铜基合金

摘要

本发明提供了一种由黄铜合金构成的铜基合金，其不进行热处理耐脱锌性等也优异，该铜基合金的特征在于，以质量％计包含如下组分：Cu:63.5～69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Pb:0.1～2.0％或Bi:0.5～1.5％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～0.15％，关于P成分，在Cu:63.5～小于65.0％时，P:0.04～0.15％；在Cu:65.0～69.0％时，为P:≤0.15％的范围的可选的添加成分，剩余部分为Zn和杂质。

权利要求

1.一种铜基合金，其特征在于，不含B和Ni，并且以质量％计包含如下组分：Cu:65.0～

69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Pb:0.1～2.0％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～

0.15％；P:0.06～0.15％，剩余部分为Zn和杂质。

2.一种铜基合金，其特征在于，不含B和Ni，并且以质量％计包含如下组分：Cu:65.0～

69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Pb:0.1～2.0％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～

0.15％；P:0.06～0.15％，还含有Te:0.01～0.45％、Se:0.02～0.45％中的至少一种元素及/或Mg:0.001～

0.2％、Zr:0.005～0.2％中的至少一种元素，剩余部分为Zn和杂质。

3.一种铜基合金，其特征在于，不含B和Ni，并且以质量％计包含如下组分：Cu:65.0～

69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Bi:0.5～1.5％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～

0.15％；P:0.06～0.15％，剩余部分为Zn和杂质。

4.一种铜基合金，其特征在于，不含B和Ni，并且以质量％计包含如下组分：Cu:65.0～

69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Bi:0.5～1.5％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～

0.15％；P:0.06～0.15％，还含有Te:0.01～0.45％、Se:0.02～0.45％中的至少一种元素及/或Mg:0.001～

0.2％、Zr:0.005～0.2％中的至少一种元素，剩余部分为Zn和杂质。

说明书

铜基合金

技术领域

[0001] 本发明涉及一种铜基合金，特别涉及一种黄铜合金，其适合于水龙头、阀门等与水等接触的部件，且耐脱锌性、耐冲刷腐蚀性、耐应力腐蚀开裂性等优异。

背景技术

[0002] 在铜基合金中，虽然青铜合金在铸造后原样放置时在耐脱锌性、耐冲刷腐蚀性以及耐应力腐蚀开裂性等方面优异，但比黄铜合金昂贵，在近年来，对于能够替代青铜合金的黄铜合金的需求越来越大。

[0003] 在专利文献1中，作为耐腐蚀性优异的合金而公开了一种铜合金，关于该铜合金，在由α相、β相这两种相构成的铜合金中，至少含有0.05～0.2重量％的Sn、0.05～0.3重量％的Sb、As或P中的任意一种或两种以上，最大侵蚀深度为200μm以下(JBMA试验)，并且凝固温度范围为17℃以下。

[0004] 但是，专利文献1中公开的合金通过实施热处理而能够保持耐脱锌腐蚀性。

[0005] 另外，在用于水龙头等流速较快的部位的部件中，耐冲刷腐蚀性不充分，能够使用的领域有限。

[0006] 专利文献2公开了一种合金，其由如下成分构成：以质量比计61.2≤Cu<64.0％；Sn:0.8～2.0％；Sb:0.04～0.15％；Al:0.4～0.7％；Pb:0.5～3.0％；B:1～200ppm；剩余部分为Zn和不可避免的杂质，并且通过进一步含有以质量比计Ni:0.2～1.0％，从而不进行热处理即可提高耐脱锌性，并且通过宏观晶粒的细微化而确保ISO最大脱锌腐蚀深度为200μm以下。

[0007] 但是，虽然专利文献2公开的合金通过B和Fe的细微化效果而达成了ISO最大脱锌腐蚀深度200μm以下，但在不使用熔融金属覆盖件的大气溶解为一般的砂型铸造中，添加的B的量多，因B和Fe产生金属间化合物，其研磨性可能劣化。

