KR20190054825A - Abrasion-resistant copper alloy and its manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 내마모성 동합금 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동합금 소재에 석출/고용강화를 유도하는 원소를 첨가함으로써 소재의 내마모성을 향상시킬 수 있는 내마모성 동합금 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a wear-resistant copper alloy and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a wear-resistant copper alloy capable of improving the wear resistance of a material by adding an element inducing precipitation / solidification enhancement to the copper alloy material and a method for manufacturing the same.
고강도 내마용 황동재료는 동합금 특유의 내마모성을 가지고 있기 때문에 굴삭기, 불도저 그리고 각종 기기구동부의 베어링재 등으로 사용하고 있다. 상기와 같은 구동기기 등은 주어지는 가동시간, 하중 등 환경이 기기마다 다르기 때문에 구동기계의 요구사항에 따라 내마모용 동합금 소재의 기계적 특정, 가격 등이 매우 다양하게 나뉘어질 수 있다. High-strength cast iron brass material is used as excavator, bulldozer and bearing material of various machine driving parts because it has anti-wear characteristic unique to copper alloy. Since the environment such as the operating time and the load given to the above drive machine and the like are different for each machine, the mechanical specification, price, etc. of the wear resistant copper alloy material can be divided into variously according to requirements of the drive machine.
특히, 내마모용 동합금 소재 중에서 6/4황동에 알루미늄(A)l, 철(Fe), 망간(Mn) 등을 첨가하여 기계적 성질을 개선한 동합금으로 초기에는 망간(Mn) 함량이 높아 망가니즈 청동, 망간황동이라고 불렸으나 알루미늄(Al)이 합금강도에 큰 영향을 미침을 알고 망간(Mn) 함량을 줄여서 고력황동이라고 불리게 되었다.Particularly, copper alloys with improved mechanical properties by adding aluminum (A) 1, iron (Fe), manganese (Mn), etc. to 6/4 brass in wear resistant alloys are high in manganese (Mn) It was called bronze and manganese brass but it was called high brass by decreasing the content of manganese (Mn) by knowing that aluminum (Al) had a great influence on the alloy steel degree.
종래의 선박용 부싱소재에 사용되는 고력황동의 경우, 소결 또는 주조로 제작될 수 있다. 여기서, 소결의 경우 높은 기계적 특성과 내마모성을 확보할 수 있지만 공정의 난해함과 비용증가로 단가가 높아지는 한계가 있다. In the case of high-strength brass used in conventional marine bushing materials, it can be produced by sintering or casting. Here, sintering can secure high mechanical properties and abrasion resistance, but there is a limit to increase the unit price due to the difficulty of the process and the increase of the cost.
하지만 주조로 제작되는 부싱소재의 경우 소결보다는 낮은 기계적 특성과 내마모성을 가지지만 공정이 용이하고 비용이 낮음에 따라 대량생산에 용이한 장점이 있다. However, bushing materials produced by casting have lower mechanical and abrasion resistance than sintering, but they are easier to mass-produce as they are easier to process and lower in cost.
전술한 부싱부는 고하중이 지속적으로 가해지면서 저속으로 회전하는 가혹한 환경으로 인해 내마모성을 갖는 소재를 필요로 한다. 게다가 부싱부에 사용되는 내마모성 특수 동합금(철계 부품의 상대 마모재)의 사용으로 인해 사용 환경이 더욱 가혹해짐에 따라 특수 동합금의 내마모성 특성 요구치가 높아지고 있다. The above-described bushing portion requires a wear-resistant material due to a harsh environment in which a high load is continuously applied and rotates at a low speed. In addition, due to the use of wear-resistant special copper alloys (relative abrasives of iron-based parts) used in bushing parts, the use environment of the special copper alloy is increasingly demanded.
따라서 기존 소재 대비 요구되는 높은 고내마모성 특성을 대응하기 위해 기존 소재대비 내마모성이 증가된 내마모성 동합금을 필요로 한다. Therefore, in order to cope with high high abrasion resistance characteristics required compared to existing materials, abrasion resistant copper alloy having increased abrasion resistance compared to existing materials is required.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 동합금 소재에 석출/고용강화를 유도하는 원소를 첨가함으로써 소재의 내마모성을 향상시킬 수 있는 내마모성 동합금 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a wear-resistant copper alloy capable of improving the wear resistance of a material by adding an element inducing precipitation / solid solution strengthening to a copper alloy material, and a method for manufacturing the same.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다. It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise form disclosed. There will be.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt%를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함한다. In order to achieve the above object, the wear-resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention comprises 59 wt% to 63 wt% of copper, 29 wt% to 33 wt% of zinc, 3.5 wt% to 5.5 wt% The present invention provides a process for producing a high strength brass containing 1.5 wt% to 4.0 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe) and 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn) And 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti).
여기서 상기 내마모성 동합금의 마찰계수는 0.3 내지 0.55범위일 수 있다. The coefficient of friction of the wear-resistant copper alloy may range from 0.3 to 0.55.
상기 내마모성 동합금의 미세 조직에는 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출 상이 형성되어 결정립이 미세화될 수 있다. The precipitation phase of the titanium (Ti) component may be formed in the microstructure of the abrasion-resistant copper alloy to make the crystal grains finer.
상기 내마모성 동합금의 미세조직은 상기 타이타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 미세화될 수 있다. The microstructure of the abrasion-resistant copper alloy can be miniaturized as the content of the titanium (Ti) increases.
상기 내마모성 동합금의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위일 수 있다. The hardness of the wear-resistant copper alloy may range from 210 Hv to 250 Hv.
상기 내마모성 동합금의 마모로 인한 무게 감소는, 0.1% 미만일 수 있다. The weight loss due to abrasion of the wear resistant copper alloy may be less than 0.1%.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예에 따른 부싱재는 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt%를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함하고, 마찰계수가 0.3 내지 0.55범위로 형성된다. According to another aspect of the present invention, there is provided a bushing according to another embodiment of the present invention, which comprises 59 wt% to 63 wt% of copper, 29 wt% to 33 wt% of zinc, 3.5 wt% to 5.5 wt% The present invention provides a process for producing a high strength brass containing 1.5 wt% to 4.0 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe) and 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn) 0.5 to 2.0 wt% of titanium (Ti), and the coefficient of friction is in the range of 0.3 to 0.55.
