KR100982611B1

KR100982611B1 - 동합금 압출재 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100982611B1
Application number: KR1020077029613A
Authority: KR
Inventors: 요시하루 코사카; 마사노리 오쿠야마; 아키미치 코지마; 카츠요시 콘도
Original assignee: 산에츠긴조쿠가부시키가이샤
Priority date: 2005-07-28
Filing date: 2006-07-25
Publication date: 2010-09-15
Also published as: EP1918389A4; JPWO2007013428A1; CN101233250A; WO2007013428A1; CN101233250B; EP1918389A1; US20090092517A1; KR20080043737A; JP4190570B2

Abstract

동합금 압출재는, 동합금 분말 고화체 빌렛을 압출 가공하여 얻어지는 것으로서, 내부에 구(舊)분말입계를 잔존시키고 있다.

Description

동합금 압출재 및 그 제조 방법{COPPER ALLOY EXTRUDED MATERIAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME}

본 발명은, 쾌삭성(快削性)을 갖는 고강도 동합금(copper alloy)압출재에 관한 것으로, 보다 바람직하게는, 환경이나 인체에 유해한 납이나 카드늄을 함유하지 않는 동합금 압출재에 관한 것이다.

동합금은, 자동차 부품, 전자 부품, 배관 부재(수도꼭지 금구·밸브) 등에 폭넓게 사용되고 있지만, 금후의 적용 제품의 확장이나 시장 확대를 고려하면, 그 피삭성(기계 가공성)과 강도의 쌍방을 개선·향상시키는 것이 중요한 과제이다. 특히, 생산성·저비용화를 고려하면, 동합금의 피삭성 향상은 중요하다.

일반적으로, 동합금의 피삭성을 개선시키는데는, 납의 첨가가 유효한 것이 알려져 있다. 그와 같은 납을 포함하는 동합금으로서, 예를 들면, JIS H5111 BC6 등의 청동계 합금이나, JIS H3250-C3604, C3771 등의 황동계 합금 등이 있다.

그러나, 인체나 환경에 악영향이 있는 납이나 카드늄을 포함하는 동합금을 제조하는 과정에서, 합금의 용해·주조시에 발생하는 금속 증기중의 납·카드늄 성 분을 작업자가 흡인하는 것이나, 수도꼭지 금구·밸브 등에 그들의 동합금을 사용한 경우에 음료수와의 접촉에 의해 납성분이 용출하여 인체에 흡음 된다고 하는 위험성이 잠재하고 있다.

이와 같은 사용 과정에서 동합금으로부터 납이나 카드늄이 용출하는 것을 억제하기 위해, 예를 들면, 일본 특개2000-96268호 공보나 일본 특개2000-96269호 공보에서는, 표면의 납을 사전에 제거하는 방법을 제안하고 있다. 그러나, 사용 과정에서 표층 부분의 마모·손상 등에 의해 납이 표면에 출현할 가능성도 있기 때문에, 이와 같은 방법에서는, 납 용출 현상을 완전히 억제할 수는 없다.

다른 한편, 납이나 카드늄을 일체 함유하지 않는 무연 쾌삭성 동합금이, 예를 들면, 일본 특개2000-119775호 공보에 기재되어 있다. 이 공보에는, 인장강도 600 내지 800MPa 정도를 갖는 동합금이 제안되어 있지만, 첨가 원소인 규소(Si)는 γ상을 출현시킴으로써 동합금의 피삭성을 개선하지만, 소지의 구리나 납에 비하여 경질이기 때문에 JIS H3250-C3604, C3771 등의 납 함유 황동계 합금에 비하면, 절삭 저항이 커지고, 또한 공구 수명이 짧아지는 등의 문제가 있다.

피삭성·절삭성을 향상시키는 방법으로서, 예를 들면, 「구리와 동합금, 제 42권, 1호, p.223-228, 2003년」에서, 흑연 분말 입자를 황동합금에 첨가하는 것에 관한 연구보고가 있다. 여기서는, 3중량%의 흑연 분말 입자를 황동합금의 용탕(溶湯)에 첨가하고, 교반한 후에 금형에 주조하고, 그것을 압출하여 황동합금 압출재를 제작하고 있다. 본 논문에서도 소개되어 있는 바와 같이, 흑연의 비중이 동합금의 약 1/6 이하로 작기 때문에, 용해시에 충분히 교반하여도 주조시에는 흑연 입자 가 부유·편석(偏析)된다. 그 때문에, 주조 잉고트에서 국소적으로 흑연 입자가 존재하는 부분과, 흑연 입자가 전혀 존재하지 않는 영역이 혼재한다. 그 결과, 이와 같은 잉고트를 이용하여 제작한 압출재의 단면에서도 연륜형상(年輪狀)에 흑연 입자가 분산되고, 황동합금의 피삭성(절삭가루의 형상)도 장소에 따라 크게 다르다는 문제가 보고되어 있다. 또한 흑연 입자의 편석·응집에 의해 표층 부분에 결함(빈구멍)이 다수 존재하고, 그것들이 황동재의 기계적 특성을 저하시킨다.

환경이나 인체에 악영향을 미칠 우려가 있는 납이나 카드늄에 대체되는 피삭성 향상 원소를 선정하고, 그 원소를 첨가한 때에 그 원소가 합금중에 균일하게 분산되어 안정된 고쾌삭성과 우수한 기계적 특성(특히 고강도)을 실현할 수 있는 동합금의 개발이 요망된다. 특히, 동합금의 쾌삭성과 고강도화를 양립시키는데는, 피삭성 향상 원소를 동합금중에 첨가할 때에, 그 원소를 합금중에 균일하게 분산시키는 것이 중요하다.

본 발명의 목적은, 고쾌삭성을 갖는 동합금 압출재를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 적량의 피삭성 향상 원소를 균일하게 분산시킨 동합금 압출재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 안정된 고쾌삭성과 우수한 기계적 특성을 양립시킨 동합금 압출재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 납이나 카드늄을 함유하지 않는 고쾌삭성 동합금 압출재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 동합금 압출재를 얻기 위한 동합금 압출재용 빌렛을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 상기한 동합금 압출재를 인발 가공 또는 열간단조 가공하여 얻어진 동합금 부재를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 고쾌삭성을 갖는 동합금 압출재를 제조하기 위한 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 동합금 압출재는, 동합금 분말 고화체 빌렛을 압출 가공하여 얻어지는 것으로서, 내부에 구 분말입계를 잔존시키고 있는 것을 특징으로 한다.

하나의 실시 형태에서는, 동합금 압출재는, 동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스 중에, 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 분말 입자를 중량 기준으로 0.1% 내지 3% 함유한다. 보다 바람직하게는, 동합금 압출재는, 동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스 중에, 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 분말 입자를 중량 기준으로 0.3% 내지 1% 함유한다.

하나의 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 구리를 77 내지 88%, 알루미늄을 8.5 내지 12%, 니켈을 0.5 내지 5.5%, 철을 2 내지 5%, 망간을 0.5 내지 2% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

다른 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 구리를 69 내지 80% 및 실리콘을 1.8 내지 3.5% 함유하고, 또한 0.3 내지 3.5%의 주석, 1 내지 3.5%의 알루미늄, 0.02 내지 0.25%의 인(燐)으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

또 다른 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 아연을 26 내지 32%, 실리콘을 0.5 내지 1.5%, 알루미늄을 3 내지 4.5%, 철을 0.5 내지 1.5%, 니켈을 2 내지 4.5% 함유하고, 잔부가 동으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

또 다른 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 구리를 55 내지 65%, 알루미늄을 0.2 내지 7.5%, 철을 0.1 내지 4%, 망간을 0.5 내지 5% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

또 다른 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 구리를 55 내지 64%, 철을 0.1 내지 0.7%, 주석을 0.2 내지 2.5% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

매트릭스를 구성하는 동합금은, 또한, 중량 기준으로 0.1 내지 1.5%의 티탄, 0.1 내지 1.5%의 크롬, 0.1 내지 1.5%의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하여도 좋다.

