KR100375426B1

KR100375426B1 - 쾌삭성 동합금

Info

Publication number: KR100375426B1
Application number: KR10-2000-7006464A
Authority: KR
Inventors: 오이시케이이찌로
Original assignee: 삼보신도고교 가부기키가이샤
Priority date: 1998-10-09
Filing date: 1998-11-16
Publication date: 2003-03-10
Also published as: JP2000119774A; EP1502964B1; EP1502964A1; EP1038981A1; TW577931B; CA2303512C; DE69835912T2; AU738301B2; DE69835912D1; AU1054099A; EP1508626A1; DE69833582D1; CA2303512A1; EP1038981B1; KR20010033101A; DE69828818T2; EP1038981A4; EP1508626B1; DE69828818D1; WO2000022181A1

Abstract

본 발명의 쾌삭성 동합금은 납의 함유량을 종래의 쾌삭성 동합금에 비해 대폭 절감시키면서, 공업적으로 충분히 만족할 수 있는 피삭성을 확보할 수 있는 것으로, 동 69∼79중량%, 규소 2.0∼4.0중량% 및 납 0.02∼0.4중량%를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어진 합금조성을 이루는 것이다.

Description

쾌삭성 동합금{FREE-CUTTING COPPER ALLOY}

피삭성이 뛰어난 동합금으로서, 일반적으로, JIS H5111 BC6 등의 청동계 합금이나 JIS H3250-C3604, C3771 등의 황동계합금이 알려지고 있다. 이들은 1.0∼6.0중량%정도의 납을 함유함으로써 피삭성을 향상시킨 것이며, 종래부터도, 절삭가공을 필요로 하는 각종제품(예컨대, 상수도용배관의 물마개금구, 급배수금구, 밸브 등)의 구성재로서 중요하게 사용되어 왔다.

그런데, 납은 메트릭스에 고용(固溶)되지 않고, 입자 상태로 되어 분산함으로써, 피삭성을 향상시키는 것이지만, 납함유량이 1중량%에 미치지 않는 경우에는, 절삭칩이 도 1(D)과 같이 나선형상으로 연속된 상태로 생성되어 바이트(bit tool)에 얽혀 붙는 등의 여러가지의 문제점을 발생시킨다. 한편, 납함유량이 1.0중량%이상이면, 절삭저항의 경감등을 충분히 꾀할 수 있지만, 납함유량이 2.0중량%에 미치지 않는 경우에는 절삭표면이 거칠게 된다. 따라서, 공업적으로 만족할 수 있는 피삭성을 확보하기 위해서는, 납함유량을 2.0중량%이상으로 해두는 것이 보통이다. 일반적으로, 고도의 절삭가공이 요구되는 동합금전신재(展伸材)에 있어서는 약 3.0중량% 이상의 납이 함유되어 있고, 청동계의 주물에 있어서는 약 5중량%의 납이 함유되어 있다. 예컨대, 상기한 JIS H5111 BC6로서는 납함유량이 약 5.0중량%이다.

그러나, 납은 인체나 환경에 악영향을 끼치는 유해물질이므로, 근래에 있어서 그 용도가 대폭 제한되는 경향에 있다. 예컨대, 합금의 용해, 주조등의 고온작업시에 발생하는 금속증기에는 납성분이 포함되게 되어, 만약 음료수 등과의 접촉에 의해 물마개금구나 밸브 등으로부터 납성분이 용출할 우려가 있어, 인체나 환경위생상 문제가 있다. 그래서, 근래, 미국 등의 선진국에서는 동합금에 있어서의 납함유량을 대폭 제한하는 경향에 있고, 일본에서도 납함유량을 가급적 저감한 쾌삭성동합금의 개발이 강하게 요청되어 있다.

본 발명은 납성분을 거의 함유하지 않는 쾌삭성동합금에 관한 것이다.

도 1은, 둥근막대형상 동합금의 표면을 선반으로 절삭한 경우에 생성하는 절삭칩의 형태를 나타내는 사시도이다.

본 발명의 목적은, 피삭성 개선원소인 납의 함유량이 극히 미량(0.02∼0.4중량%)임에도 불구하고, 지극히 쾌삭성이 풍부한 것이고, 납을 대량에 함유하는 종래의 쾌삭성동합금의 대체재료로서 안전히 사용할 수 있는 것으로서, 절삭칩의 재활용등을 포함해서 환경위생상의 문제가 전혀 없고, 납함유제품이 규제되고 있는 근래의 경향에 충분히 대응하는 것이 가능한 쾌삭성동합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은, 피삭성에 더하여 내식성에도 뛰어 나는 것여, 내식성(耐蝕性)을 필요로 하는 절삭가공품, 주조품, 주물제품 등(예컨대, 급수마개, 급배수금구, 밸브, 스템(stem), 급탕배관부품, 샤프트, 열교환기부품 등)의 구성재로서 적합하게 사용할 수가 있는 것으로서, 실용적 가치가 극대되는 쾌삭성동합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 더욱 다른 목적은, 피삭성에 가하여 고력(高力)성, 내마모성에도 뛰어나는 것으로서, 고력성, 내마모성을 필요로 하는 절삭가공품, 단조(鍛造)품, 주물제품 등(예컨대, 축받이, 볼트, 너트, 부시, 톱니 바퀴, 미싱(sewing machine)부품, 유압부품 등)의 구성재로서 적합하게 사용할 수가 있는 것으로서, 실용적 가치가 극대되는 쾌삭성동합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명의 더욱 다른 목적은, 피삭성에 가하여 내고온산화성에도 뛰어 나는 것이고, 내고온산화성을 필요로 하는 절삭가공품, 단조품, 주물제품 등(예컨대, 석유·가스온풍 히터용 노즐, 버너헤드, 급탕기용 가스 노즐 등)의 구성재로서 적합하게 사용할 수가 있는 것으로서, 실용적 가치가 극대되는 쾌삭성동합금을 제공하는 것에 있다.

본 발명은, 상기의 목적을 조성하도록, 다음과 같은 쾌삭성동합금을 제안한다.

즉, 제1발명에 있어서는, 피삭성이 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%와 규소2.0∼4.0중량9%와 납0.02∼0.4중량%를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제1발명합금」이라 칭함)을 제안한다.

납은 메트릭스에 고용되지 않고, 입자 상태로 되어 분산함으로써, 피삭성을 향상시키는 것이다. 한편, 규소는 금속조직중에 γ상(경우에 따라서는 κ상)을 출현시키는 것에 의해, 피삭성을 개선하는 것이다. 이와 같이, 양자는 합금특성에 있어서의 기능을 전혀 달리하는 것이지만, 피삭성을 개선시키는 점에서는 공통한다. 이러한 점에 착안하여, 제1발명합금은, 규소를 첨가하는 것에 의해, 공업적으로 만족할 수 있는 피삭성을 확보하면서, 납함유량의 대폭적인 저감을 가능하게 한 것이다. 즉, 제1발명합금은 규소의 첨가에 의한 γ상 형성에 의해 쾌삭성을 개선한 것이다.

