KR100864909B1 - A free-cutting copper alloy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 칼슘이 함유된 쾌삭성 구리합금에 관한 것이다.The present invention relates to a free cutting copper alloy containing calcium.
본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금은, 구리(Cu)와 아연(Zn)과 칼슘(Ca)을 포함하여 구성되며, 상기 구리(Cu)는 59 내지 79 wt%, 칼슘(Ca)은 0.1 내지 1.5 wt%, 잔부(殘部)가 아연(Zn)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 구성되는 쾌삭성 구리합금에 따르면, 칼슘(Ca)과 구리(Cu)가 결합한 금속간화합물이 재료내에 존재하여 공업적인 절삭 가공성이 향상되는 이점이 있다.The free cutting copper alloy according to the present invention comprises copper (Cu), zinc (Zn) and calcium (Ca), wherein the copper (Cu) is 59 to 79 wt%, the calcium (Ca) is 0.1 to 1.5 wt% and remainder are made of zinc (Zn). According to the free machinability copper alloy comprised in this way, there exists an advantage that the intermetallic compound which combined calcium (Ca) and copper (Cu) exists in a material, and industrial cutting workability improves.
칼슘, 함유, 쾌삭성, 고절삭, 구리합금, 황동 Calcium, Containing, Free Cutting, High Cutting, Copper Alloy, Brass
Description
도 1 은 구리합금에 대한 절삭 가공성의 높고 낮음에 따라 절삭된 칩의 형태 변화를 보인 실물 사진.1 is a real photograph showing the change in shape of the chip cut with high and low machinability for copper alloy.
도 2 는 일반적으로 널리 사용되는 납이 함유된 구리합금을 드릴가공시에 형성된 칩의 형상을 보인 사진.Figure 2 is a photograph showing the shape of the chip formed when drilling a lead-containing copper alloy generally used widely.
도 3a 는 본 발명의 절삭 가공성 실험을 위해 만들어진 구리(Cu)-아연(Zn)-칼슘(Ca) 주조 블럭의 외형을 보인 사진Figure 3a is a photograph showing the appearance of the copper (Cu) -zinc (Zn) -calcium (Ca) casting block made for the machinability test of the present invention
도 3b 는 도 3a의 주조블럭으로부터 칩을 형성하기 위해 적용된 드릴공구를 보인 사진.3B is a photograph showing a drill tool applied to form chips from the casting block of FIG. 3A.
도 4 는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 실시예에서 구리, 아연 및 칼슘의 중량비를 나타낸 표.Figure 4 is a table showing the weight ratio of copper, zinc and calcium in the example of the free-cutting copper alloy according to the present invention.
도 5a 는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 제1실시예를 통해 제조된 알파(α)와 베타(β)상을 동시에 가지는 주조블럭의 외면을 확대하고 Cu5Ca상의 분포를 보여주는 주사 전자현미경 사진.Figure 5a is a scanning electron microscope showing the distribution of the Cu 5 Ca phase and enlarged the outer surface of the cast block having the alpha (α) and beta (β) phase prepared by the first embodiment of the free-cutting copper alloy according to the present invention Picture.
도 5b 는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 제2실시예를 통해 제조된 알파(α)와 베타(β)상을 동시에 가지는 주조블럭의 외면을 확대하고 Cu5Ca상의 분포를 보여주는 주사 전자현미경 사진.Figure 5b is a scanning electron microscope showing the distribution of the Cu 5 Ca phase and enlarged the outer surface of the cast block having the alpha (α) and beta (β) phase prepared by the second embodiment of the free-cutting copper alloy according to the present invention Picture.
도 5c 는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 제3실시예를 통해 제조된 알파(α)와 베타(β)상을 동시에 가지는 주조블럭의 외면을 확대하고 Cu5Ca상의 분포를 보여주는 주사 전자현미경 사진.Figure 5c is a scanning electron microscope showing the distribution of the Cu 5 Ca phase and enlarged the outer surface of the cast block having the alpha (α) and beta (β) phase prepared by the third embodiment of the free-cutting copper alloy according to the present invention Picture.
도 6은 구리(Cu)와 아연(Zn)의 이원계상태도와 구리(Cu)와 칼슘(Ca)의 이원계 상태도를 나타낸 그림.6 is a diagram showing a binary state diagram of copper (Cu) and zinc (Zn) and a binary state diagram of copper (Cu) and calcium (Ca).
