KR20220057455A - LEAD-FREE Cu-Zn BASE ALLOY - Google Patents

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KR20220057455A
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비에른 리츠
틸레만 뮌흐
토마스 플레트
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오토 푹스 카게
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    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
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    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/04Alloys based on copper with zinc 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

Provided is a lead-free Cu-Zn-based alloy which comprises: 57 - 59.3 wt% of Cu; 0.12 - 0.17 wt% of Fe (a first alternative example) or a maximum of 0.06 wt% of Fe; 0.3 - 0.7 wt% of Mn (a second alternative example); 0.03 - 0.1 wt% of P; a maximum of 1.0 wt% of Sn; a maximum of 0.1 wt% of Pb; a remnant consisting of unavoidable impurities which account for a maximum of 0.05 wt% for each element (a total of the unavoidable impurities is no greater than 0.15 wt%) and Zn; and the following elements, such as a maximum of 0.03 wt% of Ni, a maximum of 0.05 wt% of Al, a maximum of 0.01 wt% of Si, and a maximum of 0.01 wt% of Cr, wherein the lead-free Cu-Zn-based alloy has improved properties of machining, compared to CuZn42 alloy.

Description

무연 Cu-Zn계 합금{LEAD-FREE Cu-Zn BASE ALLOY}Lead-free Cu-Zn based alloy {LEAD-FREE Cu-Zn BASE ALLOY}

본 발명의 목적은 CuZn42 합금과 비교하여 기계 가공 특성이 개선된 무연 Cu-Zn 합금이다.An object of the present invention is a lead-free Cu-Zn alloy with improved machinability compared to CuZn42 alloy.

합금의 구조에 포함되는 원소의 수가 적기 때문에, CuZn42 합금은 57.0 내지 59.0 중량%의 Cu 함량을 갖는 매우 단순하게 구조화된 황동 합금이다. 원칙적으로, 이러한 합금에는 다른 원소가 포함되어 있지 않다. 불가피한 불순물과 함께 Pb는 최대 0.2 중량%까지 허용되며, Sn는 최대 0.03 중량%, Fe는 최대 0.3 중량%, Ni는 최대 0.02 중량%, 및 Al은 최대 0.05 중량% 허용된다. 이러한 합금은 매우 용이하게 열간-가공될 수 있는 무연 합금으로서, 특히, 프로파일(profile)을 반제품으로서 생산하기 위해 사용된다. 이러한 합금은 통상적으로 사용되는 합금 CuZn39Pb3의 무연 변형체이다. CuZn39Pb3 합금의 경우에, 원소 납은 주로 기계 가공성(machinability)을 개선시키기 위해 사용된다. CuZn42 합금이 무연이지만, 이는 또한, 이의 α/β 미세구조로 인해, 선삭 부품(turned part)의 생산과 같은, 기계 가공을 위해 사용된다. 그러나, 이러한 합금으로부터 제조된 워크피스의 기계 가공성은 제한된다. 이는, 합금에 의해 야기된 기계 가공 단점이 기계 공구의 적절한 공정 파라미터에 의해 보완될 수 없음을 의미한다. 이는 예를 들어, 공정 파라미터의 한계가 어떠한 개개 리웨이(leeway)도 허용하지 않는 성형 공구를 이용한 기계 가공 공정에 적용한다. 이러한 경우에, 이러한 합금의 기계 가공성은 만족스럽지 못하다.Due to the small number of elements included in the structure of the alloy, the CuZn42 alloy is a very simply structured brass alloy with a Cu content of 57.0 to 59.0% by weight. In principle, no other elements are included in these alloys. Up to 0.2 wt% of Pb, along with unavoidable impurities, is allowed, up to 0.03 wt% of Sn, up to 0.3 wt% of Fe, up to 0.02 wt% of Ni, and up to 0.05 wt% of Al. These alloys are lead-free alloys which can be hot-worked very easily, in particular for the production of profiles as semi-finished products. This alloy is a lead-free variant of the commonly used alloy CuZn39Pb3. In the case of the CuZn39Pb3 alloy, elemental lead is mainly used to improve machinability. Although CuZn42 alloy is lead-free, it is also used, due to its α/β microstructure, for machining, such as in the production of turned parts. However, the machinability of workpieces made from these alloys is limited. This means that the machining disadvantages caused by the alloy cannot be compensated for by the appropriate process parameters of the machine tool. This applies, for example, to machining processes with forming tools, where the limits of the process parameters do not allow for any individual leeways. In this case, the machinability of these alloys is not satisfactory.

