KR100940593B1 - Lead-free cutting bronze alloy and manufacturing method thereof - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A lead-free cutting bronze alloy for casting, and a manufacturing method thereof are provided to restrain brittleness, and to remarkably increase strength and processability. CONSTITUTION: A lead-free cutting bronze alloy for casting comprises Zn 3.5~13 wt%, Sn 2.0~6.0 wt%, Fe 0.03~0.3 wt%, P 0.03 wt% or less, and Pb 0.2 wt% or less. And the lead-free cutting bronze alloy for casting comprises Bi 0.5~4.0 wt%, B 5~100 ppm, and one of Mg 0.01~0.1 wt%, Ni 0.8 wt% or less, and the rest comprises Cu and a small amount of inevitable impurities.

Description

무연 쾌삭 청동 주물용 합금 및 그 제조 방법{Lead-free cutting bronze alloy and manufacturing method thereof}Lead-free cutting bronze alloy and manufacturing method thereof

본 발명은 인체에 유해한 납 성분이 거의 포함되지 않는 청동 주물용 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an alloy for bronze casting containing little lead harmful to the human body and a manufacturing method thereof.

일반적으로 넓은 의미의 청동(Bronze)은 황동 이외의 모든 동합금을 의미하며, 좁은 의미의 청동은 동(Cu)-주석(Sn) 합금을 의미한다. 특히 후자를 주석청동(tin bronze)이라 부른다. 주석청동을 주조할 때 탈산제로서 인(P)를 첨가하므로 상업상으로는 주석청동을 인청동(Phosphor bronze)이라고 부른다. 주석청동은 강도가 높고 내마모성이 좋고, 해수에 대한 내식성이 좋은 점 등의 훌륭한 성질을 가지고 있다. 주석청동은 신석기시대 이후에 인류가 처음으로 발견하여 사용한 금속재료이다. 따라서 주석청동은 사용목적에 따라 수많은 종류의 합금이 개발되었다. 주석청동은 오늘날에도 비교적 높은 기계적 성질, 우수한 내식성(특히 해수에 대하여 내식성이 우수함), 양호한 주조성 및 양호한 기계 가공성으로 인해서 공업재료로서 널리 사용되고 있다. 그러나 주석청동을 제조하기 위한 자원이 한정되어 있기 때문에 가격이 높다. 따라서 주석청동은 일상용품이나 기계재료로서의 용도가 다른 재 료에 의하여 대체되고 있기도 하다.Generally, bronze in the broad sense means all copper alloys other than brass, and bronze in the narrow meaning means copper (Cu) -tin (Sn) alloy. In particular, the latter is called tin bronze. Tin bronze is commercially called Phosphor bronze because phosphorus (P) is added as a deoxidizer when casting tin bronze. Tin bronze has excellent properties such as high strength, good abrasion resistance, and good corrosion resistance to seawater. Tin bronze is a metal material first discovered and used by mankind after the Neolithic period. Therefore, tin bronze has been developed many kinds of alloys according to the purpose of use. Tin bronze is still widely used as an industrial material today because of its relatively high mechanical properties, excellent corrosion resistance (especially excellent corrosion resistance to seawater), good castability and good machinability. However, the price is high because of limited resources for manufacturing tin bronze. Therefore, tin bronze has been replaced by other materials for use as daily necessities or mechanical materials.

청동은 동(Cu)과 주석(Sn)의 합금이다. 한편, 청동은 아연(Zn) 혹은 납(Pb)을 소량 함유하기도 한다. 청동은 황동 다음으로 대표적인 동합금이다. 청동은 황동에 비해 내식성 및 기계적 성질이 우수하나 값이 비싸다. 일반적으로 청동은 주조품으로 사용되며 주석청동이라고도 한다. 청동은 탈산과 가소성을 양호하게 하기 위해 인(P)과 아연(Zn) 등이 첨가된 경우가 많다. 청동은 기기류, 미술공예품, 일용품, 화폐, 종, 동상 등에 널리 이용된다. 청동은 주석(Sn)의 함유량과 용도에 따라 다양하게 분류된다. 즉, 포금은 동(Cu) 86~90wt%, 주석(Sn) 15~25wt%과 아연(Zn)을 소량 포함하고 있다. 종 청동은 동(Cu) 75~85wt%, 주석(Sn) 15~25wt%를 포함하고 있다. 경청동은 동(Cu) 65~70wt%, 주석(Sn) 30~35wt%를 포함하고 있다. 화폐청동은 동(Cu) 95wt% 전후, 주석(Sn) 5w% 전후와, 아연(Zn)을 소량 포함하고 있다. 한편, 베어링 청동은 납(Pb))를 함유하고 있다. 이밖에, 인청동, 알루미늄청동, 망간청동 등이 있으며, 특수청동이라고 불리고 있다. 청동의 색깔은 주석의 함량이 5wt%이하인 경우 적동색이지만 주석(Sn) 함량이 증가함에 따라 황색기를 띠고 주석이 15wt%가 되면 등황색으로 된다. 특히 BC1종(청동주물 1종)은 유동성, 절삭성이 좋아서 밸브, 주수기, 베어링, 명판, 일반 기계부품 등에 사용된다. BC6종은 내압성, 내마모성, 절삭성, 주조성이 좋아서 밸브, 펌프몸체, 임펠러, 급수전, 베어링, 슬리브, 부시, 일반 기계부품 등에 사용된다. 이들 청동합금은 동, 주석, 아연을 주성분으로 하고, 그 밖에 수wt%의 납과 잔여 성분으로 이루어져 있다. 청동을 구성하는 합금에서 동(Cu)은 대부분의 함량을 차지한다. 주석(Sn)은 주조성 뿐 만 아니라 내식성을 향상시켜 납의 용출을 억제하기 위하여 첨가되는 원소이다. 주석(Sn)은 동(Cu)과 합금을 형성하고 경도를 상승시키는 역할을 한다. 아연(Zn)은 주석(Sn)과 유사한 효과를 제공하며 융점을 낮추고 용탕을 환원시키는 역할을 한다. 청동에서 아연(Zn)과 주석(Sn)은 각각 수wt% 내지 수십wt%의 비율로 함유되고 있다. 한편, 납(Pb)은 청동의 절삭성을 향상시키기 위해 첨가되고 있다.Bronze is an alloy of copper (Cu) and tin (Sn). On the other hand, bronze may contain a small amount of zinc (Zn) or lead (Pb). Bronze is the most representative copper alloy after brass. Bronze has better corrosion resistance and mechanical properties than brass, but is expensive. Bronze is commonly used as a cast and is also known as tin bronze. Bronze is often added with phosphorus (P) and zinc (Zn) to improve deoxidation and plasticity. Bronze is widely used in equipment, arts and crafts, daily necessities, money, bells and statues. Bronze is classified variously according to the content and use of tin (Sn). That is, the gun metal contains 86 to 90 wt% of copper (Cu), 15 to 25 wt% of tin (Sn), and a small amount of zinc (Zn). Bell bronze contains 75 to 85 wt% of copper (Cu) and 15 to 25 wt% of tin (Sn). Kyungcheong-dong contains 65-70wt% of copper (Cu) and 30-35wt% of tin (Sn). Bronze Bronze contains about 95 wt% of copper, about 5w% of tin, and a small amount of zinc (Zn). On the other hand, bearing bronze contains lead (Pb)). In addition, phosphor bronze, aluminum bronze, manganese bronze, etc., are called special bronze. Bronze color is reddish brown when the tin content is less than 5wt%, but becomes yellowish with increasing tin (Sn) content and becomes yellowish when tin becomes 15wt%. In particular, BC1 (1 bronze casting) is used for valves, water dispensers, bearings, nameplates, and general mechanical parts due to its good fluidity and cutting ability. BC6 is used for valves, pump bodies, impellers, hydrants, bearings, sleeves, bushes and general mechanical parts because of its high pressure resistance, abrasion resistance, machinability and castability. These bronze alloys are composed mainly of copper, tin, and zinc, and are composed of several wt% lead and residual components. In the alloy constituting bronze, copper (Cu) accounts for most of the content. Tin (Sn) is an element added for suppressing elution of lead by improving not only castability but also corrosion resistance. Tin (Sn) forms an alloy with copper (Cu) and serves to raise the hardness. Zinc (Zn) provides a similar effect to tin (Sn), lowers the melting point and serves to reduce the melt. In bronze, zinc (Zn) and tin (Sn) are contained in a ratio of several wt% to several tens wt%, respectively. On the other hand, lead (Pb) is added in order to improve the machinability of bronze.

