由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明的目的在于提供一種由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法，該鑄造件由在金屬模制造時(shí)不產(chǎn)生凝固裂紋的金屬模鑄造用銅基合金構(gòu)成。其特征在于，使用耐脫鋅性和金屬模鑄造性優(yōu)異，并且以質(zhì)量％計(jì)，由如下組分組成的銅基合金：Cu：65.1～69％；Pb：0.05～0.25％；Al：0.2～0.7％；Mn：0.2～0.7％；Si：0.2～0.7％；Fe：0.06～0.2％；Sn：0.1～2.0％；Sb、As和P中的任意一種或兩種以上的總和：0.03～0.2％；剩余部分為Zn和雜質(zhì)。
【專利說(shuō)明】
由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種耐脫鋅腐蝕性優(yōu)異的銅基合金，特別涉及一種最適合于水龍頭、閥門等的耐腐蝕性優(yōu)異的金屬模鑄造用銅基合金和金屬模鑄造件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為耐腐蝕性優(yōu)異且通過(guò)金屬模鑄造而抑制鑄造裂紋的銅基合金，日本專利第3461081號(hào)公報(bào)中公開(kāi)了一種金屬模鑄造用合金，其組分為Sn、Sb、As、P、Pb、Al、Fe、Zn和Cu，其特征在于，關(guān)于各組分的配混比，Sn為0.05?0.2重量％ ;Sb、As或P中的任意一種或兩種以上為0.05?0.3重量％ ;根據(jù)Zn = 1、Sn = 2、Pb = 1、Al = 6、Fe = 0.9的吉耶(Guillet)系數(shù)而算出的鋅當(dāng)量為35.7?41.0重量％ ;剩余部分由Cu構(gòu)成；β相的面積占有比為15%以下，凝固溫度范圍為17°C以下。
[0003]但是，該公報(bào)中公開(kāi)的銅基合金中，明確記載了在Sn為0.2重量％以上(凝固溫度范圍超過(guò)17°C )時(shí)鑄造金屬模的情況下，會(huì)產(chǎn)生凝固裂紋。
[0004]不過(guò)，在黃銅材料的制造中，一般不僅使用純凈材料，也能使用再生原料，但是在普通易切削黃銅的再生原料中，有Sn最大含有0.8%左右的情況。
[0005]因此，在該公報(bào)中公開(kāi)的銅基合金中，只能使用少量的再生原料，電解銅、電解鋅等的純凈材料的使用比率會(huì)變高，結(jié)果會(huì)使成本上升。
[0006]另外，Sn成分也會(huì)對(duì)改善耐腐蝕/銹蝕性有作用，所以期望開(kāi)發(fā)出能夠允許加入一定量Sn的金屬模鑄造用合金。
[0007]【現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)】
[0008]【專利文獻(xiàn)】
[0009]【專利文獻(xiàn)I】日本專利第3461081號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]發(fā)明想要解決的問(wèn)題
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種鑄造件的制造方法，該鑄造件由在鑄造金屬模時(shí)不產(chǎn)生凝固裂紋的耐腐蝕性金屬模鑄造用銅基合金構(gòu)成。
[0012]用于解決問(wèn)題的方案
[0013]本發(fā)明中使用的銅基合金的耐脫鋅腐蝕性以及金屬模鑄造性優(yōu)異，為低Pb的銅其A全座口立O
[0014]本合金的特征在于，使用了以質(zhì)量％計(jì)，由如下組分組成的銅基合金:Cu:65.1?69% ；Pb:0.05 ?0.25% ；A1:0.2 ?0.7% ；Mn:0.2 ?0.7% ；S1:0.2 ?0.7% ；Fe:0.06 ?0.2% ；Sn:0.1?2.0 % ;Sb、As和P中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?0.2% ;剩余部分為Zn和雜質(zhì)。
[0015]本發(fā)明的特征在于:在銅基合金(黃銅)中，通過(guò)添加Sn成分而改善了耐腐蝕性的同時(shí)，通過(guò)使Fe成分、Si成分的組合最適化而改善了鑄造性。
[0016]另外，本發(fā)明中使用的金屬模鑄造用銅基合金的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，Cu:65.1 ?69 % ；Pb:0.05 ?0.25 % ；A1:0.2 ?0.7 % ；Mn:0.2 ?0.7 % ；S1:0.2 ?0.7 % ;Fe:0.06?0.2% ；Sn:0.1?2.0 % ;Sb、As和P中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?0.2% ;還含有Te:0.01?0.45%和Se:0.02?0.45%中的至少一種元素；剩余部分為Zn和雜質(zhì)。
[0017]另外，本發(fā)明中使用的金屬模鑄造用銅基合金的特征在于，以質(zhì)量％計(jì)，Cu:65.1 ?69 % ；Pb:0.05 ?0.25 % ；A1:0.2 ?0.7 % ；Mn:0.2 ?0.7 % ；S1:0.2 ?0.7 % ;Fe:0.06?0.2% ；Sn:0.1?2.0 % ;Sb、As或P中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?
