WO2022070905A1 - マンガンアルミニウム青銅鋳造合金 - Google Patents

マンガンアルミニウム青銅鋳造合金 Download PDF

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WO2022070905A1
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勇太 小野
晃平 進
正仁 藤田
Original Assignee
三協オイルレス工業株式会社
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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
    • C22C9/01—Alloys based on copper with aluminium as the next major constituent
    • 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
    • C22C9/05—Alloys based on copper with manganese as the next major constituent

Definitions

  • the present invention relates to a manganese aluminum aluminum bronze cast alloy.
  • Aluminum bronze alloy has the characteristic of having high hardness among copper alloys. Due to this feature, aluminum bronze alloy is used as a mold material for drawing. Aluminum bronze alloys are particularly effective in drawing of stainless steel alloys, titanium alloys and the like.
  • Drawing is a type of metal sheet metal processing, and is a processing method that plastically processes a metal plate into an arbitrary shape.
  • the basic structure of the drawing die consists of a blank holder, a punch, and a die.
  • Aluminum bronze alloy is used for dies.
  • a metal plate blanked into a predetermined shape is sandwiched between a die and a blank holder, and the metal plate is pressed with a punch to form a molded product that follows the shape of the die.
  • the die is required to have good slipperiness and wear resistance. Therefore, a copper alloy is used for the die.
  • copper alloys aluminum bronze alloy has high hardness and excellent wear resistance.
  • the hardness of the aluminum bronze alloy is improved depending on the amount of aluminum contained in the material, but at the same time, the workability tends to be deteriorated.
  • the die is shaped in order to obtain various shapes. Precise machining accuracy is required for die shape machining.
  • the conventional aluminum bronze alloy has a problem that the tool is severely damaged.
  • Conventional copper alloy materials include high-strength / cutting copper alloys (for example, see Patent Document 1), high-strength copper alloys (for example, see Patent Document 2), and wear-resistant aluminum bronze alloys (for example, Patent Documents). 3) and copper-based sliding materials (see, for example, Patent Document 4).
  • the copper alloy of Patent Document 1 does not contain Fe and Ni. Therefore, the copper alloy of Patent Document 1 has a problem that crystallization of the ⁇ phase having excellent wear resistance cannot be obtained and the effect of refining the crystal grains cannot be obtained.
  • the copper alloy of Patent Document 2 is a free-cutting high-strength copper alloy, and is a material for adding Sn, Ga, In, and Bi to a Cu-Mn alloy that does not contain Al. That is, the copper alloy of Patent Document 2 is a Cu-Mn alloy. Therefore, the copper alloy of Patent Document 2 is different from manganese aluminum bronze which requires Al and Mn.
  • the copper alloy of Patent Document 3 is an alloy containing Ti and graphite as essential elements in the standard alloy AlBCIn.
  • the range of claims described in Patent Document 3 is as large as 0.1 to 15.0%, but the examples disclosed in Patent Document 3 follow the addition amount of the standard alloy and only disclose about 0.5%. Since the copper alloy of Patent Document 3 contains graphite as an essential element, it is limited to a sintered alloy in which metal powder and graphite powder are mixed, compacted, and sintered, instead of a normal cast alloy.
  • the copper alloy of Patent Document 4 is basically a sintered alloy based on a bronze (Cu-Sn) alloy. When Ni and Ag powders are added to this base, mixed and sintered, a compound is formed with Sn, and a copper alloy with Pb and Bi present around it is formed.
  • Patent Document 4 lists Fe, Al, Zn, Mn, Co, and P as selective elements, the examples of Patent Document 4 do not disclose these elements.
  • the sintered alloy and the cast alloy of Patent Document 4 have different technical fields, and even if they have the same composition system, the resulting structures are different.
  • the material of Patent Document 4 is Cu-Sn-based bronze. Therefore, the copper alloy of Patent Document 4 is an alloy different from the manganese aluminum bronze alloy.
  • the present invention has been made to solve such a conventional problem, and an object of the present invention is to provide a material having free-cutting property.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the present invention has an Al content of more than 10.0% by mass and 16.0% by mass or less, an Mn content of more than 10.0% by mass and 16.0% by mass or less, and a Fe content of Fe. Is 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less, the Ni content is 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less, the Pb or Bi content is 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less, and the balance is Cu and It is composed of unavoidable impurities, has a brinell hardness of 310 or more and 400 or less, and a cutting resistance value of 300 N or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the present invention it is possible to provide a material having free-cutting property.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is a material containing Al, Mn, Fe, Ni, and Pb or Bi in a predetermined mass%, and the balance is Cu and unavoidable impurities.
