(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｎｉを０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％未満、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．０５ａｂ≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．７５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３、そして
（２）０．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満であるとき１であり、４１％以上４５％以下であるとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項２】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｎｉを０．３ｗｔ％以上１．０ｗｔ％未満
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．０５ａｂ≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２ａｂのとき、−０．１５ｘ＋０．０３ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．２ａｂ＜ｘ≦０．７５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３、
（３）０．７５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３、そして
（４）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００４ｘ−０．００７（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項３】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｎｉを１．０ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．０５ａｂ≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２ａｂのとき、０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．２ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．０５ｘ＋０．０３ａｂ＜ｙ≦０．３、
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．０１５ａｂ＜ｙ≦０．３、
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．０２６ｘ＋０．０２８ａｂ＜ｙ≦０．３、
（５）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．０１１ｘ−０．００９（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３、そして
（６）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００７５ａｂ＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満であるとき１であり、４１％以上４５％以下であるとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項４】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ａｌを０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％未満、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ≦２．０、ｙ＞−０．１５x＋０．０１５ａｂ
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満であるとき１であり、４１％以上４５％以下であるとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項５】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ａｌを０．３ｗｔ％以上１．０ｗｔ％未満、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、−０．１５ｘ＋０．０１５ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３、そして
（３）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００２ｘ−０．００３（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項６】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ａｌを１．０ｗｔ％以上、２．０ｗｔ％以下、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．０５ａｂ≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．０１ｘ＋０．００７ａｂ＜ｙ≦０．３、
（３）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．００４ｘ＋０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３、
（４）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．００１ｘ−０．００１（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３、そして
（５）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０００５ａｂ＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項７】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％未満、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０≦ｘ≦０．１２５ａｂのとき、−０．１６ｘ＋０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．１２５ａｂ＜ｘ≦０．４ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３、そして
