WO2018033972A1 - 被削性に優れたＣｕ合金、このＣｕ合金製の押出しパイプ部材およびシンクロナイザーリング - Google Patents

被削性に優れたＣｕ合金、このＣｕ合金製の押出しパイプ部材およびシンクロナイザーリング Download PDF

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a Cu alloy having excellent mechanical properties and wear resistance, and excellent in machinability, and in particular, a Cu alloy suitable as a synchronizer ring that is a part for a manual transmission of an automobile, and this
  • the present invention relates to an extruded pipe member made of a Cu alloy and a synchronizer ring.
  • a copper alloy is used, for example, as a synchronizer ring for a manual transmission.
  • Synchronizer rings are already well known and a schematic perspective view is shown in FIG. The inner surface 1 of the synchronizer ring is subjected to synchronous sliding with a rotating tapered cone under high surface pressure and intermittent surface contact when the synchronizer ring is detached therefrom.
  • a key groove 3 into which a key is fitted is formed on the outer peripheral surface of the synchronizer ring, and chamfers 2 are provided at predetermined intervals along the outer edge of the synchronizer ring.
  • This chamfer has a structure that engages with a hub sleeve as a counterpart member.
  • Patent Document 1 Zn: 20 to 40% by weight, Al: 2 to 11% by weight, one or more of Fe, Ni, and Co: 1 to 5% by weight, Ti: 0.1 to 4% by weight
  • Patent Document 2 Zn: 28 to 34%, Al: 1.5 to 4%, Mn: 2 to 4.5%, Si: 0.5 to 2%, Cr: 0.005% by mass.
  • a Cu alloy synchronizer ring having a composition containing 05-0.5%, Ni: 0.2-0.6%, Fe: 0.02-0.5%, and the remainder consisting of Cu and inevitable impurities
  • the ⁇ -phase substrate shown in the Cu-Zn phase diagram is uniformly dispersed with relatively coarse crystallized crystals and ultrafine precipitates composed of intermetallic compounds.
  • the ⁇ phase shown in FIG. Forms coarse crystallized products and ultrafine precipitates, resulting in fatigue It has been proposed to improve strength and wear resistance.
  • Patent Document 3 Zn: 27-33%, Al: 3-4.5%, Ni: 1.5-3%, Ti: 1-2%, Mn: 0.2-% by mass.
  • a Cu alloy synchronizer ring having a composition containing 0.7%, Fe: 0.05 to 0.5%, Si: 0.01 to 0.1%, and the balance consisting of Cu and inevitable impurities,
  • the ⁇ -phase substrate shown in the Zn-based phase diagram is uniformly dispersed with relatively coarse crystallized crystals and ultrafine precipitates composed of intermetallic compounds.
  • the fatigue strength of the chamfer part of the synchronizer ring is increased, and by containing a predetermined amount of Ni, Ti, and Fe, an intermetallic compound Forms coarse crystallized material and ultrafine precipitates, resulting in fatigue strength It has been proposed to improve the degree and wear resistance.
  • Patent Document 4 Cu: 62.5 to 67.5%, Al: 4.5 to 5.5%, Ni: 2.7 to 3.7%, Ti: 1.0 to 2.0 %, Mn: 0.05 to 0.35%, and in a Cu alloy synchronizer ring having a composition consisting of Zn and inevitable impurities, the formula: ⁇ ZN + 6 ⁇ ( Al-0.9) ⁇ / ⁇ Cu-1.3 + ZN + 6 ⁇ (Al-0.9) ⁇ has a zinc equivalent within the range of 0.4 to 0.46, and the base structure is Cu : ⁇ -phase containing 65 to 74%, Al: 2.5 to 4.5%, Ni: 0.5 to 2.5%, Ti: 0.05 to 0.6%, Cu: 62 to 71 %, Al: 3.5 to 6.0%, Ni: 0.3 to 2.3%, Ti: 0.05 to 0.6% ⁇ 'phase two-phase structure It has been proposed to improve the plastic flow resistance when used in a highly exothermic environment.
  • a Cu alloy synchronizer ring normally melts a molten Cu alloy so as to have a predetermined composition, casts the obtained molten metal into a mold to produce a billet of a predetermined size, and hot extrudes the billet.
  • a Cu alloy pipe is manufactured, and then the pipe is manufactured to have a predetermined width (height).
  • the main focus is on improving strength, toughness, wear resistance, fatigue resistance, etc. in order to meet the demands from the usage environment.
  • the wear resistance is improved by dispersing intermetallic compounds in the substrate.