도 7a 는 도 5a에 도시된 주조블럭을 드릴가공시 형성된 칩의 상태를 보인 확대 사진.Figure 7a is an enlarged photograph showing the state of the chip formed when drilling the casting block shown in Figure 5a.
도 7b 는 도 5b에 도시된 주조블럭을 드릴가공시 형성된 칩의 상태를 보인 확대 사진.Figure 7b is an enlarged photograph showing the state of the chip formed when drilling the casting block shown in Figure 5b.
도 7c 는 도 5c에 도시된 주조블럭을 드릴가공시 형성된 칩의 상태를 보인 확대 사진.Figure 7c is an enlarged photograph showing the state of the chip formed when drilling the casting block shown in Figure 5c.
도 8 은 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3에 의해 제조된 주조블럭을 드릴가공시 발생되는 토크와 순수 구리블럭에 발생되는 토크를 비교한 표.8 is a table comparing the torque generated in the drill block and the torque generated in the pure copper block produced by the casting block produced in Examples 1 to 3 of the present invention.
도 9 은 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금에서 구리의 중량비를 고정시킨 후 아연 및 칼슘의 중량비를 변화시켜 실시한 실시예의 중량비를 나타낸 표.9 is a table showing the weight ratio of the embodiment performed by changing the weight ratio of zinc and calcium after fixing the weight ratio of copper in the free-cut copper alloy according to the present invention.
도 10a 내지 도 10d 는 도 9에 표시된 실시예의 조건으로 만들어진 매트릭스가 알파(α)상을 가지는 쾌삭성 구리합금의 표면을 보인 주사 전자현미경 사진.10A to 10D are scanning electron micrographs showing the surface of a free machinable copper alloy in which the matrix made under the conditions of the embodiment shown in FIG. 9 has an alpha (α) phase.
도 11 은 본 발명의 실시예 4 내지 실시예 6에 의해 제조된 주조블럭을 드릴 가공시 발생되는 토크와 순수 구리블럭에 발생되는 토크를 비교한 표.Figure 11 is a table comparing the torque generated in the pure copper block and the torque generated when drilling the casting block produced in Example 4 to Example 6 of the present invention.
본 발명은 구리합금에 관한 것으로, 보다 상세하게는 칼슘(Ca)이 함유되어 기계 가공성이 향상되도록 한 쾌삭성 구리합금에 관한 것이다.The present invention relates to a copper alloy, and more particularly to a free-cutting copper alloy containing calcium (Ca) to improve the machinability.
구리(Cu)는 비철금속 재료의 하나로 사용목적에 따라 다양한 첨가물이 첨가되어 다양한 분야에서 사용되어지고 있다. 즉, 구리를 포함하는 합금의 경도와 강도를 증가시키고 내마모성을 개선하기 위해 1%미만의 인(P)을 첨가하여 만든 인청동은 고탄성을 이용하는 판, 선 등의 가공재로 사용되며 펌프부품, 기어, 선박용부품, 화학기계용 부품 등의 주물로 사용된다.Copper (Cu) is one of the nonferrous metal materials, and various additives are added according to the purpose of use, and are used in various fields. That is, phosphor bronze made by adding phosphorus (P) of less than 1% to increase the hardness and strength of the alloy containing copper and improve the wear resistance is used as a processing material for plates, wires, etc., which use high elasticity. It is used as casting for ship parts and chemical machine parts.
그리고, 구리에 알루미늄(Al)이 소량 첨가된 알루미늄 청동은 용해 주조 기술이나 서냉 취성(self snnealing)등의 문제 때문에 최근까지 별로 보급되지 않다가 최근 금속조직학적 요구와 용해주조기술의 진보에 따라 그 용도가 점차 확대되고 있다.In addition, aluminum bronze with a small amount of aluminum (Al) added to copper has not been widely used until recently due to problems such as melt casting technology and self-sneaking, but according to recent metallographic requirements and advances in melt casting technology. Use is gradually expanding.
