を鋳造する場合において、より一層の結晶粒の微細化及び安定した結晶粒の微細化を図る目的で含有されるZrを、これを含有する銅合金物の形態で、添加させることにより、鋳造に際して酸化物及び/又は硫化物の形態でZrが添加されないようにすることを特徴とする銅合金鋳物の鋳造方法。
- Zrを含有する前記銅合金物が、Cu−Zr合金若しくはCu−Zn−Zr合金又はこれらの合金をベースとしてP、Mg、Al、Sn、Mn及びBから選択する1種以上の元素を更に含有させた銅合金であることを特徴とする、請求項18に記載する銅合金鋳物の鋳造方法。
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