JP3734372B2

JP3734372B2 - 無鉛快削性銅合金

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Publication number: JP3734372B2
Application number: JP28859098A
Authority: JP
Inventors: 恵一郎大石
Original assignee: 三宝伸銅工業株式会社
Priority date: 1998-10-12
Filing date: 1998-10-12
Publication date: 2006-01-11
Anticipated expiration: 2018-10-12
Also published as: EP1600515B1; EP1600515A2; AU1054199A; EP1559802A1; CA2314144A1; AU744335B2; CA2314144C; EP1045041A4; EP1600516B1; TW421674B; DE69839830D1; DE69840585D1; KR20010033073A; KR100352213B1; WO2000022182A1; EP1600515B8; DE69832097T2; DE69838115D1; JP2000119775A; EP1600516A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鉛成分を含有しない快削性銅合金に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
被削性に優れた銅合金として、一般に、ＪＩＳＨ５１１１ＢＣ６等の青銅系合金やＪＩＳＨ３２５０−Ｃ３６０４，Ｃ３７７１等の黄銅系合金が知られている。これらは１．０〜６．０重量％程度の鉛を含有することによって被削性を向上させたものであり、工業的に満足しうる被削性を確保したものである。
【０００３】
鉛を含有する銅合金は、上記した如く被削性に優れるものであることから、従来からも種々の製品（例えば、上水道用配管の水栓金具，給排水金具，バルブ等）の構成材として重宝されている。しかし、鉛が人体や環境に悪影響を及ぼす有害物質であるところから、近時においては、その用途が大幅に制限される傾向にある。例えば、合金の溶解，鋳造等の高温作業時に発生する金属蒸気には鉛成分が含まれることになり、或いは飲料水等との接触により水栓金具や弁等から鉛成分が溶出する虞れがあり、人体や環境衛生上問題がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、近時、米国等の先進国においては銅合金における鉛含有量を大幅に制限する傾向にあり、わが国においても鉛含有量を可及的に低減した快削性銅合金の開発が強く要請されている。
【０００５】
本発明は、かかる世界的な傾向及び要請に応えるべくなされたもので、鉛を含有することなく、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するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の目的を達成すべく、次のような無鉛快削性銅合金を提案する。
【０００７】
すなわち、請求項１の発明においては、被削性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％及び珪素２．３〜４．０重量％を含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第１発明合金」という）を提案する。
【０００８】
鉛はマトリックスに固溶せず、粒状をなして分散することによって、被削性を向上させるものである。一方、珪素は金属組織中にγ相（場合によってはκ相）を出現させること、即ちγ相及びκ層の少なくとも一方（以下、γ相等と云う）を出現させることにより、被削性を改善するものである。
このように、両者（鉛と珪素）は合金特性における機能を全く異にするものであるが、被削性を改善させる点では共通する。かかる点に着目して、第１発明合金にあっては、鉛に代えて珪素を添加することにより、工業的に満足しうる被削性を確保せんとする。すなわち、第１発明合金は、珪素の添加によるγ相等の形成により被削性を改善したものである。
【０００９】
而して、珪素の添加量が２．０重量％未満では、工業的に満足しうる被削性を確保するに充分なγ相等の形成が行われないので、２．０重量％以上、好ましくは２．３重量％以上の添加量とするのが望ましい。また、被削性は珪素添加量の増大に伴って向上するが、４．０重量％を超えて添加しても、その添加量に見合う被削性改善効果はない。ところで、珪素は融点が高く比重が小さいため又酸化し易いため、合金溶融時に珪素単体で炉内に装入すると、当該珪素が湯面に浮くと共に、溶融時に酸化されて珪素酸化物ないし酸化珪素となり、珪素含有銅合金の製造が困難となる。したがって、珪素含有銅合金の鋳塊製造にあっては、通常、珪素添加をＣｕ−Ｓｉ合金とした上で行うことになり、製造コストが高くなる。このような合金製造コストを考慮した場合にも、被削性改善効果が飽和状態となる量（４．０重量％）を超えて珪素を添加することは好ましくない。また、実験によれば、珪素を２．０〜４．０重量％添加したときにおいて、Ｃｕ−Ｚｎ系合金本来の特性を維持するためには、亜鉛含有量との関係をも考慮した場合、銅含有量は６９〜７９重量％の範囲としておくことが好ましいことが判明した。このような理由から、第１発明合金にあっては、銅及び珪素の含有量を夫々６９〜７９重量％及び２．３〜４．０重量％とした。なお、珪素の添加により、被削性が改善される他、鋳造時の湯流れ性，強度，耐摩耗性，耐応力腐蝕割れ性，耐高温酸化性も改善される。また、延性，耐脱亜鉛腐蝕性も或る程度改善される。
【００１０】
また、請求項２の発明においては、同じく被削性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．３〜４．０重量％と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第２発明合金」という）を提案する。
【００１１】
すなわち、第２発明合金は、第１発明合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものである。
【００１２】
