JP2745774B2 - Wear resistant Cu alloy - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、耐摩耗性のすれたCu合金に関するもので
ある。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wear-resistant Cu alloy.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

先に同一出願人は、強度および耐摩耗性が要求され
る。例えば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ーリングなどの製造に用いるのに適
したCu合金として、特公昭59−34221号公報に記載され
る通りの Zn:25〜43％、Al:2〜８％、 Ni:0.2〜7.5％、Ti:0.1〜５％、 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％、以下％は重量％を示す）、並びに素地の金属間
化合物が微細分散した組織を有するCu合金を提案した。Previously, the same applicant is required to have strength and wear resistance. For example, as a Cu alloy suitable for use in the manufacture of transmission structural members for automobiles and synchronizer rings for transmissions, Zn: 25-43% and Al: 2-- as described in JP-B-59-34221. 8%, Ni: 0.2 to 7.5%, Ti: 0.1 to 5%, with the balance being Cu and unavoidable impurities (more than% by weight, the following% is% by weight), and the base intermetallic compound Has proposed a Cu alloy with a finely dispersed structure.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

一方、近年の自動車はじめ、その他各種の駆動機器な
どに対する高速化および高性能化、さらに省力化に対す
る要求は厳しく、これに伴ない、これらの構造部材にも
より一段とすぐれた耐摩耗性が求められる傾向にある
が、上記の従来Cu合金はじめ、その他多くのCu合金は十
分満足する耐摩耗性をもつものでないために、これらの
要求に対応することができないのが現状である。On the other hand, demands for higher speed and higher performance, as well as labor saving, for automobiles and other various driving devices in recent years are severe, and accordingly, these structural members are required to have even higher wear resistance. Although there is a tendency, most of the other Cu alloys, including the above-mentioned conventional Cu alloys, do not have sufficiently satisfactory wear resistance, so that at present it is impossible to meet these requirements.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

そこで、本発明者等は、上述のような観点から、一段
と耐摩耗性のすれたCu合金を開発すべく、上記の従来Cu
合金に着目し、研究を行なった結果、上記の従来Cu合金
に、その溶解精錬時に、炭素粉末の溶湯吹込みや溶湯表
面の炭素材による被覆などの通常の手段で、所定量、例
えば0.005％以上の炭素を含有させることは、一般のCu
およびCu合金と同様に不可能であるが、上記従来Cu合金
における金属間化合物は、その主体が重量比で2:5:3の
割合のAlとNiとTiからなるものであり、この金属間化合
物と同じ組成をもったAl−Ni−Ti合金には何らの制限な
く所定量の炭素を含有させることができ、したがって、
所定量の炭素を含有した金属間化合物と同じ組成を有す
るAl−Ni−Ti合金を調製しておき、これをCu合金溶製時
に溶解材として用いると、Cu合金の組成を、 Zn:28〜33％、Al:4〜5.5％、 Ni:2〜３％、Ti:1〜２％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成に特定
した場合に、前記Cu合金中への所定量の炭素含有が可能
となり、この結果のCu合金では、炭素のほとんど大部分
が素地中に分散する金属間化合物中に含有した状態で存
在し、この炭素含有の金属間化合物は炭素を含有しない
金属間化合物に比して著しく高い硬さをもつので、Cu合
金は一段とすぐれた耐摩耗性をもつようになるという研
究結果を得たのである。In view of the above, the present inventors have developed the above-described conventional Cu alloy in order to develop a more wear-resistant Cu alloy.
As a result of conducting research, focusing on the alloy, the conventional Cu alloy was melted and refined at a predetermined amount, for example, 0.005% by ordinary means such as blowing molten carbon powder or coating the surface of the molten metal with a carbon material. Inclusion of the above carbon is a common Cu
Although it is impossible as in the case of Cu alloys, the intermetallic compounds in the conventional Cu alloys described above are mainly composed of Al, Ni and Ti in a weight ratio of 2: 5: 3, and this intermetallic compound An Al-Ni-Ti alloy having the same composition as the compound can contain a predetermined amount of carbon without any limitation, and therefore,
Preparing an Al-Ni-Ti alloy having the same composition as the intermetallic compound containing a predetermined amount of carbon, and using this as a melting material at the time of melting the Cu alloy, the composition of the Cu alloy is changed from Zn: 28 to 33%, Al: 4 to 5.5%, Ni: 2 to 3%, Ti: 1 to 2%, and when the balance is specified to be composed of Cu and unavoidable impurities, Quantitative carbon content is possible, and in the resulting Cu alloy, most of the carbon is present in the intermetallic compound dispersed in the base material, and this carbon-containing intermetallic compound does not contain carbon Research has shown that Cu alloys have significantly higher wear resistance than intermetallic compounds because of their significantly higher hardness.