0.2% ;還含有Te:0.01?0.45%和Se:0.02?0.45%中的至少一種元素或者/以及Mg:
0.001?0.2%和Zr:0.005?0.2%中的至少一種元素；剩余部分為Zn和雜質(zhì)。
[0018]在本發(fā)明中，優(yōu)選在上述合金中進(jìn)一步添加3?15ppm的B成分。
[0019]在本發(fā)明中，使用本合金而鑄造金屬模后，在450?550°C下保持30分鐘以上3小時(shí)以內(nèi)，使β相的面積占有比率為15%以下。
[0020]發(fā)明的效果
[0021]本發(fā)明的銅基合金能夠抑制通過(guò)金屬模鑄造而產(chǎn)生的鑄造裂紋，并且耐脫鋅腐蝕性很優(yōu)異。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1表示評(píng)價(jià)中使用的銅基合金的成分表。
[0023]圖2表示銅基合金的金屬模鑄造件的評(píng)價(jià)結(jié)果。
[0024]圖3表示裂紋性的評(píng)價(jià)中使用的金屬模構(gòu)造。
[0025]圖4表示Sn:1.5%、1.0%的熱處理結(jié)果。
[0026]圖5表示Sn:0.8%,0.4%的熱處理結(jié)果。
[0027]圖6表示Sn:0.2%,0.08%的熱處理結(jié)果。
[0028]圖7表示脫鋅試驗(yàn)結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0029]以下，對(duì)本發(fā)明中使用的銅基合金的成分進(jìn)行說(shuō)明。
[0030]Cu成分優(yōu)選為65.1?69%的范圍。
[0031]Cu成分低于65%的話，β相會(huì)增大，耐腐蝕性會(huì)降低。
[0032]Cu成分增加的話，雖然耐脫鋅腐蝕性等的耐腐蝕性會(huì)上升，但價(jià)格會(huì)很昂貴，故優(yōu)選65.1?69%的范圍。
[0033]Pb是為了提高切削性的添加元素，在本發(fā)明中，根據(jù)需要而添加0.05 %以上的Pb，但超過(guò)0.25%的話，鉛的溶出值會(huì)變高，因此，設(shè)定為0.25%以下。
[0034]如上述那樣，Sn成分會(huì)在鑄造時(shí)容易引起凝固裂紋。在金屬模鑄造中使用銅基合金的情況下，一般必須設(shè)定Sn成分為0.2%以下。
[0035]在本發(fā)明中，可通過(guò)Sn:0.05?2.0%的范圍來(lái)防止鑄造裂紋。
[0036]另外，為了賦予耐脫鋅性，Sn為0.1 %以上是必須的。
[0037]Fe成分促進(jìn)結(jié)晶的細(xì)微化，抑制鑄造時(shí)的裂紋，提尚鑄造性。
[0038]Fe成分可以在0.06?0.2%的范圍內(nèi)。
[0039]將Fe成分控制在該范圍的話，能夠抑制添加Sn所導(dǎo)致的鑄造裂紋。
[0040]特別是在Fe:0.06?0.1 %的范圍內(nèi)，即使Sn多至2.0%，也不會(huì)引起鑄造裂紋。
[0041]Al成分會(huì)提高流動(dòng)性，但是很多的話會(huì)使耐脫鋅腐蝕性降低，故為0.2?0.7%的范圍，優(yōu)選為0.2?0.5%的范圍。
[0042]Si成分也有利于改善鑄造性，促進(jìn)結(jié)晶的細(xì)微化，抑制鑄造時(shí)的凝固裂紋，提高鑄造性。
[0043]特別是添加0.2%以上的Si的話，其效果很大，很明顯能夠在Sn:0.05?2.0%的范圍內(nèi)防止鑄造裂紋。
[0044]特別是，在過(guò)去人們會(huì)說(shuō)優(yōu)選抑制Sn的添加量為0.20%以下，但在本發(fā)明中，SP使在Sn:0.21?2.0 %的范圍內(nèi)，也能確保充分的鑄造性。
[0045]不過(guò)，Si的鋅當(dāng)量多至10，量很多的話，β相會(huì)變多，會(huì)損害耐脫鋅腐蝕性，故設(shè)定Si的上限為0.7%。
[0046]Mn成分會(huì)強(qiáng)化鑄模，但是會(huì)與Fe結(jié)合，生成很硬的金屬間化合物，會(huì)損害切削性，故設(shè)定為0.2?0.7%的范圍。
[0047]為了提高耐腐蝕性而最好添加0.03%以上的Sb成分，但超過(guò)0.2%會(huì)容易引起凝固裂紋，故設(shè)定為0.2%以下。
[0048]另外，可以添加0.05?0.2%的發(fā)揮與Sb相同作用的As或P來(lái)代替Sb，也可以添加它們的組合來(lái)代替Sb。
[0049]在添加組合的情況下，總和的上限為0.3%。
[0050]Te成分可提高切削性，但0.01%以上就有效果，從得到添加量相應(yīng)的效果、經(jīng)濟(jì)性的觀點(diǎn)考慮，將0.45%設(shè)為上限。