매트릭스를 구성하는 동합금은, 또한, 중량 기준으로 0.02 내지 4%의 비스무트, 0.02 내지 0.4%의 텔루르(tellurium), 0.02 내지 0.4%의 셀렌, 0.02 내지 0.15%의 안티몬으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하여도 좋다.

상기한 분말 입자의 입자경은, 예를 들면, 5㎛ 이상 300㎛ 이하이다. 바람직하게는, 분말 입자는, 구 분말입계에 따라 분포하고 있다.

또 다른 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 납을 0.3 내지 4% 함유한다.

본 발명에 따른 동합금 압출재용 빌렛은, 상기한 어느 하나에 기재된 동합금 압출재를 얻기 위한 빌렛으로서, 동합금 분말을 압분 성형함에 의해 성형되어 있다.

본 발명에 따른 동합금 부재는, 상기한 어느 하나에 기재된 동합금 압출재를 인발 가공 또는 열간단조 가공하여 얻어진 것이다.

본 발명에 따른 동합금 압출재의 제조 방법은, 동합금 분말을 압분 성형하여 동합금 분말 고화체 빌렛을 제작하는 공정과, 이 빌렛에 대해 압출 가공을 시행하여 압출재를 얻는 공정을 구비한다.

상기 방법에서, 압출 가공의 압출비는, 예를 들면, 20 이상 500 이하이다.

하나의 실시 형태에 관한 방법에서는, 상기한 압분 성형에 앞서, 동합금 분말에, 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 일종의 분말 입자를 첨가하고, 그것들을 혼합하는 공정을 구비한다. 이 경우, 바람직하게는, 동합금 분말 100중량부에 대해, 분말 입자의 첨가량이 0.1 내지 3중량부이다.

첨가하는 분말 입자의 입자경은, 예를 들면, 5㎛ 이상 300㎛ 이하이다.

상기한 방법은, 예를 들면, 빌렛을 400℃ 내지 800℃의 범위에 가열하여 상기한 압출 가공을 행한다.

상술한 각 구성의 기술적 의의 및 작용 효과 등에 관해서는, 이하에 상세히 설명한다.

도 1은 각종의 절분(cut powder)의 형상을 도시하는 사진.

도 2는 도 1의 절분의 사진의 일부를 묘사한 도면.

도 3은 동합금 분체 고화 빌렛 및 주조제 동합금 빌렛의 조직 사진.

도 4는 도 3의 조직 사진에 구 분말입계를 나타내는 선을 덛그은 조직 사진.

도 5는 드릴링 머신을 모식적으로 도시하는 도면.

본 발명자들은, 피삭성에 우수한 고강도 동합금 압출재와 그 제조 방법을 제안하는 것이다. 구체적으로는, 납에 대체되는 피삭성 향상 원소로서 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘을 선정하고, 이 중에서 적어도 1종류의 분말 입자를, 소정의 합금 조성을 갖는 동합금 분말에 적정량만큼 첨가·혼합하고, 그 혼합 분말을 성형 고화·압출함으로써 상기한 목적을 달성하고자 하는 것이다. 특히, 종래 기술의 과제였던, 용해·주조 공정에서의 저비중의 피삭성 향상 원소 입자와 동합금과의 편석·분리의 문제를 해결하는 방법으로서, 양자의 분체 입자끼리를 녹이는 일 없이, 성형 고화·압출함으로써 피삭성 향상 원소 입자가 동합금 소지중에 균일하게 분산되고, 그 결과, 우수한 피삭성과 높은 강도·인성을 겸비한 동합금 압출재를 제공할 수 있다.

본 발명의 상세, 및 바람직한 실시 형태의 상세는, 이하와 같다.

본 발명에 의한 동합금 압출재의 소지를 구성하는 동합금 분말을, 후술하는 피삭성 향상 원소 입자와 혼합한 후, 금형이나 몰드에 충전한 상태에서 가압 유지함으로써 압출용 동합금 분말 고화체 빌렛을 제작한다. 이 빌렛을 계속해서 가열한 후, 곧바로 압출 가공에 의해 치밀하게 고화한다. 그 결과, 얻어진 동합금 압출재의 내부에는, 투입 원료인 동합금 분말에 대응하는 구 분말입계가 잔존한 조직 구조가 나타난다. 이와 같은 조직 구조는, 동합금 분말 고화체 빌렛을 적정한 압출비하에서 열간소성 가공함으로써 실현·제어할 수 있는 것을 본 발명자들은 발견하였다.

도 1은 각종의 동합금 압출재를 절삭 가공한 때에 얻어진 절분(절삭가루)의 형상을 도시한 사진이다. 또한, 도 2는 도 1의 절분의 사진의 일부를 묘사한 도면이고, 도 2의 (a), (b), (c), (d)는, 각각, 도 1의 (a), (b), (c), (d)에 대응하고 있다.

종래의 용해·주조 빌렛을 이용하여 얻어지는 동합금 압출재를 절삭 가공한 경우, 절분(절삭가루)은, 도 1(d) 및 도 2(d)에 도시하는 바와 같이 연속적인 컬모양의 형상을 갖게 된다. 그에 대해, 상기한 바와 같은 구 분말입계를 소지중에 잔존시킴으로써, 높은 강도(세기)와 인성(신장)을 유지하면서도, 절삭 가공에서 절분(절삭가루)의 형상이, 도 1(d) 및 도 2(d)에 도시하는 바와 같은 연속적인 컬형상을 갖는 것이 아니라, 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시하는 바와 같은 비교적 짧은 편형상(片狀) 절삭가루로 된다. 이와 같은 편형상 절삭가루는, 절삭 가공시에 배출 처리하기 쉽고, 현저한 피삭성 향상의 효과를 발현할 수 있다. 즉, 동합금 분말 고화체 빌렛을 적정한 압출비로 압출하고 고화하는 것은, 종래에는 보이지 않는, 동합금 압출재에 대한 새로운 피삭성 향상 방법이다. 종래 기술인 용해·주조 빌렛을 이용하여 얻어지는 압출재의 내부에서는, 이와 같은 구 분말입계는 존재할 수 없기 때문에, 동일 조성의 용해·주조 빌렛을 이용하여도, 상기한 바와 같은 현저한 피삭성의 개선 효과는 인정되지 않는다.

또한, 후술하는 피삭성 향상 원소 입자를 본 발명의 동합금 압출재의 소지중에 균일하게 분산시킴으로써, 절삭 가공시의 공구와 동합금 소재 간의 마찰 저항(절삭 저항)을 저감시키고, 동시에 도 1(a) 및 도 2(a)에 도시하는 바와 같이 절삭가루의 치수를 또한 작게 할 수 있다. 따라서, 공구 수명을 길게 하고, 절삭 시간을 단축한다는 나아가 피삭성 향상 효과를 발현할 수 있게 된다.

동합금 분말의 입자경에 관해서는, 특히 제약은 없지만, 금형이나 몰드에의 충전성이나 압분 성형성 등을 고려하면, 입자경은 10㎛ 이상 10㎜ 이하 정도인 것이 바람직하다. 동합금 분말의 입자경이 10㎛를 밑돌면, 분말 입자가 금형의 간극에 들어가 금형끼리의 늘어붙음을 유발하거나, 충전성이 저하된다는 문제, 또한 비(比)표면적이 증가하기 때문에 동합금 분말 사이에서의 마찰 저항의 증대에 의해 압분 성형성이 저하되어 분말 고화체 빌렛에 균열이나 결손이 생기는 등의 문제가 생긴다. 한편, 동합금 분말의 입자경이 10㎜를 초과하면, 금형이나 몰드 내에의 충전률의 저하나 압분 성형성의 저하가 생긴다.

