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KR900006104B1 - 고강도 내마모성 동합금 - Google Patents

고강도 내마모성 동합금 Download PDF

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KR900006104B1 KR1019870003452A KR870003452A KR900006104B1 KR 900006104 B1 KR900006104 B1 KR 900006104B1 KR 1019870003452 A KR1019870003452 A KR 1019870003452A KR 870003452 A KR870003452 A KR 870003452A KR 900006104 B1 KR900006104 B1 KR 900006104B1
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Abstract

내용 없음.

Description

고강도 내마모성 동합금
본 발명은 우수한 강도와 내마모성을 갖는 고강도 내마모성 동합금에 관한 것이다.
종래 고속 고하중하에서 사용된 내마모성 동합금으로서는 고력 활동에 Si를 첨가한 Mn-Si 금속간 화합물 석출형-황동이 알려져 있고, 여기에 강도와 내마모성을 향상시키기 위하여 여러가지 원소를 첨가하여 개선한 것등이 있었다.
그러나, 고강도 내마모성 황동의 석출물인 Mn5Si3금속간 화합물은 일반적으로 침상 또는 봉상으로 조대하게 석출되고, 소성 변형에 의해 일정한 방향으로 방향성을 갖게 되므로, 그 방향에 따라서 내마모성이 좌우되고, 더우기 기지의 조직이 조대하기 때문에 소재 전체에 걸쳐 강도 및 내마모성과 같은 고강도 내마모성 동합금에 요구되는 품질 특성이 불균일하다는 문제점이 있었다.
따라서, 종래의 Mn-Si 석출형 고강도 내마모성 황동은 일반 고력 황동에 비해 강도 및 내마모성이 우수함에도 불구하고, 품질의 신뢰성이 요구되는 정밀 부품이나 보다 가혹한 마찰 조건하에서는 적합한 소재로 볼수 없었다.
본 발명은 이와같은 종래의 Mn-Si 석출형 고강도 내마모성 황동이 갖는 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기지의 조직을 β 단상 또는 α+β 상으로 하고, 여기에 Mn 및 Si을 적정 비율로 첨가하여 내마모성을 향상시키는 Mn-Si 금속간 화합물을 석출시키며, 또한 Sn과 B를 첨가하여 Mn-Si 석출물을 미세화시켜 강도 및 내마모성을 향상시키고, 석출물의 미세화에 의해 석출물의 방향성을 감소시킴과 동시에 기지의 결정입을 미세화하여, 강도와 인성 및 내마모성등의 고강도 내마모성 동합금에 요구되는 품질 특성이 소재 전체에 걸쳐 균일화 되게한 것이다.
또한 Fe,Ni,Cr중 1종 또는 2종 이상을 더욱 첨가하여, Mn-Si 금속간 화합물과 복합 화합물을 형성시켜 석출물의 자체 강도가 증가되게 하여서, 고강도 내마모성 동합금의 소재의 강도 및 내마모성이 더욱 향상되게한 것으로, 대표적인 기본 합금 조성은, (본 발명은 중량% 비율) 첫번째로, Cu=54-66%, Al=1.0-5.0%, Mn=1.0-5.0%, Si=0.1-2.0%, Sn=0.1-3.0%, B=0.01-1.0%를 함유하고 나머지가 아연 및 불가피한 불순물로 구성된 조성을 갖는것과, 두번째로, Cu=54-66%, Al=1.0-5.0%, Mn=1.0-5.0%, Si=0.1-2.0%, Sn=0.1-3.0%, B=0.01-1.0%와 Fe,Ni,Cr중 1중 또는 2중 이상을 0.1-4.0% 함유하고 나머지 아연 및 불가피한 불순물로 구성된 조성을 갖는것을 특징으로 한다.