ビスマス、テルル又はセレンは、鉛と同様に、マトリックスに固溶せず、粒状をなして分散することによって、被削性を向上させる機能を発揮するものであり、珪素と異なった機能により被削性を改善させるものである。したがって、これらを珪素と共添させると、珪素の添加による被削性改善限度を超えて被削性を更に向上させることが可能となる。第２発明合金では、かかる点に着目して、第１発明合金における被削性を更に改善すべく、ビスマス、テルル及びセレンのうちの少なくとも１つを添加させることとした。特に、珪素に加えてビスマス、テルル又はセレンを添加することにより、複雑な形状を高速で切削加工する場合にも、高度の被削性を発揮する。しかし、ビスマス、テルル又はセレンの添加による被削性向上効果は、各々の添加量が０．０２重量％未満では発揮されない。一方、これらは銅に比して高価なものであるから、０．４重量％を超えて添加しても、被削性は僅かながらも添加量の増加に応じて向上するものの、経済的に添加量に見合う程の効果は認められない。また、添加量が０．４重量％を超えると、熱間での加工性（例えば、鍛造性等）が悪くなり、冷間での加工性（延性）も低下する。また、ビスマス等の重金属について仮に鉛同様の問題が生じる可能性があったとしても、０．４重量％以下の微量添加であれば、格別の問題を生じる虞れもないと考えられる。これらの点から、第２発明合金では、ビスマス、テルル又はセレンの添加量を０．０２〜０．４重量％とした。なお、ビスマス、テルル又はセレンは上記した如く珪素と異なる機能により被削性を向上させるものであるから、これらの添加により銅及び珪素の適正含有量は影響されない。したがって、銅及び珪素の含有量は第１発明合金と同一とした。
【００１３】
また、請求項３の発明においては、同じく被削性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅７０〜８０重量％と、珪素２．３〜３．５重量％と、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム１．０〜３．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第３発明合金」という）を提案する。
【００１４】
錫は、Ｃｕ−Ｚｎ系合金に添加した場合、珪素と同様に、γ相を形成して被削性を向上させるものである。例えば、錫は、５８〜７０重量％のＣｕを含有するＣｕ−Ｚｎ系合金において１．８〜４．０重量％添加させることにより、珪素が添加されておらずとも、良好な被削性を示す。したがって、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金に錫を添加させることにより、γ相の形成を促進させることができ、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金の被削性を更に向上させることができる。錫によるγ相の形成は１．０重量％以上で行なわれ、３．５重量％に達すると飽和状態となる。なお、錫の添加量が３．５重量％を超えると、γ相の形成効果が飽和状態となるばかりでなく、却って延性が低下する。また、錫の添加量が１．０重量％未満ではγ相の形成効果が少ないものの、添加量が０．３重量％以上であれば、珪素により形成されるγ相を分散させて均一化させる効果があり、このようなγ相の分散効果によっても被削性が改善される。すなわち、錫の添加量が０．３重量％以上であれば、その添加により被削性が改善されることになる。
【００１５】
また、アルミニウムも、錫と同様に、γ相形成を促進させる機能を有するものであり、錫と共に或いはこれに代えて添加することにより、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金の被削性を更に向上させることができる。アルミニウムには、被削性の他、強度，耐摩耗性，耐高温酸化性を改善させる機能や合金比重を低下させる機能もあるが、被削性改善機能が発揮されるためには、少なくとも１．０重量％添加させる必要がある。しかし、３．５重量％を超えて添加しても、添加量に見合った被削性改善効果はみられないし、錫と同様に延性の低下を招来する。
【００１６】
また、燐には、錫やアルミニウムのようなγ相の形成機能はないが、珪素の添加により又はこれと錫，アルミニウムの一方若しくは両方を共添させることにより生成したγ相を均一に分散して、γ相分布を良好なものとする機能があり、かかる機能によってγ相形成による被削性の更なる向上を図ることができる。また、燐の添加により、γ相の分散化と同時にマトリックスにおけるα相の結晶粒を微細化して、熱間加工性を向上させ、強度，耐応力腐蝕割れ性も向上させる。さらに、鋳造時の湯流れ性を著しく向上させる効果もある。このような燐添加による効果は０．０２重量％未満の添加では発揮されない。一方、燐の添加量が０．２５重量％を超えると、添加量に見合った被削性改善等の効果は得られないし、過剰添加により却って熱間鍛造性，押出性の低下を招来する。
【００１７】
第３発明合金では、かかる点に着目して、Ｃｕ−Ｓｉ−Ｚｎ系合金に、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム１．０〜３．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％のうち少なくとも１つを添加させることより、被削性の更なる向上を図っている。
【００１８】
ところで、錫、アルミニウム又は燐は、上記した如くγ相の形成機能又はγ相の分散機能により被削性を改善させるものであり、γ相による被削性改善を図る上で、珪素と密接な関係を有するものである。したがって、珪素に錫、アルミニウム又は燐を共添させた第３発明合金では、第１発明合金の珪素に置き換えて被削性を向上させる機能が発揮され、γ相とは関係なく被削性を改善させる機能（マトリックスに粒状をなして分散することにより被削性を向上させる機能）を発揮するビスマス、テルル又はセレンを添加した第２発明合金に比して、珪素の必要添加量が少なくなる。すなわち、珪素添加量が２．０重量％未満であっても、１．８重量％以上であれば、錫、アルミニウム又は燐の共添により、工業的に満足しうる被削性を得ることができる。しかし、より高い被削性を得る為には、珪素添加量を２．３重量％以上とするのが望ましく、また、珪素の添加量が４．０重量％以下であっても、３．５重量％を超えると、錫、アルミニウム又は燐を共添することにより、珪素添加による被削性改善効果は飽和状態となる。かかる点から、第３発明合金では、珪素の添加量を２．３〜３．５重量％とした。また、かかる珪素の添加量との関係及び錫、アルミニウム又は燐を添加させることとの関係から、銅配合量の上下限値は第２発明合金より若干大きくして、その好ましい含有量を７０〜８０重量％とした。
