(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅（Ｃｕ）５６重量％ないし７７重量％、マンガン（Ｍｎ）０．１重量％ないし３．０重量％、シリコン（Ｓｉ）１．５重量％ないし３．５重量％、カルシウム（Ｃａ）を０．１重量％ないし１．５重量％、及び残部量の亜鉛（Ｚｎ）及びその他不可避な不純物で組成され、銅合金がリン（Ｐ）を含有しない、快削性無鉛銅合金。
【請求項２】
前記銅合金は、アルミニウム（Ａｌ）０．０１重量％ないし１．０重量％、スズ（Ｓｎ）０．０１重量％ないし１．０重量％、及びセレン（Ｓｅ）０．００１重量％ないし０．５重量％からなるグループより選ばれたいずれか一つ以上をさらに含んで構成される、請求項１に記載の快削性無鉛銅合金。
【請求項３】
鉄（Ｆｅ）０．０１重量％ないし１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）０．００１重量％ないし１．０重量％、及びボロン（Ｂ）０．００１重量％ないし０．１重量％、からなるグループより選ばれたいずれか一つ以上をさらに含んで構成される、請求項１に記載の快削性無鉛銅合金。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項による快削性無鉛銅合金を製造するための方法であって、熱間圧延及び熱間押出工程では、５７０℃ないし６６０℃の温度領域で前記合金を加熱することを特徴とする快削性無鉛銅合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、切削性、冷間加工性、及び脱亜鉛腐食特性に優れた快削性無鉛銅合金及びその製造方法に関する。より具体的に、本発明は、銅（Ｃｕ）５６重量％ないし７７重量％、マンガン（Ｍｎ）０．１重量％ないし３．０重量％、シリコン（Ｓｉ）１．５重量％ないし３．５重量％、残部量の亜鉛（Ｚｎ）及びその他不可避な不純物によって組成される快削性無鉛銅合金及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
銅（Ｃｕ）は、代表的な非鉄金属材料の一つであって、優れた合金特性を有しており、使用目的に応じて多様な成分が添加されて多くの分野で使用されている。銅及び銅合金素材は、大きく板材、棒、管材及び鋳物に分けられ、このような形態の素材は、後加工を経て多様な製品或いは素材に使用される。例えば、銅合金に、硬度と強度を増加させ、耐磨耗性を改善するために１重量％未満のリン（Ｐ）を添加して製造した燐青銅は、高弾性が要求される板、線などの加工材とに使用され、ポンプ部品、ギア、船舶用部品、化学機械用部品などの鋳物に使用される。そして、銅（Ｃｕ）にアルミニウム（Ａｌ）が少量添加されたアルミニウム青銅は、溶解鋳造技術や徐冷脆性（ｓｅｌｆ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ）などの問題により、最近まで一般的な用途には普及されていなかったが、最近、金属組織学的要求と溶解鋳造技術の向上に伴い、その用途が漸次拡大されている。いわゆるマンガン（Ｍｎ）青銅と呼ばれる高力黄銅は、黄銅に１重量％ないし３重量％のマンガンを合金化したものであって、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）などの元素を添加することによって強度、耐食性及び耐海水性などの要求特性を満足させることができる。
【０００３】
また、銅（Ｃｕ）は、薄板や細線に加工される程に延伸率の高い素材である。延伸率が高い場合、切削加工時に工具に母材がくっ付くことによって多くの熱が発生し、加工面が粗くなり、工具の寿命が短くなるなど、切削加工性が低下する。このような問題を解決して切削加工性を高めた合金を、いわゆる快削性銅合金という。現在、黄銅合金に１．０重量％ないし４．１重量％の鉛（Ｐｂ）を添加して快削性を付与した銅合金は、産業及び生活全般にわたって広く使用されている。
【０００４】
