KR101194218B1 - Lead-free cutting bronze alloy for metal mold casting and the manufacturing method thereof - Google Patents
Lead-free cutting bronze alloy for metal mold casting and the manufacturing method thereofInfo
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Abstract
Description
본 발명은 금형 주조용 무연청동 합금 및 그 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 청동 합금을 구성함에 있어서 주석(Sn)의 함량을 대체하여 규소(Si)를 첨가함으로써 청동합금을 이용한 금형주조가 가능하게 하고, 비스무트(Bi) 또는 셀레늄(Se)의 첨가로 납(Pb)의 함량을 획기적으로 낮추면서도 절삭가공성이 향상된 금형주조용 무연청동 합금 및 그 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a lead-free bronze alloy for die casting, and a method for manufacturing the same. Specifically, in forming a bronze alloy, mold casting using a bronze alloy is possible by adding silicon (Si) instead of tin (Sn). In addition, the present invention relates to a lead-free bronze alloy for die casting, and a method of manufacturing the same, while significantly reducing the content of lead (Pb) by adding bismuth (Bi) or selenium (Se).
청동(bronze)은 구리(Cu)합금 중에서 가장 오래전부터 사용되고 있는 합금으로 주로 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 말한다. 주석(Sn) 대용으로 알루미늄(Al) 또는 망간 등을 함유하여 주석(Sn)을 전혀 첨가하지 않은 것도 청동으로 불리는 경우가 있으나 기본적으로 청동은 구리(Cu)와 주석(Sn)의 합금을 의미하고 이와 같은 청동을 주석(Sn)청동이라 한다. Bronze is the alloy that has been used for the longest time among copper (Cu) alloys and mainly refers to an alloy of copper (Cu) and tin (Sn). It is sometimes referred to as bronze that it contains aluminum (Al) or manganese instead of tin (Sn) instead of tin (Sn), but basically bronze refers to an alloy of copper (Cu) and tin (Sn). Such bronze is called tin (Sn) bronze.
주석(Sn)청동의 종류로는 화폐,상패용 청동, 포금, 종청동, 공예용청동, 거울청동, 기계청동, 특수청동 등이 있고 일반적으로 높은 기계적 성질, 우수한 내식성, 양호한 주조성으로 인해 현재에도 각종 공업재료로 많이 사용되고 있다. Types of tin (Sn) bronzes include money, plaque bronze, gunmetal, bell bronze, craft bronze, mirror bronze, mechanical bronze, special bronze, and generally have high mechanical properties, excellent corrosion resistance, and good castability. It is widely used in various industrial materials.
기계용 청동(Gun metal)의 경우에는 구리(Cu)90%와 주석(Sn)10%의 합금으로 대포의 포신용, 밸브, 기어, 플랜지, 피스톤, 스핀들 등에 쓰이며 내 해수성이 좋다. Mechanical bronze is an alloy of 90% copper and 10% tin, which is used for gun barrels, valves, gears, flanges, pistons and spindles.
인청동(Phosphor Bronze)은 내식성, 내마모성이 우수하고, 강도가 높으면서도 구부림성이 좋은 특징이 있다. 또한 전기 열전도도가 높아 납(Pb)땜으로도 접합이 용이하고 도금이 잘 될 뿐만 아니라 화학적 부식에도 강한 장점이 있다. 사용되는 예로는 부싱, 기어, 볼트, 너트, 자동차 부품 등에 사용되고 있다. Phosphor Bronze has excellent corrosion resistance and abrasion resistance, and has high strength and good bendability. In addition, the electrical thermal conductivity is easy to bond even with lead (Pb) soldering and plating as well as has the advantage of strong chemical corrosion. Examples used are bushings, gears, bolts, nuts, automotive parts, and the like.
연청동(Leaded Tin Bronze)은 면압에 높은 베어링이 적합하고 친밀성이 좋으며 내스코어링성이 특히 좋다. Leaded Tin Bronze is suitable for bearings with high surface pressure, good intimacy, and good scoring resistance.
특수청동으로는 알루미늄(Al) 청동, 망간청동, 실리콘 청동, 니켈(Ni)청동 등이 있다. Special bronzes include aluminum (Al) bronze, manganese bronze, silicon bronze, and nickel (Ni) bronze.