또한, 일명 망간(Mn)청동이라 불리는 고력황동은 황동에 1~3%의 망간을 합금한 것이며, 이외에도 구리(Cu)에 알루미늄(Al), 철(Fe), 니켈(Ni), 주석(Sn) 등의 원소를 첨가함으로써 요구되는 강도와 내식성 및 내해수성을 최적화할 수 있게 된다.Also known as manganese (Mn) bronze, high-strength brass is an alloy of 1 to 3% of manganese in brass, and in addition to copper (Cu), aluminum (Al), iron (Fe), nickel (Ni), and tin (Sn). By adding elements such as), it is possible to optimize the required strength, corrosion resistance and seawater resistance.
근래에는 이러한 구리의 사용 용도가 확대됨에 따라 구리합금의 가공성을 높 이기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 즉, 구리는 연신율이 높아 공구로 절삭 가공시에 공구에 들러붙어 가공이 어려우므로 가공성이 떨어지게 되는데 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.In recent years, as the use of copper is expanded, researches to improve the processability of copper alloys have been actively conducted. In other words, copper has a high elongation, so it is difficult to process because it sticks to the tool at the time of cutting with a tool.
예를 들어, 구리합금의 가공성을 높이기 위한 연구가 활발히 이루어지던 초기에는 구리에 2.5 ~ 3.7 중량%의 납(Pb)을 첨가하여 납황동을 만들어 사용하여 왔다. 그러나 납(Pb)은 인체에 대한 유해성이 발견되어 납의 사용에 강력한 규제가 따르게 되었으며 이에 따라 납의 대체 첨가물에 대한 연구가 진행된다.For example, in the early days of active research to improve the workability of copper alloys, 2.5 to 3.7 wt% of lead (Pb) was added to copper to make lead brass. However, lead (Pb) has been found to be harmful to the human body, which leads to strong restrictions on the use of lead, and thus research on alternative additives of lead is conducted.
이런 결과로, 구리에 납 대신 비스무스(Bi)를 첨가한 고절삭 무연황동이 개발되었다. 그러나, 비스무스는 인체에 대한 유해 여부가 명확히 규명되지 않아 사용이 꺼려지고 있는 실정이다.As a result, high-cut lead-free brass was developed in which bismuth (Bi) was added to copper. However, bismuth has been reluctant to use because it is not clearly identified as harmful to the human body.
납(Pb)과 비스무스(Bi)는 동합금 기지내에 고용되지 않고 입자상태로 되어 분산됨으로써 피삭성을 개선시키는 것이다.Lead (Pb) and bismuth (Bi) are not dissolved in the copper alloy matrix and are dispersed in the form of particles to improve machinability.
또한, 결정적으로 납(Pb)과 비스무스(Bi)는 일반적인 제련 및 정련으로는 구리합금으로부터 회수가 불가능하며, 물리적인 방법으로 회수시에는 고 에너지가 사용되므로 납과 비스무스의 재활용을 위해 투자되는 비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.In addition, Pb and Bismuth are not recoverable from copper alloy by general smelting and refining, and high energy is used for recovery by physical method. There is a problem that is increased.
뿐만 아니라, 납과 비스무스의 회수율이 낮아짐에 따라 결국 구리의 회수율 역시 낮아지게 되며, 구리의 전량을 수입에 의존하고 있는 실정이므로 구리의 재자원화 차원에서 볼 때 바람직하지 못하다.In addition, as the recovery of lead and bismuth is lowered, the recovery of copper is also lowered, and since the entire amount of copper is dependent on imports, it is not preferable in view of recycling of copper.
본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 보다 상세하게는 구리에 소정의 칼슘(Ca)을 함유시켜 동합금내에 피삭성을 향상시킬 수 있는 구리(Cu)와 칼슘(Ca)이 결합한 금속간화합물을 출현시킴으로써, 피삭성이 향상되도록 한 쾌삭성 구리합금을 제공하는 것에 있다.An object of the present invention is to solve the above problems, more specifically, copper (Cu) and calcium (Ca) combined with copper (Cu) which can improve the machinability in the copper alloy by containing a predetermined calcium (Ca) in the copper By providing an intermetallic compound, it is providing the high machinability copper alloy which improved machinability.
본 발명의 다른 목적은, 구리(Cu)에 소정의 칼슘(Ca)을 함유시켜 구리(Cu)의 회수율을 높임으로써 재자원화가 가능하도록 하는 쾌삭성 구리합금을 제공하는 것에 있다. Another object of the present invention is to provide a free-cutting copper alloy in which a predetermined amount of calcium (Ca) is contained in copper (Cu), thereby increasing the recovery rate of copper (Cu), thereby enabling recyclization.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금은, 구리(Cu)와 아연(Zn)과 칼슘(Ca)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.A high machinability copper alloy according to the present invention for achieving the above object is characterized in that it comprises a copper (Cu), zinc (Zn) and calcium (Ca).