이러한 합금으로부터 제조된 워크피스에 대한 특정의 기계 가공 작업을 위한 기계 가공성이 허용 가능하지만, 원하는 기계 가공성을 달성하기 위해 쾌삭 합금(free cutting alloy)에 통상적으로 사용되는 Pb 및 Bi 원소를 사용하지 않으면서 기계 가공성이 개선될 수 있는 것이 바람직할 것인데, 왜냐하면, 이러한 원소들은 건강에 유해한 것으로 분류되기 때문이다.Although machinability for certain machining operations on workpieces made from these alloys is acceptable, unless the Pb and Bi elements commonly used in free cutting alloys are used to achieve the desired machinability, the It would be desirable for the machinability to be improved in this way, since these elements are classified as hazardous to health.

기계 가공 특성이 개선된 Cu-Zn 합금은 EP 3 690 069 C1호에 공지되어 있다. 이러한 합금은 58 내지 70 중량% Cu, 0.5 내지 2.0 중량% Sn, 0.1 내지 2.0 중량% Si, 잔부 아연 및 불가피한 불순물을 함유하며, 원소 Sn과 Si의 총합은 각각 1.0 중량% 및 3.0 중량%이다. 원소 Pb 및 Bi를 사용하지 않으면서 기계 가공성의 개선은 이러한 합금에서 Sn 및 Si 함유물에 의해 제공된다. 특정 비율에서, 이러한 원소들은 ε 상의 형성의 원인이 되는데, 이러한 상은 합금에 미세구조로서 분포되고, 이에 따라, 칩 파괴를 촉진시킨다. 합금에 함유된 Si는 또한, 재활용 물질의 일반적인 사용으로 인해 합금에서 규칙적으로 발견되는, 상세하게는, Mn 및/또는 합금에서 허용되는 원소 Al 및 Ni와 함께, 실리사이드를 형성한다. 이러한 종래에 공지된 합금에서 Si 함량은 2.0 중량%일 수 있다. 매트릭스에 함유된 실리사이드가 일부 적용에, 특히, 내마모성 요건이 존재할 때 유리하지만, 실리사이드는 공구 마모의 증가로 인해 기계 가공성에 있어서 주목할 만할 수 있다.Cu-Zn alloys with improved machinability properties are known from EP 3 690 069 C1. This alloy contains 58 to 70% by weight Cu, 0.5 to 2.0% by weight Sn, 0.1 to 2.0% by weight Si, the balance zinc and unavoidable impurities, the sum of the elements Sn and Si being 1.0% by weight and 3.0% by weight, respectively. The improvement of machinability without the use of the elements Pb and Bi is provided by the Sn and Si inclusions in these alloys. In certain proportions, these elements are responsible for the formation of the ε phase, which is distributed as a microstructure in the alloy, thus promoting chip fracture. The Si contained in the alloy also forms silicides, specifically with Mn and/or the elements Al and Ni allowed in the alloy, which are regularly found in alloys due to the general use of recycled materials. The Si content in this conventionally known alloy may be 2.0% by weight. While silicides contained in the matrix are advantageous for some applications, particularly when wear resistance requirements exist, silicides can be notable for machinability due to increased tool wear.

JP H 03 253527 A호에는 전기 휴즈를 제조하기 위한 Cu-Zn 합금이 개시되어 있다. 다수의 합금이 이러한 종래 기술에 개시되어 있다. 개시된 합금들 중 하나는 25 내지 40 중량% Zn, 0.01 내지 0.1 중량% P, 0.02 내지 0.50 중량% Fe, 불가피한 불순물과 함께 잔부의 Cu를 포함한다. 대안적인 구체예에 따르면, 원소 Fe는 원소 Co, Ni, 또는 Mn에 의해 각각 동일한 비율로 대체된다. 이에 따라, 이러한 종래에 공지된 합금은 59.4 내지 75 중량%의 Cu 함량을 가질 수 있다. 이러한 종래에 공지된 합금의 Fe 변형체에 대해 제공된 구체예는 0.03 내지 0.12 중량%의 Fe 함량을 갖는다. 불가피한 불순물을 제외하고, 다른 원소들은 허용되지 않는다. 이는 또한, Co, Ni 및 Mn 변형체에 적용된다. 전기 휴즈를 제작하기 위한 재료로서의 상기 언급된 적합성 이외에, 이러한 재료는 또한, 양호한 강도 및 스프링 특성을 나타낸다.JP H 03 253527 A discloses a Cu—Zn alloy for manufacturing an electric fuse. A number of alloys are disclosed in this prior art. One of the disclosed alloys comprises 25 to 40 wt % Zn, 0.01 to 0.1 wt % P, 0.02 to 0.50 wt % Fe, the balance Cu with unavoidable impurities. According to an alternative embodiment, the element Fe is replaced by the elements Co, Ni, or Mn, respectively, in equal proportions. Accordingly, such previously known alloys may have a Cu content of 59.4 to 75% by weight. Embodiments provided for Fe variants of these previously known alloys have an Fe content of 0.03 to 0.12% by weight. Except for unavoidable impurities, no other elements are allowed. This also applies to Co, Ni and Mn variants. In addition to the above-mentioned suitability as a material for making electric fuses, these materials also exhibit good strength and spring properties.

