JPH07107183B2 - 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金 - Google Patents
高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金Info
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- JPH07107183B2 JPH07107183B2 JP21067587A JP21067587A JPH07107183B2 JP H07107183 B2 JPH07107183 B2 JP H07107183B2 JP 21067587 A JP21067587 A JP 21067587A JP 21067587 A JP21067587 A JP 21067587A JP H07107183 B2 JPH07107183 B2 JP H07107183B2
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Landscapes
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、高強度と高靭性を有し、さらに耐摩耗性に
すぐれ、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対する
同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要求さ
れる自動車のトランスミッション構造部材や変速機のシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いるのに適したCu合
金に関するものである。
すぐれ、さらに摩擦係数で評価される相手部材に対する
同期特性にもすぐれ、したがってこれらの特性が要求さ
れる自動車のトランスミッション構造部材や変速機のシ
ンクロナイザリングなどの製造に用いるのに適したCu合
金に関するものである。
従来、一般に、上記の自動車のトランスミッション構造
部材や変速機のシンクロナイザリングなどの製造には、
強度および靭性、耐摩耗性、さらに高い摩擦係数が要求
されることから、これらの特性を具備したアルミニウム
青銅や高力黄銅などのCu合金が用いられている。
部材や変速機のシンクロナイザリングなどの製造には、
強度および靭性、耐摩耗性、さらに高い摩擦係数が要求
されることから、これらの特性を具備したアルミニウム
青銅や高力黄銅などのCu合金が用いられている。
しかし、近年、上記各種機器の小型化および軽量化、並
びに高出力化に伴い、これらを構成する部材はより一段
とすぐれた強度、靭性、および耐摩耗性、さらに高い摩
擦係数を具備することが要求されるようになっている
が、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅などの従来Cu合
金では、これらの要求を十分満足させることができない
のが現状である。
びに高出力化に伴い、これらを構成する部材はより一段
とすぐれた強度、靭性、および耐摩耗性、さらに高い摩
擦係数を具備することが要求されるようになっている
が、上記のアルミニウム青銅や高力黄銅などの従来Cu合
金では、これらの要求を十分満足させることができない
のが現状である。
そこで、本発明者等は、上述のような観点から、上記各
種機器の小型化および軽量化、さらに高出力化に対応で
きる構造部材用材料を開発すべく研究を行なった結果、
重量％で（以下％は重量％を示す）、 Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cr:0.05〜１％と、 PbおよびSnのうちの１種または２種:0.05〜２％、 のうちのいずれか、または両方を含有し、残りがCuと不
可避不純物からなる組成、並びに素地中に金属間化合物
と酸化物が均一分散した組織を有するCu合金は、高強度
と高靭性、さらにすぐれた耐摩耗性を有し、かつ摩擦係
数も高く、したがってこのCu合金をトランスミッション
構造部材やシンクロナイザリングなどの製造に用いた場
合に、これら部材で構成される各種機器の小型化および
軽量化が可能となり、かつ高性能化をはかることができ
るようになるという知見を得たのである。
種機器の小型化および軽量化、さらに高出力化に対応で
きる構造部材用材料を開発すべく研究を行なった結果、
重量％で（以下％は重量％を示す）、 Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、さらに必要に応じて、 Cr:0.05〜１％と、 PbおよびSnのうちの１種または２種:0.05〜２％、 のうちのいずれか、または両方を含有し、残りがCuと不
可避不純物からなる組成、並びに素地中に金属間化合物
と酸化物が均一分散した組織を有するCu合金は、高強度
と高靭性、さらにすぐれた耐摩耗性を有し、かつ摩擦係
数も高く、したがってこのCu合金をトランスミッション
構造部材やシンクロナイザリングなどの製造に用いた場
合に、これら部材で構成される各種機器の小型化および
軽量化が可能となり、かつ高性能化をはかることができ
るようになるという知見を得たのである。
この発明は、上記知見にもとづいてなされたものであっ
