KR102381852B1 - Wear Resistance High Strength Brass Alloy and Method for Manufacturing the Same - Google Patents
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Abstract
본 발명은 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 내마모형 고력황동은, 아연(Zn) 24~29 중량%, 망간(Mn) 3~4.5 중량%, 철(Fe) 2~3.5 중량%, 알루미늄(Al) 5~8 중량%, 황(S) 0.03~0.6 중량%, 및 잔부(殘部)로 구리(Cu)와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 본 발명의 고력황동은 구리-아연계 황동 합금에 황을 함유시켜 주조 합금을 제조함으로써, 우수한 내마모성, 인장강도 및 경도를 갖는 고력황동을 용이하게 제조할 수 있다.The present invention relates to abrasion-resistant high-strength brass and a method for manufacturing the same. Wear-resistant high-strength brass of the present invention, zinc (Zn) 24-29 wt%, manganese (Mn) 3-4.5 wt%, iron (Fe) 2-3.5 wt%, aluminum (Al) 5-8 wt%, sulfur (S) 0.03 to 0.6% by weight, and the balance is characterized in that it is composed of copper (Cu) and other unavoidable impurities. The high-strength brass of the present invention can be easily manufactured with high-strength brass having excellent wear resistance, tensile strength and hardness by containing sulfur in a copper-zinc-based brass alloy to prepare a cast alloy.
Description
본 발명은 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 구리-아연계 황동 합금에 황(S)을 함유시킴으로써, 우수한 내마모성, 인장강도 및 경도를 나타내는 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to abrasion-resistant high-strength brass and a method for manufacturing the same. More specifically, the present invention relates to a wear-resistant high-strength brass exhibiting excellent wear resistance, tensile strength and hardness by containing sulfur (S) in a copper-zinc-based brass alloy and a method for manufacturing the same.
일반적으로 황동합금은 내식성, 피삭성, 기계적 성질 등의 특성이 우수하기 때문에 기계, 전기, 전자, 자동차, 건축용 부품뿐만 아니라, 일상 생활용품에 이르기까지 폭넓게 사용되고 있다.In general, brass alloys have excellent properties such as corrosion resistance, machinability, and mechanical properties, so they are widely used not only for mechanical, electrical, electronic, automobile, and building parts, but also for everyday products.
자동차 내연기관이 점점 고출력화됨에 따라 자동변속기의 싱크로나이저링도 더욱 고하중을 받게되고, 증가된 마모가 일어난다. 또한 교량, 펌프 등의 하중을 전달하는 역할을 하는 베어링 플레이트도 수평, 회전 운동상에서의 내구성, 고온ㆍ고압 상태에서의 내마모성, 극한 환경에서 내습ㆍ내염 등의 내환경성, 지속적인 마찰상태에서의 내마모성, 고하중에서의 내구성 등이 요구된다.As the internal combustion engine of an automobile becomes more and more output, the synchronizer ring of the automatic transmission is also subjected to a higher load, and increased wear occurs. In addition, the bearing plate, which plays a role in transmitting loads from bridges and pumps, also has durability in horizontal and rotational motion, wear resistance in high temperature and high pressure conditions, environmental resistance such as moisture and salt resistance in extreme environments, wear resistance in continuous friction conditions, Durability under high load is required.
구리, 아연, 알루미늄, 망간, 인, 납을 포함하는 자동차 트랜스미션용 싱크로나이저링에 적합한 내마모성 황동합금에 관한 배경기술이 한국등록특허 제10-1361018호(2014.02.04)에 기재되어있다. 상기 배경기술의 황동합금은 특정한 비율의 망간 및 인을 함유함으로써 높은 내마모성을 달성할 수 있다고 개시되어 있다.A background technology related to a wear-resistant brass alloy suitable for a synchronizer ring for an automobile transmission containing copper, zinc, aluminum, manganese, phosphorus, and lead is disclosed in Korean Patent Registration No. 10-1361018 (February 4, 2014). It is disclosed that the brass alloy of the background art can achieve high wear resistance by containing certain proportions of manganese and phosphorus.
