KR102666985B1 - 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 합금 기지내에 제2상 분율을 증가시키거나, 결정립 크기의 미세화 및 윤활상 분율의 증가로 절삭성 및 강도가 동시에 향상된 저실리콘 무연황동에 관한 것이다.
Description
본 발명은 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금에 관한 것이다. 더욱 상세하게 본 발명은 합금 기지 내에 제2상 분율을 증가시키거나, 결정립 크기의 미세화 및 윤활상 분율의 증가로 절삭성 및 강도가 동시에 향상된 저실리콘 무연황동에 관한 것이다.
구리(Cu)는 비철금속 재료의 하나로, 용도에 따라 다양한 첨가물이 첨가되어 사용된다. 최근 그 용도가 확대됨에 따라 가공성이 향상된 동합금에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 하지만, 구리는 연신율이 높아 절삭 가공 시 공구에 흡착되어 가공성이 떨어지므로, 이러한 문제점을 해결하기 위한 다양한 연구가 진행되고 있다.
예를 들어, 동합금의 가공성을 높이기 위한 연구가 활발히 이루어지던 초기에는 구리에 2.5~3.7 중량%의 납(Pb)을 첨가하여 절삭성이 우수한 납황동을 제조하였다.
그러나 납(Pb)은 인체 및 환경에 악영향을 주는 유해성으로 인해 사용에 대한 강력한 규제가 따르게 되었다. 예를 들어, 납은 뇌와 신경계 손상, 특히 어린이들의 발육부진을 일으키고, 체중미달의 미숙아 출산과 같은 결과를 포함하는 생식계의 방해, 혈중으로 산소 흡수의 증감과 같은 순환계의 손상 및 신장의 기능장애를 일으키는 문제점이 있다. 또한, 일반적으로 제련 및 정련으로는 납(Pb)의 회수가 불가능하여, 물리적인 방법으로 납을 회수해야 하므로 자원 재활용에 있어서 고 에너지가 요구된다는 문제점이 있다.
따라서, 절삭성이 우수하면서 납(Pb)을 대체할 수 있는 비스무스(Bi)와 같은 첨가물을 첨가하는 구리합금에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔으며, 구리에 납 대신 비스무스(Bi)를 첨가한 고절삭 무연황동이 개발되었다.
이러한 배경으로 납(Pb)을 포함하지 않거나 최소로 포함하면서, 강도 및 절삭성이 우수하고 회수 및 자원 재활용이 용이한 단순조성의 무연 동합금에 대한 요구가 계속되어 왔다.
본 발명의 배경 기술로 대한민국 등록특허 제10-0592369호(2006.06.15. 등록)에 비스무스 개재물 구형화 무연 황동 합금에 대해 기재되어 있다.
본 발명의 목적은 강도의 저하 없이 절삭성을 향상시킬 수 있는 단순조성의 절삭성이 향상된 고절삭 동합금을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 납을 포함하지 않거나 최소량으로 포함하여 회수율을 높여 자원의 재활용이 용이한 절삭성이 향상된 고절삭 저실리콘 무연황동을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 더욱 명확하게 된다.
일 측면에 따르면, 동합금 총 중량에 대해, 0.02 내지 1.5 중량%의 실리콘(Si); 및 0.01 내지 1.0 중량%의 황(S) 중 1종 이상; 및 구리(Cu)와 불가피한 불순물의 잔부;를 포함하는, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금이 제공된다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해, 0 내지 0.25 중량%의 납(Pb); 및 1.0 내지 45 중량%의 아연(Zn);을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.5 내지 0.7 중량%의 실리콘(Si)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.09 중량% 이하의 납(Pb)을 포함하고, 상기 동합금은 황(S) 및 납(Pb)의 합계 함량이 동합금 총 중량에 대해 0.1 중량% 초과로 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.01 내지 1.0 중량%의 황(S)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.03 내지 0.8 중량%의 철(Fe);을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.01 내지 1.0 중량%의 안티몬(Sb)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해, 57 내지 63.1 중량%의 구리(Cu); 0 중량% 초과 내지 0.25 중량% 이하의 납(Pb); 0.2 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 주석(Sn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 미만의 인(P); 0.02 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 실리콘(Si); 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하의 황(S); 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하의 안티몬(Sb); 및 아연(Zn)과 불가피한 불순물의 잔부;를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 직경 10㎛ 이하인 윤활상의 면적비율이 0.65 내지 3.0%일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 절삭시험 시 두께가 감소되고 분단된 전단형인 절삭 칩이 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 주석(Sn), 인(P), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 4.5 중량%의 주석(Sn)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 1 중량%의 니켈(Ni)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2 중량%의 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2 중량%의 망간(Mn)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 0.2 중량%의 인(P)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2.5 중량%의 비스무스(Bi)를 포함할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 본원에 기재된 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금으로 제조된 물품으로, 하기 조건 (1) 내지 (3) 중 1종 이상 만족하며 상기 물품은 수전금구용인, 물품이 제공된다:
(1) 인장강도가 280MPa 이상임,
(2) 경도가 120Hv 이상임,
(3) 항복강도가 210MPa 이상임.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 동합금은 동합금에 미량의 실리콘(Si) 및/또는 황(S)을 함유하여, 동합금의 기지 내 제2상의 분율 증가시키고, 강도의 저하 없이 절삭성을 향상시키도록 하는 이점이 있다.
일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 무연황동은 동합금에 미량의 실리콘(Si), 황(S), 및 안티몬(Sb) 중 1종 이상을 함유하여, 동합금의 기지 내 결정립을 미세화시키고, 윤활상 분율을 증가시켜 절삭성을 향상시키도록 하는 이점이 있다.
