专利名称：：用于半固态金属铸造的原料铝-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铝-青铜合金，该原料铝-青铜合金可以用于在不搅动熔融金属的情况下通过半固态金属铸造制备具有微小晶粒的铝-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.2006-035004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：
：作为铝-青铜合金，包含作为主要组分的铜和铝的Cu-Al系铜合金是公知的。铝-青铜合金是通过将10.5质量％以下的Al添加到Cu中使机械性质、耐腐蚀性、耐磨损性、耐疲劳性和耐热性得到提高的铜合金。通常已知的是，铝-青铜合金的铸造性质差。然而，由于铝-青铜合金具有优异的机械性质、耐腐蚀性、耐磨损性、耐疲劳性和耐热性，因此铝-青铜合金被用作轮船的螺旋桨、螺旋轴、泵、化学装置、轴承、齿轮等的材料。通常已知的是，铝-青铜合金的铸造性质差。主要原因是来源于其组分组成。熔融金属的流动性差的另一个原因之一是在熔融铝-青铜合金中产生枝晶-相a初晶。作为改善由于产生枝晶-相a初晶所带来的铸造性质劣化的方法之一，已知的是半固态金属铸造法，在该半固态金属铸造法中，当通过在液相线温度和固相线温度之间的温度范围内，剧烈搅动熔融铝-青铜合金，以制备浆状的半熔融铝-青铜合金，并且铸造该半熔融铝-青铜合金时，在固-液混合浆体中产生的枝晶由于搅动而被分断，使在固-液混合浆体中的a初晶固体形成球形，由此在高的固相比率下保持流动性。因此，能够改善铸造性质，并且能够产生具有包括微小晶粒和粒状晶体的组织的铝-青铜合金铸件(参见，非专利文献l)。"FifthRevisedEditionofMetalManual,"由THEJAPANINSTITUTEOFMETALS，MARUZEN股份有限公司编辑(在1992年4月20出版)，第1041到P1042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动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动，因此需要增加装置的尺寸。因此，在--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，即使当己知的铝-青铜合金在半熔融状态被搅动时，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。本发明是鉴于上述问题而设计的。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铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金可以通过在不使用用于搅动熔融金属的手段的情况下，使用半固态合金铸造法制备出具有优异铸造性质和微小晶粒的铝-青铜合金铸件。用于解决问题的手段因此，为了在不使用用于在液相中分断和粒化枝晶的搅动元件的情况下，提高半熔融铝-青铜合金的流动性，以及为了即使在低温铸造半熔融铝-青铜合金时也产生没有铸造缺陷的具有微小晶粒的铝-青铜合金铸件，本发明的发明人进行了研究。结果，发现了下面的观察结果(A)至(D)。(A)通过使用将0.0005至0.04质量％的Zr和0.01至0.25质量°/。的P添加到含有5至10质量％的Al的铝-青铜合金中获得的铝-青铜合金作为原料合金，将该铝-青铜合金完全熔融形成液相，并且将熔融铝-青铜合金冷却而获得的半熔融铝-青铜合金，以及通过将铸块再熔融获得的半熔融铝-青铜合金等都具有优异的流动性。因此，发现通过铸造半熔融铝-青铜合金，能够制造具有微小晶粒的铝-青铜合金铸件，并且发现与已知实例的情况不同的是，不需要在半熔融合金中进行搅动处理。(B)通过使用将0.5至3质量％的Si添加到根据(A)的含有0.0005至0.04质量％的Zr和0.01至0.25质量％的P的铝-青铜合金中获得的铝-青铜合金作为原料合金，将所述铝-青铜合金完全熔融形成液相，并且将该熔融的铝-青铜合金冷却而获得的半熔融铝-青铜合金，和通过将铸块再熔融获得的半熔融铝-青铜合金等都具有优异的流动性。因此，发现通过铸造该半熔融铝-青铜合金能够制造具有微小晶粒的铝-青铜合金铸件，并且发现与已知实例的情况不同的是，不需要在半熔融合金中进行搅动处理。(C)发现，在上述(A)或(B)记载的铝-青铜合金中，还可进一步包含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中的一种或多种的组分组成的铝-青铜合金表现出相同的优点。(D)发现，半熔融合金状态的根据(A)至(C)的铝-青铜合金具有优异流动性的原因在于在固化过程中产生微小的粒状a初晶，而不是产生枝晶。本发明基于上述研究结果提供下列方面(1)一种用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金的组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量n/。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铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金的组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量。/。的P、0.5至3质量y。的Si，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铝-青铜合金的组分组成可以进一步包含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。本发明的优点下面，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铝-青铜合金，其组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量°/0的P，以及余量的Cu和不可避免的杂质。根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，其组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P、0.5至3质量y。的Si，以及余量的Cu和不可避免的杂质。根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，其组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量％的P、0.5至3质量％的Si，以及余量的Cu和不可避免的杂质，并且进一步包含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。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铝-青铜合金的铸块，取出所需量并将其再熔融，制备出半熔融铝-青铜合金，并且可以通过铸造该半熔融铝-青铜合金，而制造出具有微小晶粒的半熔融铝-青铜合金铸件。将描述对根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金的组分组成进行如上所述的限定的原因。Al:Al具有通过将其添加到Cu中而提高机械性质、耐腐蚀性、耐磨损性、耐疲劳性和耐热性的功能，并且具有通过其脱氧作用而防止Zr被氧化的功能。当其含量小于5质量％时，由于不能得到足够的效果而不优选。另一方面，当其含量大于10质量％时也是不优选的，因为铸造性质劣化并且所得的铸件硬且脆，由此降低机械强度。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金中的Al含量被限定在5质量％至10质量％的范围内。