JP S 59153856 A호에는 열교환기를 제작하기 위한 개선된 내부식성을 갖는 Cu-Zn 합금이 개시되어 있다. 이러한 합금은 하기 조성을 갖는다: 25 내지 40 중량% Zn, 0.005 내지 0.070 중량% P, 0.05 내지 1.0 중량% Sn, 0.005 내지 1.3 중량%, 총 0.005 내지 1.0 중량% Fe 및/또는 0.005 내지 0.3 중량% Pb, 잔부의 구리 플러스 불가피한 불순물. 이러한 종래에 공지된 Cu-Zn 합금은 또한, Cu 함량에 있어서, 넓은 범위, 즉, 57.9 내지 74.9를 갖는다. 이러한 사전에 공지된 합금의 그레인 크기는 15 ㎛ 이하도록 조절된다. P 함량은 원하는 특성을 달성하기 위해 제공된다. 표 1의 합금 12는 하기 조성을 갖는다: 63.8 중량% Cu, 0.1 중량% Fe, 0.07 중량% P 및 1.0 중량% Sn, 잔부인 Zn. Mn은 이러한 사전에 공지된 합금에서 승인된 합금화 원소가 아니다.JP S 59153856 A discloses a Cu—Zn alloy with improved corrosion resistance for fabricating a heat exchanger. This alloy has the following composition: 25 to 40 wt % Zn, 0.005 to 0.070 wt % P, 0.05 to 1.0 wt % Sn, 0.005 to 1.3 wt %, total 0.005 to 1.0 wt % Fe and/or 0.005 to 0.3 wt % Pb , the remainder of copper plus inevitable impurities. These previously known Cu—Zn alloys also have a wide range, ie, 57.9 to 74.9, in Cu content. The grain size of this previously known alloy is controlled to be 15 μm or less. The P content is provided to achieve the desired properties. Alloy 12 of Table 1 has the following composition: 63.8 wt% Cu, 0.1 wt% Fe, 0.07 wt% P and 1.0 wt% Sn, balance Zn. Mn is not an approved alloying element in these previously known alloys.

이에 따라, 도입부에서 논의된 이러한 종래 기술을 기초로 하여, 본 발명은 CuZn42 합금과 비교하여 개선된 기계 가공 특성을 갖는 무연 Cu-Zn 합금을 제시하는 목적을 기초로 한 것으로서, 이러한 제시된 합금은 단순한 구조를 가지고, 원하는 양호한 기계 가공성을 달성하기 위해 어떠한 특수한 제작 단계를 필요로 하지 않는 것이다.Accordingly, on the basis of this prior art discussed in the introduction, the present invention is based on the object of presenting a lead-free Cu-Zn alloy with improved machinability properties compared to CuZn42 alloy, wherein this presented alloy is a simple It has a structure and does not require any special fabrication steps to achieve the desired good machinability.

도 1은 본 발명에 따른 합금으로 얻어질 수 있는 칩 형상을 도시한 것이다.1 shows a chip shape obtainable with an alloy according to the present invention.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 CuZn42 합금과 비교하여 개선된 기계 가공 특성을 갖는 무연 Cu-Zn 합금으로서,According to the present invention, this object is a lead-free Cu-Zn alloy having improved machinability properties compared to CuZn42 alloy,

- Cu: 57 내지 59.3%- Cu: 57 to 59.3%

- Fe: 0.12 내지 0.17%(제1 대안예) 또는- Fe: 0.12 to 0.17% (first alternative) or

Fe: 최대 0.06 % 및 Mn: 0.3 내지 0.7%(제2 대안예) Fe: at most 0.06% and Mn: 0.3 to 0.7% (second alternative)

- P: 0.03 내지 0.1%-P: 0.03 to 0.1%

- Sn: 최대 1.0%,- Sn: up to 1.0%,

- Pb: 최대 0.1%, - Pb: max. 0.1%;