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
て、以下に成分組成を上記の通りに限定した理由を説明
する。
（ａ） ZnおよびAl これらの成分には、共存した状態で合金の強度および靭
性を向上させるほか、Al成分にはSi成分と共に、素地中
に均一に微細分散する複酸化物を形成して、耐焼き付き
性の向上および摩擦係数の安定性に寄与し、かつ耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれZ
n:17％未満およびAl:2％未満では前記作用に所望の効果
を確保することができず、一方その含有量がZn:40％お
よびAl:11％を越えてもより一層の向上効果は現われな
いことから、その含有量をそれぞれZn:17〜40％、Al:2
〜11％と定めた。
性を向上させるほか、Al成分にはSi成分と共に、素地中
に均一に微細分散する複酸化物を形成して、耐焼き付き
性の向上および摩擦係数の安定性に寄与し、かつ耐摩耗
性を向上させる作用があるが、その含有量がそれぞれZ
n:17％未満およびAl:2％未満では前記作用に所望の効果
を確保することができず、一方その含有量がZn:40％お
よびAl:11％を越えてもより一層の向上効果は現われな
いことから、その含有量をそれぞれZn:17〜40％、Al:2
〜11％と定めた。
（ｂ） MnおよびSi これらの成分には、お互いに結合して、素地中に微細に
分散する金属間化合物を形成し、もって強度、靭性、お
よび耐摩耗性を向上させるほか、上記の通りSi成分には
Alと共に複酸化物を形成して、例えばシンクロナイザリ
ングとして適用した場合に相手部材に対する同期特性を
向上させ、かつ耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量がそれぞれMn:0.5％未満およびSi:0.1％未満で
は前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有
量がそれぞれMn:6％およびSi:2％を越えると、スラグの
発生が多くなり、鋳造が難しくなるほか、合金の靭性が
低下するようになることから、その含有量をそれぞれM
n:0.5〜６％、Si:0.1〜２と定めた。
分散する金属間化合物を形成し、もって強度、靭性、お
よび耐摩耗性を向上させるほか、上記の通りSi成分には
Alと共に複酸化物を形成して、例えばシンクロナイザリ
ングとして適用した場合に相手部材に対する同期特性を
向上させ、かつ耐摩耗性を向上させる作用があるが、そ
の含有量がそれぞれMn:0.5％未満およびSi:0.1％未満で
は前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有
量がそれぞれMn:6％およびSi:2％を越えると、スラグの
発生が多くなり、鋳造が難しくなるほか、合金の靭性が
低下するようになることから、その含有量をそれぞれM
n:0.5〜６％、Si:0.1〜２と定めた。
（ｃ） Fe,Ni,およびCo これらの成分には、素地中に分散してMn−Si系金属間化
合物を微細化し、合金の強度および靭性を向上させるほ
か、Siとも化合物を形成して耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その含有量が0.1未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が３％を越えると、靭
性が低下するようになると共に、鋳造性も劣化するよう
になることから、その含有量を0.1〜３％と定めた。
合物を微細化し、合金の強度および靭性を向上させるほ
か、Siとも化合物を形成して耐摩耗性を向上させる作用
があるが、その含有量が0.1未満では前記作用に所望の
効果が得られず、一方その含有量が３％を越えると、靭
性が低下するようになると共に、鋳造性も劣化するよう
になることから、その含有量を0.1〜３％と定めた。
（ｄ） P,Mg,およびCa これらの成分には、素地中に分散する上記の金属間化合
物を微細化して、合金の強度および靭性を改善するほ
か、酸化物を形成し、さらに例えばシンクロナイザリン
グとし適用した場合に、すぐれた同期特性を示す共に、
焼き付きを防止する作用があるが、その含有量が0.003
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が0.3％を越えると、靭性および耐摩耗性に低下
傾向が現われるようになることらら、その含有量を0.00
3〜0.3％と定めた。
物を微細化して、合金の強度および靭性を改善するほ
か、酸化物を形成し、さらに例えばシンクロナイザリン
グとし適用した場合に、すぐれた同期特性を示す共に、
焼き付きを防止する作用があるが、その含有量が0.003
％未満では前記作用に所望の効果が得られず、一方その
含有量が0.3％を越えると、靭性および耐摩耗性に低下
傾向が現われるようになることらら、その含有量を0.00
3〜0.3％と定めた。
（ｅ） 酸素 酸素（O2）成分には、上記の通りAlおよびSi、さらにCr
などと結合して複酸化物を形成し、上記特性の改善に寄
与する作用があるが、その含有量が30ppm未満では、素
地中に微細に分散する酸化物の割合が少なすぎて所望の
特性改善効果が得られないばかりか、摩擦係数が不安定
になり、一方その含有量が1000ppmを越えると、酸化物