  • the present invention provides a Cu alloy having excellent machinability as one aspect thereof, and is in mass%, Zn: 25% to 43%, Al: 2.0% or more. 8.0% or less, Ti: 0.10% to 5.0%, Cr: 0.010% to 0.040%, C: 0.0005% to 0.010%, Fe, Ni and Co One or two or more selected from among these are contained in a total of 1.0% or more and 5.0% or less, and the composition is composed of the remaining Cu and inevitable impurities.
  • the Al content is more preferably 2.0% to 6.0%
  • the Ti content is more preferably 0.10% to 2.0%.
  • Another aspect of the present invention is an extruded pipe member that is made of the above-described Cu alloy.
  • Another aspect of the present invention is a synchronizer ring, which is made of the above-described Cu alloy.
  • the Cu alloy according to the present invention has the above-described composition, thereby reducing the amount of intermetallic compound that lowers the machinability, while fine carbides are dispersed in the substrate by Cr and C as trace components.
  • the strength, toughness and wear resistance of the Cu alloy are ensured, it has strength, toughness and wear resistance comparable to those of conventional Cu alloys, and excellent machining compared to conventional Cu alloys. Have sex.
  • a synchronizer ring having a higher processing efficiency than conventional and having high strength, toughness and wear resistance required as a synchronizer ring is Obtainable.
  • the Cu alloy of the present invention has a composition comprising the following elements.
  • the Zn component in the Cu alloy of the present invention has the effect of improving the strength, toughness and wear resistance of the Cu alloy by coexisting with Al.
  • the Zn content is less than 25% by mass (hereinafter simply referred to as “%”)
  • the area ratio of the ⁇ phase occupying the substrate decreases and the area ratio of the ⁇ phase increases, so the hardness decreases.
  • the desired wear resistance cannot be ensured.
  • the Zn content exceeds 43%, the wear resistance is improved, but the strength, toughness, and hot workability of the Cu alloy tend to decrease due to the appearance of the ⁇ phase. Therefore, the Zn content is 25 to 43%.
  • the Al component improves the strength, toughness and wear resistance of the Cu alloy by coexistence with Zn.
  • Al is one or two selected from Fe, Ni and Co.
  • 2.0% or more of Al is contained.
  • the amount is from 2.0 to 8.0%.
  • the amount of intermetallic compound produced is reduced, so the upper limit of the Al content is 6.0%, and the Al content is reduced. It is more desirable to set it to 2.0 to 6.0%.
  • Ti, Fe, Ni and Co When Ti component coexists with one or two or more iron group component elements selected from Al and Fe, Ni and Co, a fine granular intermetallic compound is formed at the time of solidification, and this refines the structure. At the same time, it has the effect of improving the wear resistance by being dispersed in the substrate. However, if the Ti content is less than 0.10% or the total content of Fe, Ni and Co is less than 1.0%, the effect of refining the structure and the effect of improving wear resistance are reduced, which is not preferable. On the other hand, when the Ti content exceeds 5.0%, or when the total content of Fe, Ni and Co exceeds 5.0%, the toughness of the Cu alloy is lowered, which is not preferable.
  • the Ti content is 0.10 to 5.0%, and the total content of one or more iron group elements selected from Fe, Ni and Co is 1.0 to 5.0%.
  • the upper limit of the Ti content is 2.0%, and the Ti content is 0.10 to 2%. It is more desirable to set it to 0.0%.
  • Ni has a great effect of contributing to the above-described finer structure and improved wear resistance. Therefore, it is more desirable to add Ni as an essential addition, and the lower limit value of Ni in that case may be 1.5%.
  • Cr dissolves in the Cu alloy substrate, increases the strength of the substrate by solid solution strengthening, and complements the decrease in strength and wear resistance of the Cu alloy accompanying the decrease in the amount of intermetallic compound produced.
  • the Cr content is 0.010% or more and 0.040% or less.
  • Mn 2% or more and 4.5% or less and Si: 0.5% or more and 2% or less are added, and Cr is added 0.05% or more and 0% or less.
  • Patent Document 2 Although it is proposed to add 5% or less, the addition of Cr (and Mn, Si) in Patent Document 2 aims to improve wear resistance by forming an intermetallic compound in the alloy.
  • the present invention which aims to reduce the formation of intermetallic compounds, is the purpose of adding Cr, and the action of Cr in a Cu alloy (improvement of wear resistance by solid solution strengthening and precipitation / dispersion of carbides) ) Is clearly different.
