KR20140042942A - Machinable copper-based alloy and method for producing the same - Google Patents

Machinable copper-based alloy and method for producing the same Download PDF

Info

Publication number
KR20140042942A
KR20140042942A KR1020117026546A KR20117026546A KR20140042942A KR 20140042942 A KR20140042942 A KR 20140042942A KR 1020117026546 A KR1020117026546 A KR 1020117026546A KR 20117026546 A KR20117026546 A KR 20117026546A KR 20140042942 A KR20140042942 A KR 20140042942A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
alloy
weight
product
alloys
metal
Prior art date
Application number
KR1020117026546A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
나타나엘 데우오브로토
도리스 엠플
로렝 펠베르바움
뱅상 라포르트
안드레아스 모텐슨
안드레아스 로쏠
엠마누엘 뱅상
Original Assignee
스위스메탈-유엠에스 슈바이체리스케 메탈베르케 아게
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 스위스메탈-유엠에스 슈바이체리스케 메탈베르케 아게 filed Critical 스위스메탈-유엠에스 슈바이체리스케 메탈베르케 아게
Publication of KR20140042942A publication Critical patent/KR20140042942A/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/02Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C1/00Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02Making non-ferrous alloys by melting
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22FCHANGING THE PHYSICAL STRUCTURE OF NON-FERROUS METALS AND NON-FERROUS ALLOYS
    • C22F1/00Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working
    • C22F1/08Changing the physical structure of non-ferrous metals or alloys by heat treatment or by hot or cold working of copper or alloys based thereon

Abstract

본 발명은 합금으로서, 상기 합금은 상기 합금의 50중량% 이상에 해당하는 Cu 중에, 1 내지 20중량%의 Ni, 1 내지 20중량%의 Sn, 및 0.5 내지 3중량%의 Pb를 함유하고, 상기 합금이 P 또는 B를 단독으로 또는 배합물로서 0.01 내지 5중량%로 추가로 함유함을 특징으로 하는 합금에 관한 것이다. 본 발명은 또한 중간 온도(300 내지 700℃)에서 개선된 기계적 저항성 및 우수한 피삭성을 갖는 금속 생성물에 관한 것이다. 본 발명의 금속 생성물은 커넥터, 전기기계적 또는 미소기계적 피스의 제작시 유용하게 사용될 수 있다.The present invention is an alloy, the alloy contains 1 to 20% by weight of Ni, 1 to 20% by weight of Sn, and 0.5 to 3% by weight of Pb in Cu corresponding to 50% by weight or more of the alloy, The alloy relates to an alloy characterized in that it further contains 0.01 to 5% by weight of P or B alone or as a blend. The invention also relates to metal products having improved mechanical resistance and good machinability at intermediate temperatures (300-700 ° C.). The metal products of the present invention can be usefully used in the manufacture of connectors, electromechanical or micromechanical pieces.

Description

피삭성 구리계 합금 및 이의 제조 방법 {Machinable copper-based alloy and method for producing the same}Machinable copper-based alloy and method for producing same

본 발명은 구리, 니켈, 주석, 납을 기본으로 하는 합금 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 배타적이지는 않지만, 본 발명은 선삭(turning), 슬라이싱(slicing) 또는 밀링(milling)에 의해 용이하게 가공되는 구리, 니켈, 주석, 납을 기본으로 하는 합금에 관한 것이다.The present invention relates to alloys based on copper, nickel, tin, lead and methods for their preparation. In particular, although not exclusively, the present invention relates to alloys based on copper, nickel, tin, and lead that are readily processed by turning, slicing or milling.

구리, 니켈 및 주석을 기본으로 하는 합금이 공지되어 있으며 광범위하게 사용된다. 이들은 우수한 기계적 특성들을 제공하며, 변형-경화(strain-hardening) 과정에서 강한 경화를 나타낸다. 이들의 기계적 특성은 스피노달 분해와 같은 공지된 열-시효(heat-aging) 처리에 의해 추가로 개선된다. 15중량%의 니켈 및 8중량%의 주석을 함유하는 합금(표준 합금 ASTM C72900)의 경우 기계적 저항성은 1500㎫에 이를 수 있다. 이들 합금은 또한 양호한 응력 완화 저항 및 높은 공기 중 내식성을 제공한다.Alloys based on copper, nickel and tin are known and widely used. They provide excellent mechanical properties and exhibit strong hardening in the strain-hardening process. Their mechanical properties are further improved by known heat-aging treatments such as spinodal decomposition. For alloys containing 15% by weight nickel and 8% by weight tin (standard alloy ASTM C72900) the mechanical resistance can reach 1500 MPa. These alloys also provide good stress relaxation resistance and high air corrosion resistance.

이들 물질의 다른 이점은 이들의 높은 항복 응력에 의해 제공되는, 유용한 탄성 특성과 조합된, 이들의 우수한 성형성이다. 더욱이, 이들 합금은 부식에 대한 양호한 내성 및 열 완화에 대한 우수한 내성을 제공한다. 이러한 이유로, Cu-Ni-Sn 스프링은 진동 및 높은 열 또는 큰 응력하에서도 노화에 의해 이들의 압축력을 손실하지 않는다.Another advantage of these materials is their good formability, combined with the useful elastic properties provided by their high yield stress. Moreover, these alloys provide good resistance to corrosion and good resistance to thermal relaxation. For this reason, Cu-Ni-Sn springs do not lose their compressive force by aging even under vibration and high heat or large stresses.

양호한 열 전도도 및 전기 전도도와 조합된 이들 유용한 특성은, 이들 물질이 전기통신 및 자동차 공업에 대해 상당히 신뢰성 있는 커넥터를 제조하기 위해 광범위하게 사용됨을 의미한다. 이들 합금은 또한 스위치 및 전기 또는 전자기계 장치에 사용되거나 또는 전자 부품의 지지체로서 사용되거나 또는 하이 차지(high charge)의 영향을 받는 베어링 마찰 표면을 제조하기 위해 사용된다.These useful properties, combined with good thermal and electrical conductivity, mean that these materials are widely used to make connectors that are highly reliable for the telecommunications and automotive industries. These alloys are also used in switches and electrical or electromechanical devices, or as a support for electronic components, or to produce bearing friction surfaces that are subject to high charges.

이들 합금에서의 양호한 피삭성(machinability)은 대개, 상기 합금 매트릭스 중에 개재물의 미세한 분산액으로서 분포되는 납을 첨가함으로써 수득한다. 불행히도, 상기 납 첨가는 또한 합금의 온간 취성(warm shortness)을 현저히 증가시키고, 이는 가공 및 사용시 모두 문제점을 유도할 수 있다.Good machinability in these alloys is usually obtained by adding lead distributed in the alloy matrix as a fine dispersion of inclusions. Unfortunately, the addition of lead also significantly increases the warm shortness of the alloy, which can lead to problems both in processing and in use.

중간 온도(300 내지 700℃)에서의 Cu계 합금의 연성(ductility) 손실은 오랫동안 공지된 문제점이며, 문헌(참조: R.V. Foulger and E. Nicholls, "Metals Technology" 3, pages 366-369(1976); and V. Laporte and A. Mortensen, "International Materials Reviews", in press (2009))에서 검토되어 왔다. 상기 온도 범위에서의 결정립계 미끄럼(grain boundary sliding)의 개시는, 결정립계들에 공극 및 캐비티를 형성하며, 구리 및 이의 합금의 통상적인 연성 파괴를 입계(intergranular) 취성 파손으로 변화시킨다. 이러한 현상은 순수 구리에 대해 관찰되지만, 합금 또는 불순물 원소들의 취화가 합금에 존재하는 경우에는 훨씬 더 두드러진다. 더 높은 온도에서, 상기 임계 범위를 초과하면, 동적 재결정화가 연성을 회복할 수 있다.Ductility loss of Cu-based alloys at intermediate temperatures (300-700 ° C.) has long been a known problem, see RV Foulger and E. Nicholls, “Metals Technology” 3, pages 366-369 (1976). and V. Laporte and A. Mortensen, "International Materials Reviews", in press (2009). The onset of grain boundary sliding in this temperature range forms voids and cavities in the grain boundaries and changes the conventional ductile failure of copper and its alloys to intergranular brittle failure. This phenomenon is observed for pure copper, but even more pronounced when embrittlement of the alloy or impurity elements is present in the alloy. At higher temperatures, above the critical range, dynamic recrystallization can restore ductility.