그러나, 규소의 첨가량이 2.0중량%미만으로서는, 공업적으로 만족할 수 있는 피삭성을 확보하기에 충분한 γ상의 형성이 이루어지지 않는다. 또한, 피삭성은 규소첨가량의 증대에 따라 향상하지만, 4.0중량%을 넘게 첨가하더라도, 그 첨가량에 대응하는 피삭성 개선효과는 없다. 그런데, 규소는 융점이 높고 비중이 작은 이유로 다시 산화되기 쉽기 때문에, 합금용융시에 규소단체로 화로내에 투입하므로, 해당 규소가 탕면에 남음과 동시에, 용융시에 산화되어 규소산화물 내지 산화규소로 되어, 규소함유동합금의 제조가 곤란하여 진다. 따라서, 규소함유동합금의 주괴제조에 있어서는, 보통, 규소첨가를 Cu-Si 합금으로 한 뒤에 행하게 되어, 제조 비용이 비싸게 된다. 이러한 합금제조 비용을 고려한 경우에도, 피삭성개선효과가 포화상태로 되는 양(4.0중량%)을 넘어 규소를 첨가하는 것은 바람직하지 못하다. 또한, 실험에 의하면, 규소를 2.0∼4.0중량% 첨가했을 때에 있어서, Cu-Zn계 합금 원래의 특성을 유지하기 위해서는, 아연함유량과의 관계도 고려한 경우, 동함유량은 69∼79중량%의 범위로 해두는 것이 바람직한 것이 밝혀졌다. 이러한 이유로부터, 제1발명합금에 있어서는, 동 및 규소의 함유량을 각기 69∼79중량% 및 2.0∼4.0중량%로 했다. 또, 규소의 첨가에 의해, 쾌삭성이 개선되는 것외에, 주조시의 주물성, 강도, 내마모성, 내응력부식균열성, 내고온산화성도 개선된다. 또한, 연성, 내탈아연부식성도 어느 정도 개선된다.

한편, 납의 첨가량는, 다음 이유로부터 0.02∼0.4중량%로 했다. 즉, 제1발명합금으로서는, 상기한 같은 기능을 갖는 규소를 첨가한 것에 의해, 납첨가량을 저감하더라도 피삭성을 확보할 수 있지만, 특히, 종래의 피삭성 동합금보다 뛰어난 피삭성을 얻기 위해서는, 납을 0.02중량%이상 첨가해야 한다. 그러나, 납첨가량이 0.4중량%를 넘으면, 도리어 절삭표면이 거칠게 되는 동시에, 열간(熟間)에서의 가공성(예컨대, 단조성)이 악화되어, 냉간(冷間)에서의 연성도 저하한다. 그리고, 납첨가량이 0.4중량%이하의 미량이면, 일본을 포함한 선진각국에서 가까운 장래 제정될 납함유량규제가 엄격하더라도, 그 규제를 충분히 통과할 수가 있다고 생각된다. 또, 후술하는 제2∼제11발명합금에 있어서도, 상기한 이유로부터, 납의 첨가량은 0.02∼0.4중량%으로 되어 있다.

또한, 제2발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%와, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%로부터 선택된 1종의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제2발명합금」이라 칭함)를 제안한다.

즉, 제2발명합금은, 제1발명합금에 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%의 하나를 더욱 함유시킨 합금조성을 이루는 것이다.

비스무스, 텔루르 또는 셀렌은, 납과 같이, 메트릭스에 고용하지 않고, 입자상태로 되어 분산함으로써, 피삭성을 향상시키는 기능을 발휘하는 것이고, 납의 첨가량부족을 보충할 수 있는 것이다. 따라서, 이것들 중 어떤 것을 규소 및 납과 함께 첨가시키면, 규소 및 납의 첨가에 의한 피삭성개선한도를 넘어 피쾌삭성을 더욱 향상시키는 것이 가능해진다. 제2발명합금으로서는, 이러한 점에 착안하여, 제1발명합금에 있어서의 쾌삭성을 더욱 개선하도록, 비스무스, 텔루르 및 셀렌중의 1개를 첨가시키는 것으로 했다. 특히, 규소 및 납에 더하여 비스무스, 텔루르 또는 셀렌을 첨가하는 것에 의해, 복잡한 형상을 고속으로 절삭가공하는 경우에도, 고도의 피삭성을 발휘한다. 그러나, 비스무스, 텔루르 또는 셀렌의 첨가에 의한 피삭성 향상효과는, 각각의 첨가량이 0.02중량%미만으로서는 발휘되지 않는다. 한편, 이들은 동에 비하여 비싼 것이므로, 0.4중량%을 넘게 첨가하더라도, 피삭성은 약간 첨가량의 증가에 따라 향상하지만, 경제적으로 첨가량에 적당하는 정도의 효과는 인정을 받지 않는다. 또한, 첨가량이 0.4중량%를 넘으면, 열간에서의 가공성(예컨대, 단조성등)이 악화되고, 냉간에서의 가공성(연성)도 저하한다. 더구나, 비스무스 등의 중금속에 관해서 가령 납같은 문제가 생길 가능성이 있었다고해도, 0.4중량% 이하의 미량첨가이면, 각별한 문제가 생기는 우려가 없다고 생각된다. 이와같은 점에서, 제2발명합금으로서는, 비스무스, 텔루르 또는 셀렌의 첨가량을 0.02∼0.4중량%으로 했다. 또, 납과 비스무스, 텔루르 또는 셀렌을 함께 첨가시키는 경우, 양자의 합계 첨가량은 0.4중량%이하로 되도록 해 두는 것이 바람직하다. 확실히, 합계첨가량이 0.4중량%를 약간이라도 넘으면, 그것들의 단독첨가량이 0.4중량%를 넘는 경우 만큼은 아니지만, 열간에서의 가공성이나 냉간에서의 연성이 저하하기 시작하고, 또는 절삭칩형태가 도 1(B)부터 동 도(A)로 이행할 우려가 있기 때문이다. 그런데, 비스무스, 텔루르 또는 셀렌은 상기한 바와 같이 규소와 다른 기능에 의해 피삭성을 향상시키는 것이므로, 이것들의 첨가에 의해 동 및 규소의 적정함유량은 영향받지 않는다. 따라서, 제2발명합금에 있어서의 동 및 규소의 함유량은 제1발명합금과 동일하게 했다.

또한, 제3발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성이 뛰어난 동합금으로서, 동70∼80중량%와, 규소1.8∼3.5중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 주석0.3∼3.5중량%, 알루미늄1.0∼3.5중량% 및 인 0.02∼0.25중량%에서 선택된 1종이상의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제3발명합금」이라 한다)를 제안한다.

주석은, Cu-Zn계합금에 첨가한 경우, 규소와 같이, γ상을 형성하여 피삭성을 향상시키는 것이다. 예컨대, 주은, 58∼70중량%의 Cu를 함유하는 Cu-Zn계합금에 있어서 1.8∼4.0중량%첨가시키는 것에 의해, 규소가 첨가되어 있지 않아도, 양호한 피삭성을 나타낸다. 따라서, Cu-Si-Zn계 합금에 주석을 첨가시키는 것에 의해, γ상의 형성을 촉진시킬 수 있고, Cu-Si-Zn계 합금의 피삭성을 더욱 향상시킬 수 있다. 주석에 의한 γ상의 형성은 1.0중량%이상으로 행하여지고, 3.5중량%에 달하면 포화상태가 된다. 또, 주석의 첨가량이 3.5중량%를 넘으면, γ상의 형성효과가 포화상태가 되는 것뿐만 아니라, 도리어 연성이 저하한다. 또한, 주석의 첨가량이 1.0중량%미만으로서는 γ상의 형성효과가 적지만, 첨가량이 0.3중량%이상이면, 규소에 의해 형성되는 γ상을 분산시켜 균일화시키는 효과가 있어, 이러한 γ상의 분산효과에 의해서도 피삭성이 개선된다. 즉, 주석의 첨가량이 0.3중량%이상이면, 그 첨가에 의해 피삭성이 개선되게 된다.