が凝集し、かつ多量となって強度および靭性が低下する
ようになることから、その含有量を30〜1000ppmと定め
た。
などと結合して複酸化物を形成し、上記特性の改善に寄
与する作用があるが、その含有量が30ppm未満では、素
地中に微細に分散する酸化物の割合が少なすぎて所望の
特性改善効果が得られないばかりか、摩擦係数が不安定
になり、一方その含有量が1000ppmを越えると、酸化物
が凝集し、かつ多量となって強度および靭性が低下する
ようになることから、その含有量を30〜1000ppmと定め
た。
（ｆ） Cr Cr成分には、鉄族金属と金属間化合物を形成すると共
に、酸化物を形成して、より一層耐摩耗性を向上させ、
かつ摩擦係数を安定化する作用があるので、必要に応じ
て含有されるが、その含有量が0.05％未満では前記作用
に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が１％を
越えると、合金の靭性が低下するようになることから、
その含有量を0.05〜１％と定めた。
に、酸化物を形成して、より一層耐摩耗性を向上させ、
かつ摩擦係数を安定化する作用があるので、必要に応じ
て含有されるが、その含有量が0.05％未満では前記作用
に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が１％を
越えると、合金の靭性が低下するようになることから、
その含有量を0.05〜１％と定めた。
（ｇ） PbおよびSn これらの成分には、特にこの合金を例えばシンクロナイ
ザリングとして適用した場合に、高負荷摩擦条件下での
焼き付きを防止するほか、摩擦係数を適正値に調整でき
る作用があるので、必要に応じて含有されるが、その含
有量が0.05％未満では前記作用に所望の向上効果が得ら
れず、一方その含有量が２％を越えると、強度および靭
性が低下するようになることから、その含有量を0.05〜
２％と定めた。
ザリングとして適用した場合に、高負荷摩擦条件下での
焼き付きを防止するほか、摩擦係数を適正値に調整でき
る作用があるので、必要に応じて含有されるが、その含
有量が0.05％未満では前記作用に所望の向上効果が得ら
れず、一方その含有量が２％を越えると、強度および靭
性が低下するようになることから、その含有量を0.05〜
２％と定めた。
つぎに、この発明のCu合金を実施例により具体的に説明
する。
する。
通常の高周波炉を用い、溶解雰囲気をArガスとCOガスの
混合ガス雰囲気とし、かつO2含有量の調整は前記混合ガ
ス雰囲気のうちのCOガスの供給を止めた状態で、所定料
のO2を溶湯に吹き込むことによって行ない、それぞれ第
１表に示される成分組成をもった溶湯を調整し、これら
の溶湯をそれぞれ水冷鋳型に鋳造し、直径:200mm×長
さ:400mmのビレットとし、このビレットに600〜750℃の
範囲内の所定温度で熱間押出し加工を施して、所定径の
丸棒試験片とし、ついでこの丸棒試験片に550〜700℃の
範囲内の所定温度に１時間保持後空冷の熱処理を施すこ
とによって本発明Cu合金１〜30および比較Cu合金１〜14
をそれぞれ製造した。
混合ガス雰囲気とし、かつO2含有量の調整は前記混合ガ
ス雰囲気のうちのCOガスの供給を止めた状態で、所定料
のO2を溶湯に吹き込むことによって行ない、それぞれ第
１表に示される成分組成をもった溶湯を調整し、これら
の溶湯をそれぞれ水冷鋳型に鋳造し、直径:200mm×長
さ:400mmのビレットとし、このビレットに600〜750℃の
範囲内の所定温度で熱間押出し加工を施して、所定径の
丸棒試験片とし、ついでこの丸棒試験片に550〜700℃の
範囲内の所定温度に１時間保持後空冷の熱処理を施すこ
とによって本発明Cu合金１〜30および比較Cu合金１〜14
をそれぞれ製造した。
なお、比較Cu合金１〜14は、いずれも構成成分のうちの
いずれかの成分含有量（第１表に※印 を付したもの）がこの発明の範囲から外れたものであ
る。
いずれかの成分含有量（第１表に※印 を付したもの）がこの発明の範囲から外れたものであ
る。
つぎに、この結果得られた本発明Cu合金１〜30および比
較Cu合金１〜14について、強度を評価する目的で引張強
さ、靭性を評価する目的でシャルピー衝撃性と伸びを測
定し、さらに耐摩耗性と、部材に対する同期特性を評価
する目的で、 試料：直径3mmのピン材、 相手材:JIS・SCM420の浸炭焼入鋼（硬さ:HRC61.5）、 オイル：ギヤオイル90番、 油温:70℃、 摩擦速度:3m/sec、 圧力:80kg/cm2、 滑り距離:1.5km、 の条件でピン摩擦試験を行ない、比摩耗量を測定すると
共に、トルクメータから摩擦係数を算出した。これらの
結果を第２表に示した。
較Cu合金１〜14について、強度を評価する目的で引張強
さ、靭性を評価する目的でシャルピー衝撃性と伸びを測
定し、さらに耐摩耗性と、部材に対する同期特性を評価
する目的で、 試料：直径3mmのピン材、 相手材:JIS・SCM420の浸炭焼入鋼（硬さ:HRC61.5）、 オイル：ギヤオイル90番、 油温:70℃、 摩擦速度:3m/sec、 圧力:80kg/cm2、 滑り距離:1.5km、 の条件でピン摩擦試験を行ない、比摩耗量を測定すると
共に、トルクメータから摩擦係数を算出した。これらの
結果を第２表に示した。
第１表および第２表に示される結果から、本発明Cu合金