동합금 분말의 제조 방법에 관해서는, 분무법(atomizing)에 의해 동합금 분말을 제조하는 방법이나, 용해 주조법에 의해 소정의 합금 조성을 갖는 동합금 잉고트를 제작하고, 절삭·분쇄 기계 가공에 의해 비교적 조대한 동합금 분체나 절삭가루를 제조하는 방법 등이 유효하다. 물론 일반적인 절삭가루도 성형 가능하다.

본 발명에서는, 납에 대체되는 피삭성 향상 원소 입자로서, 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 분말 입자를 선정하고, 상기한 동합금 분말과 혼합한 후, 압분 성형하여 분체 고화체 빌렛을 제작한다. 이 경우, 피삭성 향상 원소 입자는 동합금 분말끼리의 사이에 존재하기 때문에, 이와 같은 분체 고화체 빌렛을 이용한 압출재의 소지에서, 첨가한 피삭성 향상 원소 입자는 동합금 압출재 내부의 구 분말입계에 따라 존재한다.

상기한 피삭성 향상 원소 입자는, 모두, 납과 마찬가지로, 동합금 소지에는 고용되지 않고, 입상을 이루어 분산됨으로써 동합금의 피삭성을 개선·향상시키는 효과를 갖는다. 그 중에서, 흑연 분말 입자는 저가이고, 경제성의 면에서 유리하다. 흑연 분말은, 천연 흑연이라도 인공 흑연이라도 좋고, 또한 형상에 관해서는, 입상 또는 인편상 또는 괴상 등이라도 좋다.

상기한 피삭성 향상 원소 입자를 포함하는 동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 그중에서의 피삭성 향상 원소 입자의 함유량은 중량 기준으로 0.1% 내지 3%인 것이 바람직하다. 0.1% 중량 이상 가하면, 상기한 절삭 저항을 저감시키고, 또한 공구 수명을 연장시킨다는 효과나 절삭 가공의 단축이라는 효과를 얻을 수 있고, 동시에 절삭가루가 더욱 작아지기 때문에 가공시의 절분의 배출 처리가 용이해진다. 단, 3중량%를 초과하여 첨가하여도, 그 첨가량에 걸맞는 상기한 효과는 얻어지지 않는다. 오히려, 동합금 압출재의 강도나 인성의 저하를 초래한다는 문제가 생긴다. 특히, 피삭성 향상 원소 입자의 첨가량을 중량 기준으로 0.3% 내지 1%로 함으로써, 고강도·고인성을 유지하면서, 피삭성을 향상시키는 효과를 발현할 수 있다.

상기한 피삭성 향상 원소 입자의 입자경을 5㎛ 이상 300㎛ 이하로 함으로써, 동합금 압출재에서, 상기한 우수한 기계적 특성과 쾌삭성을 양립시킬 수 있다. 5㎛보다 작은 경우, 정전(靜電) 인력 등에 의해 미세한 입자가 응집하여 조대한 2차 입자를 형성하고, 그것이 동합금중에 존재함으로써 강도나 인성의 저하를 초래한다. 300㎛을 초과하면 강도·인성을 저하시킨다. 동합금 분말과의 혼합성이나 압분 성형성의 관점에서, 피삭성 향상 원소 입자의 입자경을 20㎛ 이상 150㎛ 이하로 하는 것이 보다 바람직하다.

본 발명의 동합금 압출재의 소지를 구성하는 동합금 성분에 관해 설명한다.

제 1 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 구리를 77 내지 88%, 알루미늄을 8.5 내지 12%, 니켈을 0.5 내지 5.5%, 철을 2 내지 5%, 망간을 0.5 내지 2% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

알루미늄의 첨가에 의해, 동합금의 강도, 경도, 내고온산화성을 개선할 수 있다. 본 합금의 동 성분 범위에서는, 알루미늄 8.5% 미만에서는 이들의 효과는 충분하지 못하고, 다른 한편, 12%를 초과하여 함유하여도 이들의 또한 개선 효과는 인정되지 않아, 동합금의 인성이 저하된다는 문제가 생긴다. 또한, 용해·주조 빌렛을 이용한 경우, 4중량%를 초과하는 알루미늄을 첨가하면, Cu-Al계 금속간 화합물이 조대화하고, 오히려 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다. 그러나, 분무법에 의해 제작한 동합금 분말을 이용한 경우, 알루미늄이 소지중에 강제(强制) 고용하기 때문에, 4중량%를 초과하여 첨가하여도 Cu-Al계 금속간 화합물은 미세한 입상을 띄우고 소지중에 균일 분산하고, 그 결과, 인성 저하를 수반하는 일 없이, 강도 향상에 기여한다. 또한, 주조 잉고트로부터 절삭 가공에 의해 동합금 분말을 제작한 경우, 분말 소지에 축적된 가공 왜곡에 의해, 소지를 형성하는 α상의 결정립이 재결정하고, 그 과정에서 Cu-Al계 금속간 화합물이 미세한 입상 화합물로 되기 때문에, 인성의 저하를 초래하는 일 없이 강도가 향상한다.

니켈의 첨가에 의해, 동합금의 강도와 경도를 향상시킬 수 있다. 니켈은 알루미늄과 함께 존재함으로써, Ni-Al계 금속간 화합물을 형성하고, 상기한 특성을 향상시키지만, 0.5중량% 미만에서는 충분한 개선 효과는 없고, 5.5중량%를 초과하여 첨가하면, 오히려 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다.

철도 니켈과 마찬가지로, 알루미늄과 함께 존재함으로써 Fe-Al계 금속간 화합물을 형성하고, 동합금의 강도, 경도, 내열성을 향상시킨다. 본 합금 성분 범위에서는, 첨가량이 2중량% 미만이면 충분한 개선 효과는 없고, 5중량%를 초과하여 첨가하면, 오히려 동합금 압출재의 인성 저하를 초래하거나, 압출재의 표면에 균열·결함의 발생을 수반한다.

망간은 소지에 고용하여, 이것을 강화하고 열 이력에 대해 합금 조성을 안정화하는 작용이 있다. 망간의 함유량이 0.5% 미만에서는 상기 작용에 의한 효과를 얻을 수 없고, 또한 2%를 초과하여 함유하여도 그것에 걸맞은 개선 효과를 얻을 수 없기 때문에, 바람직한 망간의 함유량은 0.5 내지 2%이다.

제 2 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 구리를 69 내지 80% 및 실리콘을 1.8 내지 3.5% 함유하고, 또한 0.3 내지 3.5%의 주석, 1 내지 3.5%의 알루미늄, 0.02 내지 0.25%의 인으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 성분을 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

실리콘은, γ상을 형성하여 동합금 압출재의 인성을 개선하는 효과를 갖음과 함께, 피삭성을 개선한다. 그 첨가량이 1.8중량% 미만이면, 상기한 개선 효과는 충분하지 않고, 다른 한편, 본 합금 성분 범위에서는 3.5중량%를 초과하여 첨가하면, 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다. 또한, 실리콘의 첨가에 의한 피삭성의 개선 효과에 관해서는, 후술하는 구 분말입계의 형성에 의한 효과나, 흑연 등의 피삭성 향상 원소 입자의 첨가 효과에 비하면 작은 것이지만, 실리콘의 첨가는, 강도, 내마모성, 내응력부식균열성, 내고온산화성도 개선한다.