그러나, 근래 환경보호나 건강 피해에 관한 관심이 높아지면서, 수돗물을 비롯한 수중의 납(Zn) 용출이 문제되고 있다. 즉, 상술한 바와 같은 청동합금을 사용한 급수전이나 배관, 펌프 등의 부품에는 수wt%의 납(Pb)이 포함되어 있기 때문에 수중에는 납(Pb)이 용출 된다. 납(Pb)이 용출된 물을 음료수 등으로서 사용한다면 사람의 건강에 해를 미칠 우려가 있다. 청동에 첨가된 납(Pb)은 대기로부터의 호흡, 신체접촉 뿐만 아니라 음식물 또는 식수 등을 통하여 인체로 흡수되어 뼈에 축적될 수 있다. 납(Pb)은 성장기에 있는 어린이에게는 발육부진의 현상을 일으키고, 성인에게는 골다공증을 유발하며, 피부와 눈의 황달현상, 구토, 소화장애, 무기력증, 잇몸의 블랙라인, 고혈압, 시각장애 등의 질병과, 뇌에 영향을 미쳐 경련과 쇼크를 일으킬 수 있다. 이와 같은 문제점 때문에 납(Pb) 성분이 용출 되는 청동합금과 황동합금의 사용이 점차 엄격하게 규제되고 있는 실정이다.However, with increasing interest in environmental protection and health damage in recent years, elution of lead (Zn) in water, including tap water, has become a problem. That is, the lead Pb is eluted in the water because several wt% lead Pb is contained in the components such as the water supply, the pipe, and the pump using the bronze alloy as described above. If lead (Pb) eluted water is used as a beverage or the like, there is a risk of harm to human health. Lead (Pb) added to bronze may be absorbed into the human body through food or drinking water as well as breathing from the atmosphere and body contact, and may be accumulated in bone. Lead (Pb) causes developmental phenomena in children during growth, osteoporosis in adults, jaundice in the skin and eyes, vomiting, digestive disorders, lethargy, black lines in the gums, hypertension, and vision disorders. It can affect the brain and cause cramps and shock. Because of these problems, the use of bronze and brass alloys in which lead (Pb) components are eluted is increasingly regulated.

이러한 이유로 인해 선진국들과 국내 업체들은 급수용으로 사용되는 황동에 대한 무연황동 개발을 이미 시작하였으며, 최근 납(Pb)을 대신해 비스무트(Bi), 셀레늄(Se), 규소(Si) 등을 첨가한 제품들을 생산하고 있다. 그러나, 국내에서는 청동의 경우 아직 납(Pb)이 포함되지 않는 합금이 개발되어 있지 않다. 이는 국내 청 동주물의 사용범위가 급수용 보다는 공업용으로 사용되고 있으며, 황동보다 값이 비싸기 때문이다. 한편, 국내에서 최근에 개발된 내식황동은 100㎛ 이하의 부식깊이를 나타내고 있으며, 1998년에 『KS B 2308 볼 밸브』에 관한 산업규격 개정에서 '수도용 냉온수는 탈아연 대책용 황동재료(내식황동, 무연황동) 및 청동재료로 한다'고 규정함으로써, 청동재료에 있어서 납 용출 문제를 방치한 결과를 초래하였다. 일반적으로 가공용 황동에서 무연(lead-free)은 납(Pb) 함량이 0.2wt% 이하인 것을 의미한다. 이와 같은 납(Pb)의 함량은 의도적으로 첨가된 것이 아니라, 재활용 스크랩에서 유입되는 납(Pb)으로서 불가피한 정도의 양이다. 이때, 청동밸브 업계의 요청에 따라 볼 밸브 소재로서, 내식성이 우수한 청동으로도 사용할 수 있도록 함께 개정되었다. 그러나, 청동소재의 경우에 함유된 납의 용출 문제를 해결하지 못하였다.For this reason, developed countries and domestic companies have already begun developing lead-free brass for brass used for water supply, and recently added bismuth (Bi), selenium (Se) and silicon (Si) instead of lead (Pb). Produce products. However, in the case of bronze, alloys that do not contain lead (Pb) has not yet been developed. This is because the domestic copper castings are used for industrial purposes rather than for water supply, and are more expensive than brass. On the other hand, recently developed corrosion resistant brass in Korea shows corrosion depth of less than 100㎛. In 1998, the industry standard on KS B 2308 Ball Valve was revised. , Lead-free brass) and bronze materials', which resulted in neglecting the lead elution problem in the bronze materials. In general, lead-free (lead-free) in the processing brass means that the lead (Pb) content is less than 0.2wt%. The content of lead (Pb) is not intentionally added, but is an amount unavoidable as lead (Pb) flowing in recycle scrap. At this time, according to the request of the bronze valve industry, as a ball valve material, it was revised together to be used as a bronze with excellent corrosion resistance. However, it did not solve the problem of dissolution of lead contained in bronze material.

본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금 및 그 제조방법은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 수중에 실질적으로 유해한 납을 용출 시키지 않고, 현재 사용되고 있는 청동합금의 주조성, 가공성, 기계적 성질은 종래의 청동에 뒤떨어지지 않는 신규 무연 청동을 개발하여 국내 및 해외 시장에 활로를 개척함에 목적이 있다.The lead-free free-cut bronze casting alloy having a fine microstructure according to the present invention and a method for manufacturing the same have been devised to solve the above problems, and do not elute substantially harmful lead in water. The composition, processability, and mechanical properties are aimed at developing a new lead-free bronze that is inferior to the conventional bronze, and pioneering the domestic and overseas market.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 3.5~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm을 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 3.5 ~ 13wt%, tin (Sn) 2.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5 ~ 4.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) It contains 5 to 100ppm and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 6 ~ 13wt%, tin (Sn) 2.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5 ~ 2.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less, and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖 춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.7~2.5wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B ) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less, and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 2.0~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, containing lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 2.0 ~ 4.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less, and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 6 ~ 13wt%, tin (Sn) 2.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5 ~ 2.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less, and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무 트(Bi) 0.7~2.5wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni) It is characterized by including 0.8 wt% or less, aluminum (Al) 0.005 wt% or less, and the rest are copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 2.0~4.0wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 점에 특징이 있다.In order to achieve the above object, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, containing lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 2.0 ~ 4.0wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt % Or less, aluminum (Al) 0.005 wt% or less, and the rest is characterized by copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제조하는 방법은, 청동 스크랩, 아연(Zn) 지금(ingot), 주석(Sn) 지금(ingot), 비스무트(Bi) 지금(ingot) 및 나머지 합금원소를 배합 계산하여 용해로에 장입하는 장입단계;In order to achieve the above object, the method for producing an alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, bronze scrap, zinc (Zn) ingot, tin (Sn) ingot (ingot) Charging the bismuth (Bi) ingot and the remaining alloying elements to charge the melting furnace;

상기 용해로의 온도를 1050℃ 내지 1100℃로 유지한 상태에서 교반하면서 1시간 30분 동안 가열하여 용융하는 용융단계;A melting step of heating and melting for 1 hour and 30 minutes while stirring while maintaining the temperature of the melting furnace at 1050 ° C to 1100 ° C;

상기 용융단계 후에 상기 용해로의 온도를 1120℃ 내지 1180℃로 유지하여 슬래그 상태로 부상된 비금속게재물을 제거하는 불순물 제거단계; 및An impurity removal step of removing the non-metallic inclusions floating in the slag state by maintaining the temperature of the melting furnace at 1120 ° C. to 1180 ° C. after the melting step; And

상기 비금속게재물이 제거된 용융합금을 잉곳 형태로 주조하는 주조단계;를 포함한 점에 특징이 있다.The casting step of casting the molten alloy in which the non-metallic inclusions have been removed are formed in an ingot form.