또한, 알루미늄도, 주석과 같이, γ상형성을 촉진시키는 기능을 갖는 것이고, 주석과 함께 또는 이것에 대신해서 첨가하는 것에 의해, Cu-Si-Zn 계합금의 피삭성을 더욱 향상시킬 수 있다. 알루미늄에는, 피삭성외에, 강도, 내마모성, 내고온산화성을 개선시키는 기능이나 합금비중을 저하시키는 기능도 있지만, 피삭성개선기능이 발휘되기 위해서는, 적어도 1.0중량%첨가시킬 필요가 있다. 그러나, 3.5중량%를 넘어 첨가하더라도, 첨가량에 따른 피삭성 개선효과는 볼 수 없고, 주석과 마찬가지로 연성의 저하를 초래한다.

또한, 인에는, 주석이나 알루미늄과 같은 γ상의 형성기능은 없지만, 규소의 첨가에 의해 또는 이것과 주석, 알루미늄의 일방 또는 양방을 함께 첨가시키는 것에 의해 생성한 γ상을 균일하게 분산되어, γ상분포를 양호한 것으로 하는 기능이 있고, 이러한 기능에 의해서 γ상 형성에 의한 피삭성의 더욱 더한 향상을 꾀할 수 있다. 또한, 인의 첨가에 의해, γ상의 분산화와 동시에 메트릭스에 있어서의 α상의 결정립을 미세화하여, 열간가공성을 향상시켜, 강도, 내응력 부식균열성도 향상시킨다. 그리고, 주조시의 주물성을 현저히 향상시키는 효과도 있다. 이러한 인첨가에 의한 효과는 0.02중량%미만의 첨가로서는 발휘되지 않는다. 한편, 인의 첨가량이 0.25중량%를 넘으면, 첨가량에 적당한 쾌삭성개선 등의 효과는 얻어지지 않고, 과잉첨가에 의해 도리어 열간단조성, 압출성의 저하를 초래한다.

제3발명합금으로서는, 이러한 점에 착안하여, Cu-Si-Pb-Zn계 합금(제1발명합금)에, 주석0.3∼3.5중량%, 알루미늄1.0∼3.5중량% 및 인0.02∼0.25중량% 중 적어도 하나를 첨가시키는 것에 의해, 피삭성의 더한 향상을 꾀하고 있다.

그런데, 주석, 알루미늄 또는 인은, 상기한 바와 같이 γ상의 형성기능 또는 γ상의 분산기능에 의해 피삭성을 개선시키는 것으로, γ상에 의한 피삭성개선을 꾀하는 데에 있어서, 규소와 밀접한 관계를 갖는 것이다. 따라서, 규소에 주석, 알루미늄 또는 인을 함께 첨가시킨 제3발명합금으로서는, 제1발명합금의 규소로 치환해서 피삭성을 향상시키는 기능이 발휘되고, γ상과는 관계없이 피삭성을 개선시키는 기능(메트릭스에 입자상태로 되어 분산되는 것에 의해 피삭성을 향상시키는 기능)을 발휘하는 비스무스, 텔루르 또는 셀렌을 첨가한 제2발명합금에 비하여, 규소의 필요첨가량이 적어진다. 즉, 규소첨가량이 2.0중량%미만이더라도, 1.8중량%이상이면, 주석, 알루미늄 또는 인의 함께 첨가에 의해, 공업적으로 만족할 수 있는 피삭성을 얻을 수 있다. 그러나, 규소의 첨가량이 4.0중량%이하이더라도, 3.5중량%를 넘으면, 주석, 알루미늄 또는 인을 함께 첨가 하는 것에 의해, 규소첨가에 의한 피삭성개선효과는 포화상태가 된다. 이러한 점에서, 제3발명합금으로서는, 규소의 첨가량을 1.8∼3.5중량%으로 했다. 또한, 이러한 규소의 첨가량과의 관계 및 주석, 알루미늄 또는 인을 첨가시키는 것과의 관계로부터, 동배합량의 상하한계치는 제2발명합금보다 약간 크고, 그 바람직한 함유량을 70∼80중량%로 했다.

또한, 제4발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성에 뛰어난 동합금으로서, 동70∼80중성96과, 규소1.8∼3.5중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 주석0.3∼3.5중량%, 알루미늄1.0∼3.5중량% 및 인0.02∼0.25중량%로부터 선택된 1종이상의 원소와, 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.43196및 셀렌0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종이상의 원소를 함유하고, 또한 나머지부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제4발명합금」이라함)을 제안한다.

즉, 제4발명합금은, 제3발명합금에 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%의 어느 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것으로, 이들을 첨가시키는 이유 및 첨가량의 결정이유는 제2발명합금에 관해서 말한 것과 마찬가지다.

또한, 제5발명에 있어서는, 피삭성에 가하여 내식성에도 뛰어난 동합금으로해서, 동69∼79중량%와, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 주석0.3∼3.5중량%, 인0.02∼0.25중량%, 안티몬0.02∼0.15중량% 및 비소0.02∼0.15중량%로부터 선택된 1종이상의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제5발명합금」이라 한다)를 제안한다.

즉, 제5발명합금은, 제1발명합금에 주석0.3∼3.5중량%, 인0.02∼0.25중량%, 안티몬0.02∼0.15중량% 및 비소0.02∼0.15중량%의 적어도 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것이다.

주석에는, 피삭성 개선기능외에, 내식성(내탈아연부식성, 내침식성) 및 단조성을 향상시키는 기능이 있다. 즉, α상 메트릭스의 내식성을 향상시켜, γ상의 분산화에 의해 내식성, 단조성 및 내응력부식균열성의 개선을 꾀할 수 있다. 제5발명합금에서는, 주석의 이러한 기능에 의해 내식성의 개선을 꾀하고, 피삭성의 개선은 주로 규소첨가효과에 의해 꾀하고 있다. 따라서, 규소 및 동의 함유량은 제1발명합금과 동일하게 되어 있다. 한편, 내식성, 단조성의 개선기능을 발휘시키기 위해서는, 주석의 첨가량을 적어도 0.3중량%로 할 필요가 있다. 그러나, 주석첨가에 의한 내식성, 단조성의 개선기능은, 3.5중량%를 넘게 첨가하더라도, 첨가량에 적당하는 만큼의 효과가 얻어지지 않고, 경제적으로도 쓸데 없다.