일 실시예에 따르면, 납의 함량을 포함하지 않거나 최소량으로 포함하여 회수율을 높여 자원의 재활용이 용이하고, 고강도인 절삭성이 향상된 저실리콘 무연황동을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 비교예 1 내지 4의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 2는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6, 및 실시예 7의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 실체현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 절삭시험 후 절삭칩 사진이다.
도 2는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6, 및 실시예 7의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 실체현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 7은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 절삭시험 후 절삭칩 사진이다.
본 발명의 목적, 장점 및 특징들은 첨부된 표 및 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해 질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 개시의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 명세서에서, '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.
본 명세서에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
일 측면에 따르면, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금은 동합금 총 중량에 대해, 0.02 내지 1.5 중량%의 실리콘(Si); 및 0.01 내지 1.0 중량%의 황(S) 중 1종 이상; 및 구리(Cu)와 불가피한 불순물의 잔부;를 포함한다.
실리콘(Si)은 금속 조직 중에 ε상이 분산 생성됨으로써 절삭성을 향상시킬 수 있으며, 내부식성에도 기여할 수 있다. 상기 실리콘(Si)은 동합금 총 중량에 대해, 0.02 내지 1.5 중량%로 첨가되는 것이 절삭성 및 성형성 향상에 적합할 수 있고, 0.1 내지 1.5 중량%로 첨가되는 것이 더 적합할 수 있으며, 1.0 중량% 이하로 첨가되는 것이 더욱 적합할 수 있고, 0.7 중량% 이하로 첨가되는 것이 더욱더 적합할 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 실리콘(Si)을 1.5 중량% 초과 첨가되면 실리콘 산화물이 다량 발생되어 양질의 주괴 제조가 어려울 수 있고, 냉간가공성에도 악영향을 미치게 될 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해, 0 내지 0.25 중량%의 납(Pb); 및 1.0 내지 45 중량%의 아연(Zn);을 더 포함할 수 있다.
납(Pb)은 구리(Cu) 금속 내에 고용성이 없으므로 결정구조에 영향을 주지 않으며 가공 중 공구와 피삭물과의 접촉계면에서 윤활역할, 절삭 칩을 분쇄하는 역할을 하여, 기존의 황동에서는 1.0 내지 4.0 중량%로 첨가되었다. 그러나 종래에 알려진 바와 같이, 납(Pb)은 인체 유해성 등 여러 가지 문제점이 있어, 상술한 바와 같이 본 발명에서는 납(Pb)을 임의로 첨가하지 않으면서 절삭성을 개선하였다. 본원에서 납(Pb)은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 0.25 중량%인 것이 인체에 대한 유해성을 최소화하면서 절삭성을 개선할 수 있는 면에서 적합할 수 있다. 또한, 본원에서 납(Pb)은 동합금 총중량에 대해 0.001 내지 0.2 중량%인 것이 윤활상 면적 비율의 증가, 평균결정립 크기의 감소, 및/또는 절삭 칩 평균 길이의 감소에 적합할 수 있다. 본원에서 납(Pb)은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 0.09 중량%인 것이 절삭성을 향상하면서 재활용에 적합할 수 있다.
상기 아연(Zn)은 구리(Cu)와 함께 Cu-Zn계 합금을 형성하며, 첨가 함량에 따라 α상, β상 및 ε상 조직 생성에 기여하며, 주조성과 가공성에 영향을 미치게 된다. 본원에서 아연(Zn)은 동합금 총 중량에 대해 1.0 내지 45 중량%로 첨가되는 것이 절삭성, 취성, 및 내부식성의 향상에 적합할 수 있고, 25 내지 45 중량%로 첨가되는 것이 경도, 인장강도 등의 향상면에서 적합할 수 있다. 아연의 함량이 지나치게 많으면 제품이 경화되어 취성이 높아질 뿐만 아니라 내부식성도 감소하고, 지나치게 적으면 α상이 과하게 형성되어 절삭성이 저하될 수 있다.
본원의 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 1.5 중량%의 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 본원의 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.02 내지 1.5 중량%의 실리콘(Si)이 첨가되는 것이 절삭성 향상에 적합할 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 본원의 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.1 내지 1.5 중량%의 실리콘(Si)이 첨가되는 것이 절삭성을 향상시킬 수 있고, 절삭지수가 63% 이상일 수 있다. 상기 절삭지수는 납이 첨가된 동합금의 절삭성을 100%라는 기준으로 할 때, 63%가 되는 것을 의미한다.
한편, 상기 절삭성과 관련하여, 동합금의 절삭성(%) 및 절삭지수(%)는 하기 식에 의해 정의될 수 있으며, 하기 식에 표기된 C3604는 쾌삭황동과 관련한 규격에 해당한다.
본원의 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.5 내지 0.7 중량%의 실리콘(Si)을 포함하여, 절삭지수를 향상시킬 수 있다. 이때 동합금의 절삭지수가 70% 이상일 수 있고, 75% 이상일 수 있다. 상기와 같이, 본원의 동합금은 납(Pb) 및 비스무스(Bi)를 함유하지 않고, 실리콘(Si)의 함량을 최소화하면서, 동합금의 기지 내 제2상의 분율 증가시키고, 강도의 저하 없이 절삭성 및 성형성을 개선할 수 있다. 나아가, 비스무스(Bi)를 더 포함하는 경우에는 절삭지수를 최고 94%까지 향상시킬 수 있다.