Zr:在其与P共存的情况下，Zr具有促进微小粒状oc初晶在半熔融状态中的产生，提高半熔融铝-青铜合金的流动性以及降低铝-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铝-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。P:在与Zr共存的情况下，P具有促进微小粒状cx初晶在半熔融状态中产生，提高半熔融铝-青铜合金的流动性以及降低铝-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原料铝-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。Si:Si具有进一步提高半熔融铝-青铜合金的流动性、降低熔点和提高耐腐蚀性、强度和切削性的功能，因此根据需要而加入。当其含量小于0.5质量％时，由于不能得到所需的作用而不优选。另一方面，当该含量大于3质量％时，由于铸件的流动性降低并且铸件脆而不优选。因此，包含在根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金中的Si含量被限定在0.5质量％至3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铝-青铜合金可以进一步包含Pb、Bi、Se和Te中的一种或多种。当这些组分包含在铝-青铜合金中时，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。通过使根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-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铝-青铜合金被熔融以制造固-液混合浆体形式的半熔融铝-青铜合金并且使用常规方法铸造该半熔融铝-青铜合金时，产生微小粒状a初相或oc固相共存于半熔融铝-青铜合金的液相中。因此，即使不使用搅动装置时，也能够在不损害半熔融铝-青铜合金的流动性的情况下铸造该半熔融铝-青铜合金。此外，有利的是，通过铸造半熔融铝-青铜合金获得的铝-青铜合金铸件的晶粒在尺寸上被进一步降低，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A1和P，根据需要向其中添加Si、Pb、Bi、Se、Te等，最后向其中添加Zr，从而制备出熔融铝-青铜合金。通过铸造该熔融铝-青铜合金，制造出根据本发明实施例1至45的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金(下面，称作根据本发明实施例的原料铝-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铝-青铜合金(下面，称作根据比较例的原料铝-青铜合金)的铸块，这些原料铝-青铜合金具有表1至4中所示的组分组成。通过将包含9质量％的Al以及余量的Cu和不可避免的杂质并且在市场上可获得的铝-青铜合金在Ar气氛中熔融，制造出1200。C温度的熔融的铝-青铜合金。通过铸造该熔融的铝-青铜合金，制造出用于半固态金属铸造的常规的原料铝-青铜合金(下面，称作常规原料铝-青铜合金)的铸块，该原料铝-青铜合金具有表4所示的组分组成。通过切割根据本发明实施例1至45的原料铝-青铜合金、根据比较例1至6的原料铝-青铜合金和常规原料铝-青铜合金的铸块中的部分，并且将切割出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，制造出半熔融铝-青铜合金。通过将该半熔融铝-青铜合金快速冷却，制造出快速冷却样品。通过用光学显微镜观察快速冷却样品的组织，推定其在半熔融铝-青铜合金中与液相共存的a固相的形状，并且测量其平均粒度。结果显示于表1至4中。通过用硝酸蚀刻快速冷却样品的切割表面，然后用光学显微镜观察该切割表面，测量a固相的平均粒度。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>表2<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table>表3<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>从表1至4所示的结果可推定出，在根据本发明实施例1至45的原料铝-青铜合金的半熔融状态中，微小粒状ot固相与液相共存，因为所有快速冷却样品的a固相都呈微小的粒状。另一方面，可推定出，在常规原料铝-青铜合金的半熔融状态中产生了枝晶，因为该快速冷却样品的oc固相全都呈枝晶相。因此，可以看出，由根据本发明实施例l至45的原料铝-青铜合金制造的半熔融铝-青铜合金在流动性上比由常规原料铝-青铜合金制造的半熔融铝-青铜合金好，并且在通过将根据本发明实施例1至45的原料铝-青铜合金熔融而获得的半烙融铝-青铜合金的液相中产生微小粒状a固相，由此，即使在没有搅动的情况下铸造半熔融铝-青铜合金时，也获得具有微小晶粒的铸件。还可以看出，根据比较例1至6的、包含不合本发明条件(本发明的组分组成的范围)的Al、Zr和P的原料铝-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中制造出的、根据本发明实施例1至45原料铝-青铜合金、根据比较例1至6的原料铝-青铜合金以及常规原料铝-青铜合金的铸块中的部分，并且将切割出的铸块完全熔融，从而制造出液相形式的熔融铝-青铜合金。之后，通过将该熔融铝-青铜合金冷却，制造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铝-青铜合金。通过将该半熔融铝-青铜合金快速冷却，制造出快速冷却样品。通过使用光学显微镜观察该快速冷却样品的组织，推定在半熔融铝-青铜合金中所产生的a固体晶体的形状，并且测量其平均粒度。所得结果与实施方案1相同。尽管已经对本发明的示例性实施方案进行了描述，但是本发明并不限于所述实施方案。在不背离本发明精神的情况下，实施方案的要素可以增添、省略、替换或修改。本发明并不限于上述的描述，而是仅由后附权利要求限定。工业适用性根据本发明的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，由于在不使用熔融金属搅动设备的情况下提高了半熔融铝-青铜合金的流动性，即使在低温铸造该半熔融铝-青铜合金时，也能够制造出具有微小晶粒的铝-青铜合金铸件而无铸造失败。权利要求1.一种用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金的组分组成包含5至10质量％的Al、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铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金的组分组成包含5至10质量％的Al、0.0005至0.04质量％的Zr、0.01至0.25质量。/。的P、0.5至3质量W的Si，以及余量的Cu和不可避免的杂质。3.根据权利要求1或2所述的用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金，其中所述组分组成进一步包含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铝-青铜合金，所述原料铝-青铜合金的组分组成包含5至10质量％的Al、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0.5至3质量％的Si，并且根据需要，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B22D17/00GK101384740SQ20078000510公开日2009年3月11日申请日期2007年2月13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