（３）０．４ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項８】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％未満、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｓｎを０．３ｗｔ％以上１．５ｗｔ％未満、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０≦ｘ≦０．２５ａｂのとき、−０．０８ｘ＋０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．２５ａｂ＜ｘ≦１．２５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３、
（３）１．２５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３、そして
（４）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００２ｘ−０．００３５（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項９】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
Ｓｎを１．５ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｘ≦２．０であり、ｙは、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、０．０２５ａｂ＜ｙ≦０．３、
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．１０５ｘ＋０．０３５５ａｂ＜ｙ≦０．３、
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３、
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、０．００７ｘ＋０．０００５ａｂ＜ｙ≦０．３、そして
（５）１．０ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０４５ｘ−０．０３７５（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項１０】
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
見かけ上のＺｎ含有量が３７％以上４５％以下であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、そして
０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＮｉ、０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＡｌ、および０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下のＳｎからなる群から選択される少なくとも二つの成分と、
ＢおよびＳｉの量が、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、前記Ｎｉ、Ａｌ、およびＳｎからなる群の少なくとも二つの元素のそれぞれの量に対応した、請求項１〜９に規定される少なくとも二つの関係式を同時に満たし、
残部がＺｎと不可避不純物からなることを特徴とする、黄銅。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の黄銅に対して、Ｍｎを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、およびＳｉを０．７ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下の量添加されたことを特徴とする、黄銅。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の黄銅に対して、Ｍｎを０．３ｗｔ％未満の量添加されたことを特徴とする、黄銅。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の黄銅からなる、水栓金具。
【請求項１４】
金型鋳造により製造された、請求項１３に記載の水栓金具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛を含まない、いわゆる鉛フリーの黄銅に関し、さらに詳しくは鉛を含まないため水栓金具等に好ましく用いられる、切削性、鋳造性、機械特性等に優れた鋳造用黄銅に関する。
【背景技術】
【０００２】
水栓金具は一般に黄銅や青銅を材料として製造されており、その切削性を向上させるために鉛（Ｐｂ）が黄銅では２〜３ｗｔ％、青銅では４〜６ｗｔ％程度添加されている。しかしながら、近年、Ｐｂの人体や環境に与える影響が懸念されるようになり、各国でＰｂに関する規制の動きが活発化している。例えば、米国カリフォルニア州では、２０１０年１月より、給水栓のＰｂ含有量を０．２５ｗｔ％以下とする規制が発効した。また、Ｐｂの浸出量についても将来的には５ｐｐｍ程度までの規制がなされるであろうと言われている。米国以外の国であっても、その規制の動きは顕著であり、これらＰｂ含有量またはＰｂ浸出量の規制に対応した材料の開発が求められている。
【０００３】
特開平７−３１０１３３号公報には、ビスマス（Ｂｉ）は、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代えてをＢｉ添加した黄銅が提案されている。また、特開２００５−２９０４７５号公報には、Ｂｉを添加した系において、その切削性を改善するためホウ素（Ｂ）、ニッケル（Ｎｉ）等を添加することが開示されている。さらに、特開２００１−５９１２３号公報には、Ｂｉを添加した系において、鉄（Ｆｅ）を添加することで結晶を微細化できるとの知見が開示されている。しかしながら、これら従来技術が開示する系は、その鋳造性、とりわけ鋳造時の割れにおいて改善の余地を残すものであった。よって、Ｐｂを含まず、かつ鋳造性、切削性、機械特性等に優れた黄銅への希求が依然として存在しているといえる。
【発明の開示】
【０００４】
本発明らは、今般、Ｐｂに代えてＢｉを添加した黄銅において、ＢおよびＳｉを所定の関係量で添加することで、鋳造割れを有効に防止でき、かつ切削性、機械特性、耐食性等にも優れる黄銅が得られるとの知見を得た。また、黄銅の特性改善に通常添加されるＮｉ、Ａｌ、Ｓｎなどの添加元素が鋳造割れに影響しており、その影響をＢとＳｉを所定の関係量で添加することで鋳造割れを防止できることの知見を得た。本発明は係る知見に基づくものである。