본 발명의 목적은 내마모성, 인장강도 및 경도가 우수한 고력황동을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide high-strength brass having excellent wear resistance, tensile strength and hardness.
본 발명의 다른 목적은 추가 가공 및 열처리 없이 내마모성이 우수한 고력황동을 용이하게 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for easily manufacturing high-strength brass having excellent wear resistance without additional processing and heat treatment.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.
본 발명의 목적은 우수한 내마모성, 인장강도 및 경도를 가지는 고력황동을 제조하는 것으로써, 구리-아연계 황동 합금에 황을 첨가하여 주조함으로써 달성된다.An object of the present invention is to produce high-strength brass having excellent wear resistance, tensile strength and hardness, and is achieved by casting by adding sulfur to a copper-zinc-based brass alloy.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 아연(Zn) 24~29 중량%, 망간(Mn) 3~4.5 중량%, 철(Fe) 2~3.5 중량%, 알루미늄(Al) 5~8 중량%, 황(S) 0.03~0.6 중량%, 및 잔부(殘部)로 구리(Cu)와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 내마모형 고력황동을 제공한다.According to one aspect of the present invention, zinc (Zn) 24 to 29% by weight, manganese (Mn) 3 to 4.5% by weight, iron (Fe) 2 to 3.5% by weight, aluminum (Al) 5 to 8% by weight , sulfur (S) 0.03 to 0.6 wt%, and the balance (殘部) provides a wear-resistant high-strength brass containing copper (Cu) and other unavoidable impurities.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 내마모형 고력황동을 포함하는 제품을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a product comprising the wear-resistant high-strength brass.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 구리(Cu), 구리(Cu)-철(Fe)을 포함하는 모합금 용탕을 형성하는 단계; 상기 모합금 용탕에 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)을 첨가하는 단계; 상기 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)이 첨가된 용탕으로 고력황동 합금 주조재를 제조하는 단계를 포함하고, 상기 방법에 의하여 제조된 고력황동 합금은 전체 황동합금 100 중량부에 대해서, 황(S) 0.03~0.6 중량부로 첨가되는 내마모형 고력황동의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method comprising: forming a master alloy molten metal including copper (Cu), copper (Cu)-iron (Fe); adding zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) to the molten master alloy; The zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) is added to the molten metal comprising the step of manufacturing a high-strength brass alloy casting, the high-strength brass alloy manufactured by the method is all brass With respect to 100 parts by weight of the alloy, sulfur (S) provides a method for producing high-strength brass, which is added in an amount of 0.03 to 0.6 parts by weight.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 내마모형 고력황동은 내마모성, 인장강도 및 경도가 우수한 이점이 있다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass according to the present invention has the advantage of excellent wear resistance, tensile strength and hardness.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 본 발명에 의한 내마모형 고력황동의 제조방법은 추가 가공 및 열처리 없이 주조 합금을 제조함으로써 내마모형 고력황동을 용이하게 제조할 수 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, the method for manufacturing wear-resistant high-strength brass according to the present invention can easily manufacture wear-resistant high-strength brass by manufacturing a cast alloy without additional processing and heat treatment.
도 1은 알루미늄(Al), 철(Fe), 망간(Mn) 금속과 황(S)의 2원계 상태도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 비교예 1, 2 합금의 미세구조 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 1, 2, 3 합금의 미세구조 사진이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 SEM 사진 및 EDS 분석표이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 2와 비교예 1 합금과 무산소동의 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예 1, 2와 비교예 1, 2 합금의 마찰계수를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1, 2와 비교예 1 합금의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2 합금의 경도를 나타낸 그래프이다.1 shows a binary phase diagram of aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn) metals and sulfur (S).
2 is a microstructure photograph of Comparative Examples 1 and 2 alloys of the present invention.
3 is a microstructure photograph of Examples 1, 2, and 3 alloys of the present invention.
4 is an SEM photograph and EDS analysis table of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention.
5 is a graph showing the friction coefficients of the alloys of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention and oxygen-free copper.
