专利名称：：用于半固态金属铸造的原料黄铜合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，该原料黄铜合金可以被用于在不搅拌熔融金属的情况下通过半固态金属铸造制备具有微晶粒的黄铜合金铸件。要求在2006年2月10日提交的日本专利申请No.2006-034126的优先权，该日本专利申请的内容通过引用结合在此。
背景技术：
：工业上使用的黄铜包含8质量％至50质量％的Zn，并且根据其用途进行分类。粗略地，黄铜被分类成包含8质量％至20质量°/。的Zn以及余量的Cu和不可避免的杂质的黄铜合金；包含25质量％至35质量％的Zn以及余量的Cu和不可避免的杂质的黄铜合金；以及，包含35质量％至45质量％的Zn以及余量的Cu和不可避免的杂质的黄铜合金。含有8至20质量％的Zn的黄铜合金被用于制备装饰品，因为它的颜色接近于金的颜色。含有25至35质量％的Zn的黄铜合金的代表是7-3黄铜，所述7-3黄铜包含70质量Q/。的铜和30质量。/。的锌，并且具有均匀的a固溶体组织。含有35至45质量％的Zn的黄铜合金的代表是6-4黄铜，所述6-4黄铜包含60质量％的铜和40质量％的锌，并且具有ot+(3固溶体组织。黄铜合金被广泛地用于制备各种机械部件。还已知的有通过向其中添加Si以提高熔融合金流动性的特殊黄铜合金；向其中单独或组合添加Pb、Bi、Se和Te以提高易切削性的特殊黄铜合金；以及，向其中单独或组合添加Al、Fe、Mn和Ni以提高强度、耐腐蚀性和耐磨损性的特殊黄铜合金。当黄铜合金的熔融金属被熔融并且通过使用通常方法铸造时，产生枝晶(dentrite)组织，并且由此未获得具有微晶粒的黄铜合金铸件。因此，提出了用于获得具有微晶粒的黄铜合金铸件的各种铸造方法，并且作为其实例，提出了一种半熔融合金铸造法。在这种铸造法中，将其中固体金属和液体金属在介于合金的液相线温度和固相线温度之间的温度范围混合的浆液状态形式的合金(其中处于浆液状态的合金称作"半熔融合金")伴随着机械或电磁搅拌进行冷却并且固化，并且当铸造之前达到预定固相比率时，搅拌停止。根据该铸造法，在固体-液体混合浆液中产生的枝晶由于搅拌而被分断，使在该固体-液体混合浆液中的初晶固体在形状上变为球形。因此，可以在高固相比率下仍能保持流动性。根据该铸造法，可以获得具有微晶粒的黄铜合金铸件(参见非-专利文献1)。"FifthRevisedEditionofMetalManual,"由THEJAPANINSTITUTEOFMETALS,MARUZEN股份有限公司编辑(于1992年4月20日出版)，第1041到1042页。
发明内容本发明要解决的问题然而，在进行其中对熔融金属搅拌的半熔融合金铸造法中，由于需要在控制熔融金属的温度下进行搅拌，齿此需要增加装置的尺寸。-因此，在一些条件下，可能将额外的气体引入到熔融金属中。考虑到磨具的损耗，需要降低熔融金属的温度。然而，即使当己知的黄铜合金在半熔融状态被搅拌时，也不可能完全抑制枝晶组织的产生。因此，熔融金属的流动性显著劣化，由此最终导致可能的铸造缺陷。本发明是考虑到上述问题设计的。本发明的一个目的是提供一种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金可以通过在不使用用于搅拌熔融金属的手段的情况下，使用半熔融合金铸造法制备出具有微晶粒的黄铜合金铸件。用于解决问题的手段因此，为了在不使用用于分断和粒化在液相中的枝晶的情况下，提高半熔融黄铜合金的流动性，以及为了即使当在低温铸造半熔融黄铜合金时也产生没有铸造缺陷的具有微晶粒的黄铜合金铸件，本发明的发明人进行了研究。结果，发现了下面的(A)至(D)。(A)通过使用通过将0.0005至0.04质量°/。的Zr和0.01至0.25质量%的P添加到作为原料合金的含有8至40质量％的Zn的黄铜合金中而获得的黄铜合金，将该黄铜合金完全熔融形成液相，并且将熔融黄铜合金冷却而获得的半熔融黄铜合金以及通过将其铸块再熔融而获得的半熔融黄铜合金都具有优异的流动性。因此，发现通过铸造半瑢融黄铜合金，能够产生具有微晶粒的黄铜合金铸件，并且发现与已知实例中不同的是，不需要在半熔融合金中进行搅拌处理。(B)通过使用通过将2至5质量％的Si、0.05质量°/。至6质量％的Sn和0.05至3.5质量％的Al中的一种或多种添加到作为原料合金的根据(A)的含有0.0005至0.04质量％的Zr和0.01至0.25质量％的P的黄铜合金中而获得的黄铜合金，将所述黄铜合金完全熔融形成液相，并且将该熔融的黄铜合金冷却而获得的半熔融黄铜合金和通过将其铸块再熔融而获得的半熔融黄铜合金都具有优异的流动性。因此，发现通过铸造该半熔融黄铜合金能够产生具有微晶粒的黄铜合金铸件，并且发现与已知实例中不同的是，不需要在半瑢融合金中进行搅拌处理。(C)发现，在上述A或B记载的黄铜合金中，还可包含0.005至0.45质量％的Pb、0.005至0.45质量％的Bi、0.03至0.45质量％的Se和0.01至0.45质量％的Te中的一种或多种的黄铜合金表现出相同的优点。