【００１９】
また、請求項４の発明においては、同じく被削性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅７０〜８０重量％と、珪素２．２〜３．５重量％と、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム１．０〜３．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第４発明合金」という）を提案する。
【００２０】
すなわち、第４発明合金は、第３発明合金に略近い銅合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものであり、これらを添加させる理由及び添加量の決定理由は第２発明合金について述べたと同様である。
【００２１】
また、請求項５の発明においては、被削性に加えて耐蝕性にも優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、錫０．３〜３．５重量％、燐０．０２〜０．２５重量％、アンチモン０．０２〜０．１５重量％及び砒素０．０２〜０．１５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第５発明合金」という）を提案する。
【００２２】
すなわち、第５発明合金は、第１発明合金に略近い銅合金に錫０．３〜３．５重量％、燐０．０２〜０．２５重量％、アンチモン０．０２〜０．１５重量％及び砒素０．０２〜０．１５重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものである。
【００２３】
錫には、被削性改善機能の他、耐蝕性（耐脱亜鉛腐蝕性，耐漬食性）及び鍛造性を向上させる機能がある。すなわち、α相マトリックスの耐蝕性を向上させ、γ相の分散化により耐蝕性、鍛造性及び耐応力腐蝕割れ性の改善を図ることができる。第５発明合金では、錫のかかる機能により耐蝕性の改善を図り、被削性の改善は主として珪素添加効果により図っている。したがって、珪素及び銅の含有量は第１発明合金と同一としてある。一方、耐蝕性，鍛造性の改善機能を発揮させるためには、錫の添加量を少なくとも０．３重量％とする必要がある。しかし、錫添加による耐蝕性，鍛造性の改善機能は、３．５重量％を超えて添加しても、添加量に見合うだけの効果が得られず、経済的にも無駄である。
【００２４】
また、燐は、上記した如くγ相を均一分散化させる共にマトリックスにおけるα相の結晶粒を細分化させることにより、被削性改善機能の他、耐蝕性（耐脱亜鉛腐食性，耐漬食性）、鍛造性、耐応力腐蝕割れ性及び機械的強度を向上させる機能を発揮するものである。第５発明合金では、燐のかかる機能により耐蝕性等の改善を図り、被削性の改善は主として珪素添加効果により図っている。燐添加による耐蝕性等の改善効果は、微量の燐添加により発揮されるものであり、０．０２重量％以上の添加で発揮される。しかし、０．２５重量％を超えて添加しても、添加量に見合った効果が得られないばかりか、熱間鍛造性，押出性が却って低下する。
【００２５】
また、アンチモン及び砒素も、燐と同様に、微量（０．０２重量％以上）で耐脱亜鉛腐食性等を向上させるものである。しかし、０．１５重量％を超えて添加しても、添加量に見合う効果が得られないばかりか、燐の過剰添加と同様に、熱間鍛造性，押出性が却って低下する。
【００２６】
これらのことから、第５発明合金では、第１発明合金におけると同量の銅及び珪素に加えて、耐蝕性向上元素として錫、燐、アンチモン及び砒素の少なくとも１つを上記した範囲内で添加させることにより、被削性のみならず、耐蝕性等をも向上させることができるのである。なお、第５発明合金にあっては、錫及び燐は、主として、アンチモン及び砒素と同様の耐蝕性改善元素として機能するため、珪素以外に被削性改善元素を添加しない第１発明合金と略同様に、銅及び珪素の配合量は、夫々、６９〜７９重量％及び２．２〜４．０重量％としてある。
【００２７】
また、請求項６の発明においては、同じく被削性及び耐蝕性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、錫０．３〜３．５重量％、燐０．０２〜０．２５重量％、アンチモン０．０２〜０．１５重量％及び砒素０．０２〜０．１５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第６発明合金」という）を提案する。
【００２８】
すなわち、第６発明合金は、第５発明合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものであり、第２発明合金と同様に、珪素並びにビスマス、テルル及びセレンのうちから選択した少なくとも１つを添加することにより被削性を改善すると共に、第５発明合金と同様に、錫、燐、アンチモン及び砒素のうちから選択した少なくとも１つを添加することにより耐蝕性等を改善したものである。したがって、銅、珪素、ビスマス、テルル及びセレンの添加量については第２発明合金と同一とし、錫、燐、アンチモン及び砒素の添加量については第５発明合金と同一とした。
【００２９】
また、請求項７の発明においては、被削性に加えて高力性，耐摩耗性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６２〜７８重量％と、珪素２．５〜４．５重量％と、錫０．３〜３．０重量％、アルミニウム０．２〜２．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、マンガン０．７〜３．５重量％及びニッケル０．７〜３．５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第７発明合金」という）を提案する。
【００３０】
マンガン又はニッケルは、珪素と結合してＭｎ_XＳｉ_Y又はＮｉ_XＳｉ_Yの微細金属間化合物を形成して、マトリックスに均一に析出し、それにより耐摩耗性，強度を向上させる。したがって、マンガン及びニッケルの一方又は両方を添加することにより、高力性，耐摩耗性が改善される。かかる効果は、マンガン及びニッケルを夫々０．７重量％以上添加することに発揮される。しかし、３．５重量％を超えて添加しても、効果が飽和状態となり、添加量に見合う効果が得られない。珪素は、マンガン又はニッケルの添加に伴い、これらとの金属間化合物形成に要する消費量を考慮して、２．５〜４．５重量％を添加させることとした。
【００３１】