6 is a graph showing the friction coefficients of Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 and 2 alloys of the present invention.
7 is a graph showing the tensile strength of the alloys of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention.
8 is a graph showing the hardness of the alloys of Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.Since the present invention can apply various transformations and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, '포함하다' 또는 '가지다' 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present application are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, terms such as 'comprise' or 'have' are intended to designate that a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification exists, but one or more other features It should be understood that this does not preclude the existence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, an embodiment of abrasion-resistant high-strength brass and a manufacturing method thereof according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, and in the description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are the same Reference numerals are given, and overlapping descriptions thereof will be omitted.
또한, 설명의 편의를 위하여 각 구성에 대한 방향은 도면에 도시된 방향을 기준으로 한다. 다만, 이러한 방향을 통한 설명은 작동 상태에 대한 일례에 불과한 것으로서, 본 실시예에 따른 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법을 한정하는 것은 아니다.In addition, for convenience of description, the direction for each configuration is based on the direction shown in the drawings. However, the description through this direction is only an example of the operating state, and does not limit the wear-resistant high-strength brass and its manufacturing method according to this embodiment.
본 발명의 일 측면에 따르면, 본 발명은 아연(Zn) 24~29 중량%, 망간(Mn) 3~4.5 중량%, 철(Fe) 2~3.5 중량%, 알루미늄(Al) 5~8 중량%, 황(S) 0.03~0.6 중량%, 및 잔부(殘部)로 구리(Cu)와 기타 불가피한 불순물을 포함하는 내마모형 고력황동을 제공한다.According to one aspect of the present invention, zinc (Zn) 24 to 29% by weight, manganese (Mn) 3 to 4.5% by weight, iron (Fe) 2 to 3.5% by weight, aluminum (Al) 5 to 8% by weight , sulfur (S) 0.03 to 0.6 wt%, and the balance (殘部) provides a wear-resistant high-strength brass containing copper (Cu) and other unavoidable impurities.
고온ㆍ고압 및 지속적인 마찰상태에서 사용되는 베어링 플레이트, 싱크로나이저링 등의 제품은 내마모성이 향상된 합금의 개발이 요구되며, 이는 황이 함유된 제2상(second phase)의 구리 합금에 의해 달성될 수 있다. 도 1은 알루미늄(Al), 철(Fe), 망간(Mn) 금속과 황(S)의 2원계 상태도를 나타낸 것이다. 도 1에서 알 수 있듯이 황(S)을 첨가함으로써 Al-S, Fe-S, Mn-S 조성의 안정한 화합물들이 구리 기지 내에 형성된다.Products such as bearing plates and synchronizer rings used in high temperature, high pressure and continuous friction conditions require the development of an alloy with improved wear resistance, which can be achieved by a copper alloy of the second phase containing sulfur. . 1 shows a binary state diagram of aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn) metals and sulfur (S). As can be seen from FIG. 1, stable compounds of Al-S, Fe-S, and Mn-S compositions are formed in the copper matrix by adding sulfur (S).
본 발명의 비교예 합금의 미세구조 사진을 도 2에, 실시예 합금의 미세구조 사진을 도 3에 나타내었다. 도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이 황(S)이 들어간 실시예가 황(S)이 들어가지 않은 비교예 1보다 입자가 더 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다.The microstructure photo of the alloy of the comparative example of the present invention is shown in FIG. 2, and the microstructure photo of the alloy of the example is shown in FIG. As can be seen from FIGS. 2 and 3 , it can be seen that the embodiment in which sulfur (S) is contained has more evenly distributed particles than Comparative Example 1 in which sulfur (S) is not contained.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 황(S)을 포함하는 개재물이 분포된다.According to an embodiment of the present invention, in the wear-resistant high-strength brass of the present invention, inclusions containing sulfur (S) are distributed.
