38 研 究 シ ル ジ シ 青 銅 の燒 第3巻 鈍 脆 性 に 就 て*(II) 黒 Saburo Report Kuroda I [This journal, III.シ : Anneal-Brittleness of the Silicon-bronze. Annealing Hardness synopsis 郎** of this work see the 鈍 脆 性 が あ るで あ ら う と豫 想 され るの で,次 の 如 き成 分 ル ジ ン 青 銅鑄 物 の燒 鈍 脆 性 15, the 三 2 (1938), 619] の 第1種 (1)シ ル ジ ン青 銅砂 型鑄 物 の燒 鈍脆 性 シル ジ ン青 銅 の 主要 用途 は鑄 物 で あ る が,鑄 物 に も燒 Table For 田 Temperature, Number of No. Izod Impact 1 Silzin-bronze シル ジ ン青 銅 の砂 型鑄 物 の燒 鈍 濫 度 及び 時間 と 衝撃 値 及び 硬 度 との關 係 を試驗 した. Cu 85.4%„Si 4.1%, Zn 10.5% (Bal). Figure Sand and Brinell 結 果 はTable Castings. 58∼68の 15及 びFigs, 如 くで 押 出 し 棒 の 場 合 と 全 く同 様 で あ る. Fig. 57. Annealing ure and Izod of Silzin-bronze (2)300° Impact Sand TemperatFigure Castings. 以下 の温 度 で 長 期燒 鈍 の 影 響 300°以 下 で長 期 間燒 鈍 した場 合 の 影 響 を試驗 した.其 はTable16及 *神 戸 製 鋼所 門 司 工 場 . **本 研 究 は 昭 和12年5月15日 る本 學 會 第1回 東 京 講 演 大 會 に て發 びFig.59曲 の 結果 線に に 於 て開催せ られ た 表 し た も ので あ る . 第1號 シ ル ジン青 銅 の燒 鈍 脆 性 に就 て(II) 示 す 如 くで これ Table 16. も棒 の 場 合 と同 39 Long Time below 300•‹ Annealing and 1 Silzin-bronze Izod Sand at the Impact Temperature Figure of No. Castings. 様 で あつ た. (3)鑄 物 の燒 鈍 と顯 微鏡 組織 の變 化 鑄物 の燒 鈍 と 顯 微 鏡 組織 との 關 係 を調 べ た. 共 の結 果 はFigs. 60∼68の 如 く Fig. 58. Brinell bronze Annealing Temperature Hardness Number of Sand Castings. and Silzin- で300∼500° の 間で は温 度 が 高 い 程 又時 間 が長 い程異相が 多 く 析 出 す る,只 棒 の 場合 と異 るの は 部 分 的 に甚 だ しい 事 で押 出 し 棒 の場 合 の様 に 結晶の境界全面 に分 布 して居 な い.こ れ は鑄 物 Fig. 59. Long Time Temperature below Annealing 300•‹ at and の 性質 上 致 し方 the Izod な い もの で 熔湯 ジ ン青 銅 の 燒 鈍 脆性 はCu-Si系 か ら凝 固す る際 Siの 溶 解 度 が減 じ γが 析 出 す る た め で あ る と考 へ て居 珪 素 及び亞 鉛 量 が部 分 的 に濃 度 が異 るた め で あ る.同 じ 500°で2時 間燒 鈍 した 試料 で もFig.82の 如 く多 く析 出 限 度 まで 少 くす るか 又 は何 か の 方法 でSiの 溶 解 度 を増 した 所 もあ り少 く出 て居 る所 もあ る. 加 す るかせ ね ば な らぬ と考 へ て 居 る.Alを2%添 Impact Sand (4)燒 Figure of No. I Table17及 るの で 良 い と言 はれ て居 る.著 者 は後 に述 べ る如 くジル 1,2,3%宛 (No. Sand 1), not Casting Annealed •~ 250 Fig. 61. Annealed 200•‹ •~250 Sand for 加し た壓 延 板 に就 て の試驗 で は燒 鈍 時 間 が 少 し長 くな る と も 鈍脆 性 に及 ぼ す第 四添 加元 素 の 影 響 60. 入つ た爲 に るの で燒 鈍 脆 性 を無 くす るに はSi含 有 量 を 固溶 し得 る 鑄 物 用 シ ル ジ ン青 銅 を改善 せ ん とす る企 は今 まで に 度 々な され た.Alを 少量 加 へ る 事 は 機 械 的性 質 を改 善 す Fig. 