상기 Cu-합금 중에 용융된 Pb 개재물이 존재하면, 매우 높은 변형 속도에서 액체 금속 취화(LME: liquid metal embrittlement)가 유발될 수 있다. 동시에, 18ppm 만큼 낮은 납 함량이 Cu-Ni 합금의 결정립계들을 취화시키는 것으로 보고되었고, 800℃에서 납 기체에 노출된 합금은 취성 방식으로 손상되어, 납이 또한 고체-상 결정립계 취화를 유발할 수 있음을 보여주는데; 즉, LME와는 반대로, 낮은 변형 속도에서 더 심하다. Cu-합금에서 결정립계 취화를 유발하는 것으로 공지된 다른 원소들은 황 및 산소이다.The presence of molten Pb inclusions in the Cu-alloy can lead to liquid metal embrittlement (LME) at very high strain rates. At the same time, lead contents as low as 18 ppm have been reported to embrittle the grain boundaries of Cu—Ni alloys, and alloys exposed to lead gas at 800 ° C. are damaged in a brittle fashion, indicating that lead may also cause solid-phase grain embrittlement. To show; That is, in contrast to LME, it is more severe at low strain rates. Other elements known to cause grain embrittlement in Cu-alloys are sulfur and oxygen.

따라서, 본 발명의 하나의 목적은 선행 기술분야의 일부 한계를 적어도 극복한 Cu-Ni-Sn-Pb계 합금으로 구성된 금속 생성물을 제안하는 것이다.Accordingly, one object of the present invention is to propose a metal product composed of a Cu—Ni—Sn—Pb based alloy that at least overcomes some limitations of the prior art.

본 발명의 또 다른 목적은 개선된 인장 특성 및 양호한 피삭성을 갖는 Cu-Ni-Sn-Pb계 합금으로 구성된 금속 생성물을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a metal product composed of a Cu—Ni—Sn—Pb based alloy having improved tensile properties and good machinability.

본 발명에 따라, 이들 목적은 독립항의 특징들을 포함하는 시스템 및 방법에 의해 성취되며, 바람직한 양태들은 종속항 및 상세한 설명에 제시되어 있다.According to the invention, these objects are achieved by a system and a method comprising the features of the independent claims, preferred embodiments of which are set forth in the dependent claims and the description.

이들 목적은 또한, 합금으로서, 상기 합금은 상기 합금의 50중량% 이상에 해당하는 Cu 중에, 1 내지 20중량%의 Ni, 1 내지 20중량%의 Sn, 및 0.5 내지 3중량%의 Pb를 함유하고, 상기 합금이 P 또는 B를 단독으로 또는 배합물로서 0.01 내지 5중량%로 추가로 함유함을 특징으로 하는 합금에 의해 성취된다.These objects are also alloys, wherein the alloy contains 1 to 20% by weight of Ni, 1 to 20% by weight of Sn, and 0.5 to 3% by weight of Pb in Cu corresponding to at least 50% by weight of the alloy. And the alloy further contains 0.01 to 5% by weight of P or B alone or as a blend.

본 발명의 하나의 양태에서, 상기 합금은 P 또는 B를 단독으로 또는 배합물로서 0.01 내지 0.5중량%로 추가로 함유한다.In one embodiment of the invention, the alloy further contains 0.01 to 0.5% by weight of P or B, alone or in combination.

본 발명의 바람직한 양태에서, 상기 합금은 9중량%의 Ni, 6중량%의 Sn, 및 1중량%의 Pb를 포함한다.In a preferred embodiment of the invention, the alloy comprises 9% by weight Ni, 6% by weight Sn, and 1% by weight Pb.

본 발명의 합금은 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 물 또는 공기 중에서 퀀칭(quenching)시킨 후 400℃에서 측정한, 항복 강도 Rp 0.2 및 최대 응력 Rm이 필수적으로 각각 180㎫ 및 333㎫을 초과함을 특징으로 한다. 상기 합금은 또한 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 320℃에서 약 12시간 동안 시효처리한 후의 Hv 경도가 필수적으로 190을 초과함을 특징으로 한다.The alloy of the present invention was subjected to heat treatment at 800 ° C. for about 1 hour, and then quenched in water or air and then measured at 400 ° C., yield strength R p 0.2 and maximum stress R m were essentially 180 MPa and 333, respectively. It is characterized by exceeding MPa. The alloy is also characterized by an Hv hardness of essentially greater than 190 after heat treatment at 800 ° C. for about 1 hour and then aging at 320 ° C. for about 12 hours.

이들 목적은 또한 본 발명의 합금으로 구성된 금속 생성물의 제조 방법에 의해 성취되며, 상기 방법은, 균질한 구조를 갖는 상기 합금의 제1 금속괴(slug)를 수득하는 단계; 균질화 및 합금 냉간 성형 특성들의 개선을 위해, 상기 합금을 690 내지 880℃의 온도에서 어닐링(annealing)시키는 단계; 상기 생성물의 횡축 크기(transversal dimension) 및 상기 합금의 조성에 따라 50 내지 50000℃/min의 냉각 속도로 냉각시키는 단계; 및 냉간 성형시키는 단계를 포함한다.These objects are also achieved by a method for producing a metal product composed of the alloy of the present invention, the method comprising: obtaining a first slug of the alloy having a homogeneous structure; Annealing the alloy at a temperature of 690-880 ° C. for homogenization and improvement of alloy cold forming properties; Cooling at a cooling rate of 50 to 50000 ° C./min depending on the transversal dimension of the product and the composition of the alloy; And cold forming.

본 발명은 또한 본 발명의 합금으로 구성되고 본 발명의 방법에 의해 제조되는 금속 생성물을 포함하며, 상기 생성물은 표준 ASTM C36000 황동과 관련하여, 기계 저항이 700 내지 1500N/㎟이고 Hv 경도가 250 내지 400이며, 피삭성 지수가 70%를 초과함을 특징으로 한다.The invention also comprises a metal product composed of the alloy of the invention and produced by the process of the invention, which product, in relation to standard ASTM C36000 brass, has a mechanical resistance of 700 to 1500 N / mm 2 and a Hv hardness of 250 to 400, the machinability index is greater than 70%.

상기 피삭성 금속 생성물은 균열 없이 제조할 수 있으며 중간 온도(300 내지 700℃)에서 우수한 기계적 특성 및 인장 특성을 갖는다.The machinable metal product can be prepared without cracks and has good mechanical and tensile properties at intermediate temperatures (300-700 ° C.).

본 발명의 기재사항에서, 본문에 특별히 언급되지 않더라도 모든 %는 중량%로 표현된다.In the description of the present invention, all percentages are expressed in weight percent, even if not specifically mentioned in the text.

본 발명은 첨부된 특허청구범위 및 실시예에 의해 제시되고 첨부된 도면에 의해 제시되는 상세한 설명을 읽음으로써 보다 잘 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따르는 B-함유 Cu-Ni-Sn-Pb 합금의 금속현미경 섹션을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따르는 P-함유 Cu-Ni-Sn-Pb 합금의 금속현미경 섹션을 나타낸다.
The invention will be better understood by reading the detailed description presented by the appended claims and examples and presented by the accompanying drawings.
1 shows a metal microscope section of a B-containing Cu-Ni-Sn-Pb alloy according to the present invention.
Figure 2 shows a metal microscope section of a P-containing Cu-Ni-Sn-Pb alloy according to the present invention.

본 발명의 하나의 양태에서, Cu계 합금은 1 내지 20중량%의 Ni, 1 내지 20중량%의 Sn, 및 0.1 내지 4중량%로 변할 수 있는 비의 Pb를 포함하며, 나머지는 필수적으로 Cu로 구성되고, 불가피한 불순물이 통상 500ppm 이하의 양으로 포함된다.In one embodiment of the invention, the Cu-based alloy comprises 1 to 20 weight percent Ni, 1 to 20 weight percent Sn, and a ratio of Pb that can vary from 0.1 to 4 weight percent, with the remainder being essentially Cu Unavoidable impurities are usually contained in an amount of 500 ppm or less.

납은 상기 합금의 나머지 금속들에 필수적으로 불용성이며, 수득된 생성물은 Cu-Ni-Sn 매트릭스에 분산된 납 입자를 포함할 것이다. 기계가공 작업 과정에서, 납은 윤활 효과를 가지며, 은의 미세화(fragmentation)를 용이하게 한다.Lead is essentially insoluble in the remaining metals of the alloy and the resulting product will include lead particles dispersed in a Cu—Ni—Sn matrix. In the machining operation, lead has a lubricating effect and facilitates silver fragmentation.