(D)发现，在半熔融合金状态中的根据(A)至(C)的黄铜合金具有优异流动性的原因在于根据(A)至(C)的黄铜合金被完全熔融之后，在该黄铜合金的冷却和固化的过程中，产生了微小的粒状a初晶，而不是产生枝晶，并且在于该微小的粒状oc初晶共存于通过将根据(A)至(C)的黄铜合金再熔融而获得的半熔融黄铜合金的液相中。本发明基于上述结果提供下列方面(l)一种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金的组分组成包含8至40质量。/。的Zn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量M的P，以及余量的Cu和不可避免的杂质。(2)—种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金的组分组成包含8至40质量。/。的Zn;0.0005至0.04质量°/。的Zr;0.01至0.25质量％的P;还包含2至5质量％的Si、0.05至6质量％的Sn和0.05至3.5质量％的Al中的一种或多种；以及，余量的Cu和不可避免的杂质。(3)根据(1)或(2)所述的原料黄铜合金，可以具有还包含如下的一种或多种的组分组成0.005至0.45质量％的Pb、0.005至0.45质量％的Bi、0.03至0.45质量％的Se和0,01至0.45质量％的Te。本发明的优点当将根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金熔融，以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融黄铜合金，并且使用常规方法铸造该半熔融黄铜合金时，在半熔融磷-青铜合金的液相中，产生微小的粒状a初相，或a固体相共存。因此，即使当不使用搅拌装置，也能够铸造半熔融黄铜合金，而不损害半熔融黄铜合金的流动性。此外，通过铸造半熔融黄铜合金而获得晶粒更为微细化的黄铜合金铸件，由此进一步提高了机械强度。实施本发明的最佳方式下面，将详细描述本发明。根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金具有包含8至40质量。/。的Zn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P，以及余量的Cu和不可避免的杂质的组分组成。根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金可以具有包含8至40质量。/。的Zn;0.0005至0.04质量°/。的Zr;0.01至0.25质量°/。的P;在2至5质量°/。的Si、0.05至6质量°/。的Sn和0.05至3.5质量％的Al中的一种或多种；以及，余量的Cu和不可避免的杂质的组分组成。根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金具有包含在8至40质量。/。的Zn;0.0005至0.04质量％的Zr;0.01至0.25质量°/。的P;2至5质量％的Si、0.05至6质量％的Sn和0.05至3.5质量°/。的Al中的一种或多种；在0.005至0,45质量％的Pb、0.005至0.45质量％的Bi、0.03至0.45质量％的Se和0.01至0.45质量％的Te中的一种或多种；以及，余量的Cu和不可避免的杂质的组分组成。可以预先制备和储存成分调节好的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金的铸块，取出所需量并且将其再熔融，制备出半熔融黄铜合金，并且可以通过铸造该半熔融黄铜合金，而制造出具有微晶粒的半熔融黄铜合金铸件。将描述对根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金的组分组成进行如上所述限定的原因。Zn:Zn通过将其添加到Cu中而具有降低熔点、提高熔融合金的流动性和提高铸件的耐腐蚀性和机械强度的功能。当其含量小于8质量％时，由于熔融合金的流动性降低而不优选。另一方面，当其含量大于40质量％时，由于所得铸件的硬且脆，由此降低机械强度而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金中的Zn含量被限定在8质量％至40质量％的范围内。Zr:在与P共存的情况下，Zr具有促进微a初晶在半熔融合金状态中的产生，允许a初晶共存于通过再熔融的半熔融黄铜合金的液相中以提高半熔融黄铜合金的流动性，并且降低所得黄铜合金铸件的晶粒尺寸的功能。当其含量小于0.0005质量％时，由于黄铜合金铸件的晶粒尺寸的降低不够而不优选。另一方面，当该含量大于0.04质量％时，由于黄铜合金铸件的晶粒尺寸相当地增加而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金的Zr含量被限定在0.0005质量％至0.04质量％的范围内。