KR101216019B1 - Heat Treatment Method of Unleaded Brass Alloy - Google Patents
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Abstract
본 발명은 납을 사용하지 않거나 극소량을 포함하는 무연 황동합금의 가공성 및 내식성을 향상시키도록 한 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것이다.
본 발명은 전체 성분중 납 함량이 없거나 100중량%중 0.005중량% 내지 0.2중량%인 무연 황동합금 원소재를 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링 하는 제 1단계와, 이 제 1단계후 기계 가공하는 제 2단계와, 이 제 2단계후 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링 하는 제 3단계로 이루어진 열처리 방법이다. The present invention relates to a heat treatment method of a lead-free brass alloy to improve the workability and corrosion resistance of the lead-free brass alloy containing no lead or containing a very small amount.
The present invention is a first step of full annealing lead-free brass alloy raw materials containing no lead content or 100% by weight of 0.005% to 0.2% by weight at 530 ± 30 ℃ temperature for 3 hours, and after the first step A second step of machining, and a third step of soft annealing for 1 hour at a temperature of 330 ± 30 ℃ after this second step.
Description
본 발명은 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 납을 포함하지 않거나 또는 극소량의 납이 포함되는 무연 황동합금의 가공성, 내균열성, 내마모성 및 내식성을 향상시키도록 한 무연 황동합금의 열처리방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a heat treatment method of a lead-free brass alloy, and more particularly, a lead-free brass alloy to improve the workability, crack resistance, wear resistance and corrosion resistance of lead-free brass alloy containing no lead or a very small amount of lead It relates to a heat treatment method of.
일반적으로, 동 합금은 자동차 부품, 전자부품, 배관부재(수도꼭지 금구, 밸브 등) 등에 널리 사용하는 것으로서, 기계 가공성과 시효 경과에 대한 내부식성(탈아연방지)이 우수해야 한다. In general, copper alloys are widely used in automobile parts, electronic parts, piping members (faucet brackets, valves, etc.), and should be excellent in machinability and corrosion resistance (de-zinc prevention) against aging.
이와 같이, 동 합금의 기계 가공성과 내부식성(탈아연방지)을 개선시키기 위한 방법으로서, 납을 첨가하는 것이 유효하다고 알려져 있다. As described above, it is known that the addition of lead is effective as a method for improving the machinability and corrosion resistance (preventing zinc) of the copper alloy.
납을 포함하는 동 합금을 제조하는 경우, 인체와 환경에 악영향을 미치는 납을 포함하고 있으므로, 합금의 용해, 주조시에 발생하는 금속 증기중의 납 성분을 작업자가 흡인하거나, 황동합금을 주로 사용하는 배관부재인 경우, 음용수와의 접촉에 의해 납성분이 용출되어 인체에 흡음된다고 하는 위험성이 항상 존재하게 된다. When manufacturing copper alloy containing lead, since it contains lead which adversely affects the human body and the environment, the worker sucks the lead component in the metal vapor generated during melting and casting of the alloy, or mainly uses brass alloy. In the case of the piping member, there is always a risk that the lead component is eluted by the contact with drinking water and absorbed by the human body.
따라서, 인체 및 환경에 악영향을 미치는 납을 제외하고 황동합금을 제조(무연 황동합금)하는 경우, 기계 가공성이 불량해지기 때문에, 납이나 카드늄을 함유하지 않는 무연 쾌삭성 동 합금으로서, 예를 들어 일본 특개 2000-119775호 공보에 개시된 바와 같이, 인장강도 600 내지 800MPa 정도를 갖는 동합금이 제안되어 있지만, 첨가 원소인 규소(Si)는 동합금의 기계 가공성(피삭성)을 개선하지만, 구리나 납에 비하여 경질이기 때문에 납 함유 황동계 합금에 비하면 절삭 저항이 커지고, 또한 공구 수명이 짧아지는 문제점이 있다. Therefore, when manufacturing a brass alloy (lead-free brass alloy) excluding lead that adversely affects the human body and the environment, the machinability becomes poor, and as a lead-free free-cutting copper alloy containing no lead or cadmium, for example, As disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-119775, a copper alloy having a tensile strength of about 600 to 800 MPa has been proposed, but an additional element silicon (Si) improves the machinability (machinability) of the copper alloy, but Compared with the lead-containing brass alloy, because of the hardness, the cutting resistance is increased and the tool life is shortened.
