JPS5836042B2 - ドウゴウキンノ セツサクセツプンオ リヨウシタ ドウゴウキンセイヒンノセイゾウホウ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は主に機械工場などから多量に発生する銅合金の
切削切粉その他スクラップ等を利用して銅合金の焼結部
品や鍛造部品を製造する方法に関するものである。

青銅系又は黄銅系材料を使用した各種部品等の製造法と
して、粉末を用いこれを鍛造その他により成形する方法
と、溶製材を塑性加工したり切削、研削など機械加工し
て製作する方法などがある。

このうち鋼合金の粉末成形に利用する粉末は、銅粉（電
解粉又はアトマイズ粉）に錫粉又は亜鉛粉等を混合した
混合及び合金粉（アトマイズ粉）がほとんどであるが、
いかにしてもそれらの粉末は加工費が高く、即ち地金の
約２倍程度というコスト高となっているのが実情である
。

一方、溶接材の機械加工では、多量の切粉が生ずるが従
来ではこれら粉末はスクラップとして地金の半分以下の
コストで回収され、その後再溶解されて鍛造材や鋳造材
に使用さπωらにすぎなかったものである。

本発明は前記したような実情に鑑み、研究と実験を重ね
た結果創案されたもので、銅合金の切粉がコスト的に安
価に且つ多量に入手し得ること、そして銅合金は延性に
富んだ材質が多く、かつ成形性が良く切粉相互の結合性
（絡み合い）に憂れた性質をもっていることに着目し、
従来スクラップとして処理されていた銅合金の切粉を再
溶解することなく直接粉末成形材料として利用して、焼
結又は鍛造することによう各種銅合製品を非常に低コス
トで量産せしめるようにしたものである。

即ち本発明によれば重要資源である銅を有効に活用でき
ると共に、従来の粉末治金法で作られる銅合金製品と比
較して極端に原料費を削減し得るので製品の大幅なコス
ト低下を図ることが可能となり、しかも銅合金の上述し
た性質から外周部における剥離なども極めて少なくでき
、寸法形状の良好な製品となし得、また工程上も熱間鍛
造方式をとる場合には、直接加熱して熱間鍛造を行うこ
とができるため、中間の焼結工程を省略することも；可
能となって、それによっても製品コストの低下を図るこ
とができる。

しかして、本発明の基本的特徴とするところは青銅又は
黄銅の切削切粉をそのま１か又は適当な大きさ形状に粉
砕したものを原料として圧粉或形体をつくり、これを青
銅の場合には８４０〜１０８０℃でしかも一部液相を生
じさせる温度、また黄銅の場合は９００〜９６０℃でし
かも一部液相を生じさせる温度で夫々焼結することにあ
る。

また、本発明の第２の特徴は、前記のようにして得られ
た黄銅焼結晶もしくは未然結圧粉成形体を８５０〜９５
０℃でしかも一部液相を生じさせる温度に加熱して鍛造
することにある。

以下本発明を添付図面で示すものについて説明すること
、本発明は銅合金製品を得るにあたり、原料として機械
工場から発生する切削切粉を使用するものであり、これ
が基本的な特徴である。

ここで、使用する銅合金の切削切粉は旋盤、ボール盤、
フライス盤などの各種工作機械や研削機械から生ずるも
のであれはなんでもよい。

そして、切粉はその１１の状態で用いてもよいが、大き
な形状の場合、連続した状態の場合など見掛け密度の低
い切粉であるときには、成形時にダイスに充填するのに
適当な大きさ形状に粉砕又は切断すべきである。

第１図の写真は、本発明方法に使用する切粉の一例とし
て旋盤（単能機）より発生したものを示す。

なお、切粉はドライ切削した場合の酸化、加工硬化及び
切削油など油類の使用による油脂類が障害となる場合に
は、夫々還元処理や焼な１しなどの熱処理を施し，ある
いは脱脂処理をとっておくべきである。

また切粉は単種を用−てもよいが、圧粉時の成形性、焼
結性、鍛造成形性、材質等の向上を図るには異種金属の
粉末又は切粉を混合して使用することはもとよりである
。

しかして、本発明の次の工程は前記した切粉を原料とし
て焼結品を得る工程と，この工程で得られた焼結品又は
未焼結圧粉或形体を鍛造する工程であり、前者は切粉を
圧粉成形した後，雰囲気中で特定の温度で加熱して焼結
する工程をとる。