しかし、２００３年ヨーロッパでＲｏＨＳ（Ｒｅｓｔｒｉｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｈａｚａｒｄｏｕｓ  Ｓｕｂｓｔａｎｃｅｓ、有害物質制限指針）が制定されることによって環境規制が厳格になり、人体に対する有害性元素の規制が実施されることによって、鉛（Ｐｂ）を添加して切削性を向上させた快削性銅合金に取って代わる新たな合金に対する研究が進められてきた。鉛と類似する水準の切削性を示すために、最近、ビスマス（Ｂｉ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）が添加された黄銅合金が開発された。ビスマス（Ｂｉ）の場合、人体に対する有害の有無が明確でないが、鉛（Ｐｂ）のような重金属物質であって、今後、鉛と同一の規制対象として選定される余地がある。また、セレン（Ｓｅ）とテルル（Ｔｅ）の場合、高価であるので、一般的な産業用に適用することは非常に難しい実情にある。また、鉛（Ｐｂ）とビスマス（Ｂｉ）は、一般的な製錬及び精錬を通した回収が難しいので多くの費用がかかり、物理的な方法で回収したときには高エネルギーが要される。また、鉛（Ｐｂ）とビスマス（Ｂｉ）は、一般の銅合金に混用して使用するとき、微量のみが添加されたとしても、熱間加工時に亀裂などの不良を誘発するので（非特許文献１を参照）、鉛とビスマスの再活用には徹底的なスクラップ管理が必要である。
【０００５】
近来、鉛（Ｐｂ）とビスマス（Ｂｉ）の人体有害性及び再活用による問題を解決するために、黄銅にカルシウム（Ｃａ）を添加した合金が開発された（特許文献１を参照）。しかし、不足な熱間加工性を示しており、低調な脱亜鉛腐食防止特性のため不足な耐食特性を示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】韓国特許公開番号１０―２００８―００７１２７６
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｊａｐａｎ  Ｃｏｐｐｅｒ  ａｎｄ  Ｂｒａｓｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ（ＩＳＳＮ：０３７０―９８５Ｘ）、ＶＯＬ．３８、ＰＡＧＥ．１７０―１７７（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、前記のような問題を解決するためのものであって、人体に有害な重金属である鉛（Ｐｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などを含有せず、銅（Ｃｕ）に所定のマンガン及びシリコン（Ｓｉ）を含有させ、マンガンとシリコンが結合された金属間化合物をマトリックス内に出現させることによって被削性を向上させ、また、冷間加工性及び脱亜鉛腐食防止特性を改善させた快削性無鉛銅合金及びその製造方法を提供するためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するために、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、銅（Ｃｕ）５６重量％ないし７７重量％、マンガン（Ｍｎ）０．１重量％ないし３．０重量％、シリコン（Ｓｉ）１．５重量％ないし３．５重量％、残部量の亜鉛（Ｚｎ）及びその他不可避な不純物で組成されることを特徴とする（以下、"第１の発明"という）。
【００１０】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明の組成に、低速切削性を向上させ得るカルシウム（Ｃａ）を０．１重量％ないし１．５重量％添加することを特徴とする（以下、"第２の発明"という）。
【００１１】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明及び第２の発明に、切削性をさらに向上させるために、合金の組織の微細化及び金属間化合物の分散の目的で、アルミニウム（Ａｌ）０．０１重量％ないし１．０重量％、スズ（Ｓｎ）０．０１重量％ないし１．０重量％、セレン（Ｓｅ）０．００１重量％ないし０．５重量％のうち少なくとも１種以上を添加することを特徴とする（以下、"第３の発明"という）。
【００１２】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明、第２の発明、第３の発明のそれぞれに、合金の組織の微細化及び金属間化合物の分散の目的で、鉄（Ｆｅ）０．０１重量％ないし１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）０．００１重量％ないし１．０重量％、ボロン（Ｂ）０．００１重量％ないし０．１重量％、リン（Ｐ）０．０１重量％ないし０．３重量％のうち少なくとも１種以上を添加することを特徴とする（以下、"第４の発明"という）。一方、本発明に係る快削性無鉛銅合金の第２の発明では、リンがカルシウムと反応してリン酸カルシウムを形成し、カルシウムのマトリックス内の含量を低下させるので、リンは添加しないことが望ましい。