- 불가피한 불순물과 함께 Zn으로 구성된 잔부(불가피한 불순물은 원소 당 최대 0.05%를 허용하며, 불가피한 불순물의 총합은 0.15%를 초과하지 않지 않음)로 구성되며(데이터는 중량% 단위로 제공됨),- consisting of the remainder consisting of Zn with unavoidable impurities (unavoidable impurities allow up to 0.05% per element, the sum of unavoidable impurities not exceeding 0.15%) (data are given in wt%);

- 하기 원소들은 특정된 함량까지 허용하는 무연 Cu-Zn 합금에 의해 달성된다:- the following elements are achieved by a lead-free Cu-Zn alloy which allows up to the specified content:

Ni: 최대 0.03%,Ni: 0.03% max;

Al: 최대 0.05%,Al: up to 0.05%;

Si: 최대 0.01%,Si: up to 0.01%;

Cr: 최대 0.01%.Cr: 0.01% max.

불가피한 불순물은 원소 당 0.05 중량% 허용되며, 여기서, 불가피한 불순물의 총합은 0.15 중량%를 초과하지 않는다.An unavoidable impurity is allowed at 0.05% by weight per element, wherein the sum of the unavoidable impurities does not exceed 0.15% by weight.

청구된 발명의 측면에서 합금은 이의 Pb 함량이 0.1 중량%를 초과하지 않는 경우 무연인 것으로 간주된다.In the context of the claimed invention an alloy is considered lead-free if its Pb content does not exceed 0.1% by weight.

이러한 합금은 제1 대안예 또는 제2 대안예 하에서의 합금의 설계에 따라, 철 포스파이드 또는 망간 포스파이드가 형성되도록, P를 함유한다. 상기 비율의 인의 첨가는 캐스팅에 대해 긍정적인 효과를 갖는데, 왜냐하면, 인은 그레인-감소 효과를 갖기 때문이다. 이는 원하는 개선된 기계 가공성에 긍정적인 효과를 갖는다. 이러한 맥락에서, 합금으로부터 생산된 워크피스가 가압 후 수 켄칭(water quenching)과 같은 추가 조지를 필요로 하지 않으면서 미세한 그레인을 갖는다는 것은 중요한 것이다. 청구된 합금의 조성으로 인해, 압출된 반제품은 이미 충분히 미세한 그레인을 갖는다. 또한, 매트릭스에 함유된 미분된 포스파이드는 칩 파괴 효과를 갖는다. 이러한 합금으로 제조된 워크피스의 기계 가공 동안 생성된 칩은 이의 칩 형상(부서지는 칩 또는 매우 짧은 나선형 칩)으로 인해 CuZn42 합금의 기계 가공 동안 생산된 것보다 상당히 더 우수하고, 납-함유 기계 가공 CuZn39Pb3 합금의 기계 가공 동안 생산된 것과 매우 유사하다. 포스파이드를 형성하기 위한 인의 첨가에도 불구하고, 이러한 합금으로부터 제조된 제품의 강도 특성이 비교 CuZn42 합금의 강도 특성과 일치하는 것이 필수적이다. 개선된 칩 파괴 이외에, 기계 가공에 의해 얻어진 표면 품질은 납이 첨가된 선행 합금 CuZn39Pb3을 기계 가공함으로써 얻어진 것과 유사하다. 매트릭스에 분포된 포스파이드로 인해 및 이에 따라 CuZn42 및 CuZn39Pb3 합금과 비교하여 더욱 불균질한 매트릭스로 인해 낮은 표면 품질이 실제로 예상되었기 때문에, 이러한 것이 관찰되는 것은 놀라운 것이다.This alloy contains P such that iron phosphide or manganese phosphide is formed, depending on the design of the alloy under the first alternative or the second alternative. The addition of phosphorus in this proportion has a positive effect on casting, since phosphorus has a grain-reducing effect. This has a positive effect on the desired improved machinability. In this context, it is important that the workpiece produced from the alloy has a fine grain without requiring additional processing such as water quenching after pressing. Due to the composition of the claimed alloy, the extruded semi-finished product already has a sufficiently fine grain. In addition, the finely divided phosphide contained in the matrix has a chip breaking effect. The chips produced during machining of workpieces made of these alloys are significantly better than those produced during machining of CuZn42 alloys due to their chip shape (brittle chips or very short spiral chips), lead-containing machining Very similar to that produced during machining of CuZn39Pb3 alloy. Despite the addition of phosphorus to form phosphides, it is essential that the strength properties of articles made from these alloys match those of the comparative CuZn42 alloy. Besides improved chip fracture, the surface quality obtained by machining is similar to that obtained by machining the leaded alloy CuZn39Pb3. It is surprising to observe this, as low surface quality was actually expected due to the phosphides distributed in the matrix and thus due to the more heterogeneous matrix compared to the CuZn42 and CuZn39Pb3 alloys.