상기 합금에 도입되는 납의 양은 성취하고자 하는 피삭성의 정도에 따라 좌우된다. 일반적으로, 수 중량% 이하인 납의 양이, 상온에서의 상기 합금의 기계적 특성의 변형 없이 도입될 수 있다. 그러나, 납 융점(327℃)을 초과하면, 액체 납은 상기 합금을 강하게 약화시킨다. 따라서, 납을 함유하는 합금은 제조하기 어려운데, 그 이유는, 한편으로는 상기 합금이 균열에 대해 매우 강하게 두드러지는 경향을 갖기 때문이고, 다른 한편으로는 상기 합금이 원치않는 약한 상을 함유하는 2-상의 결정학적 구조를 나타낼 수 있기 때문이다. 결과적으로, 본 발명의 합금에서, 납 함량은 바람직하게는 0.5 내지 3중량% 또는 0.5 내지 2중량%, 보다 더 바람직하게는 0.5 내지 1.5중량%이다.The amount of lead introduced into the alloy depends on the degree of machinability to be achieved. In general, amounts of lead up to several weight percent can be introduced without modifying the mechanical properties of the alloy at room temperature. However, above the lead melting point (327 ° C.), liquid lead strongly weakens the alloy. Therefore, alloys containing lead are difficult to manufacture because, on the one hand, the alloys tend to be very strong against cracks, and on the other hand, the alloys contain unwanted weak phases. This is because the crystallographic structure of -phase can be represented. As a result, in the alloy of the present invention, the lead content is preferably 0.5 to 3% by weight or 0.5 to 2% by weight, even more preferably 0.5 to 1.5% by weight.

상기 합금 조성물은 탈산화제로서 상기 조성물에 도입되는, Mn과 같은 원소 0.1 내지 1%를 임의로 추가로 포함할 수 있다. 또한 상기 Cu 합금은 Mn 대신에 또는 Mn 이외에도, Al, Mg, Zr, Fe와 같은 다른 원소들, 또는 이들 원소 중 2개 이상의 배합물을 포함할 수 있다. 이들 원소의 존재는 또한 상기 Cu 합금의 스피노달 경화를 개선할 수 있다. 또는, 상기 Cu 합금이 산화되는 것을 방지하는 장치가 사용될 수 있다.The alloy composition may optionally further comprise 0.1 to 1% of an element, such as Mn, introduced into the composition as a deoxidant. The Cu alloy may also comprise other elements such as Al, Mg, Zr, Fe, or a combination of two or more of these elements, in addition to or in addition to Mn. The presence of these elements can also improve the spinodal cure of the Cu alloy. Alternatively, a device may be used to prevent the Cu alloy from oxidizing.

또 다른 양태에서, 본 발명의 합금 중 Cu 함량의 일부는, 예를 들면 10% 이하의 비로 Fe 또는 Zn과 같은 다른 원소로 대체될 수 있다.In another embodiment, a portion of the Cu content in the alloy of the present invention may be replaced by other elements, such as Fe or Zn, for example in a ratio of up to 10%.

본 발명의 또 다른 양태에서, 상기 Cu계 합금은 Al, Mn, Zr, P(인) 또는 B(붕소)로부터 선택된 첨가의 합금 원소를 적어도 0.01중량% 함유한다. 또한, 본 발명의 Cu계 합금은 Al, Mn, Zr, P 또는 B로부터 선택된 2개 이상의 첨가 원소의 혼합물을 적어도 0.01중량% 함유한다.In another embodiment of the present invention, the Cu-based alloy contains at least 0.01% by weight of an alloying element of an addition selected from Al, Mn, Zr, P (phosphorus) or B (boron). In addition, the Cu-based alloy of the present invention contains at least 0.01% by weight of a mixture of two or more additive elements selected from Al, Mn, Zr, P or B.

본 발명의 바람직한 양태에서, 상기 Cu계 합금은 P 또는 B를 0.01 내지 5중량% 함유한다.In a preferred embodiment of the present invention, the Cu-based alloy contains 0.01 to 5% by weight of P or B.

본 발명의 보다 바람직한 양태에서, 상기 Cu계 합금은 9중량%의 Ni, 6중량%의 Sn, 1중량%의 Pb, 및 0.02 내지 0.5중량%의 P 또는 B를 함유한다.In a more preferred embodiment of the invention, the Cu-based alloy contains 9 weight percent Ni, 6 weight percent Sn, 1 weight percent Pb, and 0.02 to 0.5 weight percent P or B.

Cu-Ni-Sn-Pb 합금의 중간 온도에서의 기계적 특성에 대한 P 및/또는 B의 추가의 영향을 조사하였다. 이 때문에, 약 9중량%의 Ni, 6중량%의 Sn, 1중량%의 Pb 및 약 0.02 내지 0.5중량%의 P 또는 B를 함유하는 Cu계 합금으로 구성된 금속 생성물을 아르곤 커버하에 반-연속 캐스팅(casting) 유닛(용량: 30㎏)에서 순수한 성분들(예비-합금 Cu3P 및 CuZr: 99.5중량%, Al: 99.9중량%, 나머지 모두: 99.99중량%)로부터 제조하였다.Further influences of P and / or B on the mechanical properties at the intermediate temperatures of the Cu—Ni—Sn—Pb alloys were investigated. For this reason, a semi-continuous casting of a metal product composed of Cu-based alloy containing about 9 wt% Ni, 6 wt% Sn, 1 wt% Pb and about 0.02 to 0.5 wt% P or B under argon cover In the casting unit (capacity: 30 kg), pure components (pre-alloy Cu3P and CuZr: 99.5 wt%, Al: 99.9 wt%, all others: 99.99 wt%) were prepared.

유도 결합 플라즈마(ICP: inductively coupled plasma) 분석에 의해 측정된, 조사된 상이한 합금들의 조성이 표 1에 제시되어 있는데, 이때 조성들은 중량%로 보고되며, 잔량(balance)은 Cu이다. Zr 값은 ICP 방법에 의해 검출되지 않는다.The compositions of the different alloys investigated, as determined by inductively coupled plasma (ICP) analysis, are shown in Table 1, where the compositions are reported in weight percent and the balance is Cu. Zr values are not detected by the ICP method.

[표 1][Table 1]

Figure pct00001
Figure pct00001

금속 생성물은 원통형 바로 직경 12㎜로 캐스팅한 다음 7.5㎜의 직경으로 3단계로 스웨이징(swaging)시켰다. 이들 바로부터 게이지 길이 30㎜ 및 직경 4㎜의 원통형 인장시험 샘플을 기계가공하였다. 샘플들을 공기 중에서 1시간 동안 800℃에서 균질화시키고, 물에서 퀀칭시켰다.The metal product was cast into a cylindrical bar with a diameter of 12 mm and then swaged in three stages with a diameter of 7.5 mm. Cylindrical tensile test samples of gauge length 30 mm and diameter 4 mm were machined from these bars. Samples were homogenized at 800 ° C. for 1 hour in air and quenched in water.

합금 C1 및 C2를 상기 리스트에 첨가하여, 보다 낮은 함량의 합금 첨가에 따라, 피삭성 및 고강도에 대한 특성에 마찬가지로 도달될 수 있는 지를 검사하였다. B로 표시된 합금과 대조적으로, 합금 C1 및 C2의 샘플은 800℃에서 1시간 동안 어닐링한 후 공기 중에서 냉각시켰다.Alloys C1 and C2 were added to the list to see if the addition of lower amounts of alloy could likewise reach properties for machinability and high strength. In contrast to the alloy marked B, samples of alloys C1 and C2 were annealed at 800 ° C. for 1 hour and then cooled in air.

