KR20010006488A

KR20010006488A - 그레인 정련된 주석 황동

Info

Publication number: KR20010006488A
Application number: KR1019997009578A
Authority: KR
Inventors: 브라우어데니스알.; 브리디스존에프.; 캐런로널드엔.; 디피쉬칼
Original assignee: 웨인스테인 폴; 올린 코포레이션
Priority date: 1997-04-18
Filing date: 1998-03-30
Publication date: 2001-01-26
Also published as: US20010001400A1; WO1998048068A1; JP2001522404A; CA2287440A1; EP1009866A1; CN1255167A; AU6590698A; CN1086207C; HK1026925A1; EP1009866A4

Abstract

본 발명은 아연 및 철 둘다를 조절된 양으로 첨가함으로써 정련된 그레인 구조를 갖는 주석 황동 합금에 관한 것이다. 주석 황동 합금에서 포정 분해되는 다른 금속성 원소(예: 코발트, 이리듐, 니오븀, 바나듐 및 몰리브덴)로 철의 일부 내지 전부를 대체시킬 수 있다. 주석 1 내지 4중량%, 철 0.8 내지 4%, 철 개시된 그레인 정련을 증진시키기에 유효한 양 내지 20%의 아연 및 잔여량의 구리 및 불가피한 불순물을 함유하는 직접 냉각 주조 합금은 신속하게 열처리된다. 아연을 첨가하면 추가로 합금의 강도가 증가되고, 압연된 스트립의 종축에 수직인 "양호한 방법"으로 굴곡 형성성이 개선된다.

Description

그레인 정련된 주석 황동{Grain refined tin brass}

본 발명은 높은 강도, 우수한 형성성 및 상대적으로 높은 전기 전도율을 갖는 구리 합금에 관한 것이다. 더욱 구체적으로는, 응고하는 동안 포정 반응(peritectic reaction)을 개시하는 철, 코발트 또는 기타 원소를 조절하여 첨가함으로써 주석 황동의 그레인 정련을 수득하는 것이다.

본원을 통하여, 모든 %는 달리 명시되지 않는 한 중량%이다.

상업용 주석 황동은 주석 0.35 내지 4%, 인 0.35% 이하, 구리 49 내지 96% 및 잔여량의 아연을 함유하는 구리 합금이다. 합금은 구리 합금 C40400 내지 C49080으로서 구리 개발 협회(Copper Development Association: CDA)에 의해 지정된다.

하나의 상업용 주석 황동은 C42500으로서 지정된 구리 합금이다. 당해 합금은 구리 87 내지 90%, 주석 1.5 내지 3.0%, 철 0.05% 이하, 인 0.35% 이하 및 잔여량의 아연 조성을 갖는다. 이러한 합금으로부터 형성된 제품중에는, 전기 스위치 스프링, 단자, 연결장치, 퓨즈 클립, 펜 클립 및 틈마개(weather stripping)가 있다.

문헌(참조: ASM Handbook)에는 45 내지 92ksi의 경도(temper)에 따라, 28% IACS[국제 어닐링된 구리 표준(International Annealed Copper Standard); 여기서 "순수" 구리는 20℃에서 100% IACS의 전도율 값으로 지정된다]의 작은 전기 전도율 및 항복 강도를 갖는 구리 합금 C42500이 명시되어 있다. 당해 합금은 다수의 전기 연결장치 적용에 적합하지만, 항복 강도가 목적하는 바보다 낮다.

철을 조절하여 첨가함으로써 특정 구리 합금의 항복 강도를 증가시키는 것은 공지되어 있다. 예를 들면, 1997년 4월 23일에 공개된 "철 개질된 인-청동"을 발명의 명칭으로 하는 유럽 특허청 공보 EP 제0769563A1호에는 철 1.65 내지 4.0%를 인 청동에 첨가하는 것이 기재되어 있다. 당해 합금은 30% IACS를 초과하는 전기 전도율 및 95ksi 초과의 최종 인장 강도를 갖는다.

일본 특허공보 제57-68061호(Furukawa Metal Industries Company, Ltd.)에는 아연, 주석 및 철을 각각 0.5 내지 3.0% 함유한 구리 합금이 기재되어 있다. 철이 합금의 강도 및 내열성을 증가시킨다는 것도 기재되어 있다.

