專利名稱：：用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，所述原料磷-青銅合金可以被用于在不攪拌熔融金屬的情況下通過半固態(tài)金屬鑄造制備具有微晶粒的磷-青銅合金鑄件。要求在2006年2月13日提交的日本專利申請No.2006-035003的優(yōu)先權(quán)，該日本專利申請的內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
背景技術(shù)：
：作為磷-青銅合金，已知的是Cu-Sn系銅合金，該銅合金含有作為主要組分的銅和錫以及微量的P。在JIS標(biāo)準(zhǔn)中對鍛造磷-青銅合金和鑄造磷-青銅合金的成分組成進(jìn)行了限定，所述鍛造磷-青銅合金的組分組成包含3.5至9.0質(zhì)量％的Sn、0.03至0.35質(zhì)量％的磷以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)，而所述鑄造磷-青銅合金的組分組成包含9.0至15.0質(zhì)量％的Sn、0.05至0.5質(zhì)量％的磷以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)。當(dāng)使用已知的方法熔融和鑄造磷-青銅合金時，在熔融磷-青銅合金中產(chǎn)生枝晶相a初晶，因而熔融合金的流動性差，由此劣化在低溫的鑄造性能。為了解決此問題，當(dāng)通過在液相線溫度和固相線溫度之間的溫度范圍內(nèi)，劇烈攪拌熔融磷-青銅合金，以制備漿液-相半熔融磷-青銅合金并且鑄造該半熔融磷-青銅合金時，在固體-液體混合物漿液中產(chǎn)生的枝晶由于攪拌而被分?jǐn)?，使在固體-液體混合物漿液中的oc初晶固體形成球形，由此即使在高的固相比率條件下仍能保持流動性。因此，已經(jīng)提出了鑄造具有包括微晶粒和粒狀晶體的組織的磷-青銅合金鑄件，這種方法被稱為半固態(tài)金屬鑄造法(參見專利文獻(xiàn)1)。日本未審查專利公布No.H6-234049
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題然而，在進(jìn)行攪拌熔融金屬的半固態(tài)金屬鑄造法中，由于需要在控制熔融金屬的溫度下進(jìn)行攪拌，因此需要增加裝置的尺寸。因此，在一些條件下，可能將額外的氣體引入到熔融金屬中。考慮到磨具的損耗，需要降低熔融金屬的溫度。這樣采用上述現(xiàn)有的磷-青銅合金在半熔融狀態(tài)被攪拌時，就不能完全抑制枝晶(dentrite)組織的產(chǎn)生。因此，熔融金屬的流動性顯著劣化，由此最終導(dǎo)致可能的鑄造缺陷。本發(fā)明是考慮到上述問題設(shè)計的。本發(fā)明的一個目的是提供一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，所述原料磷-青銅合金可以在不使用攪拌熔融金屬的手段的情況下，通過半固態(tài)金屬鑄造制備具有微晶粒的磷-青銅合金鑄件。用于解決問題的手段本發(fā)明提供基于上述研究結(jié)果的下列方面(1)一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，所述原料磷-青銅合金的組分組成包含4至15質(zhì)量％的Sn、0.0005至0.04質(zhì)量％的Zr、0.01至0.25質(zhì)量％的P以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)。(2)—種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，所述原料磷-青銅合金的組分組成包含4至15質(zhì)量％的Sn、0.0005至0.04質(zhì)量％的Zr、0.01至0.25質(zhì)量°/。的P、0.1至7.5質(zhì)量％的Zn以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)。(3)根據(jù)(l)或(2)的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅的組分組成，還包含0.01至4.5質(zhì)量％的Pb、0.01至3.0質(zhì)量％的Bi、0.03至1.0質(zhì)量％的Se和0.01至1.0質(zhì)量％的Te中的一種或多種。