도 1 및 도 2는 각각 본 발명에 따르는 B-함유(B4) 및 P-함유(B5) 합금의 금속현미경 섹션의 SEM 현미경 사진을 나타낸다. 합금 B4 및 B5는 둘 다, B 또는 P가 Cu계 합금에 첨가될 때 각각 형성되는 Ni, Sn, 및 B 또는 P가 풍부한 경질의 제2 상 입자(second phase particle)(1)들을 나타낸다. Ni, Sn 및 Zr이 풍부한 경질 제2 상 입자(1)는 또한 Zr이 Cu계 합금에 첨가되는 경우에 형성된다(도시되지 않음). 제2 상(1)은 상기 Cu계 합금 매트릭스의 나머지보다 더 경질이다. 합금 B4 및 B5는 또한, B 또는 P를 함유하지 않는 다른 합금의 결정립(grain) 크기보다 거의 팩터 2만큼 더 작은, 필수적으로 평균 직경이 35㎛인 결정립 크기를 특징으로 한다. 또한, B 또는 P 함량이 더 낮은 합금 C1 및 C2는, 각각, 감소된 양에도 불구하고 제2 상 입자(1)를 나타낸다(현미경 사진은 도시되지 않음). 제2 상 입자(1)는 미세구조로 고르게 분포되며, 수 ㎛ 크기이다. Pb 개재물(2)은 도 1 및 도 2에서 백색으로 나타난다.1 and 2 show SEM micrographs of metal microscope sections of B-containing (B4) and P-containing (B5) alloys according to the present invention, respectively. Alloys B4 and B5 both represent Ni, Sn, and hard second phase particles 1 rich in Ni, Sn, and B or P, which are formed when B or P is added to a Cu-based alloy, respectively. Hard second phase particles 1 rich in Ni, Sn and Zr are also formed when Zr is added to the Cu-based alloy (not shown). The second phase 1 is harder than the rest of the Cu-based alloy matrix. Alloys B4 and B5 are also characterized by a grain size of essentially 35 μm in average diameter, which is almost as much as factor 2 smaller than the grain size of other alloys containing no B or P. In addition, alloys C1 and C2 having a lower B or P content, respectively, show the second phase particles 1 in spite of the reduced amounts (micrographs not shown). The second phase particles 1 are evenly distributed in a microstructure and are several micrometers in size. Pb inclusions 2 appear white in FIGS. 1 and 2.

표 2는 800℃에서 약 1시간 동안 열 처리하고 이어서 320℃에서 약 10시간 및 12시간 동안 시효처리한 후, 합금 B1 내지 B5에 대해 측정된 비커스 경도(HV10) 시험 값을 보고한다. 상기 시험 값은 합금 A2에 대해 수득된 값과 비교되고 있다. 경도의 최고 증가는 본 발명에 따르는 합금 B4 및 B5의 경우에 발견되었다.Table 2 reports Vickers hardness (HV10) test values measured for alloys B1 to B5 after heat treatment at 800 ° C. for about 1 hour and then aged at 320 ° C. for about 10 hours and 12 hours. The test values are compared with the values obtained for alloy A2. The highest increase in hardness was found for the alloys B4 and B5 according to the invention.

[표 2][Table 2]

Figure pct00002
Figure pct00002

표 3에서, 항복 강도(Rp 0.2) 및 최대 응력(Rm) 값은 A1 내지 B5 합금 샘플에 대해 보고되어 있다. 이들 값은 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 물 또는 공기 중에서 퀀칭시킨 후, 고온 인장 시험을 수행함으로써 수득되었다. 인장 시험은 400℃에서 10-2s-1의 변형 속도로 서보-유압 시험기(MFL 100kN)에 의해 수행되었다. 이들 샘플은 2분 미만 이내에 안정화된 시험 온도에 이르는, 램프 노(lamp furnace)(Research Inc., 모델 4068-12-10)를 사용하여 신속히 가열함으로써, 가열 기간 도중 상 변형의 발생을 최소화한다. 신속한 가열 및 높은 변형 속도로 인하여, 샘플의 파손이 400℃에서 3분 이하의 유지 후 수득된다.In Table 3, yield strength (R p 0.2 ) and maximum stress (R m ) values are reported for A1 to B5 alloy samples. These values were obtained by heat treatment at 800 ° C. for about 1 hour, followed by quenching in water or air, followed by high temperature tensile test. Tensile testing was performed by a servo-hydraulic tester (MFL 100 kN) at 400 ° C. at a strain rate of 10 −2 s −1 . These samples are rapidly heated using a lamp furnace (Research Inc., Model 4068-12-10), which reaches a stabilized test temperature within less than 2 minutes, thereby minimizing the occurrence of phase strain during the heating period. Due to the rapid heating and high strain rate, breakage of the sample is obtained after holding at 400 ° C. for up to 3 minutes.

[표 3][Table 3]

Figure pct00003
Figure pct00003

CuNi9Sn6 합금에 첨가되는 납은 상기 합금을 상당히 취화시킨다. 개선된 항복 강도(Rp 0.2) 및 최대 응력(Rm) 값은, P 및/또는 B 첨가가 없는 다른 Pb-함유 합금 A2 내지 B3에 대해 수득된 값에 비교하여, 본 발명의 합금 B4 및 B5에 대해 수득된다. 400℃에서 각각 160㎫ 및 약 300㎫인, 감소된 양의 B(0.03중량%) 및 P(0.1중량%)를 갖는 합금 C1 및 C2에 대해 수득된 항복 강도 및 최대 응력 값은, 또한, 상기 온도에서 합금 A2 내지 B3의 값과 비교시, 개선되었다.Lead added to the CuNi9Sn6 alloy significantly embrittles the alloy. Improved yield strength (R p 0.2 ) and maximum stress (R m ) values are compared with those obtained for other Pb-containing alloys A2 to B3 without P and / or B addition, and thus alloys B4 and Obtained for B5. The yield strength and maximum stress values obtained for alloys C1 and C2 with reduced amounts of B (0.03 wt.%) And P (0.1 wt.%), Respectively, at 400 ° C., are 160 MPa and about 300 MPa, respectively. It was improved when compared with the values of alloys A2 to B3 at temperature.

상기의 고온 인장 시험에서 파손 후, 합금 C1 및 C2의 부서진 샘플들의 종방향 컷의 SEM 연구(도시되지 않음)는, 제2 상 입자(1)가 종종 Pb 개재물(2)에 인접하게 위치하며(도 1 및 2 참조) 상기 파손은 입계에 존재함을 나타내어, 파손이 보다 큰 제2 상 입자(1)에 모여들지 않음을 제시한다.After breakage in the above high temperature tensile test, SEM studies (not shown) of the longitudinal cuts of the broken samples of alloys C1 and C2 indicate that the second phase particles 1 are often located adjacent to the Pb inclusions 2 ( 1 and 2) The breakage indicates presence at the grain boundary, suggesting that the breakage does not gather in the larger second phase particle 1.

표 3은 합금 A2 내지 B5의 퀀칭-균열 형성에 대한 민감성을 정성적으로 보고한다. 표 3에서, 표시 "+"는 균열이 존재함을 나타내고, 갯수 및 깊이가 증가함에 따라 "+"로부터 "+++"로 표시하며, "0"은 임의의 균열이 부재함을 나타낸다. 퀀칭 실험은, 먼저 캐스팅된 합금 A2 내지 B5 샘플들을 800℃에서 1시간 동안 열처리한 다음, 이들 샘플을 실온에서 수조로 적하시키거나 또는 80℃ 또는 180℃로 유지된 오일 조로 적하시킴으로써, 캐스팅된 합금 A2 내지 B5 샘플들에 대해 수행하였다. 그 후 합금 샘플 표면들은 균열에 대해 광학적으로 검사하였다. 표 3은 본 발명에 따르는 합금 B4 및 B5가 퀀칭-균열 형성되기 쉽지 않음을 나타낸다.Table 3 qualitatively reports the susceptibility to quench-crack formation of alloys A2 to B5. In Table 3, the indication "+" indicates the presence of cracks, from "+" to "+++" as the number and depth increase, and "0" indicates the absence of any cracks. The quenching experiment was conducted by first casting the alloy A2 to B5 samples at 800 ° C. for 1 hour and then dropping the samples into a water bath at room temperature or by dropping them into an oil bath maintained at 80 ° C. or 180 ° C. A2 to B5 samples were performed. The alloy sample surfaces were then optically inspected for cracks. Table 3 shows that alloys B4 and B5 according to the invention are not easy to quench-crack.

[표 3][Table 3]

Figure pct00004
Figure pct00004

절단 속도, 공급 및 칩 길이를 고려한 드릴링에 의해 시험된, 본 발명에 따르는 합금 B4 내지 C2의 기계가공 특성은 P 또는 B를 함유하지 않는 다른 합금의 기계가공 특성과 유사한 것으로 밝혀졌다. 합금 B5는 그룹 A1 내지 C2의 다른 합금들에 비하여 최상의 피삭성 특성을 갖는 것으로 밝혀졌다.The machining properties of alloys B4 to C2 according to the invention, tested by drilling taking into account cutting speed, feed and chip length, were found to be similar to the machining properties of other alloys containing no P or B. Alloy B5 has been found to have the best machinability properties compared to other alloys of groups A1 to C2.