철을 인-청동에 첨가하는 이점은 공지되어 있으나, 철은 합금에 대한 문제를 일으킨다. 합금의 전기 전도율은 감소되고 합금의 가공은 스트링어(stringer)의 형성에 의해 충격받는다. 합금이 합금 조성에 좌우되는 임계 철 함량을 초과하여 철을 함유하는 경우 스트링어가 형성된다. 스트링어는 프로페리텍틱(properitectic) 철 입자기 응고되기 전에 액체로부터 침전되어 기계적 변형 동안에 연신되는 경우에 발생한다. 스트링어는 합금의 표면 외관에 영향을 주고 형성성 특성을 저하시킬 수 있기 때문에 해롭다.

고급 구리(Cu 85% 초과) 주석 황동에서, 불순물로서 허용되는 최대 철 함량은 전형적으로 0.05%이다. 이는 철이 전기 전도율을 감소시키고, 스트링어의 형성을 통해 굽힘 특성(bend property)을 저하시킨다고 공지되어 있기 때문이다.

응고되는 동안 포정 상의 형성을 유도하는 합금에 대한 기타 금속 첨가물은 전체적으로 또는 부분적으로 철을 대체할 수 있다. 한가지 특수한 첨가물은 코발트이지만, 다른 적합한 첨가물로는 바나듐, 니오븀, 이리듐 및 몰리브덴이 포함된다.

따라서, 감소된 전기 전도율 및 스트링어 형성의 기술된 단점으로 손해를 입지 않는 철 개질된 주석 황동 합금에 대한 요구가 존재한다.

따라서, 본 발명의 목적은 증가된 강도를 갖는 주석 황동 합금을 제공하는 것이다. 증가된 강도가 철과 아연의 배합물의 조절된 양을 첨가함으로써 수득되는 것이 본 발명의 특징이다. 명시된 순서의 단계에 따라 합금을 가공함으로써 미세한 미세구조가 정제 합금에 보유되는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.

본 발명의 합금의 이점들중에서, 전기 전도율이 저하되지 않으면서 항복 강도가 증가되는 점이 있다. 100μ 미만의 그레인 크기의 정련된 주조 상태의 합금 (as-cast alloy) 및 5 내지 20μ의 그레인 크기의 정제 합금(wrought alloy)의 미세구조는 미세 그레인이다. 또다른 이점은 전기 전도율이 항복 강도가 현저히 증가된 구리 합금 C42500의 전기 전도율과 거의 동일하다는 것이다.

본 발명에 따라서, 구리 합금이 제공된다. 합금은 주석 1 내지 4중량%, 철 0.8 내지 4.0중량%, 철 개시된 그레인 정련을 강화시키기에 유효한 양 내지 20중량%의 아연, 인 0.4중량% 이하로 본질적으로 이루어지고, 잔여량은 구리 뿐만 아니라 불가피한 불순물이다. 그레인 정련된 합금은 100μ 미만의 주조 상태의 평균 그레인 크기를 갖고 약 5 내지 20μ의 가공후 평균 그레인 크기를 갖는다.

상기 기술된 목적, 특성 및 이점은 다음의 설명 및 도로부터 더욱 명확해질 것이다.

도 1은 본 발명의 합금의 가공의 한가지 방법을 도시한 플로우 차트이다.

도 2는 항복 강도에 대한 철 함량의 효과를 그래프로 나타낸다.

도 3은 최종 인장 강도에 대한 철 함량의 효과를 그래프로 나타낸다.

도 4는 항복 강도에 대한 주석 함량의 효과를 그래프로 나타낸다.

도 5는 최종 인장 강도에 대한 주석 함량의 효과를 나타낸다.

도 6은 항복 강도에 대한 아연 함량의 효과를 그래프로 나타낸다.

도 7은 최종 인장 강도에 대한 아연 함량의 효과를 나타낸다.