１た後者は切粉を熱間又は温間鍛造のピレット圧粉或形
する工程と、このピレットを焼結するかまたは未焼結の
ｉｔ雰囲気又は大気中で特定温度範囲に加熱する工程と
、加熱したピレットを所望の形状に熱間押出し、引抜き
、圧延、型鍛造その他により鍛造する工程とからなるも
のである。

なお、焼結工程にあっては後処理として、サイジング、
コイニング及び再焼結の工程をとることもあり、１た鍛
造工程においては、形状その他に応じ鍛造後再加熱鍛造
する工程や熱処理する場合もある。

上記工程を詳述すると、本発明は１ず前記した切粉を用
いて焼結用ないし鍛造用ピレットとしての圧粉成形体を
作る。

この方法は、第２図及び第３図で示すようなダイス２と
パンチ３を使用するもので、切粉１に潤滑剤としてステ
アリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム溶液等を混合させ
るが、又はダイス２、バンチ３に予め塗布して訃き、次
いで第２図のように切粉１をダイス２に充填させてパン
チ３により所望の形状に冷間で圧縮させ、圧粉体成形を
行う。

圧粉或形体４の形状はほぼ製品形状に近いものとするべ
きであるが、鍛造用ピレットとして或形する場合には、
円柱、円筒状その他単純な形状に成形するものである。

第１０図は黄銅系切削切粉を原料として成形した正粉成
形体（鍛造用ピレット）の実物写真、第１１図は青銅系
の切削切粉な用いて成形した圧粉成形体の実物写真であ
る。

本発明は，次に上記工程で得られた圧粉成形体４を焼結
するものであるが、この工程に詮いて焼結加熱温度を特
定範囲のものとしなければならない。

即ち、その温度は使用する切削切粉の材質、成分によっ
て異るが、青銅系の切削切粉な原料として用いる場合す
なわち一般にＳｎを５〜１５係を含む場合には、８４０
〜１０８０℃の範囲，黄銅系の場合すなわち一般にＺｎ
３０〜４５係を含む場合には９００〜９６０℃の範囲と
するべきである。

これらの温度は一般に粉末治金で利用される焼結加熱温
度より５０℃以上高いものであって、このように高温か
つ特定の温度範囲に管理して焼結を行うことが本発明の
特徴である。

即ち、従来粉末で青銅を焼結する場合、低融点な錫を溶
融させ液相焼結する方法が一般的で、焼結加熱温度は７
５０〜８２０℃の範囲で行われているが、本発明者の検
討したところによれば原料として切削切粉を用いた場合
には、かかる温度範囲では固相焼結となり，粉末に比較
すると焼結化が少なく強度が上らない。

そこで本発明は一部液相を発生させる温度範囲として焼
結を行うようにしたもので、かかる一部液相を生じさせ
る温度範囲は、青銅系すなわちＳｎ含有量５〜１５％に
釦いて８４０ 〜１０８０℃、黄銅系すなわちＺｎ含有
量３０〜４５係において９００〜９６０℃で焼結を行う
。

これにより切粉間の合金化を的確に達或でき粉末を用い
た場合と同程度の強度の焼結晶を得ることができる。

なか、黄銅に関し黄鉛の組戊からなる母粉に鉛などの低
融点金属を添加する場合には一般の合金化と同様に焼結
温度は当然のことながら低下したものとなる。

上記焼結工程での加熱雰囲気は水素その他の還元性雰囲
気を用いるべきであり、加熱時間、予備加熱、冷却の条
件は材質及び切粉の状態により適当に設定すべきである
。

第１２図は第１１図の圧粉成形体を上記加熱温度範囲で
焼結して得られた製品の例を示す。

なお、この工程の後必要に応じ法精度の矯正及び材質の
均質化を得るために、サイジング、コイニング及び再焼
結を行って最終製品を得ることもあること前述の通りで
ある。

以上は本発明の基本的態様であるが、本発明はかかる方
法の外、ことに黄銅系切粉な原料とした場合にはピレッ
トとしての圧粉成形体をつくりこれを上記温度範囲で焼
結した後か、１たは焼結を行わず未焼結の１１熱間ない
し温間鍛造を行って製品をつくる態様をも含むものであ
ること前述した通りである。