상기 칼슘(Ca)은 구리(Cu)와 아연(Zn)의 합금인 황동기지가 알파(α)단상 또는 알파(α)와 베타(β)상이 혼합된 복합기지상에 첨가됨을 특징으로 한다.The calcium (Ca) is characterized in that the brass base, which is an alloy of copper (Cu) and zinc (Zn), is added to an alpha (α) single phase or a composite base mixed with alpha (α) and beta (β) phases.
칼슘(Ca)첨가시 CaCu5 입자가 생성되는 것을 특징으로 한다.When Ca (Ca) is added, the CaCu5 particles are produced.
구리(Cu)는 59 내지 79 wt%, 칼슘(Ca)은 0.1 내지 1.5 wt%, 잔부(殘部)가 아연(Zn)으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.Copper (Cu) is 59 to 79 wt%, calcium (Ca) is characterized in that 0.1 to 1.5 wt%, the balance is made of zinc (Zn).
압출, 압연, 인발 중에서 어느 하나의 가공으로 형성되는 것을 특징으로 한다.It is characterized by being formed by any one of the process of extrusion, rolling, drawing.
이와 같은 구성을 가지고 제조되는 본 발명에 의하면, 기계적 특성이 향상되고 칼슘(Ca)과 구리(Cu) 의 화합물인 CaCu5 상이 생성되어 절삭 가공성이 향상되는 이점이 있다.According to the present invention manufactured with such a configuration, mechanical properties are improved, and a CaCu 5 phase, which is a compound of calcium (Ca) and copper (Cu), is produced, thereby improving cutting processability.
일반적으로 구리합금의 경우 절삭 가공성에 대한 수치적 정의는 내려져 있지 않으며, 절삭된 칩(chip)의 형태 및 길이에 따라 절삭 가공성의 좋고 나쁨을 규정하고 있다. In general, in the case of copper alloy, there is no numerical definition of the machinability, and it defines the good and bad machinability according to the shape and length of the cut chip.
납과 비스무스가 첨가되어 절삭성이 향상된 구리 합금은 매트릭스에 고용되지 않고 입자상태로 분산함으로써 절삭된 칩의 형태를 부스러기 형태로 만듬으로써 절삭성을 향상시킨다. The copper alloy with improved cutting properties by adding lead and bismuth is dispersed in the form of particles without being dissolved in the matrix, thereby improving the cutting property by shaping the chips into chips.
본 발명에서 제안한 합금은 납과 비스무스와는 다르게 칼슘을 첨가함으로써 금속조직상에 CaCu5상을 출현시키는 것에 의해 피삭성을 개선시키는 것이다. 이러한 점에 착안하여 본 발명은 납 및 비스무스 그리고 기타 원소를 첨가하여 매트릭스내에 분산된 상을 출현시키는 것과 그 기능과 형태를 달리하지만 절삭성을 향상시키는 점에서 공통된다 하겠다. The alloy proposed in the present invention improves machinability by adding CaCu 5 phase to the metal structure by adding calcium, unlike lead and bismuth. With this in mind, the present invention is common to the addition of lead, bismuth and other elements to the appearance of dispersed phases in the matrix and to improve machinability, although their functions and shapes differ.
이하 첨부된 도면을 참조하여 구리 합금의 절삭 가공성에 대하여 간략히 설명한다.Hereinafter, a cutting processability of the copper alloy will be briefly described with reference to the accompanying drawings.
도 1은 구리합금에 대한 절삭 가공성의 높고 낮음에 따라 절삭된 칩의 형태 변화를 보인 실물 사진이며, Copper 핸드북(Jeseph, Gunter, Kundig, J.A. Konrad ASM International)의 내용 중에서 발췌하였다.FIG. 1 is a real photograph showing a change in shape of a chip as the cutting processability of copper alloy is high and low, and is extracted from the contents of a copper handbook (Jeseph, Gunter, Kundig, J.A. Konrad ASM International).