이들 청동은 주석(Sn)과 구리(Cu), 아연(Zn) 등을 주성분으로 하고 그 밖에 소량의 납(Pb)과 잔여성분으로 구성되어 있다. 주석(Sn)청동은 구리(Cu)가 주성분을 이루고 첨가되는 주석(Sn)은 주조성 및 내식성을 향상시켜 납(Pb)의 용출을 억제하기 위해 첨가된다. 여기서 사용되는 납(Pb)은 청동의 절삭성을 향상시키기 위해 주로 사용된다. These bronzes are composed mainly of tin (Sn), copper (Cu), zinc (Zn), etc., and other small amounts of lead (Pb) and residual components. Tin (Sn) bronze is copper (Cu) as the main component and added tin (Sn) is added to suppress the elution of lead (Pb) by improving the castability and corrosion resistance. Lead (Pb) used here is mainly used to improve the machinability of bronze.
그런데 이미 당업계에서 잘 알려진 바와 같이 주석청동을 이용하여 주물을 생산하기 위해서는 주로 사형주조(sand-casting)법을 이용한다. 이는 주석을 다량 함유하는 주석청동의 경우 응고 속도가 빨라 금형주조를 이용할 수 없기 때문이다. 그런데, 사형주조의 경우 작업환경이 열악하고 표면이 거친 단점이 있다. 반면에, 금형주조를 이용하여 생산되는 제품은 사형주조의 제품보다 품질이 우수할 뿐만 아니라 설비가 간단하고 작업 환경이 우수하여 금형주조용 청동합금의 개발이 요구되어 왔다. However, as already well known in the art, in order to produce castings using tin bronze, sand-casting is mainly used. This is because tin bronze, which contains a large amount of tin, can not be used for mold casting due to its high solidification rate. However, in the case of sand casting, the working environment is poor and the surface is rough. On the other hand, the product produced by using the mold casting is not only superior in quality than the product of the sand casting, but also simple equipment and excellent working environment has been required to develop a bronze alloy for mold casting.
또한, 청동합금의 경우 절삭가공성을 위하여 납(Pb)이 포함되는데 환경적인 문제이든 건강상의 문제이든 납(Pb)의 유해성은 이미 널리 알려진 사실로 납(Pb)의 사용을 엄격히 제한하고 있는 실정이다. 예를 들면, 납(Pb)이 함유된 청동을 이용하여 수도관 파이프와 같은 제품을 생산하여 사용하는 경우에는 수중에 납(Pb)이 용출될 우려가 있고 그로 인한 인체의 피해를 생각하지 않을 수 없다. In addition, in the case of bronze alloy, lead (Pb) is included for machinability, and the hazards of lead (Pb) are widely known as environmental problems or health problems, and the use of lead (Pb) is severely restricted. . For example, in the case of producing and using products such as water pipes using bronze containing lead (Pb), lead (Pb) may be eluted in the water and the human body may have to be considered. .
따라서, 납(Pb)을 사용하지 않는 청동의 개발이 요구되고 있다. 그러나, 청동을 구성함에 있어 납(Pb)을 사용하지 않는 경우에는 절삭성이 저하되는 등 가공성이 나쁜 단점이 있다. 납을 사용하지 않고 절삭가공성을 높이기 위한 연구가 진행되고 있다. Therefore, development of bronze which does not use lead (Pb) is required. However, when lead (Pb) is not used in forming bronze, there is a disadvantage in that workability is poor, such as a decrease in machinability. Research is being conducted to improve the machinability without using lead.
한국특허등록 제10-0864909호에 의하면 칼슘(Ca)이 함유된 쾌삭성 구리합금을 제공하고 있는데, 청동합금을 구성함에 있어서 구리(Cu)와 아연(Zn)과 칼슘(Ca)을 포함하여 구성하되 구리는 59~79중량%, 칼슘(Ca)는 0.1~1.5중량%, 잔부가 아연(Zn)으로 이루어지는 것을 특징으로 하고 있다.
According to Korean Patent Registration No. 10-0864909, a free-cutting copper alloy containing calcium (Ca) is provided, which comprises copper (Cu), zinc (Zn), and calcium (Ca) in the bronze alloy. However, copper is 59 to 79% by weight, calcium (Ca) is characterized in that 0.1 to 1.5% by weight, the balance is made of zinc (Zn).