また、錫、アルミニウム及び燐の添加により、マトリックスのα相が強化され、被削性も改善される。錫及び燐は、α相，γ相の分散により強度，耐摩耗性を向上させ、被削性も向上させる。錫は、０．３重量％以上の添加により強度及び被削性を向上させるが、３．０重量％を超えて添加すると延性が低下する。したがって、高力性，耐摩耗性の改善を図る第７発明合金においては、被削性改善効果も考慮して、錫の添加量を０．３〜３．０重量％とした。また、アルミニウムは、耐摩耗性改善に寄与し、マトリックスの強化機能は０．２重量％以上の添加により発揮される。しかし、２．５重量％を超えて添加すると、延性が低下する。したがって、被削性改善効果も考慮して、アルミニウムの添加量は０．２〜２．５重量％とした。また、燐の添加により、γ相の分散化と同時にマトリックスにおけるα相の結晶粒を微細化して、熱間加工性を向上させ、強度，耐摩耗性も向上させる。しかも、鋳造時の湯流れ性を著しく向上させる効果もある。このような効果は、燐を０．０２〜０．２５重量％の範囲で添加することにより奏せられる。なお、銅の配合量については、珪素添加量との関係及びマンガン，ニッケルが珪素と結合する関係から、６２〜７８重量％とした。
【００３２】
また、請求項８の発明においては、同じく被削性及び高力性，耐摩耗性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６２〜７８重量％と、珪素２．５〜４．５重量％と、錫０．３〜３．０重量％、アルミニウム１．０〜２．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、マンガン０．７〜３．５重量％及びニッケル０．７〜３．５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第８発明合金」という）を提案する。
【００３３】
すなわち、第８発明合金は、第７発明合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものであり、前記した如く珪素と異なる機能により被削性を改善する元素であるビスマス等を添加することにより、第７発明合金と同様の高力性，耐摩耗性を確保しつつ、被削性の更なる改善を図ったものである。ビスマス等の被削性改善元素についての添加理由及び添加量決定理由は、第２発明合金、第４発明合金又は第６発明合金と同様である。その他の元素（銅，亜鉛，錫，マンガン，ニッケル）についての添加理由及び添加量決定理由は、第７発明合金と同様である。
【００３４】
さらに、請求項９の発明においては、被削性に加えて耐高温酸化性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％、珪素２．３〜４．０重量％、アルミニウム０．１〜１．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％を含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第９発明合金」という）を提案する。
【００３５】
アルミニウムは、強度，被削性，耐摩耗性を改善させる他、耐高温酸化性を改善させる元素である。また、珪素も、上記した如く、被削性，強度，耐摩耗性，耐応力腐蝕割れ性を改善させる他、耐高温酸化性を改善する機能を発揮する。アルミニウムによる耐高温酸化性の改善は、珪素との共添によって、０．１重量％以上の添加で行なわれる。しかし、アルミニウムを１．５重量％を超えて添加しても、添加量に見合う耐高温酸化性改善効果はみられない。かかる点から、アルミニウムの添加量は０．１〜１．５重量％とした。
【００３６】
燐は、合金鋳造時における湯流れ性を向上させるために添加される。また、燐は、かかる湯流れ性の他、上記した被削性，耐脱亜鉛腐蝕性に加えて、耐高温酸化性をも改善する。このような燐の添加効果は０．０２重量％以上で発揮される。しかし、０．２５重量％を超えて添加しても、添加量に見合う効果はみられず、却って合金の脆性化を招くことになる。かかる点から、燐の添加量は、０．０２〜０．２５重量％とした。
【００３７】
また、珪素は、上記した如く被削性を改善させるために添加されるものであるが、燐と同様に湯流れ性を向上させる機能も有するものである。珪素による湯流れ性の向上は２．０重量％以上、望ましくは２．３重量％以上の添加により発揮され、被削性を向上させるに必要な添加範囲と重複する。したがって、珪素の添加量は、被削性の改善を考慮して、２．３〜４．０重量％とした。
【００３８】
また、請求項１０の発明においては、同じく被削性及び耐高温酸化性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、クロム０．０２〜０．４重量％及びチタン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第１０発明合金」という）を提案する。
【００３９】
クロム及びチタンは耐高温酸化性を向上させる機能を有するものであり、その機能は、特に、アルミニウムとの共添による相乗効果によって顕著に発揮される。かかる機能は、これらを単独添加すると共添するとに拘わらず、夫々、０．０２重量％以上で発揮され、０．４重量％で飽和状態となる。このような点から、第１０発明合金においては、第９発明合金に略近い銅合金にクロム０．０２〜０．４重量％及びチタン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものとして、第９発明合金の耐高温酸化性を更に向上させるよう図っている。
【００４０】
また、請求項１１の発明においては、同じく被削性及び耐高温酸化性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．４〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第１１発明合金」という）を提案する。
【００４１】
すなわち、第１１発明合金は、第９発明合金に略近い銅合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものであり、前記した如く珪素と異なる機能により被削性を改善する元素であるビスマス等を添加することにより、第９発明合金と同様の耐高温酸化性を確保しつつ、被削性の更なる改善を図ったものである。
【００４２】
また、請求項１２の発明においては、同じく被削性及び耐高温酸化性に優れた無鉛快削性銅合金として、銅６９〜７９重量％と、珪素２．５〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、クロム０．０２〜０．４重量％及びチタン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする銅合金（以下「第１２発明合金」という）を提案する。