従って、本発明は、Ｐｂを含まず、かつ切削性、鋳造性、機械特性等に優れた黄銅の提供をその目的としている。
【０００５】
そして、本発明による黄銅は、結晶組織がα＋β相比率８５％以上であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０≦ｘ≦２．０、０≦ｙ≦０．３、およびｙ＞−０．１５ｘ＋０．０１５ａｂ
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満であるとき１であり、４１％以上４５％以下であるとき０．７５である）
の関係を満足する量、そして
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなることを特徴とするものである。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】鋳造割れ性を評価する、両端拘束型試験法に使用した金型１の形状を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
定義
本発明において、「不可避不純物」とは、特に断らない限り、０．１ｗｔ％未満の量の元素を意味する。但し、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、およびＴｉについては不可避不純物に包含されるが、その量は本明細書において別途それぞれ定められる量の添加が許容される。この不可避不純物の量は、好ましくは０．０５ｗｔ％未満である。
α相・β相
本発明による黄銅は、α相とβ相との合計比率が８５％以上、好ましくは９０％以上とされる。α相とβ相を主体とした結晶組織とすることで、良好な鋳造性を有する黄銅が実現できる。また、本発明にあっては、初晶α相のデンドライト晶出は避けることが好ましい。なお、本発明において、α相とβ相との合計比率は、結晶断面における面積比を基準とするものであり、例えば光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理して、α相とβ相との合計面積比率として求めることが出来る。
【０００８】
Ｂｉ
本発明による黄銅は、Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下の範囲で含む。Ｂｉは、黄銅においてＰｂと類似の挙動を示すことから、Ｐｂに代わりそれと同等の切削性を付与する。本発明において、良好な切削性を得るためにはＢｉは０．３ｗｔ％以上とされる。他方、Ｂｉが過剰であると、Ｂｉの凝集が生じる傾向にあり、その凝集した部分が鋳造割れの起点となるおそれがあるから、その上限は４．０ｗｔ％とされる。本発明の好ましい態様によれば、Ｂｉの好ましい下限値は０．５ｗｔ％以上であり、切削性を考慮すると、より好ましくは１．０ｗｔ％であり、また好ましい上限値は３．０ｗｔ％以下であり、より好ましくは２．０ｗｔ％以下である。
【０００９】
なお、本発明によれば、Ｐｂを全く含まなくとも良好な切削性が実現される。Ｐｂは全く含まれないことが好ましく、仮に含まれていたとしても、それは不可避不純物としての存在が許容されるに止まる。具体的には、人体や環境への配慮から０．５ｗｔ％以下、好ましくは０．１ｗｔ％以下とされる。
【００１０】
ＢおよびＳｉ
本発明において、Ｂは結晶（とりわけ初晶β相）の微細化を促進し、その結果、Ｂｉが微細分散され、鋳造時の割れを有効に防止できる。また、Ｓｉはβ相中に固溶し、鋳造割れの起点となるＢｉとβ相との界面の破断を緩和する作用を有していると推測される。また、本発明による黄銅は、この微細化の結果、機械的特性についても良好な性能を示す。
【００１１】
本発明による黄銅は、ＢおよびＳｉを含んでなる。その量は、ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、０≦ｙ≦０．３および０≦ｘ≦２．０であり、かつｙ＞−０．１５ｘ＋０．０１５ａｂの関係を満足する量とされる。ここで、係数ａおよびｂは、上記したＢｉの添加量および後述する見かけ上のＺｎ含有量によって、適正とされるＢおよびＳｉの量が変るので、その補正係数を示すものである。具体的には、係数ａは、Ｂｉの量に従い変動し、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１とする。また、係数ｂは、見かけ上のＺｎの量に従い変動し、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満であるとき１とされ、４１％以上４５％以下であるとき０．７５とされる。本発明の好ましい態様によれば、ｙおよびｘは、好ましくは０≦ｙ≦０．０３および０≦ｘ≦１．８の範囲とされ、より好ましくは０≦ｙ≦０．０１および０≦ｘ≦１．５の範囲とされ、かつｙ＞−０．１５ｘ＋０．０１５ａｂの関係を満足する量とされる。結晶を微細化するとの効果のためには上記の下限値のＢの添加が必要であるが、過剰なＢの添加は合金の延伸性の悪化を招くおそれがあることから、その上限は０．３ｗｔ％以下とされ、好ましくは０．０３ｗｔ％、より好ましくは０．０１ｗｔ％以下である。
【００１２】
また、Ｂは、Ｆｅ、Ｃｒ等と金属間化合物を形成し、ハードスポットを形成して、鋳造後の成形品の表面加工時に不具合を生じる恐れがある。従って表面に平滑性を求めるような場合には、Ｂの添加量を小さくするかおよび／またはＦｅ、Ｃｒ等の含有量を小さくすることが好ましく、具体的にはＢは、０．００５ｗｔ％以下、より好ましくは０．００３ｗｔ％以下とされ、Ｆｅ、Ｃｒ等は、０．１ｗｔ％より少なくすることが好ましい。
【００１３】
また、Ｓｉは、後記するように、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱したＺｎ当量が１０であり、見かけ上のＺｎ含有量が増え、結晶組織中にγ相やκ相といった異相が析出してしまうおそれがある。そこで、本発明の一つの態様によれば、Ｓｉの添加量は２．０ｗｔ％以下とされ、好ましくは上限が１．５ｗｔ％以下である。
【００１４】
本明細書において、見かけ上のＺｎ含有量とは、Ｇｕｉｌｌｅｔが提唱した以下の式により算出される量を意味する。この式は、Ｚｎ以外の添加元素は、Ｚｎの添加と同じ傾向を示すという考え方に基づく。
見かけ上のＺｎ含有量（％）＝[（Ｂ＋ｔｑ）/（Ａ＋Ｂ＋ｔｑ）]×１００
式中、Ａ＝Ｃｕｗｔ％、Ｂ＝Ｚｎｗｔ％、ｔは、添加元素のＺｎ当量、ｑは、添加元素の添加量ｗｔ％を意味する。そして、各元素のＺｎ当量は、Ｓｉ＝１０、Ａｌ＝６、Ｓｎ＝２、Ｐｂ＝１、Ｆｅ＝０．９、Ｍｎ＝０．５、Ｎｉ＝−１．３である。ＢｉのＺｎ当量は未だ明確に規定されていないが、本明細書にあっては、文献等を考慮して０．６として計算する。また、それ以外の元素は、添加量が微量であり、Ｚｎ当量の値へ及ぼす影響も小さいため「１」とした。
【００１５】
Ｃｕ、Ｚｎ、およびその他成分