도 4는 본 발명의 실시예 1과 비교예 1의 SEM 사진 및 EDS 분석표를 나타낸 것이다. 황(S)이 포함된 실시예 1은 황(S)이 포함되지 않은 비교예 1보다 개재물에 알루미늄(Al), 철(Fe), 망간(Mn) 등이 다량 포함되어 있으며, 특히 황(S)이 검출이 되었다. Figure 4 shows the SEM photograph and EDS analysis table of Example 1 and Comparative Example 1 of the present invention. Example 1 containing sulfur (S) contains a large amount of aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn), etc. in inclusions than Comparative Example 1 in which sulfur (S) is not included, especially sulfur (S) ) was detected.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 100 ㎛ × 100 ㎛ 영역 안에서 개재물 입자의 수가 98개 이상 분포될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention can be distributed in the number of 98 or more inclusion particles in the 100 ㎛ × 100 ㎛ area.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 평균 개재물 입자의 크기가 1.37 ㎛ 이하일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention may have an average particle size of 1.37 μm or less.
표 3은 본 발명의 실시예들 및 비교예들의 100 ㎛ × 100 ㎛ 범위 내 개재물의 평균 입자 수와 평균 입자 크기를 나타낸다.Table 3 shows the average particle number and average particle size of inclusions in the range of 100 μm × 100 μm in Examples and Comparative Examples of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 10~20N의 하중에서 180초 동안 0.4 이하의 마찰계수를 유지하고, 바람직하게 120초 동안 0.33 이하의 마찰계수를 유지한다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention maintains a friction coefficient of 0.4 or less for 180 seconds under a load of 10 to 20N, and preferably maintains a friction coefficient of 0.33 or less for 120 seconds.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 10~20N의 하중에서 60초 동안 0.25 이하의 마찰계수를 유지한다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention maintains a friction coefficient of 0.25 or less for 60 seconds under a load of 10 to 20N.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 2 합금과 비교예 1 합금과 무산소동의 마찰계수를 나타낸 그래프이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 실시예 1, 2 합금과 비교예 1, 2 합금의 마찰계수를 나타낸 그래프이다. 도 5 및 도 6에 나타난 바와 같이, 비교예 1보다 본 발명의 실시예가 마찰계수가 낮은 것으로 나타나, 본 발명의 고력황동은 내마모성이 향상되는 것을 알 수 있다.5 is a graph showing the friction coefficient of Examples 1 and 2 alloys of the present invention, Comparative Example 1 alloy, and oxygen-free copper, and FIG. 6 is Examples 1 and 2 alloys and Comparative Examples 1 and 2 according to an embodiment of the present invention. It is a graph showing the friction coefficient of the alloy. As shown in Figures 5 and 6, the friction coefficient of the embodiment of the present invention is lower than that of Comparative Example 1, and it can be seen that the high-strength brass of the present invention has improved wear resistance.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 700MPa 이상의 인장강도를 나타낸다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention exhibits a tensile strength of 700 MPa or more.
도 7은 본 발명의 실시예 1, 2 합금과 비교예 1 합금의 인장강도를 나타낸 그래프이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 고력황동은 인장강도도 우수한 것으로 나타났다.7 is a graph showing the tensile strength of the alloys of Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 of the present invention. As shown in Figure 7, the high-strength brass of the present invention was also shown to be excellent in tensile strength.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 235 Hv 이상의 경도를 나타낸다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention exhibits a hardness of 235 Hv or more.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명의 내마모형 고력황동은 239 HBW 이상의 경도를 나타낸다.According to an embodiment of the present invention, the wear-resistant high-strength brass of the present invention exhibits a hardness of 239 HBW or more.