【００４３】
すなわち、第１２発明合金は、第１０発明合金に略近い銅合金にビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％の少なくとも１つを更に含有させた合金組成をなすものであり、前記した如く珪素と異なる機能により被削性を改善する元素であるビスマス等を添加することにより、第１０発明合金と同様の耐高温酸化性を確保しつつ、被削性の更なる改善を図ったものである。
【００４４】
また、請求項１３の発明においては、上記した各発明合金に４００〜６００℃で３０分〜５時間の熱処理を施してγ相を微細にに分散析出させ、その被削性を更に改善した無鉛快削性銅合金（以下「第１３発明合金」という）を提案する。
【００４５】
第１〜第１２発明合金は珪素等の被削性改善元素を添加したものであり、かかる元素の添加により優れた被削性を有するものであるが、特に、銅濃度が高く、α，β，γ，δ及びこれ以外の相（主としてκ相）が多い場合には、熱処理により、κ相がγ相に相変化して、γ相が微細に分散析出することにより、被削性が更に改善されることがある。例えば、銅濃度が高いものでは、マトリックスの延性が高くγ相の絶対量が少ないことから、冷間加工性に優れるが、カシメ等の冷間加工と切削加工が必要な場合、上記した熱処理が極めて有効となる。すなわち、第１〜第１2 発明合金における銅濃度が高いものであって、γ相が少なく且つκ相が多いもの（以下「高銅濃度合金」という）については、熱処理によりκ相がγ相に変化して、γ相が微細に分散析出することにより、被削性が更に改善される。また、実際の鋳物，展伸材，熱間鍛造品の製造を想定した場合、鋳造条件や熱間加工（熱間押出，熱間鍛造等）後の生産性，作業環境等の条件によって、それらの材料が強制空冷，水冷される場合がある。かかる場合、第１〜第１２発明において、銅濃度が低いもの（以下「低銅濃度合金」という）では、γ相が若干少なく且つβ相を含んでいるが、熱処理を施すと、これによりβ相がγ相に変化すると共にγ相が微細に分散析出することになり、被削性が改善される。実験により確認したところでは、銅及び珪素と他の添加元素（亜鉛を除く）Ａとの配合比が６７≦Ｃｕ−３Ｓｉ＋ａＡとなるような組成の高銅濃度合金又は６４≧Ｃｕ−３Ｓｉ＋ａＡとなるような組成の低銅濃度合金において、熱処理による効果が特に著しい。なお、ａは添加元素Ａによって異なる係数であり、例えば、錫：ａ＝−０．５、アルミニウム：ａ＝−２、燐：ａ＝−３、アンチモン：ａ＝０、砒素：ａ＝０、マンガン：ａ＝＋２．５、ニッケル：ａ＝＋２．５である。
【００４６】
しかし、何れの場合においても、熱処理温度が４００℃未満であれば、上記した相変化速度が遅くなり、熱処理に極めて長時間を要するため、経済的にも実用できない。逆に、６００℃を超えると、却ってκ相が増大し或いはβ相が出現するため、被削性の改善効果が得られない。したがって、実用性をも考慮した場合、被削性改善のためには、４００〜６００℃の条件で３０分〜５時間の熱処理を行なうことが好ましい。
【００４７】
【実施例】
実施例として、表１〜表３５に示す組成の鋳塊（外径１００ｍｍ，長さ１５０ｍｍの円柱形状のもの）を熱間（７５０℃）で外径１５ｍｍの丸棒状に押出加工して、第１発明合金Ｎｏ．１００１〜Ｎｏ．１００８、第２発明合金Ｎｏ．２００１〜Ｎｏ．２０１１、第３発明合金Ｎｏ．３００１〜Ｎｏ．３０１２、第４発明合金Ｎｏ．４００１〜Ｎｏ．４０４９、第５発明合金Ｎｏ．５００１〜Ｎｏ．５０２０、第６発明合金Ｎｏ．６００１〜Ｎｏ．６１０５、第７発明合金Ｎｏ．７００１〜Ｎｏ．７０３０、第８発明合金Ｎｏ．８００１〜Ｎｏ．８１４７、第９発明合金Ｎｏ．９００１〜Ｎｏ．９００５、第１０発明合金Ｎｏ．１０００１〜Ｎｏ．１０００８、第１１発明合金Ｎｏ．１１００１〜Ｎｏ．１１００７及び第１２発明合金Ｎｏ．１２００１〜Ｎｏ．１２０２１を得た。また、表３６に示す組成の鋳塊（外径１００ｍｍ，長さ１５０ｍｍの円柱形状のもの）を熱間（７５０℃）で外径１５ｍｍの丸棒状に押出加工した上、その押出材を表３６に示す条件で熱処理して、第１３発明合金Ｎｏ．１３００１〜Ｎｏ．１３００６を得た。すなわち、Ｎｏ．１３００１は第１発明合金Ｎｏ．１００５と同一組成をなす押出材を５８０℃，３０分の条件で熱処理したものであり、Ｎｏ．１３００２はＮｏ．１３００１と同一組成をなす押出材を４５０℃，２時間の条件で熱処理したものであり、Ｎｏ．１３００３は第１発明合金Ｎｏ．１００７と同一組成をなす押出材をＮｏ．１３００１と同一条件（５８０℃，３０分）で熱処理したものであり、Ｎｏ．１３００４はＮｏ．１００７と同一組成をなす押出材をＮｏ．１３００２と同一条件（４５０℃，２時間）で熱処理したものであり、Ｎｏ．１３００５は第１発明合金Ｎｏ．１００８と同一組成をなす押出材をＮｏ．１３００１と同一条件（５８０℃，３０分）で熱処理したものであり、Ｎｏ．１３００６はＮｏ．１００８と同一組成をなす押出材をＮｏ．１３００２と同一条件（４５０℃，２時間）で熱処理したものである。尚、第 1 乃至第 12 発明合金の組成を示す表 1 乃至表３５の中で、珪素の含有量が請求項 1 乃至請求項１２に記載の珪素含有量の範囲外である銅合金は、参考例として記載されているものである。
【００４８】
また、比較例として、表３７に示す組成の鋳塊（外径１００ｍｍ，長さ１５０ｍｍの円柱形状のもの）を熱間（７５０℃）で押出加工して、外径１５ｍｍの丸棒状押出材（以下「従来合金」という）Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００６を得た。なお、Ｎｏ．１４００１は「ＪＩＳＣ３６０４」に相当するものであり、Ｎｏ．１４００２は「ＣＤＡＣ３６０００」に相当するものであり、Ｎｏ．１４００３は「ＪＩＳＣ３７７１」に相当するものであり、Ｎｏ．１４００４は「ＣＤＡＣ６９８００」に相当するものである。また、Ｎｏ．１４００５は「ＪＩＳＣ６１９１」に相当するものであり、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で強度，耐磨耗性に最も優れるアルミニウム青銅である。また、Ｎｏ．１４００６は「ＪＩＳＣ４６２２」に相当するものであり、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で耐蝕性に最も優れるネーバル黄銅である。
【００４９】
【表１】