  • the cast manganese aluminum bronze alloy of the embodiment is an alloy having an Al content of more than 10.0% by mass and 16.0% by mass or less. Although it is necessary to consider the contents of Al and Mn, the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is preferably an alloy having an Al content of more than 10.0% by mass and 14.0% by mass or less. .. More preferably, the cast manganese aluminum bronze alloy of the embodiment is an alloy having an Al content of more than 10.0% by mass and 13.0% by mass or less. When the Al content is within the above numerical range, the precipitation of the hard and brittle ⁇ 2 phase in the material can be suppressed.
  • the Al content is less than the above numerical range, there is a problem that the crystallization of the soft ⁇ phase increases in the material.
  • the Al content is 13.0% or less, there is an effect that the Brinell hardness (HB) can be improved to 410 by performing heat treatment.
  • the Al content exceeds 14.0%, a hard and brittle ⁇ 2 phase begins to precipitate at the grain boundaries.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having an Mn content of more than 10.0% by mass and 16.0% by mass or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having an Mn content of more than 10% by mass and 15.0% by mass or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Fe content of 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Fe content of 1.0% by mass or more and 6.0% by mass or less.
  • the cast manganese-aluminum bronze alloy of the embodiment is an alloy having a Fe content of more than 3.5% by mass and 7.0% by mass or less.
  • the Fe content is less than the above numerical range, there is a problem that the ⁇ phase does not crystallize in the material. On the other hand, when the Fe content exceeds the above numerical range, the ⁇ phase in the material becomes coarse.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Ni content of 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Ni content of 1.0% by mass or more and 6.0% by mass or less.
  • the cast manganese aluminum bronze alloy of the embodiment is an alloy having a Ni content of more than 2.5% by mass and 7.0% by mass or less.
  • the ⁇ phase in the material will not be granulated.
  • the Ni content exceeds the above numerical range, the ⁇ phase in the material becomes coarse.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Pb or Bi content of 0.1% by mass or more and 1.0% by mass or less.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is an alloy having a Pb or Bi content of 0.2% by mass or more and 0.7% by mass or less.
  • the manganese-aluminum bronze alloy of the embodiment has free-cutting property.
  • the effects of the addition of Pb or Bi to the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment are as follows.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment consists of Cu and unavoidable impurities in the balance. Inevitable impurities mean components that are difficult to remove in the manufacturing process of a material.
  • the manganese-aluminum bronze cast alloy of the embodiment preferably has a ⁇ -phase structure in the substrate and a structure in which the ⁇ phase is dispersed in the substrate.
  • the ⁇ phase is precipitated in the hard base ⁇ phase composed of the above components, and the structure becomes more wear resistant.
  • ⁇ + ⁇ that is, the substrate is the ⁇ phase and the ⁇ phase is dispersed in the substrate
  • ⁇ + ⁇ + ⁇ that is, the substrate is the ⁇ phase + ⁇ phase structure and the ⁇ phase is in the substrate.
  • the Brinell hardness (HB) of the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is 310 or more and 400 or less. Due to this hardness, the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment has excellent wear resistance.
  • the cutting resistance value of the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is 300 N or less.
  • the manganese-aluminum-bronze cast alloy of the embodiment is excellent in free-cutting property.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment can greatly reduce and stabilize the cutting resistance.
  • the chip shape is made finer and the same size is continuously discharged. From this, it can be confirmed that the cutting state is stable.
  • the tool condition was also abnormally damaged before, but according to the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment, the tool condition is improved.
  • the present inventors focused on such a new problem and proceeded with the development of a material having a new structure.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment is characterized by having a Brinell hardness of 310 or more and 400 or less and a cutting resistance value of 300 N or less. Due to the synergistic effect of these configurations, it becomes possible to provide a material particularly suitable for a mold material.
  • the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment reduces the cutting resistance value while maintaining the hardness. Maintaining hardness is a very important performance for molds. As described above, the manganese aluminum bronze cast alloy of the embodiment has an advantage that it has both hardness and cutting resistance value.
  • the copper alloy having the composition shown in Table 1 was melted in a high-frequency furnace and cast using a mold to prepare the block test pieces shown in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 5.