상기 부싱재의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위일 수 있다. The hardness of the bushing material may range from 210 Hv to 250 Hv.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 내마모성 동합금의 제조방법은 용탕을 준비하는 단계, 구리 혼합물을 준비하는 단계, 상기 구리 혼합물을 1100℃ 내지 1300℃에서 가열하는 단계 및 상기 구리 혼합물을 주조하여 내마모성 동합금을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 내마모성 동합금은, 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt%를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함한다. 여기서 내마모성 동합금의 마찰계수는 0.3 내지 0.55범위일 수 있다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a wear resistant copper alloy comprising the steps of preparing a molten metal, preparing a copper mixture, heating the copper mixture at 1100 ° C to 1300 ° C, Wherein the wear resistant copper alloy comprises 59 wt% to 63 wt% of copper (Cu), 29 wt% to 33 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% to 5.5 wt% of aluminum (Al) and a high-strength brass containing 1.5 wt% to 4.0 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe) and 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn) And 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti) inducing solid solution strengthening. The coefficient of friction of the wear-resistant copper alloy may range from 0.3 to 0.55.
상기 내마모성 동합금의 미세 조직에는 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출 상이 형성되어 결정립이 미세화될 수 있다. The precipitation phase of the titanium (Ti) component may be formed in the microstructure of the abrasion-resistant copper alloy to make the crystal grains finer.
상기 내마모성 동합금의 미세조직은 타이타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 미세화될 수 있다. The microstructure of the abrasion-resistant copper alloy can be refined as the content of titanium (Ti) increases.
상기 내마모성 동합금의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위일 수 있다. The hardness of the wear-resistant copper alloy may range from 210 Hv to 250 Hv.
상기 내마모성 동합금의 마모로 인한 무게 감소는, 0.1% 미만일 수 있다. The weight loss due to abrasion of the wear resistant copper alloy may be less than 0.1%.
본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금 및 이의 제조방법은 동합금 소재에 석출/고용강화를 유도하는 원소를 첨가함으로써 소재의 내마모성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. The wear-resistant copper alloy and the method for manufacturing the same according to the embodiment of the present invention have the effect of improving the wear resistance of a material by adding an element inducing precipitation / solid solution strengthening to the copper alloy material.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.It should be understood that the effects of the present invention are not limited to the above effects and include all effects that can be deduced from the detailed description of the present invention or the configuration of the invention described in the claims.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이다.
도 4는 비교예의 미세조직을 촬상한 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 마찰계수를 도시한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 제조방법을 도시한 순서도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 is a photograph of microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 1 of the present invention; Fig.
2 is a photograph of an image of a microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 2 of the present invention.
3 is a photograph of an image of a microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 3 of the present invention.
4 is a photograph of a microstructure of a comparative example.
5 is a graph showing the friction coefficient of the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention.
6 is a flowchart showing a method of manufacturing a wear-resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is referred to as being "connected" (connected, connected, coupled) with another part, it is not only the case where it is "directly connected" "Is included. Also, when an element is referred to as " comprising ", it means that it can include other elements, not excluding other elements unless specifically stated otherwise.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, the terms "comprises" or "having" and the like refer to the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금을 설명하기 위해 구리(Cu) 61wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.05wt%, 망간(Mn) 0.5wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 아연(Zn) 32.3wt%을 포함하는 고력황동을 비교예로 기준 삼아 설명하기로 한다. 여기서 비교예의 구체적인 조성비는 이에 한정하는 것은 아니며, 종래의 고력황동으로 정의되는 함금의 함량을 포함할 수 있다. (Cu), 3.5 wt% of aluminum (Al), 2.05 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% of manganese (Mn) and 0.7 wt% of iron (Fe) in order to describe a wear- resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention. %, And zinc (Zn) 32.3 wt%, as comparative examples. Here, the specific composition ratio of the comparative example is not limited to this, and may include the content of the alloy defined as conventional high-strength brass.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.3wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt% 및 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%를 포함한다.A wear resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention comprises 59 wt% to 63 wt% of copper (Cu), 29 wt% to 33 wt% of zinc (Zn), 3.3 wt% to 5.5 wt% of aluminum (Al) % To 4.0 wt% of iron (Fe), 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe), 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn) and 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti).
일반적으로, 상기 고력황동은 석출강화가 아니므로, 고강도, 고경도 값은 합금을 통해 고용강화와 냉간가공을 통한 가공경화에 의해 이루어질 수 있다. 그러나 본 발명에 따른 내마모성 동합금은 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%이 포함되어 고용강화뿐만 아니라 석출강화를 통한 가공경화에 의해 이루어질 수 있다. Generally, since the high-strength brass is not precipitation strengthening, high strength and high hardness values can be achieved by solidification through the alloy and work hardening through cold working. However, the wear-resistant copper alloy according to the present invention includes 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti) inducing precipitation and solid solution strengthening, and can be achieved not only by solidification of the solid solution but also by work hardening through precipitation strengthening.
여기서 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금에서 아연(Zn) 성분은 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 경도 및 강도를 향상시키는 역할을 할 수 있다. 여기서 주석(Sn)의 함량은 29wt% 미만일 경우, 내마모성 동합금의 내마모성, 인장강도, 기계적 강도, 취성 및 주조성을 저하시킬 수 있다. 그리고 아연이 33wt% 초과일 경우, 내마모성 동합금의 연신율을 저하시킬 수 있다. Herein, the zinc (Zn) component in the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention can serve to improve the hardness and strength of the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention. If the content of tin (Sn) is less than 29 wt%, abrasion resistance, tensile strength, mechanical strength, brittleness and castability of the wear-resistant copper alloy can be lowered. When the zinc content is more than 33 wt%, the elongation of the wear-resistant copper alloy can be lowered.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 아연(Zn) 성분을 29wt% 내지 33wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. Therefore, the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention preferably contains zinc (Zn) in the range of 29 wt% to 33 wt%.
니켈(Ni) 성분은 본 발명에 따른 내마모성 동합금에 전기 저항, 탄성, 내식성 및 내열성을 제공해주는 역할을 할 수 있다. 여기서 니켈(Ni) 성분은 1.5 wt% 내지 4.0 wt%로 형성될 수 있으며, 1.5 wt% 미만일 경우, 탄성 특성이 저하되어 복원력이 저하될 수 있다. 즉, 내마모성 동합금에 외부로 충격이 가해지는 경우 내마모성 동합금에 충격한 대로 자국이 남을 수 있다. 그리고 4.0 wt% 초과일 경우, 기계적 강도, 내식성 및 내열성이 향상될 수 있으나, 아연(Zn) 성분을 감소시키는 효과가 있기 때문에 가공성을 저하시킬 수 있다. The nickel (Ni) component can serve to provide electrical resistance, elasticity, corrosion resistance and heat resistance to the wear resistant copper alloy according to the present invention. Here, the nickel (Ni) component may be formed in an amount of 1.5 wt% to 4.0 wt%, and if it is less than 1.5 wt%, the elasticity property may be deteriorated and the restitution force may be lowered. That is, if an impact is applied to the wear-resistant copper alloy, the marks may remain as they are when the wear-resistant copper alloy is impacted. If it is more than 4.0 wt%, the mechanical strength, corrosion resistance and heat resistance can be improved, but the workability can be lowered because of the effect of reducing the zinc (Zn) component.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 니켈(Ni) 성분을 1.5 wt% 내지 4.0 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. Therefore, the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention preferably includes nickel (Ni) in the range of 1.5 wt% to 4.0 wt%.