【００５０】
【表２】

【００５１】
【表３】

【００５２】
【表４】

【００５３】
【表５】

【００５４】
【表６】

【００５５】
【表７】

【００５６】
【表８】

【００５７】
【表９】

【００５８】
【表１０】

【００５９】
【表１１】

【００６０】
【表１２】

【００６１】
【表１３】

【００６２】
【表１４】

【００６３】
【表１５】

【００６４】
【表１６】

【００６５】
【表１７】

【００６６】
【表１８】

【００６７】
【表１９】

【００６８】
【表２０】

【００６９】
【表２１】

【００７０】
【表２２】

【００７１】
【表２３】

【００７２】
【表２４】

【００７３】
【表２５】

【００７４】
【表２６】

【００７５】
【表２７】

【００７６】
【表２８】

【００７７】
【表２９】

【００７８】
【表３０】

【００７９】
【表３１】

【００８０】
【表３２】

【００８１】
【表３３】

【００８２】
【表３４】

【００８３】
【表３５】

【００８４】
【表３６】

【００８５】
【表３７】

【００８６】
そして、第１〜第１３発明合金の被削性を従来合金との比較において確認すべく、次のような切削試験を行い、切削主分力、切屑状態及び切削表面形態を判定した。
【００８７】
すなわち、上記の如くして得られた各押出材の外周面を、真剣バイト（すくい角：−８°）を取り付けた旋盤により、切削速度：５０ｍ／分，切込み深さ（切削代）：１．５ｍｍ，送り量：０．１１ｍｍ／ｒｅｖ．の条件で切削し、バイトに取り付けた３分力動力計からの信号を重歪測定器により電圧信号に変換してレコーダで記録し、これを切削抵抗に換算した。ところで、切削抵抗の大小は３分力つまり主分力、送り分力及び背分力によって判断されるが、ここでは、３分力のうち最も大きな値を示す主分力（Ｎ）をもって切削抵抗の大小を判断することとした。その結果は、表３８〜表６６に示す通りであった。
【００８８】
また、切削により生成した切屑の状態を観察し、その形状によって図１（Ａ）〜（Ｄ）に示す如く４つに分類して、表１〜表３７に示した。ところで、切屑が、（Ｄ）図に示す如く、３巻以上の螺旋形状をなしている場合には、切屑の処理（切屑の回収や再利用等）が困難となる上、切屑がバイトに絡み付いたり、切削表面を損傷させる等のトラブルが発生して、良好な切削加工を行なうことができない。また、切屑が、（Ｃ）図に示す如く、半巻程度の円弧形状から２巻程度の螺旋形状をなしている場合には、３巻以上の螺旋形状をなす場合のような大きなトラブルは生じないものの、やはり切屑の処理が容易ではなく、連続切削加工を行う場合等にあってはバイトへの絡み付きや切削表面の損傷等を生じる虞れがある。しかし、切屑が、（Ａ）の如き微細な針形状片や（Ｂ）の如き扇形状片又は円弧形状片に剪断される場合には、上記のようなトラブルが生じることがなく、（Ｃ）図や（Ｄ）図に示すもののように嵩張らないことから、切屑の処理も容易である。但し、切屑が（Ａ）図のような微細形状に剪断される場合には、旋盤等の工作機械の摺動面に潜り込んで機械的障害を発生したり、作業者の手指，目に刺さる等の危険を伴うことがある。したがって、被削性を判断する上では、（Ｂ）図に示すものが最良であり、（Ａ）図に示すものがこれに続き、（Ｃ）図や（Ｄ）図に示すものは不適当とするのが相当である。表３８〜表６６においては、（Ｂ）に示す最良の切屑状態が観察されたものを「◎」で、（Ａ）図に示すやや良好な切屑状態が観察されたものを「○」で、（Ｃ）図に示す不良な切屑状態が観察されたものを「△」で、（Ｄ）に示す最悪の切屑状態が観察されたものを「×」で示した。
【００８９】
また、切削後において、切削表面の良否を表面粗さにより判定した。その結果は、表３８〜表６６に示す通りであった。ところで、表面粗さの基準としては最大高さ（Ｒmax ）が使用されることが多く、黄銅製品の用途にもよるが、一般に、Ｒmax ＜１０μｍであれば極めて被削性に優れると判断することができ、１０μｍ≦Ｒmax ＜１５μｍであれば工業的に満足しうる被削性を得ることができたものと判断でき、Ｒmax ≧１５μｍの場合には被削性に劣るものと判断できる。表３８〜表６５においては、Ｒmax ＜１０μｍの場合を「○」で、１０μｍ≦Ｒmax ＜１５μｍの場合を「△」で、Ｒmax ≧１５μｍの場合を「×」で示した。
【００９０】
表３８〜表６６に示す切削試験の結果から明らかなように、第１発明合金Ｎｏ．１００１〜Ｎｏ．１００８、第２発明合金Ｎｏ．２００１〜Ｎｏ．２０１１、第３発明合金Ｎｏ．３００１〜Ｎｏ．３０１２、第４発明合金Ｎｏ．４００１〜Ｎｏ．４０４９、第５発明合金Ｎｏ．５００１〜Ｎｏ．５０２０、第６発明合金Ｎｏ．６００１〜Ｎｏ．６１０５、第７発明合金Ｎｏ．７００１〜Ｎｏ．７０３０、第８発明合金Ｎｏ．８００１〜Ｎｏ．８１４７、第９発明合金Ｎｏ．９００１〜Ｎｏ．９００５、第１０発明合金Ｎｏ．１０００１〜Ｎｏ．１０００８、第１１発明合金Ｎｏ．１１００１〜Ｎｏ．１１００７及び第１２発明合金Ｎｏ．１２００１〜Ｎｏ．１２０２１は、その何れにおいても、鉛を大量に含有する従来合金Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００３と同等の被削性を有するものである。特に、切屑の生成状態に限っては、鉛含有量が０．１重量％以下である従来合金Ｎｏ．１４００４〜Ｎｏ．１４００６に比しては勿論、鉛を大量に含有する従来合金Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００３に比しても、良好な被削性を有する。
【００９１】
また、表３８及び表６５から明らかなように、第１３発明合金Ｎｏ．１３００１〜Ｎｏ．１３００６は、これらと同一組成をなす第１発明合金Ｎｏ．１００５、Ｎｏ．１００７及びＮｏ．１００８に比して被削性が向上しており、適当な熱処理を施すことにより被削性を更に向上させ得ることが確認された。
【００９２】
次に、第１〜第１３発明合金の熱間加工性及び機械的性質を、従来合金との比較において確認すべく、次のような熱間圧縮試験及び引張試験を行った。
【００９３】
すなわち、上記の如くして得られた各押出材から同一形状（外径１５ｍｍ，長さ２５ｍｍ）の第１及び第２試験片を切り出した。そして、熱間圧縮試験においては、各第１試験片を７００℃に加熱して３０分間保持した上、軸線方向に７０％の圧縮率で圧縮（第１試験片の高さ（長さ）が２５ｍｍから７．５ｍｍになるまで圧縮）して、圧縮後の表面形態（７００℃変形能）を目視判定した。その結果は、表３８〜表６６に示す通りであった。変形能の判定は試験片側面におけるクラックの状態から目視により行い、表３８〜表６６においては、クラックが全く生じなかったものを「○」で、小さなクラックが生じたものを「△」で、大きなクラックが生じたものを「×」で示した。また、各第２試験片を使用して、常法による引張試験を行ない、引張強さ（Ｎ／ｍｍ²）及び伸び（％）を測定した。