  • Table 1 shows the composition values [wt%] (mass%) of the test pieces of Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 5.
  • the composition value of each test piece is the result of analysis by a fluorescent X-ray analyzer.
  • the composition of the test pieces of Examples 1 to 21 had an Al content of more than 10.0% by mass and 16.0% by mass or less, and an Mn content of more than 10.0% by mass. 16.0% by mass or less, Fe content is 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less, Ni content is 0.5% by mass or more and 7.0% by mass or less, and Pb or Bi content is 0.1% by mass or more. It is 1.0% by mass or less, and the balance consists of Cu and unavoidable impurities. In Table 1, the description of unavoidable impurities is omitted.
  • Table 2 shows the substrate structure of Examples and Comparative Examples.
  • the tissues of Examples 1 to 9 and Examples 15 to 18 are ⁇ + ⁇ + ⁇ (that is, the base material is an ⁇ phase + ⁇ phase structure, and the ⁇ phase is dispersed in the base material).
  • the tissues of Examples 10 to 14 and 19 to 21 are ⁇ + ⁇ (that is, the substrate is the ⁇ phase and the ⁇ phase is dispersed in the substrate).
  • the tissues of Comparative Examples 1 to 5 are ⁇ + ⁇ + ⁇ (that is, the base material is an ⁇ phase + ⁇ phase structure, and the ⁇ phase is dispersed in the base material).
  • Table 3 shows the results of measuring the hardness and cutting resistance of the block test pieces shown in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 5.
  • the resistance value during turning was measured using a multi-component power meter (model: 9257B) manufactured by Nippon Kistler LLC.
  • the cutting tool used was a throw-away insert TPMN160304 manufactured by Mitsubishi Materials Corporation.
  • the cutting conditions for the NC lathe (INTEGREX 200Y manufactured by Yamazaki Mazak Corporation) were a depth of cut of 1 mm, a rotation speed of 30 m / min, and a feed rate of 0.2 mm / rev.
  • Cutting was performed on the block test pieces shown in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 5, and the cutting value was measured.
  • As the hardness the Brinell hardness of the block test pieces shown in Examples 1 to 21 and Comparative Examples 1 to 5 was measured.
  • the Brinell hardness of the test pieces of Examples 1 to 21 is 310 or more and 400 or less.
  • the Brinell hardness of the test pieces of Comparative Examples 2, 3, 4, and 5 is less than 310.
  • the test pieces of Examples 1 to 21 have a Brinell hardness of 310 or more and 400 or less, and a cutting resistance value of 300 N or less.
  • the test pieces of Comparative Examples 1 to 5 there is no test piece that simultaneously satisfies that the Brinell hardness is 310 or more and 400 or less and the cutting resistance value is 300 N or less. Therefore, the effect of the examples was confirmed.

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Abstract