合金 にZnが Silzin-bronze Castings. 3 hrs. at 線 の 如 く燒 鈍 脆 性 を呈 す る. 著 者 は 銅 と 最 も良 く固 熔體 を 作 るNi及 Fig. Casting, びFig.69曲 62. Annealed 300•‹ •~250 びMnを 添 加 した 合 金 を 作 り,厚 さ20mm,巾200mm, Sand for Casting, 3 hrs. Fig. at 63. Annealed 350•‹ •~250 Sand for Casting, 3 hrs. at 夫 々 40 研 Fig. 64. Sand Annealed for Fig. Casting, 3 hrs. at 65. 究 Sand Annealed for Fig. Casting, 5 hrs. at Sand for Fig. 67. Casting, 3 hrs. at Annealed 450•‹ •~250 400•‹ •~250 400•‹ •~250 66. Annealed 第3巻 Sand for Casting, 2 hrs. at 500•‹ •~250 Table 17. Annealing Temperatures and Mechanical Properties of No. 1 Silzin-bronze Containing 2% of Aluminium. Fig. 68. Sand Annealed Casting, for 2 hrs. Fig. 69. Annealing Temperatures and Mechanical Properties of No. 1 Silzin-bronze Containing 2% of Aluminium. at 550•‹ •~250 Table 18. Annealing Temperature Silzin-bronze Containing and Izod Impact Figure Nickel or Manganese. of Fig. 70. Annealing Temperature and Izod Impact Figure of Silzinbronze Containing Nickel or Manganese. 長 さ250mmの 砂 型 鑄 物 と な し これ よ り衝 撃 試驗 片 を 削 り出 し て 試驗 した.Table18及 びFig.70は その 代 表 的 もNi及 びMnで は改 善 し 得 られ なか つ た の は 當然 か も 知 れ な い. 合 金 の 性質 を 示 し た も の で,燒 鈍 し た もの は 衝 撃 値 が 低 IV.燒 下 し て 居 る. 一 般 に 一 つ 元 素 の 溶 解 度 は 他 の 元 素 が 入 い る程 少 な く な る の が 普 通 で あ る.Cuに2%のA1を ゥ ム 青 銅 にCuと る とA1の 加 へた アル ミニ 最 も良 く固 溶體 を 作 るNiを10%加 固 溶 限 度 外 に な る 事 か ら 考 へ る と,Siの 鈍 脆 性 の 原 因 及 び 銅,亞 鉛 合 金 に 對す る 硅 素 の 固 溶 限 度 (1)燒 鈍脆性の原因 へ 以上 の 實驗 結果 に依 れ ば シル ジ ン青 銅 の 押 出 又 は 鍛造 場合 した 棒 及 び鑄 物 は何 れ も500° 以 下 の 温 度 で 燒 鈍 すれ ば 第1號 シ ル ジ ソ青 銅 の燒 鈍脆 性 に就 て(II) 伸 及 び 衝 撃値 を減 じ て 脆 性 を 呈す る.其 未 だ 論 述 せ られ た も の は 少 な い,著者 よ り成 る 三 元 系 合 金VZ於 つ て 居 る爲,Siの の 原 因 に就 て は 時 間が 短 か けれ ば 一部 分 の結 晶 に 甚 だ し い 双 晶が 現 は て は, CuにZnが10∼15%入 程度で も 結 晶 粒 境 界 に 異 相 を析 出 す る か ら で あ る と考 へ る.著 はCu-Si系 Cu-Zn系 Fig. 71. Cu-Zn-Si System Ternary Equilibrium Diagram that the Author Quessed. この様 に押 出 法 に依 つ て作 つ た もの を燒 鈍 すれ ば異 相 は結 晶の 境 界 に析 出 し,鍛 造 し た もの を燒 純 すれ ば 燒純 は こ のCu-Zn-Si 溶 解 度 が 減 じ,Si 4∼4.5%の 41 者 及 び れ,こ れ を更 に長 時 間燒 鈍 すれ ば 其 の部 分 に異 相が 現 は れ る.今Fig.80試 見 る とFig.84の 料 を倍 率 を 小 さ く して60倍 に して 如 く鑄物 の鑄 造 組 織 の 様 であ る.