주석에 관해서도, 실리콘과 마찬가지로 γ상을 형성하여 동합금 압출재의 절삭성의 개선 효과가 있다. 그 첨가량이 0.3중량% 미만이면, 상기한 개선 효과는 충분하지 않고, 다른 한편, 본 합금 성분 범위에서는 3.5중량%를 초과하여 첨가하면, 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다. 또한, 주석의 첨가에 의한 피삭성의 개선 효과에 관해서는, 후술하는 구 분말입계의 형성에 의한 효과나, 흑연 등의 피삭성 향상 원소 입자의 첨가 효과에 비하면 작은 것이고, 본 발명이 규정하는 동합금 압출재의 전부에서 반드시 첨가하여야 할 필수 원소는 아니다.

알루미늄도, 주석과 마찬가지로, γ상을 형성시키는 기능이 있고, 피삭성을 개선하는데는 적어도 1중량% 첨가할 필요가 있다. 그러나, 3.5%를 초과하여 첨가하여도 개선 효과가 보이지 않고, 연성이 저하된다.

인은, 소지를 구성하는 α상의 결정립 미세화의 효과를 갖고 있고, 그것에 의해 동합금 압출재의 강도가 향상함과 함께, 단조 등의 열간 가공성이 개선됨으로써 단조 부품에서 결함·균열 등의 발생이 억제된다. 그 첨가량이 0.02중량% 미만이면 상기한 효과는 충분하지 않고, 또한 0.25중량%를 초과하여 첨가하여도, 그것에 걸맞은 효과는 얻어지지 않고, 오히려 압출성의 저하나 압출재의 인성 저하 등의 문제를 초래한다.

제 3 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체 를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 아연을 26 내지 32%, 실리콘을 0.5 내지 1.5%, 알루미늄을 3 내지 4.5%, 철을 0.5 내지 1.5%, 니켈을 2 내지 4.5% 함유하고, 잔부가 동으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

이 합금은, 내마모성을 개선한 합금이고, 알루미늄과 실리콘은 γ상을 형성하여 견고함을 늘리는 동시에 니켈이나 철과 금속간 화합물을 만들어 단단함을 늘린다. 본 합금 성분 범위에서는, 첨가 원소의 각각의 하한치 이하에서는, 개선 효과가 불충분하고, 본 합금 성분 범위에서는, 첨가 원소의 상한치 이상에서는 연성을 저하시켜 버린다. 따라서, 각 원소의 첨가량의 적정 범위는 상술한 바와 같다.

제 4 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 구리를 55 내지 65%, 알루미늄을 0.2 내지 7.5%, 철을 0.1 내지 4%, 망간을 0.5 내지 5% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

알루미늄은, 내마모성 개선에 기여하고, 매트릭스의 강화 기능은 0.2% 이상의 첨가에 의해 발휘된다. 그러나, 본 합금 성분 범위에서는, 7.5%를 초과하여 첨가하면 연성이 저하된다.

또한, 철은 알루미늄과 함께 공존함으로써 Fe-Al계 금속간 화합물을 형성하고, 동합금의 강도, 경도, 내열성을 향상시킨다. 본 합금 성분 범위에서, 철의 첨가량이 0.1중량% 미만에서는 충분한 개선 효과가 없고, 4중량%를 초과하여 첨가하면 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다.

또한 망간은, 매트릭스 중에 균일하게 창출하고, 합금의 내마모성을 개선시 킨다. 0.5중량% 미만에서는 그 효과가 없고, 5중량%를 초과하면 개선 효과에 변화가 없어진다.

제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 구리를 55 내지 64%, 철을 0.1 내지 0.7%, 주석을 0.2 내지 2.5% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있다.

이 동합금 압출재는, 단조 가공이나 인발 가공 등의 소성 가공성을 향상한 동합금이다. 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에는, 필요에 따라 인을 0.02 내지 0.5% 함유한다. 이것은 내탈(耐脫)아연성을 향상시키는 효과가 있다. 하한치를 밑돌면 개선 효과가 충분하지 않고, 상한치를 초과하면 입계(粒界)에의 편석이 생기고, 연성이 저하된다.

상기한 제 1 실시 형태로부터 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에서는, 매트릭스를 구성하는 동합금이, 필요에 따라, 중량 기준으로 0.1 내지 1.5%의 티탄, 0.1 내지 1.5%의 크롬, 0.1 내지 1.5%의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 또한 함유한다. 이들의 원소는 모두, 동합금의 강도나 경도를 향상시키는 효과가 있고, 각각의 하한치를 밑돌면 개선 효과가 충분하지 않고, 다른 한편, 상한치를 초과하여 첨가하면 압출성의 저하나 동합금 압출재의 인성 저하를 초래한다.

또한, 상기한 제 1 실시 형태 내지 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에서는, 매트릭스를 구성하는 동합금이, 필요에 따라, 중량 기준으로 0.02 내지 4%의 비스무트, 0.02 내지 0.4%의 텔루르, 0.02 내지 0.4%의 셀렌, 0.02 내지 0.15%의 안티몬으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유한다. 이들의 원소는 모두, 동합금의 피삭성을 개선하는 효과가 있고, 각각의 하한치를 밑돌면 개선 효과가 충분하지 않고, 다른 한편, 상한치를 초과하여 첨가하면 열간 가공성의 저하를 초래한다.

다음에, 본 발명에 따른 동합금 압출재의 제조 방법에 관해 설명한다.

상술한 합금 조성을 갖는 동합금 분말을 준비하고, 이것을 금형 또는 몰드에 충전한 후, 가압·성형함으로써 동합금 분말 고화체 빌렛을 제작한다. 그 때, 필요에 따라 사전에, 동합금 분말에 상기한 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 피삭성 향상 원소 입자를 첨가·혼합한다. 혼합은, 볼밀이나 V형 혼합기 등을 이용하여 건식으로 행한다. 분위기에 관해서는, 특히 관리·제어할 필요는 없고, 대기중에서 행하여도 좋다. 또한 빌렛의 상대 밀도에 관해서는, 반송 과정에서 빌렛이 손상되지 않을 정도의 동합금 분말끼리의 결합력이 필요하고, 예를 들면, 상대 밀도가 80% 이상(공공률(空孔率)이 20% 이하)이 되도록 가압하는 것이 바람직하다.

상기한 바와 같이 하여 제작한 빌렛을 가열한 후, 곧바로 압출 가공을 시행하여 치밀한 동합금 압출재를 얻는다. 이때, 압출재의 강도·인성을 확보하면서, 상기한 구 분말입계를 형성하기 위해, 압출비를 20 이상 500 이하로 할 필요가 있다. 압출비가 20 미만인 경우에는, 소지를 형성하는 동합금 분말끼리의 확산·결합이 충분하지 않기 때문에, 강도나 인성의 저하를 초래한다. 한편, 압출비를 500 이 상으로 하면, 구 분말입계의 잔존이 적어지고, 강도나 인성은 더욱 향상하지만, 절삭 가공시에 배출되는 절분(절삭가루)이 도 1(d) 및 도 2(d)와 같은 연속한 컬형상으로 되고, 피삭성의 저하를 초래한다.

또한, 빌렛의 가열 온도는, 400℃ 내지 800℃의 범위로 관리하는 것이 바람직하다. 400℃ 미만이면, 동합금 분말끼리의 확산·결합이 충분하지 않기 때문에 강도나 인성의 저하를 초래한다. 한편, 800℃를 넘어서 가열하면, 동합금의 소지를 구성하는 결정립의 조대화가 생겨서, 동합금 압출재의 인장내력의 저하를 초래한다. 또한 압출재의 표면에 원주 방향에 따른 균열이 발생한다는 문제가 생긴다.

