KR20230014670A - 무연 황동 합금 및 그 용도 - Google Patents

Abstract

본 발명은 57.0 내지 60.0%의 Cu, 1.0 내지 2.0%의 Al, 1.5 내지 2.5%의 Mn, 0.1 내지 1.0%의 Fe, 0.5% 이하의 Ni, 0.5% 이하의 Sn, 0.5 내지 2.0%의 Si, 0.1% 미만의 Pb, 잔부의 Zn 및 또한 불가피한 불순물을 함유하고, 여기서 구리 당량(CuEq)은 52.0 내지 58.0%의 범위인 무연 황동 합금에 관한 것이다.

Description

무연 황동 합금 및 그 용도{Lead-free brass alloy and use thereof}

본 발명은 무연(lead-free) 황동 합금과 그 용도에 관한 것이다.

US 10,287,653 B2는 그 특허의 청구항 1에 재현된 조성을 가진 무연 황동 합금을 개시하고 있다. 알려진 황동 합금은 51% 내지 약 58% 범위의 아연 당량을 갖는다. 제안된 이 황동 합금은 터보차저용 베어링을 생산하기에 특히 적합하다.

산업계는 유압 펌프 및 유압 구성요소용 부품의 제조에 특히 적합한 무연 황동 합금을 구하고 있다.

본 발명의 목적은 우수한 기계가공성, 긴급시의 조작 특성, 오일 적합성 등에서 주목할 만한 무연 황동 합금을 특정하는 것이다. 황동 합금은 유압 펌프 및 유압 구성요소용 부품을 제조하는 데 특히 적합하다.

이 목적은 청구항 1 및 청구항 7의 특징에 의해 달성된다. 적절한 실시형태는 종속항의 특징으로부터 명백하다.

본 발명에 따라 제안된 것은 57.0 내지 60.0%의 Cu, 1.0 내지 2.0%의 Al, 1.5 내지 2.5%의 Mn, 0.1 내지 1.0%의 Fe, 0.5% 이하의 Ni, 0.5% 이하의 Sn, 0.5 내지 2.0%의 Si, 0.1% 미만의 Pb, 잔부의 Zn 및 또한 불가피한 불순물을 함유하고, 여기서 구리 당량(CuEq)은 52.0 내지 58.0%의 범위인 무연 황동 합금이다.

규정된 구리 당량(CuEq)은 다음과 같이 계산된다:

1) Si_free = Si · 3.26 - (Fe+Mn) < 0이면,

CuEq = Cu / {[100 - Fe - Mn + (|Si_free|·0.7) - Al + (Al·6) - Si)] / 100}

2) Si_free = Si · 3.26 - (Fe+Mn) > 0이면,

CuEq = Cu / {[100 - Fe - Mn - Al + (Al·6) - Si + ((Si_free/3.26)·10)] / 100}

Cu: % 구리

Fe: % 철

Al: % 알루미늄

Si: % 실리콘

본 설명의 목적 상 [%]는 중량%인 것으로 이해된다.

상기 구리 당량(CuEq)의 계산에서 케이스 번호 1과 2의 2 가지 케이스가 구별된다. 케이스 번호 1에서, 합금에 유리 실리콘 Si_free이 없다. 이 경우, 합금 중의 실리콘은 Fe 및/또는 Mn과 완전히 결합된다. 금속간 Fe-Mn-Si 화합물이 형성된다.

케이스 번호 2에서, 합금에 유리 실리콘 Si_free이 있다. 합금 중의 유리 실리콘 Si_free은 상태도에서 β 상의 방향으로 강한 시프트를 생성하므로 제 1 케이스 및 제 2 케이스 사이의 구별이 필요하다. 이 경우, 상태도에서 β 상 방향의 시프트는 완전히 결합된 실리콘의 경우보다 약 10 배 더 강하다(상기 케이스 번호 1의 계산을 참조할 것).

52.0 내지 58.0% 범위의 구리 당량(CuEq)을 갖는 제안된 황동 합금은 종래의 유연 합금(lead-containing alloy)과 동등한 마찰 특성을 보이는 것으로 나타났다. 제안된 무연 황동 합금은 우수한 기계가공성, 긴급시의 조작 특성, 오일 적합성 등에서 또한 주목할 만하다.

하나의 유리한 실시형태에 따르면, Si는 1.0% 이하의 양으로 함유된다. 이러한 방식으로 특히 적절한 β 상 함량이 확립된다.