  • C in the Cu alloy mainly reacts with component elements such as Ti and Cr to form carbides and is finely distributed in the substrate, thereby increasing the strength and hardness of the Cu alloy and improving wear resistance. At the same time, machinability is improved. However, if the content is less than 0.0005%, carbides are not formed enough to improve wear resistance. On the other hand, if the content exceeds 0.010%, the amount of carbide formed is excessive, and the strength and machinability both decrease due to coarsening of the carbide. Therefore, the C content is set to 0.0005% to 0.010%.
  • the reason for limiting the numerical range of the composition of the Cu alloy of the present invention is as described above.
  • the Vickers hardness HV is A high hardness of 200 or more is obtained, and excellent wear characteristics are exhibited.
  • excellent machinability is achieved in which the number of cuts by the carbide tool for parting is 3000 or more.
  • Al 2.0% to 6.0% and Ti: 0.10% More preferably, it is 2.0% or less.
  • the contents of Al, Ti, and Cr be in a range that satisfies the formula of (Al + Ti + 3Cr) ⁇ 8.1%.
  • the contents of Al and Ti are made as much as possible. This is because the production of intermetallic compounds that deteriorate the machinability is suppressed.
  • the Vickers hardness HV is 200 or more, and in addition to having high hardness and wear resistance, carbide for parting off
  • the machinability of 3200 or more processed by a bite is further improved (refer to the numerical values of the processed numbers of the present inventions 4 to 12 in Table 3 in Examples below).
  • a Cu alloy having the predetermined composition is melted by a high-frequency melting furnace, an ingot is manufactured by die casting, and the ingot is hot forged.
  • an extruded pipe member made of a Cu alloy having a predetermined size is produced by hot extrusion.
  • the Cu alloy extruded pipe member is cut so as to have a predetermined width (height), thereby obtaining a Cu alloy synchronizer ring (material) made of a Cu alloy having a predetermined composition. be able to.
  • the Cu alloy melt of the present invention was melted so as to have the composition shown in Table 1 with a normal high-frequency melting furnace.
  • the obtained molten metal was cast into a mold having a casting temperature of 1,100 ° C. and an inner diameter of 250 mm to produce a Cu alloy ingot having a diameter of 250 mm and a length of 3000 mm.
  • this ingot was cut into a predetermined length and subjected to hot extrusion at 750 ° C. to produce a Cu alloy extruded pipe having an outer diameter of 72 mm and an inner diameter of 54 mm.
  • this pipe was subjected to parting with a width of 10 mm using a carbide tool for parting (model: JIS21 type, carbide tip: ISO M20) to produce the present invention rings 1 to 12 having a height of 10 mm. Further, by cutting the inner and outer diameters of the rings 1 to 12 of the present invention, a Cu alloy synchronizer ring having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 56 mm, and a height of 10 mm was produced.
  • Comparative Rings 1 to 6 are manufactured in the same process as in the above embodiment, and further, by cutting the inner and outer diameters, a Cu alloy having an outer diameter of 70 mm, an inner diameter of 56 mm, and a height of 10 mm. A synchronizer ring was produced.
  • the rings 1 to 12 of the present invention and the comparative rings 1 to 6 per one piece of the carbide tool for parting off are used.
  • the machinability of the Cu alloy of the present invention and the comparative example Cu alloy was evaluated based on the size of the machined number.
  • the cross section of the produced rings of the present invention 1 to 12 and comparative rings 1 to 6 having a height of 10 mm was subjected to a Vickers hardness test (load: 10 kg), and the present invention was determined by the magnitude of the Vickers hardness HV.
  • the wear resistance of the rings 1 to 12 and the comparative rings 1 to 6 was evaluated. Table 3 shows these results.
  • the Cu alloy of the present invention and the synchronizer ring produced therefrom have excellent wear resistance due to the high Vickers hardness HV of 204 to 223, and one bite.
  • the machinability evaluated by the number of cut-off processes per hit is 3004 to 3702 (pieces), which is excellent in machinability, and it can be seen that the machinability is excellent in balance between wear resistance and machinability.
  • the conditions in which the Al content is 2.0% or more and 6.0% or less and the Ti content is 0.10% or more and 2.0% or less, or the respective contents of Al, Ti, and Cr are (Al + Ti + 3Cr).
  • the hardness is slightly inferior to the present inventions 1 to 3 (HV: 204 to 214), but excellent. Machinability (number of processed parts: 3283 to 3702) is provided.