본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금 및 그 제 제조방법은, 비스무트(Bi)와, 인(P)과 붕소(B)을 최적으로 첨가한 합금을 제공함으로써, 납(Pb)의 대체원소로 첨가된 비스무트(Bi)의 취성을 억제하고 가공성을 현저하게 향상시킨 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제공하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 마그네슘(Mg)을 첨가함으로써 강도를 현저하게 증가시키는 효과를 제공한다. 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 종래에 해외에서 개발된 무연 청동과 그 성분을 달리하는 것으로서 수입대체 효과를 제공하여 제품의 원가를 절감하여 연관 산업의 국제 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 친환경적인 소재의 보급을 확대하는 효과를 제공한다.An alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure according to the present invention and a method for preparing the same, by providing an alloy in which bismuth (B) and phosphorus (P) and boron (B) are optimally added, lead (Pb) There is an effect of providing an alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure that suppresses the brittleness of bismuth (Bi) added as an alternative element of) and significantly improves workability. In addition, the lead-free free-cut bronze casting alloy having a fine microstructure according to the present invention provides an effect of significantly increasing the strength by adding magnesium (Mg). The lead-free free-cut bronze casting alloy with a fine microstructure according to the present invention is different from the lead-free bronze and its components conventionally developed overseas to provide an import substitution effect to reduce the cost of the product to improve the international competitiveness of related industries You can. In addition, the lead-free free-cut bronze casting alloy with a dense microstructure according to the present invention provides the effect of expanding the spread of environmentally friendly materials.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 청동합금과 종래의 청동합금의 성분을 보여주는 표이다. 도 2는 도 1에 도시된 청동합금들의 절삭저항력 시험결과를 보여주는 표이다. 도 3은 도 1에 도시된 청동합금들의 절삭된 칩의 형태를 보여주는 사진이다. 도 4는 도 1에 도시된 청동합금들의 결정립의 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다. 도 5는 도 1에 도시된 합금들의 경도를 비교한 표이다. 도 6은 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 제조방 법을 설명하기 위한 공정도이다.1 is a table showing the components of the bronze alloy and the conventional bronze alloy according to the preferred embodiments of the present invention. FIG. 2 is a table showing cutting resistance test results of the bronze alloys shown in FIG. 1. 3 is a photograph showing the shape of a cut chip of the bronze alloys shown in FIG. 4 is an optical micrograph showing the size of the grains of the bronze alloys shown in FIG. 5 is a table comparing the hardness of the alloys shown in FIG. 6 is a process chart for explaining a method for producing an alloy for lead-free free cutting bronze casting with a dense microstructure according to the present invention.

도 1 내지 도 6을 참조하면서 본 발명의 여러 실시예에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금 및 그 제조방법을 설명하기로 한다.With reference to Figures 1 to 6 will be described a lead-free free-cut bronze casting alloy with a dense microstructure according to various embodiments of the present invention and a method of manufacturing the same.

일반적으로 청동 합금의 절삭가공성은 0.5~3.0wt%의 납(Pb)을 첨가함으로써 현저하게 향상될 수 있다. 그런데, 납(Pb)은 고체상태에서는 동(Cu)에 거의 녹지 않지만 액체상태에서는 상당한 용해도를 갖는다. 청동 합금의 응고 과정에서 납은 석출되어 제2상 입자로서 분산되어 결정립 내부와 입계를 따라 균일하게 분포한다. 청동 합금의 절삭가공 중에 이들 납(Pb) 입자는 절삭된 칩(chip)을 부러뜨리는 역할을 하여 공구와 피절삭물이 달라붙는 현상을 방지한다. 많은 배관용 부대설비가 이와 같은 청동 합금으로 제조된다. 미국에서만 매년 약 500,000톤의 납(Pb) 함유 동 합금이 사용되고 있다. 한편, 의학적인 연구에 의하면 납(Pb)은 독성이 있으므로 유럽이나 미국에서는 식수 중의 납 함유량을 엄격히 규제하고 있다. 그러므로, 쾌삭 청동 합금에 들어가는 납(Pb)을 대체할 다른 성분을 찾을 필요성이 있으며, 본 발명에서는 이와 같은 필요성에 따라 납(Pb)을 대체할 수 있는 합금 원소를 찾은 것으로 부터 시작되었다.In general, the machinability of the bronze alloy can be significantly improved by adding 0.5 to 3.0 wt% of lead (Pb). By the way, lead (Pb) is hardly soluble in copper (Cu) in the solid state, but has a significant solubility in the liquid state. In the solidification process of the bronze alloy, lead is precipitated and dispersed as second phase particles, which are uniformly distributed along the grains and grain boundaries. During the cutting of bronze alloys, these lead (Pb) particles break the cut chips to prevent sticking of the tool and the workpiece. Many plumbing fittings are made of this bronze alloy. About 500,000 tons of Pb-containing copper alloys are used annually in the United States alone. On the other hand, medical research shows that lead (Pb) is toxic, and in Europe and the United States, the content of lead in drinking water is strictly regulated. Therefore, there is a need to find other components to replace lead (Pb) in the free cutting bronze alloy, and the present invention has begun by finding an alloying element capable of replacing lead (Pb) according to such a necessity.

동(Cu)-X합금(X는 텔루르(Te), 셀렌(Se), 탈륨(Tl), 비스무트(Bi), 황(S) 중 어느 하나)의 2원계 상태도에서 X원소는 납(Pb)과 마찬가지로 고체상태에서 동(Cu)에 극히 제한된 고용도를 가지며 납(Pb)과 비슷한 역할을 할 수 있다고 알려져 있다. 텔루르(Te), 셀렌(Se), 황(S)은 금속간화합물을 형성하여 납(Pb)의 경우와 마찬가지로 균일하게 분산됨으로써 절삭성을 향상시키는 효과가 있다. 그러나 불행하게도 텔루르(Te), 탈륨(Tl), 셀렌(Se), 황(S)은 심각한 문제점이 있다. 즉, 텔루르(Te), 셀렌(Se), 탈륨(Tl)은 인체에 대해 독성이 있으며 값도 고가여서 납(Pb)의 대체 원소로 채용하기 어려운 문제점이 있다. 또한, 황(S)은 동(Cu)나 동(Cu)의 합금에 쓰이는 다른 원소와 함께 해로운 반응을 일으킨다. 비스무트(Bi)는 무독성이나 소량만으로도 동(Cu)가 극도의 취성을 띠게 한다. 비스무트(Bi)는 이러한 문제만 극복할 수 있다면 청동 합금에서 납(Pb)을 대신할 수 있는 훌륭한 후보이다. In the binary system diagram of Cu-X alloy (X is any one of tellurium (Te), selenium (Se), thallium (Tl), bismuth (Bi) and sulfur (S)), element X is lead (Pb) Similarly, it is known to have a very limited solubility in copper in the solid state and to play a role similar to that of lead (Pb). Tellurium (Te), selenium (Se), and sulfur (S) form an intermetallic compound and are uniformly dispersed as in the case of lead (Pb), thereby improving cutting ability. Unfortunately, tellurium (Te), thallium (Tl), selenium (Se), and sulfur (S) have serious problems. That is, tellurium (Te), selenium (Se), thallium (Tl) is toxic to the human body and the value is also expensive, there is a problem that is difficult to employ as a replacement element of lead (Pb). In addition, sulfur (S), along with other elements used in copper (Cu) and alloys of copper (Cu), cause harmful reactions. Bismuth (Bi) is non-toxic, but even in small amounts, copper is extremely brittle. Bismuth (Bi) is a good candidate to replace lead (Pb) in bronze alloys if only this problem can be overcome.