도 8은 본 발명의 실시예 1, 2, 3과 비교예 1, 2 합금의 경도를 나타낸 그래프이다. 도 8에 나타난 바와 같이. 본 발명의 고력황동은 경도도 우수한 것으로 나타났다.8 is a graph showing the hardness of the alloys of Examples 1, 2, and 3 and Comparative Examples 1 and 2 of the present invention. As shown in Figure 8. High strength brass of the present invention was also shown to be excellent in hardness.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 상기 내마모형 고력황동을 포함하는 제품을 제공한다. 상기 제품은 우수한 내마모성, 인장강도 및 경도가 요구되는 제품인 한 특별한 한정은 없으나, 베어링 플레이트, 싱크로나이저링 등의 제품일 수 있다.According to another aspect of the present invention, the present invention provides a product comprising the wear-resistant high-strength brass. The product is not particularly limited as long as it is a product requiring excellent wear resistance, tensile strength and hardness, but may be a product such as a bearing plate or a synchronizer ring.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 본 발명은 구리(Cu), 구리(Cu)-철(Fe)을 포함하는 모합금 용탕을 형성하는 단계; 상기 모합금 용탕에 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)을 첨가하는 단계; 상기 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)이 첨가된 용탕으로 고력황동 합금 주조재를 제조하는 단계를 포함하는 내마모형 고력황동의 제조방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method comprising: forming a master alloy molten metal including copper (Cu), copper (Cu)-iron (Fe); adding zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) to the molten master alloy; It provides a method of manufacturing a wear-resistant high-strength brass comprising the step of manufacturing a high-strength brass alloy cast material with the zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) added molten metal.
상기 방법에 있어서 전체 황동합금 100 중량부에 대해서 황(S)을 0.03~0.6 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 한다.In the above method, it is characterized in that 0.03 to 0.6 parts by weight of sulfur (S) is added with respect to 100 parts by weight of the total brass alloy.
상기 내마모형 고력황동의 제조방법은, 이에 한정되는 것은 아니나, 특수용해주조기술에 의해서 제조될 수 있다.The manufacturing method of the wear-resistant high-strength brass, but is not limited thereto, may be manufactured by a special melting casting technology.
금속을 융점 이상으로 가열하여 액체 상태로 만드는 기술을 특수용해기술이라 하고, 용융금속을 특수한 용기(주형, 몰드 등)에 주입하거나 특수한 방법으로 형상을 가지는 제품을 만드는 방법을 특수주조기술이라 정의할 수 있는데, 특수한 환경(진공, 가압, 저압 등)에서 용해하고 주조하는 공정기술을 총칭하여 특수용해주조기술이라고 한다. 용해주조 공정은 추가 가공 및 열처리 없이 용이하게 주조 합금을 제조할 수 있는 이점이 있다.Special melting technology is a technology that heats metal above its melting point to make it a liquid state, and a method of pouring molten metal into a special container (mold, mold, etc.) or making a product having a shape in a special way is defined as special casting technology. The process technology for melting and casting in a special environment (vacuum, pressurization, low pressure, etc.) is collectively called special melting casting technology. The melt casting process has the advantage of being able to easily manufacture a cast alloy without additional processing and heat treatment.
상기 특수용해기술은, 이에 한정되는 것은 아니나, 진공 아크 재용해법, 전자빔 용해법, 플라즈마 아크 용해법, 유도 용해법 일 수 있다.The special melting technique, but is not limited thereto, may be a vacuum arc remelting method, an electron beam melting method, a plasma arc melting method, an induction melting method.
상기와 같은 본 발명 내마모형 고력황동 및 이의 제조방법에 대하여 다음의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다.The present invention will be described in more detail through the following examples with respect to the wear-resistant high-strength brass of the present invention as described above and a method for manufacturing the same.
[[ 실시예Example ]]
고주파 유도용해를 이용하여 구리, 구리-철 모합금을 용해하고, 이후 아연, 망간, 알루미늄, 황의 순서로 합금 금속을 투입하여 용해시켜 고력황동 합금 용탕을 제조하였다. 이때 투입되는 금속의 조성은 표 1 및 표 2에 나타내었다.A high-strength brass alloy was prepared by dissolving copper and copper-iron master alloy using high-frequency induction melting, and then adding and dissolving alloy metals in the order of zinc, manganese, aluminum, and sulfur. At this time, the composition of the input metal is shown in Tables 1 and 2.
표 1은 본 발명의 황이 함유되지 않은 합금(비교예 1)과 황 대신 실리콘이 들어간 합금(비교예 2)의 조성을 나타낸다.Table 1 shows the composition of the alloy containing no sulfur (Comparative Example 1) and the alloy containing silicon instead of sulfur (Comparative Example 2) of the present invention.