  • Comparative Examples 1 to 3 that deviate from the composition defined in the present invention have excellent machinability (number of parting off processes 3744 to 3792 (pieces)), but the Vickers hardness HV value is as small as 172 to 192. Inferior in wear resistance.
  • Comparative Examples 4 to 6 (HV: 238 to 258) having high Vickers hardness were inferior in machinability because the number of parting off was as small as 2342 to 2542 (pieces).
  • the comparative Cu alloy does not have both wear resistance and machinability, while the Cu alloy of the present invention has excellent wear resistance and excellent machinability. Since it has both characteristics, it is a suitable material as a Cu alloy for producing a synchronizer ring.
  • the Cu alloy of the present invention is excellent in machinability and wear resistance, it is a suitable material for a synchronizer ring.
  • the present invention is not limited to this application, and is an excellent machine. A wide range of applications and developments are possible in various technical fields that require machinability as well as mechanical characteristics.

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Abstract

すぐれた被削性を備えるＣｕ合金およびこれからなるＣｕ合金製押出しパイプ部材、Ｃｕ合金製シンクロナイザーリングを提供する。質量％で、Ｚｎ：２５％以上４３％以下、Ａｌ：２．０％以上８．０％以下、Ｔｉ：０．１０％以上５．０％以下、Ｃｒ：０．０１０％以上０．０４０％以下、Ｃ：０．０００５％以上０．０１０％以下、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上を合計で１．０％以上５．０％以下含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなり、金属間化合物の生成量を低減し、素地中に微細炭化物を分散させた被削性に優れたＣｕ合金、および、これからなるＣｕ合金製押出しパイプ部材、Ｃｕ合金製シンクロナイザーリング。

Description

被削性に優れたＣｕ合金、このＣｕ合金製の押出しパイプ部材およびシンクロナイザーリング
　この発明は、すぐれた機械的性質と耐摩耗性とを備え、かつ、被削性にも優れたＣｕ合金に関し、特に、自動車のマニュアルトランスミッション用部品であるシンクロナイザーリングとして好適なＣｕ合金およびこのＣｕ合金製の押出しパイプ部材およびシンクロナイザーリングに関するものである。
　銅合金は、従来から、そのすぐれた強度、熱伝導性、導電性、耐食性、耐摩耗性等を生かし、幅広い分野で利用されている。特に、自動車部品用の用途としては、銅合金は、例えば、マニュアルトランスミッション用のシンクロナイザーリングとして利用されている。
　シンクロナイザーリングは、既によく知られており、図１にその概略斜視図を示す。シンクロナイザーリングの内面１は、回転するテーパーコーンとの高面圧下での同期摺動並びにこれより離脱する際の断続的面接触を受ける。また、シンクロナイザーリングの外周面には、キーが嵌合するキー溝３が形成され、さらに、シンクロナイザーリングの外縁にそって所定間隔おきにチャンファー２が設けられている。このチャンファーは相手部材であるハブスリーブとかみ合う構造をもつものである。
