e妊'ect of nickel on characteristics of bismuth bronze castings

170 鋳造工学第 81 巻 (2009)第 4 号研究論文ビスマス青銅鋳物の諸特性に及ぼすニッケルの影響山本匡昭* 平井良政* ResearchArticle ].]FS ， Vo l. 81 No ， 4 (2009) E 妊'e ctof Nickel on Characteristics of Bismuth Bronze Castings Masaaki Yamamoto*and Yoshimasa Hirai* In thisstud y ， effects of Ni on fluidit y ， formation of shrinkage ， mechanical properties ， and machinability were studied for bismuth lead-freecopper alloy castings.The fluidity of Cu ・1. 5Ni-4.5Sn-6.5Zr ト0.03Palloy wascomparable to that of CAC406.The amount of shrinkage cavity reduced at an Nicontent of 1. 5mass%or higher.Mechanical properties tended to decrease with increasing content of Bi ， and at a Bi content of 2.0mass% or lower ， the tensile strength exceeded 195MPa and elongation wasover15%.Themachinability coefficient was80 to90%of CAC406 ， whichenablesgood machining of the castings. Addition of Ni effectively reduces the Sn concentration in the liquid ahead of the solid-liquid interface during solidification to prevent segregationof Sn and to form compoundstogether with Sn and Pbetween dendrite arms. Formation of compounds reduces shrinkage cavities ， and also serves as chip breakers during machining ， thereby improving machinabili 旬 Keywords : lead free ， copper alloy ， nickel ， bismuth ， castability ， shrinkage ， mechanical properties ， machinability 1. 緒言近年，世界的に有害物質に対する規制が厳しく強化されており，欧州では，電気・電子機器分野において地球環境破壊や人の健康に害をおよぼす危険を最小限にすることを目的とした RoHS 指令が施行されている.日本では， 2003 年 4 月に厚生労働省が飲料水中に溶出する Pb に対して人体に及ぼす影響。， 2)を考慮し， Pb 及びその化合物の水質基準を従来の 0.05mg/L 以下から 1/5 の0.01mg/L 以下に強化した.一方，これまで飲料水に関係するパルブ，継手，計量器部材などには，青銅鋳物が使用されてきた.しかし， Pb を含有する青銅鋳物では Pb の溶出基準を満足しないため， Pb を含有しない新しい青銅合金としてビスマス青銅，ビスマスセレン青銅，シj レジン青銅，硫化物が分散した鉛フリー青銅合金が開発3-6)されている.また，ものづくりの観点、から，各鋳物メーカでは，従来の CAC406 に替わる鉛フリー銅合金鋳物の鋳造ノウハウを蓄積するとともに，不良対策，特に水漏れ不良に対する改良を重ね，ものづくりの面で苦慮しているのが現状である.これまでビスマス系青銅合金に Ni を添加することにより，鋳造欠陥の少ない青銅合金鋳物が得られることを報告した7-10) そこで，本報告は， Ni を添加したビスマス系鉛フリー青銅合金の実用上必要な成分平成 19 年度技術賞平成 20 年 10 月1 日原稿受理 *株式会社栗本鍛工所 KURIMOTO ， LTD 範囲の最適化を目的とし，湯流れ性，機械的性質，ひけ巣特性，切削性などについて検討した. 2. 実験方法 2. 1 供試材 Table1 に本研究で用いた鉛フリー銅合金の化学成分を示す.主成分は， Cu-Sr トZn-Bi 系青銅合金に Ni を添加した合金とした. Table1 の成分範囲で種々成分を変化させた合金を高周波誘導溶解炉にて溶解し 1 ， 250 0 C まで昇温後， 15mass% リン銅による脱酸処理を行った.その後，以下に述べる各試験片を鋳造後，特性調査を行った.また，比較材として CAC406 を適用し特性比較を行った. Table 1 Chemical composition ， mass9 も. 2.2 湯流れ性評価水道用部材は，複雑形状かっ薄肉鋳造素材であるため，湯流れ性は製造上，重要な項目である.湯流れ性の評価は， Fig.l に示す形状の渦巻き鋳型を使用し， CAC406 およびNi を添加したビスマス系鉛フリー青銅合金の流動長による比較評価を行った.また，目標鋳込温度は， 1373 ，

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