본원의 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.01 내지 1.0 중량%의 황(S)을 포함하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 본원에서는 황(S)을 동합금에 첨가하여 동합금 기지 내에 제2상의 생성을 유도하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 납(Pb)을 임의로 첨가하지 않고, 황(S) 및 저실리콘(Si)을 첨가하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 이때 동합금의 절삭지수는 70% 이상일 수 있고, 75% 이상일 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.2 내지 1.0 중량%의 황(S)을 포함하는 것이 절삭성 및 강도 동시 향상에 더 적합할 수 있고, 0.2 내지 0.6 중량%로 포함하는 것이 더욱더 적합할 수 있고, 0.3 내지 0.6 중량%로 포함하는 것이 더욱 더 적합할수 있다. 이때 동합금의 절삭지수가 85% 이상일 수 있고, 최대 97%일 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.09 중량% 이하의 납(Pb)을 포함하고, 상기 동합금은 황(S) 및 납(Pb)의 합계 함량이 동합금 총 중량에 대해 0.1 중량% 초과로 포함하여, 절삭성을 향상시킬 수 있다. 상기 동합금은 황(S) 및 납(Pb)의 합계 함량이 동합금 총 중량에 대해 0.25 중량% 초과로 포함하여, 절삭성을 더 향상시킬 수 있다. 이때 동합금의 절삭지수는 75% 이상일 수 있다. 특히, 황(S) 및 납(Pb)의 합계 함량이 동합금 총 중량에 대해 0.4 중량% 초과로 포함하는 경우 절삭지수가 90% 이상일 수 있고, 최대 97%일 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.03 내지 0.8 중량%의 철(Fe)을 더 포함할 수 있다.
상기 철(Fe)은 결정입계 편석을 억제시키는 효과가 있으며 크기가 미세하고 절삭가공 시 공구날에 영향을 미치지 않는 효과를 가질 수 있다. 본원에서는 철(Fe)은 0.03 내지 0.8 중량%로 첨가되는 것이 절삭성 등 기계적 물성 향상에 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.01 내지 1.0 중량%의 안티몬(Sb)을 포함하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 안티몬(Sb)은 무연황동의 탈 아연 부식 방지 성능 및 절삭성을 향상시키기 위해 미량으로 함유할 수 있으며, 본원에서는 안티몬(Sb)을 황(S)과 함께 무연황동에 첨가하여 동합금 기지 내 직경 10㎛ 이하의 윤활상 생성을 유도하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 이때, 직경 10㎛ 이하 윤활상의 면적비율은 0.65 내지 3.0% 일 수 있다. 윤활상은 동합금 기지 내에 미세한 직경으로 다량 생성될수록 합금의 절삭성에 기여할 수 있다. 동합금 총 중량에 대해 상기 안티몬(Sb)은 0.4 내지 1.0 중량%, 황(S)은 0.1 내지 0.6 중량%로 포함하는 것이 더 적합할 수 있다. 이때 무연황동의 직경 10㎛ 이하 윤활상의 면적비율은 1.9% 이상일 수 있고, 2.8% 이상일 수 있다.
본원에서는 안티몬(Sb)을 무연황동에 첨가하여 침상형 조직을 제거하고 결정립 크기의 미세화를 유도하여 절삭성을 향상시킬 수 있다. 이때, 평균 결정립 크기는 주조상태의 경우 2mm 이하가 적합할 수 있고, 1.9mm 이하가 더 적합할 수 있다. 상기 안티몬(Sb)은 동합금 총 중량에 대해 0.1 내지 1.0 중량%로 포함하는 것이 더 적합할 수 있고, 0.4 내지 1.0 중량%로 포함하는 것이 더욱더 적합할 수 있다. 이때 무연황동의 평균 결정립 크기는 주조상태의 경우 1.8mm 이하일 수 있고, 0.65mm 이하일 수 있고, 0.5mm 미만일 수 있다. 또한, 본원의 동합금은 압출공정을 거친 후 평균 결정립 크기가 20 내지 50㎛일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본원의 절삭성이 향상된 동합금은 절삭시험 시 두께가 감소되고 분단된 전단형인 절삭 칩이 형성될 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 절삭 칩은 사다리꼴, 삼각형의 작은 조각 형상, 짧게 분단된 테이프 형상 또는 바늘 형상일 수 있다.
본원에서는 안티몬(Sb)을 황(S)과 함께 무연황동에 첨가하여, 상기 절삭 칩의 평균 길이가 10cm 이하일 수 있다. 동합금 총 중량에 대해 상기 안티몬(Sb)은 0.01 내지 1.0 중량%, 황(S)은 0.1 내지 1.0 중량%로 첨가될 수 있으며, 이때 무연황동의 절삭 칩의 평균 길이는 2.7cm 이하일 수 있다. 더욱 적합하게는, 동합금 총 중량에 대해 상기 안티몬(Sb)은 0.4 내지 1.0 중량%, 황(S)은 0.1 내지 0.6 중량%로 첨가될 수 있으며, 이때 무연황동의 절삭 칩의 평균 길이는 1.5cm 이하일 수 있고, 1.0cm 이하일 수 있고, 100mm 이하일 수 있고, 10mm 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본원의 절삭성이 향상된 동합금은 합금 총 중량에 대해, 57 내지 63.1 중량%의 구리(Cu); 0 중량% 초과 내지 0.25 중량% 이하의 납(Pb); 0.2 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 주석(Sn); 0 중량% 초과 0.15 중량% 미만의 인(P); 0.02 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 실리콘(Si); 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하의 황(S); 0 중량% 초과 1.0 중량% 이하의 안티몬(Sb); 및 아연(Zn)과 불가피한 불순물의 잔부;를 포함할 수 있다.