도 1에 나타난 사진과 같이 Type Ⅲ에 도시된 칩의 형태는 고순도 구리를 드릴 가공했을 때 만들어진 칩의 형상이다. 이와 같이 칩이 끊어지지 않고 말린 상태 를 유지하는 경우 피삭물의 연성이 높은 것을 알 수 있으며, 피삭물의 연성이 높은 결과로 드릴공구에 들러붙어 결국 가공성이 저하되게 된다.As illustrated in FIG. 1, the chip shown in Type III is a shape of a chip made when high-purity copper is drilled. In this way, when the chip is not broken and the dried state is maintained, it can be seen that the ductility of the workpiece is high, and as a result of the ductility of the workpiece, it sticks to the drill tool and the workability is reduced.
그리고, Type Ⅱ에서 칩은 대체로 짧게 끊어진 형태를 보이지만 동그랗게 말린 형상이 확인된다. 이와 같은 칩의 형태로 볼 때 높은 경도 및 강도를 가진 구리 합금임을 알 수 있으며, 절삭 작업시 조건을 조절하면 절삭성이 향상될 수 있는 여지가 있는 상태이다.In Type II, the chip is generally short but has a rounded shape. It can be seen that in the form of a chip such as a copper alloy having a high hardness and strength, there is room for improvement in cutting property by adjusting the conditions in the cutting operation.
또한, Type Ⅰ에 도시된 칩의 형태는 구리 합금의 절삭 가공성에 있어 가장 이상적인 형태이다. 즉, Type Ⅰ에 도시된 칩은 피삭물인 구리합금에 납(Pb), 비스무스(Bi), 황(S), 텔루르(Te) 등이 첨가된 상태이며, 칩이 미세하고 형상이 고르게 형성되어 드릴공구에 의해 피삭될 때 들러붙지 않고 피삭물로부터 용이하게 배출되었음을 알 수 있다.In addition, the shape of the chip shown in Type I is the most ideal shape for the machinability of the copper alloy. In other words, the chip shown in Type I is a state in which lead (Pb), bismuth (Bi), sulfur (S), tellurium (Te), and the like are added to a copper alloy, which is a work, and the chips are fine and evenly formed. It can be seen that it is easily discharged from the workpiece without sticking when it is to be machined.
그러나, Type Ⅰ과 같은 칩의 형태를 만드는 피삭물은 일반적으로 사용되지 않는 고가의 구리합금이므로, 본 발명에서는 절삭 가공성을 널리 인정받은 구리합금(납이 첨가된 구리합금)의 칩 형태와 유사하도록 여러 조건을 바꾸어 실험하였다.However, since the workpieces that make the shape of chips such as Type I are expensive copper alloys that are not generally used, the present invention is similar to the shape of chips of copper alloys (lead-containing copper alloys) which are widely recognized for cutting processability. Experiments were made with varying conditions.
즉, 본 발명에서는 구리에 칼슘을 첨가한 후 주조 성형하여 직육면체 형상의 블럭을 제조하고, 이러한 블럭을 드릴 가공시에 형성된 칩의 형상이 도 2(납이 함유된 구리합금)와 유사해지도록 칼슘의 첨가량을 조절하여 여러 실시예를 수행하였다.That is, in the present invention, calcium is added to the copper and then cast to produce a rectangular parallelepiped block, and the shape of the chip formed when the block is drilled is similar to that of Figure 2 (copper alloy containing lead). Various examples were carried out by adjusting the amount of added.
도 3a에는 본 발명의 절삭 가공성 실험을 위해 만들어진 구리(Cu)-아연(Zn)- 칼슘(Ca) 주조 블럭의 외형을 보인 사진이 도시되어 있으며, 도 3b에는 도 3a의 주조블럭의 칩을 형성하기 위해 적용된 드릴을 보인 사진이 도시되어 있다.Figure 3a is a photograph showing the appearance of the copper (Cu)-zinc (Zn)-calcium (Ca) casting block made for the machinability test of the present invention, Figure 3b is a chip of the casting block of Figure 3a A photograph is shown showing a drill applied for the purpose.
도 3b의 드릴은 고속도강(HSS:High-Speed Steel)으로 성형되었으며, 8㎜ 지름을 가진다.The drill of FIG. 3B was molded from High-Speed Steel (HSS) and has an 8 mm diameter.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도 4 내지 도 7을 참조하여 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 4 to 7.