따라서, 납(Pb)의 대체 원료로서 비스무트(Bi)에 대해 보다 상세한 검토가 필요하다. Therefore, more detailed examination of bismuth Bi as an alternative raw material of lead Pb is required.

비록 동(Cu)-납(Pb) 상태도와 동(Cu)-비스무트(Bi) 상태도는 비슷하지만 이들 2원계 합금에서 2차상의 분산형태는 매우 다르다. 동(Cu)-납(Pb) 합금에서 납(Pb) 입자는 결정립계와 내부에 균일하게 분포한다. 따라서, 동(Cu)-납(Pb) 합금에서 납(Pb)은 합금의 역학적 특성을 해하지 않는다. 또한, 납(Pb)은 그 자체가 면심입방구조(FCC구조)이므로 고유한 연성을 나타낸다. 따라서 동(Cu)-납(Pb) 합금에서 납(Pb)의 함량이 30wt%까지 증가하여도 연성이 상당히 큰 특징을 나타낸다. 비스무트(Bi)도 동(Cu)-비스무트(Bi) 합금의 결정립 내부와 결정립계에 입자로 존재할 수 있으며, 결정립 내부에 존재하는 경우에는 바람직한 성질을 보여준다. 그러나, 비스무트(Bi) 입자가 결정립계에 존재하는 경우에는 비스무트(Bi)가 구형입자가 아니라 필름 형태로 존재한다. 비스무트(Bi)가 필름 형태로 존재하면 합금을 취화시키는 문제점이 발생한다. 또한, 비스무트(Bi)의 결정구조가 사방정계 구 조(Rhombohedral 구조)여서 그 구조 자체가 원래 취성을 갖고 있다. 따라서, 동(Cu)-비스무트(Bi) 합금을 성공적으로 개량하기 위해서는 결정립계에 존재하는 비스무트(Bi)의 입자를 필름 형태에서 구형이 되도록 바꾸어 주어야 한다.Although the copper (Cu) -lead (Pb) state and the copper (Cu) -bismuth (Bi) state are similar, the dispersion of the secondary phase in these binary alloys is very different. In copper (Cu) -lead (Pb) alloys, lead (Pb) particles are uniformly distributed within and at grain boundaries. Thus, in copper (Pu) -lead (Pb) alloys, lead (Pb) does not compromise the mechanical properties of the alloy. In addition, lead (Pb) is inherently ductile because it is a face centered cubic structure (FCC structure). Therefore, even though the content of lead (Pb) is increased to 30wt% in the copper (Cu) -lead (Pb) alloy, the ductility is very large. Bismuth (Bi) may also exist as particles in the grains and grain boundaries of the copper (Cu) -bismuth (Bi) alloy, and when present in the grains shows desirable properties. However, when bismuth (Bi) particles are present at grain boundaries, bismuth (Bi) is present in the form of a film, not spherical particles. If bismuth (Bi) is present in the form of a film, there is a problem of embrittlement of the alloy. In addition, since the crystal structure of bismuth (Bi) is a tetragonal structure (Rhombohedral structure), the structure itself is originally brittle. Therefore, in order to successfully improve the copper (Cu) -bismuth (Bi) alloy, the particles of bismuth (Bi) present in the grain boundary must be changed to be spherical in the form of a film.

동(Cu)-비스무트(Bi) 합금의 결정립계에 비스무트(Bi) 입자가 필름 형태로 형성되는 이유는 액상에서의 동(Cu)과 비스무트(Bi)의 표면장력 차이에 직접적인 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 동(Cu)-비스무트(Bi) 합금의 결정립계에 비스무트(Bi) 입자의 형태를 구형으로 바꾸는 방법은 합금원소를 첨가하여 동(Cu)의 표면장력을 낮추거나 비스무트(Bi)의 표면장력을 높임으로써 해결할 수 있다. 납(Pb)과 탈륨(Tl)만이 동(Cu)에 녹지 않으면서 비스무트(Bi)에는 녹아서 비스무트(Bi)의 표면장력을 높여줄 수 있는 원소들이다. 그러나 납(Pb)과 탈륨(Tl)은 모두 독성이 있으므로 고려할 대상에서 제외한다. 이에 반하여 인(P), 인듐(In), 주석(Sn), 게르마늄(Ge), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 알루미늄(Al)은 동(Cu)에는 녹으나 비스무트(Bi)에는 녹지 않으며 동(Cu)의 표면장력을 현저히 감소시킬 수 있다고 알려져 있다.The reason why the bismuth (Bi) particles are formed in the film form at the grain boundaries of the copper (Cu) -bismuth (Bi) alloy is known to be directly related to the difference in the surface tension of copper (Cu) and bismuth (Bi) in the liquid phase. . Therefore, the method of changing the shape of the bismuth (Bi) particles into the spherical grain boundary of the copper (Cu) -bismuth (Bi) alloy is to add an alloying element to lower the surface tension of the copper (Cu) or the surface tension of the bismuth (Bi) Can be solved by increasing Lead (Pb) and thallium (Tl) are the only elements that can be dissolved in bismuth (Bi) without melting in copper (Cu) to increase the surface tension of bismuth (Bi). However, lead (Pb) and thallium (Tl) are both toxic and are therefore not considered. In contrast, phosphorus (P), indium (In), tin (Sn), germanium (Ge), gallium (Ga), zinc (Zn) and aluminum (Al) are dissolved in copper but not in bismuth (Bi). It is known that it can significantly reduce the surface tension of copper (Cu).

이와 같은 점에 기초하여 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 비스무트(Bi)의 함량을 미세하게 첨가하고 인(P)을 미량 첨가함으로써 비스무트(Bi)가 결정립계에서 구형으로 존재하도록 하며, 붕소(B)와 마그네슘(Mg)을 첨가하여 결정립 미세화를 도모하여 기계적 성질과 절삭성을 향상시킬 수 있도록 한 점에 특징이 있다. 특히 고가인 비스무트(Bi)의 함량을 낮춤으로써 경제적인 측면에서 이점이 있으며, 비스무트(Bi)가 과다 첨가되는 경우에 발생하는 기계적 특성의 취약 문제를 해결하였다.On the basis of this point, the alloy for lead-free free-cut bronze castings with a dense microstructure according to the present invention has a bismuth (Bi) spherical shape at grain boundaries by finely adding bismuth (Bi) and adding a small amount of phosphorus (P). In addition, boron (B) and magnesium (Mg) is added to promote the refinement of the crystal grains, which is characterized in that the mechanical properties and the machinability can be improved. In particular, by reducing the content of expensive bismuth (Bi) has an advantage in terms of economics, solve the problem of weakness of the mechanical properties that occur when excessive addition of bismuth (Bi).

본 발명에서는 고가인 비스무트(Bi)의 함량을 최소화하면서 기계적 성질 및 절삭성을 향상시킬 수 있는 성분범위를 설정하였다. 비스무트(Bi)의 첨가 효과를 얻기 위해서는 최소 0.5wt%이상의 비스무트(Bi)가 함유되어야 한다. 비스무트(Bi)의 함량이 0.5wt% 미만인 경우 절삭성 및 기계적 성질이 저하될 수 문제점이 있다. 한편, 비스무트(Bi)의 함량이 5wt%를 초과하면 비스무트(Bi)가 필름 형태로 조직 내부에 존재하기 때문에 청동 제품의 균열 또는 기계적 결함이 발생할 가능성이 있다. 이와 같은 이유로 비스무트(Bi)의 함량을 0.5wt%~5wt%로 한정하였다. 또한, 이러한 범위 내에서 고가인 비스무트(Bi)의 함량을 최적으로 유지하기 위해 여러 실시예들은 기계적 성질 및 절삭성을 향상시킬 수 있는 범위를 찾고자 0.5wt%~4wt%의 범위 내에서, 0.5~2.0wt%, 0.7wt%~2.5wt%, 2.0wt%~4.0wt%의 성분범위를 나누어 설계하였다.In the present invention, while setting the content range to improve the mechanical properties and machinability while minimizing the content of expensive bismuth (Bi). In order to obtain the effect of adding bismuth (Bi), at least 0.5 wt% or more of bismuth (Bi) should be contained. If the content of bismuth (Bi) is less than 0.5wt%, the machinability and mechanical properties may be degraded. On the other hand, when the content of bismuth (Bi) exceeds 5wt%, since bismuth (Bi) is present inside the tissue in the form of a film, there is a possibility that cracking or mechanical defects of the bronze product may occur. For this reason the content of bismuth (Bi) was limited to 0.5wt% ~ 5wt%. In addition, in order to optimally maintain a high content of expensive bismuth (Bi) within this range, various embodiments are in the range of 0.5wt% to 4wt% to find a range that can improve mechanical properties and machinability, from 0.5 to 2.0. Designed by dividing the component range of wt%, 0.7wt% ~ 2.5wt%, 2.0wt% ~ 4.0wt%.