Alの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Mnの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Feの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、Niの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、PbもしくはBiの含有量が0.1質量％以上1.0質量％以下であり、残部がCu及び不可避的不純物からなり、ブリネル硬さは310以上400以下であり、切削抵抗値が300N以下であるマンガンアルミニウム青銅鋳造合金によって、快削性のある素材を提供する。

Description

マンガンアルミニウム青銅鋳造合金
　本発明は、マンガンアルミニウム青銅鋳造合金に関するものである。
　アルミニウム青銅合金は、銅合金の中で硬さが高い特徴を持つ。この特徴から、アルミニウム青銅合金は、絞り加工の型材として使用されている。アルミニウム青銅合金は、特に、ステンレス合金やチタン合金等の絞り加工において効果を発揮する。
　絞り加工は、金属板金加工の一種であり、金属板を任意形状に塑性加工させる加工法である。絞り加工用の金型の基本的な構造は、ブランクホルダ、パンチ、及び、ダイスからなる。アルミニウム青銅合金は、ダイスに使用される。絞り加工は、所定形状にブランキングされた金属板をダイスとブランクホルダで挟み込み、金属板をパンチで加圧することでダイス形状に倣った成形品に加工する。
　絞り加工では、単純な円筒加工のみならず様々な形状を得ることができる。絞り加工が始まると、ブランクホルダとダイスとで挟み込んだ金属板は、ダイス内部へと流入を始める。これは、ブランクホルダとダイス間に金属板との滑り摩擦が発生することを意味している。
　このことから、ダイスには良好な滑り性と耐摩耗性が求められる。このため、ダイスには銅合金が使用される。銅合金のなかでもアルミニウム青銅合金は、高硬度であり耐摩耗性に優れる。しかしながら、アルミニウム青銅合金は、材料に含まれるアルミニウムの量によって硬さは向上するが、同時に加工性が悪くなる傾向がある。
　先述した通り、絞り加工では、様々な形状を得るために、ダイスには形状加工が施される。ダイスの形状加工には、精密な加工精度が要求される。しかしながら、従来のアルミニウム青銅合金では、工具の損傷が激しいという課題がある。
　従来の銅合金材料には、高力・切削用銅合金（例えば、特許文献１参照）や、高力銅合金（例えば、特許文献２参照）や、耐摩耗性アルミニウム青銅合金（例えば、特許文献３参照）や、銅系摺動材料（例えば、特許文献４参照）がある。
特開平4-13826号公報 特開平4-187732号公報 特開昭57-73146号公報 特開2001-220630号公報
　特許文献１の銅合金には、FeとNiが含まれていない。このため、特許文献１の銅合金では、耐摩耗性に優れるκ相の晶出が得られず、結晶粒の微細化効果も得られないという問題がある。
　特許文献２の銅合金は、快削性高力銅合金に関し、Alを含まないCu-Mn合金にSn,Ga,In,Biを加える材料である。すなわち、特許文献２の銅合金は、Cu-Mn合金である。したがって、特許文献２の銅合金は、AlおよびMnを必須とするマンガンアルミニウム青銅とは異なる。
　特許文献３の銅合金は、規格合金AlBC InにTi及び黒鉛を必須元素とした合金である。特許文献３に記載の請求の範囲のMnは0.1～15.0%と大きいが、特許文献３に開示された実施例は規格合金の添加量を踏襲し0.5%程度の開示しかない。特許文献３の銅合金は、黒鉛を必須元素として含むことから、通常の鋳造合金ではなく金属粉末と黒鉛粉末を混合、圧粉、焼結する焼結合金に限定される。
　特許文献４の銅合金は、基本的に青銅（Cu-Sn）合金をベースにした焼結合金である。このベースにNi,Ag粉末を添加混合し焼結すると、Snと化合物をつくり、その周辺にPbやBiが存在する銅合金となる。しかしながら、特許文献４には、選択元素としてFe,Al,Zn,Mn,Co,Pが挙げられているが、特許文献４の実施例には、これらの元素の開示がない。また、特許文献４の焼結合金と鋳造合金は技術分野が異なり、同じ成分系であっても生じる組織が異なる。特許文献４の材質はCu-Sn系の青銅である。したがって、特許文献４の銅合金は、マンガンアルミニウム青銅合金とは異なる合金である。
　本発明は、このような従来の問題を解決するためになされたものであり、本発明は、快削性を有する素材を提供することを目的とする。
　本発明のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Alの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Mnの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Feの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、Niの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、PbもしくはBiの含有量が0.1質量％以上1.0質量％以下であり、残部がCu及び不可避的不純物からなり、ブリネル硬さは310以上400以下であり、切削抵抗値が300N以下である。
　本発明のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金によれば、快削性を有する素材を提供することが可能となる
実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金の断面の顕微鏡写真。 実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金の切りくず。
　以下、本発明の実施形態であるマンガンアルミニウム青銅鋳造合金について、詳細に説明をする。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Al、Mn、Fe、Ni、及び、PbもしくはBiを所定の質量％で含有し、残部がCu及び不可避的不純物からなる材料である。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Alの含有量が、10.0質量％より大きく、16.0質量％以下の合金である。AlとMnの含有量を加味して考慮する必要があるが、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、好ましくは、Alの含有量が、10.0質量％より大きく、14.0質量％以下の合金である。より好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Alの含有量が、10.0質量％より大きく、13.0質量％以下の合金である。Alの含有量が上記数値範囲内であることにより、材料中に硬質で脆いγ２相の析出を抑制することができる。