알루미늄(Al) 성분은 본 발명에 따른 내마모성 동합금의 기계적 강도, 내열성, 내식성, 내마멸성 및 가공성을 제공해주는 역할을 할 수 있다. 여기서 알루미늄(Al) 성분의 함량은 3.3 wt% 내지 5.5 wt%로 형성될 수 있으며, 3.3 wt% 미만일 경우, 내마멸성 등의 특성이 저하될 수 있다. 그리고 5.5 wt% 초과일 경우, 기계적 강도, 내열성, 내식성, 내마멸성이 향상될 수 있으나, 가공성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. The aluminum (Al) component can serve to provide the mechanical strength, heat resistance, corrosion resistance, abrasion resistance and processability of the wear-resistant copper alloy according to the present invention. The content of the aluminum (Al) component may be 3.3 wt% to 5.5 wt%, and if it is less than 3.3 wt%, the characteristics such as abrasion resistance may be deteriorated. If it is more than 5.5 wt%, the mechanical strength, heat resistance, corrosion resistance and abrasion resistance may be improved, but the workability may be deteriorated.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 알루미늄(Al) 성분의 하량을 3.3 wt% 내지 5.5 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. Therefore, it is preferable that the amount of the aluminum (Al) component of the abrasion resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention is in the range of 3.3 wt% to 5.5 wt%.
망간(Mn) 성분은 본 발명에 따른 내마모성 동합금의 인성 등을 향상시켜 내식성, 부식균열에 대한 저항성을 주는 역할을 할 수 있다. 여기서 망간(Mn) 성분의 함량은 0.1 wt% 내지 0.8 wt%로 형성될 수 있으며, 0.1 wt% 미만일 경우, 인성 등에 관련된 특성이 저하될 수 있다. 그리고 0.8 wt% 초과하는 경우, 응력부식 균열을 초기에 비해 첨가량이 감소될 수 있다. The manganese (Mn) component can improve the toughness and the like of the wear-resistant copper alloy according to the present invention, thereby providing resistance to corrosion resistance and corrosion cracking. Here, the content of manganese (Mn) may be 0.1 wt% to 0.8 wt%, and when it is less than 0.1 wt%, the characteristics related to toughness and the like may be deteriorated. If it exceeds 0.8 wt%, the addition amount of stress corrosion cracking can be decreased compared to the initial stage.
본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 망간(Mn) 성분의 함량은 0.1 wt% 내지 0.8 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. The content of manganese (Mn) in the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention is preferably in the range of 0.1 wt% to 0.8 wt%.
철(Fe) 성분은 본 발명에 따른 내마모성 동합금의 결정립을 미세화시켜 부식균열에 대한 저항성을 주는 역할을 할 수 있다. 여기서 철(Fe) 성분의 함량은 0.5 wt% 내지 1.0 wt%로 형성될 수 있으며, 0.5 wt% 미만일 경우, 결정립을 미세화시키기에 량이 부족하여 결정립을 미세화시키지 못할 수 있다. 그리고 1.0 wt% 초과하는 경우, 취성이 강해져, 마모특성과 재료의 인성을 저하시킬 수 있다.The iron (Fe) component can reduce the grain size of the wear-resistant copper alloy according to the present invention and provide resistance to corrosion cracking. The content of the iron (Fe) component may be in the range of 0.5 wt% to 1.0 wt%, and if it is less than 0.5 wt%, the grain size may be insufficient to make the grain finer. If it exceeds 1.0 wt%, the brittleness becomes strong, and the wear characteristics and the toughness of the material can be lowered.
본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 철(Fe) 성분의 함량은 0.5 wt% 내지 1.0 wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. The content of the iron (Fe) component of the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention is preferably in the range of 0.5 wt% to 1.0 wt%.
상기와 같은 성분들을 구리에 포함시켜 고력황동을 형성할 수 있다. 고력황동은 동합금 특유의 내마모성을 가지고 타이타늄(Ti) 성분은 본 발명에 따른 내마모성 동합금의 석출/고용 강화를 유도할 수 있어 결정립을 미세화시키고, 경도, 강도 및 마찰계수를 향상시켜 주는 역할을 할 수 있다. Such components can be included in copper to form high strength brass. The high-strength brass has a wear-resistant characteristic peculiar to the copper alloy, and the titanium (Ti) component can induce precipitation / solid-solution strengthening of the wear-resistant copper alloy according to the present invention, thereby finer the crystal grain and improve hardness, strength and friction coefficient. have.
여기서 타이타늄(Ti) 성분의 함량은 0.5wt% 내지2.0wt%을 범위로 형성될 수 있으며, 0.5 wt% 미만일 경우, 고용/석출 강화를 유도하기에 미량이기 때문에 고용/석출 강화 효율을 저하시키켜 결정립의 미세화시키지 못할 수 있다. 그리고 2.0 wt% 초과하는 경우, 고용/석출 강화를 과도하기 유도하여 재료의 강도는 증가하지만 재료의 인성이 감소하여 재료의 마모특성을 저하시킬 수 있다.The content of the titanium (Ti) component may be in the range of 0.5 wt% to 2.0 wt%, and if it is less than 0.5 wt%, the amount of the titanium (Ti) component is too small to induce solidification of solid solution / precipitation The crystal grains may not be refined. If it exceeds 2.0 wt%, the strength of the material is increased due to excessive induction of solid solution / precipitation strengthening, but the toughness of the material may be decreased and the wear characteristics of the material may be deteriorated.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 타이타늄(Ti) 성분의 함량은 0.5wt% 내지2.0wt% 범위로 포함시키는 것이 바람직하다. Therefore, the content of the titanium (Ti) component of the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention is preferably in the range of 0.5 wt% to 2.0 wt%.
상기와 같은 조성으로, 본 발명에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 59wt% 내지 63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.3wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지 1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt%를 포함하고, 석출/고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함함으로써 결정립이 미세화시킬 수 있고, 경도, 강도 및 마찰계수가 향상될 수 있다. The wear resistant copper alloy according to the present invention has a composition of 59 wt% to 63 wt% of copper (Cu), 29 wt% to 33 wt% of zinc (Zn), 3.3 wt% to 5.5 wt% of aluminum (Al) 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe), 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn), and 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti) By including the wt%, the crystal grains can be made finer and the hardness, strength and friction coefficient can be improved.