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 청동합금을 구성함에 있어 주석(Sn)을 대체하여 규소(Si)를 첨가함으로써 청동합금을 이용한 금형주조가 가능하게 할 뿐만 아니라 납(Pb)성분의 함량을 최소화하는 대신 비스무트(Bi) 또는 셀레늄(Se)을 사용함으로써 인체에 무해한 제품을 생산할 수 있으며 절삭 가공성을 높인 금형 주조에 적합한 무연청동 합금 및 그 제조방법을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the conventional problems as described above, in forming the bronze alloy by adding silicon (Si) to replace the tin (Sn) as well as enabling the mold casting using the bronze alloy as well as lead Instead of minimizing the content of the (Pb) component, bismuth (Bi) or selenium (Se) can be used to produce products that are harmless to the human body and provide a lead-free bronze alloy suitable for mold casting with improved cutting processability, and a method of manufacturing the same.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,According to an aspect of the present invention,
납(Pb) 0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~13.0중량%, 규소(Si)3.0~6.0중량%, 주석(Sn)1.50중량% 이하, 니켈(Ni) 1.0중량% 이하, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al)1.50중량% 이하, 셀레늄(Se)0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금을 제공하는 것이다. 0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0-13.0 wt% of zinc (Zn), 3.0-6.0 wt% of silicon (Si), 1.50 wt% or less of tin (Sn), 1.0 wt% or less of nickel (Ni), bismuth (Bi) ) 0.7-2.50% by weight, aluminum (Al) 1.50% by weight, selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight, the remainder is copper (Cu) and provides an lead-free bronze alloy for die casting, characterized in that unavoidable impurities It is.
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상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
납(Pb)0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~10.0중량%, 규소(Si)3.0~4.0중량%를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al)1.50중량% 이하, 셀레늄(Se)0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금을 제공하는 것이다. 0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0 to 10.0 wt% of zinc (Zn), 3.0 to 4.0 wt% of silicon (Si), 0.7 to 2.50 wt% of bismuth (Bi), and 1.50 wt% or less of aluminum (Al) , Selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight and the remainder is to provide a lead-free bronze alloy for die casting, characterized in that the copper (Cu) and inevitable impurities.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,The present invention to achieve the above object,
납(Pb)0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~10.0중량%, 규소(Si)3.0~4.0중량%를 포함하며, 주석(Sn)1.50중량% 이하, 니켈(Ni) 1.0중량% 이하, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al)1.50중량% 이하, 셀레늄(Se)0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금을 제공하는 것이다. 0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0-10.0 wt% of zinc (Zn), 3.0 to 4.0 wt% of silicon (Si), 1.5 wt% or less of tin (Sn), 1.0 wt% or less of nickel (Ni), Lead-free bronze for casting, characterized in that the bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.50% by weight, aluminum (Al) 1.50% by weight, selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight, the remainder is copper (Cu) and unavoidable impurities To provide an alloy.
또한, 본 발명은,Further, according to the present invention,
구리(Cu)스크랩, 아연(Zn)지금, 규소(Si)지금, 납(Pb)지금, 주석(Sn) 지금 ,니켈(Ni)지금, 비스무트(Bi)지금, 알루미늄(Al)지금, 셀레늄(Se)지금을 배합계산하여 전기로내에 잠입하는 단계; 상기 전기로내의 온도를 1,130~1,230℃에서 용해시켜 용융합금을 수득하는 단계; 상기 용용 합금을 교반 및 탈가스 처리하는 단계; 용탕의 유동성 및 조직이 치밀하고 표면을 매끄럽게 향상시키는 단계; 슬래그 상태로 부상된 산화물을 제거하는 단계; 상기 슬래그 산화물이 제거된 용융합금을 잉고트로 주조하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 금형주조용 무연 청동합금의 제조방법을 제공하는 것이다. Copper (Cu) scrap, zinc (Zn) now, silicon (Si) now, lead (Pb) now, tin (Sn) now, nickel (Ni) now, bismuth (Bi) now, aluminum (Al) now, selenium ( Se) step of formulating now and infiltrating into the electric furnace; Dissolving the temperature in the electric furnace at 1,130 to 1,230 ° C. to obtain a molten alloy; Stirring and degassing the molten alloy; Improving the flowability and tissue of the molten metal and the surface smoothly; Removing the oxide floating in the slag state; It is to provide a method for producing a lead-free bronze alloy for die casting, comprising a; casting the molten alloy from which the slag oxide is removed into ingot.
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본 발명에 따른 금형주조용 무연 청동합금은 종래 무연청동합금에 주 합금원소인 주석(Sn)을 대체하여 입수가 용이한 규소(Si)를 사용함으로써 사형주조법을 주로 사용하는 일반 청동합금과 달리 설비가 간단하고 작업환경이 우수한 금형주조가 가능하게 됨으로써 우수한 품질의 제품을 수득할 수 있는 장점이 있다. The lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention is different from the conventional bronze alloy which mainly uses the sand casting method by using silicon (Si), which is easily obtained by replacing tin (Sn), which is a main alloy element, in a conventional lead-free bronze alloy. It is possible to obtain a mold of excellent mold environment and excellent working environment has the advantage of obtaining a good quality product.