　Alの含有量が上記数値範囲未満である場合には、材料中に軟質なα相の晶出が多くなるという問題がある。一方、Alの含有量が13.0％以下の場合には、熱処理を行うことによりブリネル硬さ（HB）410まで向上することができるという効果がある。さらに、Alの含有量が14.0％を超える場合には、硬くて脆いγ2相が粒界に析出し始める。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Mnの含有量が、10.0質量％より大きく、16.0質量％以下の合金である。好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Mnの含有量が10質量％より大きく、15.0質量％以下の合金である。Mnの含有量が上記数値範囲内であることにより、材料の素地をβ相に保つことができる。
　Mnの含有量が上記数値範囲未満である場合には、材料中に軟質なα相の析出が多くなるという問題がある。一方、Mnの含有量が上記数値範囲を超える場合には、材料中に硬質なγ２単相が析出し始め、脆い組織となる。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Feの含有量が、0.5質量％以上、7.0質量％以下の合金である。好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Feの含有量が1.0質量％以上、6.0質量％以下の合金である。より好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Feの含有量が3.5質量％より大きく、7.0質量％以下の合金である。Feの含有量が上記数値範囲内であることにより、材料中に耐摩耗性のあるκ相を晶出させ、組織が微細化するという効果がある。
　Feの含有量が上記数値範囲未満である場合には、材料中にκ相が晶出しないという問題がある。一方、Feの含有量が上記数値範囲を超える場合には、材料中のκ相が粗大化する。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Niの含有量が、0.5質量％以上、7.0質量％以下の合金である。好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Niの含有量が1.0質量％以上、6.0質量％以下の合金である。より好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、Niの含有量が2.5質量％より大きく、7.0質量％以下の合金である。Niの含有量が上記数値範囲内であることにより、材料中のκ相の粒状化を促し耐食性を向上させるという効果がある。
　Niの含有量が上記数値範囲未満である場合には、材料中のκ相が粒状化しない。一方、Niの含有量が上記数値範囲を超える場合には、材料中のκ相が粗大化する。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、PbもしくはBiの含有量が、0.1質量％以上、1.0質量％以下の合金である。好ましくは、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、PbもしくはBiの含有量が0.2質量％以上、0.7質量％以下の合金である。
　PbもしくはBiの含有量が、上記数値範囲内であることにより、実施形態のマンガンアルミニウム青銅合金は、快削性を有する。実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金への、PbもしくはBiの添加の効果は次の通りである。
　第１に、被削物と工具の潤滑効果がある。PbやBiは低融点のため、加工熱で溶融し被削物と工具間で潤滑剤として効果があらわれる。
　第２に、切削抵抗の減少と切りくず処理性の改善効果がある。PbやBiは金属組織内で固溶することなく、独立した形で分散する（図１中の白点部分）。切削時は独立分散したPbやBiを起点に切りくずとなる。PbやBiは微細形状で存在するため、切りくずも微細化し（図２）、切削抵抗が減少する。
　PbもしくはBiの含有量が上記数値範囲未満である場合には、PbやBiは切削抵抗に影響を与えない。一方、PbもしくはBiの含有量が上記数値範囲を超える場合には、PbやBiが偏析を起こす。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、残部がCu及び不可避的不純物からなる。不可避的不純物とは、材料の製造工程において除去することが難しい成分を意味する。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、素地がβ相の組織であり、その素地中にκ相が分散した組織を有することが好ましい。例えば、それぞれの相の組成は質量%で、
            α相＝Cu-7%Al-10%Mn-2.2%Fe-0.8%Ni
            β相＝Cu-9%Al-11%Mn-3.3%Fe-5.4%Ni
            κ相＝Fe-41%Mn-11%Al
である。
　これにより、上記成分からなる硬質な素地β相中にκ相が析出し、より耐摩耗性に富む組織となる。β+κ（すなわち、素地がβ相であり、素地中にκ相が分散した組織）は、α+β+κ（すなわち、素地がα相＋β相の組織であり、素地中にκ相が分散した組織）よりも硬さが高い傾向がある。このことから、素地がβ相の組織であり、その素地中にκ相が分散した組織を有する場合には、耐焼付き性や耐摩耗性の向上につながる。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金のブリネル硬さ（ＨＢ）は310以上400以下である。この硬さにより、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、優れた耐摩耗性を有する。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金の切削抵抗値は300N以下である。これにより、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、快削性に優れる。