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金熔融，以產(chǎn)生固體-液體混合物漿液形式的半熔融磷-青銅合金，并且使用常規(guī)方法鑄造該半熔融磷-青銅合金時，在半熔融磷-青銅合金的液相中，產(chǎn)生微小的粒狀a初相，或cx固體相共存。因此，即使不使用攪拌裝置時，也能夠鑄造半熔融磷-青銅合金，而不損害半熔融磷-青銅合金的流動性。此外，通過鑄造半熔融磷-青銅合金而獲得晶粒更為微細(xì)化的磷-青銅合金鑄件，由此進(jìn)一步提高機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)施本發(fā)明的最佳方式預(yù)先制備和儲存一種成分調(diào)節(jié)好的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金的鑄塊，取出所需量并且將其再熔融，制備出半熔融磷-青銅合金，并且可以通過鑄造該半熔融磷-青銅合金，而制造出具有微晶粒的半熔融磷-青銅合金鑄件。將描述根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金的組分組成進(jìn)行如上所述的限定的原因。Sn:Sn具有通過添加到Cu中來提供熔融合金的流動性，提高鑄件的耐腐蝕性以及提高機(jī)械強(qiáng)度和耐磨損性的功能。當(dāng)該含量小于4質(zhì)量％時，由于機(jī)械強(qiáng)度小并且熔融合金的流動性降低而不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)該含量大于15質(zhì)量％時，由于鑄造性質(zhì)劣化并且所得鑄件硬且脆，由此降低機(jī)械強(qiáng)度，因而不優(yōu)選。因此，包含在根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的磷-青銅合金中的Sn含量被限定在4質(zhì)量c/。至15質(zhì)量％的范圍內(nèi)。Zr:在其與p共存的情況下，Zr具有促進(jìn)微粒狀a初晶在半熔融狀態(tài)中的產(chǎn)生，提高半熔融磷-青銅合金的流動性以及降低磷-青銅合金鑄件的晶粒的尺寸的功能。當(dāng)其含量小于0.0005質(zhì)量％時，由于晶粒的尺寸的降低不夠而不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)該含量大于0.04質(zhì)量％時，由于鑄件的晶粒的尺寸增加而不優(yōu)選。因此，包含在根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金的Zr含量被限定在0.0005質(zhì)量％至0.04質(zhì)量％的范圍內(nèi)。在與Zr共存的情況下，P具有促進(jìn)微粒狀a初晶在半熔融狀態(tài)中產(chǎn)生，提高半熔融磷-青銅合金的流動性以及降低磷-青銅合金鑄件的晶粒的尺寸的功能。當(dāng)其含量小于0.01質(zhì)量％時，由于晶粒尺寸的降低不夠而不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)該含量大于0.25質(zhì)量％時，由于產(chǎn)生低熔點(diǎn)的金屬間化合物而使其變脆，因而不優(yōu)選。因此，包含在根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的磷-青銅合金中的P含量被限定在0.01質(zhì)量％至0.25質(zhì)量％的范圍內(nèi)。Zn:Zn具有進(jìn)一步提高半熔融磷-青銅合金的流動性、降低熔點(diǎn)和提高耐腐蝕性的功能，因而根據(jù)需要添加。當(dāng)其含量小于0.1質(zhì)量％時，由于沒有獲得所需效果而不優(yōu)選。另一方面，當(dāng)其含量大于7.5質(zhì)量％時，由于所得鑄件的流動性劣化而不優(yōu)選。因此，包含在根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金中的Zn含量被限定在0.1質(zhì)量°/。至7.5質(zhì)量％的范圍內(nèi)。其它組分根據(jù)需要，根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金可以還包含Pb、Bi、Se和Te等中的一種或多種。當(dāng)所述組分包含在磷-青銅合金中時，優(yōu)選的是，Pb含量在0.01質(zhì)量％至4.5質(zhì)量％的范圍內(nèi)，Bi含量在0.01質(zhì)量％至3.