상기 황동은 직경 10㎛ 이하 윤활상의 면적비율이 0.65 내지 3.0% 일 수 있고, 주조상태 동합금의 평균 결정립의 크기가 2mm 이하이고, 절삭 칩의 평균 길이가 10cm 이하일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 동합금은 주석(Sn), 니켈(Ni), 알루미늄(Al), 망간(Mn), 인(P), 및 비스무스(Bi) 중 1종 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 4.5 중량%의 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 주석(Sn)은 ε상 생성에 기여하여 ε상의 크기 및 분율을 증가시켜 절삭성을 향상시키고, 내탈아연부식성 등의 내부식성을 향상시키는 역할을 한다. 본원의 동합금에서, 주석(Sn)의 함량은 0 내지 4.5 중량% 범위일 수 있다. 주석 함량이 4.5 중량%를 초과할 때에는 재료를 경화시키고, ε상 조대화 및 분율을 증가시켜 냉간가공성 및 절삭성에 악영향을 미치게 될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 동합금 총 중량에 대해 주석(Sn)을 0.2 내지 1.5 중량%로 첨가하는 것이 윤활상 면적 비율의 증가, 평균 결정립 크기의 감소, 및/또는 절삭 칩 평균 길이의 감소에 적합할 수 있고, 0.5 중량% 내지 1.5 중량%로 첨가하는 것이 더 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 1 중량%의 니켈(Ni)을 포함할 수 있다. 니켈(Ni)은 고용 원소 및 다른 원소와 미세 화합물을 형성하여 강도를 향상시키는 효과가 있을 수 있다. 니켈(Ni)의 함유량을 1 중량% 이하로 하는 것이 절삭성 및 강도 향상면에서 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2 중량%의 알루미늄(Al)을 포함할 수 있다. 알루미늄(Al)은 일반적으로 내부식성 및 용탕 흐름성을 향상시키는 효과가 있지만, 본원에서는 냉간가공성 감소 및 ε상의 생성을 억제하여 절삭성을 감소시키는 결과를 초래할 수 있어 2 중량% 이하로 첨가하는 것이 적합할 수 있고, 1 중량% 이하로 첨가하는 것이 더 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2 중량%의 망간(Mn)을 포함할 수 있다. 망간(Mn)은 고용 원소 및 다른 원소와 미세 화합물을 형성하여 강도를 향상시키는 효과가 있을 수 있지만, 탈아연성을 감소시킬 수 있다. 망간(Mn)의 함유량을 1 중량% 이하로 하는 것이 절삭성 및 강도 향상면에서 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 0.2 중량%의 인(P)을 포함할 수 있다. 인(P)은 α상 안정화 및 조직 미세화로 내부식성을 향상시키며, 주조 시 탈산제의 역할을 하여 용탕의 유동성을 향상시킬 수 있다. 인을 포함하는 경우, 인의 함량은 0.2 중량% 이하가 적합할 수 있다. 인(P)의 함량이 0.2 중량%를 초과하는 경우에는 조직 미세화에 한계를 보이고, 열간가공성을 저하시키며, 실리콘(Si)과 Si-P계 화합물을 형성하여 경도를 상승시키고, 조직 내 Si의 고용도를 감소시켜 내부식성이 저하될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니나, 인(P)의 함량이 0.15 중량% 미만인 경우, 윤활상 면적 비율의 증가, 평균결정립 크기의 감소, 및/또는 절삭 칩 평균 길이의 감소에 적합할 수 있다.
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0 내지 2.5 중량%의 비스무스(Bi)를 포함할 수 있다. 비스무스(Bi)는 납(Pb)과 유사한 제2상 분율 증가에 기여하여 절삭성을 향상시킬 수 있지만, 조직 내에 고용되지 않아 강도를 저하시킬 수 있다. 따라서 비스무스를 포함하는 경우, 비스무스의 함량은 2.5 중량% 이하로 하는 것이 적합할 수 있다.
다른 측면에 따르면, 절삭성이 향상된 저실리콘 황동으로 제조된 물품이 제공된다.
상기 황동 및 이에 의해 제조된 물품은 절삭성이 개선되면서 경도가 120Hv 이상일 수 있고, 125Hv 이상일 수 있고, 130Hv 이상일 수 있고, 140Hv 이상일 수 있으며, 최고 200Hv일 수 있다.
상기 황동 및 이에 의해 제조된 물품은 절삭성이 개선되면서 항복강도가 210MPa 이상일 수 있고, 220MPa 이상일 수 있다.
상기 황동 및 이에 의해 제조된 물품은 절삭성이 개선되면서 인장강도가 280MPa 이상일 수 있고, 300MPa 이상일 수 있고, 최고 394MPa일 수 있다.
이에 한정되는 것은 아니나, 상기 물품은 수전금구용일 수 있다.
본 발명에 따른 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금은 하기 방법으로 제조될 수 있다.
상술한 본 발명에 따르는 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금의 합금 성분을 약 950~1050℃의 온도에서 용해하여 용탕을 제조하고, 일정 시간 동안, 예를 들어 20분간 진정시킨 후 주조한다. 본 발명에 따르는 동합금의 구성성분은 주조시 다소 많은 산화물을 포함하므로 용해 후 용탕의 산화물을 최대한 제거한 뒤 주조를 실시하는 것이 바람직하다.
주조 공정을 통해 제조된 주괴를 일정한 길이로 절단하여 500~750℃의 온도로 1~4시간 동안 가열한 뒤, 변형률 70% 이상으로 열간압출하고, 산세 공정을 통하여 표면의 산화막을 제거한다.