또한, 본 발명의 하나의 목적은, 인체나 환경에의 영향이 있다고 하는 납이나 카드늄을 사용하지 않고, 우수한 피삭성을 갖는 동합금 압출재와 그 제조 방법을 제공하는 데 있다. 한편, 유럽·RoHS 규제에서는 동합금중의 납 함유량은 4중량%까지는 적용 제외로 되어 있기 때문에, 본 발명에 따른 동합금 압출재를 이것에 대응하도록 하여도 좋다. 즉, 본 발명의 하나의 실시 형태에 관한 동합금 압출재는, 동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 중량 기준으로 납을 0.3 내지 4% 함유하여도 좋다. 전술한 바와 같이, 납을 포함함으로써 우수한 쾌삭성을 실현할 수 있다. 그 유효한 효과를 얻는데는, 납의 첨가량을 0.3중량% 이상으로 하는 것이 바람직하다. 다른 한편, 4중량%를 넘어서의 첨가는, 앞서의 RoHS 규제 및 압출재의 강도 저하의 관점에서 바람직하지 않다. 또한, 본 발명의 대부분의 실시 형태에 관한 동합금 압출재에서는, 납은 반드시 필요하게 되는 첨가 원소는 아니다.

(실시예 1)

이 실시예 1은, 전술한 제 1 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 대응하는 것이다.

표 1에 표시하는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.5 내지 4㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 650 내지 720℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 1]

상기한 바와 같이 하여 얻은 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다. 표 1에서의 절분 형상의 기호는, 도 1 및 도 2의 기호에 대응하고 있다. 즉, a는, 도 1(a) 및 도 2(a)에 도시하는 절분 형상인 것을 의미하고, b는, 도 1(b) 및 도 2(b)에 도시하는 형상인 것을 의미하고, c는, 도 1(c) 및 도 2(c)에 도시하는 형상인 것을 의미하고, d는 도 1(d) 및 도 2(d)에 도시하는 형상인 것을 의미하고 있다. 후술하는 표 2, 표 3, 표 4, 표 5, 표 6, 표 7, 표 8, 표 9, 표 11에서도, 마찬가지이다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량(切入量) : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구(刃具))의 재질 : 초경

절삭유 : 유성(油性) 사용

상기한 바와 같이 동합금 분체를 고화한 빌렛을 압출 가공하여 얻어진 동합금 압출재에서는, 모두 배출성에 우수한 형상(a 또는 b)을 갖는 절분이고, 양호한 절삭성을 나타내었다.

또한 시료 N0.1 내지 7에서는, 적정한 합금 성분을 갖음으로써 고강도이면서 고인성(높은 신장치)을 갖는 황동합금 압출재가 얻어지고 있다. 단, N0.8에서는 Al 함유량이 6.5중량%로 적기 때문에 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 생기고 있고, 또한 N0.9에서는 Al 함유량이 12.5중량%로 많기 때문에 강도는 증가하는 것이지만 신장의 현저한 저하가 생겼다.

(실시예 2)

이 실시예 2는, 전술한 제 2 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 대응하는 것이다.

표 2에 표시하는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 절삭가공에 의해 채취한 분체(길이 0.8 내지 4.5㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 660 내지 725℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 2]

상기한 바와 같이 제작한 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행 하였다. 또한 절삭 시험을 행하여, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

상기한 바와 같이 동합금 분체를 고화한 빌렛을 압출 가공하여 얻어진 동합금 압출재(시료 N0.10 내지 23)에서는, 모두 배출성에 우수한 형상(b)을 갖는 절분이고, 양호한 절삭성을 나타내었다.

한편, 주조제 동합금 잉고트를 이용하여 동일 조건하에서 압출 가공에 의해 제작한 동합금 압출재(시료 N0.24)에서는, 기계적 특성은 우수한 것이지만, 절삭 시험에서 연속한 컬형상의 절분(형상(d))이 발생하고, 피삭성의 문제가 확인되었다.

또한, 시료 N0.10 내지 21에서는, 적정한 합금 성분을 갖음으로써 고강도이면서 고인성(높은 신장치)을 갖는 황동합금 압출재가 얻어지고 있다. 단, 시료 N0.22에서는 Si 함유량이 0.8중량%로 적기 때문에 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 생기고 있고, 또한 시료 N0.23은 Al 함유량이 0.5중량%로 적기 때문에 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 보였다.

(실시예 3)

이 실시예 3은, 전술한 제 3 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 대응하는 것이다.

표 3에 표시하는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 절삭가공에 의해 채취한 분체(길이 1.1 내지 4.8㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 640 내지 705℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 3]

상기한 바와 같이 하여 얻은 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

상기한 바와 같이, 동합금 분체를 고화한 빌렛을 압출 가공하여 얻어진 동합금 압출재에서는, 모두 배출성에 우수한 형상(b)을 갖는 절분이고, 양호한 절삭성을 나타내었다.

시료 N0.25 내지 29에서는, 적정한 합금 성분을 갖음으로써 고강도이면서 고인성(높은 신장치)을 갖는 황동합금 압출재가 얻어지고 있다. 특히, 시료 N0.25에서는, Co를 0.8중량% 함유함으로써 강도가 증가하는 것을 확인하였다. 단, 시료 N0.30에서는 Al를 3.3중량% 함유한데다가, Si 함유량이 1.6중량%로 많기 때문에, 강도는 증가하는 것이지만 신장의 현저한 저하가 생기고 있고, 또한 시료 N0.31에서는 Si 함유량이 0.3중량%로 작기 때문에 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 보였다.

(실시예 4)

이 실시예 4는, 전술한 제 4 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 대응하는 것이다.

표 4에 표시하는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.5 내지 4.2㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 660 내지 725℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 4]

상기한 바와 같이 하여 제작한 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜0, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

상기한 바와 같이, 동합금 분체를 고화한 빌렛을 압출 가공하여 얻어진 동합금 압출재(시료 N0.32 내지 40)에서는, 모두 배출성에 우수한 형상(b)을 갖는 절분이고, 양호한 절삭성을 나타내었다.

한편, 주조제 동합금 잉고트를 이용하여 동일 조건하에서 압출 가공에 의해 제작한 동합금 압출재(시료 N0.41)에서는, 기계적 특성은 우수한 것이지만, 절삭 시험에서 연속한 컬형상의 절분(형상(d))이 발생하고, 피삭성의 문제가 확인되었다.

또한, 시료 N0.32 내지 39에서는, 적정한 합금 성분을 갖음으로써 고강도이면서 고인성(높은 신장치)을 갖는 황동합금 압출재가 얻어지고 있다. 특히, 시료 N0.35 및 시료 N0.37에서는, Ti를 0.1 내지 0.3중량% 함유함으로써, 압출재의 강도가 증가하는 것을 확인하였다. 단, 시료 N0.40에서는 Al 함유량이 0.3중량%, Mn 함유량이 1중량%, Fe 함유량이 0.4중량%로 각각 적기 때문에 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 생겼다.

(실시예 5)

이 실시예 5는, 전술한 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 대응하는 것이다.

표 5에 표시하는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 절삭가공에 의해 채취한 분체(길이 0.7 내지 3.9㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 640 내지 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 5]

상기한 바와 같이 하여 제작한 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

상기한 바와 같이, 동합금 분체를 고화한 빌렛을 압출 가공하여 얻어진 동합금 압출재에서는, 모두 배출성에 우수한 형상(b)을 갖는 절분이고, 양호한 절삭성 을 나타내었다.

시료 N0.42 내지 50에서는, 적정한 합금 성분을 갖음으로써 고강도이면서 고인성(높은 신장치)을 갖는 황동합금 압출재가 얻어지고 있다. 단, 시료 N0.51에서는 Cu와 Zn 이외의 원소로서 Sn만를 0.2중량%로 소량 포함하기 때문에, 다른 동합금에 비하여 강도의 감소가 생겼다.

그런데, 주조제 동합금 잉고트를 이용하여 동일 조건하에서 압출 가공에 의해 제작한 동합금 압출재(시료 N0.52)에서는, 기계적 성질은 문제없는 것이지만, 절삭 시험에서 연속한 컬형상의 절분(형상(d))이 발생하고, 피삭성의 문제가 확인되었다.