이하에서는 상기한 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금에서 핵심적인 역할을 하는 첨가 원소들 중 이미 상술한 비스무트(Bi) 이외의 원소들의 역할을 서술한다.Hereinafter, the role of elements other than the above-mentioned bismuth (Bi) among the additional elements which play a key role in the lead-free free-cut bronze casting alloy having the fine microstructure described above will be described.

붕소(B)는 청동 합금의 조직을 미세화시키는데 가장 효과적인 원소이다. 붕소(B)는 아연(Zn)의 함량이 높을수록 조직의 미세화 효과가 증가한다. 붕소(B)는 합금의 강도를 높이기 위해 첨가한 다른 원소들의 효과를 극대화하는 작용을 한다. 본 발명에서 붕소(B)는 5ppm 내지 100ppm 첨가되었다. 붕소(B)의 함량이 5ppm 미만으로 첨가된 경우에는 합금 조직의 미세화 효과를 기대하기 어려우며, 붕소의 함량 이 100ppm을 초과한 경우에는 합금의 기계적 성질을 저해할 수 있는 조직이 형성되는 문제점이 있다.Boron (B) is the most effective element to refine the structure of the bronze alloy. Boron (B) is higher in the content of zinc (Zn) increases the micronizing effect of the tissue. Boron (B) serves to maximize the effect of the other elements added to increase the strength of the alloy. In the present invention, boron (B) was added 5ppm to 100ppm. If the content of boron (B) is added less than 5ppm it is difficult to expect the micronized effect of the alloy structure, when the content of boron exceeds 100ppm there is a problem in that the formation of a structure that can inhibit the mechanical properties of the alloy .

마그네슘(Mg)은 비중이 1.74인 대표적인 경금속 원소이다. 마그네슘(Mg)은 비교적 저가이면서 무독성의 성질을 갖는다. 마그네슘(Mg)은 미량 첨가되어도 도전율을 해치지 않으며 가공 경화성을 우수하게 하여 강도를 증가시키는 효과가 있다.마그네슘(Mg)은 합금의 표면에 산화마그네슘(MgO) 피막을 형성하여 열간가공 후에도 동합금 고유의 색을 유지시키는 효과를 제공한다. 또한, 마그네슘(Mg)은 또한 산소와 친화력이 커서 청동 합금 용융 주조시 도전율을 해치기 쉬운 인탈산 등에 의한 탈산 처리 없이도 충분한 탈산효과를 얻을 수 있다. 마그네슘(Mg)은 합금 내 잔존산소량을 적게 함으로써, 합금의 내식성을 개선하는 효과도 얻을 수 있다. 반면에 청동 합금 용해시 마그네슘(Mg)은 동(Cu)과의 비중차이가 커서 잘 섞이지 않으므로, 0.1wt%이상 투입시 합금의 용해가 되지 않으므로 0.1wt %를 초과하여 첨가하는 것은 바람직하지 않다. 한편, 마그네슘(Mg)은 붕소(Bi)의 조직 미세화 역할을 활성화 시켜주는 원소인데, 마그네슘(Mg)의 함량이 0.01wt% 미만으로 첨가된 경우에는 붕소(Bi)의 조직 미세화 효과를 활성화 시키지 못하는 문제점이 있다.Magnesium (Mg) is a representative light metal element with a specific gravity of 1.74. Magnesium (Mg) is relatively inexpensive and nontoxic. Magnesium (Mg) does not harm the conductivity even when a small amount is added, and has an effect of increasing the strength by excellent work hardening. Magnesium (Mg) forms a magnesium oxide (MgO) film on the surface of the alloy, which is intrinsic to copper alloys even after hot working. Provides the effect of maintaining color. In addition, magnesium (Mg) can also obtain a sufficient deoxidation effect without deoxidation treatment by phosphoric acid, etc., which has a high affinity with oxygen and tends to impair conductivity during bronze alloy melt casting. Magnesium (Mg) can also obtain the effect of improving the corrosion resistance of the alloy by reducing the amount of oxygen remaining in the alloy. On the other hand, when the bronze alloy is dissolved, magnesium (Mg) is not mixed well due to the large difference in specific gravity with copper (Cu). Therefore, it is not preferable to add more than 0.1 wt% because the alloy is not dissolved when more than 0.1 wt% is added. Meanwhile, magnesium (Mg) is an element that activates the tissue refining role of boron (Bi), when the magnesium (Mg) content of less than 0.01wt% does not activate the tissue refining effect of boron (Bi) There is a problem.

주석(Sn)은 주조성 뿐만 아니라, 내식성을 향상시켜 납(Pb)의 용출을 억제하기 위하여 첨가되는 원소이다. 주석(Sn)의 함량이 0.1wt%이하에서는 주조성 향상에 효과를 얻기가 어려우며, 10wt%이내의 것은 내식성과 내마모성이 향상된다. 주석(Sn)이 2wt% 내지 6wt% 함유된 청동은 내압성과 내마모성, 피삭성, 주조성이 향상되므로, 밸브, 펌프몸체, 임펠러, 급수전, 베어링, 슬리브 등 일반 기계부품에 많이 쓰인다. 본 발명에서 주석(Sn)의 함량은 2wt% 내지 6wt% 범위 내에서 청동 제품의 내식성 및 내마모성, 피삭성, 내압성 등 성질을 향상시키는 데 최적의 성분범위를 유지하기 위해 2wt%~4wt%와 4wt%~6wt%의 범위를 구분하여 합금을 설계하였다.Tin (Sn) is an element added for suppressing elution of lead (Pb) by improving not only castability but also corrosion resistance. If the content of tin (Sn) is less than 0.1wt%, it is difficult to obtain an effect in improving the castability, and less than 10wt% improves the corrosion resistance and wear resistance. Bronze containing 2wt% to 6wt% of tin is improved in pressure resistance, abrasion resistance, machinability, and castability, and thus is widely used in general mechanical parts such as valves, pump bodies, impellers, feeders, bearings, and sleeves. In the present invention, the content of tin (Sn) is in the range of 2wt% to 6wt% in order to maintain the optimum component range for improving the corrosion resistance and wear resistance, machinability, pressure resistance, etc. of the bronze product 2wt% ~ 4wt% and 4wt The alloy was designed by dividing the range of% ~ 6wt%.

아연(Zn)은 합금의 성형성을 향상시키는 원소이고, 내해수성 및 내압성을 향상시키는 원소이다. 그러나, 아연(Zn)의 함량이 15wt%를 초과한 경우에는 합금의 유동성이 저하되고, 청동 특유의 녹청색이 나타나지 않는 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 밸브, 펌프몸체, 임펠러, 급수전등의 사용되는 청동의 아연(Zn) 함량은 최소 3wt%이상이다. 아연(Zn)의 함량이 3wt% 미만인 경우에는 강도 및 내마모성의 나빠지는 문제가 발생될 수 있다.Zinc (Zn) is an element which improves the moldability of an alloy and is an element which improves seawater resistance and pressure resistance. However, when the content of zinc (Zn) exceeds 15wt%, there is a problem in that the fluidity of the alloy is lowered and the cyan color peculiar to bronze does not appear. In general, the zinc (Zn) content of the bronze used in valves, pump bodies, impellers, feeders, etc. is at least 3wt%. If the content of zinc (Zn) is less than 3wt%, problems of deterioration in strength and wear resistance may occur.