　このようなＣｕ合金製シンクロナイザーリングについて、使用条件の高負荷化に伴い、その耐摩耗性とともに、強度、靱性、耐疲労特性等を改善すべく、種々の提案がなされている。
　例えば、特許文献1には、Ｚｎ：２０～４０重量％、Ａｌ：２～１１重量％、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏのうち１種以上：１～５重量％、Ｔｉ：０．１～４重量％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる銅合金製シンクロナイザーリングの組成に、さらに、Ｍｎ：０．０１～０．１重量％未満、Ｓ：０．０００５～０．０１重量％のうちの一方または双方を含有させることにより、従来のＣｕ合金製シンクロナイザーリングよりも耐摩耗性を向上させることが提案されている。
　また、特許文献２には、質量％で、Ｚｎ：２８～３４％、Ａｌ：１．５～４％、Ｍｎ：２～４．５％、Ｓｉ：０．５～２％、Ｃｒ：０．０５～０．５％、Ｎｉ：０．２～０．６％、Ｆｅ：０．０２～０．５％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成のＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいて、Ｃｕ－Ｚｎ系状態図で示されるβ相の素地に、いずれも金属間化合物で構成された相対的に粒径の粗い晶出物と超微細な析出物を均一分散させ、さらに、同状態図で示されるα相が針状形状で分散分布した組織を形成することにより、シンクロナイザーリングのチャンファー部の疲労強度を高めるとともに、所定量のＭｎ、ＳｉおよびＣｒを含有することによって、金属間化合物からなる粗粒の晶出物と超微細な析出物を形成し、疲労強度および耐摩耗性を向上させることが提案されている。
　また、特許文献３には、質量％で、Ｚｎ：２７～３３％、Ａｌ：３～４．５％、Ｎｉ：１．５～３％、Ｔｉ：１～２％、Ｍｎ：０．２～０．７％、Ｆｅ：０．０５～０．５％、Ｓｉ：０．０１～０．１％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成のＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいて、Ｃｕ－Ｚｎ系状態図で示されるβ相の素地に、いずれも金属間化合物で構成された相対的に粒径の粗い晶出物と超微細な析出物を均一分散させ、さらに、同状態図に示されるα相が針状形状で分散分布した組織を形成することにより、シンクロナイザーリングのチャンファー部の疲労強度を高めるとともに、所定量のＮｉ、Ｔｉ、およびＦｅを含有することによって、金属間化合物からなる粗粒の晶出物と超微細な析出物を形成し、疲労強度および耐摩耗性を向上させることが提案されている。
　さらに、特許文献４には、Ｃｕ：６２．５～６７．５％、Ａｌ：４．５～５．５％、Ｎｉ：２．７～３．７％、Ｔｉ：１．０～２．０％、Ｍｎ：０．０５～０．３５％を含有し、残りがＺｎおよび不可避不純物からなる組成を有するＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいて、Ｚｎ＋不可避不純物＝ＺＮとしたとき、式：｛ＺＮ＋６×（Ａｌ－０．９）｝／｛Ｃｕ－１．３＋ＺＮ＋６×（Ａｌ－０．９）｝で表される亜鉛当量が０．４～０．４６の範囲内に有り、かつ、素地組織を、Ｃｕ：６５～７４％、Ａｌ：２．５～４．５％、Ｎｉ：０．５～２．５％、Ｔｉ：０．０５～０．６％を含有するα相と、Ｃｕ：６２～７１％、Ａｌ：３．５～６．０％、Ｎｉ：０．３～２．３％、Ｔｉ：０．０５～０．６％を含有するβ´相の２相組織として構成することにより、高発熱環境下での使用における耐塑性流動性を改善することが提案されている。
特開平８－１２７８３１号公報 特開２００１－３５５０２９号公報 特開２００１－３５５０３０号公報 特開２００５－１６３１０１号公報
　Ｃｕ合金製シンクロナイザーリングは、通常、所定の組成となるようにＣｕ合金溶湯を溶製し、得られた溶湯をモールドに鋳込んで所定サイズのビレットを製造し、このビレットを熱間押出しすることによってＣｕ合金製パイプを作製し、ついで、このパイプを所定幅（高さ）になるように切削加工することによって作製している。
　前記特許文献１～４に示されるＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいては、使用環境からの要請に応えるため、主として、強度、靱性、耐摩耗性、耐疲労特性等の改善に重点が置かれており、特に、金属間化合物を素地に分散させることによって耐摩耗性の向上が図られている。