도 3에 시료 N0.42와 시료 N0.52의 금속 사진을 도시한다. (a)의 본 발명에 의한 동합금 분체 고화 빌렛을 이용한 경우(시료 N0.42)에는, 화살표로 도시하는 바와 같이 압출재의 소지에 구 분말입계가 관찰된다. 한편, (b)의 주조제 동합금 빌렛을 이용한 경우(시료 N0.52)에는, (a)에서 보이는 것 같은 구 분말입계는 관찰되지 않는다. 도 4는, 도 3의 조직 사진상에 구 분말입계를 나타내는 선을 더한 조직 사진이다.

(실시예 6)

전술한 제 1 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;82.5%, Al;9.3%, Mn;0.9%, Ni;1.7%, Fe;3.2%, Zn;잔부의 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.5 내지 4㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 680℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 비교로서, 상기와 같은 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

상기한 바와 같이 하여 제작한 압출 소재를 산세 후에 상온에서 감면률 4.5%의 조건하에서 추신(抽伸) 가공을 행하였다. 그리고, 얻어진 소재로부터 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 광학 현미경에 의한 각 소재의 조직 관찰을 아울러서 행하였다.

또한 추신 가공 소재를 이용하여 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

표 6에 인장 시험 및 비커스 경도 측정의 결과 및 추신 가공 소재의 표면 성상을 기재하였다. 동합금 분체 고화 빌렛과 주조제 동합금 빌렛을 이용한 경우의 압출·추신 가공 후의 소재의 기계적 특성에서, 양자 사이에서의 현저한 차이는 없고, 본 발명에서 제안하는 제조 프로세스에 의해 얻어지는 동합금 분체를 이용한 동합금 압출재에서도 충분한 기계적 특성을 갖는 것을 확인하였다.

[표 6]

동합금 분체 고화 빌렛과 주조제 동합금 빌렛을 이용하여 얻어진 압출·추신 가공 소재에 관해 절삭 시험에서 배출된 절삭가루를 관찰한 결과, 본 발명에 의한 동합금 분체 고화 빌렛으로부터 제작한 동합금 압출재에서는, 절삭가루는 분단된 배출성 및 취급성에 우수한 불연속으로 비교적 작은 형상(a 또는 b에 상당)이다. 이에 대해 종래의 주조제 동합금 빌렛을 이용한 압출재에서는, 절분은 연속한 컬형상을 띄우고 있고, 배출이 곤란한 형상을 갖는 절삭가루(d에 상당)이다.

이상의 결과로부터, 본 발명에 의한 동합금 분체 고화 빌렛으로부터 제작한 동합금 압출재에서는, 기계적 특성을 저하시키는 일 없이, 양호한 절삭성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.

(실시예 7)

실시예 6에서 이용한 동합금 분체(길이 0.5 내지 4㎜)를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 65㎛의 천연 흑연 입자를 첨가·혼합한 후, 마찬가지로 금형에 충전하여 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 680℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 비교로서, 상기와 같은 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

표 7에, 흑연 입자의 첨가량을 표시한다.

[표 7]

각 소재에 관해, 실시예 6과 동일 조건하에서 인장 시험 및 절삭 시험을 행하였다. 그 결과를 표 7에 아울러서 표시한다.

본 발명이 규정하는, 흑연 입자를 첨가·혼합한 동합금 분체를 압분 고화한 빌렛으로부터 제작한 동합금 압출재에서는, 적정 범위의 흑연 입자를 함유함으로써, 기계적 특성을 현저하게 저하시키는 일 없이, 보다 미세한 배출성에 우수한 절삭가루가 얻어지는 것을 확인할 수 있고, 흑연 입자의 첨가에 의한 절삭성 향상을 검증하였다.

또한, 3중량%를 초과하는 흑연 입자의 첨가에서는, 압출 소재의 표면에 손거스러미형상의 균열 및 원주 방향의 균열이 확인되어 있고, 다량의 흑연 입자의 첨가에 의해 동합금 분체끼리의 결합성이 현저하게 저하되고, 그 결과, 상술한 바와 같은 소재 결함이 발생하고 강도 저하를 초래하였다.

(실시예 8)

실시예 7에서 제작한 동합금 압출재에 관해, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 드릴 절삭 시험법이란, 도 5의 모식도에 도시하는 바와 같이, 드릴에 일정 하중(여기서는 2.58kg의 추(錘)를 부하)을 건 상태에서 동합금 압출재에 깊이 5㎜의 구멍을 가공하는데 필요로 하는 시간을 비교하고, 그 시간이 짧을수록, 피삭성이 양호한 것을 의미한다.

도 5에서, 참조 번호 1은 시료(동합금 압출재)를 나타내고, 2는 드릴을 나타내고, 3은 추를 나타내고, 4는 끈(紐)을 나타내고, 10은 드릴링 머신을 나타내고, 11은 핸들을 나타내고 있다.

또한, 직경 4.5㎜Φ의 고속도강제 드릴을 이용하고, 드릴의 회전수를 400rpm, 절삭량을 5㎜로 하여 건식 조건하(절삭유 없음)에서 절삭 시험을 행하였 다. 그 결과를 표 8에 표시한다.

[표 8]

비교 소재로서, 중량 기준으로 Cu;82.5%, Al;9.3%, Mn;0.9%, Ni;1.7%, Fe;3.2%, Pb;1.6%, Zn;잔부의 조성을 갖는 납 첨가 주조제 동합금 빌렛을 동일 조건으로 압출하여 얻어진 동합금 압출재를 이용하였다.

본 발명이 규정하는, 흑연 입자를 첨가·혼합한 동합금 분체를 압분 고화한 빌렛으로부터 제작한 동합금 압출재에서는, 적정 범위의 흑연 입자를 함유함으로써, Pb 함유 주조제 동합금 잉고트를 이용한 압출재보다도 우수한 피삭성을 갖고 있고, 게다가 그 피삭성은 흑연 입자의 함유량의 증가와 함께 향상한다. 또한, 절삭가루(절분)의 형상에 관해서도, 어느 주조제 동합금 잉고트를 이용한 경우도, 연속한 컬형상의 절삭가루(d)이였지만, 본 발명에 의한 동합금 분체 고화 빌렛 및 흑연 입자 함유 동합금 분체 고화 빌렛을 이용한 압출재에서는, 배출성의 양호한 미세한 입상의 절분(a 또는 b)이다.

(실시예 9)

제 2 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;75.1%, Si;2.6%, Sn;1.1%, Al;1.2%, P;0.1%, Te;0.05%, Ti;0.05%, Zn;잔부로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.8 내지 3㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 표 9에 표시하는 구멍 지름을 갖는 다이스를 이용하여 제작하였다. 또한, 동 표중의 압출비(r)는, r=(컨테이너 내경/다이스 구멍 지름)²로서 구하였다.

각 압출재에 관해, 실시예 6과 동일 조건하에서 인장 시험 및 절삭 시험을 행하였다. 그 결과를 표 9에 아울러서 표시한다.

[표 9]

본 발명이 규정하는 적정한 압출비를 이용하여 동합금 분체 고화 빌렛을 압출 가공한 경우, 압출 소재가 양호한 인장강도와 피삭성(형상(a 또는 b))을 갖는 다. 특히, 압출비를 20 이상으로 함으로써, 압출재의 인장강도는 더욱 향상한다.