この発明は、上記の研究結果にもとづいてなされたも
のであって、 Zn:28〜33％、Al:4〜5.5％、 Ni:2〜３％、Ti:1〜２％、 C :0.01〜0.2％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、並び
に実質的に炭素を含有しない素地に、主体がAlとNiとTi
からなる炭素含有の金属間化合物が微細分散した組織を
有する耐摩耗性Cu合金に特徴を有するものである。The present invention has been made based on the above research results, and includes: Zn: 28-33%, Al: 4-5.5%, Ni: 2-3%, Ti: 1-2%, C: 0.01- 0.2%, with the balance consisting of Cu and unavoidable impurities, and a substrate substantially free of carbon, with Al, Ni and Ti
Is characterized by a wear-resistant Cu alloy having a structure in which a carbon-containing intermetallic compound consisting of

つぎに、この発明のCu合金において、成分組成を上記
の通りに限定した理由を説明する。Next, the reason why the composition of the Cu alloy of the present invention is limited as described above will be described.

（ａ） Zn Zn成分には、素地に固溶して合金の強度および靭性を
向上させる作用があるが、その含有量が28％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33％
を越えても前記作用により一層の向上効果が現われない
ことから、その含有量を28〜33％と定めた。(A) Zn The Zn component has a function of improving the strength and toughness of the alloy by forming a solid solution in the base material. However, if the content is less than 28%, a desired effect cannot be obtained in the above-mentioned effect. 33%
Since the above effect does not bring about a further improvement effect even when the content exceeds, the content is set to 28 to 33%.

（ｂ） Al Al成分には、その一部が素地に固溶して強度および靭
性を向上させるほか、残りがTiおよびNiと結合して、主
体が重量比で2:5:3の割合のAl,Ni,およびTiからなる金
属間化合物を形成し、この金属間化合物はＣ成分を含有
することと合まって合金の耐摩耗性を向上させる作用が
あるが、その含有量が４％未満では前記作用に所望の効
果が得られず、その含有量が5.5％を越えると、強度が
低下するようになることから、その含有量を４〜5.5％
と定めた。(B) Al In addition to improving the strength and toughness, a part of the Al component is dissolved in the base material, and the remainder is combined with Ti and Ni, and the main component has a weight ratio of 2: 5: 3. It forms an intermetallic compound consisting of Al, Ni, and Ti. This intermetallic compound has the effect of improving the wear resistance of the alloy in combination with containing C component, but its content is less than 4% In this case, the desired effect cannot be obtained, and if the content exceeds 5.5%, the strength is reduced, so that the content is 4 to 5.5%.
It was decided.

（ｃ） NiおよびTi これらの成分には、上記の通りAlと結合してＣ含有の
金属間化合物を形成し、合金の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Ni:2％未満およびT
i:1％未満では金属間化合物の割合が少なすぎて所望の
すぐれた耐摩耗性を確保することができず、一方Ni:3％
およびTi:2％を越えると強度が低下するようになること
から、その含有量をNi:2〜３％、Ti:1〜２％と定めた。(C) Ni and Ti These components combine with Al to form a C-containing intermetallic compound as described above and have an effect of improving the wear resistance of the alloy. Less than 2% and T
If i is less than 1%, the proportion of the intermetallic compound is too small to achieve the desired excellent wear resistance, while Ni: 3%
And when the content exceeds Ti: 2%, the strength is reduced. Therefore, the content is set to Ni: 2-3% and Ti: 1-2%.

（ｄ） Ｃ Ｃ成分は、素地には実質的に含有せず、上記の通り主
体がAlとNiとTiからなる金属間化合物に含有して、これ
の硬さを著しく向上させ、このように硬質の微細な金属
間化合物が素地に含有した組織によって合金はすぐれた
耐摩耗性をもつようになるが、その含有量が0.01％未満
では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、一方その含有
量が0.2％を越えても作用が飽和し、より一層の耐摩耗
性向上効果を示さないことから、その含有量を0.01〜0.
2％と定めた。(D) CC The C component is not substantially contained in the base material, but is mainly contained in the intermetallic compound composed of Al, Ni and Ti, as described above, to significantly improve the hardness thereof. The alloy has excellent wear resistance due to the structure in which the hard fine intermetallic compound is contained, but if the content is less than 0.01%, the desired effect of improving wear resistance cannot be obtained. Even if the content exceeds 0.2%, the effect is saturated, and the effect of improving the wear resistance is not further exhibited.
It was set at 2%.

〔実 施 例〕〔Example〕

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。Next, the Cu alloy of the present invention will be specifically described with reference to examples.