본 발명의 구리 합금은 철 개질된 주석 황동이다. 합금은 주석 1 내지 4%, 철 0.8 내지 4.0%, 아연 5 내지 20%, 인 0.4% 이하로 본질적으로 이루어지고, 잔여량은 구리와 함께 불가피한 불순물이다. 캐스트로서, 그레인 정련된 합금의 평균 결정성 그레인 크기는 100μ 미만이다.

합금이 직접 냉각 주조에 의해 주조되는 경우, 바람직한 양태에서, 주석 함량은 1.5 내지 2.5%이고, 철 함량은 1.6 내지 2.2%이다. 철 1.6%는 주조 상태의 그레인 정련을 수득하는데 대한 임계 최소로 밝혀졌다. 가장 바람직하게는, 철 함량은 1.6 내지 1.8%이다.

주석

주석은 본 발명의 합금의 강도를 증가시키고, 또한 합금의 내응력 이완성을 증가시킨다.

내응력 이완성은 스트립 샘플을 ASTM(미국 시험 및 물질 협회: Amerian Society for Testing and Materials) 세부사항에 대하여 캔틸레버 양식(cantilever mode)의 항복 강도 80%로 예비가중시킨 후에 잔존하는 응력 비율(%)로서 기록한다. 당해 스트립은 명시된 시간 동안 125℃로 가열하고 주기적으로 재시험한다. 특성을 125℃에서 3000시간 이하에서 측정한다. 잔존하는 응력이 높을수록 스프링 적용에 대한 명시된 조성물의 용도는 우수하다.

그러나, 강도의 유리한 증가 및 내응력 이완성은 표 1에 나타낸 바와 같이 감소된 전기 전도율에 의해 상쇄된다. 추가로, 주석은, 특히 열간 가공 동안 합금을 더욱 가공하기 어렵게 한다. 주석 함량이 2.5%를 초과하는 경우, 합금의 가공 비용으로 특정 상업용으로 적용하지 못하게 될 수 있다. 주석 함량이 1.5중량% 미만인 경우, 합금은 적합한 강도 및 스프링 적용용 내응력 이완성이 결핍된다.

조성	전기 전도율(%IACS)	항복 강도(ksi) (MPa)
Cu 88.5%Zn 9.5%Sn 2%P 0.2%	26	75 517
Cu 87.6%Zn 9.5%Sn 2.9%P 0.2%	21	83 572
Cu 94.8%Sn 5%P 0.2%	17	102 703

바람직하게는, 본 발명의 합금의 주석 함량은 약 1.2 내지 약 2.2%, 가장 바람직하게는 약 1.4 내지 약 1.9%이다.

철

철은 주조 상태의 합금의 미세구조를 정련하고 강도를 증가시킨다. 정련된 미세구조는 평균 그레인 크기가 100μ 미만인 것이 특징이다. 바람직하게는, 평균 그레인 크기는 30 내지 90μ, 가장 바람직하게는 40 내지 70μ이다. 이러한 정련된 미세구조는 승온에서의 기계적 변형, 예를 들면, 850℃에서의 압연(rolling)을 촉진시킨다.

철 함량이 약 1.6% 미만인 경우, 그레인 정련 효과는 감소하며, 평균 그레인 크기가 600 내지 2000μ 정도인 조악한 결정성 그레인이 생성된다. 철 함량이 2.2%를 초과하는 경우, 가열 작업 동안에 과량의 스트링어가 발생한다.

효과적인 철 함량 범위인 1.6 내지 2.2%는 철 함량이 약 2%를 초과할 때까지 그레인 정련이 최적화되지 않다고 기재되어 있는 EP 제0769563A호에 기재된 합금의 철 함량 범위와는 상이하다. 본 발명의 합금에서 그레인 구조를 낮은 철 함량으로 정련하는 능력은 예측하지 못한 것이며 아연을 포함시킴으로 인한 상 평형 이동에 기인한 것으로 밝혀졌다. 효과적이기 위해서는, 이러한 상 이동 상호작용은 약 5%의 최소 아연 함량을 필요로 한다.

길이가 약 200μ 초과인 큰 스트링어는 철 함량이 약 2.2%를 초과하는 경우에 형성되는 것으로 예측된다. 큰 스트링어는 합금 표면의 외관 뿐만 아니라 합금 표면의 전기적 및 화학적 특성 둘 다에 영향을 준다. 큰 스트링어는 합금의 땜납성 및 전기 판형성(electro-platability)을 변화시킬 수 있다.

