专利名称：：用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金，所述原料磷-青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磷-青铜合金铸件。要求在2006年2月13日提交的日本专利申请No.2006-035003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：
：作为磷-青铜合金，已知的是Cu-Sn系铜合金，该铜合金含有作为主要组分的铜和锡以及微量的P。在JIS标准中对锻造磷-青铜合金和铸造磷-青铜合金的成分组成进行了限定，所述锻造磷-青铜合金的组分组成包含3.5至9.0质量％的Sn、0.03至0.35质量％的磷以及余量的Cu和不可避免的杂质，而所述铸造磷-青铜合金的组分组成包含9.0至15.0质量％的Sn、0.05至0.5质量％的磷以及余量的Cu和不可避免的杂质。当使用已知的方法熔融和铸造磷-青铜合金时，在熔融磷-青铜合金中产生枝晶相a初晶，因而熔融合金的流动性差，由此劣化在低温的铸造性能。为了解决此问题，当通过在液相线温度和固相线温度之间的温度范围内，剧烈搅拌熔融磷-青铜合金，以制备浆液-相半熔融磷-青铜合金并且铸造该半熔融磷-青铜合金时，在固体-液体混合物浆液中产生的枝晶由于搅拌而被分断，使在固体-液体混合物浆液中的oc初晶固体形成球形，由此即使在高的固相比率条件下仍能保持流动性。因此，已经提出了铸造具有包括微晶粒和粒状晶体的组织的磷-青铜合金铸件，这种方法被称为半固态金属铸造法(参见专利文献1)。日本未审查专利公布No.H6-234049
发明内容本发明要解决的问题然而，在进行搅拌熔融金属的半固态金属铸造法中，由于需要在控制熔融金属的温度下进行搅拌，因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。这样采用上述现有的磷-青铜合金在半熔融状态被搅拌时，就不能完全抑制枝晶(dentrite)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磷-青铜合金，所述原料磷-青铜合金可以在不使用搅拌熔融金属的手段的情况下，通过半固态金属铸造制备具有微晶粒的磷-青铜合金铸件。用于解决问题的手段本发明提供基于上述研究结果的下列方面(1)一种用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金，所述原料磷-青铜合金的组分组成包含4至15质量％的Sn、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磷-青铜合金，所述原料磷-青铜合金的组分组成包含4至15质量％的Sn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量°/。的P、0.1至7.5质量％的Zn以及余量的Cu和不可避免的杂质。(3)根据(l)或(2)的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜的组分组成，还包含0.01至4.5质量％的Pb、0.01至3.0质量％的Bi、0.03至1.0质量％的Se和0.01至1.0质量％的Te中的一种或多种。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磷-青铜合金熔融，以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融磷-青铜合金，并且使用常规方法铸造该半熔融磷-青铜合金时，在半熔融磷-青铜合金的液相中，产生微小的粒状a初相，或cx固体相共存。因此，即使不使用搅拌装置时，也能够铸造半熔融磷-青铜合金，而不损害半熔融磷-青铜合金的流动性。此外，通过铸造半熔融磷-青铜合金而获得晶粒更为微细化的磷-青铜合金铸件，由此进一步提高机械强度。实施本发明的最佳方式预先制备和储存一种成分调节好的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金的铸块，取出所需量并且将其再熔融，制备出半熔融磷-青铜合金，并且可以通过铸造该半熔融磷-青铜合金，而制造出具有微晶粒的半熔融磷-青铜合金铸件。将描述根据本发明的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金的组分组成进行如上所述的限定的原因。Sn:Sn具有通过添加到Cu中来提供熔融合金的流动性，提高铸件的耐腐蚀性以及提高机械强度和耐磨损性的功能。当该含量小于4质量％时，由于机械强度小并且熔融合金的流动性降低而不优选。另一方面，当该含量大于15质量％时，由于铸造性质劣化并且所得铸件硬且脆，由此降低机械强度，因而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的磷-青铜合金中的Sn含量被限定在4质量c/。至15质量％的范围内。Zr:在其与p共存的情况下，Zr具有促进微粒状a初晶在半熔融状态中的产生，提高半熔融磷-青铜合金的流动性以及降低磷-青铜合金铸件的晶粒的尺寸的功能。当其含量小于0.0005质量％时，由于晶粒的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，由于铸件的晶粒的尺寸增加而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金的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具有促进微粒状a初晶在半熔融状态中产生，提高半熔融磷-青铜合金的流动性以及降低磷-青铜合金铸件的晶粒的尺寸的功能。当其含量小于0.01质量％时，由于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，由于产生低熔点的金属间化合物而使其变脆，因而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的磷-青铜合金中的P含量被限定在0.01质量％至0.25质量％的范围内。Zn:Zn具有进一步提高半熔融磷-青铜合金的流动性、降低熔点和提高耐腐蚀性的功能，因而根据需要添加。当其含量小于0.1质量％时，由于没有获得所需效果而不优选。另一方面，当其含量大于7.5质量％时，由于所得铸件的流动性劣化而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金中的Zn含量被限定在0.1质量°/。至7.5质量％的范围内。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磷-青铜合金可以还包含Pb、Bi、Se和Te等中的一种或多种。当所述组分包含在磷-青铜合金中时，优选的是，Pb含量在0.01质量％至4.5质量％的范围内，Bi含量在0.01质量％至3.0质量％的范围内，Se含量在0.03质量％至1.0质量％的范围内，而Te含量在O.Ol质量％至1.0质量％的范围内。