[0008] 特别是，在研磨后电镀的水龙头模具中产生B与Fe的金属间化合物是致命的。

[0009] 另外，ISO最大脱锌腐蚀深度为200μm是作为耐脱锌材料的标准值，但其为标准下限值，一般优选为100μm以下。

[0010] 更进一步，关于该公报中公开的铜基合金，如实施例中全部记载有Ni那样，实际上Ni为必要元素。

[0011] 但是，Ni为环境负荷物质，估计最近会在水质基准中被追加，所以不优选在用于水龙头、阀门中的铸造件中添加Ni。

[0012] 专利文献1：日本专利第3461081号公报

[0013] 专利文献2：日本特开第2009-263787号公报

发明内容

[0014] 发明想要解决的课题

[0015] 本发明的目的在于提供一种由黄铜合金构成的铜基合金，其不进行热处理即可实现耐脱锌性等性能优异。

[0016] 用于解决问题的方案

[0017] 本发明的铜基合金不进行热处理即可实现耐脱锌腐蚀性优异，并且耐冲刷腐蚀性以及耐应力腐蚀开裂性优异，有Pb类的铜基合金和Bi类的铜基合金这两种类型，首先，作为Pb类的铜基合金，其特征在于，以质量％计包含如下组分：Cu:63.5～69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Pb:0.1～2.0％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～0.15％，关于P成分，在Cu:63.5～小于65.0％时，P:0.04～0.15％；在Cu:65.0～69.0％时，为P:≤0.15％的范围的可选的添加成分，剩余部分为Zn和杂质。

[0018] 本发明的特征在于：在铜基合金(黄铜)中，不用添加对于水龙头模具而言为有害元素的B、Ni，且不进行热处理，即可保持ISO最大脱锌深度为100μm以下的耐脱锌性。

[0019] 关于耐应力腐蚀开裂性，具有如下特征：铸造件没有结晶的方向性，因此裂缝难以发展。

[0020] 另外，本发明的适于铸造用的铜基合金的特征在于，以质量％计包含如下组分：Cu:63.5～69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Pb:0.1～2.0％；Al:0.01～0.2％；Sb:
0.06～0.15％，关于P成分，在Cu:63.5～小于65.0％时，P:0.04～0.15％；在Cu:65.0～
69.0％时，为P:≤0.15％的范围的可选的添加成分，还含有Te:0.01～0.45％、Se:0.02～
0.45％中的至少一种元素及/或Mg:0.001～0.2％、Zr:0.005～0.2％中的至少一种元素，剩余部分为Zn和杂质。

[0021] 接着，作为本发明的Bi类的铜基合金，其特征在于，以质量％计包含如下组分：Cu:63.5～69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Bi:0.5～1.5％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～
0.15％，关于P成分，在Cu:63.5～小于65.0％时，P:0.04～0.15％；在Cu:65.0～69.0％时，为P:≤0.15％的范围的可选的添加成分，剩余部分为Zn和杂质。

[0022] 另外，特征在于以质量％计包含如下组分：Cu:63.5～69.0％；Sn:1.2～2.0％；Fe:≤0.15％；Bi:0.5～1.5％；Al:0.01～0.2％；Sb:0.06～0.15％，关于P成分，在Cu:63.5～小于65.0％时，P:0.04～0.15％；在Cu:65.0～69.0％时，为P:≤0.15％的范围的可选的添加成分，还含有Te:0.01～0.45％、Se:0.02～0.45％中的至少一种元素及/或Mg:0.001～
0.2％、Zr:0.005～0.2％中的至少一种元素，剩余部分为Zn和杂质。

