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 ,