專利名稱：：含有極少量鉛的易切削銅合金的制作方法
技術領域：
：本發明涉及易切削銅合金，如用于所有產業領域的易切削銅合金，尤其，涉及用于對人類提供飲用水的領域的合金。
背景技術：
：在具有出色的切削加工性的銅合金中有，青銅合金如具有JIS名稱H5111BC6的青銅合金和黃銅合金如具有JIS名稱H3250-C3604及C3771的黃銅合金。這些合金添加1.06.0重量％的鉛，提高了切削加工性，從而作為易加工的銅合金，提供工業上滿意的產物。因其出色的切削加工性，含鉛的銅合金對水龍頭、上/下水道金屬零件、閥門等的各種物品成為重要的基礎材質。在這些現有的易切削銅合金中，鉛不是在基體內形成固溶體，而是通過以粒狀分散，而提高合金的切削加工性。以往，為了生產所希望的產物，必須添加多達2.0重量％以上的鉛。對于這種合金，若鉛的添加量小于l.O重量％，則如圖1G所示，切屑成為螺旋形。螺旋形的切屑會導致例如纏繞于切削機等的各種問題。另一方面，鉛的含量在1.0重量％以上2.0重量%以下時，雖然導致切削阻力的減少等結果，可是切削面變粗糙。因而，一般添加2.0重量％以上的鉛。在一些需要高度的切削特性的膨脹銅合金中含有大約3.0重量％以上的鉛。并且，在一些青銅鑄件中含有多達約5.0重量。/。以上的鉛。例如，具有JIS名稱H5111BC6的合金含有大約5.0重量％的鉛。在含少量百分比鉛的合金中，微細的鉛粒子分散于金屬結構內。在切削處理中，應力可能集中在這些微細柔軟的鉛粒子。其結果，切削而產生的切屑變小，其切削力也減低。在這種情況下，鉛粒子起破屑機的作用。另一方面，當2.04.5。/。的Si在規定的組成范圍和產生條件下，添加于Cu-Zn合金時，在金屬結構中出現與(x相不同的一個以上的富含Si的k、Y、p或卩相。這些相中，k、y、P堅固，具有與Pb完全不同的性質。但在切削時，應力集中在出現這3相的部分上，因此這3相起破屑機作用，從而所要求的切削力減低。這意味著，即使鉛與在Cu-Zn-Si合金中生成的k、y、^相幾乎或者根本沒有其性質及/或特性的共同點，它們都將切屑分解，其結果，減少所要求的切削力。盡管如此，具有ic、Y、^相的Cu-Zn-Si合金的被提高的切削加工性與分別包括5、3、2重量％的鉛的C86300(含鉛紅黃銅)、C36000(易切削黃銅)、及C37700(鍛造黃銅)相比時，在某些方面不足。含于合金內的鉛為環境污染物質給人類造成危害，因此，近幾年大幅度限制混合有鉛的合金的使用。即，由于鉛存在于在溶解及鑄造等高溫下處理合金的過程中發生的金屬蒸氣中，所以含鉛的合金給人類的健康和環境衛生造成威脅。含于由這種合金構成的供水設備的金屬零件、閥門等的鉛也有可能溶解在飲用水中的危險性。由這種原因，最近，美國及其他先進國家，為了徹底降低銅合金的鉛許可水準，開始加強含鉛的銅合金的標準。在日本也逐漸限制含鉛合金的使用，而增加對含有少量鉛的易切削銅合金的開發的要求。無需說明，盡量減少鉛含量為佳。隨著最近的發展，如us2002-0159912a1(美國專利申請第10/287921號公報)揭示，易切削銅合金的含鉛量減少到了0.02%。但是社會對含鉛量的強烈關注來看，更加減少含鉛量為佳。盡管如在美國專利6,413,330中揭示，無鉛合金是本領域公知的，但本發明者卻發現在合金中的少量鉛具有某些優點。
發明內容本發明的一個目的在于，提供一種含有極少量(即，0.005小于0.02重量％)的作為提高切削加工性的元素的鉛的易切削銅合金。本發明的一個目的在于，提供一種切屑加工性優秀，還可用作含有相對多量鉛的傳統易切削合金的安全替代物。本發明的一個目的在于，提供一種允許切屑的回收利用，并對環境衛生沒有問題的合金，從而提供對含鉛產品的規制要求的適時的解決方案。本發明通過了解并利用k、y、p相與少量Pb的組合對切削加工性的協同效果，從而，在某些優選實施方案中達到這些結果。本發明的另一目的在于，提供一種具有與出色的切削加工性所結合的高耐蝕性的易切削銅合金，其適合于作為切削制造物、鍛件、鑄件等所需的基礎物質，從而擁有很高的實用價值。可采用本發明合金的切削制造物、鍛件、鑄件等包括水龍頭、上/下水道的金屬零件、水量計、灑水裝置、接頭、止水閥、閥門、管道、供熱水管零件、軸、及熱交換器部件。本發明的另一個目的在于，提供一種具有與易切削性結合的高強度、耐磨性的易切削銅合金，適合作為用于制造要求高強度、耐磨性的切削制造件、鍛件、鑄件和其它用途的基礎物質，例如軸承、螺絲、螺母、軸瓦、齒輪、縫機部件、汽缸部件、閥座、同步器齒環、滑動部件及液壓系統部件。因此，易切削銅合金具有相當高的實用價值。本發明的另一個目的在于，提供一種易切削銅合金，具有與易切削性結合的出色的高溫抗氧化性，適合作為用于制造必需具有高溫抗氧化性的切削制造件、鍛件、鑄件和其它用途的基礎物質，例如用于煤油及煤氣爐用噴頭、燃燒器頭部、及熱水壺用氣體噴頭。因此，易切削銅合金具有相當高的實用價值。本發明的另一個目的在于，提供一種易切削銅合金，具有出色的切削加工性與高耐沖擊性，適合作為用于制造因在切削處理后實行填隙處理而需要由耐沖擊性物質制成的產品的基礎物質，例如所謂"內接頭"的管連接器、電纜連接器、零件、夾板、家具用金屬鉸鏈、汽車傳感器部件等。上述本發明的一個或多個目的，通過提供以下銅合金而達成。第1發明合金作為具有出色的易切削性的易切削銅合金，上述合金是由銅71.578.5重量％、硅2.04.5重量％、鉛0,005小于0.02重量％、鋅剩余量組成，在上述銅合金中的銅和硅的重量。/。滿足61-50Pb^X-4YS66+50Pb的關系，其中Pb為鉛的重量。/。，X為銅的重量M,Y為硅的重量。/。。為了簡單化，以下，上述銅合金稱之為"第1發明合金"。鉛不是在基體內形成固溶體，而是作為鉛粒子以粒狀分散，從而提高切削加工性。在銅合金內的即使少量的鉛粒子也能提高切削加工性。另一方面，硅通過在金屬結構中產生Y相及/或K相(有時p相)，從而提高易切削性。硅與鉛，在有效提高切削加工性方面是相同的，但對于合金的其他性質的作用有很大的區別。基于這種認識，將硅添加于第l發明合金，可以達到滿足工業要求的高度的切削加工性，同時能夠大量減少合金中的鉛含量，因此可以消除鉛對人類的毒性危害。即，第l發明合金是通過添加硅形成Y相和k相而提高切削加工性。因而，第l發明合金具有在工業上滿意的切削加工性，這意味著第l發明合金在干燥的條件下，以高速度切削時，具有與現有的易切削銅合金的切削加工性相同的切削加工性。換言之，第1發明合金具有通過添加硅形成Y、K、及p相而提高的切削加工性，以及通過添加極其少量的鉛(即，大致0.005重量％小于0.02重量°/。的鉛)而提高的切削加工性。若添加小于2.0重量％的硅，金屬合金不能形成充分確保能夠滿足工業上的切削加工性的Y相或K相。若增加硅的添加，則提高切削加工性。但，若硅的添加量超過4.5重量％，切削加工性不會成比例地提高。可是，問題在于，硅由于熔點高、比重低，并容易被氧化，因此，在融化步驟中將未混合的硅進料于熔爐，硅會浮在融化的金屬上面，被氧化成硅的氧化物(即，二氧化硅)而妨礙含硅的銅合金的制造。因此，在鑄造含硅銅合金的鑄塊時，通常以Cu-Si合金的形式添加硅而增加制造成本。如果硅量過多，形成的y/K相的部分在金屬構造的總面積中變得過大。這些相的過度存在妨礙它們作為應力集中區域起作用，并且使合金比要求的還堅硬。因而，以超過提高切削加工性的飽和點或平臺的量，即，添加4.5重量％以上的硅是不太理想的。實驗表明，在添加2.04.5重量％的硅時，為了保持Cu-Zn合金的固有性質，考慮與鋅的含量的關系，將銅的含量保持在大約71.578.5重量％為理想。為此，第1發明合金由銅71.578.5重量%和硅2.04.5重量％組成。硅的添加不僅改善切削加工性，而且還改善熔融金屬流的(a)鑄造性、(b)強度、(c)耐磨性、(d)耐應力腐蝕裂紋性、及(e)高溫抗氧化性的特性。然而，在第l發明合金中，若銅和硅的重量％不滿足61-50Pb^X-4Y^66+50Pb的關系，這些特性則不會出現。在此，X為銅的重量％、Y為硅的重量M、Pb為鉛的重量。/。。并且，延性及耐脫鋅腐蝕性也會得到一定的改善。為此，在第1發明合金中，鉛的添加被設定為0.005小于0.02重量%。在第1發明合金中，即使減少鉛的添加，通過添加具有導致Y相與/或K相的上述效果的硅也獲得適當的切削加工性。然而，如果上述合金在切削加工性上要比以往的易切削銅合金出色，就得添加0.005重量％以上的Cu-Zn合金。另一方面，添加較多量的鉛會對合金的性質造成不利影響，導致表面粗糙、不良的熱加工性，不良的鍛造性能及可冷鍛性的降低。同時，含有0.02重量％以下的少量鉛，期待能夠通過政府的有關鉛的標準，但是，將來，包括日本的先進國家可能更加嚴格地強化規定。因此，在第1和稍后描述的第2、第3發明合金中，合金中添加的鉛的范圍被設定為0.005小于0.02重量％。根據本發明，第l、第2、及第3發明合金的變體都包括這種低的鉛添加范圍。第2發明合金本發明的另一實施方案是同樣具有出色的易切削性的易切削銅合金，其由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0扁小于0.02重量％;選自磷0.010.2重量％、銻:0.020.2重量％、砷0.020.2重量％、錫0.11.2重量％、及鋁0.12.0重量％中的至少一種元素；及鋅剩余量組成。在此，上述銅合金的銅、硅及被選的其它元素(即，磷、銻、砷、錫、鋁)滿足61-50Pb^X-4Y+aZ^66+50Pb的關系，此處，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量。/。，Y為硅的重量。/。、及Z是選自磷、銻、砷、錫、及鋁的元素的重量％，a為被選的元素的系數，此處，被選的元素是磷時a為-3、被選的元素是銻時a為O、被選的元素是砷時a為0、被選的元素是錫時a為-l、被選的元素是鋁時a為-2。以下，這種第2銅合金稱之為"第2發明合金"。上述第2發明合金是對脫鋅、腐蝕等具有出色的耐蝕性，并具有更加改善的切削加工性的易切削合金。鋁與硅同樣，具有有效地促進Y相的形成的功能。即，若添加鋁，則形成Y相，該y相提高Cu-Si-Zn合金的切削加工性。鋁不僅提高Cu-Si-Zn合金的切削加工性，也會提高強度、耐磨性、及高溫抗氧化性。并且，鋁有助于保持低比重。如果在根本上由該元素提高切削加工性，應該添加至少0.1重量％的鋁。但是，超過2.0重量％的添加不能導致成比例的結果，反而，添加超過2.0重量％的鋁會降低金屬合金的延性，因為，由如此的添加過多地形成Y相，而不再提高切削加工性。