１〜30は、いずれも高強度および高靭性を有し、さらに
すぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有するのに対して、
比較Cu合金１〜14に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れると、
上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣った
ものになることが明らかである。
１〜30は、いずれも高強度および高靭性を有し、さらに
すぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有するのに対して、
比較Cu合金１〜14に見られるように、構成成分のうちの
いずれかの成分含有量がこの発明の範囲から外れると、
上記の特性のうちの少なくともいずれかの特性が劣った
ものになることが明らかである。
上述のように、この発明のCu合金は、高強度および高靭
性を有し、さらにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有
するので、特にこれらの特性が要求される自動車のトラ
ンスミッション構造部材や変速機のシンクロナイザリン
グなどの製造に用いた場合に、これら機器の小型化、軽
量化、および高出力化を可能とするなど工業上有用な特
性を有するのである。
性を有し、さらにすぐれた耐摩耗性と高い摩擦係数を有
するので、特にこれらの特性が要求される自動車のトラ
ンスミッション構造部材や変速機のシンクロナイザリン
グなどの製造に用いた場合に、これら機器の小型化、軽
量化、および高出力化を可能とするなど工業上有用な特
性を有するのである。
Claims (4)
- 【請求項１】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
に分散した組織を有することを特徴とする高強度および
高靭性を有する耐摩耗性Cu合金。 - 【請求項２】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、さらに、 Cr:0.05〜１％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
分散した組織を有することを特徴とする高強度および高
靭性を有する耐摩耗性Cu合金。 - 【請求項３】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、さらに、 PbおよびSnのうちの１種または２種:0.05〜２％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
に分散した組織を有することを特徴とする高強度および
高靭性を有する耐摩耗性Cu合金。 - 【請求項４】Zn:17〜40％、Al:2〜11％、 Mn:0.5〜６％、Si:0.1〜２％、 Fe,Ni,およびCoのうちの１種または２種以上:0.1〜３
％、 P,Mg,およびCaのうちの１種または２種以上:0.003〜0.3
％、 酸素:30〜1000ppm、 を含有し、さらに、 Cr:0.05〜１％と、 PbおよびSnのうちの１種または２種:0.05〜２％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（以上
重量％）、並びに素地中に金属間化合物と酸化物が均一
に分散した組織を有することを特徴とする高強度および
高靭性を有する耐摩耗性Cu合金。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21067587A JPH07107183B2 (ja) | 1987-08-25 | 1987-08-25 | 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金 |
| KR1019880000715A KR910001011B1 (ko) | 1987-02-24 | 1988-01-28 | 고강도 및 고인성을 가지는 내마모성 Cu 합금 |
| US07/157,634 US4874439A (en) | 1987-02-24 | 1988-02-18 | Synchronizer ring in speed variator made of wear-resistant copper alloy having high strength and toughness |
| DE3805794A DE3805794C2 (de) | 1987-02-24 | 1988-02-24 | Verschleißfeste Kupferlegierung |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21067587A JPH07107183B2 (ja) | 1987-08-25 | 1987-08-25 | 高強度および高靭性を有する耐摩耗性Ｃｕ合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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1987
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