[0023] 发明的效果

[0024] 本发明的黄铜合金可用作青铜合金的代用品。

[0025] 作为用于与水接触的用途的合金，可不添加作为有害元素的Ni、B，且不进行热处理，即可达成ISO最大脱锌深度为100μm以下。

[0026] 并且，其耐冲刷腐蚀性、耐应力腐蚀开裂性也优异。

附图说明

[0027] 图1示出了评价中使用的铜基合金的成分表和评价结果。

[0028] 图2示出了评价中使用的铜基合金的成分表和评价结果。

[0029] 图3示出了样品取样图。

[0030] 图4示出了冲刷腐蚀的试验方法。

具体实施方式

[0031] 以下，对本发明的铜基合金的成分进行说明。

[0032] Cu成分优选为63.5～69.0％的范围。

[0033] Cu成分低于63.5％的话，β相会增大，耐腐蚀性会降低。

[0034] Cu成分增加的话，虽然耐脱锌腐蚀性等的耐腐蚀性会提高，但价格会很昂贵且强度会降低，故优选63.5～69.0％的范围。

[0035] Pb是为了提高切削性的添加元素，在本发明中，根据需要而含有0.1％以上的Pb，但超过2.0％的话，强度可能降低，因此，设定为2.0％以下。

[0036] 另外，从提高切削性的观点考虑，可含有0.5～1.5％的Bi来代替Pb。

[0037] Sn是为了确保耐脱锌腐蚀性和耐冲刷腐蚀性的必要元素。为了得到与青铜件相当的耐冲刷腐蚀性，Sn的含量需要为1.2％以上，更优选为1.5％以上。

[0038] 另外，Sn的含量超过2.0％的话，则即使耐脱锌性良好，在铸造后原样使用时，机械性质中的伸长率会降低。从确保伸长率的观点考虑，更优选为1.8％以下。因此，Sn的范围为1.2～2.0％，更优选为1.5～1.8％。

[0039] Fe容易与P形成化合物，会减少P的效果，故优选为0.15％以下。

[0040] 含有Al是为了防止P的氧化。

[0041] 为了防止P的氧化，需要至少含有0.01％以上。

[0042] 另外，Al为0.2％以上的话，在本成分范围内，会减少耐脱锌性，故Al的范围设为0.01～0.2％。

[0043] 从耐脱锌性的观点考虑，更优选为0.01～0.1％。

[0044] 另外，Al在改善流动性方面也有效果，但为了保持与青铜同等水平的流动性，以上述程度的Al含量就足够了。

[0045] 含有Sb是为了提高耐脱锌性。

[0046] 为了在不进行热处理的情况下确保ISO最大脱锌深度为100μm以下，需要在γ相中含有0.3％以上。

[0047] 为此，需要至少含有0.06％以上。

[0048] 另外，如果超过0.15％则会脆化，故将Sb的含有范围设为0.06～0.15％。

[0049] 从耐脱锌性和机械性质这两方面考虑，更优选为0.08～0.13％的范围。

[0050] 与Sb一样，含有P是为了提高耐脱锌性。不过，Cu不足65％的话，P为必需元素，Cu在65％以上的话，则P为可选元素。

[0051] 为了在不进行热处理的情况下确保ISO最大脱锌深度为100μm，在Cu不足65％的情况下，需要至少含有0.04％以上的P。

[0052] 更优选为0.06％以上。

[0053] 另外，如果超过0.15％的话，在铸造后原样放置时容易产生偏析，故P设为0.04～0.15％的范围。

[0054] 另外，Cu在65％以上的话，即使不含有P，耐脱锌性也优异，故可在0.15％以下的范围内可选地添加。

[0055] Te成分可提高切削性，但0.01％以上就有效果，从得到添加量相应的效果、经济性的观点考虑，将0.45％设为上限。

[0056] Se成分可提高切削性，但材料单价很昂贵，故极力抑制其含量。

[0057] 另外，热加工性会恶化，故优选为0.45％以下。

[0058] 添加Se成分的情况下，优选为0.02～0.45％的范围。

[0059] Mg成分具有使晶粒细化而引起强度提高、流动性提高、脱酸/脱硫的效果。

[0060] 如果熔融金属中含有0.001％以上的Mg的话，则熔融金属中的S成分会以MgS的形式被去除。

[0061] 另外，如果Mg超过0.2％，则会氧化，熔融金属的粘性会变高，有可能会产生氧化物的卷入等的铸造缺陷。

[0062] 因此，Mg成分在0.001～0.2％的范围内可确认效果。

[0063] Zr成分具有使晶粒细化的作用。

[0064] 添加0.005％以上会显现效果。

[0065] 另外，Zr与氧的亲和力很强，故超过0.2％则会氧化，熔融金属的粘性会变高，有可能会产生氧化物的卷入等的铸造缺陷。

[0066] 因此，在添加Zr的情况下，为0.005～0.2％的范围。

[0067] 实施例1

[0068] 作为测试件，对图1、图2所示那样的各种合金组分的熔融金属进行调整，在约1000℃下浇铸并冷却(凝固)于图3所示那样的JIS H5120 A号测试件(砂型)中，进行拆框并采取样品。