또한, 인은, 상기한 바와 같이 γ을 균일분산화시키는 동시에 메트릭스에 있어서의 α상의 결정립을 세분화시키는 것에 의해, 피삭성개선기능외에, 내식성(내탈아연부식성, 내침식성), 단조성 내응력부식균열성 및 기계적 강도를 향상시키는 기능을 발휘하는 것이다. 제5발명합금에서는, 인의 이러한 기능에 의해 내식성 등의 개선을 꾀하고, 피삭성의 개선은 주로 규소첨가효과에 의해 꾀하고 있다. 인첨가에 의한 내식성 등의 개선효과는, 미량의 인첨가에 의해 발휘되는 것이고, 0.02중량%이상의 첨가로 발휘된다. 그러나, 0.25중량%을 넘게 첨가하더라도, 첨가량에 적당한 효과가 얻어지지 않는 뿐만아니라, 열간단조성, 압출성이 도리어 저하한다.

또한, 안티몬 및 비소도, 인과 같이, 미량(0.02중량%이상)으로 내탈아연부식성 등을 향상시키는 것이다. 그러나, 0.15중량%을 넘게 첨가하더라도, 첨가량에 적당하는 효과가 얻어지지 않는 뿐만아니라, 인의 과잉첨가와 같이, 열간단조성, 압출성이 도리어 저하한다.

이들로 부터, 제5발명합금에서는, 제1발명합금에 있어서의 동량의 규소 및 납에 가하여, 내식성향상원소로서 주석, 인, 안티몬 및 비소의 적어도 하나를 상기한 범위내에서 첨가시키는 것에 의해, 피삭성뿐만아니라, 내식성 등도 향상시킬 수 있는 것이다. 또, 제5발명합금에 있어서는, 주석 및 인은, 주로, 안티몬 및 비소와 같은 내식성 개선원소로서 기능하기 때문에, 규소 및 미량의 납이외에 피삭성 개선원소를 첨가하지 않는 제1발명합금과 같이, 동 및 규소의 배합량은 각기, 69∼79중량% 및 2.0∼4.0중량%로 되어 있다.

또한, 제6발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성 및 내식성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79:중량%와, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 주석0.3∼3.5중량%, 인0.02∼0.25중량%, 안티몬0.02∼0.15중량% 및 비소 0.02∼0.15중량%부터 선택된 1종 이상의 원소와, 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제6발명합금」이라 한다)를 제안한다.

즉, 제6발명합금은, 제5발명합금에 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량% 중 어느 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것이고, 제2발명합금과 같이, 규소 및 납에 가하여 비스무스, 텔루르 및 셀렌 중 어느 하나를 첨가하는 것에 의해 쾌삭성을 개선하는 동시에, 제5발명합금과 같이, 주석, 인, 안티몬 및 비소중에서 선택한 적어도 하나를 첨가하는 것에 의해 내식성 등을 개선한 것이다. 따라서, 동, 규소, 납, 비스무스, 텔루르 및 셀렌의 첨가량에 관해서는 제2발명합금과 동일로 하고, 조카, 인, 안티몬 및 비소의 첨가량에 관해서는 제5발명합금과 동일로 했다.또한, 제7발명에 있어서는, 피삭성에 더하여 고력성, 내마모성에 뛰어난 동합금으로서, 동62∼78중량%와, 규소2.5∼4.5중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 주석0.3∼3.0중량%, 알루미늄0.2∼2.5중량% 및 인0.02∼0.25중량%에서 선택된 1종이상의 원소와, 망간0.7∼3.5중량% 및 니켈0.7∼3.5중량%로부터 선택된 1종이상의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제7발명합금」이라함)을 제안한다.

망간 또는 니켈은, 규소와 결합해서 Mn_xSi_γ또는 Ni_xSi_γ의 미세금속간 화합물을 형성하여, 메트릭스에 균일히 석출하여, 그것에 의하여 내마모성, 강도를 향상시킨다. 따라서, 망간 및 니켈의 한쪽 또는 양쪽을 첨가하는 것에 의해, 고력성, 내마모성이 개선된다. 이러한 효과는, 망간 및 니켈을 각기 0.7중량%이상 첨가하는 것에 발휘된다. 그러나, 3.5중량%를 넘게 첨가하더라도, 효과가 포화상태가 되어, 첨가량에 적당하는 효과가 얻어지지 않는다. 규소는, 망간 또는 니켈의 첨가에 따라, 이들과의 금속사이화합물형성에 요하는 소비량를 고려해서, 2.5∼4.5중량%를 첨가시키는 것으로 했다.

또한, 주석, 알루미늄 및 인의 첨가에 의해, 메트릭스의 α상이 강화되고, 피삭성도 개선된다. 주석 및 인은 α상, γ상의 분산에 의해 강도, 내마모성을 향상시켜, 피삭성도 향상시킨다. 주석은, 0.3중량%이상의 첨가에 의해 강도 및 피삭성을 향상시키지만, 3.0중량%를 넘게 첨가하면 연성이 저하한다. 따라서, 고력성, 내마모성의 개선을 꾀하는 제7발명합금에 있어서는, 쾌삭성개선효과도 고려하고, 주석의 첨가량을 0.3∼3.0중량%로 했다. 또한, 알루미늄은, 내마모성개선에 기여하고, 메트릭스의 강화기능은 0.2중량%이상의 첨가에 의해 발휘된다. 그러나, 2.5중량%를 넘게 첨가하면, 연성이 저하한다. 따라서, 피삭성개선효과도 고려하여, 알루미늄의 첨가량은 0.2∼2.5중량%로 했다. 또한, 인의 첨가에 의해, γ상의 분산화와 동시에 매트릭스에 있어서의 α상의 결정입자를 미세화하여, 열간가공성을 향상시키고, 강도, 내마모성도 향상시킨다. 더구나, 주조시의 주물성을 현저히 향상시키는 효과도 있다. 이러한 효과는, 인을 0.02∼0.25중량%의 범위로 첨가하는 것에 의해 발휘된다. 또, 동의 배합량에 관해서는, 규소첨가량과의 관계 및 망간, 니켈이 규소와 결합하는 관계로부터, 62∼78중량%으로 했다.

또한, 제8발명에 있어서는, 피삭성에 가하여 내고온산화성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%, 규소2.0∼4,0중량%, 납0.02∼0.4중량%, 알루미늄0.1∼1.5중량% 및 인0.02∼0.25중량%를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하「제8발명합금」이라함)을 제안한다.

알루미늄은, 강도, 쾌삭성, 내마모성을 개선시키는 것외에, 내고온산화성을 개선시키는 원소이다. 또, 규소도 상기한 바와 같이, 피삭성, 강도, 내마모성, 내응력부식균열성을 개선시키는 것외에, 내고온산화성을 개선하는 기능을 발휘한다. 알루미늄에 의한 내고온산화성의 개선은, 규소와 함께 첨가에 의해서, 0.1중량%이상의 첨가로 행하여진다. 그러나, 알루미늄을 1.5중량%를 넘게 첨가하더라도, 첨가량에 적당하는 내고온산화성개선효과는 볼 수 없다. 이러한 점에서, 알루미늄의 첨가량은 0.1∼1.5중량%으로 했다.

