JP2007211324A

JP2007211324A - 半融合金鋳造用原料りん青銅合金

Info

Publication number: JP2007211324A
Application number: JP2006035003A
Authority: JP
Inventors: Keiichiro Oishi; 恵一郎大石
Original assignee: SANBO COPPER ALLOY CO Ltd; Mitsubishi Materials Corp
Current assignee: SANBO COPPER ALLOY CO Ltd; Mitsubishi Materials Corp
Priority date: 2006-02-13
Filing date: 2006-02-13
Publication date: 2007-08-23
Also published as: US20100166595A1; CN101384386A; WO2007094265A1

Abstract

【課題】撹拌することなく半融合金鋳造法により結晶粒が微細なりん青銅合金鋳物を製造するための原料りん青銅合金を提供する。

【解決手段】質量％で、Ｓｎ：４〜１５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、さらに、必要に応じてＺｎ：０．１〜７．５％を含有し、さらに、必要に応じてＰｂ：０．０１〜４.５％、Ｂｉ：０．０１〜３．０％、Ｓｅ：０．０３〜１．０％、Ｔｅ：０．０１〜１．０％の内の１種または２種以上含有する。
【選択図】なし

Description

この発明は、溶湯を撹拌処理することなく半融合金鋳造することにより結晶粒が微細なりん青銅合金鋳物を製造することができる半融合金鋳造用原料りん青銅合金に関するものである。

銅と錫を主成分とし、Ｐを微量に含むＣｕ−Ｓｎ系銅合金はりん青銅合金として知られている。展伸用はＳｎ：３．５〜９．０質量％、燐０．０３〜０．３５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有すること、並びに鋳造用としてＳｎ：９．０〜１５．０質量％、燐０．０５〜０．５％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することなどがＪＩＳ規格で定められている。

これらりん青銅合金を通常の方法で溶解し鋳造すると、りん青銅合金溶湯中に樹脂状α初晶が晶出するので湯流れ性が悪く、したがって、低温度での鋳造性が悪い。これを改善すべくりん青銅合金溶湯を液相線温度と固相線温度の間の温度域で強く撹拌してスラリー状の半融りん青銅合金を作製し、この半融りん青銅合金を鋳造すると、前記撹拌により固液混合スラリー中に生成したデンドライトは分断され、固液混合スラリー中のα初晶固体は球状となり、そのために高い固相率まで流動性を保持することができ、それによって結晶粒が微細でかつ粒状晶を有する組織のりん青銅合金鋳物を製造する方法が提案されており、この方法は半融合金鋳造法と呼ばれている（特許文献１参照）。
特開平６−２３４０４９号公報

しかし、溶湯を攪拌する半融合金鋳造法を実施するには、溶湯温度を制御しながら攪拌する必要があることから装置が大型化し、条件によって溶湯中に余分なガスを巻き込む恐れがあった。さらに金型の損耗を考慮した場合には、溶湯温度を下げる必要があるが、上記従来のりん青銅合金は半融状態で攪拌してもデンドライト組織の生成を完全に避けることができず、そのために溶湯の流動性が著しく悪くなり、最終的には鋳造不良につながる恐れもあった。

本発明者等は、液相中のデンドライトを分断して粒状化するための攪拌手段を施すことなく、半融りん青銅合金の流動性を向上させ、低温での半融りん青銅合金を鋳造しても鋳造不良がなく結晶粒が微細なりん青銅合金鋳物を製造すべく研究を行った。その結果、
（イ）従来のＳｎ：４〜１５質量％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有しているりん青銅合金に、さらにＺｒ：０．０００５〜０．０４％を添加したりん青銅合金を原料合金として、これをすべてが液相になるまで完全溶解したのち冷却して得られた半融りん青銅合金または再溶解して得られた半融りん青銅合金はいずれも流動性に優れ、この半融りん青銅合金を鋳造すると、結晶粒が微細なりん青銅合金鋳物を製造することができ、したがって、従来のように半融合金状態で撹拌処理を施す必要がない、

（ロ）質量％で、Ｚｒ：０．０００５−０．０４ｗｔ％, Ｐ：０．０１−０．２５ｗｔ％を含有する前記（イ）記載のりん青銅合金にさらにＺｎ：０．１〜７．５％含有せしめたりん青銅合金を原料合金として、これをすべてが液相になるまで完全溶解したのち冷却して得られた半融りん青銅合金または再溶解して得られた半融りん青銅合金はいずれも流動性に優れ、この半融りん青銅合金を鋳造すると、結晶粒が微細なりん青銅合金鋳物を製造することができ、したがって、従来のように半融合金状態で撹拌処理を施す必要がない、
（ハ）前記（イ）または（ロ）記載のりん青銅合金に、さらにＰｂ：０．０１〜４.５％、Ｂｉ：０．０１〜３．０％、Ｓｅ：０．０３〜１.０％、Ｔｅ：０．０１〜１．０％の内の１種または２種以上含有する成分組成を有するりん青銅合金についても同様の効果を奏する、
（ニ）前記（イ）〜（ハ）記載のりん青銅合金が半融合金状態で流動性が良い理由は、前記（イ）〜（ハ）記載のりん青銅合金がすべてが液相になるまで完全溶解したのち冷却して凝固する過程においてデンドライトではなく粒状の微細なα初晶が晶出することによるものであり、また、前記（イ）〜（ハ）記載のりん青銅合金を再溶解して得られた半融りん青銅合金は液相中に粒状の微細なα固相が共存していることによるものである、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、