인(P)은 탈산제로 사용되며, 합금 중에 0.05wt%이하 정도의 인이 용탕에 남게 되면 합금의 유동성, 경도 및 강도가 증가되고, 내마모성, 탄성이 개선되지만, 0.5wt%를 초과하면 오히려 유동성 및 기계적 성질이 저하되는 문제점이 있다.Phosphorus (P) is used as a deoxidizer. When phosphorus of less than 0.05wt% is left in the molten metal in the alloy, the fluidity, hardness and strength of the alloy are increased, and wear resistance and elasticity are improved. And mechanical properties are deteriorated.

철(Fe)은 기계적 강도를 향상시키기 위해 첨가되는 것으로서, 함량이 많아지면 기계적 강도는 향상될 수 있으므로, 0.03wt%이상으로 첨가하여야 하나, 0.3wt%를 초과하는 경우에는 다른 금속과 금속간 화합물을 형성하여 합금이 취약해지는 문제가 발생한다. 철(Fe)은 붕소(B), 마그네슘(Mg)으로 인한 조직 미세화 현상을 활성화 시키는 원소이다.Iron (Fe) is added to improve the mechanical strength, and as the content increases, the mechanical strength may be improved. Therefore, the iron (Fe) should be added at 0.03 wt% or more. There is a problem that the alloy becomes weak by forming a. Iron (Fe) is an element that activates the microstructure of the phenomenon caused by boron (B), magnesium (Mg).

니켈(Ni)은 주로 합금의 강도 및 경도를 증가시키는 원소이나, 0.8wt%를 초과하는 경우에는 합금의 물리적 성질을 저하시키므로 니켈(Ni)의 함유량은 0.8wt%이하로 제한하는 것이 바람직하다.Nickel (Ni) is an element that mainly increases the strength and hardness of the alloy, but when it exceeds 0.8 wt%, the content of nickel (Ni) is preferably limited to 0.8 wt% or less because it lowers the physical properties of the alloy.

알루미늄(Al)은 청동 합금에서 청동 합금의 기계적성질을 저하시키는 불순물의 역할이므로, 최대한 억제하는 것이 가장 좋으나, 주조시 보통 최대 0.005wt% 가 나오므로, 이를 최대치로 하고 성분을 제한하였다.Aluminum (Al) is the role of impurities in reducing the mechanical properties of the bronze alloy in the bronze alloy, it is best to suppress as much as possible, but usually up to 0.005wt% at casting, this is the maximum value and the ingredients were limited.

이와 같은 점에 기초하여 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 여러 가지 조합으로 설계하였다. 이에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 동(Cu) 80~91wt%, 아연(Zn) 3.5~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm을 포함하는 것을 특징으로 한다.On the basis of this point, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention was designed in various combinations. The alloy for lead-free free-cut bronze castings with a fine microstructure according to this is copper (Cu) 80-91 wt%, zinc (Zn) 3.5-13 wt%, tin (Sn) 2.0-6.0 wt%, iron (Fe) 0.03-0.3 wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5 ~ 4.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 ~ It is characterized by including 100ppm.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 동(Cu) 80~91wt%, 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함할 수 있다.On the other hand, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure according to the present invention, copper (Cu) 80-91wt%, zinc (Zn) 6-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe) ) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5-2.0wt%, magnesium (Mg) 0.01-0.1wt%, boron ( B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) may include 0.005wt% or less.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 동(Cu) 84~90.5wt%, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.7~2.5wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함할 수 있다.On the other hand, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure according to the present invention, copper (Cu) 84-90.5wt%, zinc (Zn) 3.5-8wt%, tin (Sn) 4.0-6.0wt%, iron ( Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) may be 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금 은, 동(Cu) 80~91wt%, 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함할 수 있다.On the other hand, the alloy for lead-free free-cut bronze castings with a fine microstructure according to the present invention, copper (Cu) 80-91wt%, zinc (Zn) 6-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe ) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.5-2.0wt%, magnesium (Mg) 0.01-0.1wt%, boron ( B) 5 to 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) may include 0.005wt% or less.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 동(Cu) 84~90.5wt%, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.7~2.5wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함할 수 있다.On the other hand, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure according to the present invention, copper (Cu) 84-90.5wt%, zinc (Zn) 3.5-8wt%, tin (Sn) 4.0-6.0wt%, iron ( Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni ) 0.8 wt% or less, aluminum (Al) may include 0.005 wt% or less.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은, 동(Cu) 82.5~89.5wt%, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, 비스무트(Bi) 2.0~4.0wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함할 수 있다.On the other hand, the alloy for lead-free free-cut bronze castings with a dense microstructure according to the present invention, copper (Cu) 82.5 ~ 89.5 wt%, zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron ( Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, bismuth (Bi) 2.0 ~ 4.0wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni ) 0.8 wt% or less, aluminum (Al) may include 0.005 wt% or less.

한편, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제조하는 방법은, 장입단계(S1)와, 용융단계(S2)와, 불순물 제거단계(S3)와, 주조단계(S4)를 포함하고 있다.On the other hand, the method for producing an alloy for lead-free free cutting bronze casting with a fine microstructure according to the present invention, the charging step (S1), melting step (S2), impurity removal step (S3), casting step (S4) It includes.

상기 장입단계(S1)에서는 청동 스크랩, 아연(Zn) 지금(ingot), 주석(Sn) 지금(ingot), 비스무트(Bi) 지금(ingot) 및 나머지 합금원소를 배합 계산하여 용해로에 장입한다. 상기 용융단계(S2)에서는 상기 용해로의 온도를 1050℃ 내지 1100℃로 유지한 상태에서 교반하면서 1시간 30분 동안 가열하여 용융한다. 상기 불순물 제거단계(S3)에서는 상기 용융단계(S2) 후에 상기 용해로의 온도를 1120℃ 내지 1180℃로 유지하여 슬래그 상태로 부상된 비금속게재물을 제거한다. 상기 주조단계(S4)에서는 상기 비금속게재물이 제거된 용융합금을 잉곳(ingot) 형태로 주조한다.In the charging step (S1), bronze scraps, zinc (Zn) ingots, tin (Sn) ingots, bismuth (Bi) ingots and the remaining alloying elements are combined and charged into the melting furnace. In the melting step (S2) is heated by melting for 1 hour 30 minutes while stirring while maintaining the temperature of the melting furnace at 1050 ℃ to 1100 ℃. In the impurity removal step (S3), after the melting step (S2), the temperature of the melting furnace is maintained at 1120 ° C. to 1180 ° C. to remove the non-metallic inclusions floating in the slag state. In the casting step (S4), the molten alloy from which the non-metallic inclusions are removed is cast in an ingot form.

이하에서는 상술한 본 발명에 따른 실시예들에 포함되는 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제조하여 절삭성, 경도 및 결정립 미세화의 정도를 비교 분석하였다.Hereinafter, to prepare an alloy for lead-free free-cut bronze casting with a dense microstructure included in the embodiments according to the present invention described above was compared and analyzed the cutting, hardness and degree of grain refinement.