도 4에는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금을 제조하기 위한 실시예에서 구리, 아연 및 칼슘의 중량비를 나타낸 표가 도시되어 있고, 도 5a 내지 도 5c에는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 제1 내지 제3실시예를 통해 제조된 주조블럭의 외면을 확대한 주사 전자현미경 사진이 도시되어 있다.Figure 4 shows a table showing the weight ratio of copper, zinc and calcium in the embodiment for producing a free-cut copper alloy according to the present invention, Figures 5a to 5c is a first of the free-cut copper alloy according to the present invention The scanning electron micrograph of the enlarged outer surface of the casting block manufactured through the third embodiment is shown.
그리고, 도 6a 내지 도 6c에는 도 5a 내지 도 5c에 도시된 주조블럭을 드릴가공시 형성된 칩의 상태를 보인 확대 사진이 도시되어 있으며, 도 7에는 도 4의 표와 같은 실시예를 통해 제조된 주조블럭의 기계적 특성을 보인 그래프가 도시되어 있다.6A through 6C are enlarged photographs showing the state of chips formed when the casting blocks shown in FIGS. 5A through 5C are drilled, and FIG. 7 is manufactured through the embodiment shown in the table of FIG. 4. A graph showing the mechanical properties of the cast block is shown.
도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3을 살펴보면 구리합금에서 아연(Zn)의 중량비는 40wt%로 고정되어 있으며, 구리(Cu)는 중량비로 59 내지 59.7wt% 함유되고, 칼슘(Ca)은 중량비로 0.1 내지 1.0 wt%로 함유되어 구리(Cu)와 칼슘(Ca)의 함유량만 변경 적용하였다.As shown in the drawings, looking at Examples 1 to 3 of the present invention, the weight ratio of zinc (Zn) in the copper alloy is fixed to 40wt%, copper (Cu) is contained 59 to 59.7wt% by weight , Ca (Ca) is contained in a weight ratio of 0.1 to 1.0 wt% to change only the content of copper (Cu) and calcium (Ca).
상기와 같은 조성으로 제조된 주조블럭의 표면을 주사 전자현미경 사진으로살펴보면 도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 매트릭스가 알파(α)와 베타(β) 로 구성된 황동에 CaCu5가 금속간 화합물에 균질하게 분포되어 있음을 알 수 있으며, 칼슘(Ca)의 함유량이 증가됨에 따라 CaCu5의 양이 점차 증가되고 있음을 확인할 수 있다.Looking at the surface of the cast block prepared in the above composition by scanning electron micrographs, as shown in Figures 5a to 5c, CaCu 5 -valent intermetallic compound in the brass is composed of alpha (α) and beta (β) It can be seen that the homogeneously distributed in, and as the content of calcium (Ca) is increased it can be seen that the amount of CaCu 5 gradually increases.
그리고, 도 6에는 구리(Cu)와 아연(Zn) 그리고 구리(Cu)와 칼슘(Ca)의 이원계 상태도를 나타내었다. 아연(Zn)과 칼슘(Ca)는 이원계 상태도가 보고된 바가 없고 또한 아연(Zn)과의 칼슘(Ca)의 반응을 통한 금속간화합물을 형성한다는 연구결과도 없다. 구리(Cu)와 칼슘(Ca)의 이원계 상태도에서 나타낸 바와 같이 구리의 함량이 다양하게 변화한다고 하여도 CaCu5상이 생성되는 것을 알 수 있다. 6 shows a binary state diagram of copper (Cu), zinc (Zn), and copper (Cu) and calcium (Ca). Zinc (Zn) and calcium (Ca) have not been reported to have binary status, and there are no studies that form intermetallic compounds through the reaction of calcium (Ca) with zinc (Zn). As shown in the binary state diagrams of copper (Cu) and calcium (Ca), it can be seen that CaCu 5 phase is produced even if the copper content varies in various ways.
도 7a 내지 도 7c에 도시된 바와 같이 칼슘(Ca)의 함유량이 증가함에 따라 드릴 가공에 의해 형성된 칩의 형상이 도 1의 TypeⅠ과 가까워지는 것을 알 수 있다. 이것은 칼슘이 함유된 구리합금의 경우 절삭 가공성이 향상되는 것을 나타내는 것이라 할 수 있다.As shown in FIGS. 7A to 7C, it can be seen that as the content of calcium (Ca) increases, the shape of the chip formed by the drilling process approaches the type I of FIG. 1. This can be said to indicate that the workability is improved in the case of the copper alloy containing calcium.