こ の の 二 元状 事 か ら考 察 す るに,鍛 造 物 は鍛 造 前 の燒 鈍 時 間が 短 か 態 圖 よ り想 像 し て く,從 て擴 散 が 充分 で な い のでSiに 富 んだ 部 分 と 少 い Cu-Zn-Si系 部 分 とが あ り,鍛 造 温 度 で は共 にα 組 織 で は あ るが,同 のCu 隅 に 於 け る 常温 の じα で もSiに 富 だ α は硬 度 も高 く加 工の 際 に 歪 を 多 く 平衡 状 態 圖 は 略 受 け るで あろ う事 は想 像 し 得 る 所 で 、鍛 造 後 種 々の温 度 で燒 鈍 した 際温 度 が低 かつ た り時 間 が 短 かか つ た りす る Fig.71の 様 になる で あ ら う と考 へ て 居 る。 從 つ て こ の状 態 圖 か ら す れ ば, と,鍛造 の 際 歪 を 多 く受 けた部 分 に最 初 に 双 晶 を生 じ, シ ル ジ ン 青 銅 の 燒 鈍 中 に 析 出 す る異 相 は,次 の 様 に し て 更 に 燒 鈍 時 間 を長 くすれ ば この 部分 に 異 相 を析出 す る γ 相 で あ る こ とが 云 は れ る. もの で あ る と考へ る. Cu-Si系 に於 て は 高温 度 に 於 け る αの固 溶體 範圍 廣 く,Cu-Zn系 に於 て は反對 に高 温 よ りは常 温 に 於 け る 固 試 みに鍛 造 した 試料 で部 分的 に異 相 を 析出 した 試 料 を,擴散 を充 分 な ら し め る た め800° で8時間燒 鈍 し, 線 の 様 になり,常温 に於 け る固溶 急 冷 すれ ばFig.85の 如 く完 全 に αの み と なり こ れ を 500°で1時 間 燒 鈍 すれ ばFig.86の 如 く結 晶 の境 界 に異 限度曲 線 と交 る點 が出 來 る筈 で あ る.而 して シ ル ジ ン青 相 を析出 し,押出 し法 に依 つ て作 つ た もの と全 く同一 組 銅 は高 温 度 に於 て は固溶 限度 内 に あ るで あ ら う事 は,前 織 に な る. 記 の實驗 結 果 よ りして 又 前記 の状 態 圖 よ りして も想像 出 要 す る に双 晶 の甚 だ しい α と双 晶 の 見 え ないα とが 生 ず 來 る.然 るに シル ジ ン青銅 が 十 分 に燒鈍 され る と溶 解度 の變 化 に よ りて γ を析 出 す る,從 つ て常温 に於 てはa十 γ るの は,鍛 造 前 の 加熱 時 間 が短 か く擴散 が 不充分 で あ つ た もの を,鍛 造 後 短 時 間燒 鈍 す るた めに現 はれ る もの で の組 織 を示 す べ きで あ る.而 して鑄 造,押出 し,鍛造 に依 あつ て,更 に 長 時 間 燒 鈍 すれ ば其 の部 分 に り製造 した もの は何 れ もa組 織 を有 し靱 性 に 富 で居 るの る もの で あ る.從 つ て著 者 はα´な る 組 織 の 存 在 を考 へ は,γ の析 出 速 度 が甚 だ遅 く,鑄造 又 は鍛 造 時 等 か らの 冷 て居 ない. 溶體 範圍 が廣 いの で,三 元 系 の 高 温 度 に 於 け る固溶 限 度 曲線 を書 け ばFig.71點 却 條 件 で は γが析 出 し得 ず,高 温 度 での 組織αの 儘 で常 温 に 持 ち來 され る爲 で あ る.又500° 以 下 の燒 鈍に よ り (2)Cu-Zn合 相 を析 出 す 金 に對 す るSiの 固 溶限 度 以上 の實驗 結 果 で は,シ ル ジ ン青銅の 燒 鈍 脆 性 は,Zn 脆 化 す るの は,溶 解 限 以 下 の 温度 で の 燒 鈍 に より 次第 に が 入つた 爲 に單 な るCu-Si系 平衡 に近 づ き γが 析 出 す るか らで あ る. 度 が減 じ,比較 的Si含 有 量 の 少 な い合金 で も γ相が 析 出 五 百旗 頭博 士 はZn 5∼20%の 範圍 内 にα´な る組 織 合 金 に較 べ てSiの 溶 解 限 す る もの と考 へ られ,然 か も100∼150° の如 き低 温度 で を考 へ られた 事 が あ る様 で あり,田邊 博 士等 も甚だ しく も長 時間 加 熱 す る時 は 析 出が 進 行 す る 事が 認 め られ る. 双 晶の發 達 した α と双 晶 の 見 えな い α と を區 別 され,前 從 つ てCu-Zn合 者 をα´と考 へ て 居 ら れ る様 で あ る.