(57)【要約】【課題】最良の耐脱亜鉛性を有し且つ工業的に満足しうる被削性を有する無鉛快削性銅合金の提供。【解決手段】Ｃｕ：８０．０〜８２．０ｗｔ％、Ｓｉ：３．１〜４．５ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．２０ｗｔ以下を含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物から成る無鉛快削性銅合金。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｃｕ：８０．０〜８２．０ｗｔ％、Ｓｉ：３．１〜４．５ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．２０ｗｔ以下を含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物から成ることを特徴とする無鉛快削性銅合金。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体や環境への悪影響を及ぼす鉛を含有せず、耐脱亜鉛性、被削性に優れた無鉛快削性銅合金に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水道用水栓金具や一般配管用節水器具、あるいは各種バルブには、従来からその優れた材料特性を活かして、青銅や黄銅などの銅合金が使用されている。これらの銅合金は、製品加工のための良好な被削性が要求される為、一般的には鉛を含有させる事により必要な被削性が付与されてきた。例えば、被削性に優れるＪＩＳ  Ｈ５１２０  ＣＡＣ４０６やＣＡＣ４０７等の青銅合金、あるいはＪＩＳ  Ｈ３２５０  Ｃ３６０４やＣ３７７１等の黄銅合金は、１〜６重量％の鉛を含有している。
【０００３】
しかしながら、鉛は、合金の溶解・鋳造過程における蒸発、あるいは接水部品として使用した際の飲料水への溶出などにより、人体や環境衛生へ悪影響を及ぼす有害元素との認識が深まり、近年その含有は厳しく制限される傾向にある。そのため、鉛を含有しない快削性銅合金の開発が強く望まれており、例えば特許文献１に開示されるようなものが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−７６５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述したような背景から生まれた特許文献１に係る合金は、鉛の有害性を除去することが主たる目的であったと言える。従って、鉛を含有せずに快削性を維持することが性能上、最も重要な課題であり、その目的は達成され、工業的に満足しうる快削性を確保している。ところが、特許文献１に係る合金は耐脱亜鉛腐食特性において、銅重量％を増加させたＣＡＣ８０１やＣＡＣ８０３の比較例と比べると劣る結果となっており、より過酷な腐食環境での使用に際しては耐久性に問題を残していると言える。一方で、ＣＡＣ８０１のようにビスマスを含有せず且つ銅重量％が高い場合、切削性の低下が問題となりえる。つまり、特許文献１の耐脱亜鉛性を最良のものとするべく改善し、且つ銅重量％増に伴う切削性の低下を起こさぬ様、快削性も同時に改善する事が課題となる。
【０００６】
本発明は、上述のような現状に鑑みなされたもので、最良の耐脱亜鉛性を有し且つ工業的に満足しうる被削性を有する無鉛快削性銅合金を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の要旨を説明する。
【０００８】
Ｃｕ：８０．０〜８２．０ｗｔ％、Ｓｉ：３．１〜４．５ｗｔ％、Ｂｉ：０．５〜２．０ｗｔ％、Ｐｂ：０．２０ｗｔ以下を含有し、残部がＺｎ及び不可避不純物から成ることを特徴とする無鉛快削性銅合金に係るものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は上述のように構成したから、最良の耐脱亜鉛性を有し且つ工業的に満足しうる被削性を有する無鉛快削性銅合金となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】各試験合金の化学成分を示す表である。
【図２】穿孔試験条件を示す表である。
【図３】穿孔試験及び引張試験の試験結果を示す表である。