對于磷，不具有如鋁那樣的形成Y相的性質。但是，磷確實具有將通過單獨或與鋁組合添加硅而形成的Y相均勻地分散且分布的功能。如此，通過Y相的形成實現的切削加工性改善，由于磷使在金屬合金內的Y相均勻地分散且分布的能力而進一步增加。除使Y相分散以外，磷使在基體的a相的晶粒微細化，因此，提高高溫加工性、強度、及應力腐蝕龜裂抵抗性。并且，磷不僅提高耐脫鋅性，而且充分地增加在于鑄造時的熔融金屬的流動性。為了得到這種結果，必須添加0.01重量％以上的磷。然而，若超過0.20重量％添加磷，則得不到相應的效果。相反，可能降低熱鍛性質和銅金屬合金的可擠壓性。第2發明合金，除第l發明合金外，還包括從磷0.010.2重量％、銻0.020.2重量％、石申0.020,2重量％、錫0.11.2重量％、及鋁0.12.0重量％中選擇的至少一種元素。如上所述，磷通過使Y相均勻地分散且使在基體的a相的晶粒微細化，提高切削加工性和耐蝕性(即，脫鋅耐蝕性)、鍛造性、應力腐蝕龜裂抵抗性、及合金的機械強度特性。于是，第2發明合金通過磷的作用提高耐蝕性和其他特性，并且主要通過添加硅而提高切削加工性。添加極少量的0.01重量％以上的磷，可以產生有利的效果。然而，超過0.20重量％的添加量并不如由加入的磷的量所期待的那樣有效。相反，若添加0.20重量％以上的磷，則會降低減少高溫鍛造性和可擠壓性。同時，砷或銻即使添加0.02重量％以上的少量，也會提高耐脫鋅性。g卩，可以產生有益的結果。錫加快y相的形成，同時使在a基體內形成的y及/或k相更加均勻地分散和分布。因此，錫進一步提高Cu-Zn-Si金屬合金的切削加工性。并且，錫還提高耐蝕性，尤其是抗磨損腐蝕、脫鋅侵蝕性。為了得到這樣的抗蝕的理想的效果，應該添加O.l重量％以上的錫。另一方面，超過1.2重量％添加時，過剩的錫減少延性，并減少本發明合金的沖擊值，隨之鑄造時易發生龜裂。因此，為了避免延性及沖擊值的降低，同時確保被添加的錫的理想的效果，根據本發明，添加0.20.8重量％的錫為理想。上述的內容顯示，第2發明合金通過除了添加與第1發明合金相同量的銅和硅以外，還以上述限定范圍內的量添加選自磷、銻、砷(提高耐蝕性)、錫、及鋁中的至少一種元素，而提高切削加工性和耐蝕性、及其他特性。在第2發明合金中，與第1發明合金相同，銅和硅的添加量分別設定為71.578.5重量％、2.04.5重量％，其中除硅和少量的鉛以外不添加其他切削加工性改善劑，因為，磷，如銻和砷那樣，主要作為耐蝕性改善劑起作用。第3發明合金一種同樣具有出色的易切削性和出色的高強度特性及高耐蝕性的易切削銅合金，該合金由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0.005小于0.02重量％;從磷0.010.2重量％、銻0.020.2重量％、砷0.020.15重量％、錫0.11.2重量％、及鋁0.12.0重量％中選擇的至少一種元素；和從錳0.34.0重量％、鎳0.23.0重量％中選擇的至少一種元素(錳和鎳總的重量％在0.34.0重量％之間)；及鋅剩余重量％構成，其中上述銅合金中的銅、硅、及選擇的元素(即，磷、銻、石申、錫、鋁、錳、及鎳)的重量°/。滿足61-50Pb^X-4Y+aZ^66+50Pb的關系，所述關系式中，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量％，Y為硅的重量％、及Z是選自磷、銻、砷、錫、鋁、錳、及鎳中的至少一種元素的重量％，a為被選擇的元素的系數，其中選磷時a為-3、選銻時a為0、選砷時a為0、選錫時a為-l、選鋁時a為-2、選錳時a為2.5、及選鎳時a為2.5。以下，上述第3銅合金稱之為"第3發明合金"。第3發明合金是不僅具有提高的切削加工性，還具有高強度、出色耐磨性、及耐蝕性的易切削銅合金。錳和鎳與硅結合形成以MnxSiy或NixSiy表示的金屬間化合物，其在基體內均勻地析出，由此提高耐磨性和強度。因此，通過添加錳和鎳中的任一種或兩種，提高第3發明合金的高強度特性和耐磨性。這種效果，在將錳和鎳分別添加0.2重量％以上時會出現。然而，在鎳為3.0重量％時和錳為4.0重量％時達到飽和狀態。因此，即使增加錳及/或鎳的添加量也得不到相應的提高效果。考慮與錳和鎳形成金屬間化合物的硅的消耗，將硅的添加量設定為2.04.5重量％以與錳及/或鎳的添加相匹配。還注意到鋁和磷有助于強化基體的a相，籍此提高切削加工性。磷使a和Y相分散，由此強度、耐磨性、及切削加工性也提高。鋁也有助于耐磨性的提高，并且在添加大致O.l重量％以上時表現出使基體強化的效果。然而，鋁的添加若超過2.0重量％，則因過量的a相或(3相形成(其更易發生)，而延性會降低。因而，考慮需要提高的切削加工性，鋁的添加設定為0.12.0。并且，磷的添加會使Y相分散，并使基體a相的晶粒粉碎，從而，銅合金的高溫加工性和強度及耐磨性也被提高。更且，磷對在鑄造中提高熔融金屬的流動性非常有效。磷的添加量為0.010.2重量％時能夠得到此結果。考慮到硅的添加量和與硅結合的錳及鎳的特性，銅的含量設定為71.578.5重量％。鋁是提高強度、切削加工性、耐磨性、還提高高溫抗氧化性的元素。硅也具有提高切削加工性、強度、耐磨性、耐應力腐蝕龜裂、還提高高溫抗氧化性的性質。鋁以0.1重量％以上的量與硅一起使用時，起提高高溫抗氧化性的作用。然而，即使鋁添加量超過2.0重量％，也不能期待相應的結果。為此，鋁的添加設定為0.12.0重量％。磷是為了加強在鑄造時的熔融金屬的流動性而被添加。磷具有提高熔融金屬的流動性的同時，提高上述切削加工性、耐脫鋅腐蝕性、及高溫抗氧化性的功能。添加O.Ol重量％以上的磷時，出現這些效果。然而，即使超過0.20重量％使用也不會導致相應效果的成比例增加，反而造成上述合金的脆弱化。考慮到這些問題，在0.010.2重量％的范圍內添加磷。如上所述，硅是為了提高切削加工性而被添加，但是硅也能夠像磷那樣提高熔融金屬的流動性。在添加2.0重量％以上的硅時出現提高烙融金屬的流動性的效果。為了提高流動性的添加范圍與為了提高切削加工性的范圍重疊。考慮到這些問題，硅的添加設定為2.04.5重量％。第4發明合金本發明的另一實施方案是同樣具有出色的易切削性的易切削銅合金，該合金由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0.005小于0.02重量％;選自鉍0.010.2重量％、碲.-0.030.2重量％、及硒0.030.2重量％中的一種附加元素；及鋅剩余重量％構成，其中，上述合金中的銅和硅的重量。/。滿足61-50PbSX-4Y^66+50Pb的關系，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量M，Y為硅的重量M。以下，上述第4銅合金稱為"第4發明O五o艮P，上述第4發明合金由第1發明合金，另外還有選自鉍0.010.2重量％、碲0.030.2重量％、及硒0.030.2重量％中的一種元素構成。鉍、碲、及硒，與使用鉛一樣，不與基體形成固溶體，而是通過以粒狀分散而提高切削加工性。在提高切削加工性時，添加鉍、碲、及硒能補充易切削銅合金中的鉛含量的減少。若與硅和鉛一同添加這些元素中的任一種，切削加工性則高出只添加硅和鉛時的水平。從此結果，開發了第4發明合金，其中混合選自鉍、碲、及硒中的一種元素。通過不僅添加硅和鉛，還添加鉍、碲、或硒，使銅合金具有能夠以高速度自由地切出復雜形狀的切削加工性。然而，添加少于0.01重量％的鉍、碲、或硒不能實現切削加工性的提高。換言之，在這些元素的添加對切削加工性帶來相當的效果之前，至少得添加0.01重量％的鉍或至少得添加0.03重量％的碲或硒。然而，這三種元素價格比銅高，為了制造具有商業價值的合金將元素適當地混合是重要的。因此，即使鉍、碲、或硒的添加量超過0.2重量％，切削加工性的提高比例非常小，并也不經濟。更且，這些元素的添加量若超過0.4重量％，合金的可鍛性等的高溫加工特性和延性等的冷加工特性惡化。盡管鉍等的重金屬會引起類似鉛的問題，但添加小于0.2重量％的極少量是微不足道的，不會引起健康上的問題。考慮到這些問題，第4發明合金將鉍的添加量保持在0.010.2重量％，將碲或硒的添加量保持在0.030.2重量％。對此，將鉛和鉍、碲或硒的合并含量保持在0.4重量％以下為理想。這個限制是因為，在這四種元素的合并含量超過合金的0.4重量％時，即使只是略微過量，合金的高溫加工性和冷延性開始惡化，而且，擔心切屑的形態從圖1B所示的那些轉變為圖1A所示的那些。然而，添加通過如上所述的與硅不同的機理提高銅合金切削加工性的鉍、碲或硒，不會對合金中的銅和硅的適當含量(即重量％)帶來影響。為此，第4發明合金中的銅和硅的含量設定為與第1發明合金的含量相同的水平。考慮上述內容，第4發明合金，通過向第1發明合金Cu-Si-Pb-Zn合金中添加選自鉍0.010.2重量％、碲:0.030.2重量％及硒0.030.2重量％中的至少一種附加元素，從而提高切削加工性。第5發明合金一種還具有出色的易切削性的易切削銅合金，其由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0.005小于0.02重量％;選自磷0.010.2重量％、銻0.020.2重量0/0、石申0.020.2重量％、錫0.11.2重量％、及鋁0.12.0重量％中的至少一種元素；選自鉍0.010.2重量％、碲0.030.2重量％、硒0.030.2重量％中的至少一種元素；及鋅剩余重量％構成，其中，在上述銅合金中的銅、硅、及被選的其它元素(即，磷、銻、砷、錫及鋁)的重量。/。滿足61-50Pt^X-4Y+aZ^66+50Pb的關系，此處，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量％，Y為硅的重量％、及Z是選自磷、銻、砷、錫及鋁中的元素的重量％，a為選擇的元素的系數，選磷時a為-3、選銻時a為O、選砷時a為O、選錫時a為-l、及選鋁時a為-2。這種易切削銅合金是上述的第5發明合金，以下，稱為"第5發明合金"。第5發明合金包括，除第2發明合金的組分外，選自鉍0.010.2重量％、碲0.030.2重量％、硒0.030.2重量％中的任何一種元素。混合這些附加元素和設定所添加量的根據與第4發明合金相同。