인은, 합금주조시에 있어서의 주물성을 향상시키기위해서 첨가된다. 또한, 인은, 이러한 주물성외에, 상기한 피삭성, 내탈아연부식성에 더해서, 내고온산화성도 개선한다. 이러한 인의 첨가효과는 0.02중량%이상으로 발휘된다. 그러나, 0.25중량%을 넘게 첨가하더라도, 첨가량에 적당하는 효과는 볼 수 있지 않고, 도리어 합금의 취성화를 초래하게 된다. 이러한 점에서, 인의 첨가량은, 0.02∼0.25중량%으로 했다.

또한, 규소는, 상기한 바와 같이 쾌삭성을 개선시키기 위해서 첨가되는 것이지만, 인과 같이 주물성을 향상시키는 기능도 갖는 것이다. 규소에 의한 주물성의 향상은 2.0중량%이상의 첨가에 의해 발휘되어, 피삭성을 향상시키는 것에 필요한 첨가범위와 중복한다. 따라서, 규소의 첨가량은, 피삭성의 개선을 고려하고, 2.0∼4.0중량%으로 했다.

또한, 제9발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성 및 내고온산화성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%와, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 알루미늄0.1∼1.5중량%와, 인0.02∼0.25중량%와, 비스무스0.02∼0.4중량%와, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%로부터 선택된 1종의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 동합금(이하 「제9발명합금」이라함)을 제안한다.

즉, 제9발명합금은, 제8발명합금에 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%의 어느 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것으로, 상기한 바와 같이 납같은 피삭성을 개선하는 원소인 비스무스 등을 첨가하는 것에 의해, 제8발명합금과 같은 내고온산화성을 확보하면서, 피삭성의 더한 개선을 꾀한 것이다.

또한, 제10발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성 및 내고온산화성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%과, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 알루미늄0.1∼1.5중량%와, 인0.02∼0.25중량%와, 크롬0.02∼0.4중량% 및 티타늄0.02∼0.4중량%로부터 선택된 1종이상의 원소를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하 「제10발명합금」이라함)을 제안한다.

크롬 및 티타늄은 내고온연화성을 향상시키는 기능을 갖는 것으로, 그 기능은, 특히, 알루미늄과의 함께첨가에 의한 상승효과에 의해서 현저히 발휘된다. 이러한 기능은, 이들을 단독첨가하는 것과 함께첨가하는 것에 관계되지 않고, 각기, 0.02중량%이상으로 발휘되고, 0.4중량%로 포화상태가 된다. 이러한 점에서, 제10발명합금에 있어서는, 제8발명합금에 크롬0.02∼0.4중량% 및 티타늄 0.02∼0.4중량%의 적어도 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것으로서, 제8발명합금의 내고온산화성을 더욱 향상시키도록 꾀하고 있다.

또한, 제11발명에 있어서는, 마찬가지로 피삭성 및 내고온연화성에 뛰어난 동합금으로서, 동69∼79중량%와, 규소2.0∼4.0중량%와, 납0.02∼0.4중량%와, 알루미늄0.1∼1.5중량%와, 인0.02∼0.25중량%와, 크롬0.02∼0.4중량% 및 티타늄0.02∼0.4중량%로부터 선택된 1종이상의 원소와, 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%로부터 선택된 1종의 원소를 함유하여, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금조성을 이루는 쾌삭성동합금(이하「제11발명합금」이라함)을 제안한다.

즉, 제11발명합금은, 제10발명합금에 비스무스0.02∼0.4중량%, 텔루르0.02∼0.4중량% 및 셀렌0.02∼0.4중량%의 어느 하나를 더 함유시킨 합금조성을 이루는 것으로, 상기한 바와 같이 규소와 다른 기능에 의해 피삭성을 개선하는 납과 동일한 비스무스등을 첨가하는 것에 의해, 제10발명합금과 같은 내고온산화성을 확보하면서, 피삭성의 더한 개선을 꾀한 것이다.

또한, 제12발명에 있어서는, 상기한 각 발명합금에 400∼600℃에서 30분∼5시간의 열처리를 실시해 둠으로써, 그 피삭성을 더욱 개선한 쾌삭성동합금(이하 「제12발명합금」이라함)을 제안한다.

제1∼제11발명합금은 규소 등의 피삭성개선원소를 첨가한 것으로, 이러한 원소의 첨가에 의해 뛰어난 피삭성을 갖는 것이지만, 이러한 첨가원소의 기능에 의한 피삭성은 열처리에 의해서 더욱 향상하는 경우가 있다. 예컨대, 제1∼제11발명합금에 있어서의 동농도가 높은 것으로서, γ상이 적고 또한 κ상이 많은 것에 대해서는, 열처리에 의해 κ상이 γ으로 변화해서, γ상이 미세히 분산석출하는 것에 의해, 피삭성이 더욱 개선된다. 또한, 실제로의 주조물, 전신재, 열간단조품의 제조를 상정한 경우, 주조조건이나 열간가공(열간압출, 열간단조 등의 )후의 생산성, 작업환경 등의 조건에 의해서, 그들의 재료가 강제공냉, 수냉되는 경우가 있다. 이러한 경우, 제1∼제11발명합금에 있어서, 특히, 동농도가 낮은 것으로서는, γ상이 약간 적고 또한 β상을 포함하고 있지만, 열처리를 실시하면, 이것에 의해 β상이 γ상으로 변화되는 동시에 γ상이 미세하게 분산석출하는 되고, 피삭성이 개선된다. 그러나, 어느 경우에 있어서도, 열처리온도가 400℃미만이면, 상기한 상변화속도가 시간이 늦어지고, 열처리에 지극히 장시간을 요하기 때문에, 경제적으로도 실용할 수 없다. 반대로, 600℃를 넘으면, 도리어 κ상이 증대하여 혹은 β상이 출현하기 때문에, 피삭성의 개선효과가 얻어지지 않는다. 따라서, 실용성을 고려한 경우, 피삭성개선을 위해서는, 400∼600℃의 조건으로 30분∼5시간의 열처리를 하는 것이 바람직하다.

실시예로서, 표 1∼표 15에 나타낸 조성의 주괴(외경100mm, 길이150mm의 원주형상의 것)을 열간(750℃)에서 외경15mm의 둥근막대향상으로 압출가공해서, 제1발명합금No.1001∼No.1007, 제2발명합금No.2001∼No.2006, 제3발명합금 No.3001∼No.3010, 제4발명합금 No.4001∼No.4021, 제5발명합금 No.5001∼No.5020, 제6발명합금No.6001∼No.6045, 제7발명합금No.7001∼No.7029, 제8발명합금No.8001∼No.8008, 제9발명합금No.9001∼No.9006, 제10발명합금No.10001∼No.10008 및 제11발명합금No.11001∼No.11011를 얻었다. 또한, 표 16에 가리키는 조성의 주괴(외경100mm, 길이150mm의 원주형상의 것)을 열간(750℃)으로 외경15mm의 둥근막대형상으로 압출가공한 후에, 그 압출재를 표16에 나타낸 조건으로 열처리하고, 제12발명합금No.12001∼No.12004를 얻었다. 즉, No.12001는 제1발명합금No.1006과 동일조성을 이루는 압출재를 580℃, 30분의 조건으로 열처리한 것이고, No.12002는 No.1006와 동일조성을 이루는 압출재를 450℃, 2시간의 조건으로 열처리한 것이고, No.12003은 제1발명합금 No.1007과 동일조성을 이루는 압출재를 No.12001과 동일조건(580℃, 30분)으로 열처리한 것이고, No.12004는 No.1007과 동일조성을 이루는 압출재를 No.12002와 동일조건(450℃, 2시간)으로 열처리한 것이다.