마찬가지로, 포스파이드는 특히, 상승된 온도에서, 미세구조의 재결정화 억제제로서 작용할 것으로 예상되지 않을 수 있다.Likewise, phosphides may not be expected to act as inhibitors of recrystallization of microstructures, especially at elevated temperatures.

이에 따라, P 함량은 0.1 중량%로 제한된다. 더 높은 P 함량에서, 포스파이드의 그레인 조면화가 일어난다. 이는 기계 가공뿐만 아니라, 특정의 표면 처리, 예를 들어, 폴리싱 또는 코팅에 불리하다. 더 굵은 포스파이드가 합금으로부터 생산된 워크피스의 내마모성을 개선시키지만, 이는 상기 언급된 다른 단점들을 보완하지 않는다. P 함량이 0.03 중량% 미만인 경우에, 상술된 유리한 특성은 단지 불충분하게 발생하거나 전혀 발생하지 않는다.Accordingly, the P content is limited to 0.1% by weight. At higher P content, grain roughening of the phosphides occurs. This is disadvantageous not only for machining, but also for certain surface treatments such as polishing or coating. Although coarser phosphide improves the wear resistance of workpieces produced from the alloy, it does not compensate for the other disadvantages mentioned above. When the P content is less than 0.03% by weight, the above-mentioned advantageous properties occur only insufficiently or not at all.

원소 Fe 및 Mn의 함량은 기술된 함량으로 제한된다. 더 많은 Fe 또는 Mn이 사용되는 경우에, 이는 그레인의 조면화를 초래한다. 언급된 한계 미만에서, 원하는 포스파이드는 기계 가공-개선 특성을 달성하는 데 충분한 정도까지 발달하지 못한다.The contents of the elements Fe and Mn are limited to the stated contents. If more Fe or Mn is used, this results in roughening of the grains. Below the stated limits, the desired phosphides do not develop to a sufficient extent to achieve machinability-improving properties.

Sn은 합금화에 관여될 수 있고, 기계 가공성을 지원한다. Sn은 또한, 용융물의 형성의 측면에서 유리하다. P의 포함은 용융물을 희석한다. Sn은 이와 반대로 작용한다. 또한, 용융물에서 Sn은 탈산화 효과를 가질 수 있다. Sn은 합금 내에 혼합된 결정에서의 용해도 한계 미만으로 혼입된다. 그렇지 않으면, Sn-함유 γ-상이 형성되고, 이에 합금 제품에 취성 영향을 미칠 위험이 있다. Sn이 합금화 원소로서 사용되는 경우에, 개선된 기계 가공성은 한편으로, 상술된 포스파이드의 효과, 및 다른 한편으로, Sn의 작용 메커니즘으로 인한 것이다. 두 작용 메커니즘 모두는 서로 보완한다. Sn의 포함은 또한, Sn 옥사이드를 형성함으로써 건식 기계 가공에서 도움을 주는데, 옥사이드가 공구 표면으로 보호적으로 이동하기 때문에 공구 마모를 감소시킨다. 특히 단순한 합금 구조가 요망되는 경우에, Sn 선호 기계 가공(Sn favoring machining)을 기초로 하는 작용 원리가 제거될 수 있다. 이러한 구체예에서, Sn은 합금화 원소로서 사용되지 않고, 단지 최대 0.1 중량%의 비율로 허용된다.Sn can be involved in alloying and support machinability. Sn is also advantageous in terms of the formation of a melt. The inclusion of P dilutes the melt. Sn works in the opposite way. In addition, Sn in the melt may have a deoxidizing effect. Sn is incorporated below the solubility limit in the mixed crystals in the alloy. Otherwise, there is a risk that a Sn-containing γ-phase is formed, which has a brittle effect on the alloy product. When Sn is used as the alloying element, the improved machinability is due, on the one hand, to the effect of the phosphides described above and, on the other hand, to the mechanism of action of Sn. Both mechanisms of action complement each other. The inclusion of Sn also aids in dry machining by forming Sn oxide, which reduces tool wear as the oxide moves protectively to the tool surface. Especially in the case where a simple alloy structure is desired, the working principle based on Sn favoring machining can be eliminated. In this embodiment, Sn is not used as an alloying element and is only allowed in a proportion of up to 0.1% by weight.