【００１３】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金を製造する方法は、通常の快削黄銅の製造方法に従いながら、特に、前記の第１の発明、第２の発明、第３の発明又は第４の発明の合金の切削性を向上させるために微細な組織を有する熱間材を獲得する方法において、熱間圧延及び熱間押出工程を５７０℃ないし６６０℃の領域の温度で行うことを特徴とする（以下、"第５の発明"という）。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る快削性無鉛銅合金は、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）の他に、人体に無害な合金元素を含むので、環境にやさしいことはもちろん、切削性、冷間加工性及び脱亜鉛腐食防止特性に優れる。
【００１５】
本発明に係る快削性無鉛銅合金は、従来の鉛（Ｐｂ）やビズマス（Ｂｉ）を含む発明とは異なり、合金に切削性を付与するためにマンガン（Ｍｎ）、シリコン（Ｓｉ）、カルシウム（Ｃａ）などの人体に無害な元素が添加され、水栓金具用素材として安全に使用可能であり、マンガンの添加によって優れた冷間加工性及び脱亜鉛腐食防止特性を有する。本発明に使用されたマンガンは、マトリックス組織の基本的な硬度を高めることはもちろん、シリコンとの結合によってＭｎ―Ｓｉ化合物を形成することによって切削チップ粉砕点（ｃｈｉｐ  ｂｒｅａｋｅｒ）として作用し、合金の切削時に切削チップを細かく分節させる役割をする。また、マンガンは、本発明に係る銅合金の冷間加工度を増加させ、脱亜鉛腐食防止特性を向上させるので、亜鉛の溶出を防止するのに効果的である。
【００１６】
また、追加的にカルシウム（Ｃａ）を添加する場合は、カルシウムと銅との結合によってＣｕ―Ｃａ化合物を形成することによって切削性がさらに向上し、特に、Ｃｕ―Ｚｎ―Ｍｎ―Ｓｉ合金の低調な低速切削特性を向上させるので、低速切削時にもチップを微細に分節させる。
【００１７】
また、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、セレン（Ｓｅ）をそれぞれ或いは１種以上添加する場合、切削性が向上する。アルミニウムとスズは、ベータ（β）相の形成を促進させることによって熱間加工性を向上させ、硬度を上昇させ、組織内に生成された各化合物を分散させることによって切削性を向上させ、また、脱亜鉛腐食防止特性を向上させる。
【００１８】
セレン（Ｓｅ）は、黄銅マトリックス内に溶解されずに分散され、切削チップの粉砕点としての役割をするので、鉛（Ｐｂ）が添加された快削黄銅と類似する切削特性を示す。
【００１９】
また、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ボロン（Ｂ）をそれぞれ或いは１種以上添加する場合は、合金の組織を微細化し、金属間化合物を分散させるので、切削性をさらに向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る快削性無鉛銅合金の成分領域を示すグラフである。
【図２】マンガンの含量による最大冷間加工度を示すグラフである。
【図３】切削チップの微細な程度を基準にして分類した切削チップの写真である。
【図４】カルシウムの含有有無による低速切削時におけるチップ形状の比較写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明に係る快削性無鉛銅合金は、銅（Ｃｕ）５６重量％ないし７７重量％、マンガン（Ｍｎ）０．１重量％ないし３．０重量％、シリコン（Ｓｉ）１．５重量ないし３．５重量％、残部量の亜鉛（Ｚｎ）及びその他不可避な不純物からなる。
【００２２】
銅（Ｃｕ）の含量が５６重量％未満である場合は、ベータ相が過度に生成されるので熱間加工に有利であるが、冷間加工性を低下させ、脆性を増加させるようになり、脱亜鉛腐食が活発に起こる。一方、銅（Ｃｕ）の含量が７７重量％を超える場合は、原材料の価格を上昇させることはもちろん、ベータ相とガンマ相の形成が不足するので、切削性及び熱間加工性を十分に確保することができない。
【００２３】