高周波誘導炉を用い、まず、いずれもAlとNiとTiの割
合が重量比で2:5:3からなり、Ｃ含有量がそれぞれ０％,
0.4％,4％，および８％の４種の合金を溶解し、鋳造し
て、Ｃ含有の合金材を製造し、ついでこれに加えて、原
材料としてCu材、Zn材、およびAl材を用い、同じく高周
波誘導炉にて、それぞれ第１表に示される成分組成をも
った溶湯を調製し、水冷鋳型に鋳造して直径:200mm×長
さ:400mmのビレットとし、これに750〜850℃の範囲内の
所定の温度で熱間押出し加工を施して直径:30mmの棒材
とすることにより本発明Cu合金材１〜５、および比較Cu
合金材１〜３を製造した。First, using a high-frequency induction furnace, the ratio of Al, Ni and Ti is 2: 5: 3 by weight, and the C content is 0%,
The alloys containing 0.4%, 4%, and 8% are melted and cast to produce C-containing alloys, and then Cu, Zn, and Al are used as raw materials. In the same high-frequency induction furnace, a molten metal having the component composition shown in Table 1 was prepared and cast into a water-cooled mold to form a billet having a diameter of 200 mm x a length of 400 mm. Hot-extrusion is performed at a predetermined temperature within the range to form a bar having a diameter of 30 mm, thereby obtaining Cu alloy materials 1 to 5 of the present invention and comparative Cu
Alloy materials 1 to 3 were produced.

ついで、この結果得られた各種のCu合金材について、
引張強さを測定すると共に、耐摩耗性試験を行なった。Next, for the various Cu alloy materials obtained as a result,
Along with measuring the tensile strength, a wear resistance test was performed.

耐摩耗性試験は、通常のピニオンディスク摩耗 試験機にて、 ピン試験片形状：先端面直径:0.1mm以下、先端部角
度:50゜、支持部直径:5mmの円錐形状、 ディスクの形状：直径100mm×厚さ10mmのSCM21浸炭焼
入材、 ピンのすべり速度:2m/sec、 ピン荷重:1000g、 オイル：ディスク上に0.5cc/hrの割合で滴下、 試験距離:15km、 の条件で行ない、試験後のピン先端部の摩耗面積を測定
した。これらの測定結果を第１表に示した。The abrasion resistance test is performed with normal pinion disk wear. Using a testing machine, pin specimen shape: Tip surface diameter: 0.1mm or less, tip angle: 50 °, conical shape with support part diameter: 5mm, Disk shape: SCM21 carburized and quenched material of 100mm diameter x 10mm thickness , Pin slip speed: 2m / sec, Pin load: 1000g, Oil: Drop on the disc at a rate of 0.5cc / hr, Test distance: 15km, Measure the wear area of the pin tip after the test. did. Table 1 shows the results of these measurements.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

第１表に示される結果から、本発明Cu合金材１〜５
は、いずれも従来Cu合金材に相当するＣ成分を含有しな
い比較Cu合金材３と同等の高強度を有し、かつこれより
一段とすぐれた耐摩耗性を示し、一方比較Cu合金材1,2
に見られるように、構成成分のうちの少なくともいずれ
かの含有量でもこの発明の範囲から低い方に外れると強
度および耐摩耗性の少なくともいずれかが劣ったものに
なることが明らかである。From the results shown in Table 1, the Cu alloy materials of the present invention 1 to 5
Each has the same high strength as the comparative Cu alloy material 3 which does not contain the C component equivalent to the conventional Cu alloy material, and exhibits a much higher wear resistance than this, while the comparative Cu alloy materials 1, 2
It is evident that at least any one of the constituents deviates from the range of the present invention in a lower range, resulting in inferior strength and / or abrasion resistance.

上述のように、この発明のCu合金は、従来Cu合金では
合金成分としての含有が不可能であったＣ成分を含有
し、これによってすぐれた耐摩耗性を具備するようにな
るものであるから、一段と苛酷な条件下での実用が予儀
なくされつつある各種駆動装置の構造部材などとして適
用した場合にすぐれた性能を長期に亘って発揮するなど
工業上有用な特性を有するのである。As described above, the Cu alloy of the present invention contains the C component, which was conventionally impossible as an alloy component in the Cu alloy, and thereby has excellent wear resistance. It has industrially useful characteristics, such as exhibiting excellent performance over a long period of time when applied as a structural member of various drive devices that are expected to be used under even more severe conditions.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】Zn:28〜33％、Al:4〜5.5％、 Ni:2〜３％、Ti:1〜２％、 C :0.01〜0.2％、 を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成（重量
％）、並びに実質的に炭素を含有しない素地に、主体が
AlとNiとTiからなる炭素含有の金属間化合物が微細分散
した組織を有することを特徴とする耐摩耗性Cu合金。(1) Zn: 28 to 33%, Al: 4 to 5.5%, Ni: 2 to 3%, Ti: 1 to 2%, C: 0.01 to 0.2%, the remainder being Cu and inevitable impurities. In the composition (% by weight) consisting of
A wear-resistant Cu alloy having a structure in which a carbon-containing intermetallic compound composed of Al, Ni and Ti is finely dispersed.