（１）質量％で、Ｓｎ：４〜１５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する半融合金鋳造用原料りん青銅合金、
（２）質量％で、Ｓｎ：４〜１５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、さらに、Ｚｎ：０．１〜７．５％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有する半融合金鋳造用原料りん青銅合金、
（３）さらに、Ｐｂ：０．０１〜４.５％、Ｂｉ：０．０１〜３．０％、Ｓｅ：０．０３〜１．０％、Ｔｅ：０．０１〜１．０％の内の１種または２種以上含有する成分組成を有する前記（１）または（２）記載の半融合金鋳造用原料りん青銅合金、に特徴を有するものである。

この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金は、予め成分調整したインゴットを作製して貯蔵しておき、必要量を取り出し再溶解して半融りん青銅合金を作製し、この半融りん青銅合金を鋳造することにより結晶粒が微細な半融りん青銅合金鋳物を製造することができる。

この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金において、その成分組成を前述の如く限定した理由を説明する。
Ｓｎ：
ＳｎはＣｕに添加することにより合金溶湯の流動性を向上させ、さらに鋳物の耐食性を向上させるとともに機械的強度、耐摩耗性を向上させる作用を有するが、その含有量が４質量％未満では機械的強度が低くさらに溶湯の流動性が低下するので好ましくなく、一方、１５％を越えて含有すると鋳造性が低下すると共に得られた鋳物が硬く脆くなって機械的強度が低下するようになるので好ましくない。したがって、この発明の半融合金鋳造用りん青銅合金に含まれるＳｎは４〜１５質量％に定めた。
Ｚｒ：
ＺｒはＰと共存することにより半融合金状態において微細な粒状α初相の晶出を促進させ、半融りん青銅合金の流動性を改善させるとともに鋳造したりん青銅合金鋳物の結晶粒を微細化させる作用を有するが、その含有量が０．０００５質量％未満では結晶粒の微細化に十分な効果を発揮することが無いので好ましくなく、一方、０．０４質量％を越えて含有すると、かえって鋳物の結晶粒が大きくなるので好ましくない。したがって、この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金に含まれるＺｒは０．０００５〜０．０４質量％に定めた。
Ｐ：
ＰはＺｒと共存することにより半融合金状態において微細な粒状α初相の晶出を促進させ、半融りん青銅合金の流動性を改善させるとともに鋳造したりん青銅合金鋳物の結晶粒を微細化させる作用を有するが、その含有量が０．０１質量％未満では結晶粒の微細化効果を十分に発揮することがなく、一方、０．２５質量％を越えて含有すると、低融点の金属間化合物が形成され、脆くなるので好ましくない。したがって、この発明の半融合金鋳造用りん青銅合金に含まれるＰは０．０１〜０．２５質量％に定めた。

Ｚｎ：

Ｚｎは、半融りん青銅合金の流動性を一層改善させ、融点を下げ、さらに耐食性を向上させる作用を有するので必要に応じて添加するが、その含有量は０．１質量％未満では所望の効果が得られず、一方、７．５質量％を超えて含有すると、かえって鋳物の流動性が低下するようになるので好ましくない。したがって、この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金に含まれるＺｎは０．１〜７．５質量％に定めた。

その他の成分：
この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金にはさらにＰｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅなどが必要に応じて含まれるが、これらの成分がりん青銅合金に含まれる場合にはＰｂ：０．０１〜４.５％、Ｂｉ：０．０１〜３．０％、Ｓｅ：０．０３〜１．０％、Ｔｅ：０．０１〜１．０％の範囲で含まれることが好ましい。

この発明の半融合金鋳造用原料りん青銅合金を溶解して固液混合スラリー状態の半融りん青銅合金を作製し、この半融りん青銅合金を通常の方法で鋳造すると、半融りん青銅合金の液相中に微細な粒状α初相が晶出しあるいはα固相が共存しているため、攪拌処理装置を用いて撹拌を行わなくても半融りん青銅合金の流動性が損なわれることなく鋳造することができ、さらに得られた半融りん青銅合金を鋳造して得られたりん青銅合金鋳物は結晶粒が一層微細化されて機械的強度が一段と向上するという優れた効果を奏するものである。