マンガン（Ｍｎ）の含量が０．１重量％未満である場合は、硬度の上昇が不十分であり、Ｍｎ―Ｓｉ金属間化合物の形成が難しいので切削性がほとんど向上せず、脱亜鉛腐食を防止する効果がほとんどない。マンガンの添加による冷間加工性は、Ｍｎ―Ｓｉ金属間化合物の生成が結晶粒界のＣｕ―Ｚｎ―Ｓｉ化合物を分散させることによって向上するが、マンガンの含量が０．１重量％未満である場合は、冷間加工性の向上に効果がほとんどない。また、マンガンの含量が３．０重量％を超える場合は、切削性を減少させる傾向を示し、鋳造時に酸化物の増加をもたらすことによって鋳造性を阻害させるので、健全な鋳塊の形成に困難が伴う。
【００２４】
シリコン（Ｓｉ）の含量が１．５重量％未満である場合は、Ｍｎ―Ｓｉ金属間化合物による切削特性が不十分であり、また、シリコンの含量が３．５重量％を超える場合は、Ｍｎ―Ｓｉ金属間化合物が成長して存在するので、熱間加工による分散が相対的に難しくなり、切削性の向上が臨界点に到逹する。
【００２５】
亜鉛（Ｚｎ）の含量が１６．５重量％未満である場合は、原材料である銅（Ｃｕ）の含量が増加することによって製造原価が増加し、表面酸化による変色及び腐食抵抗性が低くなり、また、亜鉛の含量が４２．４重量％を超える場合は、材料の硬度及び強度が過度に増加し、冷間加工で脆性を誘発するので、工業的な使用が難しい。
【００２６】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明の組成に、低速切削性を向上させ得るカルシウム（Ｃａ）を０．１重量％ないし１．５重量％さらに含んで構成することができる。
【００２７】
前記カルシウム（Ｃａ）の含量が０．１重量％未満である場合は、切削性を有するＣｕ―Ｃａ化合物の形成が不足するので切削性の向上が不十分であり、前記カルシウム（Ｃａ）の含量が１．５重量％を超える場合は、溶解時における酸化物の増加によって鋳造性が低下し、健全な鋳塊を獲得することが難しく、Ｃａ２Ｃｕなどの低融点化合物の生成によって熱間加工時にクラックを誘発させる。
【００２８】
一方、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明及び第２の発明の組成に、切削性を向上させ得るアルミニウム（Ａｌ）０．０１重量％ないし１．０重量％、スズ（Ｓｎ）０．０１重量％ないし１．０重量％、セレン（Ｓｅ）０．００１重量％ないし０．５重量％のうち少なくとも１種以上を添加して構成される。
【００２９】
本発明において、アルミニウム（Ａｌ）の含量が０．０１重量％未満である場合は、アルミニウムの添加による切削性の向上が不十分であり、アルミニウム（Ａｌ）の含量が１．０重量％を超える場合は、生成される銅合金の硬度を過度に増加させ、脆性が高くなり、冷間加工時にクラックを誘発し得る。
【００３０】
本発明において、スズ（Ｓｎ）の含量が０．０１重量％未満である場合は、添加による切削性向上の効果が不十分であり、スズ（Ｓｎ）の含量が１．０重量％を超える場合は、原材料の価格を上昇させ、組織内に生成された化合物の分散が添加量に対比して効果的でないので、切削性の向上に限界がある。
【００３１】
本発明において、セレン（Ｓｅ）の含量が０．００１重量％未満である場合は、切削粉砕点の効果がないので、切削性の向上が不十分であり、セレン（Ｓｅ）の含量が０．５重量％を超える場合は、原材料の価格を上昇させ、添加量に対比して切削性の向上に限界がある。
【００３２】
また、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、前記の第１の発明、第２の発明、第３の発明のそれぞれの組成に、合金の組織の微細化及び金属間化合物の分散の目的で、鉄（Ｆｅ）０．０１重量％ないし１．０重量％、ジルコニウム（Ｚｒ）０．００１重量％ないし１．０重量％、ボロン（Ｂ）０．００１重量％ないし０．１重量％、リン（Ｐ）０．０１重量％ないし０．３重量％のうち少なくとも１種以上を添加して構成される。
【００３３】
本発明において、鉄（Ｆｅ）の含量が０．０１重量％未満である場合は、組織微細化の効果が少なく、鉄（Ｆｅ）の含量が１．０重量％を超える場合は、組織微細化に限界があり、腐食特性を低下させるおそれがある。
【００３４】
本発明において、ジルコニウム（Ｚｒ）の含量が０．００１重量％未満である場合も、組織微細化の効果が少なく、ジルコニウム（Ｚｒ）の含量が１．０重量％を超える場合は、原材料費が過度に高くなることはもちろん、酸化物の過多生成によって鋳造性を阻害させるので、健全な鋳塊の製造が難しい。
【００３５】