本発明による黄銅は、銅（Ｃｕ）を５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下含んでなる。Ｃｕが上記範囲を上回ると、初晶α相のデンドライト晶出によるクラックの発生が懸念される。また、Ｃｕが上記範囲を下回ると、α相の影響は受けがたくなるが、黄銅として性能の低下が懸念される。本発明の好ましい態様によれば、Ｃｕの好ましい下限は５８ｗｔ％であり、好ましい上限は７０ｗｔ％である。
【００１６】
なお、見かけ上のＺｎ含有量が３７〜４５％にして、結晶相をα＋β相比率８５％以上に調整できれば、Ｃｕ分を上記範囲の上限部分でも利用できるため、Ｃｕ分の上限が多くなっている。
【００１７】
本発明による黄銅は、上述の成分からなる部分の残部は実質的に亜鉛（Ｚｎ）からなる。
本発明による黄銅は、黄銅の特性を改質するために種々の添加成分を含むことが可能である。また、本発明にあっては不可避不純物の存在を排除するものではないが、それらは出来るだけ少ないものとされることが好ましい。
【００１８】
本発明の一つの態様によれば、Ｎｉを強度や耐食性の向上のために添加することができる。Ｎｉの添加による強度や耐食性の向上をより効果的に得るためには、好ましくはＮｉ０．３ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＮｉは鋳造割れの観点から避けることが好ましく、その上限は好ましくは２．０ｗｔ％以下である。
【００１９】
また、本発明の好ましい形態によれば、Ｎｉの添加量とそれに対応するＢおよびＳｉの量は以下のように場合分けされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ｎｉ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．７５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３
（２）０．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
０．３≦Ｎｉ＜１．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２ａｂのとき、−０．１５ｘ＋０．０３ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．２ａｂ＜ｘ≦０．７５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３
（３）０．７５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３
（４）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００４ｘ−０．００７（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
１．０≦Ｎｉ≦２．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２ａｂのとき、０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．２ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．０５ｘ＋０．０３ａｂ＜ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．０１５ａｂ＜ｙ≦０．３
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．０２６ｘ＋０．０２８ａｂ＜ｙ≦０．３
（５）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．０１１ｘ−０．００９（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（６）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００７５ａｂ＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）の関係を満足する量とする。
【００２０】
また、本発明のさらに好ましい形態によれば、Ｎｉの添加量とそれに対応するＢおよびＳｉの量は以下のように場合分けされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ｎｉ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００１ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．００３７５ｘ＋０．００２１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．５ａｂ＜ｘ≦０．７５ａｂのとき、−０．００１ｘ＋０．０００７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
０．３≦Ｎｉ＜１．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２２ａｂのとき、−０．１３７５ｘ＋０．０３１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．２２ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００１ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．００３７５ｘ＋０．００２１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦０．７５ａｂのとき、−０．００１ｘ＋０．０００７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（５）０．７５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３
（６）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００６ｘ−０．０１０５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
１．０≦Ｎｉ≦２．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．２ａｂのとき、０．０２２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．２ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．０５ｘ＋０．０３２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．０１７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．０２９ｘ＋０．０３２ａｂ≦ｙ≦０．３