著 者 は鍛 造 した 溶 解 限 度 を定 め る 事は 工業 上 甚 だ有 意 義 な事 と考 へ る. シル ジン青銅 棒 の 燒 鈍 温 度 と組 織 を調 査 中 田邊博 士 等 の 單 な るCu-Si合 金 に於 てZn含 有 量 に應 じて夫 々のSi 金 に 於 て はCUに對 す るSiの 溶 解 限 言はれ る α´ に 類 似 した も の を 見 出 し た.Fig.72よ り Fig.77ま で の冩 眞 は これ を示 し,双 晶 の甚 だ し く發達 し 度 はTable19の た もの と然 ら ざ る もの とが あ る,こ れ 等 の 試料 は各温 度 4.2%,350° で は3.9%位 で1時 間 宛燒 鈍 し た もの で あ る.こ れ を更 に夫 々の 温度 に その値 の 異 る のは,燒 鈍 の際 合金 内 のSiの擴 散 が甚 だ で2時 間 宛 再 加 熱 す る とFig,78よりFig.82の 如 く入 に依 つ て 可成 り差 異 が あ る. これ 等 の 内Smithに 依 る もの が最 も 少 な く400° で 約 で あ ら うと言 つ て居 る.此 の様 如 くな し く遅 く,比 較 的 低 温 度 で は長 時 間加 熱 して も容 易に 平 り,先 に双 晶 が甚 だ しか つ た 部分 に點 々 と して異 相 が 析 衡 状 態 に達 せ ない爲 で あ る.著 者の 場 合 に は單 純 な る 出 し,温 度 の 高 い もの程 甚 だ しい事 は前 の 押 出 し棒 又 は Cu-Si合 金 のSiの 溶 解 度 は 左程 重要 で は な い ので これ 鑄 物 の場 合 と同様 で あ る.最 も甚 だ し く析 出 し たFig. 80試 料 を800倍 に擴 大 して見 る と,其 の 組 織 はFig.83 に關 す る實驗 は省 略 し,最 も少 な いSmithの の 如 くで,前 の棒 の場 合 の もの と全 く同 一 で あ る. の で はな いか と考 へ て居 る. 結果 が正確 に近 い もの と考 へ100∼150° で は恐 ら く もつ と 少 くな る 42 研 實驗 はZnを 究 含む もの に就 て行 つた ので あ るが,Zn量 Table 第3巻 19. Solubility Limit of Silicon to Copper. を一 定 な ら しめ るた め,七 三 眞 鍮 と銅 及 び硅素 銅 を配 合 した.Zn量 は5,10,15,20%で,Si量 は夫 々1∼5%の 範圍 に變 化 せ し め た.こ れ 等 の 各 を 二 分 し て,一 半 は 250° で6日 間保 ちた る後 顯 微 鏡組 織 を調 ベ,他 の半 分 は 750° で2日 間 保 ち 水 冷 し て擴 散 を十分 な ら しめ ,次 に 250° で6日 間 保 ち 出 來 得 る限 り平衡 状 態 を得 る に努 あ て そ の 顯 微 鏡 組 織 を調 べ,硅 素 量 何%よ り異 相 を析 出 す るや を調 べ た.そ の 結果 はTable 20及 びFigs.87∼96の 如 くでFig.97は 著 者 の 結 果 と從來 の結 果 と を比 較 した もの で あ る. Fig. 72. of Fig. 76. 1 hr. Fig. Microstructure a forged 80. 2hrs. Annealed at 400•‹ •~250 73. 1hr. for Fig. 500•‹ •~250 Annealed at Fig. bar. •~250 77. 1h r. for more Fig. at 81. 2hrs. at Annealed Fig. Annealed 500•‹ •~250 74. Annealed at 350•‹ •~250 hr. for Fig. 600•‹ •~250 Annealed at for 300•‹ •~250 78. Annealed 2hrs. for more Fig. 82. 2hrs. at 600•‹ •~250 Fig. 1 hr. for more for more 300•‹ •~250 Annealed at for 1 Fig. 79. 2hrs. Fig. 83. View Fig. 75. Annealed at for 400•‹ •~250 Annealed for at 350•‹ •~250 A Large of a 98 •~800 more Magnified Specimen in 第1號 シ ル ジン青 銅 の燒 鈍 脆 性 に就 て(II) Fig. 84. A Small View of a Fig. 98 •~60 Magnified Fig. Specimen in 85. imen at in Heated a Fig.98 for Spec Fig. 8hrs. 86. After Specimen 800•‹ •~250 8hrs. in at for 1hr. Fg. 