しかして、そのような熱間鍛造を行うにあたっては、１
ず圧粉成形体４を予備加熱するもので、このときの加熱
温度は特に８５０〜９５０℃の範囲で行うことが必要で
ある。

これが本発明のひとつの特塩である。

即ち、通常溶製材を熱間鍛造する場合には７００−８５
０℃程度の範囲で行われているが，本発明者等の検討し
たところでこの程度の温度にては切削切粉な原料とした
場合的確を行い得す、通常よりも加熱温度を高くし、特
に８５０〜９５０℃の範囲に加熱温度を設定することが
よく、かくすれば一部溶融状態となし得て合金化し易い
ので、残留空孔を無くすることができる。

なお、上記した加熱は雰囲気中で行うことが好ｌしいが
、大気中であっても鍛造は可能であり、またその加熱時
間は焼結用加熱に比し極めて短時間で足り、即ち材質及
び形状にもよるが概ね５〜２０分の範囲で充分であって
、この条件で圧粉成形体（鍛造用ピレット）をほぼ均一
に加熱でき、直接押出し，引抜き、圧延、型鍛造の鍛造
が可能となる。

次に、予備加熱した圧粉成形体を鍛造する工程に移るが
、この工程に釦いては、銅合金が塑性変形を起しやすい
性質を有しているため、高密度でより強度な材質を得る
べく塑性変形量を多くした方が有利である。

即ち、例えば本発明で銅合金の歯車を鍛造する場合には
、１ず円柱形のピレットから後方押出しと同様な方法で
円筒状の鍛造体を得る工程をとり、次いでこの円筒状の
鍛造体を所望の形状の歯車に鍛造する工程をとるように
することが好１しい。

かくすれば塑性変形量が多くなって、切粉の圧着、合金
化が促進され、表皮面の一部の残留空孔な除けば殆んど
真密度に近い状態とすることができる。

その具体的な型鍛造の工程を述べると第４図ないし第６
図と第７図ないし第９図の如くであり、第４図ないし第
６図の工程では、所望の形状に構成した下型５に加熱し
たビレット４を置き、上型８及び内側パンチ７を降下さ
せてピレット４を圧縮し塑性変形させることにより、第
６図のような所望の形状の鍛造体６を得るものである。

この場合密閉方式の採用も可能であるが、塑性変形量を
多くして残留空孔を少なくすることを考えると、パリを
出す方式にして鍛造流を多くする方法が有利である。

しかして、製品形状が比較的単純で強度を高く要求され
ぬ場合には、この工程だけで鍛造品とすることも可能で
あるが、複雑な形状である場合やより強度な材質とする
場合には、第７図ないし第９図のように金型の形状を変
え、加熱、鍛造の工程を再度繰返し最終製品とする方法
もとることができる。

第７図ないし第９図において、６′は上記工程で得られ
た粗材であり、との粗材６′を所望の最終形状（例えば
歯車）に構成した下型９に置き、上型１０及び内側バン
チ１１を降下させて粗材６′を圧縮し塑性変形させ、第
９図のような鍛造成形品１２をノックアウトバンチ１３
で取出すものである。

なお、本発明の鍛造方法は上記のような型鍛造に限定さ
れるものでないことはもとよりであって、押出し、引抜
き、圧延等の各種鍛造方法をとることができる。

１た当然のことながら製品形状も特に歯重のようなもの
に限定されることなく、筒状体、コップ状体、柱状体、
プレート状体、その他とすることができる。

次に本発明の具体的実施例を示す。

実施例 １ （Ｉ） 青銅切粉な用いて本発明により焼結品を製造
した。

（ＩＩ） 切粉は旋盤で発生した切削切粉（Ｃｕ−１
ｏ％Ｓｎ−５％Ｐｂの組成）を、１０〜４５メッシュの
範囲に粉砕したものを使用した。

製造目的形状は外径３９φ、高さ２７ｍの円柱体と、外
径４６φ、内径３２φ、高さ１０ｍｉのリング状体であ
る。

（自）製造にあたっては、切削切粉を第２図のようにダ
イスに充填させ、予めダイスとパンチにステアリン酸亜
鉛を塗布し、密度約７．８ｆ／ｃＩＩＬ３が得られる程
度に約６Ｔｏｎ／ｃＩｒＬ２で加圧した。