（５）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．０１６５ｘ−０．０１３５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
（６）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０１１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
の関係を満たす量となる（上記において、ｘ、ｙ、ａ、およびｂは、上記と同義である）。
【００２１】
また、本発明の別の態様によれば、Ａｌを湯流れ性や鋳肌性状の向上のために添加することができる。Ａｌ添加による湯流れ性や鋳肌性状の向上をより効果的に得るためには、好ましくはＡｌを０．３ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＡｌは鋳造割れの観点から避けることが好ましく、その上限は好ましくは２．０ｗｔ％以下である。
【００２２】
また、本発明の好ましい形態によれば、Ａｌの添加量とそれに対応するＢ、Ｓｉの量は以下のように場合わけされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ａｌ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ≦２．０、ｙ＞−０．１５x＋０．０１５ａｂ
０．３≦Ａｌ＜１．０ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、−０．１５ｘ＋０．０１５ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３
（３）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００２ｘ−０．００３（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
１．０≦Ａｌ≦２．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．０１ｘ＋０．００７ａｂ＜ｙ≦０．３
（３）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．００４ｘ＋０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３
（４）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．００１ｘ−０．００１（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（５）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０００５ａｂ＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）の関係を満足する量となる。
【００２３】
本発明のさらに好ましい態様によれば、Ａｌの添加量とそれに対応するＢ、Ｓｉの量は以下のように場合わけされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ａｌ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｙ≦０．３、０≦ｘ≦２．０、ｙ≧−０．１４x＋０．０１７５ａｂ
０．３≦Ａｌ＜１．０ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１１７８ａｂのとき、−０．１４ｘ＋０．０１７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．１１７８ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００１ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．００３７５ｘ＋０．００２１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．０００２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（５）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００２５ｘ−０．００３５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
１．０≦Ａｌ≦２．０ｗｔ％の場合、
（１）０．０５ａｂ≦ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００５７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．０１３７５ｘ＋０．００９８７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、−０．００５５ｘ＋０．００５７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）１．０ａｂ＜ｘ≦１．５ａｂのとき、０．００１ｘ−０．０００７５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
（５）１．５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０００７５ａｂ≦ｙ≦０．３
の関係を満たす量となる（上記において、ｘ、ｙ、ａ、およびｂは、上記と同義である）。
【００２４】
さらに、本発明の別の態様によれば、Ｓｎを耐食性の向上のために添加することができるが、Ｓｎも本発明による黄銅においては、鋳造割れを発生させやすくするおそれがある。Ｓｎ添加による耐食性の向上をより効果的に得るためには好ましくはＳｎを０．３ｗｔ％以上を添加し、他方、過剰なＳｎは鋳造割れを生じさせるおそれがあることから、その上限は好ましくは３．０ｗｔ％以下である。
【００２５】
また、本発明の好ましい形態によれば、Ｓｎの添加量とそれに対応するＢ、Ｓｉの量は以下のように場合わけされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ｓｎ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１２５ａｂのとき、−０．１６ｘ＋０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．１２５ａｂ＜ｘ≦０．４ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３
（３）０．４ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