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)，Se含量在0.03質(zhì)量％至1.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)，而Te含量在O.Ol質(zhì)量％至1.0質(zhì)量％的范圍內(nèi)。通過使根據(jù)本發(fā)明的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金具有上述組分組成，當(dāng)用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金被熔融以產(chǎn)生固體-液體混合物漿液形式的半熔融磷-青銅合金并且使用常規(guī)方法鑄造該半熔融磷-青銅合金時，在半熔融磷-青銅合金的液相中，產(chǎn)生微小的粒狀a初相，或a固體相共存。因此，即使不使用攪拌裝置時，也能夠在不損害半熔融磷-青銅合金的流動性的情況下鑄造該半熔融磷-青銅合金。此外，有利的是，通過鑄造半熔融磷-青銅合金獲得的磷-青銅合金鑄件的晶粒還降低了尺寸，由此進(jìn)一步提高了機(jī)械強(qiáng)度。實(shí)施方案(實(shí)施方案1)準(zhǔn)備作為原料的常規(guī)電解銅，將該電解銅進(jìn)料到電爐中，將電解銅在Ar氣體的氣氛中熔融，當(dāng)熔融銅的溫度為1200。C時，向其中添加Sn和P，根據(jù)需要向其中添加Zn、Pb、Bi、Se、Te等，最后，向其中添加Zr，從而制備出熔融磷-青銅合金。通過鑄造該熔融磷-青銅合金，制備出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金(下面，稱作根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的原料磷-青銅合金)的鑄塊以及根據(jù)比較例1至6的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金(下面，稱作根據(jù)比較例的原料磷-青銅合金)的鑄塊，這些原料磷-青銅合金具有表1至6中所示的組分組成。通過將包含9質(zhì)量％的Sn、0.35質(zhì)量％的P以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)并且在市場上可獲得的磷-青銅合金以及包含6質(zhì)量％的Sn、0.1質(zhì)量％的P以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)并且在市場上可獲得的磷-青銅合金在Ar氣體的氣氛中熔融，制備出1200。C溫度熔融的磷-青銅合金。將所得熔融的磷-青銅合金，制備出根據(jù)常規(guī)例1和2的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金1和2的鑄塊(下面，稱作根據(jù)常規(guī)例的原料磷-青銅合金)，這些磷-青銅合金具有表6所示的組分組成。通過切割根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75的原料磷-青銅合金、根據(jù)比較例1至6原料磷-青銅合金和根據(jù)常規(guī)例1和2的原料磷-青銅合金的鑄塊中的部分，并且將這些切割的鑄塊在介于固相線溫度和液相線溫度之間的預(yù)定溫度加熱，以使這些鑄塊再熔融，從而制備出半熔融磷-青銅合金。通過將該半熔融磷-青銅合金快速冷卻，制備出快速冷卻樣品。通過用光學(xué)顯微鏡觀察快速冷卻樣品的組織，推定其在半熔融磷-青銅合金中與液相共存的a固相的形狀，并且測量其平均顆粒尺寸。結(jié)果顯示于表1至6中。通過用硝酸蝕刻快速冷卻樣品的切割斷面，然后用光學(xué)顯微鏡觀察該切割表面，測量a固相的平均顆粒尺寸。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>注*表示偏離本發(fā)明條件的值。200780005073.8勢溢也被13/15:a;從表1至6所示的結(jié)果推斷，在根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75的原料磷-青銅合金的半熔融狀態(tài)中，微粒狀a固相與液相共存，因?yàn)樗锌焖倮鋮s樣品的oc固相都呈微小的粒狀。另一方面，可推斷出，在根據(jù)常規(guī)例l和2的原料磷-青銅合金的半熔融狀態(tài)中產(chǎn)生了枝晶，因?yàn)楦鶕?jù)常規(guī)例1和2的原料磷-青銅合金的快速冷卻樣品的a固相呈枝晶相。