한편, 압출비를 8 미만으로 하면, 압출재의 소지를 구성하는 동합금 분말끼리의 결합성이 충분하지 않기 때문에, 압출재의 인장강도의 저하를 초래한다. 한편, 압출비가 500을 초과하면, 압출시의 강(强)소성 가공에 의해 동합금 분체끼리의 결합이 현저하게 진행하고, 그 결과, 본 발명에 의한 동합금 압출재의 특징인 구 분말입계가 소지중에 잔존하지 않게 되고, 절삭가루(절분)가 연속적으로 컬형상(형상(c 또는 d))을 띄게 된다. 그 결과, 압출 소재의 피삭성이 저하된다는 문제가 생긴다. 또한, 압출비가 120을 초과하여도, 높은 기계적 특성과 우수한 피삭성을 양립하는 것이 가능하지만, 압출에 즈음하여 높은 부하 압력이 필요해지기 때문에, 대형 압출 장치가 필요하게 되고, 또한 다이스의 마모 손상이라는 경제성의 과제도 수반하는 경우가 있다.

(실시예 10)

실시예 9에서 이용한 동합금 분체(길이 0.8 내지 3㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 표 10에 표시하는 각 온도로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

각 압출재에 관해, 실시예 6과 동일 조건하에서 인장 시험을 행하였다. 그 결과를 표 10에 아울러서 표시한다.

[표 10]

본 발명이 규정하는, 적정한 온도 범위에서 동합금 분체 고화 빌렛을 가열하여 압출함으로써, 압출 소재는 양호한 기계적 특성을 갖는 것을 확인하였다.

한편, 가열 온도가 400℃를 밑도는 경우, 압출시에서의 분체끼리의 결합성이 충분하지 않고, 소재의 내부에 빈구멍(공공(空孔)이 발생하여 기계적 특성의 저하를 초래한다. 또한 850℃를 초과하면, 동합금 압출재의 소지를 구성하는 구리 결정립이 조대·성장하기 때문에 압출재의 강도나 경도의 저하를 초래한다.

(실시예 11)

제 3 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Si;0.8%, Al;3.1%, Ni;2.8%, Fe;1.1%, Co;0.6%, Zn;27.1%, Cu;잔부로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.4 내지 4.5㎜)를 출발 원료로 하고, 이것에 표 11에 표시하는 피삭성 향상 원소 입자를 첨가·혼합한다. 혼합 처리는 회전 볼밀을 이용하여 건식 조건으로 행하였다.

또한, 각 첨가 입자의 평균 입경은, 질화 붕소 ;32㎛, 이황화 몰리브덴 ;42㎛, 불화 칼슘 ;26㎛이다. 각 혼합 분체를 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가 압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 650℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 49.8의 조건하에서 직경 8.5㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

[표 11]

상기한 바와 같이 하여 제작한 압출 소재로부터, 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 또한 실시예 6과 마찬가지로, 절삭 시험을 행하고, 발생하는 절삭가루의 형상을 비교하였다.

또한, 절삭 조건은 다음과 같다.

소재의 절삭 속도 : 25m/분

절입량 : 1.25㎜

이송량 : 0.05㎜/회전

절삭 공구(인구)의 재질 : 초경

절삭유 : 유성 사용

표 11에 인장 시험 결과 및 절삭가루의 형상을 표시한다. 본 발명이 규정하는 피삭성 향상 원소 입자를 적정량, 동합금 압출재의 소지중에 분산시킴으로써, 기계적 특성을 저하시키는 일 없이, 절삭가루를 작게 할 수 있고, 피삭성을 향상시킬 수 있다. 그러나, 3중량%를 초과하여 첨가하면, 흑연 분말 입자의 경우와 마찬가지로 동합금 압출재의 인장강도나 신장이 저하된다는 문제가 생긴다.

또한, 흑연 분말을 포함하여, 각 절삭성 개선 원소 입자를 2종류 이상, 동합금 분말과 혼합하여 사용한 경우에도, 같은 효과를 얻을 수 있음을 본 발명자들은 확인하고 있다.

(실시예 12)

제 4 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;61.4%, Al;3.4%, Mn;3.2%, Fe;2.1%, Pb;0.9%, Zn;잔부로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터, 절삭 가공에 의해 채취한 분체(길이 0.7 내지 3.6㎜)를 출발 원료로 하고, 이것에 흑연 분말(평균 입자지름경; 43㎛)을 0.2중량% 및 0.5중량%를 각각 첨가·혼합한 분체를 준비한다. 각 동합금 분체를 프레스기에 장착한 금형에 충전하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 100㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 660℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다. 또한, 비교로 서, 상기와 같은 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

상기한 바와 같이 하여 제작한 각 압출 소재에 관해, 실시예 6과 같은 절삭 시험 및 실시예 8의 드릴 절삭 시험을 행하였다. 전자의 시험에서는, 발생하는 절삭가루의 형상을, 후자의 시험에서는, 동합금 압출재에 깊이 5㎜의 구멍을 가공하는데 필요로 하는 시간을 각각 평가하였다. 그 결과를 표 12에 표시한다.

[표 12]

종래의 납 첨가 주조 동합금 빌렛을 이용한 경우에 비하여, 동일 조성의 분체 고화 빌렛을 이용한 쪽이, 절삭가루는, 불연속이고 미세한 절분으로서 우수한 배출성을 나타내었다. 또한 동합금 분체에, 적정량의 흑연 분말을 첨가한 결과, 절삭가루는 보다 미세한 절분으로서 불연속 형상으로 배출되고, 게다가 드릴 절삭 시험에서의 가공 시간을 단축할 수 있었다.

(실시예 13)

전술한 제 2 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;75.4%, Si;3.1%, P;0.11%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 용 탕을 애토마이즈 가공함에 의해 채취한 분체(평균 입자경; 70㎛)를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 50㎛의 천연 흑연 입자를 중량 기준 0.5% 첨가·혼합한 후, 금형에 충전하여 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 비교재로서, 상기와 같은 조성을 갖는 연속 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

상기한 바와 같이 제작한 압출 소재를 산세 후에 상온에서 감면률 15.3%의 조건하에서 추신 가공을 행하고, 그 후 510℃로 4.5시간 어닐링하고, 또한 12.6%의 감면률로 추신 가공을 행하고, 그 후 510℃로 4.5시간 어닐링하고, 최후로 13.5%의 감면률로 추신을 행하여 얻어진 소재로부터 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다.

또한, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 여기서는 1.5kg의 추를 사용하였다. 이 시험 결과를 표 13에 표시한다. 용해 제법에 의한 재료는, 10회의 드릴 시험의 동안에 공구가 마모하여 가공 시간이 서서히 증대하였지만, 동일 성분에 의한 흑연 첨가의 분체 고화 제법재는 가공 시간이 일정하고 드릴의 마 모가 보이지 않는다. 또한, 기계적 성질도 용해 제법재와 손색이 없는 것이 확인되었다.

[표 13]

(실시예 14)

전술한 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;61.4%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 용탕을 애토마이즈 가공함에 의해 채취한 분체(평균 입자경; 70㎛)를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 50㎛의 천연 흑연 입자를 첨가·혼합한 후, 마찬가지로 금형에 충전하여 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8mnΦ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 비교재로서, 상기와 같은 조성을 갖는 연속 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다. 비교재로서 또한, 중량 기준으로 Cu;61.1%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, 납 3.0%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

상기한 바와 같이 제작한 압출 소재를 산세 후에 상온에서 감면률 26%의 조건하에서 추신 가공을 행하고, 그 후 460℃로 4.5시간 어닐링하고, 최후로 13.5%의 감면률로 추신 가공을 행하여 얻어진 소재로부터 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다. 흑연의 첨가량과 기계적 성질의 관계를 표 14에 표시한다.

또한, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 본 재료는 실시예 8의 재료와 달리 소지가 비교적 유연하기 때문에, 여기서는 1.0kg의 추를 사용하였다. 이 시험 결과를 표 15에 표시한다. 이들의 결과로부터, 황동 애토마이즈분(粉)에 흑연 첨가하여 고화한 빌렛에 의한 압출재로부터 얻어지는 황동재는, 금속재료중에서 가장 절삭성이 좋다고 하는 용해 제법 빌렛에 의한 납 함유 쾌삭 황 동재에 비하여, 전혀 손색이 없는 절삭성과 기계적 성질이 얻어지는 것을 확인할 수 있었다.