第6發明合金一種同時具有出色的易切削性和優秀的高溫抗氧化性的易切削銅合金，上述合金由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0.005小于0.02重量％;選自磷0.010.2重量％、銻0.020.2重量％、石申0.020.15重量％、錫0.11.2重量％、及鋁0.10.2重量％中的至少一種元素；選自鉍0.010.2重量％、碲0.030.2重量°/。、及硒0.030.2重量％中的至少一種元素；選自錳0.34重量％、鎳0.23.0重量%中的至少一種元素(錳和鎳的總重量％為0.34.0%之間)；及鋅剩余重量％構成，其中，上述銅合金中的銅、硅及選自磷、銻、砷、錫、鋁、錳及鎳中的元素的重量％滿足61-50Pb^X-4Y+aZ^66+50Pb的關系，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量M，Y為硅的重量。/。、及Z是選自磷、銻、砷、錫、鋁、錳及鎳中的至少一種元素的重量％，a為選擇的元素的系數，選磷時a為-3、選銻時a為O、選砷時a為O、選錫時a為-l、選鋁時a為-2、選錳時a為2.5、及選鎳時a為2.5。以下，將上述第6銅合金稱為"第6發明合金"。第6發明合金含有，除第3發明合金的組分外，選自鉍0.01小于0.2重量％、碲0.030.2重量％、硒0.030.2重量％中的一種元素。在確保與第3發明合金一樣優秀的高溫抗氧化性的同時，通過添加選自鉍和其它像鉛那樣有效地提高切削加工性的元素中的一種元素，進一步提高了切削加工性。第7發明合金一種具有出色的易切削性的易切削銅合金，并且通過進一步限制第1第6發明合金的組成使合金含有0.5重量％以下的鐵，獲得第1第6發明合金的其它理想特性。制造銅合金時，鐵是不可避免的雜質。然而，通過將該雜質的范圍限制在0.5重量％以下，可以得到更多益處。具體而言，鐵使第1第6發明合金的切削加工性下降，且降低拋光和電鍍特性。因此，根據本發明的第7合金是還具有附加限制的第1第6發明合金中任一個，該附加限制為含有0.5重量％以下的鐵。以下，第7銅合金稱為"第7發明合金"。第8發明合金一種具有進一步提高的易切削性的易切削銅合金，通過對上述各發明合金中的任一個在40(TC60(TC進行30分鐘5個小時的熱處理而得到。以下第8銅合金稱為"第8發明合金"。第9和第IO發明合金一種具有進一步提高的易切削性的易切削銅合金，其通過構造上述各發明合金中的任一個以包括(a)包含ot相的基體和(b)選自y相和k相中的一個以上的相而得到。以下，第9銅合金稱為"第9發明合金"。并且，根據"第10發明合金"，可以再改性第9發明合金，使得選自y相和k相中的一個以上的相在Ol基體內均勻地分散。第11發明合金一種易切削性進一步提高的易切削銅合金，其通過進一步限制上述各發明合金中的任一個使得上述合金的金屬結構滿足下述的附加關系而獲得(i)上述合金的總相面積中0%S|3相《％;(ii)上述合金的總相面積中0%$相^20%;及(iii)上述合金的總相面積中18-500(Pb)%Sc相+y相+0.3(>相)-P相S56+500(Pb)。/。。以下，上述第11銅合金稱為"第11發明合金"。第12和第13發明合金根據本發明，實際顯示易切削性得到改善的易切削銅合金是通過上述第1第11發明合金中任一個的構造而得到的，其中從擠壓棒形成的或作為上述合金的鑄件的圓形試驗片，在干燥條件下，不用破屑機，通過碳化鉤工具，在-6度的傾角及0.4mm的刀尖半徑，以60200m/min的切削速度、l.Omm的切削深度，及0.11mm/rev的進給速度在圓周面上切削時，產生具有選自弓形、針形及板形中的一個以上的形狀的切屑。以下，上述第12銅合金稱為"第12發明合金"。同樣，根據本發明，實際顯示易切削性得到改善的另一易切削銅合金，通過上述第1第11發明合金中任一個的干燥而得到，其中，從擠壓棒形成的或作為上述合金的鑄件所形成的圓形試驗片，通過具有10mm的鉆頭直徑和53mm的鉆頭長度的鋼號鉆頭，在32度的螺旋角和118度的頂角，以80m/min的切削速度、40mm的鉆孔深度、0.20mm/rev的進給速度在圓周表面上進行鉆孔時，產生具有選自弓形及針形中的一個以上的形狀的切屑。以下，上述第13銅合金稱為"第13發明合金"。第1第13發明合金，含有提高切削加工性的元素如硅，并且通過添加這些元素具有出色的切削加工性。這些提高切削加工性的元素的效果通過熱處理將會更加提高。例如，y相少、k相多的銅含量高的第1第13發明合金通過熱處理可以進行從k相到y相的相變。結果，上述丫相被微細地分散并沉淀，而切削加工性被提高。在于實際鑄件、板網、及熱鍛的制造方法中，根據鍛造條件、高溫加工(例如，高溫擠壓、熱鍛等)后的生產能力、工作環境、及其他因素，往往空氣強制冷卻或水冷卻上述物質。在第1第13發明合金的這種情況下，特別是具有相對低的銅含量的合金的Y相及/或K相的含有量相當低，并且含有P相。通過受控的熱處理，，相變為Y相及/或K相，并且Y相及/或K相被微細地分散或沉淀，而提高切削加工性。然而，小于40(TC的熱處理溫度在任何情況下，都不經濟實用。因為，上述的相變進行緩慢，且要求相當的時間。另一方面，在60(TC以上的溫度，將以不導致切削加工性提高的方式生長K相或出現卩相。因此，從實用觀點來看，當利用熱處理，通過改變金屬結構的相而改變合金的切削加工性時，以400。C60(TC的溫度熱處理30分鐘5個小時為理想。圖1A1G顯示了由車床車削切削銅合金的圓棒時所形成的各種形式的切削物的透視圖。圖2是拍攝的本發明的第1發明合金的金屬構造的放大圖。圖3A及圖3B顯示了本發明合金的切削力和式Cu-4Si+X+50Pb(。/。)之間的關系，其中切削速度v^20m/min。圖4A及圖4B顯示了本發明合金的切削力和式Cu-4Si+X+50Pb(。/。)之間的關系，其中切削速度v=200m/min。圖5A及圖5B顯示了本發明合金的切削力和式K+Y+0.3|>P+500Pb之間的關系，其中切削速度v^20m/min。圖6A及圖6B顯示了本發明合金的切削力和式K+rK).3^卩+500Pb之間的關系，其中切削速度v=200m/min。圖7顯示了式76(Cu)-3.1(Si)-Pb(。/。)的合金中的切削力和鉛的重量。/。之間的關系。具體實施例方式本發明的合金分別包括銅、硅、鋅及鉛。有些發明合金另外包括磷、錫、銻、砷、鋁、鉍、碲、硒、錳、及鎳等的不同組成元素。這些各個元素對本發明合金給予一定效果。例如，銅是本發明合金的主要構成元素。基于本發明者所實施的研究，為了保持Cu-Zn合金一定的固有性質，如一定的機械特性、耐蝕性、流動性等的，銅含量大致為71.578.5重量％為理想。而且，若添加硅時，這種銅的范圍可以有效形成金屬結構中的y相及/或K相(及有時p相)，而帶來對工業上滿意的切削加工性。然而，若銅含量超過78.5重量％，不管y相及/或k相的形成程度，也不能達到工業上滿意的切削加工性，因此設定上閾值。并且，若銅含量超過78.5重量％，合金的可鑄性則降低。另一方面，銅含量降低到71.5重量％以下時，則在金屬結構中容易形成(3相。即使在金屬結構中存在y相及/或K相，(3相的形成也會使切削加工性降低。p相的形成導致對脫鋅的耐蝕性減少、應力腐蝕龜裂增加、及伸長減少等的反作用。硅是上述發明合金的另一主要元素。特別是硅具有提高銅合金的切削加工性的功能。硅用于在包含a相的基體內形成Y相、K相及/或(i相，從而具有提高切削加工性的效果。在銅合金中添加小于2.0重量％的硅，不能充分地形成y相、K相及/或^l相，從而不能達到工業上滿足的切削加工性。雖然切削加工性隨著硅在上述合金中的添加量的增加而提高，但是，所添加的硅的量若超過約4.5重量％，切削加工性則不會成比例地提高。實際上，由于丫相及/或K相在金屬結構中的比率變得過大，所以切削加工性在包含超過約4.5重量％的硅的合金中開始下降。而且，上述合金的導熱性隨著硅超過約4.5重量％而下降。從而，不僅為了提高流動性、強度、耐磨性、應力腐蝕龜裂性、高溫抗氧化性及耐脫鋅性等的其它合金的特性，而且為了提高切削加工性，需要添加適當量的硅。鋅也是本發明合金的主要構成元素。添加銅和硅時，鋅對于y、k、的形成，有時對于1i相的形成有影響。鋅還具有使上述發明合金的機械強度、切削加工性、及流動性提高的作用。根據本發明，由于鋅占據除其它兩個主要成分(即，銅和硅)和極少量的鉛及其它構成元素之外的本發明合金的剩余部分，所以上述鋅的含量的范圍是間接確定的。鉛也存在于本發明合金中，因為鉛不形成固溶體，而是以鉛粒子分散在金屬結構的基體內，從而提高切削加工性。盡管通過添加硅在金屬結構形成中y相及/或K相達到了一定程度的切削加工性，但是為了進一步提高本發明合金的切削加工性，還添加超過0.005重量％的鉛。實際上，在目前工業上強烈推薦的干燥的條件(即，無潤滑劑)下，在高速切削時，本發明合金的切削加工性至少等于，并且經常好于常規的易切削銅合金的切削加工性。對于組成范圍屬于本發明的范圍內的Cu-Zn-Si合金，固溶體狀態的鉛的最高含量為0.003重量％，任何過量的鉛作為鉛粒子存在于合金的結構中。若適當量的Y相及/或k相存在于金屬結構中時，鉛大致在0.005重量％時開始提高切削加工性，這只稍高于在固溶體中的鉛含量的上極限。因此，例如，從上述合金浸出并進入飲用水的鉛的量極微少。而且，隨著鉛量增加到超過0.005重量％，上述銅合金的切削加工性顯著提高，原因在于下述(a)和(b)的出人意料的協同效應(a)沉淀于基體結構內并被微細地分散的鉛和(b)具有通過不同的作用機理提高切削加工性的功能的硬質Y相及k相。但是，金屬合金中的鉛含量若超過0.02重量％，包含于鑄造產品中的鉛，尤其是包含于大型鑄造產品中的鉛，從金屬合金開始向外部環境浸出(即，進入飲用水)，從而可能對人造成鉛中毒。為此，本發明合金的鉛含量設定為0.0050.02重量％。磷具有將形成于金屬結構的a基體內的y相及/或k相均勻地分散及分布的作用。因此，根據本發明，在特定實施例中添加磷會使本發明銅合金的切削加工性更加強化并穩定化。而且，磷提高耐蝕性、尤其提高耐脫鋅腐蝕性，及流動性。為了得到這種效果，在上述發明合金應添加0.01重量%以上的磷。然而，若磷的添加量超過0.2重量％，不僅得不到正面效果而且延性還下降。根據本發明，從添加的磷的效果來看，磷的添加量設定為0.020.12重量％為理想。如上所述，錫加速Y相的形成，同時具有將形成于a基體內的y及/或k相更加均勻地分散和分布的作用，因此錫進一步提高Cu-Zn-Si金屬合金的切削加工性。錫還提高耐蝕性，尤其提高對磨損腐蝕、脫鋅侵蝕的耐蝕性。