허용되는 수반되는 원소들은 본 발명에 따른 합금으로부터 제조된 워크피스의 기계 가공성 개선에 영향을 미치지 않고, 적어도 크지 않게, 영향을 미친다. 이에 따라, 재활용 물질은 어떠한 단점을 허용하지 않고 이러한 합금을 제조하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 바람직하게는 폐쇄형 사이클로부터의 재활용 물질이 사용되며, 즉, 단일-타입 재활용 물질이 사용된다. 예를 들어, 이의 조성과 관련하여, 하나 이상의 원소가 존재하지 않거나, 적절한 비율로 존재하지 않는 재활용 물질이 사용되는 경우에, 이러한 원소가 재활용 물질에 첨가될 수 있다. 이는 특히 원소 P에 적용하는데, 이는 본 발명에 필수적이고, 통상적인 재활용 물질을 사용할 때 일반적으로 존재하지 않는다.The permissible concomitant elements do not affect, at least insignificantly, affect the improvement of the machinability of the workpiece produced from the alloy according to the invention. Accordingly, recycled materials can be used to make these alloys without accepting any disadvantages. For this purpose, preferably recycled material from a closed cycle is used, ie a single-type recycled material is used. For example, with respect to its composition, if one or more elements are not present, or if a recycled material is used which is not present in an appropriate proportion, these elements may be added to the recycled material. This applies in particular to element P, which is essential for the invention and is generally not present when using customary recycled materials.

본 발명에 따른 합금의 아연 당량은 대략 39 내지 42이며, 이에 따라, 합금 제품은 α/β 구조를 갖는다. 아연 당량은 통상적으로, CuZn42 합금에 비해 약간 더 낮으며, 결과적으로, α-상의 형성은 비교 합금에 비해 선호된다. 이는 이러한 합금으로부터 제조된 제품(워크피스)의 냉간 성형성에 긍정적인 영향을 미친다. 이는 원소 Fe 및/또는 Fe 및 Mn이 냉간 성형성이 개선되는 범위까지만 아연 당량을 감소시켰지만 CuZn42 합금으로부터 공지된 양호한 열간 성형성이 여전히 유지되고, 또한, 이미 상술된 포스파이드가 형성되기 때문에 고려된다.The zinc equivalent weight of the alloy according to the invention is approximately 39 to 42, so that the alloy product has an α/β structure. The zinc equivalent is typically slightly lower compared to the CuZn42 alloy and, consequently, the formation of the α-phase is favored over the comparative alloy. This has a positive effect on the cold formability of articles (workpieces) made from these alloys. This is taken into account because the elements Fe and/or Fe and Mn have reduced the zinc equivalent only to the extent that the cold formability is improved, but the good hot formability known from the CuZn42 alloy is still maintained, and also the phosphides already described above are formed. .

본 발명에 따른 합금의 특별한 특징은 개선된 기계 가공성이 오로지 합금의 특별한 조성을 기초로 하며, 특정 제작 또는 가공 단계와 같은 추가 조치가 필요하지 않다는 것이다. 이에 따라, 합금으로부터 제조된 반제품(워크피스)은 일반적인 제작 공정을 이용하여 제조될 수 있다. 이는 또한, 최종 제품을 제작하기 위해 반제품을 가공하기 위해, 특정 강도 및/또는 구조적 특성을 셋팅하기 위한 개개 처리 단계가 수행될 수 있는 장점을 갖는다. 이에 따라, 이러한 것은 반제품을 제조하기 위한 제작 공정에 의해 아직 소비되지 않는다. 이러한 맥락에서, 개선된 기계 가공 특성이 추가 공정 단계 없이 달성되지만, 원하는 경우에, 이러한 것은 특수 처리 단계, 예를 들어, 칩 파괴 및 이에 따라 기계 가공성을 개선시키기 위한 냉간 성형을 통해 압출 후에 다시 증가될 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.A special feature of the alloy according to the invention is that the improved machinability is based solely on the specific composition of the alloy and no further measures such as specific fabrication or processing steps are required. Accordingly, the semi-finished product (workpiece) manufactured from the alloy can be manufactured using a general manufacturing process. It also has the advantage that individual processing steps can be carried out to set specific strength and/or structural properties in order to process the semi-finished product to produce the final product. Accordingly, they are not yet consumed by the manufacturing process for producing semi-finished products. In this context, improved machinability properties are achieved without further processing steps, but, if desired, they increase again after extrusion through special treatment steps, for example chip breaking and thus cold forming to improve machinability. Needless to say it could be.