【００９４】
表３８〜表６６に示す熱間圧縮試験及び引張試験の結果から、第１〜第１３発明合金は、従来合金Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００４及びＮｏ．１４００６と同等若しくはそれ以上の熱間加工性及び機械的性質を有するものであり、工業的に好適に使用できるものであることが確認された。特に、第７及び第８発明合金については、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で強度に最も優れるアルミニウム青銅である従来合金Ｎｏ．１４００５と同等の機械的性質を有するものであり、高力性に優れることが理解される。
【００９５】
また、第１〜第６発明合金及び第９〜第１３発明合金の耐蝕性及び耐応力腐蝕割れ性を、従来合金との比較において確認すべく、「ＩＳＯ６５０９」に定める方法による脱亜鉛腐蝕試験及び「ＪＩＳＨ３２５０」に規定される応力腐蝕割れ試験を行った。
【００９６】
すなわち、「ＩＳＯ６５０９」の脱亜鉛腐蝕試験においては、各押出材から採取した試料を、暴露試料表面が当該押出材の押出し方向に対して直角となるようにしてフェノール樹脂材に埋込み、試料表面をエメリー紙により１２００番まで研磨した後、これを純水中で超音波洗浄して乾燥した。かくして得られた被腐蝕試験試料を、１．０％の塩化第２銅２水和塩（ＣｕＣｌ₂・２Ｈ₂Ｏ）の水溶液（１２．７ｇ／ｌ）中に浸漬し、７５℃の温度条件下で２４時間保持した後、水溶液中から取出して、その脱亜鉛腐蝕深さの最大値（最大脱亜鉛腐蝕深さ）を測定した。その結果は、表３８〜表５０及び表６１〜表６６に示す通りであった。
【００９７】
表３８〜表５０及び表６１〜表６６に示す脱亜鉛腐蝕試験の結果から理解されるように、第１〜第４発明合金及び第９〜第１３発明合金は、大量の鉛を含有する従来合金Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００３に比して優れた耐蝕性を有し、特に、被削性と共に耐蝕性の向上を図った第５及び第６発明合金については、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で耐蝕性に最も優れるネーバル黄銅である従来合金Ｎｏ．１４００６に比しても極めて優れた耐蝕性を有することが確認された。
【００９８】
また、「ＪＩＳＨ３２５０」の応力腐蝕割れ試験においては、各押出材から長さ１５０ｍｍの試料を切り出し、各試料を、その中央部を半径４０ｍｍの円弧状治具に当てた状態で、その一端部が他端部に対して４５°となるように折曲させて、試験片とした。このようにして引張残留応力を付加された各試験片を脱脂，乾燥処理した上、１２．５％のアンモニア水（アンモニアを等量の純水で薄めたもの）を入れたデシケータ内のアンモニア雰囲気（２５℃）中に保持させた。すなわち、各試験片をデシケータ内におけるアンモニア水面から約８０ｍｍ上方の位置に保持する。そして、試験片のアンモニア雰囲気中における保持時間が、２時間，８時間，２４時間を経過した時点で、試験片をデシケータから取り出して、１０％の硫酸で洗浄した上、当該試験片の割れの有無を拡大鏡（倍率：１０倍）で視認した。その結果は、表３８〜表５０及び表６１〜表６６に示す通りであった。これらの表においては、アンモニア雰囲気中での保持時間が２時間である場合に明瞭な割れが認められたものについては「××」で、２時間経過時においては割れが認められなかったが、８時間経過時においては明瞭な割れが認められたものについては「×」で、８時間経過時においては割れが認められなかったが、２４時間経過時においては明瞭な割れが認められたものについては「△」で、２４時間経過時においても割れが全く認められなかったものについては「○」で示した。
【００９９】
表３８〜表５０及び表６１〜表６６に示す応力腐蝕割れ試験の結果から理解されるように、被削性と共に耐蝕性の向上を図った第５及び第６発明合金については勿論、耐蝕性については格別の配慮をしていない第１〜第４発明合金及び第９〜第１３発明合金についても、亜鉛を含まないアルミニウム青銅である従来合金１４００５と同等の耐応力腐蝕割れ性を有し、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で耐蝕性に最も優れるネーバル黄銅である従来合金Ｎｏ．１４００６より優れた耐応力腐蝕割れ性を有することが確認された。
【０１００】
また、第９〜第１２発明合金の耐高温酸化性を、従来合金との比較において確認すべく、次のような酸化試験を行った。
【０１０１】
すなわち、各押出材Ｎｏ．９００１〜Ｎｏ．９００５、Ｎｏ．１０００１〜Ｎｏ．１０００８、Ｎｏ．１１００１〜Ｎｏ．１１００７、Ｎｏ．１２００１〜Ｎｏ．１２０２１及びＮｏ．１４００１〜１４００６から、外径が１４ｍｍとなるように表面研削され且つ長さ３０ｍｍに切断された丸棒状の試験片を得て、各試験片の重量（以下「酸化前重量」という）を測定した。しかる後、各試験片を、磁性坩堝に収納した状態で、５００℃に保持された電気炉内に放置した。そして、放置時間が１００時間を経過した時点で電気炉から取り出して、各試験片の重量（以下「酸化後重量」という）を測定した上、酸化前重量と酸化後重量とから酸化増量を算出した。ここに、酸化増量とは、試験片の表面積１０ｃｍ²当たりの酸化による増加重量（ｍｇ）の程度を示すものであり、「酸化増量（ｍｇ／１０ｃｍ²）＝（酸化後重量（ｍｇ）−酸化前重量（ｍｇ））×（１０ｃｍ²／試験片の表面積（ｃｍ²）」の式から算出されたものである。すなわち、各試験片の酸化後重量は酸化前重量より増加しているが、これは高温酸化によるものである。つまり、高温に晒されると、酸素と銅，亜鉛，珪素とが結合してＣｕ₂Ｏ，ＺｎＯ，ＳｉＯ₂となり、その酸素増分により重量が増加するのである。したがって、この増加重量の程度（酸化増量）が小さい程、耐高温酸化性に優れているということができ、表６１〜表６４及び表６６に示す結果となった。
【０１０２】
表６１〜表６４及び表６６に示す酸化試験の結果から明らかなように、第９〜第１２発明合金の酸化増量は、ＪＩＳに規定される伸銅品の中でも高度の耐高温酸化性を有するアルミニウム青銅である従来合金Ｎｏ．１４００５と同等であり、他の従来合金よりは極めて小さくなっている。したがって、第９〜第１２発明合金が、被削性に加えて、耐高温酸化性にも極めて優れたものであることが確認された。
【０１０３】
【表３８】