為了得到這種耐腐蝕的效果，應添加超過0.1重量％的錫。另一方面，錫的添加量若超過1.2重量％，由于形成過多的Y相并且因(3相出現，剩余的錫會使本發明合金的延性和沖擊值減少，從而在鑄造時容易發生龜裂。因此，為了確保添加的錫的正面效果，同時避免延性和沖擊值的下降，根據本發明，錫的添加量設定為0.20.8重量％為理想。根據本發明，銻和砷是為了提高金屬合金的耐脫鋅腐蝕性而被添加的元素。因此，在本發明合金應添加0.02重量％以上的銻及/或砷。這些元素的添加若超過0.2重量％，則得不到積極效果而延性降低。從添加這些元素的作用來看，根據本發明，銻及/或砷的添加量設定為0.030.1重量%為理想。鋁加速y相的形成，同時具有將形成于a基體內的y及/或k相更加均勻地分散及分布的作用。從而，鋁進一步提高Cu-Zn-Si合金的切削加工性。而且，鋁提高機械強度、耐磨性、高溫抗氧化性、耐磨損腐蝕性。為了得到這種正面的效果，在本發明合金應添加0.1重量％以上的鋁。然而鋁的添加量若超過2.0重量％，由于形成過多的y相，并且因I3相出現，剩余的鋁會使延性變脆弱，并且易發生鑄造龜裂。因此，根據本發明，鋁的添加量設定為0.12.0重量％為理想。與鉛相似，被添加的鉍、碲、及硒分散在a基體內，通過y、k、及p相等的硬質相的協同效應使切削加工性顯著提高。鉍、碲、及硒的添加量分別為0.01重量％以上、0.03重量％以上、及0.03重量％以上時，可以得到這種協同效應。然而，這些元素對環境的安全性還沒得到確認，并且，不夠充足。因此，根據本發明，將這些元素每一種的上限設定為0.2重量%。根據本發明，鉍、碲、及硒的范圍分別設定為0.010.05重量％、0.030.10重量％、0.030.1重量％為理想。錳和鎳通過與硅結合形成金屬間化合物而提高本發明的Cu-Si-Zn合金的耐磨性和強度。為了這種提高，所需要的錳的添加量為0.3重量％以上，鎳為0.2重量％以上。若錳和鎳的添加量分別超過4.0及3.0重量％,耐磨性不再提高，而延性和流動也下降。因此，根據本發明，所添加的錳和鎳的總量應為0.3重量％以上，而不能超過4重量％。這是因為，即使添加更多量也不會提高耐磨性，而在更高的水平上對切削加工性和流動起相反作用。當然，在向本發明合金添加錳及/或鎳時，由于這些元素與硅結合形成金屬間化合物而使硅的消耗增加，從而只留下較少的可用于形成y相及/或k相且提高切削加工性的硅。因此，根據本發明，為了達到包含錳及/或鎳的Cu-Si-Zn合金的工業上滿意的切削加工性，應滿足下述的關系2+0.6(U+V)化4+0.6(U+V)在此，Y為硅的重量％，U為錳的重量％、V為鎳的重量％。以這種方式，硅以足夠的量存在于上述合金內，從而形成金屬間化合物并形成丫、K及/或(I相。鐵與本發明的Cu-Si-Zn合金中包含的硅結合形成金屬間化合物。然而，這種含鐵金屬間化合物使本發明合金的切削加工性下降，并且在通常通過鑄造而非機械加工制造的水龍頭和供水閥的制造過程中所實行的拋光和電鍍處理帶來負面影響。合金中的鐵含量若超過0.5重量％，則會清楚地觀察到上述負面效應，盡管負面效應在含有0.3重量％的鐵時也會識別。根據本發明，雖然鐵是Cu-Si-Zn合金不可避免的雜質，鐵的含量不超過0.5重量％，并且不超過0.25重量°/。為理想。表1顯示了按照第1發明合金制造的一些合金，以及按照第4發明合金及第7發明合金第11發明合金制造的合金。表1還包括不在本發明的范圍內的一些比較合金。表2顯示了按照第2和第3發明合金制造的一些合金，以及按照第5發明合金第11發明合金制造的合金。表2還包含不在本發明的范圍內的一些比較合金。按照以下各種試驗的說明解釋表1和表2中匯編的結果，所述試驗用于比較本發明合金與不在本發明的范圍內的類似合金的特性。示例性樣品作為本發明的合金與比較合金的例子，將具有如表1和2所示的組成，每個外徑100mm和長度150mm的圓柱鑄塊，在約75(TC高溫擠壓成具有20mm的外徑的圓棒以制備試樣，盡管一些試樣是在650'C或800'C高溫擠壓的。對于每個擠壓的合金鑄塊，用本發明中采用的化學式所表示的元素及相組成一起說明元素及相組成。并且提供與下所述的試驗結果。從表中的數據可以得知，對于規定的元素組成的合金，如下所述，擠壓溫度對相組成和材料性質帶來非常大的影響。而且，將與圓柱鑄塊具有相同的元素組成的熔融金屬注入直徑30mm和深度200mm的永久鑄型內以形成鑄造試樣。此后，這種鑄造試樣由車床被切削成外徑為20mm的圓棒，使得鑄造片的大小與擠壓片相同。合金鑄造代替高溫擠壓，如表1和2匯編的，顯示了制造條件對金屬結構和合金的其他特性帶來的影響，將在以下進行說明。切削試驗為了研究各種合金的切削加工性，實施車床車削試驗和鉆切試驗以確定合金是否具有工業上滿意的切削加工性。為了進行確定，合金切削加工性一般應該在工業上所適用的切削條件下進行評價。例如，采用車床車削或鉆切時，工業上銅合金的切削速度一般為60200m/min。因此，對于表中所提供的例子，車床車削試驗以60、120、及200m/min的速度實施，鉆切試驗以80m/min的速度實施。在上述試驗中，根據切削力和切屑的狀態進行了評價。由于切削潤滑劑會對環境帶來壞影響，因此理想的是在無潤滑劑的情況下進行切削，從而不必丟棄切削潤滑劑。因此，根據本發明，切削試驗是在干燥的條件下(即，無潤滑劑)實施的，盡管這是不易于切削處理的條件。上述車床車削試驗如以下方式進行。將如上所述得到的直徑為20mm的擠壓試樣或鑄造件，在干燥的條件下，用具有真鋒車刀的車床的，尤其以無破屑機的碳化鎢工具、以前角為-6°、刀尖半徑0.4mm、以60、120、200米/分鐘(m/min)的切削速度、l.Omm的切削深度，0.1lmm/rev的進給速度在圓周面上進行切削。將來自裝載于上述工具上的3元測力計的信號變換為電壓信號，在記錄器上記錄，然后將上述信號變換為切削阻力。因此，通過確定切削阻力，尤其在切削時顯示最大值的主要切削力，評價合金的切削加工性。而且，在車床車削時產生的金屬合金切屑，作為評價被車床加工的材料的切削加工性的一部分而進行檢測及分類。應指出，盡管完全精確而言，切削阻力的大小應由切削力、供給力及推力3種分力進行判斷，但是決定只基于切削力(N)評價切削阻力。車床車削試驗的結果示于表1和2中。從表1和2的數據可以得知，本發明的合金并不需要過度的切削力。鉆切試驗以如下方式實施。將如上所述得到的直徑為20mm的擠壓試樣或鑄造件，在干燥的條件下，利用具有鉆頭直徑10mm和鉆頭長度95mm的鋼材型號M7的鉆孔機，以頂角U8度和螺旋角32度，以切削速度80m/min、鉆孔深度40mm、及進給速度0.20mm/rev進行切肖lj。在鉆切時產生的上述金屬合金切屑，以作為上述被鉆孔材料的切削加工性的評價部分而進行檢測分類。檢測切削時產生的切屑，并且基于圖1A1G所示并如以下說明的切屑的幾何形狀分成(A)(G)7類。圖1A表示微細地分裂的針形的"針形切屑"，在表中用，表示。針形切屑是切削具有工業上滿意的切削加工性的金屬合金時所產生的工業上滿意的切屑產品。圖1B表示具有弓形或小于1個巻的弧拱形的"弓形切屑"，在表中用表示。弓形切屑是切削具有最理想的切削加工性特性的材料所產生的工業上滿意的切屑產品。圖1C表示，長度小于25mm的矩形切屑的"短矩形切屑"，在表中用o表示。短矩形切屑是，切削雖不如在切削時產生弓形切屑的合金，但比產生針形切屑的合金優秀，且具有工業上滿意的切削加工性的合金時所產生的工業上滿意的切屑，短矩形切屑還稱為"板形"。圖1D表示長度為25mm75mm的矩形切屑的"中矩形切屑"，在表中用A表示。圖1E表示長度超過75mm的矩形切屑的"長切屑"，在表中用x表示。圖1F表示具有13個巻的螺旋形的"短螺旋形切屑"，在表中用A表示。短螺旋形切屑也是，切削具有工業上滿意的切削加工性的金屬合金時產生的工業上滿意的切屑制品。最后，圖lG表示具有3個以上的巻的螺旋形切屑的"長螺旋形切屑"，在表中用xx表示。切削試驗時產生的切屑的結果記入表1和2。切削時產生切屑，提供關于合金材料質量的指標。產生長切屑(x)或長螺旋形切屑(xx)的金屬合金不能生產工業上滿意的切屑。另一方面，產生弓形切屑(O))的金屬合金生產出最理想的切屑，產生短矩形切屑(o)的金屬合金能生產出第2理想的切屑，產生針形切屑—)的金屬合金生產出第3理想的切屑，產生短螺旋形切屑(A)的金屬合金也生產出工業上理想的切屑。與此相關，如圖1G所示的3巻以上的螺旋形切屑難以進行處理(即，回收、重復利用)，在進行切削工件時會發生問題，例如，與切削工具的纏結、切削金屬面的損傷。如圖1F所示的半巻2或3巻的螺旋弓形的切屑不造成像超過3巻的螺旋形切屑那樣嚴重的問題，但短螺旋形切屑也不容易除去，并且可能與切削工具纏結或損傷切削金屬面。與此相反，圖1A所示的細針形或圖1B所示的弓形切屑形態的切屑不出現如上述的問題，也不比如圖1F和圖1G所示的切屑龐大，易于回收或重復利用。然而，如圖1A所示的細針形切屑仍可能混入車床等的機械工具的滑臺而造成機械問題，或者可能刺入工作人員的手指、眼睛、或其他身體部位而造成危險。考慮到這些因素，在評價切削加工性和總的工業生產時，產生圖1B所示的切屑的本發明合金最滿足工業上的要求，另一方面，產生圖1C所示的切屑的金屬合金為第2、產生圖1A所示的切屑的金屬合金為第3。如上所述，產生圖1E及圖1G所示的切屑的金屬合金在工業觀點上來看，不太理想。因為，這種切屑難以回收或重復利用，并有可能會損傷切削工具或被切削的工件。在表1和2中，圖1A、1B、1C、1D、1E、1F、及1G所示的切屑，由各種合金而產生，分別用符號、"、"0)"、"o"、"▲"、"x"、"A"及"xx"表示。可以得知，本發明的合金通常可以制造出最好形態的切屑。對于理想的工業切削加工性，為了概括切屑的質量分類(降序)，弓形切屑()、短矩形切屑(o)、及細針形切屑("評價為具有最出色的切削加工性(即，弓形切屑)、出色的切削加工性(即，短矩形切屑)、滿意的切削加工性(即，細針形切屑)。雖然在工業上允許使用，但中矩形切屑(A)和短螺旋形切屑(A)在切削時可能與切削工具纏結。因此，這些切屑不如由評價為具有滿意至最優秀的切削加工性的合金所產生的切屑理想。最近，在工業上，制造業以自動化(尤其夜間作動中)為首，一名工人同時監視幾種切削機械的操作。若在切削時，所生產的切屑體積變得過大，而一個人難以處理時，切屑與切削工具可能纏結或甚至發生切削機械停止等切削操作問題。實際上，長矩形切屑(x)和長螺旋形切屑(xx)是為比弓形切屑、短矩形切屑、及細針形切屑具有明顯大的體積的大切屑。