시험exam

하기 명시된 합금으로부터(데이터는 중량% 단위로 제공됨): From the alloys specified below (data given in weight %):

Figure pat00001
Figure pat00001

시편은 압출 후 스트레칭된 각각 40 mm의 직경을 갖는 막대 스톡(bar stock)으로 캐스팅 및 후속 압출에 의해 제조되었다. 기계 가공 시험을 시편 조각에서 수행하였다. 합금 1 내지 합금 3은 본 발명에 따른 합금이다.Specimens were prepared by casting and subsequent extrusion into bar stock, each having a diameter of 40 mm, stretched after extrusion. Machining tests were performed on specimen pieces. Alloys 1 to 3 are alloys according to the present invention.

기계 가공 시험을 1 mm의 절단 깊이 및 0.1 mm의 이송으로 이루어진 200 m/분의 절단 속도에서 외부 종방향 터닝(turning)에 의해 모든 시편에 대해 균일하게 수행하였다.Machining tests were performed uniformly on all specimens by external longitudinal turning at a cutting speed of 200 m/min with a cutting depth of 1 mm and a feed of 0.1 mm.

시험 결과는 0에서 100까지의 지수(index)의 형태로 평가되었다. 이러한 시스템에서, 비교 합금 CuZn42는 다양한 절단 지수에 대하여 지수 50을 갖는다. 지수가 높을수록, 결과는 더 우수하다.The test results were evaluated in the form of an index from 0 to 100. In this system, the comparative alloy CuZn42 has an index of 50 for various cut indices. The higher the index, the better the result.

칩 형상, 절삭력, 공구 마모, 및 절단으로 인한 표면 품질을 시험하였다.Chip shape, cutting force, tool wear, and surface quality due to cut were tested.

시험 결과는 하기 표에 제공된다:The test results are provided in the table below:

Figure pat00002
Figure pat00002

본 발명에 따른 합금으로 얻어질 수 있는 칩 형상을 예시하기 위해, 도 1이 참조되는데, 도 1은 원하는 칩 파괴 형상을 나타내는 비교 합금 CuZn39Pb3(좌측) 및 본 발명에 따른 합금 1(우측)의 칩 파괴의 비교를 도시한 것이다. 이러한 비교는, 본 발명에 따른 합금은 무연 비교 합금 CuZn42에 비해 상당히 개선된 칩 형상을 달성함을 예시한 것이다. 기계 가공된 합금 2 및 3의 칩 형상은 합금 1에 대해 도 1에 도시된 것과 일치한다.To illustrate the chip shape obtainable with the alloy according to the present invention, reference is made to Fig. 1 , which is a chip of comparative alloy CuZn39Pb3 (left) and alloy 1 according to the present invention (right) showing the desired chip fracture shape. A comparison of destruction is shown. This comparison illustrates that the alloy according to the present invention achieves a significantly improved chip shape compared to the lead-free comparative alloy CuZn42. The chip shapes of machined alloys 2 and 3 match those shown in FIG. 1 for alloy 1.

다소 더 높은 절삭력은 본 발명에 따른 합금을 절단하기 위해 요구된다. 그 이유는 합금에 포스파이드가 함유되었기 때문이지만, 이는 더 양호한 칩 파괴, 및 이에 따라, 전체 개선된 기계 가공성의 원인이 된다. 기계 가공성과 관련하여, 칩 형상은 관련된 인자로서, 이에 따라, 이와 관련하여, 비교 합금과 비교하여 다소 더 높은 절삭력이 허용될 수 있다.A somewhat higher cutting force is required to cut the alloy according to the invention. The reason is that the alloy contains phosphides, but this contributes to better chip breakage and thus overall improved machinability. With regard to the machinability, the chip shape is a relevant factor and therefore, in this regard, somewhat higher cutting forces can be tolerated compared to comparative alloys.

본 발명에 따른 합금이 CuZn42 합금과 비교하여 개선된 공구 마모 지수를 갖는 것이 중요하다. 이는 예상치 못한 것이었다.It is important that the alloy according to the invention has an improved tool wear index compared to the CuZn42 alloy. This was unexpected.

본 발명에 따른 합금의 표면 품질은 2개의 비교 합금으로 달성되는 것과 실질적으로 일치하며, 이에 따라, 이와 관련하여 어떠한 단점도, 적어도 주목할 만한 단점도 허용되지 않아야 한다.The surface quality of the alloy according to the invention is substantially consistent with that achieved with the two comparative alloys, and therefore no disadvantages, at least notable disadvantages, should be tolerated in this regard.