한편, 구리합금의 절삭 가공성은 드릴공구에 전달되는 토크(Torque)의 크기에 따라 좋고 나쁨을 구분 가능하다.On the other hand, the machinability of the copper alloy can be distinguished according to the magnitude of the torque (Torque) transmitted to the drill tool.
즉, 드릴공구를 이용하여 구리합금을 드릴 가공시에 드릴공구에 전달되는 토크가 크다면 절삭 가공성이 낮은 것을 뜻하며, 토크가 작으면 동일한 깊이를 가공하더라도 적은 힘이 소요되는 것이므로 절삭 가공성이 높은 것이라 할 수 있다.In other words, if the torque transmitted to the drill tool when the copper alloy is drilled using the drill tool is large, it means that the machinability is low. If the torque is small, the cutting force is high because it requires less force even when machining the same depth. can do.
보다 상세하게는 도 8에 도시된 바와 같이, 순수 구리블럭을 드릴가공시에 드릴공구에 발생되는 토크는 대략 0.25 N·m 이다. 반면 본 발명의 실시예 1 내지 실시예 3의 경우 0.19 N·m 미만이 발생되며, 칼슘(Ca)의 첨가량이 증가됨에 따라 토크의 크기도 점차적으로 감소함을 알 수 있다.More specifically, as shown in FIG. 8, the torque generated in the drill tool when the pure copper block is drilled is approximately 0.25 N · m. On the other hand, in Examples 1 to 3 of the present invention, less than 0.19 N · m is generated, and it can be seen that the magnitude of torque gradually decreases as the amount of calcium (Ca) is increased.
이하에서는 첨부된 도 9 및 도 11을 참조하여 본 발명의 다른 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 9 and 11.
도 9에는 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금의 실시예에서 구리의 중량비를 고정시킨 후 아연 및 칼슘의 중량비를 변화시켜 실시한 실시예의 중량비를 나타낸 표가 도시되어 있고, 도 10a 내지 도 10d에는 도 9에 표시된 실시예의 조건으로 만들어진 쾌삭성 구리합금의 표면을 보인 주사 전자현미경 사진이 도시되어 있으며, 도 11에는 본 발명의 실시예 4 내지 실시예 6에 의해 제조된 주조블럭을 드릴가공시 발생되는 토크와 순수 구리블럭에 발생되는 토크를 비교한 표가 도시되어 있다.9 is a table showing the weight ratio of the embodiment performed by changing the weight ratio of zinc and calcium after fixing the weight ratio of copper in the embodiment of the free-cutting copper alloy according to the present invention, Figures 10a to 10d A scanning electron micrograph showing the surface of a free-cutting copper alloy made under the conditions of the embodiment shown in FIG. 11 is shown. FIG. 11 shows torque generated when drilling a casting block manufactured by Examples 4 to 6 of the present invention. And a table comparing the torque generated in the pure copper block.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 실시예 4 내지 실시예 7에서는 구리합금에서 구리(Cu)의 함유량은 79wt%를 고정한 상태로 칼슘(Ca)의 함량은 0.1 내지 1.5wt%로 변화되며, 칼슘(Ca)의 함량이 변화됨에 따라 잔부 아연(Zn)이 포함되도록 구성하였다.As shown in these figures, in Examples 4 to 7, the content of copper (Cu) in the copper alloy is fixed to 79wt%, the content of calcium (Ca) is changed to 0.1 to 1.5wt%, calcium ( As the content of Ca) was changed, it was configured to include the balance zinc (Zn).
상기와 같은 조건하에서 제조된 각각의 주조블럭 표면을 주사 전자현미경으로 확대한 결과, 도 10a 내지 도 10d와 같이 칼슘 함유량이 증가함에 따라 CaCu5가 급격히 증가함을 알 수 있으며, 도 9에 도시된 비커스경도와 같이 납이 함유된 구리합금의 비커스경도 90과 비교할 때 향상된 경도를 나타냄을 알 수 있다.As a result of enlarging each casting block surface manufactured under the above conditions with a scanning electron microscope, it can be seen that CaCu 5 rapidly increases as calcium content is increased as shown in FIGS. 10A to 10D. It can be seen that the hardness is improved compared to
이러한 CaCu5의 증가는 앞서 설명한 실시예 1 내지 실시예3과 같이 구리합금 의 절삭성을 향상시키는 것으로 증명될 수 있다.This increase in CaCu 5 can be proved to improve the machinability of the copper alloy as described in Examples 1 to 3 described above.