本発明において、ボロン（Ｂ）の含量が０．００１重量％未満である場合は、組織微細化の効果が少なく、ボロン（Ｂ）の含量が０．１重量％を超える場合は、組織微細化に限界がある。
【００３６】
本発明において、リン（Ｐ）は、組織微細化に寄与すると共に、鋳造時に脱酸剤としての役割をするので、溶湯の流動性を向上させる。しかし、リン（Ｐ）の含量が０．０１重量％未満である場合は、組織微細化の効果がほとんどなく、リン（Ｐ）の含量が０．３重量％を超える場合は、組織微細化に限界を示し、熱間加工性を低下させる。また、第２の発明に係る銅合金において、リン（Ｐ）は、カルシウム（Ｃａ）との反応を通してリン酸カルシウム（ｃａｌｃｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）を形成し、カルシウムのマトリックス内の含量を低下させるので使用しないことが望ましい。
【００３７】
一方、本発明に係る快削性無鉛銅合金を製造する方法は、前記の第１の発明、第２の発明、第３の発明、第４の発明の合金の切削性向上のための組織が微細な熱間材を獲得する方法において、熱間圧延及び熱間押出工程では、５７０℃ないし６６０℃の領域の温度で合金を加熱することを特徴とする。より具体的には、前記の第１の発明、第２の発明、第３の発明又は第４の発明の合金成分で鋳塊を得る段階；得られた鋳塊を使用して熱間材を得る段階；得られた熱間材を使用して冷間材を得る段階；を含み、必要に応じて熱間鍛造工程を含むことを特徴とする。
【００３８】
前記鋳塊を得る段階は、１０００℃以下の温度で前記合金成分を溶解して溶湯を製造し、２０分間落ち着かせた後で鋳造を行う。本発明に係る銅合金の構成成分は、鋳造時にやや多くの酸化物を含むので、低速鋳造及びその他鋳造技術を動員して健全な鋳塊を確保することが重要である。
【００３９】
前記熱間材を得る段階は、鋳塊を一定の長さに切断して４００℃ないし６００℃のガス炉に投入し、１時間ないし１０時間にわたって１次加熱して鋳塊組織を均質化させ、電気誘導炉で５７０℃ないし６６０℃の領域で５分内に２次加熱した直後で熱間押出を行うが、熱間押出速度は、２次加熱温度と押出時に発生する圧力の大きさに応じて６ｍｐｍないし２０ｍｐｍに調節する。このときに得られる熱間材の組織は、熱間温度が低いほど微細になる傾向を示す。
【００４０】
熱間押出の温度が５７０℃未満である場合は、押出時に発生する圧力が過度に高く、押出速度を高められないので生産性が低下し、熱間押出の温度が６６０℃を超える場合は、微細な粒子を得ることが難しく、直接押出器形態の設備ではパイピング（ｐｉｐｉｎｇ）の欠陥をさらに誘発するので適切でない。
【００４１】
前記の収得される熱間材を使用して冷間材を得る段階では、引抜機を用いて所望の直径と公差を有するように冷間加工した後、矯正機を用いて直進度を確保しなければならない。
【００４２】
このように得られた冷間材は、必要に応じて熱間鍛造工程を経るが、このとき、熱間鍛造時における素材の加熱は、６００℃ないし８００℃の温度領域で３０分内に行われることが望ましい。加熱が完了した直後で熱間鍛造を行う。熱間鍛造時の加熱温度が６００℃に及ばない場合、鍛造性が低下するので、形状が複雑であると所望の形態を得ることが難しく、熱間鍛造時の加熱温度が８００℃を超える場合は、後加工時の鍛造品の切削性を阻害する要因になり得る。その後、製品の要求特性に合わせて、加工及びめっきなどのその他工程を追加することができる。
【００４３】
以下では、表と図面を含む実施例を通して、本発明をより詳細に説明する。
【００４４】
表１は、本発明の実施例を示したものであって、実施例の試片は、鋳造、熱間圧延工程を通して製造し、各実施例に係る試片の特性は、切削性、脱亜鉛深さ、冷間加工性評価で示した。具体的な方法は、実施例１を例に挙げて説明する。
【００４５】
実施例１の試片を製造するために、銅（Ｃｕ）６８０ｇ、亜鉛（Ｚｎ）３０４ｇ、シリコン（Ｓｉ）１５ｇ、マンガン（Ｍｎ）１ｇを配合して黒鉛るつぼ（ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｃｒｕｃｉｂｌｅ）に投入した後、これを高周波誘導炉を用いて溶解した。前記の収得された溶湯を厚さ２０mm×幅５０mm×長さ１５０mm規格の黒鉛モールド（ｇｒａｐｈｉｔｅ  ｍｏｌｄ）に鋳造し、約１２５mm長さの鋳塊を獲得した。前記鋳塊は、６５０℃の加熱炉（ｂｏｘ  ｆｕｒｎａｃｅ）で１時間予熱した後、２段圧延機（ｔｗｏ  ｈｉｇｈ  ｍｉｌｌ）を用いて約５０％の圧下率で熱間圧延した。