　しかし、金属間化合物が素地に分散分布している組織の場合には、確かに耐摩耗性は高められるものの、その反面、前述したＣｕ合金製シンクロナイザーリングの作製工程において切削加工する際に、硬質の金属間化合物の存在によって被削性が劣り、加工能率が低下するという問題があった。
　そこで、Ｃｕ合金製シンクロナイザーリングとして必要とされる特性、即ち、強度、靱性、耐摩耗性等を備えるとともに、これに加え、被削性にも優れるＣｕ合金の開発が望まれている。
　そこで本発明は、前記課題を解決するために、その一態様として、被削性に優れたＣｕ合金であって、質量％で、Ｚｎ：２５％以上４３％以下、Ａｌ：２．０％以上８．０％以下、Ｔｉ：０．１０％以上５．０％以下、Ｃｒ：０．０１０％以上０．０４０％以下、Ｃ：０．０００５％以上０．０１０％以下、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上を合計で１．０％以上５．０％以下含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有するものである。
　このＣｕ合金の組成において、Ａｌの含有量は２．０％以上６．０％以下、Ｔｉの含有量は０．１０％以上２．０％以下とすることがより好ましい。又は、このＣｕ合金の組成において、ＡｌとＴｉとＣｒのそれぞれの含有量が、（Ａｌ＋Ｔｉ＋３Ｃｒ）≦８．１％の式を満足することがより好ましい。
　本発明は、別の態様として、押出しパイプ部材であって、上述したＣｕ合金からなるものである。
　本発明は、また別の態様として、シンクロナイザーリングであって、上述したＣｕ合金からなるものである。
　本発明に係るＣｕ合金は、上述した組成としたことで、被削性を低下させる金属間化合物の生成量が低減し、その一方、微量含有成分であるＣｒ、Ｃによって微細炭化物が素地に分散し、Ｃｕ合金の強度、靱性および耐摩耗性を担保していることから、従来のＣｕ合金に匹敵する強度、靱性、耐摩耗性を有するとともに、従来のＣｕ合金に比してすぐれた被削性を備える。
　また、本発明に係るＣｕ合金を用いてシンクロナイザーリングを作製するに際し、従来よりも高い加工能率で、しかも、シンクロナイザーリングとして求められる高強度、靱性、耐摩耗性を備えたシンクロナイザーリングを得ることができる。
シンクロナイザーリングの概略斜視図である。
　本発明に係るＣｕ合金、押出しパイプ部材およびシンクロナイザーリングの各実施の形態について、以下に、詳細に説明する。本発明のＣｕ合金は、以下の元素からなる組成を有するものである。
　Ｚｎ：
　本発明のＣｕ合金中のＺｎ成分には、Ａｌと共存することによってＣｕ合金の強度、靭性および耐摩耗性を向上させる作用がある。但し、Ｚｎの含有量が２５質量％（以下、単に「％」と記す）未満になると、素地に占めるβ相の面積割合が減少し、α相の面積割合が増加するため、硬さが低下し、所望の耐摩耗性を確保することができない。
　一方、Ｚｎの含有量が４３％を超えると、耐摩耗性は向上するものの、γ相の出現によってＣｕ合金の強度、靭性、熱間加工性が低下傾向を示すようになる。
　したがって、Ｚｎの含有量は、２５～４３％とする。
　Ａｌ：
　Ａｌ成分はＺｎとの共存によって、Ｃｕ合金の強度、靭性および耐摩耗性を向上させることは前記のとおりであり、さらに、Ａｌは、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上の鉄族元素およびＴｉとの金属間化合物を形成して、耐摩耗性を向上させることから、Ａｌを２．０％以上含有させる。一方、８．０％を超えて含有させても耐摩耗性向上効果は少なく、その反面、γ相の出現によりＣｕ合金の靱性、熱間加工性を低下させるようになることから、Ａｌの含有量は２．０～８．０％とする。
　特に、本発明では、Ｃｕ合金の被削性を向上させるために、金属間化合物の生成量の低減を図っていることから、Ａｌ含有量の上限を６．０％とし、Ａｌの含有量を２．０～６．０％とすることがより望ましい。
　Ｔｉ、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏ：
　Ｔｉ成分は、ＡｌおよびＦｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上の鉄族成分元素と共存した場合、凝固時に微細粒状の金属間化合物を形成し、これが組織を微細化すると同時に、素地に分散して耐摩耗性を向上させる作用を有する。
　しかし、Ｔｉ含有量が０．１０％未満あるいはＦｅ、ＮｉおよびＣｏの含有量合計が１．０％未満では、組織の微細化効果、耐摩耗性向上効果が少なくなるので、好ましくない。一方、Ｔｉ含有量が５．０％を超える場合、あるいは、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの含有量合計が５．０％を超える場合には、Ｃｕ合金の靭性が低下するので、好ましくない。