　実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、切削抵抗を大きく減少させ、かつ安定させることができる。実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金では、切りくず形状が微細化し、同サイズを連続的に排出している。このことから切削状態が安定している様子が確認できる。工具状態も、以前は異常損傷を起こしていたが、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金によれば、工具状態は改善している。
　近年、特に絞り加工に用いられる金型の材料においては、耐摩耗性と加工性（切削性）を両立した材料のニーズが生じている。しかしながら、耐摩耗性と切削性は相反する性能であり、硬さを向上させると切削性が低下してしまうという課題がある。
　本発明者らは、このような新規の課題に着目し、新規な構成を有する材料開発を進めた。実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、ブリネル硬さが310以上400以下であり、切削抵抗値が300N以下であることを特徴とする。これらの構成の相乗効果により、特に型材に好適な材料を提供することが可能となる。
　通常、切削抵抗値を下げるには、硬さを低下させる必要がある。実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、硬さを維持したまま、切削抵抗値を低下させている。硬さの維持というのは金型にとり、非常に重要な性能となる。このように、実施形態のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金は、硬さと切削抵抗値とを両立していることが強みである。
　以下に、本発明の実施例について説明をする。なお、本発明は以下の実施例に限定されない。
　表１に示す組成の銅合金を高周波炉で溶解して金型を用いて鋳造し、実施例1から実施例21、及び、比較例1から比較例5に示すブロック試験片を作製した。表１に実施例１から実施例21、及び、比較例１から比較例5の試験片の組成値[wt％]（質量％）を記載した。各試験片の組成値は、蛍光X線分析装置で分析を行った結果である。
　表１に示すように、実施例１から実施例21の試験片の組成は、Alの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Mnの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、Feの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、Niの含有量が0.5質量％以上7.0質量％以下であり、PbもしくはBiの含有量が0.1質量％以上1.0質量％以下であり、残部がCu及び不可避的不純物からなる。なお、表１は不可避的不純物の記載を省略している。
　一方、比較例１から比較例5については、その一部の金属の組成が、上記実施例の範囲外となっている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　表２は、実施例及び比較例が有する素地組織を示す。実施例1から実施例9及び実施例15から実施例18の組織はα＋β＋κ（すなわち、素地がα相＋β相の組織であり、素地中にκ相が分散した組織）である。実施例10から実施例14及び実施例19から実施例21の組織は、β＋κ（すなわち、素地がβ相であり、素地中にκ相が分散した組織）である。一方、比較例１から比較例5の組織はα＋β＋κ（すなわち、素地がα相＋β相の組織であり、素地中にκ相が分散した組織）である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表３は、実施例1から21、及び、比較例1から5に示すブロック試験片の硬度及び切削抵抗値を測定した結果を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　切削抵抗値は、日本キスラー合同会社製の多成分動力計（型式：9257B）を用いて、旋削加工時の抵抗値を測定した。切削工具は、三菱マテリアル株式会社製スローアウェイチップTPMN160304を使用した。NC旋盤（ヤマザキマザック株式会社製INTEGREX200Y）の切削条件は、切込量を1mmとし、回転速度を30m/minとし、送り速度を0.2mm/revとした。実施例１から21、及び、比較例１から5に示すブロック試験片に対して切削加工を実施し、切削加工値を測定した。硬度は、実施例１から21、及び、比較例１から5に示すブロック試験片のブリネル硬さを測定した。
　表３に示すように、実施例1から21の試験片のブリネル硬さは310以上400以下であることがわかる。一方、比較例2、3、4、5の試験片のブリネル硬さは310未満であることがわかる。
　表３に示すように、実施例1から21の試験片の切削抵抗値は、300N以下であることがわかる。一方、比較例1、3、4の試験片の切削抵抗値は、300Nより大きいことがわかる。
　このように、実施例1から21の試験片は、ブリネル硬さが310以上400以下であり、切削抵抗値は300N以下である。一方、比較例1から5の試験片では、ブリネル硬さが310以上400以下であり、切削抵抗値が300N以下であることを同時に満たす試験片はない。よって、実施例の効果が確認された。

Claims (3)

  1. 　Alの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、
    　Mnの含有量が10.0質量％より大きく、16.0質量％以下であり、
    　Feの含有量が0.5質量％以上、7.0質量％以下であり、
    　Niの含有量が0.5質量％以上、7.0質量％以下であり、
    　PbもしくはBiの含有量が0.1質量％以上、1.0質量％以下であり、
    　残部がCu及び不可避的不純物からなり、
    　ブリネル硬さは310以上400以下であり、
    　切削抵抗値が300N以下である、
    マンガンアルミニウム青銅鋳造合金。
  2. 　前記Pbもしくは前記Biの含有量が0.2質量％以上、0.7質量％以下である、請求項１に記載のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金。
  3. 　β相の素地中にκ相が分散した組織をさらに有する、請求項１または２に記載のマンガンアルミニウム青銅鋳造合金。
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