또한, 무연 황동합금인 경우, 그 자체로는 가공성이 좋지 않기 때문에, 주조공정을 통해 주조품을 제조하는 수준이었다. 따라서, 배관피팅 제품과 같이 다양한 형상으로 가공해야 하는 제품에는 그대로 적용하기 어려운 문제점이 있다. In addition, in the case of lead-free brass alloy, because the workability is not good in itself, it was a level to manufacture the casting through the casting process. Therefore, there is a problem in that it is difficult to apply to products that need to be processed into various shapes such as pipe fitting products.
더욱이, 환경이나 인체에 악영향을 미칠 우려가 있는 납이나 카드늄을 대체하면서 기계 가공성이 향상된 원소를 첨가하여 우수한 기계적 특성을 실현할 수 있도록 하기 위해 황동합금의 조성비를 달리하면서 비스무스(Bi) 등을 포함한 것도 있으나, 이러한 비스무스 등은 고가이고, 저온 가공시 취성에 의해 균열이 발생하기 때문에, 이러한 비스무스를 포함한 황동합금으로 제품을 제조하는 경우, 제품의 비용이 상승하고 적용상의 제약을 받는 문제가 있다.
Furthermore, bismuth (Bi) or the like is added while varying the composition ratio of the brass alloy so as to replace lead or cadmium which may adversely affect the environment or human body, and to realize excellent mechanical properties by adding elements with improved machinability. However, since such bismuth is expensive and cracks occur due to brittleness during low temperature processing, when manufacturing a product from the brass alloy containing such bismuth, there is a problem in that the cost of the product is increased and the application is restricted.
이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 인체나 환경에 해로운 납을 전혀 함유하지 않거나 또는 인체나 환경에 악영향을 주지 않는 범위의 극소량의 납을 포함하면서 가공성 향상을 위한 성분의 첨가없이 기계 가공성 및 내식성과 내마모성이 우수하고 경시(經時)균열을 개선하는 무연 황동합금의 열처리 방법을 제공하는 것이다.
Accordingly, the present invention has been made to solve the conventional problems as described above, the object of the present invention contains a very small amount of lead in a range that does not contain any harmful to the human body or the environment or does not adversely affect the human body or the environment. In the meantime, the present invention provides a heat treatment method of a lead-free brass alloy which is excellent in machinability, corrosion resistance and abrasion resistance, and improves time-lapse cracking without the addition of components for improving workability.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 해결 수단은, 전체 성분중 납 함량이 없거나 100중량%중 0.005중량% 내지 0.2중량%인 무연 황동합금 원소재를 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링 하는 제 1단계와, 이 제 1단계후 기계 가공하는 제 2단계와, 이 제 2단계후 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링 하는 제 3단계로 이루어진 무연 황동합금의 열처리방법이 제공된다.
또한, 본 발명은 다른 해결 수단으로서, 전체 성분중 납 함량이 없거나 100중량%중 0.005중량% 내지 0.2중량%인 무연 황동합금 원소재를 단조하는 제 1단계와, 이 제 1단계후 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링하는 제 2단계와, 이 제 2단계후 기계 가공하는 제 3단계와, 이 제 3단계후 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링하는 제 4단계로 이루어진 무연 황동합금의 열처리방법이 제공된다.
또한, 상기 원소재는 네이벌 브래스이고, 상기 풀 어닐링 또는 소프트 어닐링은 질소가스 분위기내에서 처리한다.
A solution for achieving the above object is the agent for the full annealing of lead-free brass alloy raw materials containing no lead content or 100% by weight of 0.005% to 0.2% by weight for 3 hours at a temperature of 530 ± 30 ℃ A first step, a second step of machining after this first step, and a third step of soft annealing for 1 hour at a temperature of 330 ± 30 ° C. after the second step are provided.
In another aspect, the present invention provides a first step of forging a lead-free brass alloy raw material in the absence of lead content in the total components or 0.005% to 0.2% by weight of 100% by weight, and after the first step 530 ± 30 Lead-free annealing comprising a second step of full annealing at 3 ° C. for 3 hours, a third step of machining after this second step, and a fourth step of soft annealing at 330 ± 30 ° C. for 1 hour after this third step. A method of heat treating brass alloy is provided.