스트링어를 유해하게 형성시키지 않고 철에 기여할 수 있는 그레인 정련 및 강도 증가를 최대화하기 위하여, 철 함량은 약 1.6 내지 2.2%, 바람직하게는 약 1.6 내지 1.8%로 유지시켜야 한다.

아연

본 발명의 합금에 아연을 첨가하면 전기 전도성을 약간 감소시키면서 강도를 적절하게 증가시키는 것으로 예측된다. 이는 표 2에 나타낸 바와 같이, 놀랍게도 최소 5%의 아연의 존재로 발생하지만, 철 첨가로 인한 그레인 정제 능력은 표 3에 나타낸 바와 같이 상당히 증진된다.

조 성	전기 전도율(%IACS)	인장 강도(ksi) (MPa)
Sn 1.8Fe 2.2Cu 잔여량	33	99 683
Sn 1.8Fe 2.2Zn 5Cu 잔여량	29	99 683
Sn 1.8Fe 2.2Zn 10Cu 잔여량	25	108 683

(인장 강도는 다음 70% 냉 환원률로 측정한다)

조성	그레인 크기
Fe 1.9Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	조악함
Zn 5Fe 1.9Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	중간
Zn 7.5Fe 1.9Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	미세
Zn 10Fe 1.9Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	미세
Zn 15Co 3.3Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	미세미세

바람직하게는, 아연 함량은 철 개시된 그레인 정련을 증진시키기에 유효한 양 내지 약 20%이다. 아연 함량은 더욱 바람직하게는 약 5 내지 약 15%, 가장 바람직하게는 약 8 내지 약 12%이다.

주조 그레인 정련의 포정 반응

철 첨가의 그레인 정련 유효성은 fcc(면심 입방) 감마 철의 다수의 비교적 미세한 수지형 입자로서, 응고 동안의 제1 용융물로부터의 철 분리로 인한 것으로 밝혀졌다. 계속해서 냉각시는 경우, 이들 프로페리텍틱 철 입자는 포정 응고 반응:

Fe + L ← -- → Cu (합금)

을 통해 합금의 주조 그레인을 효과적으로 성핵시키고, 성핵 속도를 효과적으로 증가시켜서, 차례로 캐스트 그레인 정련시킨다.

주석 황동중의 원소상 또는 중간 금속성 프로페리텍틱 입자와 유사한 포정 분해를 수행하는 기타 금속성 원소는, 포정 조성이 주석 황동의 바람직한 특성, 예를 들면, 가공 능력, 전도성 도는 굽힘 형성성을 심하게 열화시킬 정도의 다량을 필요로 하지 않는다는 조건을 전제로 하여 사용할 수 있다.

코발트는 표 4에 나타낸 바와 같이 철의 부분 또는 전부의 적합한 대체물이다.

조성	그레인 크기
Zn 10Co 2.7Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	조악함
Zn 10Co 3.0Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	조악함
Zn 10Co 3.3Sn 1.8P 0.04Cu 잔여량	미세

표 4로부터, 코발트 함량은, 제1 그레인 정련제로서 사용하는 경우, 약 3.0% 초과이어야 한다. 바람직하게는, 코발트 함량은 약 3.2 내지 4.4%, 가장 바람직하게는 3.2 내지 3.6%이다. 과량의 프로페리텍틱 코발트 입자의 조악한 스트링어가 발생할 수 있고 합금 특성을 열화시키기 때문에 과량의 코발트는 피해야 한다.

코발트는 철의 부분 대체물로서 가할 수 있다. 코발트는 본 발명의 합금의 그레인 구조를 덜효과적으로 정제하며 대체물은 다음 등식을 만족한다:

Fe + MCo = 상기한 철 범위

상기식에서, M은 0.45 내지 0.65, 바람직하게는 0.5 내지 0.5이다. 가장 바람직하게는, 상기 치환은 저함량의 코발트에 대해서는 약 0.6이며 고함량의 코발트에 대해서는 약 0.5이고, 여기서 저함량과 고함량 사이의 근사 설계(approximate delineation)는 2% 코발트이다.