因此，可以看出，由根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75的原料磷-青銅合金產(chǎn)生的半熔融磷-青銅合金在流動性上比由根據(jù)常規(guī)例1和2的原料磷-青銅合金產(chǎn)生的半熔融磷-青銅合金好，并且在通過將根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75的原料磷-青銅合金熔融而獲得的半熔融磷-青銅合金的液相中產(chǎn)生微粒狀a固相，由此，即使當(dāng)半熔融磷-青銅合金在沒有攪拌的情況下鑄造時，也獲得具有微晶粒的鑄件。還可以看出，根據(jù)比較例l至6的、包含背離本發(fā)明條件(本發(fā)明的組分組成的范圍)的原料磷-青銅合金是不優(yōu)選的，因?yàn)樵谄浒肴廴跔顟B(tài)中產(chǎn)生枝晶，或晶粒的尺寸降低不夠，或合金是脆性的。(實(shí)施方案2)通過切割在實(shí)施方案1中制備出的、根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例1至75原料磷-青銅合金、根據(jù)比較例l至6的原料磷-青銅合金以及根據(jù)常規(guī)例l和2的原料磷-青銅合金的鑄塊中的部分，并且將切割出的鑄塊完全熔融，從而制備出液相形式的熔融磷-青銅合金。之后，通過將該熔融磷-青銅合金冷卻，制備出保持在介于固相線溫度和液相線溫度之間的預(yù)定溫度的半熔融磷-青銅合金。通過將該半熔融磷-青銅合金快速快速冷卻，以制備出快速冷卻樣品。通過使用光學(xué)顯微鏡觀察該快速冷卻樣品的組織，推斷出在半熔融磷-青銅合金中所產(chǎn)生的a固體晶體的形狀，并且測量其平均顆粒尺寸。所得結(jié)果與實(shí)施方案l相同。工業(yè)可適用性當(dāng)用于半固態(tài)金屬鑄造的本發(fā)明的原料磷-青銅合金被熔融，以產(chǎn)生固體-液體混合物漿液形式的半熔融磷-青銅合金，并且使用常規(guī)方法鑄造該半熔融磷-青銅合金時，在半熔融磷-青銅合金的液相中，產(chǎn)生微小的粒狀a初相，或oc固體相共存。因此，即使當(dāng)不使用攪拌裝置時，也能夠在不損害半熔融磷-青銅合金的流動性的情況下，鑄造該半熔融磷-青銅合金。此外，有利的是，通過半固態(tài)金屬鑄造該磷-青銅合金獲得的磷-青銅合金鑄件的晶粒在尺寸上進(jìn)一步降低，由此進(jìn)一步提高了機(jī)械強(qiáng)度。因此，本發(fā)明在工業(yè)上是非常有用的。權(quán)利要求1.一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，其組分組成包含4至15質(zhì)量％的Sn、0.0005至0.04質(zhì)量％的Zr、0.01至0.25質(zhì)量％的P，以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)。2.—種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，其組分組成包含4至15質(zhì)量％的Sn、0.0005至0.04質(zhì)量％的Zr、0.01至0.25質(zhì)量％的P、0.1至7.5質(zhì)量％的Zn，以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，其中所述組分組成還包含0.01至4.5質(zhì)量％的Pb、0.01至3.0質(zhì)量％的Bi、0.03至1.0質(zhì)量％的Se和0.01至1.0質(zhì)量％的Te中的一種或多種。全文摘要本發(fā)明公開一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷-青銅合金，其組分組成包含4至15質(zhì)量％的Sn、0.0005至0.04質(zhì)量％的Zr、0.01至0.25質(zhì)量％的P，以及余量的Cu和不可避免的雜質(zhì)，根據(jù)需要，還包含0.1至7.5質(zhì)量％的Zn，并且根據(jù)需要，還包含0.01至4.5質(zhì)量％的Pb、0.01至3.0質(zhì)量％的Bi、0.03至1.0質(zhì)量％的Se和0.01至1.0質(zhì)量％的Te中的一種或多種。文檔編號C22C9/02GK101384386SQ20078000507公開日2009年3月11日申請日期2007年2月9日優(yōu)先權(quán)日2006年2月13日發(fā)明者大石惠一郎申請人:三菱伸銅株式會社;三菱麻鐵里亞爾株式會社