【図４】耐脱亜鉛腐食試験の試験結果を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明合金において成分組成を特定した理由と、本発明の効果について以下に簡単に説明する。
【００１２】
Ｃｕ
銅は、脱亜鉛腐食感受性を弱め、８０重量％以上とする事で最良の耐脱亜鉛性が得られる。一方で珪素やビスマス等の必要な添加量との関係から、８２．０重量％以上の添加は被削性の確保が難しくなる。このような理由から、銅含有量を８０．０〜８２．０重量％とした。
【００１３】
Ｚｎ
亜鉛は、機械的強度や鋳造性を高める元素であるが、本発明合金においては、その含有量は銅、珪素及びビスマスとのバランスにより残余として決定されるものであり、実質的な含有量は１１．５〜１６．０重量％である。
【００１４】
Ｓｉ
珪素は、溶解時に脱酸材として作用し、溶湯の流動性を高めて鋳造性を良化させる。また、一部はマトリックスに固溶し機械的強度を高めると共に、一部は亜鉛と作用して切削加工時のチップブレーカとして機能する硬質相を出現させ、被削性を改善する。これらの効果を得る為、３．１重量％以上の珪素を含有させる必要がある。一方、４．５重量％を越えて含有すると、必要量以上の硬質相の出現により、靭性が損なわれるようになる。このような理由から、珪素の含有量を３．１〜４．５重量％とした。
【００１５】
Ｂｉ
ビスマスは０．５重量％以下では、切削性の改善効果は殆ど認められないが、０．５重量％以上の添加によって、切削性が添加量に応じて改善される。望ましくは、１．５重量％以上の添加が求められる。但し、２．０重量％を超えて添加すると、機械的性質の劣化を招く可能性がある。このような理由からビスマス含有量を０．５〜２．０重量％とした。
【００１６】
Ｐｂ
鉛は、その含有量を０．２０重量％以下とすることにより、合金の溶解・鋳造過程における蒸発、あるいは接水部品として使用した際の飲料水への溶出などによる人体や環境衛生への鉛害を、実質的に回避することが可能となる。このような理由から、鉛の含有量を０．２０重量％以下に規制した。
【実施例】
【００１７】
本発明の具体的な実施例について図面に基づいて説明する。
【００１８】
（１）試験方法
ア）試料鋳造
本発明に係る試験合金の成分組成を、図１のＮｏ１〜Ｎｏ．８、１０〜１２に示
す。なお、Ｎｏ９は比較合金である。Ｎｏ１〜Ｎｏ８は連続鋳造により作成した。
【００１９】
Ｎｏ９〜Ｎｏ１２は試験用のシリコニット炉で溶解し、引張試験及び耐脱亜鉛腐食
試験用にＪＩＳ  Ｈ５１２０  Ｅ号金型、切削性試験用に直径４０ｍｍ、高さ１０
０ｍｍの金型を用いて夫々鋳造した。
【００２０】
イ）切削性試験
被削性を評価するために、図１の各合金から直径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍの円盤
に機械加工し、図２に示す条件で穿孔試験を実施した。各合金について１０回の穿
孔試験を行い、毎回の穿孔時間の平均時間を被削性評価のための穿孔時間とした。
【００２１】
ウ）耐脱亜鉛腐食試験
耐脱亜鉛性を評価するために、図１のＮｏ９〜Ｎｏ１２の合金から縦・横１０ｍ
ｍ、厚さ５ｍｍの直方体に機械加工し、ＩＳＯ６５０９の脱亜鉛腐食試験を実施し
た。腐食液に暴露された面における脱亜鉛腐食深さを測定し、耐脱亜鉛腐食性を評
価した。
【００２２】
エ）引張試験
機械的性質を評価する為に、図１のＮｏ１〜９の合金からＪＩＺ  Ｚ２２０１  
４号試験片に機械加工し、引張試験を実施した。
【００２３】
（２）試験結果
図３、図４は、上記の試験結果を示したものである。銅が８０重量％を超えると脱亜鉛深さが測定限界以下になり、最良の特性を示すようになる。ビスマスは０．５重量％を超えると切削性に改善が認められ、１．５重量％を超えると比較合金と同レベルに達することが分かる。機械的性質はビスマスの添加量に応じて負の影響が現れるが、１．５重量％添加された場合においても未だ十分な性能を有している。
【００２４】
よって、本発明は、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｉ−Ｂｉ系銅合金において、良好な切削性と最良の耐脱亜鉛性を持つことが確認できた。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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