또한 납(Pb)을 거의 사용하지 않음에도 불구하고 우수한 절삭가공성으로 인하여 청동 주물 생산공정을 간단하고 편리하게 개선할 수 있고 이로 인하여 산업폐기물 발생이 적기 때문에 환경 친화적인 주조방법을 제공할 수 있는 장점이 있다. In addition, despite the use of almost no lead (Pb), due to its excellent cutting processability, the bronze casting production process can be easily and conveniently improved, and as a result, there is less industrial waste, thereby providing an environmentally friendly casting method. There is this.
나아가 본 발명에 따른 금형주조 무연 청동 주물은 물 관련 각종 밸브류, 수도계량기류, 수전금구류, 각종 피팅류 등의 좋은 제품을 보다 저렴한 가격으로 국내시장에 공급하고 새로운 해외 수출시장을 개척할 수 있는 장점이 있다. Furthermore, the die casting lead-free bronze casting according to the present invention can supply good products such as various valves, water metering devices, faucet fittings, and various fittings related to water to the domestic market at a lower price and open up a new overseas export market. There is an advantage.
도 1은 본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금의 제조방법을 나타낸 흐름도이고,
도 2는 본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금을 이용한 무연청동 금형주조 방법을 나타낸 흐름도이고,
도 3은 본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금의 금형 주물품의 사진이고,
도 4는 본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금의 정밀금형주물품의 사진이고,
도 5는 본 발명의 실시예 1 및 2에 따른 금형주조용 무연청동합금의 금형주조주물의 절삭된 칩의 형태를 보여주는 사진이다. 1 is a flow chart showing a method of manufacturing a lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention,
Figure 2 is a flow chart showing a lead-free bronze mold casting method using a lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention,
3 is a photograph of a mold casting of a lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention;
Figure 4 is a photograph of a precision mold casting of lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention,
Figure 5 is a photograph showing the shape of the cut chip of the mold casting casting of the lead-free bronze alloy for die casting according to Examples 1 and 2 of the present invention.
본 발명은 납(Pb) 0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~13.0중량%, 규소(Si)3.0~6.0중량%, 주석(Sn)1.50중량% 이하, 니켈(Ni) 1.0중량% 이하, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al)1.50중량% 이하, 셀레늄(Se)0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금을 제공하는 것을 특징으로 한다. The present invention is 0.1% by weight or less of lead (Pb), 8.0-13.0% by weight of zinc (Zn), 3.0-6.0% by weight of silicon (Si), 1.50% by weight of tin (Sn), 1.0% by weight or less of nickel (Ni), Lead-free bronze for casting, characterized in that the bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.50% by weight, aluminum (Al) 1.50% by weight, selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight, the remainder is copper (Cu) and unavoidable impurities It is characterized by providing an alloy.
본 발명에 따른 납(Pb)은 0.10 중량%이하로 혼합되는 것이 바람직하다. 일반적으로 청동합금의 절삭가공성은 납(Pb)을 첨가함으로써 현저하게 향상될 수 있다. 그러나 납(Pb)은 독성으로 인하여 그 사용이 제한되고 있으며 특히 물 관련 제품의 경우에는 더욱 엄격히 제한되고 있다. Lead (Pb) according to the invention is preferably mixed below 0.10% by weight. In general, the machinability of the bronze alloy can be significantly improved by adding lead (Pb). However, lead (Pb) is limited in its use due to its toxicity, especially in the case of water-related products.
납(Pb)은 공업용 금속 중 가장 무겁고 유연한 금속이고 전연성이 풍부하고 압연이 용이하여 판이나 관의 형태로 만들기 좋으나 지나치게 유연하여 인발은 되지 않는다. 이와 같은 유연성으로 인하여 납(Pb)이 혼합되어 있는 경우 절삭가공성이 우수하지만 반면에 납(Pb)을 사용하지 않는 경우에는 절삭가공성이 나쁜 문제점이 있다. 본 발명에서는 납(Pb)의 유해성을 최소화하면서 절삭가공성을 높이기 위해 납(Pb)의 사용을 줄이고 대체 원소로서 비스무트(Bi) 또는 셀레늄(Se)을 첨가한다. Lead (Pb) is the heaviest and most flexible metal among industrial metals. It is rich in malleability and easy to roll into a plate or tube, but it is too flexible to draw. Due to such flexibility, when lead (Pb) is mixed, the cutting processability is excellent, whereas when lead (Pb) is not used, there is a problem that the cutting processability is bad. In the present invention, bismuth (Bi) or selenium (Se) is added as a substitute element in order to reduce the use of lead (Pb) in order to increase the machinability while minimizing the harmfulness of lead (Pb).