　したがって、Ｔｉ含有量は０．１０～５．０％、また、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上の鉄族元素の合計含有量は１．０～５．０％とする。
　特に、Ｃｕ合金中に生成する金属間化合物の生成量を低減し、被削性能を改善するという観点からは、Ｔｉ含有量は２．０％を上限とし、Ｔｉ含有量を０．１０～２．０％とすることがより望ましい。なお、上記のＦｅ、ＮｉおよびＣｏのうち、とりわけＮｉは前述の組織微細化並びに耐摩耗性向上に寄与する効果が大きい。そのため、Ｎｉは必須添加とするのがより望ましく、その場合のＮｉの下限値は１．５％にすれば良い。
　Ｃｒ：
　Ｃｒは、Ｃｕ合金素地に固溶し、固溶強化により素地の強度を高め、金属間化合物生成量の減少に伴うＣｕ合金の強度低下、耐摩耗性の低下を補完する。但し、０．０１０％未満のＣｒ含有量では、その効果が少ない。一方、Ｃｒ含有量が０．０４０％を超えると、金属間化合物として析出し、被削性を低下させるようになる。よって、Ｃｒ含有量は０．０１０％以上０．０４０％以下とする。
　なお、前記特許文献２には、Ｃｕ合金中の合金成分として、Ｍｎ：２％以上４．５％以下及びＳｉ：０．５％以上２％以下の添加とともに、Ｃｒを０．０５％以上０．５％以下添加含有させることが提案されているが、特許文献２におけるＣｒ（およびＭｎ、Ｓｉ）の添加は、合金中に金属間化合物を形成することによる耐摩耗性の向上を目的としているものであり、金属間化合物の生成の低減化を図る本発明とは、Ｃｒを添加する目的、およびＣｕ合金中でＣｒが果たす作用（固溶強化と炭化物の析出・分散による耐摩耗性の向上）は明らかに異なる。
　Ｃ：
　Ｃｕ合金中のＣは、主として、Ｔｉ、Ｃｒ等の成分元素と反応して炭化物を形成し、素地中に微細に分布することによりＣｕ合金の強度、硬さを高め、耐摩耗性を向上させると同時に被削性を向上させる。
　しかし、その含有量が０．０００５％未満では、耐摩耗性を向上させるに十分なほど炭化物が形成されない。一方、その含有量が０．０１０％を超えると、形成される炭化物量が過剰になり、また、炭化物の粗大化により、強度、被削性がともに低下する。
　したがって、Ｃ含有量は０．０００５％～０．０１０％とする。
　本発明のＣｕ合金の組成の数値範囲限定理由は前記のとおりであり、このような組成を有するＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいては、後記する実施例でも明らかにするように、ビッカース硬さＨＶが２００以上である高硬度が得られ、すぐれた摩耗性を示すと同時に、突切用超硬バイトによる加工個数が３０００個以上であるすぐれた被削性をも示す。
　また、耐摩耗性を低下させずに被削性を一段と向上させるという観点からは、Ｃｕ合金の組成において、Ａｌ：２．０％以上６．０％以下で、かつ、Ｔｉ：０．１０％以上２．０％以下とすることがより望ましい。
　あるいは、ＡｌとＴｉとＣｒのそれぞれの含有量について、（Ａｌ＋Ｔｉ＋３Ｃｒ）≦８．１％の式を満足する範囲とすることがより望ましい。
　これは、すでに述べたように、Ｃｒ及びＣを合金成分として含有することによって、微細炭化物を形成させてＣｕ合金の強度、耐摩耗性を確保し、その一方、ＡｌとＴｉの含有量をできるだけ少なくして、被削性を劣化させる金属間化合物の生成を抑制するという理由による。
　そして、被削性を一段と向上させた前記組成を有するＣｕ合金製シンクロナイザーリングにおいては、ビッカース硬さＨＶが２００以上であり、高硬度、耐摩耗性を備えることに加えて、突切用超硬バイトによる加工個数が３２００個以上という被削性が一段とすぐれたものとなる(後記実施例の表３の本発明４～１２の加工個数の数値参照)。
　本発明では、例えば、高周波溶解炉により前記所定の組成となるようなＣｕ合金を溶製し、金型鋳造にてインゴットを製造し、このインゴットを熱間鍛造する。
　次いで、熱間押出しにより所定の寸法のＣｕ合金製押出しパイプ部材を作製する。
　次いで、上記Ｃｕ合金製押出しパイプ部材を、所定の幅（高さ）になるように切削加工することによって、所定の組成のＣｕ合金からなる所定サイズのＣｕ合金製シンクロナイザーリング（素材）を得ることができる。
　先ず、通常の高周波溶解炉により、表１に示される組成となるように本発明Ｃｕ合金溶湯を溶製した。この得られた溶湯を、鋳込み温度：１，１００℃で内径：２５０ｍｍの金型に鋳込み、直径：２５０ｍｍ、長さ：３０００ｍｍのＣｕ合金インゴットを製造した。
　ついで、このインゴットを所定の長さに切断し、７５０℃で熱間押出し加工を行い、外径：７２ｍｍ、内径：５４ｍｍのＣｕ合金製押出しパイプを作製した。