도 1을 참조하면, 종래의 청동 합금을 비교예로 하며, 실시예1 내지 실시예9는 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 실시예들로서, 각각 비스무트(Bi), 마그네슘(Mg), 붕소(B)의 함량을 달리하여 제조한 것이다. 실시예1 내지 실시예 3은 마그네슘(Mg)과 붕소(B)의 첨가여부를 주요 변수로 한 것이며, 상대적으로 비스무트(Bi)의 함량을 낮게 첨가한 것이다. 실시예4 내지 실시예6은 실시예1 내지 실시예3에 비해 상대적으로 비스무트(Bi)의 함량을 증가시킨 합금으로서 마그네슘(Mg)과 붕소(B)의 첨가 여부를 주요 변수로 한 것이다. 한편, 실시예 7 내지 실시예 9는 4 내지 실시예 6에 비해 상대적으로 비스무트(Bi)의 함량을 증가시킨 합금으로서 마그네슘(Mg)과 붕소(B)의 첨가 여부를 주요 변수로 한 것이다.Referring to Figure 1, the conventional bronze alloy as a comparative example, Examples 1 to 9 are examples of the lead-free free-cut bronze casting alloy with a dense microstructure according to the present invention, respectively, bismuth (Bi), It is prepared by varying the content of magnesium (Mg), boron (B). In Examples 1 to 3, the addition of magnesium (Mg) and boron (B) was the main variable, and relatively low content of bismuth (Bi) was added. Examples 4 to 6 are alloys in which the content of bismuth (Bi) is increased relative to Examples 1 to 3, with magnesium (Mg) and boron (B) added as main variables. On the other hand, Examples 7 to 9 is an alloy that increased the content of bismuth (Bi) relative to 4 to Example 6, the main variable is the addition of magnesium (Mg) and boron (B).

도 2는 도 1에 도시된 청동 합금들의 절삭 저항력 시험결과를 나타낸 것이다. 일반적으로 청동 합금의 가공성이 우수한 경우 절삭 저항력이 낮으며, 칩(Chip)이 잘게 부스러지는 경향이 나타난다. 청동 합금의 가공성이 좋지 않은 경 우에는 절삭 저항력이 높고, 칩(Chip)이 말리는 경향이 나타나므로, 이를 판단하기 위해 절삭 저항력 시험을 시행하였다. 절삭 저항력 시험 방법은 드릴을 사용하여 실시하였다. 절삭 저항력 시험에서 사용된 드릴은 직경 3.5mm의 고속도강이며, 절삭속도는 1100rpm, 절삭깊이 10mm의 조건에서 시행하였다. 이러한 시험조건에서 절삭 저항력이 4kgf·cm 이하인 경우에 기계 가공성이 우수한 것으로 알려져 있다. 기계 가공성이 우수한 쾌삭 청동을 비교예로 설정하여 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 기계 가공성을 비교 평가하였다. 도 2를 참조하면 비교예로 도시된 쾌삭 청동의 절삭 저항력과 실시예 1 내지 실시예 9호 도시된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 절삭 저항력은 모두 4kgf·cm 이하로서 만족스러운 것으로 평가되었다. 도 3은 도 1에 도시된 합금들의 절삭된 칩(chip)의 형태를 보여주는 사진이다. 붕소(B)와 마그네슘(Mg)이 첨가된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 칩(Chip) 형태가 잘게 부스러지는 경향을 보였다. 도 3을 참조하여 판단한 바에 의하면 실시예 1 내지 실시예 9에 도시된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 절삭된 칩 형태로 보아 가공성은 양호한 것으로 평가되었다.Figure 2 shows the cutting resistance test results of the bronze alloys shown in FIG. In general, when the workability of the bronze alloy is excellent, the cutting resistance is low, and chips tend to be chipped. When the workability of the bronze alloy is not good, the cutting force is high and the chip tends to dry. Therefore, a cutting force test was conducted to determine this. Cutting resistance test method was carried out using a drill. The drill used in the cutting force test was a high-speed steel with a diameter of 3.5 mm, and the cutting speed was performed at 1100 rpm and a cutting depth of 10 mm. It is known that the machinability is excellent when the cutting force is less than 4 kgf · cm under these test conditions. The machinability of the lead-free free-cut bronze casting alloy with the dense microstructure according to the present invention was evaluated by setting the free-cut bronze having excellent machinability as a comparative example. Referring to FIG. 2, the cutting resistance of the free cutting bronze shown in the comparative example and the lead-free free cutting bronze casting alloy having the fine microstructures shown in Examples 1 to 9 are satisfactory as 4 kgf · cm or less. Was evaluated. 3 is a photograph showing the shape of a cut chip of the alloys shown in FIG. Chip form of lead-free free-cut bronze casting alloys with dense microstructures containing boron (B) and magnesium (Mg) tended to be brittle. 3, the lead-free free-cut bronze casting alloy having the fine microstructures shown in Examples 1 to 9 was evaluated as having good workability in the form of cut chips.

도 4는 도 1에 도시된 합금들의 결정립의 크기를 비교하기 위한 광학 현미경 사진이다. 도 4를 참조하면, 붕소(B)와 마그네슘(Mg)이 첨가된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 조직이 상대적으로 더욱 미세한 것을 알 수 있었다. 이러한 결과는 붕소(B)와 마그네슘(Mg)이 첨가됨으로써 조직이 미세화되었음을 증명하는 것이다. 따라서, 붕소(B)와 마그네슘(Mg)이 첨가된 합금이 기계적 성 질 및 절삭성이 우수할 것으로 기대된다. 도 4를 참조하면, 비교예로 도시된 일반 청동합금의 결정립은 전반적으로 조대한 경향을 보여주고 있다. 이에 비하여 실시예 1 내지 실시예 9 도시된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 결정립은 상대적으로 미세한 경향을 보여주고 있으며, 특히 붕소(B) 또는 마그네슘(Mg)이 첨가된 합금의 조직이 미세한 것으로 파악되었다. 또한, 붕소(B) 또는 마그네슘(Mg)을 단독으로 첨가하는 경우(실시예 2, 5, 6, 8, 9)보다 붕소(B)와 마그네슘(Mg)을 동시에 첨가한 경우(실시예 1, 4, 7)의 조직이 더욱 미세한 경향을 보여주었다.4 is an optical micrograph for comparing the size of the grains of the alloys shown in FIG. Referring to FIG. 4, it can be seen that the structure of the lead-free free-cut bronze casting alloy having a dense microstructure to which boron (B) and magnesium (Mg) is added is relatively finer. These results prove that the tissue was refined by the addition of boron (B) and magnesium (Mg). Therefore, it is expected that the alloy containing boron (B) and magnesium (Mg) will have excellent mechanical properties and cutting properties. Referring to FIG. 4, the grains of the general bronze alloy shown as a comparative example show an overall coarse trend. On the other hand, the crystal grains of the lead-free free-cut bronze casting alloys with the dense microstructures shown in Examples 1 to 9 show a relatively small tendency, in particular, the texture of the alloy to which boron (B) or magnesium (Mg) is added. This was found to be fine. In addition, when boron (B) and magnesium (Mg) are added simultaneously than when boron (B) or magnesium (Mg) is added alone (Examples 2, 5, 6, 8, and 9) (Example 1, The tissues of 4 and 7 showed a more tendency.

도 5에서는 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 기계적 특성을 평가 결과를 보여주고 있다. 기계적 성질이 우수한 합금은 가공시 결함 발생의 위험성이 작다. 본 발명에서는 비커스 경도를 측정하여 합금의 기계적 특성을 평가하였다. 도 5를 참조하면 실시예 1 내지 실시예 6에서 붕소(B)와 마그네슘(Mg)이 모두 첨가된 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 경도가 큰 것으로 평가되었다.5 shows the evaluation results of the mechanical properties of the lead-free free-cut bronze casting alloy with a dense microstructure according to the present invention. Alloys with good mechanical properties have a low risk of defects during machining. In the present invention, the Vickers hardness was measured to evaluate the mechanical properties of the alloy. Referring to FIG. 5, in Examples 1 to 6, it was evaluated that the hardness of the lead-free free-cut bronze casting alloy having a dense microstructure to which both boron (B) and magnesium (Mg) were added was large.