또한, 비교예로서, 표 17에 가리키는 조성의 주괴(외경100mm, 길이150mm의 원주형상의 것)을 열간(750℃)에서 압출가공해서, 외경15mm의 둥근막대형상 압출재(이하「종래합금」이라 함) No.13001∼No.13006을 얻었다. 또, No.13001는「JIS C3604」에 상당하는 것이고, No.13002는「CDAC36000」에 상당하는 것이고, No.13003는「JISC3771」에 상당하는 것이고, ·No.13004는 「CDA C69800」에 상당하는 것이다. 또한, No.13005는 「JIS C6191」에 상당하는 것여, JIS에 규정되는 신동품의 중에서 강도, 내마모성에 가장 뛰어나는 알루미늄청동이다. 또한, No.13006는 「JIS C4622」에 상당하는 것이고, JIS에 규정되는 신동품의 중에서 내식성에 가장 뛰어 나는 네이벌황동이다.

그리고, 제1∼제12발명합금의 피삭성을 종래 합금과의 비교에 있어서 확인하도록, 다음과 같은 절삭시험을 하여, 절삭주분력, 절삭칩 상태 및 절삭표면형태를 판정했다.

즉, 상기과 같이 하여 얻어진 각 압출재의 외주면을, 진검 바이트(레이크각-8。)을 부착한 선반에 의해 절삭속도: 50 m/분, 절삭깊이(절삭값):1.5mm, 송출량0.11mm/rev.의 조건으로 절삭하고, 바이트에 부착한 3분력동력계로부터의 신호를 중량변형측정기에 의해 전압신호로 변환하여 레코더로 기록하여, 이것을 절삭 저항에 환산했다. 그런데, 절삭저항의 대소는 3분력 즉 주분력, 송출분력 및 배(背)분력에 의해서 판단되지만, 여기서는, 3분력 중 가장 큰 값을 가리키는 주분력(N)으로 절삭저항의 대소를 판단하는 것으로 했다. 그 결과는, 표18∼표33에 나타내는 바와 같다.

또한, 절삭에 의해 생성한 절삭칩의 상태를 관찰하여, 그 형상에 의해서 도 1(A)∼(D)에 나타내는 바와 같이 4개로 분류하여, 표1∼표15에 나타냈다. 그런데, 절삭칩이 (D)도에 나타낸 바와 같이, 3권이상의 나선형상을 하고 있는 경우에는, 절삭칩의 처리(절삭칩의 회수나 재활용 등)이 곤란한 데다가, 절삭칩이 바이트에 얽히거나, 절삭표면을 손상시키는 등의 문제점이 발생하고, 양호한 절삭가공을 할 수 없다. 또한, 절삭칩이, (C)도에 나타낸 바와 같이, 반권취정도의 원호형상으로부터 2권취정도의 나선형상을 하고 있는 경우에는, 3권취이상의 나선형상을 이루는 경우와 같은 큰 문제점은 생기지 않지만, 역시 절삭칩의 처리가 용이하지 않고, 연속절삭가공을 행하는 경우 등에 있어서는 바이트로의 얽혀붙임이나 절삭표면의 손상 등을 발생할 우려가 있다. 그러나, 절삭칩이 (A)의 같은 미세한 바늘형상편이나 (B)와 같은 부채형상편 또는 원호형상편으로 전단되는 경우에는, 상기와 같은 트러블이 발생하는 일이 없고, (C)도나 (D)도에 나타낸 것과 같이 부피가 큰 것으로부터, 절삭칩의 처리도 용이하다. 단, 절삭칩이 (A)도와 같은 미세형상으로 전단되는 경우에는, 선반 등의 공작기계의 슬라이딩면으로 들어가서 기계적장해를 발생하거나, 작업자의 손가락, 눈에 찔리는 등의 위험을 초래하는 일이 있다. 따라서, 피삭성을 판단하는 데에 있어서는, (B)도에 나타낸 것이 가장 좋고, (A)도에 나타낸 것이 이것에 계속해서, (C)도나 (D)도에 나타낸 것은 부적당으로 하는 것이 상당하다. 표18∼표33에 있어서는, (B)에 나타낸 최선의 절삭칩상태가 관찰된 것을 「◎」이고, (A)도에 나타낸 약간 양호한 절삭칩상태가 관찰된 것을 「O 」로, (C)도에 가리키는 불량인 절삭칩이 관찰된 것을 「△」로, (D)에 가리키는 최악의 절삭칩상태가 관찰된 것을 「X」로 나타냈다.

또한, 절삭후에 있어서, 절삭표면의 좋고나쁨을 표면거칠이에 의해 판정했다. 그 결과는, 표18∼표33에 나타낸 바와 같았다. 그런데, 표면거칠기의 기준으로서는 최대높이(Rmax)가 사용되는 것이 많고, 황동제품의 용도에도 의하지만, 일반적으로, Rmax<10㎛이면 지극히 피삭성이 우수하다라고 판단할 수가 있고, 10㎛≤Rmax<15㎛이면 공업적으로 만족할 수 있는 피삭성을 얻을 수 있는 것이라고 판단할 수 있고, Rmax≥15㎛의 경우에는 피삭성이 떨어지는 것이라고 판단할 수 있다. 표18∼표33에 있어서는, Rmax<10㎛의 경우를 「O 」로, 10㎛≤Rmax<15㎛의 경우를 「△」로, Rmax≥15㎛의 경우를 「X」로 나타냈다.

표18∼표33에 나타낸 절삭시험의 결과로부터 분명하듯이, 제1발명합금 No.1001∼No.1007, 제2발명합금No.2001∼No.2006, 제3발명합금 No.3001∼No.3010, 제4발명합금 No.4001∼No.4021,제5발명합금 No.5001∼No.5020, 제6발명합금 No.6001∼N9·6045, 제7발명합금 No.7001∼No.7029, 제8발명합금 No.8001∼No.8008, 제9발명합금No.9001∼No.9006, 제10발명합금 No.10001∼No.10008, 제11발명합금No.11001∼No.11011 및 제12발명합금 No.12001∼No.12004는, 그 어느것에 있어서도, 납을 대량으로 함유하는 종래 합금 No.13001∼No.13003와 동등의 피삭성을 갖는 것이다. 특히, 절삭칩의 생성상태에 한해서는, 납함유량이 0.1중량%이하인 종래합금 No.13004∼No.13006에 비해서는 물론, 납을 대량으로 함유하는 종래 합금 No.13001∼No.13003에 비하더라도, 양호한 피삭성을 갖는다. 또한, 제1발명합금 No.1006 및 No.1007에 비하여, 이것을 열처리한 제12발명합금 No.12001∼No.12004는 동등이상의 피삭성을 갖고 있고, 합금조성등의 조건에 따라서는, 열처리에 의해 제1∼제11발명합금의 피삭성을 더욱 향상시켜 얻는 것이 이해된다.

다음에, 제1∼제12발명합금의 열간가공성 및 기계적성질을, 종래 합금과의 비교에 있어서 확인하도록, 다음과 같은 열간압축시험 및 인장시험을 행했다.