기타 적합한 프로페리텍틱 입자 형성제는 약 10 내지 약 20%, 바람직하게는 약 11 내지 15%의 양의 이리듐; 약 0.01 내지 약 5%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1%의 양의 니오븀; 약 0.01 내지 약 5%, 바람직하게는 약 0.1 내지 약 1%의 양의 바나듐; 및 약 0.5 내지 약 5%, 바람직하게는 약 1 내지 약 3%의 양의 몰리브덴을 포함한다.

이들 기타 포정 반응 개시제중의 하나 이상은 전체적으로나 부분적으로 코발트 또는 철로 대체시킬 수 있다.

기타 첨가

통상적인 이유로 합금에 인을 가하여 산화구리 또는 산화주석 침전물의 형성을 방지하고 인화철의 형성을 촉진시킨다. 인은, 특히 열간 압연하는 경우, 합금의 가공상의 문제점을 야기시킨다. 철을 첨가하면 인의 유해한 충격을 역행하는 것으로 밝혀졌다. 적어도 최소량의 철이 존재하여 인의 충격에 역행하도록 해야 한다.

적합한 인 함량은 약 0.4% 이하의 임의의 양이다. 바람직한 인 함량은 약 0.03 내지 약 0.3%이다.

구리 합금이 응고하는 경우 용액내에 잔류하는 기타 원소는 20% 이하의 양으로 존재할 수 있으며 아연의 일부 또는 전부를 1:1 원자비로 대체시킬 수 있다. 이들 고체 상태의 가용성 원소의 바람직한 범위는 야연에 대하여 명시된 범위이다. 바람직한 원소들중에는 망간과 알루미늄이 있다.

합금의 특성에 영향을 미치는 원소를 첨가하는 것은 덜 바람직하다. 덜 바람직하기는 하지만, 니켈, 마그네슘, 베릴륨, 규소, 지르코늄, 티탄, 크롬 및 이들의 혼합물 등의 첨가를 포함할 수 있다.

예를 들면, 니켈을 첨가하면 전기 전도성을 심하게 저하시킨다. 결과적으로, 덜 바람직한 첨가는 약 0.4% 미만의 양, 가장 바람직하게는 약 0.2% 미만의 양으로 존재한다. 가장 바람직하게는, 덜 바람직한 합금화 첨가물 전부의 합은 약 0.5% 미만이다.

가공

본 발명의 합금은 도 1에 기재된 플로우 차트에 따라 가공하는 것이 바람직하다. 본 발명에 명시된 조성의 합금인 잉곳(ingot)은 직접 냉각 주조와 같은 통상적인 방법으로 주조(10)한다. 합금은 약 650 내지 약 950℃, 바람직하게는 약 825 내지 875℃의 온도에서 열간 압연(12)시킨다. 임의로, 합금은 가열(14)하여 목적하는 열간 압연(12) 온도를 유지시킨다.

열간 압연 감소율은 전형적으로 두께가 98% 이하, 바람직하게는 약 80 내지 약 95%이다. 열간 압연은 단일 통과 또는 다중 통과일 수 있으며, 단 잉곳의 온도는 650℃ 이상으로 유지시킨다.

열간 압연(12)한 후에, 합금은 임의로 수 켄칭(16)한다. 이후에, 바아(bar)는 기계적으로 분쇄하여 표면 산화물을 제거한 다음 냉간 압연(18)시켜 1회 통과 또는 다중 통과로 열간 압연 단계(12)의 완결시에 게이지로부터 두께면에서 60% 이상 감소한다. 바람직하게는, 냉간 압연(18)은 약 60 내지 90%이다.

이후에, 스트립을 약 400 내지 약 600℃의 온도에서 약 0.5 내지 약 8시간 동안 어닐링(annealing)(20)하여 합금을 재결정화한다. 바람직하게는, 이러한 제1 결정화 어닐링은 약 500 내지 약 600℃의 온도에서 3 내지 5시간 동안 수행한다. 이러한 시간은 질소와 같은 불활성 대기중에서 또는 수소와 질소의 혼합물과 같은 환원 대기중에서 벨 어닐링(bell annealing)하기 위한 것이다.