각 원소의 첨가 범위를 삼기와 같이 설정한 이유를 설명하면 다음과 같다.
Cu : 54-66%
Cu는 Al 및 Zn와 함께 기지조직을 β 단상 또는 α+β 상으로 하기 위해서 이와같이 설정한 것이다.
Al : 1.0-5.0%
Al은, β 상 생성 촉진 원소로 기계적 성질 특히 강도 및 경도를 향상시키거나, 5% 이상시에는 주조조직을 조대화하는 경향이 강하고, 산화스래그의 생성이 쉬워지므로 주조성이 저하되며, 또한 γ 상의 생성량이 증가하여 인성을 상당히 해친다.
반면에 1% 이하시는 강도 향상 효과가 미미하다.
Mn : 1.0-5.0%
Mn은, Al과 같이 기계적 성질을 향상시키며 특히 내마모성을 향상시키는 Mn-Si 금속간 화합물을 석출시키는 필수적인 원소이지만, 첨가량이 5% 넘으면 효과는 크지 않게되고 주조성을 저하시킨다.
한편 1% 이하일 경우에는 상기 금속간 화합물의 생성량이 극감한다.
Si : 0.1-2.0%
Si은, Mn과 금속간 화합물을 형성하는 필수 원소로서, 첨가량이 2% 이상이면 취화하여 인성이 감소되며, 0.1% 이하이면 금속간 화합물의 석출량이 극히 감소한다.
이하 본 발명의 첨가 원소인 Sn,B 및 Fe,Ni,Cr의 첨가 효과에 대하여 설명하면,
Sn : 0.1-3.0%
Sn은, Mn-Si 석출물을 미세화하여 강도 및 인성을 향상시키며, 특히 내마모성 향상 효과가 우수하다. 그러나 3%를 초과할때에는 합금이 취화하고, 반면에 0.1% 이하일 경우에는 상기 효과가 인정되지 않는다.
B : 0.01-1.0%
B은, Sn과 마찬가지로 Mn-Si 석출물의 미세화 효과가 있으며, 특히 소량 첨가로도 기지의 결정립을 현저하게 미세화시켜 강도 및 인성을 향상시킨다. B에 의한 결정립 미세화 효과는 특히 고온에서도 결정립의 성장을 억제하여 미세한 결정립을 유지하므로, 가혹한 마찰 조건에 의한 마찰열에 의하여도 내마모성 및 강도의 저하를 일으키지 않게되어 품질 특성을 안정화 시킨다. 그러나 1.0% 이상 첨가하면 효과는 크게 증가하지 않게 되므로, 경제적인 측면에서 1.0%로 한정하는 것이 바람직하다.
따라서 종래 합금에 Sn 및 B을 첨가하면 강도와 인성 및 내마모성의 향상은 물론이고, Mn-Si 석출물을 미세화하여 소성 변형에 의한 석출물의 방향성 발생을 감소시킬 수 있으며, 또한 기지의 결정립도 미세화할수 있으므로, 그 결과 소재 전체의 품질 특정을 균일화 할수 있다.
한편, Fe,Ni 및 Cr은 이들중 1중 또는 2중 이상 복합 첨가시 Mn-Si 금속간 화합물과 결합하여 Mn-Si(Fe, Ni, Cr)의 복합 화합물을 형성하고, 이 복합 화합물은 종래 합금의 Mn-Si 금속간 화합물에 비해 자체 경도가 높으므로 소재의 강도와 내마모성 향상 효과가 크다. 그러나, 이들 첨가량이 0.1% 이하이면 첨가 효과가 나타나지 않는다.
이하 본 발명의 고강도 내마모성 동합금을 실시예로 설명하면,
[실시예]
고주파 용해로를 이용하여 각각 (표 1)에 표시한 성분 조성을 갖는 본 발명 합금 1에서 14 및 종래 합금 1에서 4를 대기중에서 용해한 후, 금형에서 주조하여 30mm 두께의 스라브를 만들었다. 그리고, 30mm 두께로 주조한 스라브를 면삭한 후, 열간압연하여 10mm 두께의 판으로 만들었다.