본 발명에서 사용되는 비스무트(Bi)는 0.7 내지 2.50중량%가 사용되고, 셀레늄(Se)은 0.3 내지 1.0중량%가 사용된다. 본 발명에서 사용되는 비스무트(Bi)와 셀레늄(Se)의 함량이 상기 범위를 벗어나는 경우에는 절삭성 및 기계적 성질이 저하되는 문제점이 발생하거나 청동 제품의 균열이 발생할 우려가 있어 본 발명의 범위로 제한하여 사용하는 것이 바람직하다. Bismuth (Bi) used in the present invention is used 0.7 to 2.50% by weight, selenium (Se) is used 0.3 to 1.0% by weight. When the content of bismuth (Bi) and selenium (Se) used in the present invention is out of the above range, there is a problem that the machinability and mechanical properties are deteriorated or a crack of a bronze product may occur, thereby limiting the scope of the present invention. It is preferable to use.
비스무트(Bi)는 원자번호 89, 원자량 208.9804의 은백색의 금속으로 융점 271℃, 비중 9.8, 끓는점 1,560℃이다. 상온에서는 전성, 연성이 떨어지고 산화력이 있는 산에는 녹는 성질이 있다. 공기 중에 가열하면 청백색의 불꽃을 뿜으며 탄다. 납(Pb),카드뮴, 주석(Sn) 등과 함께 합금을 만드는 원료로 사용될 수 있다. Bismuth (Bi) is a silver white metal having an atomic number of 89 and an atomic weight of 208.9804, melting point of 271 ° C, specific gravity of 9.8, and boiling point of 1,560 ° C. At room temperature, the malleability, ductility is inferior, and oxidizing acid has a property of melting. When heated in air, it burns with blue-white flames. It can be used as a raw material to make alloys with lead (Pb), cadmium and tin (Sn).
셀레늄(Se)은 원소기호 Se, 녹는점 221℃, 끓는점 685℃인 고체이다. 많은 동소체가 있는데 주요한 것으로는 회색의 금속 셀레늄(Se), 적색의 결정셀레늄(Se), 흑색의 유리상 셀레늄(Se)의 3종이 있으며 빛을 조사하면 전기 전도가 증가하는 특징이 있다. Selenium (Se) is a solid having an element symbol Se, a melting point of 221 ° C and a boiling point of 685 ° C. There are many allotropes. The main ones are gray metal selenium (Se), red crystalline selenium (Se), and black glassy selenium (Se).
본 발명에서 셀레늄(Se)은 필요에 따라 부가할 수 있으며 0.30 ~1.0중량%의 함량으로 첨가될 수 있다. 본 발명에서 제시하는 범위내의 셀레늄(Se)을 비스무트(Bi)와 함께 혹은 비스무트(Bi) 단독으로 사용함으로써 절삭가공성을 높일 수 있고 경제적인 측면에서 바람직하다. In the present invention, selenium (Se) may be added as needed and may be added in a content of 0.30 ~ 1.0% by weight. By using selenium (Se) within the range proposed in the present invention together with bismuth (Bi) or bismuth (Bi) alone, the machinability can be improved and economical.
본 발명에 따른 아연(Zn)은 합금의 성형성을 높이고 내압성을 향상시키는 원소로 8.0~13.0중량% 바람직하게는 8.0~10.0중량%가 사용된다. 아연(Zn)의 함량이 본 발명에 따른 범위를 벗어나는 경우에는 강도 및 내마모성이 저하되거나 유동성이 저하되어 가공성이 나쁜 단점이 있어 바람직하지 못하다. Zinc (Zn) according to the present invention is used as an element to increase the moldability of the alloy and improve the pressure resistance, 8.0 to 13.0% by weight, preferably 8.0 to 10.0% by weight. When the content of zinc (Zn) is out of the range according to the present invention, strength and abrasion resistance are deteriorated or fluidity is deteriorated, which is not preferable because of poor workability.