즉, 상기과 같이 하여 얻어진 각 압출재로부터 동일형상(외경15mm, 길이25mm)의 제1 및 제2시험편을 잘라냈다. 그리고, 열간압축시험에 있어서는, 각 제1시험편을 700℃로 가열하여 30분 유지한 뒤에, 축선방향으로 70%의 압축율로 압축(제1시험편의 높이(길이)가 25mm에서 7.5mm이 될 때까지 압축)하여, 압축후의 표면형태(700℃변형능)를 눈으로 보고 판정했다. 그 결과는, 표18∼표33에 나타낸 바와 같다. 변형능의 판정은 시험편측면에 있어서의 균열의 상태로부터 눈으로 봐서 행하고, 표18∼표33에 있어서는, 균열이 전혀 생기지 않은 것을 「O 」로, 작은 균열이 생긴 것을 「△」로, 큰 균열이 생긴 것을 「X」로 나타냈다. 또한, 각 제2시험편을 사용하여, 상법에 의한 인장시험을 행하고, 인장강도(N/mm²)및 신장(5)을 측정했다.

표18∼표33에 나타낸 열간압축시험 및 인장시험의 결과로부터, 제1∼제12발명합금은, 종래 합금 No.13001∼No.13004 및 No.13006와 동등 또는 그이상의 열간가공성 및 기계적 성질을 갖는 것으로, 공업적으로 적합하게 사용할 수 있는 것이 확인되었다. 특히, 제7발명합금에 관해서는, JIS에 규정되는 신동품중에서 강도에 가장 우수한 알루미늄청동인 종래 합금 No.13005과 동등의 기계적 성질을 갖는 것으로, 고력성이 우수한 것이 이해된다.

또한, 제1∼제6발명합금 및 제8∼제12발명합금의 내식성 및 내응력부식균열성을 종래 합금과의 비교에 있어서 확인하도록, 「ISO 6509」로 정하는 방법에 의한 탈아연부식시험 및 「JIS H3250」으로 규정되는 응력부식균열시험을 행했다.

즉, 「ISO 06509」의 탈아연부식시험에 있어서는, 각 압출재로부터 채취한 시료를, 폭로시료표면이 상기 압출재의 압출방향에 대하여 직각이 되도록 하여 페놀수지재에 매립하고, 시료표면을 에머리지에 의해 1200번까지 연마한 후, 이것을 순수속에서 초음파세정하여 건조했다. 이리 하여 얻어진 피부식시험시료를 1.0%의 염화제2동2수화염(CuCl₂·2H₂0)의 수용액(12.7 g/l)중에 침지하고, 75℃의 온도조건하에서 24시간 유지한 후, 수용액속에서 꺼내어, 그 탈아연부식깊이의 최대치(최대 탈아연부식깊이)를 측정했다. 그 결과는, 표18∼표25 및 표28∼표33에 나타낸 바와 같다.

표18∼표25 및 표28∼표33에 나타낸 탈아연부식시험의 결과로부터 이해되듯이, 제1∼제4발명합금 및 제8∼제12발명합금은, 대량의 납을 함유하는 종래 합금 No.13001∼No.13003에 비하여 뛰어난 내식성을 갖고, 특히, 쾌피성과 같이 내식성의 향상을 꾀한 5및 제6발명합금에 관해서는, JIS에 규정되는 신동품중에서 내부식성이 가장 우수한 네이벌황동인 종래 합금 No.13006에 비해서도 지극히 뛰어난 내식성을 갖는 것이 확인되었다.

또한, 「JIS H3250」의 응력부식균열시험에 있어서는, 각 압출재로부터 길이150mm의 시료를 잘라내고, 각 시료를, 그 중앙부를 반경40mm의 원호상 치구에 댄 상태로, 그 일단부가 타단부에 대하여 45°로 되도록 절곡시켜, 시험편으로 했다. 이렇게 하여 인장잔류응력을 부가된 각 시험편을 탈지, 건조처리한 후에, 12.5%의 암모니아수(암모니아를 등량의 순수물로 희석한 것)을 넣은 데시케이터안의 암모니아분위기(25℃)속에 유지시켰다. 즉, 각 시험편을 데시케이터안에 있어서의 암모니아수면에서 약 80mm윗쪽의 위치에 유지한다. 그리고, 시험편의 암모니아분위기속에 있어서의 유지시간이, 2시간, 8시간, 24시간을 경과한 시점에서, 시험편을 데시케이터로부터 꺼내고, 10%의 황산으로 세정한 후에, 해당 시험편의 균열의 유무를 확대경(배율: 10배)으로 시인했다. 그 결과는, 표18, 표25 및 표28∼표33에 나타낸 바와 같다. 이들 표에 있어서는, 암모니아분위기속에서의 유지시간이 2시간인 경우에 명료한 균열이 인지된 것에 대해서는 「XX」이고, 2시간경과시에 있어서는 균열이 인지되지 않았지만, 8시간경과시에 있어서는 명료한 균열이 인지된 것에 대해서는 「X」로, 8시간경과시에 있어서는 균열성이 인지되지 않았지만, 24시간경과시에 있어서는 명료한 균열이 인지된 것에 대해서는 「△」로, 24시간경과시에 있어서도 균열이 전혀 인지되지 않은 것에 관해서는 「O 」로 나타냈다.

표18∼표25 및 표28∼표33에 나타낸 응력부식균열시험의 결과로부터 이해되듯이, 피삭성과 함께 내식성의 향상을 꾀한 제5및 제6발명합금에 관해서는 물론, 내식성에 관해서는 각별한 배려를 하지 않고 있는 제1∼제4발명합금 및 제8∼제12발명합금에 관해서도, 아연을 포함하지 않는 알루미늄청동인 종래 합금 No.13005와 동등의 내응력부식균열성을 갖고, JIS에 규정되는 신동품중에서 내식성이 가장 뛰어난 네이벌황동인 종래 합금 No.13006보다 뛰어난 내응력부식균열성을 갖는 것이 확인되었다.

또한, 제8∼제11발명합금의 내고온연화성을, 종래 합금과의 비교에 있어서 확인하도록, 다음과 같은 산화시험을 행했다.

즉, 각 압출재No.8001∼No.8008, No.9001∼No.9006, No.10001∼No.10008, No.11001∼No.11011 및 No.13001∼13006로부터, 외경이 14mm이 되도록 표면연삭되고 또한 길이 30mm로 절단된 둥근막대형상의 시험편을 얻고, 각 시험편의 중량(이하 「산화전 중량」이라함)을 측정했다. 그런후, 각 시험편을, 자성도가니에 수납한 상태로, 500℃에 유지된 전기로내에 방치했다. 그리고, 방치시간이 100시간을 경과한 시점에서, 전기로에서 꺼내고, 각 시험편의 중량(이하 「산화후 중량」이라함)을 측정한 후, 산화전 중량과 산화후 중량으로부터 산화증가량을 산출했다. 여기에, 산화증가량이란, 시험편의 표면적10㎠당의 산화에 의한 증가중량(mg)의 정도를 나타낸 것으로 「산화증가량(mg/10㎠)=(산화후중량(mg)-산화전중량(mg))×(10㎠/시험편의 표면적(㎠)」의 식으로부터 산출된 것이다. 즉, 각 시험편의 산화후 중량은 산화전중량보다 증가하고 있지만, 이것은 고온산화에 의한 것이다. 즉, 고온에 노출되면, 산소와 동, 아연, 규소가 결합하여 Cu₂0, Zn0, Si0₂로 되어, 그 산소증가분에 의해 중량이 증가하는 것이다. 따라서, 이 증가중량의 정도(산화증가량)가 작을 수록, 내고온산화성이 우수하다라고 할 수 있고, 표28∼표31 및 표33에 나타낸 결과로 되었다.