所以，在切削時，長矩形切屑和長螺旋形切屑的體積以更小的切屑(即，弓形切屑、短矩形切屑、及細針形切屑)的IOO倍的比率被積累。因此，在機械加工產生體積大的長矩形切屑或長螺旋形切屑的合金時，夜間機械操作并不實用，或者需要更多的人監視切削機械。相反，中矩形切屑(A)和短矩形切屑(A)體積遠小于長矩形切屑或長螺旋形切屑，只比弓形切屑、短矩形切屑、及細針形切屑的體積大幾倍。結果，在切削過程中產生中等長度矩形切屑和短螺旋形切屑的合金仍是"在工業上允許"的，因為所生產的切屑的體積不像長矩形切屑或長螺旋形切屑那樣以不可接受的快速度積累。另一方面，由于中等長度矩形切屑和短螺旋形切屑可能會與切削工具纏結，因此，在切削時應仔細地監視產生這些切屑的合金。因此，這種合金的切削加工性，不如產生弓形切屑、短矩形切屑、或細針形切屑這些致密的且不易與切削工具纏結的切屑的合金理想。關于中等長度矩形切屑和短螺旋形切屑，切削時產生中等長度矩形切屑的合金比產生短螺旋形切屑的合金具有略好的切削加工性。因為，盡管兩種切屑形態都有可能與切削工具纏結，但中等長度矩形切屑與切削工具纏結后更容易解除。而且，中等長度矩形切屑比短螺旋形切屑具有更小的體積，所以，在切削時，比短螺旋形切屑以更緩慢的速度積累。脫鋅腐蝕試驗此外，按照在"ISO6509"中規定的試驗方法，對多種合金進行脫鋅腐蝕試驗，以檢測它們的耐蝕性。在采用"ISO6509"方法的脫鋅腐蝕試驗中，將從每個經過試驗的擠壓試樣中選取的試樣，放置并且嵌埋在酚醛樹脂材料中，使得暴露的試樣的表面與擠壓試樣的擠壓方向垂直。將試樣表面用1200號砂紙拋光后，在純凈水中用超聲波洗凈并干燥。將這樣獲得的試樣浸漬在1.0X的二水合氯化銅(CuC1^2H2O)的12.7g/L水溶液中，在75'C下靜置24小時之后，從水溶液中取出各試樣，如下述測定其脫鋅腐蝕深度的最大值。將試樣再次放置并且嵌埋在酚醛樹脂材料中，使得暴露的試樣的表面與擠壓方向保持垂直。然后，切削試樣以獲得切削截面。隨后拋光上述試樣，以10顯微視野，用100x500x的冶金顯微鏡觀察腐蝕深度。腐蝕的最深的地點記錄為被測定的最大脫鋅腐蝕深度。最大脫鋅腐蝕深度的測量值如表1及2所示。從在表1和2所示的脫鋅腐蝕試驗的結果可以明確得知，第1第3發明合金，耐蝕性優秀。如表1和2所示，尤其是第4第11發明合金的耐蝕性非常高。沖蝕試驗使用從擠壓試驗材料切削的試樣來評價本發明合金的耐沖蝕性。在接觸鹽水溶液96小時之前，用電子稱測定各試樣的重量。在30。C下，將含0.01。/。的二水合氯化銅(CuClr2H20)的3%鹽水溶液，以11m/s的流速，用口徑2mm的噴嘴，持續地向試樣噴射96個小時。在接觸鹽水溶液96個小時后，如下評價質量損失。將各試樣吹干后，由電子稱再測定重量。將鹽水接觸前和鹽水接觸后的試樣的重量差作為被測定的質量損失而記錄，以反映鹽水溶液對合金的沖蝕程度。使用對沖蝕具有優秀抵抗力的合金進行制造對于特定產品非常重要。例如，供水水龍頭和闊門不僅需要一般的耐蝕性，還需要對沖蝕的抵抗力。因為這些裝置可能遭受由通過這些裝置流動的流體的開閉所發生的逆流或供水速度的突然變化。例如，表2所示的比較合金28(C83600)由于包括5重量％的錫和5重量％的鉛，因此，在急流也表現出優秀的耐沖蝕性。如表2所示，比較合金28(以下，CANo.28)具有因沖蝕導致的最少的重量損失。CANo.28的耐沖蝕性是由于形成了保護合金在急流下不被腐蝕的富錫薄膜。遺憾的是，CANo.28含有不可接受的高的鉛含量，因此不適合用于提供飲用水的系統。比較而言，如由表1的第1發明合金2所證明，第l發明合金也具有優秀的耐沖蝕性。然而，如由第2發明合金11所示，添加0.3重量％的錫會使耐沖蝕性提高。實際上，雖然形成相同的富錫的錫-硅基薄膜在此也適用，但對第1發明合金添加0.3重量％的錫(只不過是使用于CANo.28的錫量的一部分)卻提供具有耐沖蝕性的第2發明合金。換言之，含有例如僅約0.3重量％的錫的本發明的合金達到了包括更加高百分率(即，5重量%)的錫的CANo.28的耐沖蝕性水平。鉛可浸出性的性能試驗為了評價鉛的浸出性的試驗是，按照"供水裝置-可浸出性能試驗"的方法，根據"JISS3200-7:2004"而實施的。根據JISS3200-7:2004，用于試驗的浸出溶液制備方法如下向水中添加(a)具有0.3mg/ml的有效氯濃度的次氯酸鈉溶液lml，(b)0.04mol/L的碳酸氫鈉水溶液22.5ml，(c)0.04mol/L的氯化鈣水溶液11.3ml，使試驗溶液總量達到1公升。其后，通過添加1.0%或0.P/。的鹽酸和0.1mol/L或0.01mol/L的氫氧化鈉而調整該水溶液，使用于試驗的溶液滿足以下的參數pH7.0士0.1、硬度45mg/L±5mg/L、堿度35mg/L士5mg/L、及殘余氯0.3mg/L±0.1mg/L。由鑄造得到的樣品鑄塊，通過用鉆孔機鉆孔，可以獲得內徑25mm、深度180mm的杯形狀的試樣。將這種杯形狀的試樣沖洗并調整后，以23t:的溫度與浸出溶液一起保管。接著，將上述試樣密封儲存在保持23t:的溫度的場所。16個小時后收集浸出液并且進行檢測以分析鉛浸出液。沒有以試樣的體積、表面積、或形狀對鉛浸出液的分析結果進行任何校正。合金組成限制式本發明的銅合金的另一特性是，各銅合金組成由通式關系限制的。(1)61-50PbSX-4Y+a。Z。S66+50Pb，在此，Pb為鉛的重量。/。，X為銅的重量。/。，Y為硅的重量。/。，a。Z。表示除銅、硅及鋅以外的元素對上述關系的貢獻。換言之，要求合金組成限制式(l)表示的關系是為了使銅合金組合物具有上述效果。若不滿足式(l)，通過試驗可以得知，所得到的銅合金不能提供如表1和2所示的切削加工性程度和其他性質。然而，由式(l)提供的銅、鋅及硅的含量范圍的單純限制本身不能決定形成于金屬合金結構中的K、y、及p相的量。如上所述，相結構和k、Y、及p相的量具有提高切削加工性的作用。而且，由式(l)所提供的上述元素關系本身不能決定所形成的起惡化切削加工性作用的P相的量。因此，式(l)提供經過試驗而得到的指數，用以決定可以獲得適當量的各構成相(即，使惡化切削加工性的(3相的形成最小化，同時優化提高切削加工性的Y、k、及)l相的組合)的合金組成，。以下式(2)說明了銅、硅、及鋅以外的元素對限制式(l)的關系的作用。(2)a0Z。=a,Z,十a2Z2+a3Z3+......在此，a,、a2、a3等作為系數，由試驗確定，Z,、Z2、&等在銅、硅、及鋅以外的組成中的元素的重量％。關于式(l)，換句話說，Z為被選擇的元素的量、a為被選擇的元素的系數。具體而言，為了實現本發明的銅合金，系數"a"如下確定。鉛、鉍、碲、硒、銻、及砷的系數a為0;鋁的系數a為-2;磷的系數a為-3;及錳和鎳的系數a為+2.5。本領域技術人員應理解，式(l)不直接限制在本發明的銅合金中的鉛、鉍、碲、硒、銻、及砷的量，這是因為這些元素的系數a皆為0。然而，這些元素是受間接限制的，因為銅、硅、及銅合金中具有非0的系數a的元素的重量％應滿足限制式(1)。并且，即使少量的鉛也作為提高切削加工性的組分在本發明的合金中發揮重要作用。因此，在導出式(l)時，考慮到了鉛的作用。X-4Y+aZ小于61-50Pb時，在整體上不能獲得達到工業上滿意的切削加工性所需的相組成，即使通過鉛的效果也不能得到。另一方面，X-4Y+aZ大于66+50Pb時，盡管鉛對切削加工性具有正面效果，所形成的Y、K及/或(^相的超過量使這些合金得不到工業上滿意的切削加工性。因此，滿足關系62-50Pb^X-4Y+aZ^65+50Pb時為更加理想。為了更加具體化，對于第1和第4發明合金，限制式(l)為如下。(3)61-50PbSX-4YS66+50Pb,在此，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量％,Y為硅的重量％。第1和第4發明合金的易切削銅合金不僅具有工業上滿意的切削加工性，還具有高強度。因此，這些合金實用價值高，并可用于制造目前以常規易切削銅合金制造的機械加工物、鍛件、鑄件。例如，第1和第4發明合金適用于制造螺絲、螺母、螺紋、軸、棒、閥座環、閥門、上下水道金屬零件、齒輪、一般的機械配件、凸緣、測量設備配件、建設配件、及夾具。對于第2和第5發明合金，限制式(l)為如下。(4)61-50Pb$X-4Y+aZ$66+50Pb，在此，Pb為鉛的重量。/。，X為銅的重量。/。，Y為硅的重量。/c)，及Z是選自磷、銻、砷、錫、及鋁中的一個以上的元素的重量％，此處，磷的a為-3、銻和砷的a為0、錫的a為-l、及鋁的a為-2。第2和第5發明合金不僅具有工業上滿意的切削加工性，還具有高耐蝕性。因此，這些合金非常實用，可以用于制造需要對腐蝕具有抵抗力的機械加工物、鍛件、鑄件。例如，第2和第5發明合金適用于制造供水水龍頭、熱水供水管零件、軸、連接配件、熱交換器用配件、灑水裝置、供水栓、閥座、水量計、傳感器配件、壓力容器、工業用閥、蓋螺母、管道配件、海洋結構的金屬設備、接頭、水止閥、閥門、軟管轉接器、電纜連接器，及零件。對于第3和第6發明合金，限制式(l)為如下。(5)61-50PbSX-4Y+aZ^66+50Pb在此，Pb為鉛的重量y。，乂為銅的重量％，Y為硅的重量。/。，及Z,是選自磷、銻、砷、錫及鋁中的一個以上的元素的重量％，磷的a,為-3、銻和砷的a,為0、錫的a,為-l、及鋁的a,為-2，Z2是選自錳和鎳中的至少一種元素的重量％，錳和鎳的a2為2.5。第3和第6發明合金的易切削銅合金不僅具有工業上滿意的切削加工性，還具有高耐磨性和高強度。因此，這些合金可以用于需要高耐磨性和高強度的機械加工物、鍛件、及鑄件的制造。例如，第3和第6發明合金適用于制造軸承、軸瓦、齒輪、縫機配件、液壓系統配件、煤油和煙氣加熱器的噴嘴、分度圈、套管、釣魚轉軸、飛機零件、滑動構件、氣缸配件、閥座、同步器齒環、及高壓閥門。對于錳及/或鎳與硅結合形成金屬間化合物的發明合金，合金組成由式(6)表示的關系進一步限制。(6)2+0.6(U+V)SY^4+0.6(U+V)在此，Y為硅的重量e/。、U為錳的重量n/。、V為鎳的重量15/。。總之，本發明的第113發明合金都應滿足合金組成限制式(1)，表l和2中的根據本發明提供的所有列舉實例均符合該組成限制。另一方面，第3和6發明合金由式(8)的第二合金組成限制進一步限制。包含與本發明的銅合金相同的元素，但是不具有滿足式(l)(以及在適當的時候，式8)的條件的組成的另外銅合金不會具有如下說明的表1和2所示的本發明的銅合金的性質。