상기로부터 수득되는 열간재를 인발기를 이용하여 원하는 직경과 공차를 가지도록 냉간가공한다. 그 후, 필요에 따라서 450~750℃로 30분~4시간 열처리를 실시할 수 있다. ε상은 열간압출에서도 생성이 되는데, 이때 목표로 하는 것보다 ε상분율이 적거나 많을 때 추가적으로 열처리를 통하여 목표 수준으로 조율할 수 있다. 해당 열처리 단계는 열간압출 단계를 통하여 양질의 제품을 얻을 때는 생략가능하다. 상기 열처리가 450℃ 또는 30분 미만인 경우, 가열이 충분하지 않아 ε상의 상변태가 제대로 이루어지지 않는다. 상기 열처리가 750℃ 초과 또는 4시간 초과인 경우, β상의 과다 생성 및 조직 조대화로 인한 절삭성 및 냉간가공성이 감소한다.
이후 통상의 기술자는, 최종 제품의 용도 및 필요에 따라, 열처리 및 인발가공을 반복 실시하거나, 요구되는 규격으로의 가공 및 교정기를 이용하여 직진도를 확보하는 등 필요한 가공을 추가할 수 있다.
실시예
표 1 및 표 2는 본 발명의 실시예와 비교예의 조성을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 표 1 및 표 2에 기재된 조성에 따라, 주괴를 주조하고, 열간압출 공정 등을 통해 실시예와 비교예의 동합금 시편을 제조하여, 수득된 동합금 시편의 특성을 후술되는 시험 방법에 따라 평가하였다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4
구체적으로, 실시예 1 내지 7 및 비교예 2 내지 4에 따르는 시편은 표 1에 기재된 각각의 조성에 따라 합금 성분을 약 1000℃의 온도에서 용해하여 용탕을 제조하고, 용해 후 용탕의 산화물을 건져내어 최대한 제거한 뒤, 20분간 진정시킨 후 50㎜ 직경으로 주조하였다. 주조 공정을 통해 제조된 주괴를 일정한 길이로 절단하여 650℃의 온도로 2시간 동안 가열한 뒤 직경 14㎜(변형률 71%)로 열간압출한 후, 산세 공정을 통하여 표면의 산화막을 95% 이상 제거하였다.
상기로부터 수득되는 열간재를 인발기를 이용하여 12.96~13.00㎜ 범위의 직경을 가지도록 냉간가공하였다.
비교예 1은 네이벌황동 JIS C4622이고, 비교예 2는 고실리콘 첨가동이고 비교예 3은 비스무스 첨가동이고, 비교예 4는 납첨가동이다.
시험예 1
납이 첨가된 동합금의 절삭성을 100%로 하여, 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 7의 절삭성을 절삭지수로 표 1에 나타내었다.
실시예 1에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 33.4 중량%, 실리콘(Si)을 1.42 중량%, 철(Fe)을 0.06 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 1에 따른 동합금은 절삭지수가 67%로, 비교예 1 내지 비교예 2에 따른 동합금보다 높은 수준임을 알 수 있다.
실시예 2에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 2.2 중량%, 황(S)을 0.2 중량%, 납(Pb)을 0.07중량%, 철(Fe)을 0.4 중량%, 주석(Sn)을 3.9 중량%, 니켈(Ni)을 0.45 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 2에 따른 동합금은 절삭지수가 80.1%로, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 동합금보다 높은 수준임을 알 수 있다.
실시예 3에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 2.1 중량%, 황(S)을 0.35 중량%, 납(Pb)을 0.09 중량%, 철(Fe)을 0.5 중량%, 주석(Sn)을 4.1 중량%, 니켈(Ni)을 0.5 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 3에 따른 동합금은 절삭지수가 97.3%로, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 동합금보다 매우 높은 수준임을 알 수 있다.
실시예 4에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 2.0 중량%, 황(S)을 0.6 중량%, 납(Pb)을 0.07중량%, 철(Fe)을 0.4 중량%, 주석(Sn)을 4.1 중량%, 니켈(Ni)을 0.52 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 4에 따른 동합금은 절삭지수가 95.6%로, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 동합금보다 매우 높은 수준임을 알 수 있다.
상기 실시예 2 내지 실시예 4에 따르면 황(S)의 첨가량이 증가하면 절삭지수가 증가하는 것을 확인하여, 절삭성의 향상이 이루어졌다고 할 수 있다.
실시예 5에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 36 중량%, 실리콘(Si)을 0.62 중량%, 황(S)을 0.2 중량%, 철(Fe)을 0.04 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 5에 따른 동합금은 절삭지수가 75%로, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 동합금보다 높은 수준임을 알 수 있다.
실시예 6에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 34 중량%, 실리콘(Si)을 0.55 중량%, 비스무스(Bi)를 2 중량%, 철(Fe)을 0.04 중량%, 인(P)을 0.1 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 6에 따른 동합금은 절삭지수가 94%로, 비교예 1 내지 비교예 3에 따른 동합금보다 매우 높은 수준임을 알 수 있다.
실시예 7에 따른 동합금은 구리(Cu)에 아연(Zn)을 33.78 중량%, 실리콘(Si)을 0.13 중량%, 철(Fe)을 0.71 중량%, 니켈(Ni)을 0.87 중량%, 알루미늄(Al)을 1.51 중량%, 망간(Mn)을 1.58 중량% 포함시켰다. 상기 조성으로 제조된 실시예 7에 따른 동합금은 절삭지수가 63%로, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 동합금보다 높거나 대등한 수준임을 알 수 있다.