표23∼표31 및 표33에 나타낸 산화시험의 결과로부터 분명하듯이, 제8∼제11발명합금의 산화증가량은 JIS에 규정되는 신동품중에서도 고도의 내고온산화성을 갖는 알루미늄청동인 종래 합금 No.13005와 동등하며, 다른 종래 합금보다는 매우 작게 되어 있다. 따라서, 제8∼제11발명합금이, 피삭성에 더해서 내고온산화성에도 지극히 우수한 것이 확인되었다.

또한, 제2의 실시예로서, 표9∼표11에 나타낸 조성의 주괴(외경100mm, 길이200mm의 원주형상의 것)을 열간(700℃)로 외경35mm의 둥근막대형상으로 압출가공해서 제7발명합금 No.7001a∼No.7029a를 얻었다. 또한, 제2의 비교예로서, 표17에 나타낸 조성의 주괴(외경100mm, 길이200mm의 원주형상의 것)을 열간(700℃)에서 압출가공해서, 외경35mm의 둥근 압출재(이하 「종래 합금」이라함) No.13001a∼No.13006a를 얻었다. 또, No.7001a∼No.7029a 및 No.13001a∼No.13006a는, 각기, 상기 동합금 No.7001∼No.7029 및 No.13001∼No.13006와 동일의 합금조성을 이루는 것이다.

그리고, 제7발명합금 No.7001a∼No.7029a의 내마모성을, 종래 합금 No.13001a∼No.13006a와의 비교에 있어서 확인하도록, 다음과 같은 마모시험을 행했다.

즉, 상기과 같이 하여 얻어진 각 압출재로부터, 그 외주면을 절삭한 후에, 구멍뚫기가공 및 절단가공을 실시함으로써, 외경32mm, 두께(축선방향길이)10mm의 링형상 시험편을 얻은 후, 각 시험편을 회전가능한 축에 끼워 고정해서, 이것과 축선을 평행으로 하는 외경48mm의 SUS304제 롤러에 50kg의 하중을 걸어 압압접촉시킨 상태에 유지시킨다. 그런 후, SUS304제 롤러 및 어것에 회전접촉하는 시험편을, 해당 시험편의 외주면에 멀티오일을 적하하면서, 동일회전수(209r.p.m.)로 회전구동 시킨다. 그리고, 해당 시험편의 회전수가 10만회에 도달한 시점에서, SUS304제 롤러 및 시험편의 회전을 정지하여, 각 시험편의 회전전후에 있어서의 중량차이 즉 마모감량(mg)을 측정했다. 이러한 마모감소량이 적을 수록, 내마모성에 뛰어난 동합금이라 할 수 있지만, 그 결과는, 표34∼표36에 나타낸 바와 같다.

표34∼표36에 나타낸 마모시험의 결과로부터 분명하듯이, 제7발명합금 No.7001a∼No.7029a는, 종래 합금 No.13001∼No.13004 및 No.13006에 비해서는 물론, JIS에 규정되는 신동품중에서 내마모성이 가장 뛰어난 알루미늄청동인 종래 합금 No.13005에 비해서도, 내마모성이 우수한 것이 확인되었다. 따라서, 상기한 인장시험의 결과를 고려하여 종합적으로 판단한 경우, 제7발명합금은, 피삭성에 더해서, JIS에 규정되는 신동품중에서 내마모성이 가장 뛰어난 알루미늄청동과 동등이상의 고력성, 내마모성을 갖는 것이라고 할 수 있다.

Claims

동 69∼79중량%와 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%를 함유하고 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%를 함유하고, 또한 비스무스 0.02∼0.4중량%, 텔루르 0.02∼0.4중량% 및 셀렌 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하며, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 70∼80중량%와, 규소 1.8∼3.5중량%와 납 0.02∼0.4중량%를 함유하고, 또한 주석 0.3∼3.5중량%, 알루미늄 1.0∼3.5중량% 및 인 0.02∼0.25중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하며, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 70∼80중량%와, 규소 1.8∼3.5중량%와 납 0.02∼0.4중량%을 함유하고, 또한 주석 0.3∼3.5중량%, 알루미늄 1.0∼3.5중량% 및 인 0.02∼0.25중량%에서 선택된 1종의 원소와 비스무스 0.02∼0.4중량%, 텔루르 0.02∼0.4중량% 및 셀렌 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종 이상의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%를 함유하고, 또한 주석 0.3∼3.5중량%, 인 0.02∼0.25중량%, 안티몬 0.02∼0.15중량% 및 비소 0.02∼0.15중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%을 함유하고, 또한 주석 0.3∼3.5중량%, 인 0.02∼0.25중량%, 안티몬 0.02∼0.15중량% 및 비소 0.02∼0.15중량%에서 선택된 1종의 원소와 비스무스 0.02∼0.4중량%, 텔루르 0.02∼0.4중량% 및 셀렌 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 62∼78중량%와, 규소 2.5∼4.5중량%와 납 0.02∼0.4중량%을 함유하고, 또한 주석 0.3∼3.0중량%, 알루미늄 0.2∼2.5중량% 및 인 0.02∼0.25중량%에서 선택된 1종 이상의 원소와, 망간 0.7∼3.5중량% 및 니켈 0.7∼3.5중량%에서 선택된 1종 이상의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%와, 알루미늄 0.1∼1.5중량% 및 인 0.02∼0.25중량%를 함유하고, 또한 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%와, 알루미늄 0.1∼1.5중량%와, 인 0.02∼0.25중량%를 함유하고, 또한 비스무스 0.02∼0.4중량%, 텔루르 0.02∼0.4중량% 및 셀렌 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%와, 알루미늄 0.1∼1.5중량%와, 인 0.02∼0.25중량%를 함유하고, 또한 크롬 0.02∼0.4중량% 및 티타늄 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
동 69∼79중량%와, 규소 2.0∼4.0중량%와 납 0.02∼0.4중량%와, 알루미늄 0.1∼1.5중량%와, 인 0.02∼0.25중량%를 함유하고, 또한 크롬 0.02∼0.4중량% 및 티타늄 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종 이상의 원소와, 비스무스 0.02∼0.4중량%, 텔루르 0.02∼0.4중량% 및 셀렌 0.02∼0.4중량%에서 선택된 1종의 원소를 함유하고, 나머지 부분이 아연으로 이루어지는 합금 조성을 이루고, γ상 및 κ상 중 하나 이상을 포함하는 금속조직을 이루는 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.
제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 400∼600℃에서 30분∼5시간 열처리하여 γ상을 미세하게 분석석출시킨 것을 특징으로 하는 쾌삭성 동합금.