또한, 이 열간압연된 판을 400℃에서 5시간 소둔하여, 인장 시험편 및 마모 시험편을 채취하고 각각을 실험하였다. 이때, 마모 시험은 회전 미끄럼 방식에 의하여 최대 압축 응력 50kg/㎟, 미끄럼도 30%로 하여 50만회 및 100만회 실시한 후에 마모량을 측정하였다. 그리고, 각각의 실험결과는 (표 2)에 나타내었다.
[표 1]
Figure kpo00001
[표 2]
Figure kpo00002
표 2에서 알수 있듯이 본 발명에 의한 고강도 내마모성 황동 1에서 14는 종래 합금에 비하여 강도 및 인성이 향상되었고, 특히 내마모성이 월등이 향상되었다.
또한, 기지의 결정립 및 Mn-Si 금속간 화합물(또는 복합 화합물)의 크기도 상당히 작아져서 종래 합금에 비해 강도와 인성 및 내마모성과 같은 고강도 내마모성 동합금에 요구되는 품질 특성이 소재 전체에 걸쳐 균일화 되었음을 알수 있다.
이것을 좀더 상세히 설명하면, 본 발명 합금 4는 종래의 고강도 내마모성 황동에 Sn=2.52% 및 B=0.011%를 첨가한 것으로 종래 합금에 비해 강도와 인성이 향상되었으며, 특히 내마모성의 향상과 Mn-Si 석출물의 미세화 효과가 현저하였다.
또한 합금 5는 종래 합금에 Sn=0.15% 및 B=0.664%를 첨가한 것으로 종래 합금에 비하여 강도와 내마모성이 향상되었으며, 특히 결정립 미세화 및 석출물 미세화 효과가 현저하였다.
그리고, 종래 합금에는 Sn=1.58% 및 B=0.121%를 첨가한 합금 6은 강도와 인성 및 내마모성의 향상이 현저하며, 특히 결정립 미세화 효과가 탁월하였다.
또한, 합금 6에서 시험 소재가 400℃에서 5시간 소둔한 상태인것을 감안할때 합금 6은 Sn 및 B의 첨가에 의해 고온에서도 결정립 성장이 억제되는 것으로 판단된다.
따라서, 본 발명 합금은 보다 가혹한 마찰 조건하에서 발생되는 마찰열에 대하여도 강도 및 내마모성의 저하를 일으키지 않게되며, 이로 인하여는 강도 및 내마모성의 특성이 안정화되는 것이다. 이것은 Sn과 B의 첨가로 Mn-Si 석출물을 미세화시켜 기지중에 균일하게 분산시키고 또한 기지의 결정립을 미세화한 효과이다.
한편, 본 발명 합금 3에 Fe,Ni,Cr을 첨가한 합금 7-14는 합금 3 및 6에 비하여 강도 및 내마모성이 상당히 향상되었다. 이것은 Fe,Ni,Cr을 첨가하여 종래의 고강도 내마모성 황동에서의 Mn-Si 금속간 화합물과는 다른 Mn-Si(Fe,Ni,Cr)의 복합 화합물을 형성시켜 석출물의 자체 경도를 크게 증가시켰기 때문이다.
이상에서와 같이 본 발명의 고강도 내마모성 동합금은, 강화된 Mn-Si 금속간 화합물을 미세화시켜 기지내에 균일하게 분산시킴으로서 고강도 및 내마모성을 유지함은 물론, 석출물의 미세화를 통해 소성변형에 의한 석출물의 방향성 발생을 감소시키고, 또한 기지의 결정립을 미세화 시킴으로서 소재 전체에 걸쳐 균일한 재질을 유지하여 품질이 안정되는 것이므로, 보다 가혹한 사용 조건이나 신뢰성이 요구되는 내마모성 정밀 부품에 적합하다.

Claims (2)

  1. Cu=54-66%, Al=1.0-5.0%, Mn=1.0-5.0%, Si=0.1-2.0%, Sn=0.1-3.0%, B=0.01-1.0%와 나머지 아연과 불가피한 불순물로 구성된 조성을 갖는 고강도 내마모성 동합금.
  2. Cu=54-66%, Al=1.0-5.0%, Mn=1.0-5.0%, Si=0.1-2.0%, Sn=0.1-3.0%, B=0.01-1.0%와 Fe,Ni,Cr 중 1종 또는 2종 이상을 0.1-4.0% 함유하고 나머지 아연 및 불가피한 불순물로 구성된 조성을 갖는 고강도 내마모성 동합금.
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