본 발명에서는 합금 원소로서 규소(Si)를 사용하는 것을 특징으로 하고 사용되는 규소(Si)는 3.0~6.0중량%가 바람직하고 더욱 바람직하게는 3.0 내지 4.0중량%이다. 규소(Si)의 함량이 3.0중량% 미만에서는 주조성이 낮고, 본 발명에서 제시한 범위내에서 금형 주조성의 향상 및 피삭성, 내압성, 내마모성의 성질을 향상시킬 수 있는 최적의 범위가 된다. In the present invention, silicon (Si) is used as the alloying element, and the silicon (Si) used is preferably 3.0 to 6.0% by weight, more preferably 3.0 to 4.0% by weight. If the content of silicon (Si) is less than 3.0% by weight, the castability is low, and within the range proposed in the present invention, the moldability is improved and the machinability, pressure resistance, and abrasion resistance can be improved.
규소(Si)는 입수가 용이하고 저렴한 원소로서 합금을 제조함에 있어 경제적인 측면에서 장점이 있다. 즉, 규소(Si)는 산소 다음으로 지구상에 많이 존재하는 원소로 대개 산소와 결합하여 SiO2로 존재하며 순수한 SiO2결정이 석영이다. 규소(Si)의 원료인 실리카는 세계 곳곳에 풍부하게 존재하고 있다. 주요 광물은 석영, 고온석영(High Quartz),트리다이마이트(tridymite), 아메시스트(Amethys)등이 있으며 주요 용도는 유리 공업용, 도자기류용, 화학공업, 충전재용, 내화물용, 규산소다용, 제철제강, 정수공업용, 비철제련, 시멘트공업, 건축재 등에 쓰인다. Silicon (Si) is an easily available and inexpensive element and has an economical advantage in producing an alloy. That is, silicon (Si) is an element that exists a lot on earth after oxygen, and is usually present as SiO 2 in combination with oxygen, and pure SiO 2 crystal is quartz. Silica, a raw material for silicon (Si), is present in abundance around the world. The main minerals are quartz, high quartz, tridymite, amethys, etc.The main uses are for glass industry, ceramics, chemical industry, fillers, refractory, sodium silicate, steelmaking. Used in steelmaking, water purification industry, nonferrous smelting, cement industry, building materials, etc.
일반적으로 청동합금이라 함은 주석청동합금을 의미하고 주석(Sn)의 함량이 10중량%에 이르나 본 발명에서는 1.5중량%이하로 사용한다. 따라서 종래 주석청동합금으로는 사형주조만 가능하였지만 본 발명에 따른 청동합금의 경우에는 주석(Sn)을 대체하여 규소(Si)를 사용함으로써 금형주조가 가능하게 된다. 앞서도 설명한 바와 같이 금형주조의 경우 사형주조에 비해 생산되는 제품의 품질이 우수할 뿐만 아니라 설비가 간단하고 작업환경이 우수한 장점이 있기 때문에 본 발명에 따른 무연청동합금은 경제적인 측면에서나 품질면에서 주석을 함유한 청동합금의 사형주조 제품에 비해 월등히 뛰어나게 된다. Generally, bronze alloy means tin bronze alloy and the content of tin (Sn) reaches 10% by weight but is used in the present invention at 1.5% by weight or less. Therefore, although only a sand casting was possible with the conventional tin bronze alloy, in the case of the bronze alloy according to the present invention, mold casting is possible by using silicon (Si) instead of tin (Sn). As described above, in the case of mold casting, the lead-free bronze alloy according to the present invention is annotated in terms of economy and quality because it has the advantages of excellent product quality compared to sand casting and simple equipment and excellent working environment. Compared to the sand casting product of bronze alloy containing
본 발명에서 니켈(Ni)은 합금의 내식성을 증가시키기 위하여 첨가되는 것으로 1.0중량%이하로 사용되는 것이 바람직하다. Nickel (Ni) in the present invention is added to increase the corrosion resistance of the alloy is preferably used less than 1.0% by weight.
알루미늄(Al)은 기계적 물성 저하를 고려하여 1.50중량%이하로 사용하는 것이 바람직하다. Aluminum (Al) is preferably used in less than 1.50% by weight in consideration of mechanical properties deterioration.
또한 본 발명에서는 도 1에 나타난 바와 같이 금형주조용 무연청동 합금을 제조하는 방법을 제공하는 것을 특징으로 한다. In addition, the present invention is characterized by providing a method for producing a lead-free bronze alloy for die casting as shown in FIG.