在与Zr共存的情况下，P具有促进微a初晶在半熔融合金状态中产生，允许a初晶共存于通过再熔融的半熔融黄铜合金的液相中以提高半熔融黄铜合金的流动性，并且降低所得黄铜合金铸件的晶粒尺寸的功能。当其含量小于0.01质量％时，由于黄铜合金铸件的晶粒尺寸的降低不够而不优选。另一方面，当该含量大于0.25质量％时，由于铸件的晶粒在尺寸上增加而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的黄铜合金中的P含量被限定在0.01质量％至0.25质量％的范围内。Si、Sn、Al:当将Si、Sn和Al中的一种或多种与Zr、P、Cu和Zn—起添加时，Si、Sn和Al具有以下功能提高机械强度、耐腐蚀性、切削性和耐磨损性，扩宽用于包晶反应的组成范围，和表现出降低晶粒尺寸的显著作用。这些组分根据需要添加，以进一步提高半熔融黄铜合金的流动性。在这种情况下，当Si含量小于2质量M时，得不到所需的作用。另一方面，当该含量大于5质量％时，由于热传导性降低并且半熔融黄铜合金的流动性降低，因而是不优选的。Sn具有提高耐腐蚀性中的耐海水性的功能。当该含量小于0.05质量%，得不到所需的作用。另一方面，当该含量大于6质量％时，由于铸件脆、热传导性降低以及半熔融黄铜的流动性降低，因而不优选。Al除具有上述功能之外，还具有提高熔融合金的流动性、降低Zr损耗以及提高耐腐蚀性中的耐冲蚀性的功能。当该含量低于0.05质量°/。时，得不到所需的作用。另一方面，当该含量大于3.5质量％时，由于热传导性劣化以及半熔融黄铜合金的流动性降低，因而是不优选的。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金中的Si含量被限定在2至5质量％的范围内，Sn含量被限定在0.05至6质量％，而Al含量被限定在0.05至3.5质量％的范围内。在组分Si、Sn和Al中，Si是最有效的，并且最优选的是基本上包含Si。其它组分根据需要，根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金可以还包含Pb、Bi、Se和Te中的一种或多种。当在黄铜合金中包含这些组分时，优选的是，Pb含量在0.005质量％至0.45质量％的范围内，Bi含量在0.005质量％至0.45质量％的范围内，Se含量在0.03质量％至0.45质量％的范围内，而Te含量在0.01质量％至0.45质量％的范围内。通过如上所述设置根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金的组分组成，当根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金被熔融以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融黄铜合金并且使用常规方法铸造该半熔融黄铜合金时，在半熔融磷-青铜合金的液相中，产生微小的粒状a初相，或oc固体相共存。因此，即使在不使用搅拌装置时，也能够在不损害半熔融黄铜合金的流动性的情况下铸造该半熔融黄铜合金。此外，有利的是，通过铸造半熔融黄铜合金获得的黄铜合金铸件的晶粒在尺寸上进一步降低，由此进一步提高了机械强度。实施方案(实施方案1)准备作为原料的常规电解铜，将该电解铜进料到电炉中，将电解铜在Ar气氛中熔融，当熔融铜的温度为1200。C时，向其中添加Zn和P，根据需要向其中添加Si、Sn、Al、Pb、Bi、Se、Te等，最后，向其中添加Zr，从而制备出组分组成被调节的熔融黄铜合金。通过铸造和固化该熔融黄铜合金，制备出本发明实施例1至105的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金(下面，称作根据本发明实施例的原料黄铜合金)的铸块以及根据比较例l至8的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金(下面，称作根据比较例的原料黄铜合金)的铸块，这些原料黄铜合金具有表1至8中所示的组分组成。通过将在市场上可获得的包含70质量％的铜和30质量%的锌的7-3黄铜合金以及在市场上可获得的包含60质量％的铜和40质量％锌的6-4黄铜合金在Ar气体的气氛中熔融，制备出1200°C温度熔融的黄铜合金。通过铸造和固化该熔融的黄铜合金，制备出根据常规例1和2的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金(下面，称作已知的原料黄铜合金)的铸块，这些黄铜合金具有表7所示的组分组成。通过切割根据本发明实施例1至105的原料黄铜合金、根据比较例1至8原料黄铜合金和根据常规例1和2的原料黄铜合金的铸块中的部分，并且将这些切割的铸块在介于固相线温度和液相线温度之间的预定温度加热，以使这些铸块再熔融，从而制备出半熔融黄铜合金。通过将该半熔融黄铜合金快速冷却，制备出快速冷却样品。通过用光学显微镜观察快速冷却样品的组织，推定其在半熔融黄铜合金中与液相共存的a固相的形状，并且测量其平均颗粒尺寸。结果显示于表1至8中。