圖3A、3B、4A及4B圖示了組成限制式(5)對Cu-Si-Zn合金的切削加工性的一般的作用。圖3A及3B分別表示，隨著限制式X-4Y+aZ+50Pb(%)接近下限61或限制式X-4Y+aZ-50Pb(。/。)接近上限66，機械加工合金時所需的切削力如何上升。同時，在超過限制式的上限和下限時，所產生的切屑在120m/min的切削速度下，發生從理想的弓形切屑和短矩形切屑(分別為0和o)到不理想的中等長度矩形切屑(A)的特性變化。類似地，圖4A和4B分別表示，隨著限制式X-4Y+aZ+50Pb(。/。)接近下限61或限制式X-4Y+aZ-50Pb(。/。)接近上限66，機械加工合金時所需的切削力如何上升。然而，這種切削力的上升在200m/min的高切削速度下更加明顯。同時，在超過限制式的上限和下限時，所產生出的切屑在200m/min的切削速度下，發生從理想的弓形切屑和短矩形切屑(分別為②和o)到不理想的中等長度矩形切屑和長矩形(分別為a和X)的特性變化。因此，增加的切削速度同樣影響切肖lj時產生的切屑的特性。金屬結構本發明的銅合金的另一重要特征是，由組分金屬的多種相狀態整合形成的金屬結構，即金屬的基體，由銅合金的復合相產生。具體而言，本領域的技術人員將理解，規定的合金按照生產環境會具有不同的特性。例如，熟知的有，加熱以回火鋼鐵。規定的金屬合金按照鍛造的條件可以具有不同的行為，是因為金屬組分整合和轉化成不同的相狀態。如表1和2所示，本發明的銅合金都包括a相，約為整個相面積的30。/。以上，以實施本發明。這是因為a相為使金屬合金具有一定程度的冷加工性的唯一的相。按照本發明，為了表示金屬結構的相關系，在圖2顯示了放大xl86和x364的顯微照片。該例中拍攝的金屬合金是表l的2號合金，第1發明合金。從顯微照片可以得知，金屬結構包括其中分散有y相及/或k相中一個以上的a相基體。雖未出現在該顯微照片上，但上述金屬結構還可以包括ii相等的其它相。本領域的技術人員會理解，銅合金若包含占金屬的整個相面積小于約30。/。的a相，上述銅合金則沒有冷加工性，并且都不能通過以任何實際方式切削來進一步加工。因此，本發明的所有銅合金都具有復合相的金屬結構，其中向a相基體提供的其它相。如上所述，本發明銅合金中^的存在，會提高銅合金的切削加工性，其部分原因在于硅誘導y相。銅合金的y、K及p相中任一個的硅濃度為a相中的1.53.5倍。各種相的硅濃度，按照高低為!^y^K^^a。y、k及(a相都比a相更硬且易碎，并且賦予合金適當的硬度，使得合金可機械加工，以及如圖l所示，減少由機械加工所產生的切削物對切削工具的損傷。因此，為了使本發明實用化，而且為了提供銅合金適當的硬度，各銅合金應在a相中包括y相、k相及p相或這些相的組合中的至少一個相。P相一般使現有技術的Cu-Zn合金的切削加工性提高，在現有技術的C36000和C37700合金內包含有520%。與不包含(3相的C2700(65。/。的Cu和35%的Zn)和包含10%(3相的C28000(60。/。的Cu和40%的Zn)相比較時，C28000比C2700(參照"MetalsHandbookVolume2,10thEdition,ASMp217,218)具有更好的切削加工性。另一方面，對本發明合金進行的試驗顯示，(3相對切削加工性沒有貢獻，實際上，以意外的方式減少切削加工性。結果，P相以約1:1的比例抵消k和y相的提高切削加工性效力。因此，對于本發明的合金而言，在金屬結構中不希望有卩相，因為其惡化切削加工性。而且，由于(3相降低合金的耐蝕性所以更加不理想。因此，本發明的銅合金的另外目的在于，限制在金屬結構的cx基體中的卩相的量。由于|3相對銅合金的切削加工性或冷加工性沒有貢獻，因此，將卩相限制為整個相面積的5%以下為理想。優選本發明的金屬結構中不存在(3相，但允許(3相占整個相面積的至多5%。在提高切削加工性方面，^相的效果較小，為K及y相的效果的30M。因此將|1相限制為不超過20%為理想、不超過10%為更理想。如圖7所示，切削加工性與Pb的增加一起提高，圖7顯示了弓形切屑()、短矩形切屑(o)、及短螺旋形切屑(A)的產生。本發明通過K、y及P相等的堅固的相與柔軟、微細地分散的Pb粒子的協同效應，表現出相應于Pb含量增加的切削加工性的急劇提高。若滿足上述相限制，如圖7所示，對于工業上滿意的切削加工性，Pb的含量可以低到0.005%。然而，圖7所示的效應通過與76(Cu)-3.1(Si)-Pb(y。)合金的金屬結構的協同效應而發生，上述合金根據以下的式(7)的關系而被限制時，提供工業上滿意的切削加工性。圖7證實，若鉛的量降低到0.005%以下時，一般所要求的切削力的量明顯增加，尤其在v=120m/min及v=200m/min的高切削速度下。并且，切削物的特性容易發生變化。如表1及2所示，根據本發明的第11發明合金的銅合金，附加地限制金屬結構如下(1)約30。/。以上的(x相基體;(2)5%以下的卩相;(3)20%以下的p相；及因此(4)以下式(7)所示的關系(7)18-500Pb^c+7+0.3(i陽(^56+500Pb,(0.005%￡Pb^0.02%)在式(7)中，Pb為鉛的重量M，K、Y、(3及^l分別表示金屬結構的總的相面積中k、y、(3及P相的各個百分比。式(7)只適用于0.005重量％21^0.0重量2%的情況。在這種限制下，根據本發明合金，y和K相對提高的切削加工性起最重要的作用。然而，僅存在y及/或K相不足以得到工業上滿意的切削加工性。為了得到這種切削加工性，有必要確定在上述結構中的y及K相的總比例。而且，必須考慮在金屬結構中p和(3相等其它相的影響。經驗上，本發明者發現，^相對提高切削加工性也有效，但其效果相對于K及/或y相較小。更具體而言，^相對切削加工性提高的貢獻僅為y及/或K相對切削加工性作出的貢獻的約30%。關于(3相的存在對切削加工性的影響，本發明者從經驗上發現，卩相的逆效果與y及/或k相的正面效果1:1抵消。換言之，為了得到特定水平的提高的切削加工性所要求的y及k相的組合量，與為了解除這種提高所要求的(3相的量相同。然而，應考慮向本發明的合金添加的極少量的鉛對切削加工性的貢獻，該鉛具有通過與y及k相不同的機理提高切削加工性的功能。若將鉛作為一個因素考慮對切削加工性的作用，由K+y+0.3p-P計算的可接受的相的組合的范圍可以擴大。經驗上，本發明者發現，通過對合金添加0.01重量％的鉛，可以具有與5%的Y或k相相同的提高切削加工性的效果，但，僅限于鉛為0.005重量。/^Pb^).02重量％的情況。因此，通過計算k+y+0.3p(3而得到的可接受的相的組合范圍，應基于這種比例擴大。因此，各相的量，s卩，提高切削加工性的y和k相、比y和k相效果稍差但也提高切削加工性的P相、及降低切削加工性的(3相的量，應通過相的添加或消除在限制式(7)的范圍內進行改變。換言之，式(7)應作為決定切削加工性的重要指數而考慮。若K+y+0.3H3值小于18-500Pb，則得不到工業上滿意的切削加工性。并且，滿足22-500Pb^cfy+0.3H^50+500Pb的關系為更理木巨圖5A、5B、6A及6B圖示了相限制式(7)對Cu-Si-Zn合金的切削加工性的一般效果。圖5A和5B分別顯示，機械加工合金所需的切削力是如何隨著限制式k+y+0.3p-(3+500Pb(。/。)接近下限18或限制式K+y+0.3H3-50(^13(%)接近上限56而上升的。同時，當超過上述限制式的上限和下限時，所產生的切屑在120m/min的切削速度下發生從理想的弓形切屑和短矩形切屑及短螺旋形切屑(即，◎、o和A)到不理想的中等長度矩形切屑(即，A)的特性變化。同樣，圖6A和6B分別顯示，機械加工合金所需的切削力是如何隨著限制式K+y+0.3^p+500Pb(。/。)接近下限18或限制式K+rH).3H3-500Pb(。/。)接近上限56而上升的。然而，這種切削力的上升在200m/min的高切削速度下更加明顯。同時，當超過上述限制式的下限和上限時，所產生的切屑在200m/min的切削速度下發生從理想的弓形切屑、短矩形切屑(即，(D、o)到主要的不理想的中等長度矩形切屑和長切屑(即，A和x)的特性變化。因此，增加的切削速度也對切削時產生的切屑特性帶來影響。需要指出的是，即使可能有其中Y、k及|1相的和超過整個相面積的70%的不同金屬結構，得到切削加工性上沒問題的銅合金，但是作為a相基體小于30%的結果，使得冷加工性差，以致該合金的使用價值下降。可以包含的鉛和P相連同Y、k及p相的百分比的最大值為70%。備選地，可以確定a相為整個相面積的至少30%。另一方面，若銅由Y、k及p相構成的總相面積小于5%，則銅合金的切削加工性不令人滿意。由于卩相對銅合金的切削加工性或冷加工性沒有貢獻，將卩相最小化為小于整個相面積的5%。并且，a相為金屬結構的軟相，因此，具有延展性，從而通過添加甚至極少量的鉛，也能極大地提高銅合金的切削加工性。結果，本發明的合金結構使用a相作為其中分散Y、k及p相的基體。熱處理本領域技術人員應了解，金屬結構不能由合金的構成元素單獨決定。相反，金屬結構還取決于用于形成合金所使用的溫度、壓力等各種條件。例如，通過在鑄造、擠壓、及燃燒(blazing)后淬火而得到的合金金屬結構與通過緩慢冷卻得到的并且在大部分情況下包括大量的卩相的合金金屬結構相當不同。因此，根據本發明的第8發明合金，在合金制造需要淬火的情況和被制造的合金具有沒有理想地分散的在金屬結構中的Y及/或k相時，為了使卩相變換為Y及減k相或者為了改善y及/或k相的分散，應在460。c60(tc，進行20分鐘6小時的熱處理。通過如上述的熱處理，由于減少|3相的量并分散y及/或k相，可以得到具有更好的工業上滿意的切削加工性的合金。發明合金與非發明合金的比較首先，說明表l中的結果。表l中的所有合金，除了比較合金l、4、5、6、9、13、14、18、19、20、21、22及23以外，均在第1發明合金的范圍內。合金1A、1B、2、3、11、24、25及26全部在第1發明合金的范圍內和進一步限制的第4第11發明合金中一個以上的范圍內。提供表1中的剩余合金是為了顯示在不滿足式(7)的相關系或不滿足第4第11發明合金的某一其它限制時的各種結果。為了解釋切削加工性的結果，按照本發明，在所有4種切削試驗(g卩，在60、120、及200m/min的車床車削和在80m/min的鉆切)中產生的切屑是如圖1A的針形、或如圖1B的弓形、或如圖1C的短矩形(即，長度《5mm)時，達到優秀的切削加工性。