Further, the raw material is naval brass, and the full annealing or soft annealing is treated in a nitrogen gas atmosphere.
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이와 같이, 본 발명은 납을 포함하지 않거나 또는 극소량을 포함하는 무연 황동합금의 열처리방법을 통해 친환경 소재로서 사용가능하고, 기계 가공성, 내마모성, 조직의 균질성, 내균열성 및 내식성이 향상되어 특히 가공품 표면의 경시균열 및 탈아연 부식을 방지함으로써, 음용수용 배관 피팅제품 등에 적합하게 사용할 수 있는 효과가 있다.
As such, the present invention can be used as an environmentally friendly material through the heat treatment method of lead-free brass alloy containing no lead or very small amount, and the machinability, abrasion resistance, homogeneity of tissue, crack resistance and corrosion resistance are particularly improved. By preventing the surface cracking and de-zinc corrosion over time, there is an effect that can be used suitably for pipe fittings for drinking water.
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 제 2실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다.
도 3은 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링한 경우와 하지 않은 경우의 조직을 대비하여 보여주는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따른 열처리 방법을 수행한 경우와 완전히 하지 않은 경우의 배관피팅 시험편을 시험한 결과를 사진으로 보여주는 결과표이다.1 is a block diagram illustrating a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention.
2 is a block diagram illustrating a manufacturing method according to a second embodiment of the present invention.
Figure 3 is a photograph showing the contrast between the structure of the lead-free brass alloy raw material and the case when not annealed.
Figure 4 is a result table showing the results of testing the pipe fitting test specimens when the heat treatment method according to the present invention and when not complete.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명에서 설명하고 있는 무연 황동합금은 납 성분을 전혀 포함하지 않거나 또는 극소량의 납 성분을 포함하는 수준을 의미한다. Lead-free brass alloy described in the present invention means a level containing no lead or a very small amount of lead.
하기 본 발명의 실시 예들에 사용된 소재는 네이벌 브래스(naval brass)이다.
The material used in the following embodiments of the present invention is naval brass.
[제 1실시 예][First Embodiment]
도 1은 본 발명의 제 1실시 예에 따른 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이다. 도면에 도시된 바와 같이, 무연 황동합금 원소재를 풀 어닐링(full annealing) 하는 제 1단계(S1)와, 이 제 1단계(S1)후 기계가공하는 제 2단계(S2)와, 이 제 2단계(S2)후 다시 소프트 어닐링(soft annealing) 하는 제 3단계(S3)로 이루어진 것이다.1 is a block diagram illustrating a manufacturing method according to a first embodiment of the present invention. As shown in the figure, a first step S1 of full annealing the lead-free brass alloy raw material, a second step S2 of machining after the first step S1, and this second After the step S2, a third step S3 of soft annealing is performed again.
상기 제 1단계(S1)는 원소재를 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링을 시행한다. 이렇게 풀 어닐링을 시행함으로써 원 소재의 기계 가공성을 향상시키고, 응력집중에 의한 경계 균열을 제거할 수 있다. The first step (S1) is subjected to full annealing of the raw material for 3 hours at a temperature of 530 ± 30 ℃. By performing full annealing in this way, the machinability of the raw material can be improved, and boundary cracks due to stress concentration can be removed.
또한, 상기 제 2단계(S2)에서의 기계가공작업은 예를 들어 원하는 배관 피팅 제품으로 가공하는 작업이다. In addition, the machining operation in the second step (S2) is, for example, the operation to the desired pipe fitting product.
또한, 제 3단계(S3)는 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링을 시행한다. In addition, the third step (S3) is subjected to soft annealing for 1 hour at a temperature of 330 ± 30 ℃.
최종적으로 소프트 어닐링을 함으로써 기계가공된 원소재(배관 피팅 제품)의 내부 응력 제거로 균열방지와 내마모성 및 내식성이 향상된다.
Finally, soft annealing improves crack resistance, wear resistance and corrosion resistance by removing internal stresses of machined raw materials (pipe fitting products).