次いで得られた圧粉戒形体をブツシャ一式電気炉で、水
素雰囲気流中にて、温度８７０℃１時間の加熱焼結し、
焼結加熱前後に同炉内で予備加熱と冷却を各３０分間行
い製品とした。

得られた製品は第１２図の如きである。

ω しかして、本発明者等は上記と同じ材料を用い、焼
結加熱温度条件を８４０℃、７６０℃と変えて製品を得
しめ、それら各製品から表面積７ｃｒｒＬ２のＪＳＰＭ
２−６４に規定サレル引張試験片を作製して、引張り強
度試験を行った。

その結果を示すと第１３図の通りである。

この第１３図から明らかなように、本発明の加熱温度範
囲とした場合は、強度的にかな９良いものが得られてい
る。

即ち、青銅の粉末治金法で製造されている一般的な材料
に、ＪＰＭＡ規格でＳＫＭ 一１種（Ｃｕ−１０％Ｓｎ
があシ、この規格によると、密度６．８ｆ／ｃｒｒＬ３
で引張強さ１０ｋ９／ＩＩＩ２以上、密度７．２ｆ／ｃ
ｒｒＬ３の場合で引張強さ１ ５ ｋ９７ｍｍ２以上と
なっている。

しかして、上記のような青銅の切削切粉な原料として焼
結した場合、第１３図から明らかなように焼結温度８７
０℃では、粉末製品と同程の強度が得られていることが
わかる。

なお、８４０℃以下では上記規格のものにくらべ機械的
強度は劣っているが、鉛が含有されている点から、軸受
等多孔質の材料として粉末治金法で用いられている製品
の代替え品としては充分可能である。

ここで、８４０℃の場合に強度が劣化したのは，切削切
粉の成形性を向上させるのに役立つ鉛を含有させたこと
の外、切粉の形状が粉末治金の原料として使用される粉
末の粒径よりもはるかに大きく、シたがって切粉間の接
触面積が粉末粒子間のそれよりも少なく、焼結部分が全
体的に少なくなることの影響が犬である。

だが、青銅系材料から発生する切削切粉は、延性が少な
く脆い性質があり、従二って粉砕が比較的容易なので、
本実施例の場合よりも更に細かい形状とすることが可能
であること、そしてまた、青銅の切粉に錫その他の金属
粉や切粉を混合させることにより液相を発生させ焼結す
ることが可能であることなどにより、強度を向上させる
ことは比較的容易であり、８４０℃以上の加熱焼結すれ
ば充分な強度が得られる。

これらの工程を考慮しても、従来の粉末治金で使用され
ている青銅粉を使用するより、本発明の切削切粉を原料
とすることが有利なのは明らかである。

実施例 ２ （１） 原料として高力黄銅系材料の切削切粉な用い
て鍛造品を製造した。

（ＩＩ） 切粉は旋盤で発生した高力黄銅系の切削切
粉（Ｃｕ−３４％Ｚｎ−２％ＡＩ ３％Ｍｎ−その他
不純物の組成）（第１図参照）を、その捷ま使用した。

製品及びその形状はボス外径５８φ、歯車外径７２．５
φ、高さ１２韓、歯数２７、ピッチ円直径６７ｍｔｘ．
カム角度３０°，歯厚４．５萬冨の歯車である。

価 最終製品１での鍛造工程は、熱間鍛造の２度打ち成
形方式とした。

ピレットとしては、前記実施例１の形状のものを同実施
例と全く同一工程で圧粉成形し、その時の密度を６．６
−６．７ｆｌ−／ｃＩｒＬ３とした。

予備加熱は大気中で８７０℃で１０分間加熱し、次いで
加熱した円柱状のピレットを第４図〜第６図で示したよ
うに後方押出しの手法で１度目の鍛造を行い、第１４図
の如き皿状の一次鍛造体を得た。

この時の鍛造匝力は６〜７ＴｏｎＡ１ｒＬ２で、プレス
は１５０Ｔｏｎの７リクションプレスを用いた。

一次鍛造体は外径５７φ、内径４８φ、高さ２３ｍであ
った。

次いで底部及び上端部のパリを除去し、第１５図のよう
な円柱状粗材（外径５７φ、内径４８φ高さ２１ｍｍ）
とし、このものを一次鍛造と同様に８７０℃に大気中で
１０分間加熱し、第７図ないし第９図に示す金型によう
鍛造圧力６〜７Ｔｏｎ／ａｍ２で２次鍛造を行った。