88. on Specimen Table No.2 92. on Specimen Table 89. on Annealed Fig. Fig. 20 •~250 No. for 5 Days 3 Fig. at 93. on 20 •~250 Specimen Table Table No. 10 20 •~250 250•‹, after Specimen 20 •~250 Fig. 90. on Annealing No. 4 Table for Fig. on 94. Table Fig. Fig. 96. on Table Specimen 20 •~250 No. 30 43 Heated Fig. 800, a 98 Fig. for 87. on Table Specimen No. 1 No. 29 20 •~250 Annealed at 500•‹ •~250 Specimen No. 19 20 •~250 2 Days at Specimen Fig. on 750•‹ and No. 11 Specimen 20 •~250 Quenching. Fig. 20 •~250 97. 91. Table Solubility Limit in Cu-Zn-alloy. 95. on Specimen Table 20 •~250 Curve of Silicon No. 20 44 研 Table 20. 究 第3巻 種 共 に,300∼500° の 温 度範圍 で燒 鈍 すれ ば 抗 張 力 は殆 ど變化 は 無 いが,伸 及 び 衝撃 値 は燒 鈍温 度 及び 時 間 に比 例 して 降下 し脆 性 を 呈 す る.こ の 原 因 はCu-Zn-Si合 金 に於 て は,單 な るCu-Si合 金 の 場 合 より は,Siの 溶解 度 が 少 くな り結晶 粒 境 界 に γが 析出 す るか らで あ る。 又 押 出 し,鍛 造 等 の 儘 で は α組 織 で 脆 性 を 呈 しな い の は,γ の 析出 速度 遅 く,加 工 又 は鑄 造 後 の 冷 却 條 件 で は燒 入れ と同様 で過 飽 和 の状 態 に あ るが 爲 で,500° 以 下 の 温度 で の燒 鈍 は γ相 の析 出 を助 け る もの で あ る.こ の様 に異 相 を析出 した材 料 は 疲勞 限 界 及 び 耐 蝕 性 が 下 りはせ ぬか と 考 へ た が,實驗 の結 果 で は却 つ て 反對 で あ つ た. シル ジ ン青 銅 の 脆性 はSiの 溶 解 度 減 少 に依 る もの故 これ を防 ぐに はSi量 を少 くす る事 が 考 へ られ る,そ して 實驗 の 結 果 に依 れ ば この 溶 解 度 は,Zn10%で は1.8% Si,又Zn1.5%の 場合 に は1.6%Siで あ る,併 し これ ま でSiを 減 ず る 事 は シ ル ジ ン青 銅本 來 の 性 質 を失 ふ 事 に な りは せ ぬ か と考 へ る.又Zn及 びSi量 を 從 來 の 儘 と し,他 の元 素 を加 へ る事 も考 へ られた 様 で あ るが,現 在 の 所 で は概 ね他 元 素 を加 へ る程Siの 溶 解 限 度 は減 ず る も の で,脆 性 を減 ぜ ず却 つ て,こ れ を甚 だ し くす る ものゝ様 に推 察 され る 要 す るに シル ジ ン青 銅 の燒 鈍 脆性 は防 ぎ 得 な い もので あ る と考 へ る.從 つ て 加 工 又 は鑄造 内 力等 を除 くた め燒 鈍 す る必 要 あ りとせば,出 來 得 る限 り低 い 温度 で短 時 間 行ふ べ き もの で あ り,又 使 用 上 に於 て も過 熱 蒸 氣 等 に長 時 間曝 され る様 な 場 所 に使 用 す る事 も避 く べ き もの と思 はれ る. 然 し シル ジン青 銅 はSnの 産出 量 の 少 い 本邦 に 於 て そ の 代用 合 金 と して發 明 せ られ た合 金 で あ り,強 力 で 耐蝕 性 を有 しその 性 能 は 優秀 で あ るか ら,前 記 の 如 き加 熱 を 受 け る部 分 以 外 に は,青 銅 代 用 と して 使 用 す る事 は 大い に推 奨 す べ き もの と考 へ る. V.實驗 結 果の 考 察 及 び 結 言 以 上 の實驗 結果 に依 れ ば,鍛 造 又 は押出 し法 に依り 製造 した シ ル ジ ン青 銅 棒 も鑄造 した る鑄 物 も,第1種 第2 終に 臨 み,本 研 究 に對 し色 々 と有 益 な る御 教 示 と御 助 言 を賜 はつ た 西村,井 上,今 井 三博 士 に對 し衷 心感 謝 の 意 を表 す る
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