　ついで、このパイプを、突切用超硬バイト（型式：ＪＩＳ２１型、超硬チップ：ＩＳＯ　Ｍ２０）を用いて幅１０ｍｍで突切加工を施して高さ１０ｍｍの本発明リング１～１２を作製した。
　さらに、前記本発明リング１～１２に、内・外径の切削加工を施すことにより、外径：７０ｍｍ、内径：５６ｍｍ、高さ：１０ｍｍのＣｕ合金製シンクロナイザーリングを作製した。
　比較のため、通常の高周波溶解炉により、表２に示される組成となるように比較例Ｃｕ合金溶湯を溶製した。次いで、前記実施例と同様な工程で比較例リング１～６を作製し、さらに、内・外径の切削加工を施すことにより、外径：７０ｍｍ、内径：５６ｍｍ、高さ：１０ｍｍのＣｕ合金製シンクロナイザーリングを作製した。
　前記Ｃｕ合金製シンクロナイザーリングの作製工程において、それぞれのＣｕ合金の被削性の良否を調べるために、前記突切用超硬バイト１個当たりの本発明リング１～１２および比較例リング１～６の加工個数をカウントし、該加工個数の大小によって本発明Ｃｕ合金、比較例Ｃｕ合金の被削性の良否を評価した。
　また、前記作製した高さ１０ｍｍの本発明リング１～１２および比較例リング１～６の断面について、ビッカース硬さ試験（ただし、荷重：１０ｋｇ）を行い、ビッカース硬さＨＶの大小によって、本発明リング１～１２および比較例リング１～６の耐摩耗性の良否を評価した。
　表３に、これらの結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
  
　表３に示される結果から、本発明Ｃｕ合金およびこれから作製したシンクロナイザーリングは、ビッカース硬さＨＶは２０４～２２３という高硬度を有していることから耐摩耗性に優れ、さらに、バイト１個当たりの突切加工個数で評価した被削性は３００４～３７０２（個）であって被削性にも優れており、耐摩耗性と被削性とのバランスに優れたものであることがわかる。
　特に、Ａｌ含有量を２．０％以上６．０％以下、Ｔｉ含有量を０．１０％以上２．０％以下とする条件、あるいはＡｌとＴｉとＣｒのそれぞれの含有量を、（Ａｌ＋Ｔｉ＋３Ｃｒ）≦８．１％の式を満たす範囲とする条件を満足する本発明４～１２については、本発明１～３に比して硬さは若干劣る（ＨＶ：２０４～２１４）ものの、すぐれた被削性（加工個数：３２８３～３７０２）を備えている。
　これに対して、本発明で定めた組成を外れる比較例１～３は、被削性に優れる（突切加工個数が３７４４～３７９２（個））もののビッカース硬度ＨＶの値が１７２～１９２と小さいため耐摩耗性に劣った。一方、ビッカース硬さが高い比較例４～６（ＨＶ：２３８～２５８）では、突切加工個数が２３４２～２５４２（個）と小さいために被削性に劣った。
　即ち、比較例のＣｕ合金は、耐摩耗性と被削性の双方の特性を兼備するものではないのに対して、本発明のＣｕ合金は、すぐれた耐摩耗性及びすぐれた被削性の双方の特性を相兼ね備えるものであるから、シンクロナイザーリング作製用のＣｕ合金として好適な材料である。
　以上説明したように、本発明のＣｕ合金は被削性と耐摩耗性に優れていることから、シンクロナイザーリングとして好適な材料であるが、この用途に限定されるわけではなく、すぐれた機械的特性とともに、被削性の求められる各種技術分野への幅広い応用・展開が可能である。
　１　シンクロナイザーリング内面
　２　チャンファー
　３　キー溝
 

Claims (5)

  1. 　質量％で、Ｚｎ：２５％以上４３％以下、Ａｌ：２．０％以上８．０％以下、Ｔｉ：０．１０％以上５．０％以下、Ｃｒ：０．０１０％以上０．０４０％以下、Ｃ：０．０００５％以上０．０１０％以下、Ｆｅ、ＮｉおよびＣｏの内から選ばれる１種または２種以上を合計で１．０％以上５．０％以下含有し、残部Ｃｕおよび不可避不純物からなる組成を有することを特徴とする被削性に優れたＣｕ合金。
  2. 　前記組成において、Ａｌの含有量は２．０％以上６．０％以下、Ｔｉの含有量は０．１０％以上２．０％以下であることを特徴とする請求項１に記載の被削性に優れたＣｕ合金。
  3. 　前記組成において、ＡｌとＴｉとＣｒのそれぞれの含有量が、（Ａｌ＋Ｔｉ＋３Ｃｒ）≦８．１％を満足することを特徴とする請求項１に記載の被削性に優れたＣｕ合金。
  4. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣｕ合金からなることを特徴とするＣｕ合金製押出しパイプ部材。
  5. 　請求項１乃至３のいずれか一項に記載のＣｕ合金からなることを特徴とするＣｕ合金製シンクロナイザーリング。
     
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