이하에서는 본 실시예에 따른 내마모성 동합금은 결정립이 미세화되고, 경도, 강도 및 마찰 계수가 향상됨을 구체적인 조성비를 예를 들어 설명하기로 한다. Hereinafter, the abrasion-resistant copper alloy according to the present embodiment will be described with reference to specific composition ratios in which the crystal grains are made finer and the hardness, strength and friction coefficient are improved.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이고, 도 2는 본 발명의 실시예 2에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이고, 도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 내마모성 동합금의 미세조직을 촬상한 사진이고, 도 4은 비교예의 미세조직을 촬상한 사진이다. Fig. 1 is a photograph of a microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 1 of the present invention, Fig. 2 is an image of microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 2 of the present invention, Fig. 4 is a photograph of an image of a microstructure of a wear-resistant copper alloy according to Example 3, and Fig.
본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금 및 비교예의 미세조직를 촬상하기 위해 광학현미경을 사용하였다. 그리고, 측정의 정확도를 향상시키기 위해 동일 샘플에서 임의의 영역에서 시편을 추출하여 미세조직을 촬상하였다. An optical microscope was used to image the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention and the microstructure of the comparative example. Then, in order to improve the accuracy of the measurement, the sample was taken out from an arbitrary region in the same sample to pick up a microstructure.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예 1에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 31.8wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 를 포함한다. 1 to 4, a wear-resistant copper alloy according to Example 1 of the present invention comprises 61 wt% of copper (Cu), 31.8 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% of aluminum (Al) , High-strength brass including 0.7 wt% of iron (Fe) and 0.5 wt% of manganese (Mn), and 0.5 wt% of titanium (Ti) inducing precipitation and solid solution strengthening in the high-strength brass.
본 발명의 실시예 2에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 31.3wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 1.0wt% 를 포함한다.A wear-resistant copper alloy according to Example 2 of the present invention is composed of 61 wt% of copper (Cu), 31.3 wt% of zinc, 3.5 wt% of aluminum, 2.0 wt% of nickel, 0.7 wt% of iron, High strength brass containing 0.5 wt% of manganese (Mn) and 1.0 wt% of titanium (Ti) inducing precipitation and solid solution strengthening in the high strength brass.
본 발명의 실시예 3에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 30.3wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출/고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 2.0wt% 를 포함한다.A wear-resistant copper alloy according to Example 3 of the present invention is composed of 61 wt% of Cu, 30.3 wt% of Zn, 3.5 wt% of Al, 2.0 wt% of Ni, 0.7 wt% of Fe, High strength brass containing 0.5 wt% of manganese (Mn) and 2.0 wt% of titanium (Ti) which induces precipitation / solidification strengthening in the high-strength brass.
그리고, 비교예는 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 32.3wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt으로 구성된 고력황동을 마련하였다. The comparative example was prepared by mixing 61 wt% of copper (Cu), 32.3 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% of aluminum (Al), 2.0 wt% of nickel (Ni), 0.7 wt% of iron (Fe) And a high-strength brass.
이들의 조성 함량을 [표 1]에서 정리한다. The compositional contents of these are summarized in [Table 1].
먼저, 비교예인 도 4를 참조하면, 비교예로써 고력황동은 그 미세조직에서 결정립이 실시예들과 비교하여 상당히 큰 결정립으로 형성됨을 볼 수 있다. Referring to FIG. 4, which is a comparative example, it can be seen that, as a comparative example, high-strength brass has a considerably large grain size in its microstructure as compared with the examples.
비교예는 냉각조건에서 결정 성장이 용이하여 결정립이 성장하여 결정립이 크게 형성된 것으로 판단할 수 있다. 다시 말해, 결정립이 크게 형성됨에 따라 상기 고력황동의 기계적 특성 및 마모성 특성에 한계가 존재하는 것으로 판단할 수 있다. In the comparative example, it is judged that the crystal growth is easy under the cooling condition, so that the crystal grains grow and the crystal grains are largely formed. In other words, it can be judged that there is a limit to the mechanical characteristics and abrasion characteristics of the high-strength brass as the crystal grains are formed large.
실시예 1의 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 31.8wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 를 포함한다. The abrasion resistant copper alloy of Example 1 was composed of 61 wt% of copper (Cu), 31.8 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% of aluminum (Al), 2.0 wt% of nickel (Ni), 0.7 wt% of iron (Fe) High strength brass including 0.5 wt% and titanium (Ti) which induces precipitation hardening enhancement in the high strength brass.
실시예 1에서 내마모성 동합금의 촬상된 미세조직은 비교예와 비교하여 결정립이 더 미세해 진 것을 볼 수 있다. 결정립이 미세화되었다는 것은 홀 페치(hall- petch) 이론에 의해 항복 강도가 증가할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. It can be seen that the microstructure captured in the wear-resistant copper alloy in Example 1 has a finer grain size as compared with the comparative example. Finer grain refinement may mean that the yield strength can be increased by the hall-petch theory.
구체적으로, 실시예 1은 비교예의 미세조직 대비 결정립 미세화와 석출상(Q)이 관찰된 것을 볼 수 있다. Specifically, in Example 1, crystal grain refinement and precipitation phase (Q) were observed in comparison with the microstructure of Comparative Example.
이는 고융점 원소인 타이타늄(Ti)이 고용됨에 따라 재료의 융점이 증가하여 같은 냉각조건에서도 결정립 성장이 억제되고, 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출상(Q)에 의한 핀닝효과(pinnig effect)에 의해 결정립이 미세화된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 상기 석출상(Q)이 결정립 간을 연결하는 핀닝효과에 상기 결정립이 성장하는 것을 억제하는 것으로 판단할 수 있다.This is because the melting point of the material increases due to the solidification of titanium (Ti), which is a high melting point element, and grain growth is suppressed even under the same cooling conditions, and the pinnig effect due to the precipitation phase (Q) It can be judged that the crystal grains are made finer. That is, it can be judged that the growth of the crystal grains is inhibited by the pinning effect in which the precipitated phases (Q) connect the crystal grains.
따라서 본 발명의 실시예 1에 따른 내마모성 동합금은 결정립 미세화와 타이타늄(Ti)의 고용과 석출 상이 내마모성 동합금의 기계적 특성과 마모특성 향상에 영향을 준 것으로 판단할 수 있다. Therefore, it can be judged that the wear-resisting copper alloy according to Example 1 of the present invention influences the grain refinement and the solidification and precipitation of titanium (Ti) to improve the mechanical characteristics and wear characteristics of the wear-resistant copper alloy.