또한, 전술한 실시예 1 내지 실시예 3과 같이 실시예 4 내지 실시예 6으로부터 제조된 구리합금을 드릴 가공하여 드릴공구에 발생되는 토크를 측정한 결과, 매트릭스에 알파(α)와 베타(β)상을 동시에 가지는 구리합금(황동)과 매트릭스가 알파(α)상만 가지는 구리합금에 칼슘(Ca)를 첨가하였을 경우 순수구리보다 발생되는 토크가 확연하게 작아지는 것을 확인할 수 있다.In addition, as described in Examples 1 to 3, the copper alloys prepared from Examples 4 to 6 were drilled to measure torque generated in the drill tool. As a result, alpha (α) and beta (β) were added to the matrix. When calcium (Ca) is added to the copper alloy (brass) having both the) phase and the copper alloy having only the alpha (α) phase, the torque generated is significantly smaller than that of pure copper.
따라서, 구리합금에 칼슘이 함유되면 순수 구리합금 일반 동합금 보다 절삭 가공성이 향상되는 것을 확인하였으며, 구리합금에 포함되는 구리와 아연의 함량비를 조정함으로써 다양한 기계적 특성을 가지는 구리합금의 제조가 가능한 것이다.Therefore, when calcium is contained in the copper alloy, it was confirmed that the machinability is improved compared to the pure copper alloy general copper alloy, and it is possible to manufacture a copper alloy having various mechanical properties by adjusting the content ratio of copper and zinc included in the copper alloy. .
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정하지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.The scope of the present invention is not limited to the above-exemplified embodiments, and many other modifications based on the present invention may be made by those skilled in the art within the above technical scope.
예를 들어 본 발명의 실시예에서는, 아연 또는 구리의 함유량을 고정한 상태로 나머지 구성의 함유량을 변경하여 여러 실시예를 구성하였으나, 칼슘이 함유되는 범위 내에서 칼슘의 함유량을 고정한 상태로 구리 및 아연의 함유량을 변경함으로써 사용목적에 부합하는 쾌삭성 구리합금을 제조할 수도 있음은 자명하다.For example, in the embodiment of the present invention, various embodiments were configured by changing the content of the remaining components in a fixed state of zinc or copper, but copper and zinc in a state in which calcium content was fixed within a range containing calcium It is obvious that a free machinability copper alloy can be produced in accordance with the intended use by changing the content of.
또한, 본 발명의 실시예에서는 쾌삭성 구리합금이 주조에 의해 성형되도록 구성하였으나, 압출, 압연, 인발 등 다양한 가공으로 형성되어질 수도 있음은 물론이다.In addition, in the embodiment of the present invention, the free cutting copper alloy is configured to be molded by casting, but may be formed by various processing such as extrusion, rolling, drawing.
위에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 쾌삭성 구리합금에 따르면, 구리합금에 소정의 칼슘(Ca)을 함유되도록 구성하였다.According to the free-cutting copper alloy according to the present invention as described in detail above, the copper alloy was configured to contain a predetermined calcium (Ca).
따라서, 경도가 높아지고 연신율 및 인장강도가 감소하여 절삭 가공성이 향상되는 이점이 있다.Accordingly, there is an advantage in that the hardness is increased, the elongation and tensile strength are reduced, and the cutting workability is improved.
또한, 본 발명에 의해 제조된 구리합금은 절삭공구에 의해 떨어져나온 칩으로부터 구리와 칼슘을 분리하여 재자원화가 가능하게 되므로 제조원가가 절감되는 이점이 있다.In addition, the copper alloy produced by the present invention has the advantage of reducing the manufacturing cost because it is possible to re-recycling by separating the copper and calcium from the chip separated by the cutting tool.
뿐만 아니라, 본 발명의 쾌삭성 구리합금에 첨가되는 칼슘은 인체에 무해하므로 작업자의 작업 안전성을 향상시키는 이점이 있다.In addition, the calcium added to the free-cutting copper alloy of the present invention is harmless to the human body, and thus has an advantage of improving work safety of the worker.
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