実施例１
原料として通常の電気銅を用意し、この電気銅を電気炉に装入し、Ａｒガス雰囲気中にて溶解し、溶銅温度が１２００℃になった時点でＳｎおよびＰを添加し、さらに必要に応じてＺｎ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓｅ、Ｔｅなどを添加し、最後にＺｒを添加することによりりん青銅合金溶湯を作製し、得られたりん青銅合金溶湯を鋳造して表１〜６に示される成分組成を有する本発明半融合金鋳造用原料りん青銅合金（以下、本発明原料りん青銅合金という）１〜７５および比較半融合金鋳造用原料りん青銅合金（以下、比較原料りん青銅合金という）１〜６からなるインゴットを作製した。
さらに市販のＳｎ：９質量％、Ｐ：０．３５質量％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるりん青銅合金、並びにＳｎ：６質量％、Ｐ：０．１質量％を含有し、残部がＣｕおよび不可避不純物からなるりん青銅合金をそれぞれＡｒガス雰囲気中にて溶解し、温度：１２００℃のりん青銅合金溶湯を作製し、得られたりん青銅合金溶湯を鋳造して表６に示される成分組成を有する従来半融合金鋳造用原料りん青銅合金（以下、従来原料りん青銅合金という）１〜２からなるインゴットを作製した。

得られた本発明原料りん青銅合金１〜７５、比較原料りん青銅合金１〜６および従来原料りん青銅合金１〜２からなるインゴットの一部をそれぞれ切り取り、切り取ったインゴットを再溶解して固相線温度を越えかつ液相線温度未満の範囲内の所定の温度に加熱することにより再溶解して半融りん青銅合金溶湯を作製し、この半融状態のりん青銅合金溶湯を超急冷することにより急冷試験片を作製した。この急冷試験片の組織を光学顕微鏡で観察することにより半融状態のりん青銅合金溶湯において液相とともに共存しているα固相の形状を推定し、さらにその平均粒径を求め、その結果を表１〜６に示した。

なお、α固相の平均粒径の測定は急冷試験片の切断面を硝酸でエッチングしたのち光学顕微鏡で観察し測定した。

表１〜６に示される結果から、本発明原料りん青銅合金１〜７５は急冷試験片のα固相がいずれも微細な粒状を呈しているところから半融状態において粒状の微細なα固相が液相と共存していると推定され、一方、従来原料りん青銅合金１〜２の急冷試験片のα固相がいずれも樹枝状を呈しているところから従来原料りん青銅合金１〜２は半融状態においてデンドライトが生成していることが推定され、したがって本発明原料りん青銅合金１〜７５で作製した半融りん青銅合金は従来原料りん青銅合金１〜２で作製した半融りん青銅合金に比べて流動性が優れていること、本発明原料りん青銅合金１〜７５を溶解して得られた半融りん青銅合金は液相中に微細な粒状のα固相が生成しているので半融りん青銅合金を撹拌することなく鋳造しても微細な結晶粒を有する鋳物が得られること、この発明の条件から外れてＳｎ、ＺｒおよびＰを含む比較原料りん青銅合金１〜６は半融状態ではデンドライトが発生したり、結晶粒の微細化が不足したり脆くなったりするので好ましくないことがわかる。

実施例２
実施例１で作製した前記本発明原料りん青銅合金１〜７５、比較原料りん青銅合金１〜６および従来原料りん青銅合金１〜２からなるインゴットの一部をそれぞれ切り取り、切り取ったインゴットを完全溶解して全てが液相のりん青銅合金溶湯を作製し、その後冷却して固相線温度を越えかつ液相線温度未満の範囲内の所定の温度に保持された半融りん青銅合金溶湯を作製し、この半融りん青銅合金溶湯を超急冷することにより急冷試験片を作製した。この急冷試験片の組織を光学顕微鏡で観察することにより半融りん青銅合金溶湯に晶出ているα初晶形状を推定し、さらにその平均粒径を求めた結果、実施例１とほぼ同じ結果が得られた。

Claims

質量％で、Ｓｎ：４〜１５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする半融合金鋳造用原料りん青銅合金。
質量％で、Ｓｎ：４〜１５％、Ｚｒ：０．０００５〜０．０４％、Ｐ：０．０１〜０．２５％を含有し、さらに、Ｚｎ：０．１〜７．５％を含有し、残りがＣｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有することを特徴とする半融合金鋳造用原料りん青銅合金。
さらに、Ｐｂ：０．０１〜４.５％、Ｂｉ：０．０１〜３．０％、Ｓｅ：０．０３〜１．０％、Ｔｅ：０．０１〜１．０％の内の１種または２種以上含有する成分組成を有することを特徴とする請求項１または２記載の半融合金鋳造用原料りん青銅合金。