[发明专利]用于半固态金属铸造的原料铝-青铜合金

说明书

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α初晶。作为改善由于产生枝晶-相α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α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1)。[非专利文献1]“Fifth Revised Edition of Metal Manual，”由THEJAPAN INSTITUTE OF METALS，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。然而，即使当已知的铝-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α初晶，而不是产生枝晶。