표 2는 황이 함유된 본 발명의 실시예 1, 2, 3의 조성을 나타낸다.Table 2 shows the compositions of Examples 1, 2, and 3 of the present invention containing sulfur.
상기 용해된 용융 금속(용탕)은 그래파이트 몰드(graphite mold)에서 응고시켜 잉곳(ingot)으로 주조된다.The molten molten metal (molten metal) is solidified in a graphite mold and cast into an ingot.
상기 제조된 고력황동은 주조 합금(cast alloy)이므로, 추가 가공 및 열처리 없이 바로 주조재를 사용하여, 마찰계수, 인장강도, 경도를 측정하고 미세조직을 관찰하였다.Since the manufactured high-strength brass is a cast alloy, using a cast material directly without additional processing and heat treatment, the friction coefficient, tensile strength, and hardness were measured and the microstructure was observed.
내마모성 테스트는 Tribometer (J&L Tech.)에서 load 10, 20N, linear speed 50mm/s, steel ball로 측정하여, 마찰계수를 180초 동안 측정한 결과를 도 5에, 마찰계수를 60초 동안 측정한 결과를 도 6에 나타내었다. 도 5 및 도 6에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 1, 2는 비교예 1, 2 및 일반적인 무산소동에 비해 낮은 마찰계수를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 본 발명의 내마모형 고력황동은 10~20N의 하중에서 180초 동안 0.4 이하의 마찰계수를 유지하고, 바람직하게 120초 동안 0.33 이하의 마찰계수를 유지한다. 특히 실시예 1, 2 모두 10N의 하중에서 마찰시간 60초 동안 마찰계수 0.2 이하의 낮은 마찰계수를 가지고, 20N의 하중에서는 마찰시간 60초 동안 마찰계수 0.25 이하의 낮은 마찰계수를 가졌다. 이는 황(S)이 들어간 실시예가 더 낮은 마찰계수를 가져, 내마모형 소재로 사용시 실시예의 내구성이 비교예보다 더 유리하다는 것을 의미한다.The wear resistance test was measured with a tribometer (J&L Tech.) with
인장강도 테스트는 인장 강도 테스터(Tensile tester, Instron 5082, Instron)에서 loading speed 2mm/min, extensometer length 25 mm로 측정되었고, 그 결과는 도 7에 나타내었다. 도 7에서 알 수 있듯이 본 발명의 실시예 1, 2는 비교예 1보다 더 큰 인장강도와 연신율을 갖는 것을 확인할 수 있었다. 특히 실시예 1의 경우 인장강도 912MPa, 연신율 약 16%를 보였다. The tensile strength test was measured in a tensile strength tester (Tensile tester, Instron 5082, Instron) with a loading speed of 2 mm/min and an extensometer length of 25 mm, and the results are shown in FIG. 7 . As can be seen from FIG. 7 , it was confirmed that Examples 1 and 2 of the present invention had greater tensile strength and elongation than Comparative Example 1. In particular, Example 1 showed a tensile strength of 912 MPa and an elongation of about 16%.
비커스 경도 테스터(Vickers hardness tester, FM-700, Future Tech.) load 200g 하에서 측정된 경도값, 및 브린넬 경도 테스터(Brinell hardness tester, DTB-500, Daekyung Tech.)에서 측정된 경도값을 도 8에 나타내었다. 도 8에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예들은 비교예들보다 비슷하거나 높은 경도값을 가지는 것을 확인할 수 있었고, 특히 실시예 1은 비커스 경도 261.80 Hv, 브리넬 경도 255 HBW를 보였다.The hardness value measured under a load of 200 g of a Vickers hardness tester (Vickers hardness tester, FM-700, Future Tech.) and the hardness value measured by a Brinell hardness tester (DTB-500, Daekyung Tech.) are shown in FIG. 8 shown in As can be seen from FIG. 8 , it was confirmed that Examples of the present invention had similar or higher hardness values than Comparative Examples, and in particular, Example 1 exhibited a Vickers hardness of 261.80 Hv and a Brinell hardness of 255 HBW.