０．３≦Ｓｎ＜１．５ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．２５ａｂのとき、−０．０８ｘ＋０．０２ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．２５ａｂ＜ｘ≦１．２５ａｂのとき、０＜ｙ≦０．３
（３）１．２５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３
（４）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００２ｘ−０．００３５（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
１．５≦Ｓｎ≦３．０ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、０．０２５ａｂ＜ｙ≦０．３
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．１０５ｘ＋０．０３５５ａｂ＜ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．００４ａｂ＜ｙ≦０．３
（４）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、０．００７ｘ＋０．０００５ａｂ＜ｙ≦０．３
（５）１．０ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．０４５ｘ−０．０３７５（２−ａｂ）＜ｙ≦０．３
（ここで、ａは、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％、１．５≦Ｂｉ≦４．０ｗｔ％の場合、それぞれ０．２、０．８５、および１であり、
ｂは、見かけ上のＺｎ含有量が、３７％以上４１％未満のとき１であり、４１％以上４５％以下のとき０．７５である）の関係を満足する量となる。
【００２６】
また、本発明のさらに好ましい形態によれば、Ｓｎの添加量とそれに対応するＢ、Ｓｉの量は以下のように場合わけされる。
ＢおよびＳｉを、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、
０．１≦Ｓｎ＜０．３ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１２４６ａｂのとき、−０．１９２５ｘ＋０．０２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．１２４６ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００１ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．３ａｂ＜ｘ≦０．４ａｂのとき、−０．０１ｘ＋０．００４ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．４ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０≦ｙ≦０．３
０．３≦Ｓｎ＜１．５ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、−０．１３７５ｘ＋０．０２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦０．２８６ａｂのとき、−０．０５５ｘ＋０．０１６７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．２８６ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、０．００１ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、−０．００３７５ｘ＋０．００２１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（５）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、０．０００２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（６）１．０ａｂ＜ｘ≦１．２５ａｂのとき、−０．００１ｘ＋０．００１２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（７）１．２５ａｂ＜ｘ≦１．７５ａｂのとき、０≦ｙ≦０．３
（８）１．７５ａｂ＜ｘ≦２．０のとき、０．００３ｘ−０．００５２５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
１．５≦Ｓｎ≦３．０ｗｔ％の場合、
（１）０≦ｘ≦０．１ａｂのとき、０．０２７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（２）０．１ａｂ＜ｘ≦０．２ａｂのとき、−０．０７５ｘ＋０．０３５ａｂ≦ｙ≦０．３
（３）０．２ａｂ＜ｘ≦０．３ａｂのとき、−０．１４２５ｘ＋０．０４８５ａｂ≦ｙ≦０．３
（４）０．３ａｂ＜ｘ≦０．５ａｂのとき、０．００５７５ａｂ≦ｙ≦０．３
（５）０．５ａｂ＜ｘ≦１．０ａｂのとき、０．０１１ｘ＋０．０００２５ａｂ≦ｙ≦０．３
（６）１．０ａｂ＜ｘ≦１．２５のとき、０．０７５ｘ−０．０６３７５（２−ａｂ）≦ｙ≦０．３
の関係を満たす量となる（上記において、ｘ、ｙ、ａ、およびｂは、上記と同義である）。
【００２７】
なお、Ｎｉ、Ａｌ、Ｓｎが共存する場合には、共存する元素のそれぞれの添加量によって、上記のように規定される範囲を全て満たす範囲に設定すれば良い。すなわち、本発明の別の態様によれば、
結晶組織がα相とβ相との合計比率８５％以上であり、
Ｃｕを５５ｗｔ％以上７５ｗｔ％以下、
Ｂｉを０．３ｗｔ％以上４．０ｗｔ％以下、そして
ＢおよびＳｉ、さらに
０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＮｉ、０．１ｗｔ％以上２．０ｗｔ％以下のＡｌ、および０．１ｗｔ％以上３．０ｗｔ％以下のＳｎからなる群から選択される少なくとも二つの成分と、
残部が実質的にＺｎと不可避不純物からなる黄銅であって、
ＢおよびＳｉの量が、それぞれをｙｗｔ％およびｘｗｔ％としたとき、前記Ｎｉ、Ａｌ、およびＳｎからなる群の少なくとも二つの元素のそれぞれの量に対応した、請求項２〜１０に規定される少なくとも二つの関係式を同時に満たすものとされてなることを特徴とする黄銅が提供される。
【００２８】
本発明による黄銅では、強度向上のためにＭｎを添加すると、ＭｎとＳｉの金属間化合物が生成してＳｉが消費されるため、鋳造割れを生じるおそれがある。Ｍｎを利用しない場合には、鋳造割れ性への影響を抑えるために、その上限を０．３ｗｔ％未満とする。一方、Ｍｎの添加による強度向上を効果的に利用する場合には、Ｓｉの添加量を十分に高くすればよい。すなわち、Ｍｎを０．３ｗｔ％以上添加する場合には、上述の規定範囲かつ０．７＜Ｓｉ≦２．０ｗｔ％を満足することで、Ｍｎ添加による鋳造割れ性への影響を抑えることができる。なお、Ｍｎの過剰な添加は金属間化合物の量を増やし、切削性を低下させるため、その上限は４．０ｗｔ％とする。