然而，在所有4種切削試驗(g卩，在60、120及200m/min的車床車削和在80m/min的鉆切)中所產生的切屑是如圖1A的針形、或如圖1B的弓形、或如圖1C的短矩形(g卩，長度《5mm)或圖1F所示的13巻的短螺旋形時，達到工業上滿意的切削加工性。另一方面，對于4種切削試驗(即，在60、120、及200m/min的車床車削和在80m/min的鉆切)中的任一個，所產生的切屑是圖1D所示的中矩形(即，長度25mm75mm)、或圖1E所示的長矩形切屑(即，長度〉75mm)、或圖1G所示的>3巻的長螺旋形時，在工業上切削加工性不理想。例如，第1發明合金("FIA")1A和1B具有相同的組成，包括具有a相基體和Y及k相，不具有(3相的金屬結構。這些合金的不同點在于，FIA1A是擠壓而成的、FIA1B是鑄造而成的。FIA1A和1B各自顯示517和416N/mm2的優秀的抗張強度和由在車床車削及鉆切時產生理想的弓形切屑或短矩形切屑所顯示的優秀的切削加工性。此外，機械加工FIA1A和FIA1B所需的切削力是適當的(g卩，約105U9N)。另一方面，比較合金("CA")No.l，在組成上與FIA1A和FIA1B稍有差異，含有0.002重量％的鉛，這導致在更高的切削速度(即，80、120、及200m/min)下所產生的切屑性質向短螺旋形切屑的變化。因此，通過將鉛的含量從在FIANo.l中的含量稍微減少至CANo.l中的含量，合金的切削加工性從出色降低到僅滿足工業上要求的程度。FIANos.2和3以擠壓及鑄造的形態而被制造。除拉伸強度在被擠壓的試樣中顯著高以外，上述兩種形態顯示類似的特性。FIANo.2和FIANo.3都通過施加適當的切削力，在工業車床和鉆切條件下，產生弓形切屑或短矩形切屑。因此，FIANo.2和3的切削加工性出色。FIANos.1A、1B、2和3也證明了優秀的耐蝕性(g卩，最大腐蝕深度為140-160(im)。只有FIANo.2經過耐沖蝕試驗，損失量為60mg重量，非常優秀。FIANo.lA、2及3的鉛浸出性低，同樣是理想的，其鉛浸出液分別在0.0010.006,g,mg/L鉛的范圍內。FIANo.11是具有出色的切削加工性的另一第1發明合金(即，產生弓形、針形、或板形切屑)。CANo.4和5顯示了增加的鉛對鑄造合金的鉛浸出性的影響。CANos.4和5分別包含0.28和0.55重量％的鉛，這些合金的鉛浸出液分別為0.015和0.026g,mg/L的鉛，比按照第1發明合金制造的低鉛合金高出約2.526倍。另一方面，在75(TC下擠壓的CANo.6顯示了在Cu-Si-Zn合金減少鉛的重量％對切削加工性的影響。在鉛小于0.005重量％的情況下，通常需要提高切削力，并且所產生的切屑成為不理想的2575mm的長矩形切屑或超過3巻的螺旋切屑。換言之，CANo.6的切削加工性在工業上不理想。FIANo.7顯示，不是所有的第1發明合金都具有工業上滿意的切削加工性。如上所述，切削加工性取決于合金的元素含量和金屬相的結構。因此，根據第11發明合金，采用進一步限制關系18-500Pb^c"+0.3H3S56+500Pb來選擇性地識別具有工業上滿意的切削加工性的另外的合金。從表1可以得知，FIANo.7不在第11發明合金的范圍內。FIANo.8顯示了所采用的制造方法可能對本發明的金屬合金的切削加工性的特性帶來的影響。具體而言，FIANo.8是以擠壓和鑄造形態提供的，包括在75(TC下擠壓的形態、在650r下擠壓的形態、鑄造形態、及其后在55(TC下施加50分鐘熱處理的鑄造形態。從FIANo.8的這4種形態可以得知，增加的(3相的存在對切削加工性帶來不利影響。尤其，鑄造形態具有最不理想的切削加工性和4%的卩相，與此相反，擠壓形態具有最少量的P相和出色的切削加工性。根據第8發明合金，FIANo.8的鑄造形態若受熱處理(例如，該例中以550。C熱處理50分鐘)，則(3相發生轉化，從而增加y+k相的百分比。這種y+k相百分比的增加帶來改善的切削加工性(即，所要求的切削力減小，并且如表l所示，切削產生的切屑從中等長度矩形和長矩形切屑變化為弓形或短矩形切屑)。因此，FIANo.8的熱處理的鑄造形態具有出色的切削加工性。CANo.9和FIANo.lO顯示了鉛在具有a相基體和Y、k、及|1相的擠壓合金中的效果。具體而言，FIANo.lO是以4種形態提供的在750。C下擠壓的形態、在750。C擠壓后，在49(TC下施加IOO分鐘熱處理的形態、在65(TC下擠壓的形態，及鑄造形態。從表1可以得知，CANo.9和在750°C下擠壓的FIANo.lO具有類似的切削特性。另一方面，在65(TC下擠壓或鑄造的FIANo.10的形態具有工業上滿意的切削加工性，在切削試驗的整個范圍內產生弓形切屑或短矩形切屑。根據本發明，通過在75(TC下擠壓的FIANo.10的形態施加熱處理，得到具有工業上滿意的切削加工性的第8發明合金。CANo.l3禾n14顯示了第1發明合金的鉛、銅、及硅的百分比之間的61-50Pb^X-4Y^66+50Pb的關系的重要性。CANo.13和14不滿足這種限制，為不在本發明的范圍內的合金。CANo.l3和14的切削加工性在工業上不理想。鑄造時，FIANo.l5是具有出色的切削加工性的根據本發明的合金。但是，該實施方案顯示，通過在75(TC及65(TC下擠壓形成的該合金的擠壓形態在更高切削速度(即，80、120、及200m/min)表現出顯著不同的切削加工性特性。如表1所示，該合金的擠壓形態的金屬結構不滿足18-500Pb^c+y+0.3H^56+500Pb的關系。因此，盡管FIANo.15的3種形態全部為第1發明合金，但只有鑄造形態具有工業上滿意的切削加工性。FIANo.15的鑄造形態也是第11發明合金。FIANo.l6和17是具有出色的切削加工性的擠壓的第1發明合金。FIANo.l7A雖然具有與FIANo.l7相同的元素組成，但是，在較低溫度下擠壓。在實施方案FIANo.l7A中，存在過量p相(p20。/。)，在工業上不理想。因此，FIANo.l7和17A再次強調具有相同元素構成的合金可以具有顯著不同的金屬結構和顯著不同的切削加工性特性。CANo.1823皆為具有非常差的切削加工性特性的并且切削時要求比較高的切削力(即，130195N)的在750。C下擠壓的合金。CANo.18是不滿足61-50Pb^X-4Y^66+50Pb的關系的合金，它還具有純a相金屬結構。CANo.l9禾B21具有由a相構成的單相金屬結構，盡管與第1發明合金的元素組成比較時，CANo.l9具有過少的硅，而CANo.21具有過多的銅。如上所說明，預期具有單a相金屬結構的合金具有的工業上不可接受的切削加工性。CANo.20和23證明比較多的(3相(即，卩>5%)使切削加工性下降。CANo.22具有過量的銅，并且其a相只有金屬結構的20。/。，這很可能是該合金的切削加工性在工業上不理想的理由。FIANo.2426分別具有根據本發明的第1發明合金的出色的切削加工性。提供FIANo.27是為了顯示，若合金中存在的污染鐵的量超過0.5重量％，其它可接受的元素組成可能具有工業上不理想的切削加工性。表2的結果表2是對第2和第3發明合金和相關的比較合金的匯總。具體而言，合金2、3、7、8、10、11、14及14B都在第2發明合金的范圍內，合金15、16、17、18、19、21、22、23及24在第3發明合金的范圍內。合金1、4、5、6、9、12、13、20、25、26、27、28、29及30是比較合金，不在本發明的范圍內。合金25對應于現有技術合金JIS:C3604、CDA:C36000;合金26對應于現有技術合金JIS:C3771、CDA:C37700;合金27對應于現有技術合金JIS:CAC802、CDA:C87500;合金28對應于現有技術合金JIS:CAC203、CDA:C85700;合金29對應于現有技術合金JIS:CAC406、CDA:C83600;合金30對應于現有技術合金JIS:C2800、CDA:C2800。如表2所示，第2發明合金("SIA")2和3含有磷，并且以擠壓和鑄造形態提供。SIANo.3另外包含銻。SIANo.2和3包括具有a相基體及Y和k相、不含P相的金屬結構。SIANo.2和3分別顯示了對于擠壓形態大致525N/mm2和對于鑄造形態大致426N/mrr^的優秀的拉伸強度，和由在車床車削和鉆切時產生理想的弓形切屑或短矩形切屑所示的出色的切削加工性。而且，機械加工SIANo.2和3所需的切削力是適當的(即，約98112N)。另一方面，比較合金("CA")l與SIANo.2在組成上稍有差異，具有0.002重量％的鉛，這導致以更高的車床車削速度(即，120和200m/min)切削時產生的切屑性質向短螺旋形切屑的變化。因此，通過將鉛的含量從SIANo.2的含量稍微減少至CANo.l的含量，合金的切削加工性可從出色降低到僅滿足工業上要求的程度。SIANo.2和3以擠壓及鑄造的形態制造。除拉伸強度在擠壓的試樣中明顯更高以外，兩種形態表現出類似的特性。SIANo.2禾PSIANo.3都通過施加適當的切削力，在工業的車床和鉆切條件下，產生弓形切屑或短矩形切屑。因此，SIANo.2和3切削加工性出色。作為添加磷的結果，SIANo.2和3還證明了優秀的耐蝕性(即，最大腐蝕深度《10pm)。只有SIANo.2經過耐沖蝕試驗，損失量為5055mg重量，非常優秀。SIANo.2和3的鉛浸出性也低，同樣是理想的，其中鉛浸出液分別在O.0010.005，g,mg/L的鉛的范圍內。SIANo.ll、14及14B是含有磷、表現出出色的切削加工性(即，產生弓形切屑、針形切屑、或板形切屑)、優秀的拉伸強度及優秀的耐蝕性的另外第2發明合金。CANo.4和5顯示了增加鉛對鑄造合金的鉛浸出性液的影響。CANo.4和5分別包含0.29和0.048重量％的鉛，這些合金的鉛浸出液分別為0.015和0.023g,mg/L的鉛，顯著高于按照第2發明合金制造的低鉛合金。應指出，對應于JIS:CAC203、CDA:C85700的CANo.28是，含有磷和鉛且具有出色的切削加工性和優秀的耐蝕性的現有技術鑄造合金。然而，如表2所示，該合金的拉伸強度大致為本發明的第2發明合金的拉伸強度的1/2，并且現有技術合金的鉛浸出液比從本發明的第2發明合金的浸出液含有約78倍多的鉛。另一方面，在75(TC下擠壓的CANo.6顯示了在Cu-Si-Zn合金中減少鉛的重量％對切削加工性的影響。在鉛小于0.005重量％的情況下，通常需要增加切削力，并且產生的切屑成為不理想的2575mm之間的長矩形切屑或具有3巻以上的螺旋形切屑。