본 발명에 따른 합금의 기계적 강도 값은 하기 표에 제공되어 있다:The mechanical strength values of the alloys according to the invention are given in the table below:

Figure pat00003
Figure pat00003

가압시 조건에서 시편으로부터 얻어진, 본 발명에 따른 합금으로부터 제조된 반제품의 이러한 기계적 특성은 비교 합금에 비해 상당히 개선된 인장 강도 및 더 높은 경도를 갖는다는 것을 명확히 하는 것이다. 파단 신율은 비교 합금의 파단 신율과 유사하다. 이는 항복 강도에 적용되는데, 이는 비교 합금에 대해 결정된 항복 강도보다 합금 3의 경우에 상당히 더 높다. 이에 따라, 개선된 기계 가공성에도 불구하고, 본 발명에 따른 합금의 기계적 강도 값과 관련하여 어떠한 단점도 받아들일 필요가 없다. 대신, 이러한 것은 심지어 개선된다.It is clear that these mechanical properties of the semi-finished product made from the alloy according to the invention, obtained from the specimen under pressure conditions, have significantly improved tensile strength and higher hardness compared to the comparative alloy. The elongation at break is similar to the elongation at break of the comparative alloy. This applies to the yield strength, which is significantly higher for alloy 3 than the yield strength determined for the comparative alloy. Accordingly, in spite of the improved machinability, it is not necessary to accept any disadvantages with respect to the mechanical strength values of the alloys according to the invention. Instead, these are even improved.

가압 동안 이미 확립된 긍정적인 구조적 특성으로 인해, 합금으로부터 제조된 반제품은 매우 다양한 적용을 위해 사용될 수 있다.Due to the positive structural properties already established during pressing, semi-finished products made from alloys can be used for a wide variety of applications.

Claims (5)

CuZn42 합금과 비교하여 기계 가공 특성이 개선된 무연 Cu-Zn 합금으로서,
- Cu: 57 내지 59.3%
- Fe: 0.12 내지 0.17%(제1 대안예) 또는
Fe: 최대 0.06 % 및 Mn: 0.3 내지 0.7%(제2 대안예)
- P: 0.03 내지 0.1%
- Sn: 최대 1.0%,
- Pb: 최대 0.1%,
- 불가피한 불순물과 함께 Zn으로 구성된 잔부(불가피한 불순물은 원소 당 최대 0.05% 허용되며, 불가피한 불순물의 총합은 0.15%를 초과하지 않음)로 구성되며(데이터는 중량% 단위로 제공됨),
- 하기 원소들은 특정 함량까지 허용되는, 무연 Cu-Zn 합금:
Ni: 최대 0.03%,
Al: 최대 0.05%,
Si:최대 0.01%,
Cr: 최대 0.01%.
As a lead-free Cu-Zn alloy with improved machinability compared to CuZn42 alloy,
- Cu: 57 to 59.3%
- Fe: 0.12 to 0.17% (first alternative) or
Fe: at most 0.06% and Mn: 0.3 to 0.7% (second alternative)
-P: 0.03 to 0.1%
- Sn: up to 1.0%,
- Pb: max. 0.1%;
- consisting of the remainder consisting of Zn with unavoidable impurities (unavoidable impurities are allowed up to 0.05% per element, the sum of unavoidable impurities not exceeding 0.15%) (data are given in wt%);
- lead-free Cu-Zn alloys, in which the following elements are allowed up to a certain amount:
Ni: 0.03% max;
Al: up to 0.05%;
Si: up to 0.01%,
Cr: 0.01% max.
제1항에 있어서, 제1 대안예에 따른 합금에서의 Fe 함량이 0.13 내지 0.15%인 것을 특징으로 하는, Cu-Zn 합금.The Cu-Zn alloy according to claim 1, characterized in that the Fe content in the alloy according to the first alternative is between 0.13 and 0.15%. 제1항에 있어서, 제2 대안예에 따른 합금에서의 Fe 함량이 0.04% 이하이며, Mn 함량이 0.35 내지 0.55%인 것을 특징으로 하는, Cu-Zn 합금.The Cu-Zn alloy according to claim 1, characterized in that the Fe content in the alloy according to the second alternative is not more than 0.04% and the Mn content is 0.35 to 0.55%. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, P 함량이 0.05 내지 0.08%인 것을 특징으로 하는, Cu-Zn 합금.4. Cu-Zn alloy according to any one of the preceding claims, characterized in that the P content is between 0.05 and 0.08%. 제1 대안예에 따른 제1항 또는 제2항에 있어서, 합금이 0.8 내지 1.0%의 Sn 함량을 가지며, 이의 P 함량이 최대 0.04%인 것을 특징으로 하는, Cu-Zn 합금.Cu-Zn alloy according to claim 1 or 2 according to the first alternative, characterized in that the alloy has a Sn content of 0.8 to 1.0%, and its P content is at most 0.04%.
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