【００２９】
本発明による黄銅には、その他の成分、例えば微量の添加で耐食性向上に寄与するＳｂやP、微細化剤として、鋳造割れ性を改善し、強度の向上が期待できるＦｅなども目的に応じて添加元素を選択して添加しても良い。これら成分はその添加量によっては、鋳造性に影響を与えるおそれがあるが、ＢとＳｉを調整することによって、その影響を抑えることが可能になる。すなわち、鋳造割れを起こした系において、上述の範囲において更にＢ量を増やしたり、逆にＳｉ量を更に増やしたり、または、両者を増やしたりすることで、その影響を抑えることが出来る。本発明の好ましい態様によれば、本発明による黄銅は、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｍｇ、Ｓｅ、Ｔｅ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、およびＴｉからなる群から選択される一種以上の元素を、好ましくは０．０１〜２ｗｔ％含有することが出来る。本発明の別の好ましい態様によれば、耐食性の向上のため、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、およびＭｇからなる群から選択される一以上の元素を含有することが出来、その好ましい含有量はＳｂ、Ｐ、およびＡｓが０．２ｗｔ％以下であり、Ｍｇが１ｗｔ％以下である。また、本発明の別の好ましい態様によれば、切削性の向上のため、ＳｅまたはＴｅを、好ましくは１ｗｔ％以下含有する。また、本発明の別の好ましい態様によれば、強度向上のため、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｃｒ、およびＴｉからなる群から選択される一以上の元素を含有することが出来、その好ましい含有量はＦｅおよびＣｏについては１ｗｔ％以下であり、その他の元素については０．５ｗｔ％以下であることが好ましい。
【００３０】
用途
本発明による黄銅は、Ｐｂを含まず、一方でその切削性、鋳造性、機械特性はＰｂを含む黄銅と同等またはそれ以上の性能を有することから、水栓金具材料に好ましく用いられる。具体的には、給水金具、排水金具、バルブなどの材料として好ましく用いられる。
【００３１】
製造方法
本発明による黄銅を材料とする成型品は、その良好な鋳造性から、金型鋳造、砂型鋳造のいずれによっても製造可能であるが、金型鋳造においてその良好な鋳造性の効果をより享受できる。また、本発明による黄銅は、その切削性においても良好であるから、鋳造後に切削加工されてもよい。また、本発明による黄銅は、連続鋳造後に押し出しで成形される切削用棒材や鍛造用棒材、さらに抽伸により成形される線材とされてもよい。
【実施例】
【００３２】
本発明を以下の実施例によって更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
評価試験
以下の実施例における各評価試験の詳細は以下の通りとした。
【００３３】
（１）鋳造割れ性試験
鋳造割れ性を両端拘束型試験法により評価した。使用した金型１の形状は図１に示される通りであった。図１において、中央部に断熱材２を設け、中央部の冷却が、両端拘束部３よりも遅れるようにし、また拘束端距離（２Ｌ）は１００ｍｍ、断熱材長さ（２ｌ）は７０ｍｍとした。
試験は、拘束部が急冷されて両端が拘束され、その状態でさらに中央部で凝固が進むようにし、発生した凝固収縮応力により、最終凝固部となる試験片中央部で割れが生じるか否かを調べることにより行った。
その結果、割れなしの場合を◎、部分的に割れを生じたが、破断するまでには至らなかった場合を○、割れが発生し破断した場合を×と判定した。
【００３４】
（２）切削性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、外径部を旋削加工して切削性を評価した。具体的には、切削性は、黄銅鋳物３種（ＪＩＳ  ＣＡＣ２０３）に対する切削抵抗指数で評価した。切削条件は、周速８０〜１７５ｍ／ｍｉｎ、送り量０．０７〜０．１４ｍｍ／ｒｅｖ．、切り込み量０．２５〜１ｍｍとし、切削抵抗指数は下記式で算出した。
切削抵抗指数（％）＝ＣＡＣ２０３の切削抵抗／試験材の切削抵抗×１００
その結果、切削抵抗指数が７０％以上を◎、５０以上７０％未満を○、５０％未満を×と判定した
【００３５】
（３）機械特性試験
直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を金型鋳造で作製し、ＪＩＳ  Ｚ  ２２０１  １４Ａ号試験片に機械加工して引張試験を行った。すなわち、０．２％耐力、引張強さ、破断伸びを測定し、０．２％耐力が１００Ｎ／ｍｍ２以上、引張強さが２４５Ｎ／ｍｍ２以上、破断伸びが２０％以上を判定基準とした。３項目全てを満足する場合を◎、２項目を満足する場合を○、１項目以下しか満足できない場合を×と判定した。
（４）耐食性試験
金型鋳造で作製した直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を得て、これを試験片として、日本伸銅協会技術標準ＪＢＭＡ  Ｔ−３０３−２００７に準じて試験を行った。
最大侵食深さが１５０μｍ以下を◎、１５０μｍを超えて３００μｍ以下を○、３００μｍを超えるものを×と判定した。
（５）結晶相比率の測定
光学顕微鏡で撮影した結晶組織写真を画像処理し、α相及びβ相の面積比率を求めた。
【００３６】
例１〜５１５：
下記の表に記載の組成の黄銅を鋳造した。すなわち、電気Ｃｕ、電気Ｚｎ、電気Ｂｉ、電気Ｐｂ、電気Ｓｎ、Ｃｕ−３０％Ｎｉ母合金、電気Ａｌ、Ｃｕ−１５％Ｓｉ母合金、Ｃｕ−２％Ｂ母合金、Ｃｕ−３０％Ｍｎ母合金、Ｃｕ−１０％Ｃｒ母合金、Ｃｕ−１５％Ｐ母合金、Ｃｕ−１０％Ｆｅ母合金等を原料として、高周波溶解炉で成分調整しながら溶解し、まず、両端拘束試験金型に鋳造して鋳造割れ性を評価した。
引き続き、円筒形金型に鋳造して直径３５ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳塊を作製し、鋳塊を供試材として切削性および機械特性、耐食性の評価、結晶相比率の測定を行った。
その評価結果は以下の表に示される通りであった。
【００３７】
【表１】
0005454719.tif 000002
【表２】
0005454719.tif 000003
【表３】
0005454719.tif 000004
【表４】
0005454719.tif 000005
【表５】
0005454719.tif 000006
【表６】
0005454719.tif 000007
【表７】
0005454719.tif 000008
【表８】
0005454719.tif 000009
【表９】
0005454719.tif 000010
【表１０】
0005454719.tif 000011
【表１１】
0005454719.tif 000012