[표 14]

[표 15]

(실시예 15)

전술한 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;61.4%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 용 탕을 애토마이즈 가공함에 의해 채취한 분체(평균 입경; 70㎛)를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 50㎛의 천연 흑연 입자를 중량 기준으로 0.5%, 평균 입경 50㎛의 황하 구리 분말을 중량 기준으로 1.25% 첨가·혼합한 후, 마찬가지로 금형에 충전하여 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 98㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

비교재로서, 중량 기준으로 Cu;61.4%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 용탕을 애토마이즈 가공함에 의해 채취한 분체(평균 입자경; 70㎛)를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 50㎛의 천연 흑연 입자를 중량 기준으로 0.5% 첨가·혼합한 후 마찬가지로 고화 빌렛을 제작하고, 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

상기한 바와 같이 제작한 압출 소재를 산세 후에 상온에서 감면률 26%의 조건하에서 추신 가공을 행하고, 그 후 460℃로 4.5시간 어닐링하고, 최후로 13.5%의 감면률로 추신 가공을 행하여 얻어진 소재로부터 직경 3.5㎜Φ, 평행부 20㎜의 인장 시험편을 채취하고, 변형 속도 5×10^-4/초의 조건으로 상온에서 인장 시험을 행하였다.

또한, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 여기서는 1.0kg의 추를 사용하였다. 이들의 시험 결과를 표 16에 표시한다. 흑연 첨가에 더하여 황화 구리를 첨가함으로써, 기계적 성질을 손상시키지 않고 절삭성을 더욱 향상시킬 수 있음을 확인하였다.

[표 16]

(실시예 16)

전술한 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기준으로 Cu;61.4%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, Pb;3.0%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 이것을 광물절삭유에 의한 고속 절삭 가공을 행하여 채취한 분체(길이 0.5 내지 8.9㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 60℃로 가온된 알칼리성 침지용 탈지제욕중에서 교반하고, 수세, 수절(물짜기)건조를 행하여 유분이 완전히 제거된 것을 확인하였다.

이 원료를 분쇄기에 걸어서 평균 입경을 100㎛로 한 분체를 정수압(靜水壓) 가압기에 장착하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 120㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 640 내지 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충 전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 비교재로서, 상기와 같은 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트로부터 동일 치수의 주조 빌렛을 기계 가공에 의해 채취하고, 이것을 동일 조건하에서 압출 가공을 행하여, 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 여기서는 1.0kg의 추를 사용하였다. 이들의 시험 결과를 표 17에 표시한다. 절분 표면에 부착한 절삭유를 완전히 제거한 후, 이것을 투입 원료로 하여 압분·압출 공정을 경유함으로써 얻어진 황동합금 소재는, 우수한 기계적 특성과 쾌삭성을 갖고 있다.

[표 17]

(실시예 17)

상술한 제 5 실시 형태에 관한 동합금 압출재에 속하는 성분으로서, 중량 기 준으로 Cu;61.4%, Fe;0.1%, Sn;0.2%, Pb;3.0%, 잔부가 아연으로 이루어지는 조성을 갖는 주조제 동합금 잉고트를 준비하고, 이것을 광물절삭유에 의한 고속 절삭 가공을 행하여 채취한 분체(길이 0.5 내지 8.9㎜)를 출발 원료로 하고, 이것을 60℃로 가온된 알칼리성 침지용 탈지제욕중에서 교반하고, 수세, 수절건조를 행하여 유분이 완전히 제거된 것을 확인하였다.

이 원료를 분쇄기에 걸어서 평균 입경을 100㎛로 한 분체를 출발 원료로 하고, 이것에 평균 입경 50㎛의 천연 흑연 입자를 0.3% 첨가·혼합한 후, 정수압 가압기에 장착하여 가압·고화함으로써 직경 59.8㎜Φ, 전체 길이 120㎜의 원주형상 분체 고화 빌렛을 제작하였다. 이 빌렛을 질소 가스 분위기중에서 640 내지 700℃로 30분간 가열 유지하고, 종료 후, 곧바로 내경 60㎜Φ의 압출용 컨테이너에 충전하여 압출비 37.5의 조건하에서 직경 9.8㎜Φ의 압출 소재를 제작하였다.

또한, 드릴 절삭 시험법에 의한 피삭성의 평가를 행하였다. 여기서는 1.0kg의 추를 사용하였다. 이들의 시험 결과를 표 18에 표시한다. 절분 표면에 부착한 절삭유를 완전 제거한 후, 소정량의 흑연 입자를 첨가하여 압분·압출 공정을 경유 함으로써 얻어진 황동합금 소재는, 우수한 기계적 특성과 쾌삭성을 갖고 있다.

[표 18]

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태를 설명하였지만, 본 발명은, 도시한 실시 형태의 것으로 한정되지 않는다. 도시한 실시 형태에 대해, 본 발명과 동일한 범위 내에서, 또는 균등한 범위 내에서, 여러가지의 수정이나 변형을 가하는 것이 가능하다.

본 발명은, 안정된 고(高)쾌삭성과 우수한 기계적 특성이 요구되는 동합금 압출재에 유리하게 이용될 수 있다.

Claims

매트릭스를 구성하는 동합금 분말과, 납성분에 대체되는 피삭성 향상 원소의 분말 입자를 혼합한 분말 고화체 빌렛을 압출 가공하여 얻어지는 무연쾌삭성 동합금 압출재에 있어서,

내부에 상기 동합금 분말의 구 분말입계(old grain boundaries)를 잔존시키고 있고,

상기 피삭성 향상 원소 분말 입자가 상기 구 분말입계에 따라 분포하고,

상기 피삭성 향상 원소 분말 입자는, 흑연, 질화 붕소, 이황화 몰리브덴, 황화구리 및 불화 칼슘으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종의 분말 입자이고,

동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스 중에, 상기 피삭성 향상 원소 분말 입자를 중량 기준으로 0.1% 내지 3% 함유하며,

매트릭스를 구성하는 동합금 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 구리를 55 내지 64%, 철을 0.1 내지 0.7%, 주석을 0.2 내지 2.5% 함유하고, 잔부가 아연으로 이루어지는 합금 조성을 갖고 있는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재.
제 1항에 있어서,

동합금 압출재 전체를 100중량%로 한 경우, 매트릭스 중에, 상기 피삭성 향상 원소 분말 입자를 중량 기준으로 0.3% 내지 1% 함유하는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재.
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제 1항에 있어서,

매트릭스를 구성하는 동합금은, 중량 기준으로 0.1 내지 1.5%의 티탄, 0.1 내지 1.5%의 크롬, 0.1 내지 1.5%의 코발트로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재.
제 1항에 있어서,

매트릭스를 구성하는 동합금은, 또한, 중량 기준으로 0.02 내지 4%의 비스무트, 0.02 내지 0.4%의 텔루르, 0.02 내지 0.4%의 셀렌, 0.02 내지 0.15%의 안티몬으로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상의 원소를 함유하는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재.
제 1항에 있어서,

상기 분말 입자의 입경이 5㎛ 이상 300㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재.
제 1항에 기재된 무연쾌삭성 동합금 압출재를 얻기 위한 빌렛으로서, 동합금 분말과 피삭성 향상 원소 분말 입자의 혼합 분체를 압분 성형함에 의해 성형되어 있는 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 압출재용 빌렛.
제 1항에 기재된 무연쾌삭성 동합금 압출재를 인발 가공 또는 열간단조 가공하여 얻어진 것을 특징으로 하는 무연쾌삭성 동합금 부재.
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