[0051]Se成分可提高切削性，但材料單價(jià)很昂貴，故極力抑制其含量。
[0052]另外，熱加工性會(huì)惡化，故優(yōu)選為0.45%以下。
[0053]添加Se的情況下，優(yōu)選為0.02?0.45%的范圍。
[0054]Mg成分具有結(jié)晶細(xì)微化引起的強(qiáng)度上升、流動(dòng)性上升、脫酸/脫硫的效果。
[0055]如果熔融金屬中含有0.001%以上的Mg的話，則熔融金屬中的S成分會(huì)以MgS的形式被去除。
[0056]另外，如果Mg超過(guò)0.2 %，則會(huì)氧化，熔融金屬的粘性會(huì)變高，有可能會(huì)產(chǎn)生氧化物的卷入等的鑄造缺陷。
[0057]因此，Mg成分在0.001?0.2%的范圍內(nèi)可確認(rèn)效果。
[0058]Zr成分具有結(jié)晶粒的細(xì)微化作用。
[0059]添加0.005 %以上會(huì)顯現(xiàn)效果。
[0060]另外，Zr與氧的親和力很強(qiáng)，故超過(guò)0.2%則會(huì)氧化，熔融金屬的粘性會(huì)變高，有可能會(huì)產(chǎn)生氧化物的卷入等的鑄造缺陷。
[0061 ] 接下來(lái)對(duì)熱處理進(jìn)行說(shuō)明。
[0062]本發(fā)明的合金在鑄造狀態(tài)下，會(huì)成為α + β的兩相組織，但是通過(guò)450?550°C的熱處理，β相會(huì)縮小，耐腐蝕性會(huì)增加。
[0063]另外，如果熱處理時(shí)間少于30分鐘，則β相難以減少，故需要保持30分鐘以上。
[0064]另外，即使超過(guò)3個(gè)小時(shí)，熱處理效果也不會(huì)變化，故設(shè)定為30分鐘以上3小時(shí)以內(nèi)。
[0065]實(shí)施例1
[0066]作為銅基合金，對(duì)圖1所示那樣的各種合金組分的熔融金屬進(jìn)行調(diào)整，并實(shí)施了如下那樣的評(píng)價(jià)試驗(yàn)。
[0067]其結(jié)果示于圖2的表中。
[0068]<評(píng)價(jià)試驗(yàn)>
[0069](I)鑄造裂紋實(shí)驗(yàn)
[0070]通過(guò)兩端拘束試驗(yàn)法對(duì)鑄造裂紋性進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
[0071]使用的金屬模的形狀示于圖3。
[0072]使用了鈹銅合金作為金屬模的材質(zhì)。
[0073]在圖3中，在中央部設(shè)置了隔熱件I，從而使中央部的冷卻比兩端拘束部2要慢。
[0074]設(shè)定拘束距離L為150mm，隔熱件I的長(zhǎng)度為100mm。
[0075]試驗(yàn)通過(guò)如下方式進(jìn)行判定:拘束部被驟冷而拘束兩端，通過(guò)產(chǎn)生的凝固收縮力，觀察作為最終凝固部的試驗(yàn)片中央部是否產(chǎn)生了裂紋。
[0076]作為評(píng)價(jià)，將中央部沒(méi)有產(chǎn)生裂紋的設(shè)為〇，將雖然確認(rèn)出部分產(chǎn)生裂紋但沒(méi)有斷裂的設(shè)為Λ，將中央部斷裂的設(shè)為X。
[0077](2)耐脫鋅試驗(yàn)
[0078]將鑄造裂紋試驗(yàn)中評(píng)價(jià)的測(cè)試片在470?550°C下熱處理3小時(shí)后，以ISO法為基準(zhǔn)，將試驗(yàn)材料浸漬于75±3°C的CuCl2.2H20的12.7g/l溶液中24小時(shí)，測(cè)定脫鋅腐蝕深度，根據(jù)以下基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。
[0079]脫鋅深度為100 μ m以下的設(shè)為合格(〇)，脫鋅深度超過(guò)100 μ m的設(shè)為不合格(X)0
[0080]< 考察 >
[0081]針對(duì)與實(shí)施例合金N0.2 (Sn:約 0.4 % )、N0.4 (Sn:約 0.2 % )、N0.5 (Sn:約
1.5% ) ^ N0.6 (Sn:約1.0% )、N0.7 (Sn:約0.8% )對(duì)應(yīng)的Sn的添加量和比較例N0.21的Sn:0.08%，將熱處理后的組織照片示于圖4?圖6。
[0082]分別在470°C和550°C下進(jìn)行了 3小時(shí)的熱處理，結(jié)果為只有N0.21殘留大量的β相。
[0083]其它合金的β相幾乎消失了。
[0084]可知其β相耐脫鋅性很差。