상기 결과는, 경질 제2 상 입자(1)가 상기 합금에 입계 공극화(intergranular voiding)에 대해 바람직한 행 생성 부위(nucleating site)를 나타내지 않지만, 오히려 결정립계 미끄럼을 방해하는 것을 시사하는데, 이는 핵 생성 공극(nucleating void) 없이, 구리 합금에서 중간 온도(300 내지 700℃) 취화하는 주요 이유들 중 하나이다. 더욱이, 본 발명의 Zr, B- 및 P-함유 합금(B3, B4, B5, C1, C2)에서, Pb 개재물(2)은 고체 B- 또는 P-함유 제2 상 침전물(1)에 인접하게 위치하려는 현저한 경향을 나타내며, 오히려 불규칙한 복잡한 형태를 갖는다. 이는, Pb가 제2 상 입자(1)를 "습윤"시킬 수 있도록, 중간 온도에서 용융된 납 개재물(2)과 경질 제2 상(1) 사이에 저에너지 계면을 생성할 수 있다. 이는, 용융된 Pb 개재물(3)의 불안정성의 성취에 필요한 인가되는 응력을 증가시켜, 합금을 보다 강하고 보다 연성이 되도록 만드는 B- 및 P-함유 합금의 파괴를 지연시키고, 중간 온도에서 개선된 인장 특성을 가능하게 수득한다. 환언하면, 상기 Cu계 합금 중의 P, B 또는 Zr과 같은 추가의 원소들은 경질 제2 상(1)(이는, 용융된 Pb와 접촉시, 응력의 적용하에 형태 변화에 대항하여 입자들을 안정화시키기 위해 낮은 계면 에너지를 나타낸다)의 형성을 유발한다. A2 및 나머지 B-시리즈 합금들에 비하여 B4 및 B5의 인장 특성이 더 높은 것(표 2)은 또한, B 및 P가 둘 다 결정립 미세화제(grain refiner)로서 작용하며, 덜 연성인 제2 상(1)에 의해 로드-베어링(load-bearing)되는 경우의 결정립 크기의 차이에 의해 설명될 수 있다.The results suggest that the hard second phase particles 1 do not exhibit a desired nucleating site for intergranular voiding in the alloy, but rather interfere with grain boundary slip, which is nucleation. Without nucleating voids, it is one of the main reasons for embrittlement of intermediate temperatures (300-700 ° C.) in copper alloys. Moreover, in the Zr, B- and P-containing alloys (B3, B4, B5, C1, C2) of the present invention, the Pb inclusion 2 is adjacent to the solid B- or P-containing second phase precipitate 1 It shows a pronounced tendency to locate, but rather has an irregular complex shape. This may create a low energy interface between the molten lead inclusion 2 and the hard second phase 1 at an intermediate temperature so that Pb may “wet” the second phase particles 1. This increases the applied stress required to achieve the instability of the molten Pb inclusions 3, delaying the breakdown of the B- and P-containing alloys that make the alloy stronger and more ductile, and improved tension at intermediate temperatures. Properties are possibly obtained. In other words, additional elements such as P, B or Zr in the Cu-based alloy may be used to stabilize the particles against morphological changes under the application of stress when in contact with the hard second phase 1 (the molten Pb). Low interfacial energy). The higher tensile properties of B4 and B5 compared to A2 and the remaining B-series alloys (Table 2) also indicate that B and P both act as grain refiners and are less soft second phases. This can be explained by the difference in grain size in the case of load-bearing by (1).

확실히, 본 발명의 합금 B4, B5, C1 및 C2는 CuNi9Sn6 합금의 피삭성을 개선하기 위한 납의 첨가에 의해 유발되는 중간 온도 취화를 상당한 정도로 해결한다. 납 첨가된 B3 내지 C2 합금은 이들의 매력적인 쾌삭성(free-machining) 특징을 유지한다.Certainly, the alloys B4, B5, C1 and C2 of the present invention solve to a considerable extent the intermediate temperature embrittlement caused by the addition of lead to improve the machinability of CuNi9Sn6 alloys. Leaded B3-C2 alloys retain their attractive free-machining characteristics.

본 발명의 하나의 양태에서, 본 발명의 Cu계 합금으로 구성된 피삭성 금속 생성물은 연속 또는 반-연속 캐스팅 공정을 포함하는 방법에 의해 수득된다. 상기 방법에서, 제1 금속괴는, 예를 들며, 통상 25 내지 1㎜를 포함할 수 있는 직경으로 압출된다. 그 다음에, 상기 합금은, 하기 논의되는 바와 같이, 예를 들면, 압축 공기 스트림에 의해 냉각되거나, 또는 물 분무에 의해 냉각되거나, 바람직하게는 취약해진(fragilizing) 제2 상의 형성을 제한하기에 충분히 높고, 균열을 방지하기에 충분히 빠른 적절한 냉각 속도에 이를 수 있는 임의의 다른 적절한 수단에 의해 냉각된다.In one embodiment of the present invention, the machinable metal product composed of the Cu-based alloy of the present invention is obtained by a method comprising a continuous or semi-continuous casting process. In this method, the first metal mass is extruded to a diameter, for example, which may typically comprise 25 to 1 mm. The alloy is then, as discussed below, for example to limit the formation of a second phase that is cooled by a compressed air stream, or by water spray, or preferably fragilizing. Cooling is by any other suitable means that is high enough and can reach a suitable cooling rate fast enough to prevent cracking.

그 다음에, 제1 금속괴 물질은, 예를 들면, 압연, 와이어-인발(wire-drawing), 신장-성형, 타격(hammering) 또는 임의의 다른 냉간 변형 공정에 의해 한 개 또는 몇몇 냉간 성형 작업을 수행한다. 상기 냉간 성형 단계 후, 제2 금속괴는, 상기 합금이 1개 상이 되는 범위 내에 놓여야 하는 어닐링 온도에서, 통상적으로 관통형 노(through-type furnace) 또는 제거 가능한 커버 노(cover furnace)에서 어닐링된다. 상기 기술한 조성물 중 하나를 갖는 본 발명의 Cu 합금의 경우에, 어닐링 온도는 690 내지 880℃로 구성된다. 다른 것 중, 어닐링 단계 또는 열 균질화 처리 단계가 사용되어, 연성을 유도하고, 상기 구조물을 균질하게 만듬으로써 상기 구조물을 정제하며, 상기 합금의 냉간 성형 특성을 개선한다.The first metal mass material is then subjected to one or several cold forming operations, for example by rolling, wire-drawing, stretching-forming, hammering or any other cold deformation process. Do this. After the cold forming step, the second metal mass is annealed, typically in a through-type furnace or a removable cover furnace, at an annealing temperature at which the alloy should be within the range of one phase. . In the case of the Cu alloy of the present invention having one of the compositions described above, the annealing temperature is comprised between 690 and 880 ° C. Among others, an annealing step or a heat homogenization step is used to induce ductility, to refine the structure by making the structure homogeneous, and to improve the cold forming properties of the alloy.

상기 양태의 변환으로, 제2 금속괴는 냉간 성형 공정 전에 어닐링 또는 열 균질화 처리 단계를 수행할 수 있다.With the transformation of the above aspect, the second metal mass can be subjected to an annealing or heat homogenization treatment step before the cold forming process.

어닐링 단계 과정에서, 적어도 부분적인 재결정화가 제2 금속괴에 대해 일어나며, 이때 변형 없는 새로운 입자들이 핵을 형성하고, 성장하여 내부 응력에 의해 변형된 것들을 대체한다. 어닐링 단계 후, 제2 금속괴는, 바람직하게는 취약해진 제2 상의 형성을 제한하기에 충분히 높고 균열을 방지하기에 충분히 빠른 적절한 냉각 속도로 다시 냉각된다.In the course of the annealing step, at least partial recrystallization occurs to the second metal mass, where new particles without deformation form nuclei, grow and replace those deformed by internal stresses. After the annealing step, the second metal mass is cooled again at an appropriate cooling rate, preferably high enough to limit the formation of the weakened second phase and fast enough to prevent cracking.

냉간 성형 공정의 하나의 또는 몇몇 연속 단계가 수행될 수 있으며, 각각의 냉간 성형 단계에 이어서, 목적하는 직경 및 형태를 갖는 연속 금속괴를 수득하기 위해 어닐링 및 냉각 단계가 수행된다.One or several successive steps of the cold forming process may be performed, followed by each cold forming step, followed by annealing and cooling steps to obtain continuous metal ingots of the desired diameter and shape.