通过用硝酸蚀刻淬火样品的切割表面，然后用光学显微镜观察该切割表面，测量a固相的平均颗粒尺寸。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>表4<table>tableseeoriginaldocumentpage14</column></row><table>表5<table>tableseeoriginaldocumentpage15</column></row><table>表6<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>表8<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>从表1至8所示的结果可推断出在根据本发明实施例1至105的原料黄铜合金的半熔融状态中，微粒状a固相与液相共存，因为快速冷却的a固相全都是微小的粒状。另一方面，可推断出在根据常规例1和2的原料黄铜合金的半熔融状态中产生了枝晶，因为根据常规例1和2的原料黄铜合金的快速冷却的a固相呈枝晶相。因此，可以看出由根据本发明实施例1至T05的原料黄铜合金产生的半熔融黄铜合金在流动性上好于由根据常规例1和2的原料黄铜合金产生的半熔融黄铜合金，并且看出在通过将根据本发明实施例1至105的原料黄铜合金熔融而获得的半熔融黄铜合金的液相中产生微粒状a固相，由此，即使当半熔融黄铜合金在没有搅拌的情况下铸造时，也获得具有微晶粒的铸件。还可以看出根据比较例l至6的、包含背离本发明条件(本发明的组分组成的范围)的Zn、Zr和P的原料黄铜合金是不优选的，因为在其半熔融状态中产生枝晶，或晶粒的尺寸降低不够，或合金是脆性的，并且看出在根据比较例7和8的黄铜合金中产生枝晶，在所述比较例7禾B8中，0.0005至0.04质量％的Zr和0.01至0.25质量％的P没有共存并且仅包含其中的一种。(实施方案2)通过切割在实施方案l中制备出的、根据本发明实施例1至105的原料黄铜合金、根据比较例1至8的原料黄铜合金以及根据常规例1和2的原料黄铜合金的铸块中的部分，并且将切割出的铸块完全熔融，从而制备出液相形式的熔融黄铜合金。之后，通过将该熔融黄铜合金冷却，制备出保持在介于固相线温度和液相线温度之间的预定温度的半熔融黄铜合金。通过将该半熔融黄铜合金快速淬火，以制备出快速冷却。通过使用光学显微镜观察该快速冷却的组织，可推断出在半熔融黄铜合金中所产生的a固体晶体的形状，并且测量其平均颗粒尺寸。所得结果与实施方案1相同。工业可适用性当根据本发明的用于半固态金属铸造的原料黄铜合金被熔融，以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融黄铜合金，并且使用常规方法铸造该半熔融黄铜合金时，在半熔融磷-青铜合金的液相中，产生微小的粒状a初相，或OC固体相共存。因此，即使当不使用搅拌装置时，也能够在不损害半熔融黄铜合金的流动性的情况下，铸造该半熔融黄铜合金。此外，有利的是，通过铸造半熔融黄铜合金获得的黄铜合金铸件的晶粒在尺寸上进一步降低，由此进一步提高了机械强度。因此，本发明在工业上是非常有用的。权利要求1.一种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金的组分组成包含8至40质量％的Zn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P，以及余量的Cu和不可避免的杂质。2.—种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金的组分组成包含8至40质量％的Zn;0.0005至0.04质量％的Zr;0.01至0.25质量％的P;还包含2至5质量°/。的Si、0.05至6质量°/。的Sn和0.05至3.5质量。/。的Al中的一种或多种；以及，余量的Cu和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的原料黄铜合金，其中所述组分组成还包含0.005至0.45质量％的Pb、0.005至0.45质量。/。的Bi、0.03至0.45质量%的Se和0.01至0.45质量％的Te中的一种或多种。全文摘要本发明公开一种用于半固态金属铸造的原料黄铜合金，所述原料黄铜合金的组分组成包含8至40质量％的Zn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P，以及余量的Cu和不可避免的杂质，根据需要，还包含2至5质量％的Si、0.05至6质量％的Sn和0.05至3.5质量％的Al中的一种或多种，并且还包含0.005至0.45质量％的Pb、0.005至0.45质量％的Bi、0.03至0.45质量％的Se和0.01至0.45质量％的Te中的一种或多种。文档编号C22C9/04GK101379205SQ20078000464公开日2009年3月4日申请日期2007年2月9日优先权日2006年2月10日发明者大石惠一郎申请人:三菱伸铜株式会社;三菱麻铁里亚尔株式会社