도 1은 본 발명에 의한 비교예 1 내지 4의 주조 합금의 광학현미경 이미지이고, 도 2는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 3, 실시예 5, 실시예 6, 및 실시예 7의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 기지 내 제2상이 생성되어 있으나, 실리콘(Si) 및 황(S)의 첨가량 또는 합금 조성에 따라 제2상이 생성되고 분포가 다름을 확인할 수 있다. 이러한 제2상의 생성은 고른 분포를 나타내고 상의 분율을 증가시킴으로써, 동합금의 절삭성을 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
도 1을 참조하여, 비교예 4의 미세구조 이미지를 살펴보면, 비교예 4는 납(Pb)이 4.9 중량% 포함된 절삭지수가 100%로 가장 높은 것으로, 비교예 및 실시예 중 제2상의 분포가 가장 고른 것을 확인할 수 있다.
또한, 비교예 1 내지 비교예 3의 미세구조 이미지를 살펴보면, 실리콘(Si) 및 비스무스(Bi)가 첨가되는 경우, 제2상의 생성이 증가하고 분포가 고른 것을 확인할 수 있다. 특히, 비스무스(Bi)가 첨가된 비교예 3의 경우, 납(Pb)이 4.9% 중량% 포함된 비교예 4와 유사하게 제2상을 생성하는 것을 확인할 수 있다.
도 2를 참조하여, 실시예 3의 경우 황(S)이 0.35 중량% 첨가된 것으로써, 황(S)이 첨가되지 않은 비교예 1 내지 비교예 3보다 기지 내 제2상의 생성이 더 많이 이루어짐을 알 수 있다.
한편, 도 2의 실시예 5 및 실시예 6의 미세구조 이미지에 의하면 실리콘(Si)이 0.62 중량%, 황(S)이 0.2 중량% 첨가된 실시예 5의 경우 보다 실리콘(Si)이 0.55 중량%, 비스무스(Bi)가 2 중량% 첨가된 실시예 6의 경우 제2상이 더 많이 생성되었음을 알 수 있다.
이것은 황(S)과 비스무스(Bi)의 첨가로 인한 제2상의 생성 및 절삭성의 효과를 향상시키기 위해서는 실리콘(Si)의 양을 감소시켜야 한다는 것을 보여준다.
도 3은 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 경도를 나타낸 그래프이다.
도 3을 참조하면, 실리콘(Si)이 1.42 중량% 첨가된 실시예 1에 비해, 실리콘(Si)이 각각 0.62 중량%, 0.55 중량% 첨가된 실시예 5 및 실시예 6으로 주조된 동합금의 경도가 140Hv 이상으로 더 높은 것으로 나타났다. 이러한 경도는 일반적인 동합금의 경도보다 대등하거나 높은 수준이다.
도 4는 본 발명에 의한 실시예 1, 실시예 5, 및 실시예 6의 주조 합금의 인장강도를 나타낸 그래프이다.
도 4를 참조하면, 실리콘(Si)이 1.42 중량% 첨가된 실시예 1과 실리콘(Si)이 각각 0.62 중량%, 0.55 중량% 첨가된 실시예 5 및 실시예 6에 의해 주조된 동합금의 기계적 특성(강도, 연성)의 차이가 거의 없음을 나타내고 있으며, 실리콘(Si)의 함량이 더 적은 실시예 5 및 실시예 6의 강도가 더 높음을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명에 의해 실리콘(Si) 함량을 0.1~1.5 중량% 첨가하여 강도의 저하 없이 절삭성을 향상시킬 수 있는 저실리콘 동합금의 제조가 가능한 것을 알 수 있다.
실시예 8 내지 10 및 비교예 5
본 발명에 의한 실시예 8 내지 10 및 비교예 5의 동합금 시편은 하기 표 2에 기재된 각각의 조성에 따라 합금 성분을 약 1000℃의 온도에서 용해하여 용탕을 제조하고, 용해 후 용탕의 산화물을 건져내어 최대한 제거한 뒤, 20분간 진정시킨 후 50㎜ 직경으로 주조하였다. 주조 공정을 통해 제조된 주괴를 일정한 길이로 절단하여 650℃의 온도로 2시간 동안 가열한 뒤 직경 14㎜(변형률 71%)로 열간압출한 후, 산세 공정을 통하여 표면의 산화막을 95% 이상 제거하였다.
상기로부터 수득되는 열간재를 인발기를 이용하여 12.96~13.00㎜ 범위의 직경을 가지도록 냉간가공하였다.
시험예 2
비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 절삭성을 윤활상 면적비율, 평균 결정립 크기, 및 절삭 칩 평균 길이로 표 2에 나타내었다. 상기 윤활상 면적비율, 평균 결정립 크기, 및 절삭 칩 평균 길이는 공지의 방법으로 측정하여 나타내었다.
또한, 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 항복강도, 인장강도, 연신율, 및 경도를 공지의 방법으로 측정하여 표 2에 나타내었다.
실시예 8에 따른 동합금은 구리(Cu)를 63.01 중량%, 납(Pb)을 0.077 중량%,주석(Sn)을 0.51 중량%, 인(P)을 0.11 중량%, 황(S)을 0.5 중량%, 실리콘(Si)을 0.47 중량%, 안티몬(Sb)을 0.5 중량%, 및 불가피한 불순물과 아연(Zn)을 잔부로 이루어졌다. 상기 조성으로 제조된 실시예 8에 따른 동합금은 윤활상 면적비율이 2.82 %, 평균 결정립 크기가 0.5mm 미만, 절삭 칩 평균 길이가 1.4cm로 비교예 5에 따른 동합금보다 절삭성이 높은 수준임을 알 수 있다. 또한, 실시예 8에 따른 동합금은 항복강도가 233MPa이고, 경도가 131Hv로 비교예 5에 비해 향상된 것을 알 수 있다.