표 3은 본 발명의 일 실시예 및 비교예의 100 ㎛ × 100 ㎛ 범위 내 개재물의 평균 입자 수와 평균 입자 크기를 나타낸다. 개재물 입자는 본 발명의 실시예가 비교예보다 일정 영역 내에서 평균적으로 더 많고, 더 작은 입자를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 이것은 황(S)을 넣은 실시예가 황(S)이 들어가 있지 않거나, 실리콘(Si)이 들어간 비교예보다 작은 개재물들이 고르게 분포한다는 것을 의미한다(도 2 및 도 3 참조).Table 3 shows the average number of particles and the average particle size of inclusions within the range of 100 μm × 100 μm in Examples and Comparative Examples of the present invention. It was confirmed that the inclusion particles in the examples of the present invention have more and smaller particles on average within a certain region than the comparative examples. This means that the embodiment containing sulfur (S) does not contain sulfur (S) or that smaller inclusions are evenly distributed than the comparative example containing silicon (Si) (see FIGS. 2 and 3 ).
상술한 바와 같이 본 발명의 고력황동은 아연(Zn) 24~29 중량%, 망간(Mn) 3~4.5 중량%, 철(Fe) 2~3.5 중량%, 알루미늄(Al) 5~8 중량%, 황(S) 0.03~0.6 중량%, 및 잔부(殘部)로 구리(Cu)와 기타 불가피한 불순물을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다. 본 발명의 고력황동은 구리-아연계 황동 합금에 황을 함유시켜 주조 합금을 제조함으로써, 우수한 내마모성, 인장강도 및 경도를 갖는 고력황동을 용이하게 제조할 수 있다.As described above, the high-strength brass of the present invention is zinc (Zn) 24 to 29% by weight, manganese (Mn) 3 to 4.5% by weight, iron (Fe) 2 to 3.5% by weight, aluminum (Al) 5 to 8% by weight, It is characterized in that it is composed of 0.03 to 0.6 wt% of sulfur (S), and copper (Cu) and other unavoidable impurities as the balance. The high-strength brass of the present invention can be easily manufactured with high-strength brass having excellent wear resistance, tensile strength and hardness by containing sulfur in a copper-zinc-based brass alloy to prepare a cast alloy.
도 3에서 알 수 있듯이, 황(S)이 들어간 실시예가 황(S)이 들어가지 않은 비교예 1보다 입자가 더 고르게 분포되어 있는 것을 확인할 수 있다. 그리고 실리콘(Si)이 들어간 비교예 2는 모재가 β상(노란색 화살표)을 포함하여, 조직이 고르지 못하고, 기계적 특성이 좋지 않다.As can be seen from FIG. 3 , it can be seen that the embodiment in which sulfur (S) is contained has more evenly distributed particles than Comparative Example 1 in which sulfur (S) is not contained. And in Comparative Example 2 containing silicon (Si), the base material includes a β phase (yellow arrow), the structure is uneven, and the mechanical properties are not good.
도 4에서 알 수 있듯이, 황(S)이 포함된 실시예 1은 황(S)이 포함되지 않은 비교예 1보다 개재물에 알루미늄(Al), 철(Fe), 망간(Mn) 등이 다량 포함되어 있으며, 특히 황(S)이 검출이 되었다. 고력황동에 황(S)이 첨가되면 Al-S, Fe-S, Mn-S 등의 화합물이 형성되고, 다양한 화학양론비를 가진 화합물로 인해 더 작고 고른 입자들이 구리 기지 내에 분포하게 된다.As can be seen from Figure 4, Example 1 containing sulfur (S) contains a large amount of aluminum (Al), iron (Fe), manganese (Mn), etc. in inclusions than Comparative Example 1 in which sulfur (S) is not included. In particular, sulfur (S) was detected. When sulfur (S) is added to high-strength brass, compounds such as Al-S, Fe-S, and Mn-S are formed, and smaller and even particles are distributed in the copper matrix due to the compounds having various stoichiometric ratios.