스트립은 또한, 예를 들면, 약 600 내지 약 950℃의 온도에서 0.5 내지 10분 동안 어닐링할 수 있다.

제1 재결정화 어닐링(20)은 철 및 인화철의 추가의 침전물을 발생시킨다. 이들 침전물은 이 동안의 그레인 크기 및 후속적인 어닐링을 조절하며, 분산 경화를 통해 합금에 강도를 부여하며 구리 매트릭스로부터 용액 밖으로 철을 빼냄으로써 전기 전도성을 증가시킨다.

이후에, 바아를 두번째로 냉간 압연(22)시켜 두께를 약 30 내지 약 70%, 바람직하게는 약 35 내지 약 45% 감소시킨다.

이후에, 스트립을 제1 재결정화 어닐링과 동일한 시간 및 온도를 이용하여 제2 재결정화 어닐링(24)한다. 제1 및 제2 재결정화 어닐링한 후에, 평균 그레인 크기는 3 내지 20μ이다. 바람직하게는, 가공된 합금의 평균 그레인 크기는 5 내지 10μ이다.

이후에, 합금을 최종 게이지로, 전형적으로는 0.25mm(0.010in) 내지 0.38mm(0.015in) 정도로 냉간 압연(26)한다. 이러한 최종 냉간 압연은 구리 합금 C51000의 것과 비교할만한 스프링 경도를 부여한다.

이후에, 합금을 릴리프 어닐링(relief annealing)(28)하여 내응력 이완성을 최적화한다. 하나의 예시적인 릴리프 어닐링은 약 200 내지 약 300℃의 온도에서 1 내지 4시간 동안 불활성 대기중에서 벨 어닐링하는 것이다. 두번째 예시적인 릴리프 어닐링은 약 250 내지 약 600℃의 온도에서 약 0.5 내지 약 10분 동안 스트립 어닐링하는 것이다.

릴리프 어닐링(28)한 다음에, 구리 합금 스트립을 스프링 또는 전기 연결장치와 같은 목적하는 제품으로 형성시킨다.

본 발명의 합금의 이점은 하기 실시예로부터 보다 명백해질 것이다.

실시예

실시예 1

아연 10.5%, 주석 1.7%, 인 0.04%, 철 0 내지 2.3% 및 잔여량의 구리를 함유하는 구리 합금을 도 1의 방법에 따라 제조한다. 릴리프 어닐링(28) 후에, 게이지 길이가 51mm(2in)인 샘플 쿠폰의 항복 강도와 최종 인장 강도를 실온(20℃)에서 측정한다.

0.2% 오프셋(offset) 항복 강도와 인장 강도를 인장 시험기(제조원: Tinius Olsen, Willow Grove, PA)에서 측정한다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 철을 0%에서 1%로 증가시키면 항복 강도가 상당히 증가한다. 또한, 철 함량의 증가는 강도에 최소한의 영향만을 미치지만, 스트링어의 가능성을 증가시킨다.

도 3은 철 함량과 최종 인장 강도 사이의 유사한 관계를 그래프로 나타낸다.

실시예 2

아연 10.4%, 철 1.8%, 인 0.04%, 주석 1.8 내지 4.0% 및 잔여량의 구리를 함유하는 구리 합금을 도 1의 방법에 따라 가공한다. 릴리프 어닐링 조건(28)에 있는 시험 쿠폰의 항복 강도와 최종 인장 강도를 측정한다.

도 4는 주석 함량을 증가시키면 항복 강도가 증가하는 것을 그래프로 나타낸다. 도 5는 최종 인장 강도에 있어서의 주석 첨가로부터의 동일한 효과를 그래프로 나타낸다.

강도 증가는 주석의 양에 대하여 1가이지만 전도성은 감소하기 때문에, 주석 함량은 바람직한 강도와 전도성 사이에서 서로 교환되어야 한다.