[제 2실시 예][Second Embodiment]
본 발명은 제 2실시 예로서, 도 2에 도시된 바와 같이, 무연 황동합금 원소재를 단조(forging)하는 제 1단계(P1)와, 이 제 1단계(P1)후 풀 어닐링하는 제 2단계(P2)와, 이 제 2단계후 기계가공하는 제 3단계(P3)와, 제 3단계(P3)후 소프트 어닐링하는 제 4단계(P4)로 이루어진 것이다. As a second embodiment of the present invention, as shown in FIG. 2, a first step P1 of forging a lead-free brass alloy raw material, and a second step of full annealing after the first step P1 (P2), a third step (P3) for machining after the second step, and a fourth step (P4) for soft annealing after the third step (P3).
다시 말해서, 원소재(C46400)를 열처리 공정(어닐링 공정)을 거치지 않고, 먼저 단조 공정을 시행하고, 단조 공정후, 단조품에 대해 1차로 풀 어닐링 하며, 풀 어닐링후 단조품에 대하여 기계가공을 한 다음, 가공 완료후 2차로 소프트 어닐링 작업을 하여 단조품의 조직을 안정되게 한다. In other words, the raw material (C46400) is subjected to the forging process first without undergoing a heat treatment process (annealing process), and after the forging process, the first full annealing for the forging product, and then machined for the forging product after the full annealing After the completion of processing, soft annealing is performed secondly to stabilize the structure of the forged product.
또한, 상기 풀 어닐링하는 제 2단계(P2)는 상기 제 1실시 예에서와 마찬가지로, 단조품을 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링을 시행하여 기계 가공성의 향상 및 금속의 가열과 단조시 외력에 의한 응력 및 경계 균열을 제거하도록 한다.In addition, the second step (P2) of the full annealing, as in the first embodiment, by performing a full annealing of the forged product for 3 hours at a temperature of 530 ± 30 ℃ to improve the machinability and the external force during heating and forging of the metal Eliminate stresses and boundary cracks.
또한, 제 4단계(P4)는 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 시행하여 기계 가공에 의한 응력 집중 및 잔존 응력 제거를 하도록 함으로써, 균열방지와 내마모성 및 내식성이 향상된다. In addition, the fourth step (P4) is carried out for 1 hour at a temperature of 330 ± 30 ℃ to remove the stress concentration and residual stress by machining, thereby improving the crack prevention and wear resistance and corrosion resistance.
본 발명에 따른 열처리 방법에 의하면, 질소가스 분위기내에서 각각 상기 언급한 온도 및 시간 조건하에서 풀 또는 소프트 어닐링 작업을 시행한 결과, 단조 또는 기계 가공후 금속조직에 발생할 수 있는 경시균열 및 탈아연 부식현상이 방지된다. According to the heat treatment method according to the present invention, as a result of performing a full or soft annealing operation under the above-mentioned temperature and time conditions in a nitrogen gas atmosphere, cracking and de-zinc corrosion which may occur in metal structures after forging or machining, respectively. The phenomenon is prevented.
만일, 질소가스 분위기내에서 열처리를 하지 않고 일반 대기상태 분위기에서 열처리를 하는 경우에는 산소, 암모니아 등의 가스에 의해 부식이 발생할 수 있고, 조직 표면의 부식 진행으로 표면경화 현상이 발생하기 때문에, 질소가스 분위기내에서 열처리 작업을 하면 이러한 부식의 발생을 방지할 수 있는 것이다.
If the heat treatment is performed in a normal atmospheric atmosphere without heat treatment in a nitrogen gas atmosphere, corrosion may be caused by gas such as oxygen or ammonia, and surface hardening may occur due to the progress of corrosion of the surface of the tissue. The heat treatment in the gas atmosphere can prevent the occurrence of such corrosion.
본 발명의 열처리 방법에 따른 가공품과 열처리를 하지 않은 가공품을 비교해보면 도 3과 같다. 3 is compared with the workpiece according to the heat treatment method of the present invention and the workpiece without heat treatment.
도 3에서 보는 바와 같이, 풀 어닐링전에는 원소재의 부식된 정도가 많으나, 어닐링후에는 원소재의 부식 정도가 상대적으로 적게 됨을 알 수 있다. As shown in FIG. 3, the degree of corrosion of the raw material is much before the full annealing, but the degree of corrosion of the raw material is relatively low after the annealing.