연속적인 냉간 성형, 어닐링 및 냉각 단계 후에, 최종 금속괴는 피삭성 생성물을 수득하기 위해 최종 직경 및/또는 형태로 와이어-드로잉 또는 신장-성형시킬 수 있다. 그 다음에, 스피노달 분해 열처리 또는 경화를 피삭성 생성물 또는 기계가공된 피스(piece)에 대해 최종적으로 수행하여, 최적의 기계적 특성을 수득할 수 있다. 후자의 열처리는 최종 기계가공 전 또는 후에 일어날 수 있다.After successive cold forming, annealing and cooling steps, the final metal mass can be wire-drawn or stretch-molded to the final diameter and / or shape to obtain a machinable product. Spinoidal decomposition heat treatment or curing may then be finally performed on the machinable product or machined piece to obtain optimum mechanical properties. The latter heat treatment can take place either before or after final machining.

압출 및/또는 어닐링 처리 후 냉각 단계는, 냉각 도중 온도차에 의해 생성되는 내부 구속(internal constraint)들로 인한 합금의 균열을 방지하기에 충분히 느리지만 2-상 구조의 형성을 한정시키기에는 충분히 빠른 속도로 일어나야 한다. 상기 속도가 너무 느리면, 상당량의 제2 상이 나타날 수 있다. 상기 제2 상은 매우 취약해서, 상기 합금의 변형성을 상당히 감소시킨다. 너무 많은 양의 제2 상의 형성을 피하는데 필요한 임계 냉각 속도는 상기 합금의 화학에 따라 좌우되며, 보다 많은 양의 니켈 및 주석에 대해 더 커진다.The cooling step after the extrusion and / or annealing treatment is slow enough to prevent cracking of the alloy due to internal constraints created by the temperature difference during cooling, but fast enough to limit the formation of the two-phase structure. You must wake up. If the speed is too slow, a significant amount of second phase may appear. The second phase is very fragile, significantly reducing the deformation of the alloy. The critical cooling rate required to avoid forming too much of the second phase depends on the chemistry of the alloy and is greater for larger amounts of nickel and tin.

더욱이, 냉각 과정에서, 일시적인 내부 구속들이 상기 합금 내에 생성된다. 이들은 금속괴 또는 생성물의 표면과 중심 사이의 온도차에 연결된다. 이들 구속이 상기 합금의 내성을 초과한다면, 상기 합금은 균열되어 더 이상 사용할 수 없다. 냉각으로 인한 내부 구속들은 모두, 생성물의 직경이 크면 클수록 더 높아진다. 따라서, 균열을 방지하기 위한 임계 냉각 속도는 상기 생성물의 직경에 따라 좌우된다. 본 발명의 방법에서, 압출 및/또는 어닐링 단계 후에 냉각은 50 내지 50000℃/min의 냉각 속도로 수행한다.Moreover, during the cooling process, temporary internal constraints are created in the alloy. They are linked to the temperature difference between the metal mass or the surface and the center of the product. If these restraints exceed the resistance of the alloy, the alloy cracks and can no longer be used. The internal constraints due to cooling are all higher the larger the diameter of the product. Thus, the critical cooling rate to prevent cracking depends on the diameter of the product. In the process of the invention, cooling after the extrusion and / or annealing steps is carried out at a cooling rate of 50 to 50000 ° C./min.

구리-니켈-주석 합금은 캐스팅 작업 과정에서 상당한 편석(segregation)을 유도하는 긴 응고 간격(long solidification interval)을 갖는다. 상기 연속 또는 반-연속 캐스팅 공정 과정에서, 상기 용융된 합금은 교반되어, 이의 표면 상태 및 이의 내부 특성(예: 편석 및 수축) 측면에서 캐스팅 금속에 대해 더 큰 규칙성을 수득할 수 있다. 더욱이, 상기 용융된 합금이 용융되어 캐스팅되는 경우, 덴드라이트 구조가 생성되며 미세-결정립 합금은 수득될 수 없다.Copper-nickel-tin alloys have long solidification intervals that lead to significant segregation during casting operations. In the course of the continuous or semi-continuous casting process, the molten alloy can be stirred to obtain greater regularity for the casting metal in terms of its surface state and its internal properties (eg segregation and shrinkage). Moreover, when the molten alloy is melted and cast, a dendrite structure is produced and a micro-crystalline alloy cannot be obtained.

구리 합금은, 상기 용융물의 교반을 위해 전자기적으로 교반할 수 있다. 상기 자기력은, 편석 중심 갯수의 감소를 허용하고, 평균 결정립 크기가 필수적으로 5㎜ 미만인 미세한 등축 결정을 갖는 Cu계 합금을 수득하기에 충분한 금속괴의 교반을 생성할 수 있다.The copper alloy may be electromagnetically stirred for stirring the melt. The magnetic force can produce agitation of the metal mass sufficient to allow a reduction in the number of segregation centers and to obtain a Cu-based alloy with fine equiaxed crystals having an average grain size of essentially less than 5 mm.

또는, 상기 금속괴 중의 용융된 Cu 합금은 초음파 에너지를 사용하여 기계적으로 교반하여, 용융된 물질 내에 공동 형성(cavitation) 및 음파 유동(acoustic streaming)을 생성할 수 있다. 강제 기체 혼합 및 물리적 혼합(예: 상기 용융된 합금의 진동 또는 쉐이킹(shaking)), 또는 기계 장치(예: 로터, 프로펠러 또는 교반 펄싱 제트)와 같은 다른 형태의 기계적 교반이 또한 사용될 수 있다. 또는, 상기 전자기적 교반이 기계적 교반과 함께 사용될 수 있으며, 초음파 교반이 기계적 교반과 함께 사용될 수 있다.Alternatively, the molten Cu alloy in the metal mass may be mechanically agitated using ultrasonic energy to generate cavitation and acoustic streaming in the molten material. Other forms of mechanical stirring, such as forced gas mixing and physical mixing (eg, vibration or shaking of the molten alloy), or mechanical devices (eg, rotors, propellers, or stirred pulsing jets) may also be used. Alternatively, the electromagnetic agitation can be used with mechanical agitation, and ultrasonic agitation can be used with mechanical agitation.

본 발명의 또 다른 양태에서, 직경이 320㎜ 이하인 Cu계 합금의 제1 금속괴는 분무성형(sprayforming) 공정, 예를 들면, "오스프레이(Osprey)" 방법으로 공지되고 특허 EP 제0225732호에 기술된 공정을 사용하여 제조한다. 이때, 크기 범위가 1 내지 500마이크론인 분무화된 입자 크기를 사용하여, 평균 결정립 크기가 200마이크론 미만인 합금을 수득할 수 있다. 상기 분무성형법은 최소한의 편석 정도를 나타내는 거의 균질한 미세구조를 수득할 수 있도록 한다. 직사각형 부분을 갖는 다른 형태의 금속괴(예: 잉곳(ingot), 디스크 또는 바)가 또한 분무성형 공정에 의해 제조될 수 있다. 용융된 금속 또는 금속 합금 입자의 분무는 바람직한 대기하에, 바람직하게는 불활성 대기(예: 질소 또는 아르곤)하에 수행한다.In another aspect of the invention, the first metal mass of a Cu-based alloy having a diameter of 320 mm or less is known as a sprayforming process, for example the "Osprey" method and described in patent EP 0225732. Using the prepared process. At this time, using atomized particle sizes ranging in size from 1 to 500 microns, an alloy with an average grain size of less than 200 microns can be obtained. The spray molding method makes it possible to obtain an almost homogeneous microstructure exhibiting a minimum degree of segregation. Other forms of metal ingots (eg ingots, discs or bars) with rectangular portions can also be produced by the spray molding process. Spraying of the molten metal or metal alloy particles is carried out under a preferred atmosphere, preferably under an inert atmosphere (eg nitrogen or argon).

또는, 상기 금속 생성물은 정지 빌릿 캐스팅법(static billet casting method) 또는 다른 적합한 방법에 의해 수득될 수 있다.Alternatively, the metal product may be obtained by a static billet casting method or other suitable method.