그리고, 본 발명의 실시예 2에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 31.3wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 1.0wt% 를 포함한고, 본 발명의 실시예3에 따른 내마모성 동합금은 구리(Cu) 61wt%, 아연(Zn) 30.3wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt%, 니켈(Ni) 2.0wt%, 철(Fe) 0.7wt%, 망간(Mn) 0.5wt를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 2.0wt% 를 포함한다. The wear-resistant copper alloy according to Example 2 of the present invention contains 61 wt% of copper (Cu), 31.3 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% of aluminum (Al), 2.0 wt% of nickel (Ni) % And manganese (Mn) of 0.5 wt%, and 1.0 wt% of titanium (Ti) which induces precipitation and solidification enhancement in the high-strength brass. The wear resistant copper alloy according to Example 3 of the present invention contains copper ) Containing 61 wt% of zinc (Zn), 30.3 wt% of aluminum (Zn), 3.5 wt% of aluminum (Al), 2.0 wt% of nickel (Ni), 0.7 wt% of iron (Fe) and 0.5 wt% of manganese And 2.0 wt% of titanium (Ti) which induces precipitation and solidification in brass.
구체적으로, 실시예 1과 비교하여 실시예 2 및 실시예 3은 타이타늄(Ti) 성분의 함량을 증가시켰다. Specifically, as compared with Example 1, Example 2 and Example 3 increased the content of the titanium (Ti) component.
실시예 2 및 실시예 3에서 내마모성 동합금의 촬상된 미세조직은 비교예 및 실시예 1과 비교하여 결정립이 더 미세해 진 것을 볼 수 있다. 결정립이 더 미세화되었다는 것은 홀 페치(hall- petch) 이론에 의해 경도가 증가할 수 있다는 것을 의미할 수 있다. It can be seen that the microstructure of the abrasion resistant copper alloy in Examples 2 and 3 is finer than those of Comparative Example and Example 1. [ More grain refinement may mean that the hardness can be increased by the hall-petch theory.
다시 말해, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 타이타늄(Ti) 성분의 함량이 증가함에 따라 미세조직이 더욱 미세해짐을 알 수 있다. 그러나 타이타늄(Ti) 성분의 함량은 2.0wt%를 초과하는 경우, 석출상의 과잉으로 인해 재료의 강도가 증가하면서 상대마모재(공구강)에 대한 마찰력을 감소시켜 실제 재료의 사용목적인 구동력 전달특성이 감소시킬 수 있는 요인이 될 수 있습니다. 또한 표 2를 참조하면, 점점 강도가 증가함에 따라, 재료의 인성을 감소시켜 취성이 높아지는 결과를 가져올 수 있습니다. In other words, the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention shows that the microstructure becomes finer as the content of the titanium (Ti) component increases. However, when the content of the titanium (Ti) component exceeds 2.0 wt%, the strength of the material increases due to excessive precipitation, thereby reducing the frictional force with respect to the relative abrasive material (tool steel) This can be a factor. Also, referring to Table 2, as the strength increases, the toughness of the material may be lowered, resulting in higher brittleness.
상기한 내용은 추후 도 5에서 마찰 계수와 함께 설명하기로 한다The above-mentioned contents will be described later with reference to FIG. 5 together with the friction coefficient
전술한 바와 같이, 고융점 원소인 타이타늄(Ti)이 고용됨에 따라 재료의 융점이 증가하여 같은 냉각조건에서도 결정립 성장이 억제될 수 있고, 석출된 석출상(Q)에 의한 핀닝효과(pinnig effect)에 의해 결정립이 미세화된 것으로 판단할 수 있다. 즉, 상기 석출상(Q)이 결정립 간을 연결하는 핀닝효과에 상기 결정립이 성장하는 것을 억제하는 것으로 판단할 수 있다.As described above, the melting point of the material increases with the solubility of titanium (Ti), which is a high melting point element, so that the grain growth can be suppressed even under the same cooling condition, and the pinning effect due to the precipitated precipitate (Q) It can be determined that the crystal grains are made finer. That is, it can be judged that the growth of the crystal grains is inhibited by the pinning effect in which the precipitated phases (Q) connect the crystal grains.
따라서 본 발명의 실시예 2 및 실시예 3에 따른 내마모성 동합금은 고융점 원소인 타이타늄(Ti) 성분의 함량이 증가함에 따라 결정립 미세화와 기계적 특성과 마모특성의 향상에 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다. Therefore, it can be judged that the wear-resistant copper alloy according to Example 2 and Example 3 of the present invention affects grain refinement and improvement of mechanical characteristics and wear characteristics as the content of titanium (Ti) component as a high melting point element increases .
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 상기 고력황동 소재에 석출/고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti)를 첨가함으로써 결정립의 미세화를 향상시킬 수 있다. As described above, the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention can improve the grain refinement by adding titanium (Ti) which induces precipitation / solid solution strengthening to the high-strength brass material.
전술한 미세조직을 측정을 바탕으로 본 발명의 실시예들에 따른 경도를 측정하였다. The hardness according to the embodiments of the present invention was measured based on the measurement of the microstructure described above.
여기서 본 발명의 실예들과 비교예의 경도를 측정하기 위해 비커스 경도 시험(Vickers hardness test)을 실시하였다. 비커스 경도 시험(Vickers hardness test, Hv)은 상기 실시예들과 비교예의 합금의 표면에 대면각이 136°인 정사각뿔형 다이아몬드 압자에 정하중을 걸어서 경도를 측정하였다. Here, Vickers hardness test was performed to measure the hardness of the examples of the present invention and the comparative example. The Vickers hardness test (Hv) was performed by applying a static load to a square diamond-shaped diamond indenter having a face angle of 136 DEG on the surfaces of the alloys of the examples and the comparative examples to measure the hardness.
비커스 경도 시험(Vickers hardness test)를 통해 하중의 크기에 관계없이 홈이 항상 닮은꼴이 되기 때문에, 시험 하중에 무관계하게 경도의 측정값이 같은 수치로 된다고 하는 상사(相似)의 법칙이 성립되며, 따라서 다른 하중에 의한 값을 그대로 비교할 수 있다.The Vickers hardness test shows that the grooves always resemble each other regardless of the magnitude of the load. Therefore, a similar law is established in which the measured values of the hardness are the same regardless of the test load, Therefore, the values due to different loads can be directly compared.
여기서 P는 하중의 크기(kg), d는 홈의 정사각형 대각선의 길이(mm)이다.Where P is the magnitude of the load in kg and d is the length of the square diagonal of the groove in mm.