다시 말해서, 부식이 진행될 수록 원소재 조직이 많이 쪼개지는 모양을 나타내는데, 어닐링전에 비해서 어닐링 후에 모습이 덜 쪼개진 형태를 이루고 있고, 그에 따라 본 발명에 따른 열처리 방법에 의하면 원소재의 내식성이 향상됨을 알 수 있는 것이다.In other words, as the corrosion progresses, the raw material structure is more divided, and the shape is less divided after the annealing than before the annealing, and according to the heat treatment method according to the present invention, the corrosion resistance of the raw material is improved. It can be.
도 4는 3종류의 배관 피팅류 시험편1,1-1, 2,2-1,3,3-1의 6개를 처리방법 별로 시험한 결과표로서, 본 발명에 따른 열처리 방법을 수행한 시험편 1-1,2-1,3-1은 확대사진에서 보는 바와 같이, 시험편 1,2,3에 비해 경시균열 및 부식이 상대적으로 나타나지 않음을 알 수 있다. FIG. 4 is a result table of six test pieces of pipe fittings 1,1-1, 2,2-1,3,3-1 for each treatment method, and a test piece 1 having a heat treatment method according to the present invention. -1,2-1,3-1, as shown in the enlarged photo, it can be seen that the cracks and corrosion does not appear over time compared to the specimens 1,2,3.
상기 시험편 1과 시험편 1-1, 시험편 2와 2-1,시험편 3과 시험편 3-1은 각각 동일한 배관제품으로서, 열처리 방법을 달리하여 시험한 결과를 나타낸 것이다. The test piece 1 and the test piece 1-1, the test piece 2 and 2-1, the test piece 3 and the test piece 3-1 are the same pipe products, respectively, and show the results of the tests with different heat treatment methods.
한편, 본 발명에 따른 열처리 방법은 납을 전혀 포함하지 않은 무연 황동합금은 물론, 인체와 환경에 악영향을 주지 않는 범위의 극소량(전체 조성비 100중량%중 0.005 ~ 0.2중량%) 의 납 성분을 포함하는 무연 황동합금(C46400 계열)이더라도 기계 가공성 및 내식성이 향상될 수 있다. On the other hand, the heat treatment method according to the present invention contains a lead component of the lead (not 0.005 to 0.2% by weight in 100% by weight of the total composition ratio) of the lead-free brass alloy does not contain any lead, as well as the adverse effect on the human body and the environment. Even lead-free brass alloy (C46400 series) can improve the machinability and corrosion resistance.
본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 청구범위내에 포함됨은 자명한 사실이다.
While the invention has been described for the embodiments of the invention based on the accompanying drawings for convenience, various modifications and variations are possible within the scope of the technical idea of the present invention, such variations and modifications are claims of the present invention Inclusion within is self-evident.
S1,P1 : 제 1단계
S2,P2 : 제 2단계
S3,P3 : 제 3단계
P4 : 제 4단계S1, P1: first stage
S2, P2: second stage
S3, P3: Third Step
P4: Fourth Step
Claims (7)
이 제 1단계후 기계 가공하는 제 2단계와,
이 제 2단계후 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링 하는 제 3단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
A first step of full annealing of lead-free brass alloy material having no lead content or 100% by weight of 0.005% to 0.2% by weight at 530 ± 30 ° C. for 3 hours,
After the first step, the second step of machining,
And a third step of soft annealing at a temperature of 330 ± 30 ° C. for one hour after the second step.
이 제 1단계후 530 ±30℃ 온도에서 3시간 동안 풀 어닐링하는 제 2단계와,
이 제 2단계후 기계 가공하는 제 3단계와,
이 제 3단계후 330 ±30℃ 온도에서 1시간 동안 소프트 어닐링하는 제 4단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
A first step of forging a lead-free brass alloy raw material having no lead content in the total ingredients or 0.005% to 0.2% by weight in 100% by weight;
A second step of full annealing at 530 ± 30 ° C. for 3 hours after the first step,
After the second step, the third step of machining,
And a fourth step of soft annealing at a temperature of 330 ± 30 ° C. for one hour after the third step.
상기 원소재는 네이벌 브래스인 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
The method according to claim 1 or 2,
The raw material is a heat treatment method of lead-free brass alloy, characterized in that the naval brass.
상기 풀 어닐링 또는 소프트 어닐링은 질소가스 분위기내에서 하는 것을 특징으로 하는 무연 황동합금의 열처리방법.
The method according to claim 1 or 2,
The full annealing or soft annealing is heat treatment method of the lead-free brass alloy, characterized in that in the nitrogen gas atmosphere.
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