실시예 3

철 1.9%, 주석 1.8%, 인 0.04%, 아연 0 내지 15% 및 잔여량의 구리를 함유하는 구리 합금을 도 1의 방법에 따라 가공한다. 릴리프 어닐링 조건(28)에 있는 시험 쿠폰의 항복 강도와 최종 인장 강도를 측정한다.

도 6은 약 5% 미만의 아연 함량이 합금의 강도에 기여하지 않으며, 상기한 바와 같이 철의 그레인 정련 능력을 증진시키지 않음을 그래프로 나타낸다. 5% 아연을 초과하는 경우, 합금 강도는 증가하지만, 전기 전도성은 감소한다.

도 7은 합금의 최종 인장 강도에 있어서의 아연 첨가로 인한 동일한 효과를 그래프로 설명한다.

실시예 4

표 5는 도 1에 따라 가공한 일련의 합금을 나타낸다. 합금(A)은 EP 제0769563A1호에 기재된 유형의 합금이다. 합금(B) 및 (C)는 본 발명에 따르는 것이며 합금(D)은 통상적인 합금 C510이다. 모든 특성은 합금이 두께면에서 70% 냉간 압연 감소율에 따르는 스프링 경도인 경우에 측정한다.

합금	조성	전기 전도성(%IACS)	인장 강도(ksi) MPa	항복 강도(ksi) MPa
A	Sn 1.8Fe 2.2P 0.06Cu 잔여량	33%	(99) 682	(96) 662
B	Sn 1.8Fe 2.2P 0.06Zn 5.0Cu 잔여량	29%	(99) 682	(94) 648
C	Sn 1.8Fe 2.2P 0.06Zn 10.0Cu 잔여량	25%	(108) 745	(101) 696
D	Sn 4.27P 0.033Cu 잔여량	17%	(102) 703	(96) 662

표 5는 5% 아연을 첨가한 경우 합금의 강도가 증가하지 않으며 전기 전도성이 약간 감소하는 것을 나타낸다. 10% 아연 첨가는 강도에 양호한 영향을 미친다.

아연 첨가의 이점은 표 6의 관점에서 보다 명백해지며, 여기서 압연 감소에 대한 강도를 비교한다.

합금	감소율(%)	YS	TS	MBR/t GW	MBR/t BW
A	25	552(80)	572(83)	1.0	1.3
C	25	579(84)	607(88)	0.8	1.6

A	33	572(83)	593(86)	1.0	1.3
C	33	614(89)	648(94)	0.9	2.1

A	58	662(96)	683(99)	1.7	3.9
C	60	662(96)	703(102)	1.6	6.4

A	70	690(100)	717(104)	1.9	6.3
C	70	696(101)	754(108)	1.9	≥7
감소율(%) = 최종 냉간 단계에서의 두께 감소율(도 5의 도면 부호 26)YS = 항복 강도(MPa 및 (ksi))TS = 인장 강도(MPa 및 (ksi))MBR/t(GW) = 곡률 반경 180。 에 대해 우수한 상태의 굽힘MBR/t(BW) = 곡률 반경 약 180。 에 대해 불량한 상태의 굽힘

아연 첨가의 추가의 이점은 합금(C)으로 성취되는 개선된 우수한 상태의 굽힘 이다. 굽힘 형성성은 공지된 곡률 반경을 갖는 만드렐(mandrel)에 대해 12.7㎜(0.5in) 폭의 스트립을 180。로 굽힘으로써 측정한다. 스트립이 균열 또는 "오렌지 박리(orange peeling)"되지 않고 굽힐 수 있는 최소 만드렐이 굽힘 형성성 값이다. "우수한 상태"의 굽힘은 시트의 평면에서 스트립의 두께가 감소하는 동안에 종축(압연 방향)에 대해 수직으로 이루어진다. "불량한 상태"는 종축에 대해 평행이다. 굽힘 형성성은 스트립의 두께에 의해 나누어지는, 균열 또는 오렌지 박리가 명백하지 않은 최소 굽힘 반경인 MBR/t로서 기록된다.

일반적으로, 강도 증가는 굽힘 형성성의 감소로 성취된다. 그러나, 본 발명의 합금을 사용하면, 10%의 아연 첨가로 강도 및 우수한 상태의 굽힘 둘다를 증가시킬 수 있다.