[0069] 另外，在构成试验件的铸造模具中有A号、B号等，但本次通过A号试验件而确认了。

[0070] 表中的剩余部分Zn中也含有不可避免的杂质。

[0071] <评价试验>

[0072] (1)耐脱锌试验

[0073] 切出图3所示的试验片采取位置的部分，以ISO法为基准，将试验材料浸渍于75±3℃的CuCl2·2H2O的12.7g/l溶液中24小时，测定脱锌腐蚀深度，根据以下基准进行了评价。

[0074] 脱锌深度为100μm以下的设为合格，脱锌深度超过100μm的设为不合格。

[0075] 另外，在本评价试验中，进行了比ISO基准200μm以下更严格的评价。

[0076] (2)拉伸试验

[0077] 从JIS H5120 A号试验件(砂型)上取样，通过阿姆斯勒万能试验机对进行了机械加工的JIS Z 2201 4号试验片进行了拉伸试验。

[0078] 将强度超过200Mpa的设为O，将不足200Mpa的设为X。

[0079] 将伸长率超过15％的设为◎，将超过12％的设为O，将不足12％的设为X。

[0080] (3)冲刷腐蚀评价试验

[0081] 使用图4所示那样的试验装置将试验液喷于试验片表面，通过流过试验片与喷嘴间的间隙的试验液的湍流而产生的剪切力，从而强制地产生冲刷腐蚀，评价其最大腐蚀磨损深度和腐蚀形态。

[0082] ·试验液：CuCl2·2H2O(12.7g/1000ml)

[0083] ·试验温度：40℃

[0084] ·流量：0.2l/min

[0085] ·最大流速：0.62m/s

[0086] ·试验时间：7小时

[0087] 评价结果示于图1、图2的表中。

[0088] 关于强度，示出了根据上述拉伸试验的拉伸强度的评价结果，伸长率也通过上述基准而进行了评价。

[0089] 关于脱锌深度，示出了具体测定值，单位为μm。

[0090] 发明合金的实施例1～20和27～47表示Pb类的黄铜合金，实施例21～24和48～69表示Bi类的黄铜合金。

[0091] 实施例25、26为没有添加P的Pb类合金。

[0092] 上述均含有规定范围的各个成分，并且没有进行热处理，耐脱锌性优异。

[0093] 关于实施例47，即使Cu成分为69.34％，也达到了品质目标，故推定即使Cu成分超过69.0％也没有问题。

[0094] 另外，关于实施例39，即使Pb成分为2.10％，也达到了品质目标，故即使Pb成分稍微超过2.0％也没有问题。

[0095] 与此相对，关于比较例101、102，由于Cu成分少于63.5％，Al较多，故耐脱锌性差。

[0096] 另外，伸长率也没有达到目标。

[0097] 特别是，关于比较例113，没有含有P、Sb，耐脱锌性差。

[0098] 关于比较例103～107，由于Sn成分超过2.0％，就算耐脱锌性良好，伸长率也没达到目标。

[0099] 由于比较例108、109的Cu成分少于63.5％，比较例110的Al多于0.2％，故耐脱锌性差。

[0100] 关于比较例111，由于Sn成分超过2％，伸长率没达到目标。

[0101] 另外，由于比较例112的Cu不足65％且没有加入P，故耐脱锌性差。

[0102] 接着进行了冲刷腐蚀评价试验。

[0103] 关于样品，将发明合金3与比较例113的合金以及青铜件(CAC406C:Sn:3.67％、Zn:5.76％、Pb:4.20％、剩余部分为Cu)进行比较，从而进行了评价。

[0104] 结果为，在最大腐蚀磨损深度中，发明合金3为66μm，比较例113为700μm，青铜件为63μm。

[0105] 另外，关于腐蚀形态，发明合金3为层状，与此相对，比较例113为环状。

[0106] 另外，青铜件为层状。

[0107] 由此可明确得知本发明的黄铜合金可充分用作青铜合金的替代材料。

[0108] 产业上的利用可能性

[0109] 本发明的铜基合金能够广泛用于要求高耐脱锌性和耐冲刷腐蚀性的在水环境下使用的制品等。

[0110] 另外，由于不需要铸造后的热处理，故对于现有的黄铜合金的廉价化而言有用。