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리 범위내에 포함된다고 할 것이다.In the above, although an embodiment of the present invention has been described, those of ordinary skill in the art can add, change, delete or Various modifications and variations of the present invention may be made by addition, etc., and this will also be included within the scope of the present invention.
Claims (13)
Zinc (Zn) 24-29 wt%, Manganese (Mn) 3-4.5 wt%, Iron (Fe) 2-3.5 wt%, Aluminum (Al) 5-8 wt%, Sulfur (S) 0.03-0.6 wt%, and wear-resistant high-strength brass containing copper (Cu) and other unavoidable impurities as the remainder.
상기 고력황동은 10~20N의 하중에서 120초 동안 측정되는 마찰계수가 0.33 이하인 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is a wear-resistant high-strength brass, characterized in that the coefficient of friction measured for 120 seconds under a load of 10 to 20N is 0.33 or less.
상기 고력황동은 10~20N의 하중에서 60초 동안 측정되는 마찰계수가 0.25 이하인 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is a wear-resistant high-strength brass, characterized in that the coefficient of friction measured for 60 seconds under a load of 10 to 20N is 0.25 or less.
상기 고력황동은 황(S)을 포함하는 개재물이 분포된 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is a wear-resistant high-strength brass, characterized in that the inclusions containing sulfur (S) are distributed.
상기 고력황동은 100 ㎛ × 100 ㎛ 영역 안에서 개재물 입자의 수가 98개 이상인 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is a wear-resistant high-strength brass, characterized in that the number of inclusion particles in the area of 100 ㎛ × 100 ㎛ is 98 or more.
상기 고력황동은 평균 개재물 입자의 크기가 1.37 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is wear-resistant high-strength brass, characterized in that the average particle size of the inclusions is 1.37 ㎛ or less.
상기 고력황동은 700MPa 이상의 인장강도를 갖는 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is wear-resistant high-strength brass, characterized in that it has a tensile strength of 700 MPa or more.
상기 고력황동은 235 Hv 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is wear-resistant high-strength brass, characterized in that it has a hardness of 235 Hv or more.
상기 고력황동은 239 HBW 이상의 경도를 갖는 것을 특징으로 하는 내마모형 고력황동.
According to claim 1,
The high-strength brass is wear-resistant high-strength brass, characterized in that it has a hardness of 239 HBW or more.
A product comprising the wear-resistant high-strength brass according to any one of claims 1 to 9.
상기 내마모형 고력황동을 포함하는 제품은 베어링 플레이트인 제품.
11. The method of claim 10,
The product containing the wear-resistant high-strength brass is a bearing plate.
상기 모합금 용탕에 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)을 첨가하는 단계;
상기 아연(Zn), 망간(Mn), 알루미늄(Al) 및 황(S)이 첨가된 용탕으로 고력황동 합금 주조재를 제조하는 단계를 포함하는, 내마모형 고력황동의 제조방법으로,
상기 방법에 의하여 제조된 고력황동 합금은 아연(Zn) 24~29 중량%, 망간(Mn) 3~4.5 중량%, 철(Fe) 2~3.5 중량%, 알루미늄(Al) 5~8 중량%, 황(S) 0.03~0.6 중량%, 및 잔부(殘部)로 구리(Cu)와 기타 불가피한 불순물로 구성되는 내마모형 고력황동의 제조방법.forming a master alloy molten metal including copper (Cu), copper (Cu)-iron (Fe);
adding zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) to the molten master alloy;
A method of manufacturing a wear-resistant high-strength brass, comprising the step of manufacturing a high-strength brass alloy casting with the zinc (Zn), manganese (Mn), aluminum (Al) and sulfur (S) added molten metal,
The high strength brass alloy prepared by the above method is zinc (Zn) 24 to 29 wt%, manganese (Mn) 3 to 4.5 wt%, iron (Fe) 2 to 3.5 wt%, aluminum (Al) 5 to 8 wt%, Sulfur (S) 0.03 ~ 0.6% by weight, and the balance (殘部) method of manufacturing a wear-resistant high-strength brass consisting of copper (Cu) and other unavoidable impurities.
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