【００４６】
試片の硬度に関しては、ビッカース硬度機（ｖｉｃｋｅｒｓ  ｈａｒｄｎｅｓｓ  ｔｅｓｔｅｒ）を用いて試片に荷重１０kgを加えることによって鋳塊組織の硬度を測定した。
【００４７】
合金の切削性は、熱間圧延された試片を切削性試験機（ｍａｃｈｉｎａｂｉｌｉｔｙ  ｔｅｓｔｅｒ）を使用してドリリング（ｄｒｉｌｌｉｎｇ）加工したときに発生する切削チップの様相を比較し、切削チップの微細さを基準にして分類して１０個の切削チップナンバー（Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．）を示した。
【００４８】
Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．が小さいほど、切削チップが微細であることを示す。切削時、切削チップの規格はΦ９．５mm、チップの回転速度は７５０ＲＰＭ、チップの移動速度は７０mm／ｍｉｎ、移動距離は７mm、移動方向は重力方向であった。
【００４９】
合金の脱亜鉛深さは、ＫＳＤ  ＩＳＯ  ６５０９（金属及び合金の腐食―黄銅の脱亜鉛腐食試験）方法を用いて脱亜鉛腐食深さを測定することによって示した。
【００５０】
合金の冷間加工性は、実施例１―１３ないし１―２０の鋳塊試片を６５０℃で９０分間加熱し、約５０％で熱間圧延して水冷した後、冷間圧延を通してクラックが発生する時点までの冷間圧下率を測定することによって示した。冷間圧下率は、圧下率が高いほど冷間加工性に優れることを示す。
【００５１】
図１は、本発明に係る銅合金の成分領域を示す図表であって、従来の銅合金でマンガン（Ｍｎ）、カルシウム（Ｃａ）及びその他追加的な合金元素を含むので、従来の銅合金の成分領域とは差を示す。
【００５２】
【表１】
0005868510.tif 000002
【００５３】
Ｂａｌ．：残部量
前記表１の実施例１―１３ないし１―２０から確認できるように、マンガン（Ｍｎ）の含量が０．１重量％から３．５重量％に増加するほど冷間圧下率（％）が増加する様相を示し、図２には、その結果をグラフで示した。
【００５４】
前記表１から確認できるように、銅合金内のシリコン（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の含量が増加するほど硬度（Ｈｖ）が上昇し、切削チップのＣｈｉｐ  Ｎｏ．が小さくなることが分かる。各実施例の合金の切削チップは、前記表１ないし表４のＣｈｉｐ  Ｎｏ．で微細な程度を分類して示し、図３には、各Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．に該当する切削チップの写真を示した。図３のＣｈｉｐ  Ｎｏ．が小さいほど切削チップが微細であることを意味し、図３のＣｈｉｐ  Ｎｏ．１０は、銅（Ｃｕ）と亜鉛（Ｚｎ）成分のみからなる合金の切削チップであって、チップがほとんど分節されていないことが分かる。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．９は、チップが長く巻かれるが、分節が起こる場合であって、Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．８は、短い区間ではチップが巻かれるが、周期的に分節される場合である。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．７は、チップが漏斗状であって、チップの巻きの緩和によって分節の周期が短くなった場合である。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．６は、チップの形状が漏斗状から扇状に変わりながらチップのサイズが減少した場合である。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．５は、既に分節された扇状のチップが自ら巻かれた形態を帯びる場合である。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．４は、扇状のチップがより微細に分節される初期段階で、Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．３は、扇状のチップとより微細に分節されたチップが共に発生する場合で、Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．２は、扇状のチップが全く消え、より微細な切削チップのみが発生した場合である。Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．１は、切削チップの形態が直線形態である場合で、切削チップが非常に微細な場合である。