なお１次２次とも潤滑剤としてパンチ及び上型、下型と
も黒鉛を徹塗し、又鍛造前に金型を予め１５０〜２５０
℃に加熱した。

２次鍛造で得られたものは第１６図で示す通りであり、
これを内径及び歯の周囲に生じた不用なパリを取り除き
、最終製品とした。

第１７図がこの最終製品を示す。ｍｌ 上記した製品の
機械的性質を検討するため、一次鍛造と同或分の溶製材
を用い、かつ本発明と全く同じ工程で同寸法、同形状の
ものに鍛造し、圧環強度及び硬さ試験を行った。

その結果を本実施例と比較してみると第１表の通りであ
る。

なお圧環強度試験は円筒状の試料を万能試験機で圧環さ
せ破断した荷重を測定したものである。

この第１表から明らかなように、本発明によれば溶製材
の鍛造品に比べても、ほぼ同程度の強度が得られること
がわかる。

しかして、本発明により得られた鍛造品の断面のミクロ
組織を第１８図（中心部）及び第１９図（表面部）に示
す。

これから明らかなように、本発明方法によれば残留空孔
がほとんどなく、充分に圧着、合金化がなされてかり、
この１次鍛造の状態の１１でも材質的に充分な性能を発
揮し得ることがわかるが、更にこの一次鍛造品を粗材と
して２次鍛造を行うならば、材質の安定と強度の向上を
図ることができるので，溶製材の鍛造に匹適する材質が
得られることが明らかである。

このように高強度を得るには、加熱温度を本発明範囲に
し、塑性変形量を多くして切粉間の圧着を良くすること
が肝要である。

以上のように本発明によるときには、従来スクラップと
して処理されていた銅合金の切削切粉を有効に活用し、
材質、形状の占い部沙その他の製品を極めて低コストで
得ることができる特徴があるから工業上、その効果の大
きい発明である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法で使用する原料たる銅合金切削切粉
の一例を示す図面代用写真第２図及び第３図は切粉を圧
粉し、圧粉成形体を得る工程を段階的に示す断面説明図
、第４図ないし第６図は正粉成形により得たピレットを
鍛造して鍛造或形体を得る工程を段階的に示す断面説明
図、第７図ないし第９図は第６図で得られた粗材を第２
次鍛造する工程を段階的に示す断面説明図、第１０図は
黄銅系切顛切粉を原料として第２図及び第３図の工程で
戒形したビレットの写真、第１１図は青銅系の切削切粉
な用い、第２図及び第３図の工程で成形した試料の写真
、第１２図は第１１図の試料及び他の試料を加熱焼結（
８７０℃）した焼結晶の写真、第１３図は青銅の切削切
粉な７８０℃、８４０℃及び８７０℃で夫々加熱焼結し
た場合の引張試験結果を示すグラフ、第１４図は第１０
図のピレットを鍛造して得られた鍛造体の写真、第１５
図は第１４図で得た試料を機械加工して円柱状の粗材に
した試料の写真、第１６図は第１５図の試料を熱間鍛造
Ｃ票２次）して得られた鍛造体の写真、第１７図は”第
１６図の鍛造体を加工して得られた最終製品を部分的に
示す写真、第１８図よ第１５図の試料の断面中心部のミ
クロ組峰を示す写真（Ｘ４００）、第１９図は同じくそ
の表面側のミクロ組織を示す写真（×１００）である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 青銅又は黄銅の切削切粉をそのｌ１又は適当な大き
   さが形状に粉砕したものを原料として圧粉成形体をつく
   り、該圧粉成形体を青銅の場合には８４０〜１０８０℃
   、黄銅の場合には９００〜９６０℃の各加熱温度範囲で
   しかも一部液相を発生させる温度で焼結することを特徴
   とする銅合金の切削切粉を利用した銅合金製品の製造法
   。 ２ 黄銅の切削切粉なその１１か又は適当な大きさ形状
   に粉砕吹ものを原料として圧粉成形体をつくり、これを
   ９００〜９６０℃でしかも一部液相を発生させる加熱温
   度で焼結するかあるいは未焼結のま１８５０〜９５０℃
   でしかも一部液相を発生させる温度範囲に加熱して鍛造
   することを特徴とする銅合金の切削切粉を利用した銅合
   金製品の製造法。