[0085]圖7表示脫鋅試驗(yàn)后的組織照片。
[0086]關(guān)于N0.5、N0.6、N0.7，在470°C進(jìn)行3小時(shí)熱處理后，進(jìn)行了脫鋅試驗(yàn)。
[0087]關(guān)于脫鋅深度，N0.5(Sn:約1.5 % )為 60μπι，N0.6 (Sn:約 1.0 % )為 48μπι，N0.7 (Sn:約0.8% )為36 μ m，均為100 μ m以下，耐脫鋅性優(yōu)異。
[0088]另外，關(guān)于N0.2 (Sn:約 0.4% )、N0.4(Sn:約 0.2% )和 N0.21，在 550°C進(jìn)行 3 小時(shí)熱處理后，進(jìn)行了脫鋅試驗(yàn)。
[0089]關(guān)于脫鋅深度，N0.2為16 μ m，N0.4為12 μ m，均為10ym以下，但Sn:0.08%的N0.21為100 μ m以上，整體產(chǎn)生了脫鋅腐蝕。
[0090]由此，在Sn低于0.1%時(shí)，即使進(jìn)行了熱處理，也無(wú)法保持耐脫鋅性。
[0091]另外，比較例N0.23產(chǎn)生了鑄造裂紋。
[0092]綜上所述，Sn最好為0.1 %以上2%以下。另外，Sb在0.02%下時(shí)耐腐蝕性差，超過(guò)0.2%的話，會(huì)產(chǎn)生鑄造裂紋，Sb的范圍最好為0.03%以上0.2%以下。
[0093]符號(hào)說(shuō)明:
[0094]符號(hào)I隔熱件；
[0095]符號(hào)2兩端拘束部。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法，其特征在于，使用由如下組分組成的銅基合金來(lái)鑄造金屬模，之后進(jìn)行450?550°C X30分鐘以上的熱處理，其中，該銅基合金的各組分以質(zhì)量％計(jì)為:Cu:65.1?69% ；Pb:0.05?(λ 25% ；Α1:(λ 2?(λ 7% ；Μη:0.2 ?0.7% ；Si:0.2 ?0.7% ；Fe:0.06 ?0.2% ；Sn:0.1 ?2.0% ;Sb、As 和 P 中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?0.2% ;剩余部分為Zn和雜質(zhì)。2.—種由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法，其特征在于，使用由如下組分組成的銅基合金來(lái)鑄造金屬模，之后進(jìn)行450?550°C X30分鐘以上的熱處理，其中，該銅基合金的各組分以質(zhì)量％計(jì)為:Cu:65.1?69% ；Pb:0.05?(λ 25% ；Α1:(λ 2?(λ 7% ；Μη:0.2 ?0.7% ；Si:0.2 ?0.7% ；Fe:0.06 ?0.2% ；Sn:0.1 ?2.0% ;Sb、As 和 P 中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?0.2%;還含有Te:0.01?0.45%和Se:0.02?0.45%中的至少一種元素；剩余部分為Zn和雜質(zhì)。3.—種由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法，其特征在于，使用由如下組分組成的銅基合金來(lái)鑄造金屬模，之后進(jìn)行450?550°C X30分鐘以上的熱處理，其中，該銅基合金的各組分以質(zhì)量％計(jì)為:Cu:65.1?69% ；Pb:0.05?(λ 25% ；Α1:(λ 2?(λ 7% ；Μη:0.2 ?0.7% ；Si:0.2 ?0.7% ；Fe:0.06 ?0.2% ；Sn:0.1 ?2.0% ;Sb、As 或 P 中的任意一種或兩種以上的總和:0.03?0.2%;還含有Te:0.01?0.45%和Se:0.02?0.45%中的至少一種元素或者/以及Mg:0.001?0.2%和Zr:0.005?0.2 %中的至少一種元素；剩余部分為Zn和雜質(zhì)。4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)記載的由銅基合金構(gòu)成的金屬模鑄造件的制造方法，其特征在于，上述銅基合金中進(jìn)一步添加有3?15ppm的B。
【文檔編號(hào)】C22C9/04GK105821239SQ201510009330
【公開(kāi)日】2016年8月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月8日
【發(fā)明人】上坂美治
【申請(qǐng)人】三越金屬株式會(huì)社