【表１２】
0005454719.tif 000013
【表１３】
0005454719.tif 000014
【表１４】
0005454719.tif 000015
【表１５】
0005454719.tif 000016
【表１６】
0005454719.tif 000017
【表１７】
0005454719.tif 000018
【表１８】
0005454719.tif 000019
【表１９】
0005454719.tif 000020
【表２０】
0005454719.tif 000021
【表２１】
0005454719.tif 000022
【表２２】
0005454719.tif 000023
【表２３】
0005454719.tif 000024
【００３８】
例１〜４
Ｃｕ／Ｚｎ＝６０／４０の黄銅にＰｂを２％添加した黄銅では、鋳造割れは発生しない。しかし、快削成分のＰｂの代替としてＢｉを添加すると鋳造割れが発生した。ＢｉはＰｂと同様に切削性を改善するが、著しく鋳造割れが発生しやすい。
【００３９】
例５〜１０
Ｂｉを添加した黄銅における鋳造割れは、ＢとＳｉの添加で防止することができるが、例５のようにＣｕが７５ｗｔ％を超えると鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｃｕは５５ｗｔ％まで低くしても鋳造割れの発生は認められないが、Ｚｎが増えることでβ相の比率が増大し、材料の伸びの低下が見られた。従って、良好な鋳造割れ性を得るためにはＣｕを７５ｗｔ％以下とし、また良好な機械特性も同時に得るためにはＣｕを５５ｗｔ％以上とする。
【００４０】
例１１〜１６
ＢとＳｉの添加量を高くすると鋳造割れを防止する効果がより高まる。しかし、過剰にＢを添加しすぎると、材料が硬質かつ脆くなる。すなわち、切削抵抗が高くなるとともに材料の伸びが低下する。切削性や機械特性への影響を考慮すると、Ｂ添加量は０．３ｗｔ％以下、好ましくは０．０３ｗｔ％以下、より好ましくは０．０１ｗｔ％以下とする。
【００４１】
例１７〜１００
Ｂｉは添加量が多いほど切削性が向上し、０．３ｗｔ％以上の添加で効果が得られた。ただし高価な元素であるため、過剰に添加すると材料コストが高くなることから、４ｗｔ％以下に抑えることが好ましい。また、Ｂｉは鋳造割れ発生の起点となるため、添加量によって鋳造割れの発生しやすさが変化する。添加量が多くなるほど鋳造割れが発生する危険性が高くなるため、割れを防止するためにはＢとＳｉ添加量を増加させることが好ましい。
Ｂｉ添加量が１．５ｗｔ％未満であると、割れを防止するために必要なＢとＳｉ添加量を減らすことができるが、Ｂｉが１．５≦Ｂｉ≦４ｗｔ％の場合に必要となるＢ、Ｓｉ添加量を基準とすると、Ｂｉが０．３≦Ｂｉ＜０．７５ｗｔ％の場合は０．２倍、０．７５≦Ｂｉ＜１．５ｗｔ％の場合は、０．８５倍の添加量で鋳造割れを防止することが可能になる。
【００４２】
例１０１〜１４７
例１０１〜１０７は、見かけのＺｎ当量を３７〜４５％とすることで良好な鋳造性を得ることができることを示している。Ｚｎ当量が３７％未満になると、初晶α相のデンドライトが発生し、鋳造割れが発生しやすくなる。一方、Ｚｎ当量が４５％を超えるとβ相の比率が増大し、材料の伸びが低下する。
【００４３】
また、例１０８〜１４７は、見かけのＺｎ当量によっても鋳造割れの発生しやすさが変化することを示す。見かけのＺｎ当量が高い方が鋳造割れを発生しにくくなり、従って鋳造割れを防止するために必要となるＢとＳｉの添加量も少なくできる。見かけ上のＺｎ含有量が３９％以上４１％未満の場合に必要となるＢ、Ｓｉ添加量を基準とすると、３７％以上３９％未満の場合は１倍、４１以上４５％以下の場合は０．７５倍の添加量で鋳造割れを防止することができる。
【００４４】
例１４８〜２２８
Ａｌの０．１ｗｔ％以上０．３ｗｔ％未満の添加による鋳造割れへの影響は見られなかったが、０．３ｗｔ％以上になると鋳造割れを発生しやくなり、ＢとＳｉ量を高める必要がある。また、ＢとＳｉ添加量を高くすれば、添加するＡｌの量を増やすことができるが、Ａｌを添加しすぎると材料の伸びが低下するため、Ａｌは２ｗｔ％以下の添加に抑える必要がある。
【００４５】
例２２９〜３２５
Ｓｎは０．１ｗｔ％以上の添加で鋳造割れに影響する可能性があり、特にＳｎ１．５ｗｔ％以上になると鋳造割れが発生しやくなるが、ＢとＳｉ添加量を高めることでこれを抑制できる。
【００４６】
例３２６〜４２４
Ｎｉは０．１ｗｔ％以上の添加で鋳造割れに影響する可能性があり、特にＮｉを添加する場合は、Ｓｉを添加することでその影響を排除できる。ＡｌやＳｎ同様、Ｎｉも添加量が増えるにつれて鋳造割れが発生しやくなり、それに応じてＢとＳｉ添加量を高めることが好ましい。
【００４７】
例４２５〜４３６
Ｍｎは鋳造割れに影響するが、０．３ｗｔ％未満であれば、その影響を排除できる。Ｍｎを０．３ｗｔ％以上添加する場合には、Ｓｉ添加量を０．７ｗｔ％以上に高めることが好ましい。
【００４８】
例４３７〜４５４
これらの例は、不可避的不純物の存在が許容され、ＢとＳｉの添加量を高めることで、不可避不純物の許容量が高くなることを示す。Ｓｂは鋳造割れを発生させやすくするが、ＢまたはＳｉを高めることで、０．２ｗｔ％以下の添加が可能である。また同様にＦｅは１ｗｔ％以下、Ｐｂは０．５ｗｔ％以下、Ｐは０．２ｗｔ％以下の添加が可能である。例に示した以上にＢとＳｉの添加量を高めれば、これら元素を更に多く添加することも可能であることが示唆される。
【００４９】
例４５５〜４６７
ＢとＳｉ添加量を高くすれば、鋳造割れを効果的に防止できるが、過剰に添加すると切削性や機械特性の悪化につながる。例４５５〜４６７に示すような組成が、鋳造性、切削性、機械特性をバランスよく保つことができる例である。
【００５０】
例４６８〜４９０
上述のとおり、ＢはＦｅやＣｒなどと化合物を形成しやすく、そのような化合物を形成すると研磨などの表面加工時に外観不良の要因となることがある。従って、研磨仕上げを行う装飾部品等では、ＦｅやＣｒの含有量を極力少なくするとともに、Ｂの添加量も可能な限り少なくすることが好ましい。Ｂを少なくすると鋳造割れが発生しやすくなるが、他方でＳｉ添加量を高めることで鋳造割れを防止することができる。例４６８〜４９０に示すような組成が、切削性、機械特性を悪化させることなく、良好な鋳造性と表面加工性を得ることができる例である。
【００５１】
例４９１〜５１５
Ｓｎの添加により耐食性を向上させることができる。Ｓｎを１ｗｔ％以上添加することで良好な耐食性が得られる。また、例４９５〜４９８にようにＣｕを高くすることで耐食性の向上させることも可能である。例４９９、５００のようにＣｕを高くし、かつＳｎを添加すれば、大幅に耐食性を向上させることが可能であり、例５０１〜５１５に示すような組成は、切削性、機械特性表面加工性を悪化させることなく、良好な鋳造性と耐食性を得ることができる例である。
なお、例５を除いた上記例１〜５１５のα相＋β相の相比率は、全て８５％以上であった。
【図１】
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