다른 실시형태에 따르면, Sn은 0.2% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 더 바람직하게는 0.06% 미만의 양으로 함유된다. Sn은 합금의 완화 저항(relaxation resistance)을 증가시킨다.

제안된 무연 황동 합금은 1.0% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하의 양으로 니켈을 함유할 수 있다. 또한, 0.5% 이하, 바람직하게는 0.4% 이하의 양으로 Fe가 함유될 수 있다. Mn은 2.1% 이하의 양으로 함유될 수 있다. 전술한 원소는 합금 중의 금속간화합물 상의 형성을 위해 첨가된다. 금속간화합물 상은 합금의 내마모성 및 전성을 향상시킨다.

또한 본 발명에 따르면, 유압 펌프 및 유압 구성요소의 부품을 제조하기 위한 본 발명의 무연 황동 합금의 용도가 제안된다. 이 부품은 특히 다음의 그룹으로부터 선택될 수 있다: 슬라이딩 블록, 디스트리뷰터 플레이트(distributor plate), 유지 세그먼트, 베어링 부시.

제안된 황동 합금을 유압 펌프 및 유압 구성요소의 부품을 제조하기에 특히 적합하게 만드는 것은 그 우수한 마찰 특성이다.

본 발명의 하나의 예시적인 실시형태에 따르면, 본 발명의 합금은, 예를 들면, 다음의 조성을 갖는다:

합금 성분	중량%
Cu	57.96
Al	1.56
Mn	1.94
Fe	0.36
Ni	0.06
Sn	0.01
Si	0.59
Pb	0.02

위에 표시된 조성을 갖는 합금은 다음의 표에 표시된 특성을 보인다:

특성	마찰 계수/마모
마찰 계수, 윤활 핀온디스크법(pin-on-disc method)에서 52 N·mm-2의 표면 하중과 1.65 m/s의 마찰 속도로 95 ℃에서 3 대 1의 비율의 Spirax/Fusus 혼합물의 스플래시 윤활(splash lubrication)	0.11
마모, 윤활, km/g 핀온디스크법에서 52 N·mm-2의 표면 하중, 1.65 m/s의 마찰 속도 및 2500 m의 거리로 95 ℃에서 3 대 1의 비율의 Spirax/Fusus 혼합물의 스플래시 윤활	226 km/g
마찰 계수, 건조 핀온디스크법에서 10 N·mm-2의 표면 하중과 0.55 m/s의 마찰 속도	0.20
마모, 건조, km/g 핀온디스크법에서 10 N·mm-2의 표면 하중과 250 m에 대한 0.55 m/s의 마찰 속도	121 km/g

본 발명의 합금의 우수한 마찰 특성은 유압 펌프 및 유압 구성요소, 더 구체적으로는 슬라이딩 블록, 디스트리뷰터 플레이트, 유지 세그먼트 및 베어링 부시를 제조하기에 특히 적합하게 한다.

Claims (8)

1. 무연 황동 합금으로서,
   57.0 내지 60.0%의 Cu,
   1.0 내지 2.0%의 Al,
   1.5 내지 2.5%의 Mn,
   0.1 내지 1.0%의 Fe,
   0.5% 이하의 Ni,
   0.5% 이하의 Sn,
   0.5 내지 2.0%의 Si,
   0.1% 미만의 Pb,
   잔부의 Zn, 및 또한
   불가피한 불순물을 함유하고,
   여기서 구리 당량(CuEq)은 52.0 내지 58.0%인, 무연 황동 합금.
2. 제 1 항에 있어서,
   1.0% 이하의 양의 Si를 함유하는, 무연 황동 합금.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   0.2% 이하, 바람직하게는 0.1% 이하, 더 바람직하게는 0.06% 미만의 양의 Sn을 함유하는, 무연 황동 합금.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   1.0% 이하, 바람직하게는 0.5% 이하의 양의 Ni을 함유하는, 무연 황동 합금.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   0.5% 이하, 바람직하게는 0.4% 이하의 양의 Fe를 함유하는, 무연 황동 합금.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   2.1% 이하의 양의 Mn을 함유하는, 무연 황동 합금.
7. 유압 펌프 및 유압 구성요소용 부품을 제조하기 위한 제 1 항 내지 제 6 항에 따른, 무연 황동 합금의 용도.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 부품은 슬라이딩 블록, 디스트리뷰터 플레이트(distributor plate), 유지 세그먼트, 베어링 부시로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는, 무연 황동 합금의 용도.