실시예 9에 따른 동합금은 구리(Cu)를 57.17 중량%, 납(Pb)을 0.21 중량%, 주석(Sn)을 1.02 중량%, 인(P)을 0.05 중량%, 황(S)을 0.1 중량%, 실리콘(Si)을 0.02 중량%, 안티몬(Sb)을 1.0 중량%, 및 불가피한 불순물과 아연(Zn)을 잔부로 이루어졌다. 상기 조성으로 제조된 실시예 9에 따른 동합금은 윤활상 면적비율이 1.95 %, 평균 결정립 크기가 0.61mm, 절삭 칩 평균 길이가 0.8cm로 비교예 5에 따른 동합금보다 절삭성이 높은 수준임을 알 수 있다. 또한, 실시예 9에 따른 동합금은 항복강도가 286MPa이고, 경도가 153Hv로 비교예 5에 비해 향상된 것을 알 수 있다.
실시예 10에 따른 동합금은 구리(Cu)를 59.54 중량%, 납(Pb)을 0.003 중량%, 주석(Sn)을 0.39 중량%, 인(P)을 0.12 중량%, 황(S)을 1.0 중량%, 실리콘(Si)을 1.08 중량%, 안티몬(Sb)을 0.02 중량%, 및 불가피한 불순물과 아연(Zn)을 잔부로 이루어졌다. 상기 조성으로 제조된 실시예 10에 따른 동합금은 윤활상 면적비율이 0.68 %, 평균 결정립 크기가 1.82mm, 절삭 칩 평균 길이가 2.7cm로 비교예 5에 따른 동합금보다 절삭성이 높은 수준임을 알 수 있다. 또한, 실시예 10에 따른 동합금은 항복강도가 221MPa이고, 경도가 128Hv로 비교예에 비해 향상된 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 실체현미경 이미지이다.
도 5를 참조하면, 안티몬(Sb)의 첨가에 따라 기지 내 침상형 조직이 사라지고, 결정립의 크기가 작아짐을 확인할 수 있다. 이러한 결정립의 미세화는 동합금의 절삭성을 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 도 5의 실시예 8 내지 10의 미세구조 이미지에 의하면 실리콘(Si)을 0.4 중량%을 첨가하고 안티몬(Sb)이 첨가되지 않은 비교예 5의 경우보다, 실리콘(Si)이 0.47 중량%, 안티몬(Sb)이 0.5 중량% 첨가된 실시예 8, 실리콘(Si)이 0.02 중량%, 안티몬(Sb)이 1.0 중량% 첨가된 실시예 9 및 실리콘(Si)이 1.08 중량%, 안티몬(Sb)이 0.02중량% 첨가된 실시예 10의 경우, 침상형 조직이 사라지고 결정립의 크기가 더 미세해짐을 알 수 있다. 특히, 안티몬(Sb)이 0.5 중량% 이상 첨가된 실시예 8 및 실시예 9에서 결정립 크기가 더 작아졌다. 이것은 안티몬(Sb)의 첨가로 인해 결정립 미세화 및 이에 따른 절삭성 향상 효과를 도모할 수 있음을 보여준다. 또한, 실리콘(Si)의 양이 1.0 중량% 이하일 경우 결정립 크기가 확연히 감소함에 따라, 안티몬(Sb)의 첨가와 함께 실리콘(Si)의 양을 감소시키면 절삭성의 효과를 향상시킬 수 있다는 것을 보여준다.
도 6은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 내지 10의 주조 합금의 광학현미경 이미지이다.
도 6을 참조하면, 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가에 따라 기지 내 윤활상이 다량 생성됨을 확인할 수 있다. 상기 윤활상은 직경이 10㎛ 이하로 생성될 수 있으며, 이러한 미세한 직경의 윤활상은 동합금의 절삭성을 향상시키는 요인으로 작용할 수 있다.
한편, 도 6의 실시예 8 내지 10의 미세구조 이미지에 의하면 실리콘(Si)을 0.4 중량%을 첨가하고 안티몬(Sb) 및 황(S)이 첨가되지 않은 비교예 5의 경우보다, 실리콘(Si)이 0.47 중량%, 안티몬(Sb)이 0.5 중량%, 황(S)이 0.5 중량% 첨가된 실시예 8, 실리콘(Si)이 0.02 중량%, 안티몬(Sb)이 1.0 중량 %, 황(S)이 0.1 중량% 첨가된 실시예 9 및 실리콘(Si)이 1.08 중량%, 안티몬(Sb)이 0.02중량%, 황(S)이 1.0 중량% 첨가된 실시예 10의 경우에 직경 10㎛ 이하의 윤활상이 다량 생성됨을 알 수 있다. 이것은 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가로 인해 윤활상 면적비율의 증가 및 이에 따른 절삭성 향상 효과를 도모할 수 있음을 보여준다. 또한, 실리콘(Si)의 양이 1.0 중량% 이하일 경우 윤활상 면적비율이 확연히 증가함에 따라, 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가와 함께 실리콘(Si)의 양을 감소시키면 절삭성 향상 효과를 도모할수 있다는 것을 보여준다.
도 7은 본 발명에 의한 비교예 5 및 실시예 8 지 10의 주조 합금의 절삭시험 후 절삭 칩 사진이다.
본 발명의 시험예 2에 의한 절삭 시험은 드릴을 사용하여 회전속도 580rpm, 이송속도 0.41mm/sec 및 가공깊이 0.5mm의 조건에서 시행되었다.