이와 같이, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금 및 그 제 제조방법은, 비스무트(Bi)와, 인(P)과 붕소(B)를 최적으로 첨가한 합금을 제공함으로써, 납(Pb)의 대체원소로 첨가된 비스무트(Bi)의 취성을 억제하고 가공성을 현저하게 향상시킨 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 마그네슘(Mg)을 첨가함으로써 강도를 현저하게 증가시키 는 효과를 제공한다. 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 종래에 해외에서 개발된 무연 청동과 그 성분을 달리하는 것으로서 수입대체 효과를 제공하여 제품의 원가를 절감하여 연관 산업의 국제 경쟁력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금은 친환경적인 소재의 보급을 확대하는 효과를 제공한다.As described above, the alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure according to the present invention and a method for manufacturing the same are provided by providing an alloy in which bismuth (Bi), phosphorus (P) and boron (B) are optimally added. There is an effect of providing an alloy for lead-free free-cut bronze casting with a fine microstructure that suppresses brittleness of bismuth (Bi) added as an alternative to lead (Pb) and remarkably improves workability. In addition, the lead-free free-cut bronze casting alloy having a fine microstructure according to the present invention provides an effect of significantly increasing the strength by adding magnesium (Mg). The lead-free free-cut bronze casting alloy with a fine microstructure according to the present invention is different from the lead-free bronze and its components conventionally developed overseas to provide an import substitution effect to reduce the cost of the product to improve the international competitiveness of related industries You can. In addition, the lead-free free-cut bronze casting alloy with a dense microstructure according to the present invention provides the effect of expanding the spread of environmentally friendly materials.

이상, 바람직한 실시예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시예가 구체화될 수 있을 것이다.The present invention has been described above with reference to preferred embodiments, but the present invention is not limited to such an example, and various forms of embodiments may be embodied without departing from the technical spirit of the present invention.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 청동 합금과 종래의 청동 합금의 성분을 보여주는 표이다.1 is a table showing the components of a bronze alloy and a conventional bronze alloy according to preferred embodiments of the present invention.

도 2는 도 1에 도시된 청동 합금들의 절삭저항력 시험결과를 보여주는 표이다.FIG. 2 is a table illustrating cutting resistance test results of the bronze alloys illustrated in FIG. 1.

도 3은 도 1에 도시된 청동 합금들의 절삭된 칩의 형태를 보여주는 사진이다.3 is a photograph showing the shape of a cut chip of the bronze alloys shown in FIG.

도 4는 도 1에 도시된 청동 합금들의 결정립의 크기를 보여주는 광학 현미경 사진이다.4 is an optical micrograph showing the size of the grains of the bronze alloys shown in FIG.

도 5는 도 1에 도시된 합금들의 경도를 비교한 표이다.5 is a table comparing the hardness of the alloys shown in FIG.

도 6은 본 발명에 따른 치밀한 미세조직을 갖춘 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 제조방법을 설명하기 위한 공정도이다.6 is a process chart for explaining a method for producing an alloy for lead-free free cutting bronze casting with a dense microstructure according to the present invention.

Claims (9)

아연(Zn) 3.5~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe) 0.03-0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.5~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하의 원소 중 비스무트와 붕소를 포함하여 적어도 3개의 원소를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 0.5 to 4.0 wt%, magnesium (Mg) 0.01 to 0.1 wt%, boron (B) 5 to 100 ppm, nickel (Ni) 0.8 wt% or less, bismuth and aluminum (Al) 0.005 wt% or less An alloy for lead-free free-cut bronze castings comprising at least three elements, including boron, the remainder being copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 3.5~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe) 0.03-0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.5~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm을 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Lead-free free-cut bronze castings containing bismuth (Bi) 0.5-4.0 wt%, magnesium (Mg) 0.01-0.1 wt%, boron (B) 5-100 ppm, the remainder being copper (Cu) and trace inevitable impurities Dragon alloy. 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 6-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe) 0.03-0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 0.5 ~ 2.0wt%, Magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, Boron (B) 5 ~ 100ppm, Nickel (Ni) 0.8wt% or less, Aluminum (Al) 0.005wt% or less An alloy for lead-free free-cut bronze castings, characterized by copper and trace amounts of inevitable impurities. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.7~2.5wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, Magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, Boron (B) 5 ~ 100ppm, Nickel (Ni) 0.8wt% or less, Aluminum (Al) 0.005wt% or less An alloy for lead-free free-cut bronze castings, characterized by copper and trace amounts of inevitable impurities. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 2.0~4.0wt%, 마그네슘(Mg) 0.01~0.1wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 2.0 ~ 4.0wt%, magnesium (Mg) 0.01 ~ 0.1wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less An alloy for lead-free free-cut bronze castings, characterized by copper and trace amounts of inevitable impurities. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 6~13wt%, 주석(Sn) 2.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 6-13wt%, tin (Sn) 2.0-6.0wt%, iron (Fe) 0.03-0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.5~2.0wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 0.5 ~ 2.0wt%, Boron (B) 5 ~ 100ppm, Nickel (Ni) 0.8wt% or less, Aluminum (Al) 0.005wt% or less, the remainder is copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities An alloy for lead-free free cutting bronze casting, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 0.7~2.5wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.5wt%, Boron (B) 5 ~ 100ppm, Nickel (Ni) 0.8wt% or less, Aluminum (Al) 0.005wt% or less, the rest is copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities An alloy for lead-free free cutting bronze casting, characterized in that. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 아연(Zn) 3.5~8wt%, 주석(Sn) 4.0~6.0wt%, 철(Fe) 0.03~0.3wt%, 인(P) 0.03wt% 이하, 납(Pb) 0.2wt% 이하를 포함하며, Zinc (Zn) 3.5 ~ 8wt%, tin (Sn) 4.0 ~ 6.0wt%, iron (Fe) 0.03 ~ 0.3wt%, phosphorus (P) 0.03wt% or less, lead (Pb) 0.2wt% or less, 비스무트(Bi) 2.0~4.0wt%, 붕소(B) 5~100ppm, 니켈(Ni) 0.8wt% 이하, 알루미늄(Al) 0.005wt%이하를 포함하고 나머지는 동(Cu) 및 미량의 불가피한 불순물인 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금.Bismuth (Bi) 2.0 ~ 4.0wt%, boron (B) 5 ~ 100ppm, nickel (Ni) 0.8wt% or less, aluminum (Al) 0.005wt% or less, the remainder is copper (Cu) and trace amounts of unavoidable impurities An alloy for lead-free free cutting bronze casting, characterized in that. 제1항 내지 제8항 중 어느 한항의 성분비를 가지는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금을 제조하는 방법으로서,A method of manufacturing an alloy for lead-free free-cut bronze castings having a component ratio of any one of claims 1 to 8, 청동 스크랩, 아연(Zn) 지금(ingot), 주석(Sn) 지금(ingot), 비스무트(Bi) 지금(ingot) 및 나머지 합금원소를 배합 계산하여 용해로에 장입하는 장입단계;A charging step of compounding the bronze scrap, zinc (Zn) ingot, tin (Sn) ingot, bismuth (Bi) ingot and the remaining alloying elements into a melting furnace; 상기 용해로의 온도를 1050℃ 내지 1100℃로 유지한 상태에서 교반하면서 1시간 30분 동안 가열하여 용융하는 용융단계;A melting step of heating and melting for 1 hour and 30 minutes while stirring while maintaining the temperature of the melting furnace at 1050 ° C to 1100 ° C; 상기 용융단계 후에 상기 용해로의 온도를 1120℃ 내지 1180℃로 유지하여 슬래그 상태로 부상된 비금속게재물을 제거하는 불순물 제거단계; 및An impurity removal step of removing the non-metallic inclusions floating in the slag state by maintaining the temperature of the melting furnace at 1120 ° C. to 1180 ° C. after the melting step; And 상기 비금속게재물이 제거된 용융합금을 잉곳 형태로 주조하는 주조단계;를 포함한 것을 특징으로 하는 무연 쾌삭 청동 주물용 합금의 제조 방법.And a casting step of casting the molten alloy from which the non-metallic inclusions have been removed in an ingot form.
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