【０１０４】
【表３９】

【０１０５】
【表４０】

【０１０６】
【表４１】

【０１０７】
【表４２】

【０１０８】
【表４３】

【０１０９】
【表４４】

【０１１０】
【表４５】

【０１１１】
【表４６】

【０１１２】
【表４７】

【０１１３】
【表４８】

【０１１４】
【表４９】

【０１１５】
【表５０】

【０１１６】
【表５１】

【０１１７】
【表５２】

【０１１８】
【表５３】

【０１１９】
【表５４】

【０１２０】
【表５５】

【０１２１】
【表５６】

【０１２２】
【表５７】

【０１２３】
【表５８】

【０１２４】
【表５９】

【０１２５】
【表６０】

【０１２６】
【表６１】

【０１２７】
【表６２】

【０１２８】
【表６３】

【０１２９】
【表６４】

【０１３０】
【表６５】

【０１３１】
【表６６】

【０１３２】
また、第２の実施例として、表１４〜表３１に示す組成の鋳塊（外径１００ｍｍ，長さ２００ｍｍの円柱形状のもの）を熱間（７００℃）で外径３５ｍｍの丸棒状に押出加工して、第７発明合金Ｎｏ．７００１ａ〜Ｎｏ．７０３０ａ及び第８発明合金Ｎｏ．８００１ａ〜Ｎｏ．８１４７ａを得た。また、第２の比較例として、表３７に示す組成の鋳塊（外径１００ｍｍ，長さ２００ｍｍの円柱形状のもの）を熱間（７００℃）で押出加工して、外径３５ｍｍの丸棒状押出材（以下「従来合金」という）Ｎｏ．１４００１ａ〜Ｎｏ．１４００６ａを得た。なお、Ｎｏ．７００１ａ〜Ｎｏ．７０３０ａ、Ｎｏ．８００１ａ〜Ｎｏ．８１４７ａ及びＮｏ．１４００１ａ〜Ｎｏ．１４００６ａは、夫々、前記した銅合金Ｎｏ．７００１〜Ｎｏ．７０３０、Ｎｏ．８００１〜Ｎｏ．８１４７及びＮｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００６と同一の合金組成をなすものである。
【０１３３】
そして、第７発明合金Ｎｏ．７００１ａ〜Ｎｏ．７０３０ａ及び第８発明合金Ｎｏ．８００１ａ〜Ｎｏ．８１４７ａの耐摩耗性を、従来合金Ｎｏ．１４００１ａ〜Ｎｏ．１４００６ａとの比較において確認すべく、次のような摩耗試験を行った。
【０１３４】
すなわち、上記の如くして得られた各押出材から、その外周面を切削した上、穴明け加工及び切断加工を施すことにより、外径３２ｍｍ，厚さ（軸線方向長さ）１０ｍｍのリング状試験片を得た上、各試験片を回転自在な軸に嵌合固定して、これと軸線を平行とする外径４８ｍｍのＳＵＳ３０４製ロールに５０ｋｇの荷重を掛けて押圧接触させた状態に保持させる。しかる後、ＳＵＳ３０４製ロール及びこれに転接する試験片を、当該試験片の外周面にマルチオイルを滴下しつつ、同一回転数（２０９ｒ．ｐ．ｍ．）で回転駆動させる。そして、当該試験片の回転数が１０万回に達した時点で、ＳＵＳ３０４製ロール及び試験片の回転を停止して、各試験片の回転前後における重量差つまり摩耗減量（ｍｇ）を測定した。かかる摩耗減量が少ない程、耐摩耗性に優れた銅合金ということができるが、その結果は、表６７〜表７７に示す通りであった。
【０１３５】
表６７〜表７７に示す摩耗試験の結果から明らかなように、第７発明合金Ｎｏ．７００１ａ〜Ｎｏ．７０３０ａ及び第８発明合金Ｎｏ．８００１ａ〜Ｎｏ．８１４７ａは、従来合金Ｎｏ．１４００１〜Ｎｏ．１４００４及びＮｏ．１４００５に比しては勿論、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で耐磨耗性に最も優れるアルミニウム青銅である従来合金Ｎｏ．１４００５に比しても、耐摩耗性が優れることが確認された。したがって、上記した引張試験の結果をも考慮して総合的に判断した場合、第７及び第８発明合金は、被削性に加えて、ＪＩＳに規定される伸銅品の中で耐磨耗性に最も優れるアルミニウム青銅と同等以上の高力性，耐摩耗性を有するものであるということができる。
【０１３６】
【表６７】

【０１３７】
【表６８】

【０１３８】
【表６９】

【０１３９】
【表７０】

【０１４０】
【表７１】

【０１４１】
【表７２】

【０１４２】
【表７３】

【０１４３】
【表７４】

【０１４４】
【表７５】

【０１４５】
【表７６】

【０１４６】
【表７７】

【０１４７】
【発明の効果】
以上の説明から容易に理解されるように、第１〜第１３発明合金は、被削性改善元素である鉛成分を全く含まないにも拘わらず、極めて被削性に富むものであり、鉛を大量に含有する従来の快削性銅合金の代替材料として安全に使用できるものであり、切屑の再利用等を含めて環境衛生上の問題が全くなく、鉛含有製品が規制されつつある近時の傾向に充分対応することができる。
【０１４８】
さらに、第５及び第６発明合金は、被削性に加えて耐蝕性にも優れるものであり、耐蝕性を必要とする切削加工品，鍛造品，鋳物製品等（例えば、給水栓，っ給排水金具，バルブ，ステム，給湯配管部品，シャフト，熱交換器部品等）の構成材として好適に使用することができるものであり、その実用的価値極めて大なるものである。
【０１４９】
また、第７及び第８発明合金は、被削性に加えて高力性，耐摩耗性にも優れるものであり、高力性，耐摩耗性を必要とする切削加工品，鍛造品，鋳物製品等（例えば、軸受，ボルト，ナット，ブッシュ，歯車，ミシン部品，油圧部品等）の構成材として好適に使用することができるものであり、その実用的価値極めて大なるものである。
【０１５０】
また、第９〜第１２発明合金は、被削性に加えて耐高温酸化性にも優れるものであり、耐高温酸化性を必要とする切削加工品，鍛造品，鋳物製品等（例えば、石油・ガス温風ヒータ用ノズル，バーナヘッド，給湯器用ガスノズル等）の構成材として好適に使用することができるものであり、その実用的価値極めて大なるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】切屑の形態を示す斜視図である。

Claims

銅６９〜７９重量％及び珪素２．３〜４．０重量％を含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．３〜４．０重量％と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅７０〜８０重量％と、珪素２．３〜３．５重量％と、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム１．０〜３．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅７０〜８０重量％と、珪素２．２〜３．５重量％と、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム１．０〜３．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、錫０．３〜３．５重量％、燐０．０２〜０．２５重量％、アンチモン０．０２〜０．１５重量％及び砒素０．０２〜０．１５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、錫０．３〜３．５重量％、燐０．０２〜０．２５重量％、アンチモン０．０２〜０．１５重量％及び砒素０．０２〜０．１５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６２〜７８重量％と、珪素２．５〜４．５重量％と、錫０．３〜３．０重量％、アルミニウム０．２〜２．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、マンガン０．７〜３．５重量％及びニッケル０．７〜３．５重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６２〜７８重量％と、珪素２．５〜４．５重量％と、錫０．３〜３．５重量％、アルミニウム０．２〜２．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％から選択された１種以上の元素と、マンガン０．７〜３．５重量％及びニッケル０．７〜３．５重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．３〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％及び燐０．０２〜０．２５重量％を含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．２〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、クロム０．０２〜０．４重量％及びチタン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．４〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
銅６９〜７９重量％と、珪素２．５〜４．０重量％と、アルミニウム０．１〜１．５重量％と、燐０．０２〜０．２５重量％と、クロム０．０２〜０．４重量％及びチタン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素と、ビスマス０．０２〜０．４重量％、テルル０．０２〜０．４重量％及びセレン０．０２〜０．４重量％から選択された１種以上の元素とを含有し、且つ残部が亜鉛からなる合金組成をなすと共に、γ相及びκ相の少なくとも一方を含む金属組織をなすことを特徴とする無鉛快削性銅合金。
４００〜６００℃で３０分〜５時間熱処理して、γ相を微細に分散析出させたことを特徴とする、請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１又は請求項１２に記載する無鉛快削性銅合金。