실시예 5

잔여량이 구리인, 표 7에 나타낸 조성의 합금을 도 1의 가공법에 따라 가공한다. 표 7은 본 발명의 주석 황동 합금에서 철에 대한 부분적 대체물로서 코발트의 효과를 나타낸다.

Zn	Sn	Fe	Co	P	주조 상태의 그레인 입자	CR 22%(RA)YS/UTS/EL(MPa/MPa/%)(ksi/ksi/%)	CR 65%(RA)YS/UTS/EL(MPa/MPa/%)(ksi/ksi/%)
10.4	1.80	1.5	0.5	0.04	미세	572/600/7(83/87/7)	696/745/4(101/108/4)
10.4	1.80	1.78	---	0.04	미세	558/586/11(81/85/11)	703/795/2(102/108/2)
10.4	1.80	1.5	---	0.04	조악	---	----
YS= 항복 강도UTS= 최종 인장 강도EL= 연신CR= 냉간 압연RA= 릴리프 어닐링

표 8은 당량의 관계로서 0.6Co=Fe를 사용하여, 주석 황동을 함유한 코발트로부터 형성되는 경우의 열간 압연판의 자기 투과도가 동량의 철이 존재하는 경우의 동일한 합금의 자기 투과도 보다 높다는 것을 나타내고 있다.

Zn	Sn	Fe	Co	P	주조 그레인 입자	자기투과도(열간 압연판)
10.2	1.87	2.02	---	0.03	미세	1.05-1.10
10.5	1.80	---	3.3	0.04	미세	1.2

특히 직접적인 냉각 주조의 관점에서 기술하고 있지만, 본 발명의 합금은 또한 다른 방법으로도 주조할 수 있다. 몇몇 선택적인 방법은 스프레이 주조 및 스트립 주조와 같이 보다 높은 냉각률을 갖는다. 보다 높은 냉각률은 프로페리텍틱 철 입자의 크기를 감소시키고, 철의 임계 최대량을 4%와 같이 보다 높은 값으로 상승시키는 것으로 여겨진다.

본 발명에 따라 상기한 바와 같은 목적, 수단 및 이점을 완벽하게 만족시키는 철 개질된 인 청동이 제공된다는 것이 명백하다. 본 발명은 이의 양태와 함께 기술되어 있지만, 상기한 설명의 관점에서, 당해 분야의 숙련가에게는 수많은 대안, 개질 및 변형이 명백할 수 있음이 입증되어 있다. 따라서, 본 발명은 청구항의 취지 및 광범위한 범주내에 포함되는, 이러한 대안, 개질 및 변형 모두를 포함하려는 것이다.

Claims

주석 1 내지 4중량%,

아연 8 내지 20중량%,

인화철의 형성을 촉진시키기에 유효한 양 내지 0.4중량%의 인,

수학식 Fe + MCo = 0.8 내지 4.0중량%(여기서, M은 0.45 내지 0.65이다)를 만족시키는 양으로 존재하는 철 및 코발트의 배합물, 및

잔여량의 구리 및 불가피한 불순물로 본질적으로 구성되는 조성을 특징으로 하고, 크기가 100μ 미만인 정련된 주조 상태의 평균 결정성 그레인, 및 분산 경화를 통하여 철 및 인화철로 이루어진 그룹으로부터 선택된 침전물을 갖는 구리 합금.
제1항에 있어서, 아연이 8 내지 12중량%의 양으로 존재함을 특징으로 하는 구리 합금.
제2항에 있어서, Fe + MCo = 1.6 내지 2.2%임을 특징으로 하는 구리 합금.
제2항에 있어서, 철 + 코발트의 일부가 이리듐, 니오븀, 바나듐 및 몰리브덴으로 이루어진 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 포정 반응 개시제로 대체됨을 특징으로 하는 구리 합금.
제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 아연의 일부가 알루미늄, 망간 및 이들의 혼합물로 이루어진 그룹으로부터 선택된 원소로 1:1 원자 비로 대체됨을 특징으로 하는 구리 합금.
제5항에 있어서, 주석 함량이 1.2 내지 2.2%임을 특징으로 하는 구리 합금.