상기 Cu계 합금 생성물은 어닐링 처리 및 냉각 단계 후 실온에서 측정된 인장 강도가 700 내지 1500N/㎟(700 내지 1500㎫)이고, 어닐링 처리 및 냉각 단계 후 측정된 비커스 경도(HV10)가 250 내지 400이고, 표준 ASTM C36000 황동과 관련하여, 피삭성 지수가 70%를 초과함을 특징으로 한다. 더욱이, 상기 Cu계 합금 생성물은 선삭 과정에서 생성된 칩의 용이한 제거로 인하여 용이하게 기계가공될 수 있고, 특히 선삭 단계 또는 쾌삭(free-cutting) 단계, 스탬핑(stamping) 단계, 벤딩 단계, 드릴링 단계 등을 요하는 기계가공 작업에 유용하게 사용될 수 있다.The Cu-based alloy product has a tensile strength of 700 to 1500 N / mm 2 (700 to 1500 MPa) measured at room temperature after the annealing and cooling step, and a Vickers hardness (HV10) of 250 to 400 measured after the annealing and cooling step. , With respect to standard ASTM C36000 brass, is characterized by a machinability index of greater than 70%. Moreover, the Cu-based alloy product can be easily machined due to the easy removal of chips produced during the turning process, in particular the turning or free-cutting step, stamping step, bending step, drilling It can be usefully used for machining operations that require steps.

본 발명의 Cu계 합금 생성물은 로드(rod), 원형 또는 임의의 다른 프로필 형태를 갖는 와이어, 스트립(예: 압연된 스트립), 슬랩, 잉곳, 시트 등의 형태를 갖는 생성물을 수득하기 위해 유리하게 사용될 수 있다. 상기 Cu계 합금 생성물은 또한, 예를 들면, 700N/㎟를 초과하는 고탄성 한계를 갖는 전기 전도성 피스(예: 커넥터), 전기기계 피스, 전화방식, 스프링 등, 또는 미소기계, 시계학(horology), 트리볼로지(tribology), 항공학 등과 같은 용도에서의 미소기계적 피스, 또는 다양한 용도에서의 다른 피스와 같은, 기계가공된 피스의 전체 또는 일부의 제조에 유리하게 사용될 수 있다.The Cu-based alloy products of the present invention are advantageously used to obtain products in the form of wires, strips (eg, rolled strips), slabs, ingots, sheets, etc. in the form of rods, circles or any other profile. Can be used. The Cu-based alloy product may also be an electrically conductive piece (e.g., a connector), an electromechanical piece, a telephone, a spring, etc., or a micromechanical, horology, having a high elasticity limit in excess of 700 N / mm 2, for example. It may be advantageously used in the manufacture of all or part of a machined piece, such as micromechanical pieces in applications such as tribology, aeronautics, or the like, or other pieces in various applications.

본 발명의 방법은, 제조 과정에서의 균열 없이 우수한 기계적 특성 및 인장 특성을 갖는, 수 중량% 이하의 Pb 및 0.01 내지 0.5중량%의 P 및/또는 B를 함유하는 피삭성 Cu-Ni-Sn계 생성물을 제조할 수 있도록 한다.The process of the present invention is a machinable Cu-Ni-Sn-based system containing up to several percent by weight of Pb and 0.01 to 0.5 percent by weight of P and / or B, with excellent mechanical and tensile properties without cracking during the production process. Allow the product to be prepared.

1 제2 상 입자
2 Pb 개재물
Rp 0.2 항복 강도
Rm 최대 응력
1 second phase particles
2 Pb inclusions
R p 0.2 Yield Strength
R m maximum stress

Claims (17)

합금으로서,
상기 합금은 상기 합금의 50중량% 이상에 해당하는 Cu 중에, 1 내지 20중량%의 Ni, 1 내지 20중량%의 Sn, 및 0.5 내지 3중량%의 Pb를 함유하고,
상기 합금이 P 또는 B를 단독으로 또는 배합물로서 0.01 내지 5중량%로 추가로 함유함을 특징으로 하는, 합금.
As an alloy,
The alloy contains 1 to 20% by weight of Ni, 1 to 20% by weight of Sn, and 0.5 to 3% by weight of Pb in Cu corresponding to 50% by weight or more of the alloy,
The alloy is characterized in that it further contains 0.01 to 5% by weight of P or B alone or in combination.
제1항에 있어서, 상기 합금이 P 또는 B를 단독으로 또는 배합물로서 0.01 내지 0.5중량%로 추가로 함유하는, 합금.The alloy of claim 1, wherein the alloy further contains 0.01 to 0.5% by weight of P or B, alone or as a blend. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 합금이 9중량%의 Ni, 6중량%의 Sn, 및 1중량%의 Pb를 포함하는, 합금.The alloy of claim 1, wherein the alloy comprises 9 weight percent Ni, 6 weight percent Sn, and 1 weight percent Pb. 제3항에 있어서, 상기 합금이, 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 물 또는 공기 중에서 퀀칭(quenching)시킨 후 400℃에서 측정한 항복 강도 Rp 0.2가 필수적으로 180㎫을 초과하는, 합금.4. The alloy of claim 3 wherein the alloy is heat treated at 800 ° C. for about 1 hour and then quenched in water or air and the yield strength R p 0.2 measured at 400 ° C. is essentially greater than 180 MPa. alloy. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 합금이, 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 물 또는 공기 중에서 퀀칭시킨 후 400℃에서 측정한 최대 응력 Rm이 필수적으로 333㎫을 초과하는, 합금.The method according to claim 3 or 4, wherein the alloy is heat treated at 800 ° C. for about 1 hour and then quenched in water or air, and the maximum stress R m measured at 400 ° C. is essentially greater than 333 MPa. alloy. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이, 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 320℃에서 약 12시간 동안 시효처리한 후 측정한 Hv 경도가 필수적으로 190을 초과하는, 합금.6. The Hv hardness of claim 3, wherein the alloy is heat treated at 800 ° C. for about 1 hour and then aged at 320 ° C. for about 12 hours. Made, alloy. 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 합금이, 800℃에서 약 1시간 동안 열처리한 다음, 물 또는 공기 중에서 퀀칭시킨 후, Ni, Sn, 및 B 또는 P를 각각 함유하는 제2 상(second phase)(1)을 포함하는, 합금.The agent according to any one of claims 1 to 6, wherein the alloy contains Ni, Sn, and B or P, respectively, after heat treatment at 800 ° C. for about 1 hour and then quenched in water or air. Alloy comprising a second phase (1). 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 의해 특징지워지는 합금으로 구성된 금속 생성물의 제조 방법으로서, 상기 방법이
a) 균질한 구조를 갖는 상기 합금의 제1 금속괴(slug)를 수득하는 단계;
b) 균질화 및 합금 냉간 성형 특성들의 개선을 위해, 상기 합금을 690 내지 880℃의 온도에서 어닐링(annealing)시키는 단계;
c) 상기 생성물의 횡축 크기(transversal dimension) 및 상기 합금의 조성에 따라 50 내지 50000℃/min의 냉각 속도로 냉각시키는 단계; 및
d) 냉간 성형시키는 단계를 포함하는, 방법.
A method for producing a metal product composed of an alloy characterized by any of claims 1 to 7, wherein the method is
a) obtaining a first slug of the alloy having a homogeneous structure;
b) annealing the alloy at a temperature of 690-880 ° C. for homogenization and improvement of alloy cold forming properties;
c) cooling at a cooling rate of 50 to 50000 ° C./min depending on the transversal dimension of the product and the composition of the alloy; And
d) cold forming.
제8항에 있어서, 제8항의 단계 a)가, 직경이 25 내지 1㎜인 상기 합금의 제1 금속괴를 압출시키기 위한 연속 캐스팅 공정인, 방법.The method of claim 8, wherein step a) of 8 is a continuous casting process for extruding the first metal mass of the alloy having a diameter of 25 to 1 mm. 제8항 또는 제9항에 있어서, 제1 금속괴 중의 상기 합금을, 평균 결정립(grain) 크기가 필수적으로 5㎜ 미만인 미세한 등축 결정을 갖는 합금을 수득하기 위해, 전자기적으로 또는 기계적으로 교반하는, 방법.10. The method of claim 8 or 9, wherein the alloy in the first metal mass is subjected to electromagnetic or mechanical stirring to obtain an alloy having fine equiaxed crystals having an average grain size of essentially less than 5 mm. , Way. 제8항에 있어서, 제8항의 단계 a)가 분무성형 공정이며, 상기 제1 금속괴가 직경 320㎜ 이하 및 평균 결정립 크기 200마이크론 미만으로 형성되는, 방법.The method of claim 8, wherein step a) of claim 8 is a spray molding process, wherein the first metal mass is formed with a diameter of 320 mm or less and an average grain size of less than 200 microns. 제8항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉간 성형 단계가 압연, 와이어-인발, 신장-성형, 타격(hammering) 공정을 포함하는, 방법.The method of claim 8, wherein the cold forming step comprises a rolling, wire-drawing, elongation-molding, hammering process. 제8항의 어닐링 단계 b) 및 냉각 단계 c) 이후에 실온에서 측정된 인장 강도가 700 내지 1500㎫인, 제8항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 의해 특징지워지는 방법으로부터 수득된 금속 생성물.The metal product obtained from the process characterized by any one of claims 8-12, wherein the tensile strength measured at room temperature after the annealing step b) and cooling step c) of claim 8 is 700-1500 MPa. 제13항에 있어서, 제8항의 어닐링 단계 b) 및 냉각 단계 c) 이후의 Hv 경도가 250 내지 400인, 생성물.The product of claim 13, wherein the Hv hardness after annealing step b) and cooling step c) of claim 8 is 250 to 400. 15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 생성물이, 표준 ASTM C36000 황동과 관련한 피삭성 지수(machinability index)가 70%를 초과하는, 생성물.The product of claim 13, wherein the product has a machinability index of greater than 70% with respect to standard ASTM C36000 brass. 제13항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 생성물이, 로드, 와이어, 스트립, 슬랩, 잉곳(ingot) 및 시트의 형태를 갖는, 생성물.The product according to claim 13, wherein the product is in the form of rods, wires, strips, slabs, ingots and sheets. 제13항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 생성물이, 기계가공된 전기전도성 피스(piece)나, 기계적 또는 미소기계적(micromechanical) 피스의 전체 또는 일부의 제작시 사용되는, 생성물.17. The product according to any one of claims 13 to 16, wherein the product is used in the manufacture of all or part of a machined electrically conductive piece or a mechanical or micromechanical piece.
KR1020117026546A 2009-04-08 2009-04-08 Machinable copper-based alloy and method for producing the same KR20140042942A (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2009/054250 WO2010115462A1 (en) 2009-04-08 2009-04-08 Machinable copper-based alloy and method for producing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140042942A true KR20140042942A (en) 2014-04-08