본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금의 제조방법은 The production method of lead-free bronze copper alloy for die casting according to the present invention
납(Pb) 0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~13.0중량%, 규소(Si) 3.0~6.0중량%, 주석(Sn) 1.50중량% 이하, 니켈(Ni) 1.0중량% 이하, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al) 1.50중량% 이하, 셀레늄(Se) 0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물로 구성된 금형주조용 무연 청동합금을 전기로내에 잠입하는 단계; 상기 전기로내의 온도를 1,130~1,230℃로 하여 용해시키는 단계;상기 용융 합금을 교반 및 탈가스 처리하는 단계;슬래그 상태로 부상된 산화물을 제거하는 단계;상기 슬래그 산화물이 제거된 용융합금을 잉고트로 주조하는 단계;를 포함하여 구성된다. 0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0-13.0 wt% of zinc (Zn), 3.0-6.0 wt% of silicon (Si), 1.50 wt% or less of tin (Sn), 1.0 wt% or less of nickel (Ni), bismuth (Bi) ) Injecting lead-free bronze alloy for die casting containing 0.7 ~ 2.50% by weight, 1.50% by weight of aluminum (Al), 0.30 ~ 1.0% by weight of selenium (Se), and the rest is composed of copper (Cu) and unavoidable impurities. step; Dissolving the temperature in the electric furnace to 1,130 ~ 1,230 ℃; Stirring and degassing the molten alloy; Removing the oxide floating in the slag state; Casting the molten alloy from which the slag oxide is removed with ingot It is configured to include.
나아가 본 발명은 도 2에 나타난 바와 같이 상기 제조된 무연청동합금을 이용한 금형주조 방법을 제공한다. 즉, 본 발명에 따른 금형주조 방법은 용해로에 금형 주조용 무연청동 합금을 넣고 용해시킨 후 금형주조의 온도를 1,080~1,130℃로 유지하고, 170~230℃로 예열된 주조금형에 작은 바가지를 이용하여 용탕을 주입하는 금형주조단계와 금형에서 주조물을 분리하여 후처리 하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 도 3 및 4는 본 발명에 따른 무연청동합금을 이용하여 제조된 금형주물품 과 정밀금형 주물품의 예를 보여주는 것으로 우수한 주조성과 절삭가공성이 요구되는 제품에 다양하게 이용될 수 있다. Furthermore, the present invention provides a mold casting method using the prepared lead-free bronze alloy as shown in FIG. That is, in the mold casting method according to the present invention, after dissolving the lead-free bronze alloy for mold casting in a melting furnace, the mold casting temperature is maintained at 1,080 to 1,130 ° C., and a small gourd is used for the casting mold preheated to 170 to 230 ° C. It can be configured to include a mold casting step of injecting molten metal and a post-processing by separating the casting from the mold. 3 and 4 show examples of mold castings and precision mold castings manufactured using lead-free bronze alloys according to the present invention, and can be used in various products requiring excellent castability and machinability.
또한, 금형주조용 무연청동 합금은 양호한 주조성으로 정밀 금형주조가 용이한 특징을 갖는다.
In addition, the lead-free bronze alloy for die casting has a feature of easy casting of precision dies with good castability.
이하에서는 상기에서 설명한 점에 기초하여 본 발명에 따른 금형주조성 및 절삭가공성이 향상된 금형주조용 무연청동 합금이 다양한 함량으로 제조될 수 있음을 실시예를 들어 설명한다.
Hereinafter, an example will be described based on the above-described point that the lead-free bronze alloy for mold casting according to the present invention can be manufactured in various contents.
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실시예 1Example 1
본 발명에 따른 금형주조성 및 절삭가공성이 향상된 금형주조용 무연청동 합금은 구리(Cu) 85.55중량%, 아연(Zn) 9.25중량%, 규소(Si) 3.10중량%, 주석(Sn) 0.47중량%, 니켈(Ni) 0.25중량%, 알루미늄(Al) 0.003중량%, 비스무트(Bi) 0.84중량%, 납(Pb) 0.02중량%,셀레늄(Se) 0.51중량%를 포함하여 구성될 수 있다.
The lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention, which has improved mold casting and cutting property, is 85.55 wt% copper (Cu), 9.25 wt% zinc (Zn), 3.10 wt% silicon (Si), and 0.47 wt% tin (Sn). Nickel (Ni) 0.25% by weight, aluminum (Al) 0.003% by weight, bismuth (Bi) may be included, including 0.84% by weight, lead (Pb) 0.02% by weight, selenium (Se) 0.51% by weight.