본 발명의 실시예와 비교예의 경도 측정의 정확성을 위해 동일한 조건에서 평가하였다. 구체적으로 하중은 1.0N, 10sec 조건에서 비커스 경도 시험을 실시하였다. The hardness of the examples and comparative examples of the present invention was evaluated under the same conditions for the accuracy of measurement. Specifically, the Vickers hardness test was carried out under a load of 1.0 N for 10 seconds.
비커스 경도 시험으로 측정된 실시예들과 비교예의 측정 경도를 아래의 [표 2]에 표시한다. The measurement hardness of the examples and comparative examples measured by the Vickers hardness test is shown in Table 2 below.
상기한 표 2를 참조하면, 비교예의 경우, 경도가 206Hv 인 반면, 실시예들은 210Hv 내지 250Hv로 측정되었다. 구체적으로, 217 내지 246으로 측정되었다. 즉, 상기 고력황동 소재에 석출/고용강화를 유도하는 타이타늄(Ti)를 첨가한 것만으로도 경도가 향상됨을 볼 수 있고, 석출/고용강화를 유도하는 타이타늄(Ti)의 첨가 량을 증가시킴으로써 경도가 지속적으로 향상됨을 볼 수 있다. Referring to the above Table 2, in the case of the comparative example, the hardness was 206 Hv, while the examples were measured from 210 Hv to 250 Hv. Specifically, it was measured from 217 to 246. That is, it can be seen that the hardness is improved only by adding titanium (Ti) which induces precipitation / solid solution strengthening to the high-strength brass material, and by increasing the addition amount of titanium (Ti) Is continuously improved.
다시 말해, 상기 고력황동에 타이타늄(Ti) 을 첨가한 경우, 비교예인 고력황동의 소재 대비 20 % 내지 30% 향상된 경도 값을 가지는 것을 볼 수 있다. 더욱이 상기와 같이, 기계적 특성이 향상된 본 발명에 따른 실시예들은 상기한 기계적 특성의 향상에 따라 내마모성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.In other words, when titanium (Ti) is added to the high-strength brass, it can be seen that the hardness value is 20% to 30% higher than that of the high-strength brass material of the comparative example. Furthermore, as described above, it is known that the embodiments according to the present invention in which the mechanical properties are improved, improve the abrasion resistance according to the improvement of the mechanical characteristics.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금은 상기 고력황동 소재에 석출/고용강화를 유도하는 타이타늄(Ti)를 첨가함으로써 기계적 특성인 경도를 향상시킬 수 있다. As described above, the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention can improve hardness, which is a mechanical characteristic, by adding titanium (Ti) that induces precipitation / solidification enhancement to the high-strength brass material.
따라서 본 발명의 실시예들에 따른 내마모성 동합금은 고융점 원소인 타이타늄(Ti) 성분의 함량이 증가함에 따라 결정립 미세화와 기계적 특성과 마모특성의 향상에 영향을 주는 것으로 판단할 수 있다. Therefore, it can be judged that the wear resistant copper alloy according to the embodiments of the present invention affects grain refinement, mechanical and abrasion characteristics as the content of titanium (Ti) component as a high melting point element increases.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 마찰계수를 도시한 그래프이다. 5 is a graph showing the friction coefficient of the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention.
먼저, 전술한 기계적 특성이 향상된 본 발명에 따른 실시예들은 상기한 기계적 특성의 향상에 따라 내마모성을 향상시키는 것으로 알려져 있다. First, it is known that the embodiments according to the present invention, in which the above-described mechanical characteristics are improved, improve abrasion resistance as the mechanical characteristics are improved.
이에 본 발명의 실시예들에 따른 내마모성 동합금과 비교예의 마찰계수를 측정하였다. The friction coefficient of the wear-resistant copper alloy and the comparative example according to the embodiments of the present invention was measured.
상기 마찰계수를 측정하기 위해 마모테스트로 Pin on Disc 방식으로 진행하였다. 마모테스트는 정확한 데이터를 도출하기 위해서 동일한 조건에서 실시하였다. 여기서 마모 환경은 상온에서 실시하였으며, 인가 하중은 5Kgfdml 조건에서 실시하였다. 그리고 상대 마모재로는 SKD11(공구강)을 사용하였으며, 마찰계수 측정을 위해 마모재의 회전량은 1,000RPM 조건에서 수행하였다. In order to measure the friction coefficient, a pin on disc method was used as a wear test. Wear tests were conducted under the same conditions to obtain accurate data. Here, the wear environment was carried out at room temperature and the applied load was 5 kgfdml. SKD11 (tool steel) was used as a relative abrasive and the wear amount of the abrasive was measured under the condition of 1,000 RPM to measure the friction coefficient.
전술한 마모 테스트의 조건은 아래의 [표 3]에서 정리하여 표시하였다. The conditions of the abrasion test described above are summarized in Table 3 below.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 내마모성 동합금은 마찰계수가 0.3 내지 0.55범위로 측정되었다. Referring to FIG. 5, the wear-resistant copper alloy according to the embodiments of the present invention has a coefficient of friction ranging from 0.3 to 0.55.
비교예인 상기 고력황동은 마찰계수 0.15로 측정되었다. 그리고 실시예 1은 0.35로 측정되었고, 실시예 2의 경우는 0.53, 실시예 3의 경우는 0.47로 측정되었다. 즉, 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예 보다 높은 마찰 계수가 값으로 측정되었다. The high strength brass as a comparative example was measured with a friction coefficient of 0.15. In Example 1, 0.35 was measured, in Example 2, 0.53, and in Example 3, 0.47. That is, in Examples 1 to 3, the coefficient of friction was higher than that of Comparative Example.
따라서 실시예 1 내지 실시예 3은 비교예보다 더 많은 힘을 구동부에 전달할 수 있는 부싱소재를 제작할 수 있음을 의미할 수 있다. Therefore, it can be said that the first to third embodiments can produce a bushing material capable of transmitting more force to the driving part than the comparative example.
또한 비교예의 경우 4000 sec 부근에서 마찰계수가 변화하지만, 실시예 2 및 실시예 3의 경우, 6000 sec까지 마찰계수가 유지되는 볼 수 있다. 이는 타이타늄의 함량이 1.0 ~ 2.0 wt%으로 포함되는 경우, 충분한 석출 상로 인해 결정립이 미세화되어 마찰계수가 향상되고 유지되는 것으로 판단할 수 있다 In the comparative example, the friction coefficient changes in the vicinity of 4000 sec, but in the case of the embodiment 2 and the example 3, the friction coefficient is maintained to 6000 sec. It can be judged that when the content of titanium is in the range of 1.0 to 2.0 wt%, the grain size becomes finer due to a sufficient precipitation phase and the friction coefficient is improved and maintained
다만, 마모테스트 결과 도 5에서 2.0 wt.% Ti (실시예3)이 1.0 wt.% Ti (실시예 2)와 비교하여 마찰계수가 감소되는 것을 볼 수 있습니다. However, as a result of the wear test, it can be seen that the friction coefficient is reduced in comparison with 2.0 wt.% Ti (Example 3) and 1.0 wt.% Ti (Example 2) in FIG.