Family

ID=42235291

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020117026546A KR20140042942A (en) 2009-04-08 2009-04-08 Machinable copper-based alloy and method for producing the same

Country Status (10)

Country Link
US (1) US20120073712A1 (en)
EP (1) EP2417275A1 (en)
JP (1) JP2012523493A (en)
KR (1) KR20140042942A (en)
CN (1) CN102439182A (en)
CA (1) CA2759308A1 (en)
IL (1) IL215607A0 (en)
RU (1) RU2508415C2 (en)
TW (1) TWI467034B (en)
WO (1) WO2010115462A1 (en)

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102012013817A1 (en) * 2012-07-12 2014-01-16 Wieland-Werke Ag Molded parts made of corrosion-resistant copper alloys
JP2015531829A (en) * 2012-08-22 2015-11-05 バオシダ スイスメタル アーゲーBaoshida Swissmetal Ag Machinable copper alloy for electrical connectors
EP3004409B1 (en) 2013-06-07 2017-08-09 VDM Metals International GmbH Method for producing a metal film
WO2014194880A2 (en) 2013-06-07 2014-12-11 VDM Metals GmbH Method for producing a metal film
US9140302B2 (en) 2013-06-13 2015-09-22 The Boeing Company Joint bearing lubricant system
US9994946B2 (en) 2014-03-17 2018-06-12 Materion Corporation High strength, homogeneous copper-nickel-tin alloy and production process
US10844671B2 (en) 2014-03-24 2020-11-24 Materion Corporation Low friction and high wear resistant sucker rod string
PL3122911T3 (en) * 2014-03-24 2021-04-06 Materion Corporation Drilling component
CN114737890A (en) 2014-06-05 2022-07-12 美题隆公司 Coupling for rod
BR112019001346A2 (en) * 2016-07-26 2019-04-30 Ykk Corporation copper alloy zip fastener
JP7126198B2 (en) * 2018-09-27 2022-08-26 株式会社栗本鐵工所 Lead-free free-cutting phosphor bronze rod wire
CN110923505B (en) * 2019-12-31 2021-11-02 内蒙古工业大学 Cu-Ni-Mn alloy and preparation method and application thereof
CN111961914B (en) * 2020-08-20 2022-01-07 合肥波林新材料股份有限公司 Tin bronze-steel bimetal composite material and preparation method thereof
CN113046586A (en) * 2020-12-23 2021-06-29 大连理工大学 Cu-Cr alloy and ultrasonic-assisted smelting method thereof

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5360315A (en) * 1976-11-11 1978-05-30 Furukawa Kogyo Kk Wear resistant phosphor bronze castings
KR20070015929A (en) * 2004-04-05 2007-02-06 스위스메탈 - 유엠에스 유사인스 메탈루지퀘스 스이세 에스아 Free-cutting, lead-containing cu-ni-sn alloy and production method thereof
JP4887851B2 (en) * 2005-03-17 2012-02-29 Dowaメタルテック株式会社 Ni-Sn-P copper alloy
JP4439447B2 (en) * 2005-08-03 2010-03-24 株式会社神戸製鋼所 Manufacturing method of irregular cross-section copper alloy sheet
RU2398904C2 (en) * 2005-09-22 2010-09-10 Мицубиси Синдох Ко, Лтд Easy-to-cut copper alloy with exceedingly low contents of lead
CN100503854C (en) * 2007-08-16 2009-06-24 宁波博威集团有限公司 Low-lead-boron easy-cutting antimony brass alloy and method for manufacturing same

Also Published As

Publication number Publication date
US20120073712A1 (en) 2012-03-29
RU2508415C2 (en) 2014-02-27
WO2010115462A1 (en) 2010-10-14
EP2417275A1 (en) 2012-02-15
IL215607A0 (en) 2011-12-29
CN102439182A (en) 2012-05-02
JP2012523493A (en) 2012-10-04
TWI467034B (en) 2015-01-01
CA2759308A1 (en) 2010-10-14
RU2011145017A (en) 2013-05-20
TW201042060A (en) 2010-12-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20140042942A (en) Machinable copper-based alloy and method for producing the same
JP6263333B2 (en) Cu-Ti copper alloy sheet, method for producing the same, and current-carrying component
EP2540848B1 (en) Aluminum alloy conductor
JP4984108B2 (en) Cu-Ni-Sn-P based copper alloy with good press punchability and method for producing the same
EP2761042B1 (en) Leadless free-cutting copper alloy
KR101718257B1 (en) Copper alloy and process for manufacturing same
US10453582B2 (en) Copper alloy for electronic/electrical device, copper alloy plastically-worked material for electronic/electrical device, component for electronic/electrical device, terminal, and busbar
JP2007531824A (en) Cutting lead-containing Cu-Ni-Sn alloy and method for producing the same
JP2002180165A (en) Copper based alloy having excellent press blanking property and its production method
EP2540849B1 (en) Aluminum alloy conductor
KR20150116825A (en) HIGH-STRENGTH Cu-Ni-Co-Si BASE COPPER ALLOY SHEET, PROCESS FOR PRODUCING SAME, AND CURRENT-CARRYING COMPONENT
WO2006093140A1 (en) Copper alloy
KR102623143B1 (en) Free-cutting copper alloy castings, and method for manufacturing free-cutting copper alloy castings
KR101717386B1 (en) Cu-Be ALLOY AND METHOD FOR PRODUCING SAME
WO2019189534A1 (en) Copper alloy for electronic/electric device, copper alloy sheet/strip material for electronic/electric device, component for electronic/electric device, terminal, and busbar
CN111263825B (en) Movable cable
JP2013044038A (en) Aluminum alloy conductor
KR20060130183A (en) Copper alloy
WO2017043556A1 (en) Copper alloy for electronic/electrical device, copper alloy plastically worked material for electronic/electrical device, component for electronic/electrical device, terminal, and busbar
KR102623144B1 (en) Free-cutting copper alloy, and method for producing the free-cutting copper alloy
EP2540850B1 (en) Aluminum alloy conductor
JP5957083B2 (en) Copper alloy for electronic and electrical equipment, copper alloy sheet for electronic and electrical equipment, conductive parts and terminals for electronic and electrical equipment
CN106435250A (en) Machinable copper base alloy and production method thereof
CN110573635B (en) Copper alloy sheet and method for producing same
KR20220059528A (en) A free-machining copper alloy, and a manufacturing method of a free-machining copper alloy

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application