실시예 2Example 2
본 발명에 따른 금형주조성 및 절삭가공성이 향상된 금형주조용 무연청동 합금은 구리(Cu) 86.76중량%, 아연(Zn) 8.32중량%, 규소(Si) 3.22중량%, 주석(Sn) 0.06중량%, 니켈(Ni) 0.01중량%, 알루미늄(Al) 0.25중량%, 비스무트(Bi) 0.93량%, 납(Pb) 0.02중량%,셀레늄(Se) 0.43중량%를 포함하여 구성될 수 있다.
The lead-free bronze alloy for die casting according to the present invention, which has improved mold casting and cutting property, is 86.76 wt% of copper (Cu), 8.32 wt% of zinc (Zn), 3.22 wt% of silicon (Si), and 0.06 wt% of tin (Sn). Nickel (Ni) 0.01% by weight, aluminum (Al) 0.25% by weight, bismuth (Bi) 0.9% by weight, lead (Pb) 0.02% by weight, selenium (Se) may be configured to include 0.43% by weight.
비교예 1Comparative Example 1
종래 무연청동 합금으로 구리(Cu) 87.65중량%, 아연(Zn) 5.80중량%, 주석(Sn) 5.26중량%, 니켈(Ni) 0.01중량%, 비스무트(Bi) 1.22중량%, 납(Pb) 0.06중량%를 포함하여 구성된다.
Conventional lead-free bronze alloy, 87.65 wt% copper (Cu), 5.80 wt% zinc (Zn), 5.26 wt% tin (Sn), 0.01 wt% nickel (Ni), 1.22 wt% bismuth (Bi), lead (Pb) 0.06 It comprises a weight percent.
상기 실시예 1 및 2, 비교예에서 제시한 다양한 형태의 합금조성을 표 1에 나타내었다.
Table 1 shows the alloy compositions of various forms shown in Examples 1 and 2 and Comparative Examples.
표 2는 본 발명에 따른 금형주조용 무연청동합금 주물에 관한 위생 안전 기준 검사내역이다. Table 2 is a hygienic safety standard inspection history of the lead-free bronze alloy casting for die casting according to the present invention.
상기 표 2로부터 알 수 있는 바와 같이 본원발명에 따른 무연청동합금 주조물은 납 성분이 검출되지 않고 인체에 무해하여 물 관련 제품에 다양하게 적용될 수 있다. As can be seen from Table 2, the lead-free bronze alloy casting according to the present invention can be variously applied to water-related products because the lead component is not detected and harmless to the human body.
또한, 도 3 및 4에 나타난 바와 같이 금형주조가 가능함으로써 제품의 품질이 매우 우수함을 알 수 있다. In addition, as shown in Figures 3 and 4 it can be seen that the mold quality can be very excellent product quality.
나아가, 도 5에 나타난 바와 같이 칩 형태가 잘게 절단된 형태로 보아 절삭가공성 또한 매우 우수함을 알 수 있다. Further, as shown in Figure 5 it can be seen that the cutting process is also very excellent in the form of the chip is cut finely.
Claims (7)
납(Pb) 0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~10.0중량%, 규소(Si) 3.0~4.0중량%를 포함하며, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al) 1.50중량% 이하, 셀레늄(Se) 0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금.The method of claim 1,
0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0 to 10.0 wt% of zinc (Zn), 3.0 to 4.0 wt% of silicon (Si), 0.7 to 2.50 wt% of bismuth (Bi), and 1.50 wt% of aluminum (Al) Lead-free bronze alloy for casting, comprising selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight and the remainder is copper (Cu) and unavoidable impurities.
납(Pb) 0.1중량% 이하, 아연(Zn) 8.0~10.0중량%, 규소(Si) 3.0~4.0중량%를 포함하며, 주석(Sn) 1.50중량% 이하, 니켈(Ni) 1.0중량% 이하, 비스무트(Bi) 0.7~2.50중량%, 알루미늄(Al) 1.50중량% 이하, 셀레늄(Se) 0.30~1.0중량%를 포함하고 나머지는 구리(Cu) 및 불가피 불순물인 것을 특징으로 하는 금형주조용 무연 청동합금.The method of claim 1,
0.1 wt% or less of lead (Pb), 8.0 to 10.0 wt% of zinc (Zn), 3.0 to 4.0 wt% of silicon (Si), 1.50 wt% or less of tin (Sn), 1.0 wt% or less of nickel (Ni), Lead-free bronze for casting, characterized in that the bismuth (Bi) 0.7 ~ 2.50% by weight, aluminum (Al) 1.50% by weight or less, selenium (Se) 0.30 ~ 1.0% by weight, the remainder is copper (Cu) and unavoidable impurities alloy.
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