이는 재료의 강도가 증가하면서 상대마모재(공구강)에 대한 마찰력을 감소 시켜 실제 재료의 사용목적인 구동력 전달특성이 감소시킬 수 있는 요인이 될 수 있습니다. 또한 점점 강도가 증가함에 따라 (참조 표2), 재료의 인성을 감소시켜 취성이 높아지는 결과를 가져올 수 있습니다. This may reduce the friction force on the relative abrasive material (tool steel) while increasing the strength of the material, which may reduce the driving force transmission characteristics of the actual material. In addition, as the strength increases (see Table 2), the toughness of the material can be reduced by reducing the toughness of the material.
그리고 실시예 1의 경우, 실시예 2 및 실시예 3의 경우와 비교하면, 상대적으로 석출상(Q)의 형성이 미미하여 마찰계수가 시간에 따라 변화되는 것으로 판단할 수 있다. Compared with the case of Example 2 and Example 3, in the case of Example 1, it can be judged that the formation of the precipitation phase (Q) is relatively small and the coefficient of friction changes with time.
한편, 마모테스트 실험 후의 디스크의 무게는 실시예들의 경우, 0.1% 미만으로 측정되었다. 구체적으로, 비교예의 경우, 0.16% 감소하였다. 반면, 실시예 2 내지 실시예 3의 경우, 각각 0.09%(1.0 wt.% Ti), 0.05% (2.0 wt.% Ti)로 감소한 것으로 측정되었다. On the other hand, the weight of the disc after the abrasion test experiment was measured to be less than 0.1% in the examples. Specifically, in the case of the comparative example, it was decreased by 0.16%. On the other hand, in Examples 2 to 3, it was measured to be decreased to 0.09% (1.0 wt.% Ti) and 0.05% (2.0 wt.% Ti), respectively.
이는 마모로 인한 무게 감소이므로 감소무게로 판단할 경우, 실시예 2 및 실시예 3은 비교예 대비 내마모성이 증가된 것으로 판단할 수 있다. This is because it is a weight reduction due to abrasion. Therefore, it can be judged that the abrasion resistance of Examples 2 and 3 is increased compared with Comparative Example.
따라서 본 발명의 실시예들은 비교예에 비교하여 내마모성이 향상된 내마모성 동합금임을 알 수 있다. Therefore, it can be understood that the embodiments of the present invention are wear resistant copper alloy having improved wear resistance as compared with the comparative example.
이와 같이, 본 발명의 실시예들에 따른 내마모성 동합금은 고융점 원소인 타이타늄(Ti) 성분의 함량이 증가함에 따라 결정립 미세화와 기계적 특성과 내마모 특성이 향상될 수 있다. As described above, the abrasion resistance of the wear-resistant copper alloy according to the embodiments of the present invention can be improved in grain refinement, mechanical characteristics and abrasion resistance as the content of the titanium (Ti) component as a high melting point element increases.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 제조방법을 도시한 순서도이다. 6 is a flowchart showing a method of manufacturing a wear-resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention.
여기서 도 6은 중복 설명 및 용이한 이해를 위해 도 1 내지 도 5를 인용하여 설명하기로 한다.Here, FIG. 6 will be described with reference to FIG. 1 to FIG. 5 for a duplicate explanation and an easy understanding.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 제조방법은 먼저 용탕을 마련한다. (S1) 용탕은 구리 혼합물을 가열시킬 수 있는 가열로(heating furnace) 등을 준비할 수 있다. 그러나 가열로에 한정하는 것은 아니고 전기로 등 구리 혼합물을 가열시킬 수 있는 로(furnace)면 어느 것이든 가능하다.Referring to FIG. 6, a method of manufacturing a wear-resistant copper alloy according to an embodiment of the present invention includes first preparing a molten metal. (S1) The molten metal may be prepared by a heating furnace or the like capable of heating the copper mixture. However, the furnace is not limited to a furnace, and any furnace capable of heating a copper mixture such as an electric furnace is possible.
다음으로, 구리혼합물을 준비한다.(S2) 상기 구리혼합물은 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.3wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt% 를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함할 수 있다. Next, a copper mixture is prepared. (S2) The copper mixture contains 59 wt% to 63 wt% of copper (Cu), 29 wt% to 33 wt% of zinc (Zn), 3.3 wt% to 5.5 wt% High strength brass containing 1.5 wt% to 4.0 wt% of iron (Ni), 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe) and 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn) And 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti).
상기 구리 혼합물을 가열로에 넣고 구리혼합물을 가열시켜 구리 용율물을 형성한다. (S3) 여기서 가열로는 1100℃ 내지 1300℃로 구리 혼합물을 가열시켜 구리 용융물을 형성할 수 있다. The copper mixture is placed in a heating furnace and the copper mixture is heated to form a copper yield. (S3) Here, the heating furnace can heat the copper mixture at 1100 ° C to 1300 ° C to form a copper melt.
구리 혼합물을 용탕에 넣고 용융시키는 방법 이외에 또 다른 방법으로는, 구리 화합물의 각각 구성물을 각각 개별적으로 가열시켜 용융시키고, 용융 구성물을 혼합시켜 내마모성 동합금을 형성할 수 있다. 이 경우에는, 각각의 구성물을 개별로 용융시키기 때문에 정제된 용융물을 형성할 수 있다는 장점이 존재한다. As another method other than the method in which the copper mixture is melted in the molten metal, the respective constituents of the copper compound can be individually heated and melted, and the molten constituents can be mixed to form the wear resistant copper alloy. In this case, there is an advantage that a purified melt can be formed because each constituent is melted individually.
그리고 구리 용율물을 주조시킬 수 있다.(S4) 구리 용융물은 용융물로 유동성 발생하여 거푸집 등에 넣어 냉각시켜 주조할 수 있다. (S4) Copper melts can be formed as a melt and flow into a die to be cooled and cast.