換言之，CANo.6的切削加工性在工業上不理想。SIANo.7顯示不是所有的第2發明合金都具有工業上滿意的切削加工性。如上所述，切削加工性取決于合金的元素含量和金屬相結構。因此，根據本發明的第11發明合金，采用進一步限制關系18-500Pb$K+rH).3(i-|K56+500Pb來選擇性地識別具有工業上滿意的切削加工性的另外的合金。從表2可以得知，SIANo.7不在第11發明合金的范圍內。SIANo.8顯示了所采用的制造方法可能對本發明的金屬合金的切削加工性特性帶來的影響。具體而言，SIANo.8是以擠壓及鑄造的形態提供的，包括在75(TC下擠壓的形態、在65(TC下擠壓的形態、及鑄造形態。從SIAn0.8的這3種形態可以了解，增加的卩相的存在對切削加工性帶來不利影響。尤其，鑄造形態具有最不理想的切削加工性和5%的(3相，與此相反，擠壓形態具有最少量的(3相和出色的切削加工性。因此，合金是否是鑄造或擠壓的可以影響合金能否具有優秀的切削加工性或能否滿足工業上滿意的切削加工性的條件。CANo.9和SIANo.lO顯示了在具有a相基體和y、k及ju相的擠壓的合金中的鉛的效果。具體而言，SIANo.lO是以在75(TC下擠壓的形態、在75(TC下擠壓后，在58(TC下施加20分鐘熱處理的形態、在65(TC下擠壓的形態，及鑄造形態的4種形態提供的。從表2可以得知，CANo.9和在750'C擠壓的SIANo.lO具有類似的切削特性。另一方面，在650。C下擠壓或鑄造的SIANo.lO的形態具有工業上滿意的切削加工性，在整個切削試驗的范圍內產生弓形切屑或短矩形切屑。根據本發明，通過對在75(TC下擠壓的SIANo.10的形態施加熱處理，得到具有工業上滿意的切削加工性的第8發明合金。CANo.l2及13顯示了第2發明合金的鉛、銅、硅及被選的其它元素的重量°/。之間的61-50Pb^X-4Y+aZ^66+50Pb的關系的重要性。CANo.13和14不滿足這些限制，是不在本發明的范圍內的合金。CANo.13和14的切削加工性在工業上不理想。如表2所示，第3發明合金("TIA")No.15、16、17、18、及19包含錳或鎳，并且以擠壓的形態提供。根據第3發明合金的這些實施例，包括具有a相基體及y和K相，而不具有P相的金屬結構。這些合金趨向于具有超過第2發明合金的增加的拉伸強度。TIANo.15、16、17、18及19，如通過在車床車削和鉆切時產生理想的弓形切屑或短矩形切屑而證明，表現出出色的切削加工性。而且，機械加工TIANo.15、16、17、18、及19所要求的切削力為適度(即，約112129N)。另一方面，CANo.20是不滿足式(l)的關系的合金。結果，該合金的切削加工性在工業上不理想且產生不理想的具有3巻以上的螺旋形切屑。TIANo.21、22、23、及24顯示不是所有的第3發明合金都具有工業上滿意的切削加工性。例如，TIANo.21和23具有過量的P相(S卩，p相為10%，超過5%的卩相)。切削時，TIANo.21產生不理想的3巻以上的螺旋形切屑。TIANo.23在鉆孔時，產生不理想的3巻以上的螺旋形切屑，在高速車床車削時，產生不理想的長切屑。然而，TIANo.24對應于TIANo.23的熱處理的形態。TIANo.24通過在熱處理中P相變成y及/或k相，從而只具有3%的|3相。TIANo.24具有工業上滿意的出色的切削加工性。TIANo.22包含少量的鐵(Fe^K).35重量％)，車床車削時產生理想的板形切屑，但鉆切時產生不理想的中等長度矩形切屑。因此，TIANo.22表現出工業上不理想的切削加工性。CANos.2530顯示了在現有技術中的Cu-Zn合金的各種缺點。CANos.25、26、及28不具有硅、y及/或k相、及比較多量的鉛。盡管這些金屬合金在工業上具有滿足的切削加工性，但卻是通過較多量的鉛而實現的。結果，鉛浸出性高，鉛浸出液分別為0.35、0.29、及0.39mg/L，以致于不能適用于例如提供飲用水的系統。另一方面，CANo.27具有過多量的銅和包含85e/。的k相的金屬結構。這意味著只存在大致15。/。的a相，因而CANo.27不具有a相基體。從表2所示，CANo.27不具有工業上滿意的切削加工性。CANo.29是具有少量的銅和多量的鋅及鉛的合金。盡管CANo.29隨著車床車削速度的增加(即，60-120-200m/min)其切削加工性降低，產生的切屑由弓形變成板形再變成中矩形的切屑。而且，不具有工業上滿意的切削加工性的CANo.29還具有0.21mg/L鉛浸出液的高鉛浸出性。最后，CANo.30是不具有硅，只具有少量鉛(g卩，0.01重量°/。的鉛)的Cu-Zn金屬合金。但是，該合金具有a相基體，該a相基體具有分散在其中的10%的|3相，而y及/或k相不存在。CANo.30由于不具有多量的鉛，也不具有Y及/或k相，因此，為工業切削加工性不良的合金。CANos.2530顯示了元素組成、鉛含量、及金屬結構對Cu-Zn合金的切削加工性的復雜的多因子作用。盡管多量的鉛可以使切削加工性提高，但這會導致因鉛的可浸出性的高費用。另一方面，含有少量鉛的Cu-Zn合金趨向于具有不能提供工業上滿意的切削加工性的金屬結構。另一方面，本發明的第l、第2及第3發明合金，利用較少量的鉛(即，0.005小于0.02重量％的鉛)和在a相基體內存在的提高切削加工性的y及減k相之間的協同效應，獲得工業上滿意的Cu-Zn金屬合金，該合金由于不浸出明顯的鉛量，因此對環境是安全的。盡管本發明是參照特定的優選實施方案進行了說明，但本領域的技術人員將認識到，可以在保持在由后附權利要求限定的本發明的精神及范圍內的同時，進行添加、刪除、置換、變更、及改良。<table>tableseeoriginaldocumentpage42</column></row><table>表2.第2、第3發明合金和比較合金<table>tableseeoriginaldocumentpage43</column></row><table>權利要求1.一種易切削銅合金，基本上由銅71.5～78.5重量％；硅2.0～4.5重量％；鉛0.005～小于0.02重量％；及鋅剩余量組成，其中上述銅合金的銅和硅的重量％滿足關系61-50Pb≤X-4Y≤66+50Pb，其中，Pb為鉛的重量％，X為銅的重量％，并且Y為硅的重量％。2.—種易切削銅合金，基本上由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛0.005小于0.02重量％;選自磷0.010.2重量％、銻0.020.2重量％、砷0.020.2重量％、錫0,11.2重量％及鋁(U2.0重量。/。中的至少一種元素；及鋅剩余量組成，其中上述銅合金的銅和硅的重量％滿足關系61-50Pb^X-4Y+aZ￡66+50Pb，其中，Pb為鉛的重量％，乂為銅的重量％，Y為硅的重量。/。，并且Z是選自磷、銻、砷，錫及鋁的元素的量％，a為被選擇的元素的系數，在被選擇的元素是磷時a為-3、在被選擇的元素是銻時a為0、在被選擇的元素是砷時a為0、在被選擇的元素是錫時a為-1、及在被選擇的元素是鋁時a為-2。3.—種易切削銅合金，基本上由銅71.578.5重量％;硅2.04.5重量％;鉛:0.005小于0.02重量％;選自磷0.010.2重量％、銻:0.020.2重量％、砷0.020.15重量％、錫:0.11.2重量％、及鋁0.12.0重量％中的至少一種元素；選自錳0.34.0重量％、鎳Q.23.0重量％中的至少一種元素，以便錳和鎳的合計重量％在0.34.0重量％之間；及鋅剩余量組成，其中上述銅合金的銅和硅的重量％滿足關系61-50Pt^X-4Y+aZ^66+5OPb，其中，Pb為鉛的重量m，X為銅的重量。/。，Y為硅的重量m、及Z是選自磷、銻、砷、錫、鋁、錳及鎳中的元素的量％，a為被選擇的元素的系數，在被選擇的元素是磷時a為-3、在被選擇的元素是銻時a為0、在被選擇的元素是砷時a為0、在被選擇的元素是錫時a為-1、在被選擇的元素是鋁時a為-2、在被選擇的元素是錳時a為2.5、及在被選擇的元素是鎳時a為2.5。4.根據權利要求13所述的易切削銅合金，其中上述合金包括，選自由鉍0.010.2重量％、碲0.030.2重量％、及硒0.030.2重量％構成的組中的至少一種元素。5.根據權利要求14所述的易切削銅合金，其中上述合金含有作為雜質的0.5以下重量％的鐵。6.根據權利要求15所述的易切削銅合金，其中上述合金是通過包括對上述合金在460。c60(tc施加20分鐘6個小時的熱處理的步驟的方法而制造的。7.根據權利要求16所述的易切削銅合金，其中上述合金包括(a)包含a相的基體與(b)選自y相及k相中的一個以上的相。8.根據權利要求17所述的易切削銅合金，其中上述選自y相與K相中的一個以上的相均勻地分散于基體內。9.根據權利要求18所述的易切削銅合金，其中滿足以下附加關系中的每一個上述合金的總的相面積中0%鄰相2%;上述合金的總的相面積中0%^1相^20%;及上述合金的總的相面積中18-500(Pb)%Sk相+y相+0.30i相)-(3相$56+500(Pb)%。10.根據權利要求19所述的易切削銅合金，其中從擠壓棒形成的或作為上述合金的鑄件的圓形試驗片，在干燥條件下，不用破屑機，通過碳化鎢工具，在-6度的傾角及0.4mm的刀尖半徑，以60200m/min的切削速度、l.Omm的切削深度，及0.11mm/rev的進給速度在圓周面上切削時，產生具有選自由弓形、針形及板形而構成的組中的一個以上的形狀的切屑。11.根據權利要求19所述的易切削銅合金，從擠壓棒形成的或作為上述合金的鑄件所形成的圓形試驗片，在干燥條件下，通過具有10mm的鉆頭直徑和53mm的鉆頭長度的鋼號鉆頭，在32度的螺旋角和118度的頂角，以80m/min的切削速度、40mm的鉆孔深度、020mm/rev的進給速度進行鉆孔時，產生具有選自由弓形及針形而構成的組中的一個以上的形狀的切屑。全文摘要本發明提供一種易切削銅合金，與以往的易切削銅合金相比包括相當少量的鉛，但提供工業上滿足的切削加工性。上述易切削銅合金包括銅71.5～78.5重量％、硅2.0～4.5重量％、鉛0.005以上～小于0.02重量％、及鋅剩余量。文檔編號C22C9/04GK101098976SQ200580046460公開日2008年1月2日申請日期2005年9月22日優先權日2005年9月22日發明者大石惠一郎申請人:三寶伸銅工業株式會社