通过使根据本发明的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金具有上述组分组成，当用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金被熔融以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融磷-青铜合金并且使用常规方法铸造该半熔融磷-青铜合金时，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，即使不使用搅拌装置时，也能够在不损害半熔融磷-青铜合金的流动性的情况下铸造该半熔融磷-青铜合金。此外，有利的是，通过铸造半熔融磷-青铜合金获得的磷-青铜合金铸件的晶粒还降低了尺寸，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气体的气氛中熔融，当熔融铜的温度为1200。C时，向其中添加Sn和P，根据需要向其中添加Zn、Pb、Bi、Se、Te等，最后，向其中添加Zr，从而制备出熔融磷-青铜合金。通过铸造该熔融磷-青铜合金，制备出根据本发明实施例1至75的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金(下面，称作根据本发明实施例的原料磷-青铜合金)的铸块以及根据比较例1至6的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金(下面，称作根据比较例的原料磷-青铜合金)的铸块，这些原料磷-青铜合金具有表1至6中所示的组分组成。通过将包含9质量％的Sn、0.35质量％的P以及余量的Cu和不可避免的杂质并且在市场上可获得的磷-青铜合金以及包含6质量％的Sn、0.1质量％的P以及余量的Cu和不可避免的杂质并且在市场上可获得的磷-青铜合金在Ar气体的气氛中熔融，制备出1200。C温度熔融的磷-青铜合金。将所得熔融的磷-青铜合金，制备出根据常规例1和2的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金1和2的铸块(下面，称作根据常规例的原料磷-青铜合金)，这些磷-青铜合金具有表6所示的组分组成。通过切割根据本发明实施例1至75的原料磷-青铜合金、根据比较例1至6原料磷-青铜合金和根据常规例1和2的原料磷-青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，从而制备出半熔融磷-青铜合金。通过将该半熔融磷-青铜合金快速冷却，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，推定其在半熔融磷-青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6中。通过用硝酸蚀刻快速冷却样品的切割断面，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>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*表示偏离本发明条件的值。200780005073.8势溢也被13/15:a;从表1至6所示的结果推断，在根据本发明实施例1至75的原料磷-青铜合金的半熔融状态中，微粒状a固相与液相共存，因为所有快速冷却样品的oc固相都呈微小的粒状。另一方面，可推断出，在根据常规例l和2的原料磷-青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的原料磷-青铜合金的快速冷却样品的a固相呈枝晶相。因此，可以看出，由根据本发明实施例1至75的原料磷-青铜合金产生的半熔融磷-青铜合金在流动性上比由根据常规例1和2的原料磷-青铜合金产生的半熔融磷-青铜合金好，并且在通过将根据本发明实施例1至75的原料磷-青铜合金熔融而获得的半熔融磷-青铜合金的液相中产生微粒状a固相，由此，即使当半熔融磷-青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)的原料磷-青铜合金是不优选的，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。(实施方案2)通过切割在实施方案1中制备出的、根据本发明实施例1至75原料磷-青铜合金、根据比较例l至6的原料磷-青铜合金以及根据常规例l和2的原料磷-青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磷-青铜合金。之后，通过将该熔融磷-青铜合金冷却，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磷-青铜合金。通过将该半熔融磷-青铜合金快速快速冷却，以制备出快速冷却样品。通过使用光学显微镜观察该快速冷却样品的组织，推断出在半熔融磷-青铜合金中所产生的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l相同。工业可适用性当用于半固态金属铸造的本发明的原料磷-青铜合金被熔融，以产生固体-液体混合物浆液形式的半熔融磷-青铜合金，并且使用常规方法铸造该半熔融磷-青铜合金时，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磷-青铜合金的流动性的情况下，铸造该半熔融磷-青铜合金。此外，有利的是，通过半固态金属铸造该磷-青铜合金获得的磷-青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磷-青铜合金，其组分组成包含4至15质量％的Sn、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磷-青铜合金，其组分组成包含4至15质量％的Sn、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P、0.1至7.5质量％的Zn，以及余量的Cu和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2的用于半固态金属铸造的原料磷-青铜合金，其中所述组分组成还包含0.01至4.5质量％的Pb、0.01至3.0质量％的Bi、0.03至1.0质量％的Se和0.01至1.0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磷-青铜合金，其组分组成包含4至15质量％的Sn、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0.1至7.5质量％的Zn，并且根据需要，还包含0.01至4.5质量％的Pb、0.01至3.0质量％的Bi、0.03至1.0质量％的Se和0.01至1.0质量％的Te中的一种或多种。文档编号C22C9/02GK101384386SQ20078000507公开日2009年3月11日申请日期2007年2月9日优先权日2006年2月13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