이와 같이, 구리 용융물을 주조시켜 내마모성 동합금을 제조할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금 제조방법으로 형성된 내마모성 동합금의 미세 조직에는 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출 상이 형성되어 결정립이 미세화될 수 있다. 여기서 상기 내마모성 동합금의 미세조직은 타이타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 미세화될 수 있다. Thus, the wear-resistant copper alloy can be produced by casting a copper melt. The precipitation phase of the titanium (Ti) component may be formed in the microstructure of the wear-resistant copper alloy formed by the method of manufacturing the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention, so that the crystal grains may be refined. Herein, the microstructure of the abrasion-resistant copper alloy can be miniaturized as the content of titanium (Ti) increases.
여기서 상기 내마모성 동합금의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위일 수 있다. 또한, 상기 내마모성 동합금의 마모로 인한 무게 감소는, 0.1% 미만일 수 있다. The hardness of the wear-resistant copper alloy may range from 210 Hv to 250 Hv. In addition, the weight loss due to abrasion of the wear resistant copper alloy may be less than 0.1%.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 내마모성 동합금의 제조방법으로 제조된 내마모성 동합금은 고융점 원소인 타이타늄(Ti) 성분의 함량이 증가함에 따라 결정립 미세화와 기계적 특성과 내마모 특성이 향상될 수 있다. As described above, the wear-resistant copper alloy produced by the method of manufacturing the wear-resistant copper alloy according to the embodiment of the present invention can be improved in grain refinement, mechanical properties and wear resistance characteristics as the content of the titanium (Ti) .
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.It will be understood by those skilled in the art that the foregoing description of the present invention is for illustrative purposes only and that those of ordinary skill in the art can readily understand that various changes and modifications may be made without departing from the spirit or essential characteristics of the present invention. will be. It is therefore to be understood that the above-described embodiments are illustrative in all aspects and not restrictive. For example, each component described as a single entity may be distributed and implemented, and components described as being distributed may also be implemented in a combined form.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. The scope of the present invention is defined by the appended claims, and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents should be construed as being included within the scope of the present invention.
Claims (12)
상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함하고,
마찰계수가 0.3 내지 0.55범위인 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금. (Al), 1.5 wt% to 4.0 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% of iron (Fe), 63 wt% of copper (Cu), 63 wt% of copper % To 1.0 wt%, manganese (Mn): 0.1 wt% to 0.8 wt%; And
And 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti) which induces precipitation and solid solution strengthening in the high-strength brass,
Wherein the coefficient of friction is in the range of 0.3 to 0.55.
상기 내마모성 동합금의 미세조직에는 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출 상이 형성되어 결정립이 미세화된 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금. The method according to claim 1,
Wherein a precipitation phase of the titanium (Ti) component is formed in the microstructure of the abrasion-resistant copper alloy so that the crystal grains are refined.
상기 내마모성 동합금의 미세조직은 상기 타이타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 미세화되는 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금. The method according to claim 1,
Wherein the microstructure of the wear-resistant copper alloy is refined as the content of titanium (Ti) is increased.
상기 내마모성 동합금의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위인 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금. The method according to claim 1,
Wherein the wear-resistant copper alloy has a hardness ranging from 210 Hv to 250 Hv.
상기 내마모성 동합금의 마모로 인한 무게 감소는, 0.1% 미만인 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금. The method according to claim 1,
Wherein the weight loss due to abrasion of the wear-resistant copper alloy is less than 0.1%.
상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함하고, 마찰계수가 0.3 내지 0.55범위로 형성된 내마모성 동합금을 포함하는 것을 특징으로 하는 부싱재. (Al), 1.5 wt% to 4.0 wt% of nickel (Ni), 0.5 wt% of iron (Fe), 63 wt% of copper (Cu), 63 wt% of copper % To 1.0 wt%, manganese (Mn): 0.1 wt% to 0.8 wt%; And
And a wear-resistant copper alloy containing 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium (Ti) inducing precipitation and solidification in the high-strength brass, and having a coefficient of friction of 0.3 to 0.55.
상기 부싱재의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위인 것을 특징으로 하는 부싱재. The method according to claim 1,
Wherein the hardness of the bushing material ranges from 210 Hv to 250 Hv.
구리 혼합물을 준비하는 단계;
상기 구리 혼합물을 1100℃ 내지 1300℃에서 가열하는 단계; 및
상기 구리 혼합물을 주조하여 내마모성 동합금을 형성하는 단계를 포함하되,
상기 내마모성 동합금은, 구리(Cu) 59wt% 내지63wt%, 아연(Zn) 29wt% 내지 33wt%, 알루미늄(Al) 3.5wt% 내지 5.5wt%, 니켈(Ni) 1.5wt% 내지 4.0wt%, 철(Fe) 0.5wt% 내지1.0wt%, 망간(Mn) 0.1wt% 내지 0.8 wt%를 포함하는 고력황동 및 상기 고력황동에 석출·고용 강화를 유도하는 타이타늄(Ti) 0.5wt% 내지2.0wt%을 포함하고, 마찰계수가 0.3 내지 0.55범위인 것을 특징으로 것을 내마모성 동합금의 제조방법. Preparing a molten metal;
Preparing a copper mixture;
Heating the copper mixture at 1100 ° C to 1300 ° C; And
Casting the copper mixture to form a wear resistant copper alloy,
Wherein the abrasion resistant copper alloy comprises 59 wt% to 63 wt% of copper (Cu), 29 wt% to 33 wt% of zinc (Zn), 3.5 wt% to 5.5 wt% of aluminum (Al), 1.5 wt% (Ti) of from 0.5 wt% to 1.0 wt% of iron (Fe), 0.1 wt% to 0.8 wt% of manganese (Mn), and 0.5 wt% to 2.0 wt% of titanium Wherein the coefficient of friction is in the range of 0.3 to 0.55.
상기 내마모성 동합금의 미세 조직에는 상기 타이타늄(Ti) 성분의 석출 상이 형성되어 결정립이 미세화된 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금의 제조방법. 9. The method of claim 8,
Wherein a precipitation phase of the titanium (Ti) component is formed in the microstructure of the abrasion-resistant copper alloy so that the crystal grains are refined.
상기 내마모성 동합금의 미세조직은 상기 타이타늄(Ti)의 함량이 증가할수록 미세화되는 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금의 제조방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the microstructure of the wear-resistant copper alloy is refined as the content of titanium (Ti) is increased.
상기 내마모성 동합금의 경도는 210Hv 내지 250Hv범위인 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금의 제조방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the hardness of the abrasion resistant copper alloy is in the range of 210 Hv to 250 Hv.
상기 내마모성 동합금의 마모로 인한 무게 감소는, 0.1% 미만인 것을 특징으로 하는 내마모성 동합금의 제조방법. 9. The method of claim 8,
Wherein the weight loss due to abrasion of the wear-resistant copper alloy is less than 0.1%.
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