【００５５】
表１の実施例１―１ないし１―１２の脱亜鉛深さ値から確認できるように、シリコン（Ｓｉ）とマンガン（Ｍｎ）の含量が増加することによって脱亜鉛深さが小さくなる様相を示し、シリコンとマンガンが脱亜鉛腐食防止特性を向上させることが分かる。
【００５６】
【表２】
0005868510.tif 000003
【００５７】
また、表２では、カルシウム（Ｃａ）が添加されることによって硬度が上昇し、Ｃｈｉｐ  Ｎｏ．が小さくなることが分かる。カルシウムの添加は、第１の発明に係る銅合金の高速切削特性を向上させ、低調な低速切削特性を改善させるためのものであって、表２で実施例１―５と２―３に記載された成分の銅合金の低速切削チップの様相を比較した結果、カルシウムがさらに添加された銅合金の場合、切削チップが細かく分節されて微細に示されており、これは、切削性がさらに向上することを意味する。前記の比較した切削チップの様相は図４に示した。ここで、高速切削とは、７５０ＲＰＭで回転するΦ９．５mm直径のドリルチップが重力方向に７０mm／ｍｉｎの速度で切削されることを意味し、低速切削とは、重力方向のドリルチップが、移動速度が８mm／ｍｉｎであることを除いた他の要素は同一の条件にして切削されることを意味する。
【００５８】
また、表２の実施例２―１ないし２―１２の脱亜鉛深さ値から確認できるように、カルシウム（Ｃａ）の含量の増加するほど脱亜鉛深さ値が増加することが分かり、その結果、カルシウムが脱亜鉛腐食防止特性を減少させることが分かる。
【００５９】
【表３】
0005868510.tif 000004
【００６０】
【表４】
0005868510.tif 000005
【００６１】
表３ないし表４から確認できるように、第１の発明に係る銅合金と第２の発明に係る銅合金に、追加的にアルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、セレン（Ｓｅ）のうちいずれか一つの成分、又は、鉄（Ｆｅ）、リン（Ｐ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ボロン（Ｂ）のうちいずれか一つの成分が添加されることによって硬度が上昇し、切削チップのＣｈｉｐ  Ｎｏ．が減少し、切削チップが微細になることが分かる。
【００６２】
また、表３と表４の脱亜鉛深さ値から確認できるように、アルミニウム（Ａｌ）とスズ（Ｓｎ）が添加されることによって脱亜鉛深さが減少し、セレン（Ｓｅ）と鉄（Ｆｅ）の添加は脱亜鉛深さを多少増加させ、リン（Ｐ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ボロン（Ｂ）は、脱亜鉛深さにほとんど影響を及ぼさないことが分かる。
【００６３】
【表５】
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【００６４】
前記表５の実施例５―１ないし５―４から確認できるように、熱間押出時に熱間温度が５７０℃から６６０℃に増加することによって熱間押出材の硬度が漸次減少し、組織の粒子が増加し、切削チップのＣｈｉｐ  Ｎｏ．も増加することが分かる。これを通して、本発明の合金の切削性を維持するのに要求される熱間温度の範囲限界を５７０℃ないし６６０℃に設定した。
【００６５】
前記のような内容から、本発明に係る快削性無鉛銅合金は、優れた切削性と脱亜鉛腐食防止特性、良好な冷間加工性を有するので、人体に無害で且つ産業に適用可能な快削性無鉛銅合金の素材として適していることが分かる。
【００６６】
当分野の熟練した者にとって、本発明の精神及び範疇を逸脱しない範囲で、本発明に対する多様な変形及び変更が可能であることは明白である。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範疇及びその等価物内で提供された本発明の変形及び変更を含むものと意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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