시험시 발생되는 절삭 칩(chip)은 전단형(shear type)의 불연속 칩과 흐름형(flow type, 유동형)의 연속 칩(chip)으로 구분되며, 절삭 가공성 평가는 절삭저항력이 적거나, 발생 칩(chip) 중에서 전단형 불연속 칩(chip)의 무게 분율이 많을수록 절삭 가공성이 우수하다. 전단형은 굵기가 변화하면서 흘러가는 형태이고, 흐름형은 끊이지 않고 유동적으로 같은 크기로 연결되는 형태이다.
도 7을 참조하면, 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가량 또는 합금 조성에 따라 절삭시험 후 전단형인 절삭 칩의 두께가 얇아지고 짧은 길이로 분단됨을 확인할 수 있다. 도 7의 실시예 8 내지 10의 절삭시험 후 절삭 칩의 사진에 의하면 실리콘(Si)을 0.4 중량%을 첨가하고, 안티몬(Sb) 및 황(S)이 첨가되지 않은 비교예 5의 경우보다 실리콘(Si)이 0.47 중량%, 안티몬(Sb)이 0.5 중량%, 황(S)이 0.5 중량% 첨가된 실시예 8, 실리콘(Si)이 0.02 중량%, 안티몬(Sb)이 1.0 중량 %, 황(S)이 0.1 중량% 첨가된 실시예 9 및 실리콘(Si)이 1.08 중량%, 안티몬(Sb)이 0.02중량%, 황(S)이 1.0 중량% 첨가된 실시예 10의 경우에 전단형인 절삭 칩의 두께가 더 얇아지고, 더 짧은 길이로 분단됨을 알 수 있다. 또한, 상기 절삭 칩은 사다리꼴, 삼각형의 작은 조각 형상, 비교예에 비해 짧게 분단된 테이프 형상 또는 바늘 형상일 수 있다. 이것은 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가로 인해 절삭성이 향상되었음을 보여준다. 또한, 실리콘(Si)의 양이 0.02 중량% 이하일 경우 절삭 칩의 길이가 확연히 짧아짐에 따라, 안티몬(Sb) 및 황(S)의 첨가와 함께 실리콘(Si)의 양을 감소시키면 절삭성 향상 효과를 도모할 수 있다는 것을 보여준다.
이상, 상기 설명에 의해 당업자라면 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이며, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위 및 그와 균등한 범위에 의하여 정해져야 한다.
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- 동합금 총 중량에 대해, 57 내지 63.1 중량%의 구리(Cu); 0.003 내지 0.25 중량%의 납(Pb); 0.2 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 주석(Sn); 0.05 내지 0.15 중량% 미만의 인(P); 0.02 내지 1.1 중량%의 실리콘(Si); 0.01 내지 1.0 중량% 이하의 황(S); 및 0.02 내지 1.0 중량% 이하의 안티몬(Sb); 을 포함하고, 잔부가 아연(Zn)과 불가피한 불순물인, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금.
- 제6항에 있어서,
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.5 내지 1.0 중량%의 실리콘(Si)을 포함하는, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금. - 제6항에 있어서,
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.1 내지 1.0 중량%의 황(S)을 포함하는, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금. - 제6항에 있어서,
상기 동합금은 동합금 총 중량에 대해 0.02 내지 0.5 중량%의 안티몬(Sb)을 포함하는, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금. - 제6항에 있어서,
절삭시험 시 두께가 감소되고 분단된 전단형인 절삭 칩이 형성되는, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금. - 제6항에 있어서,
동합금 총 중량에 대해, 57 내지 63.1 중량%의 구리(Cu); 0.003 내지 0.25 중량%의 납(Pb); 0.2 중량% 초과 1.1 중량% 이하의 주석(Sn); 0.05 내지 0.15 중량% 미만의 인(P); 0.02 내지 1.1 중량%의 실리콘(Si); 0.1 내지 0.5 중량%의 황(S); 및 0.5 내지 1.0 중량%의 안티몬(Sb);을 포함하고, 잔부가 아연(Zn)과 불가피한 불순물인, 절삭성이 향상된 저실리콘 동합금. - 제6항에 기재된 동합금으로 제조된 물품으로, 하기 조건 (1) 내지 (3) 중 1종 이상 만족하며 상기 물품은 수전금구용인, 물품:
(1) 인장강도가 280MPa 이상임,
(2) 경도가 120Hv 이상임,
(3) 항복강도가 210MPa 이상임.
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009007673A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Wieland Werke Ag | 銅−亜鉛合金、その合金からの管または棒の製法およびその合金の使用方法 |
| KR101969010B1 (ko) * | 2018-12-19 | 2019-04-15 | 주식회사 풍산 | 납과 비스무트가 첨가되지 않은 쾌삭성 무연 구리합금 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20070101916A (ko) * | 2006-04-12 | 2007-10-18 | 주식회사 워커엠 | 탈아연 부식저항성이 우수한 무연쾌삭 황동합금 |
| AT522440B1 (de) * | 2019-05-07 | 2020-11-15 | Miba Gleitlager Austria Gmbh | Mehrschichtgleitlagerelement |
-
2021
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009007673A (ja) * | 2007-06-28 | 2009-01-15 | Wieland Werke Ag | 銅−亜鉛合金、その合金からの管または棒の製法およびその合金の使用方法 |
| KR101969010B1 (ko) * | 2018-12-19 | 2019-04-15 | 주식회사 풍산 | 납과 비스무트가 첨가되지 않은 쾌삭성 무연 구리합금 |
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