CN104284990B - 紧固件用铜合金 - Google Patents

Abstract

一种紧固件用铜合金，组织结构由α相和β相的混合相构成，具有下述的组成：由通式Cubal.ZnaMnb(bal.、a、b为质量％，bal.为剩余部分，34≦a≦40.5，0.1≦b≦6，可以包含不可避免的杂质)表示且满足下述(1)及(2)：b≧(‑8a+300)/7(其中，34≦a＜37.5)…(1)、b≦(‑5.5a+225.25)/5(其中，35.5≦a≦40.5)…(2)。

Description

紧固件用铜合金

技术领域

本发明涉及紧固件材料中使用的紧固件用铜合金。

背景技术

Cu-Zn系合金的加工性好，从以往开始就被广泛应用于各种各样的领域中。一般，在Cu-Zn系合金中，锌金属比铜金属的价格低廉。因此，通过增加锌含有量，能够降低材料成本。然而，由于锌元素存在于铜中，所以存在耐蚀性显著降低的问题。特别是将锌含有量较多的铜合金用于通过冷加工植装在基布上的紧固件材料的情况下，会发生由于残留的加工变形导致的材料季裂的问题。

在日本专利第4357869号公报中，公开了下述技术：为了使耐季裂性提高，通过使之含有Al、Si、Sn、Mn等添加元素，并且进行喷丸(shot blast)等表面处理，对合金赋予压缩应力。

专利文献1：日本专利第4357869号公报

发明内容

然而，由于专利文献1中记载的铜合金需要进行喷丸等加工处理，所以制造工序数变多，成为制造成本增加的原因。而且，关于专利文献1记载的铜合金还记载了：为了得到适宜的冷加工性，使组织结构为α相单相，并且记载了：如果提高合金中的锌浓度则β相的形成变得显著，所以冷加工会变得困难，因此不优选。即，在专利文献1记载的技术中，未曾充分讨论关于提高铜中的锌浓度而使α相和β相混在一起的情况下的合金的耐季裂性及冷加工性。此外，专利文献1记载的铜合金存在锌浓度低，难以用挤压制造的问题。

鉴于上述问题点，本发明提供一种制造容易性好且耐季裂性及冷加工性好的紧固件用铜合金。

为了解决上述问题点，根据本发明的方案，提供一种紧固件用铜合金，组织结构由α相和β相的混合相构成，并具有如下组成：由通式Cubal.ZnaMnb(bal.、a、b为质量％，bal.为剩余部分，34≦a≦40.5，0.1≦b≦6，能够包含不可避免的杂质)表示，且满足下述(1)及(2)式：

b≧(-8a+300)/7(其中，34≦a＜37.5) …(1)

b≦(-5.5a+225.25)/5(其中，35.5≦a≦40.5) …(2)。

本发明的紧固件用铜合金在一个实施方式中，是一种紧固件用铜合金，其组织结构由α相和β相的混合相构成，并具有如下组成：由通式Cubal.ZnaMnb(bal.、a、b为质量％、bal.为剩余部分、35≦a≦38.3、0.2≦b≦3.5，能够包含不可避免的杂质)表示，且满足下述(3)及(4)式：

b≧-a+38.3(其中，35≦a≦38.3) …(3)

b≦-a+40.5(其中37≦a≦38.3) …(4)。

本发明的紧固件用铜合金在另一个实施方式中，使用根据X射线衍射获得的峰值强度积分比，观察与压延面垂直的截面的结果是，所述组织结构中的β相的比率(％)为0.1≦β≦22。

本发明的紧固件用铜合金在又一实施方式中，在组织结构中，平均结晶粒径为3～14μm。

本发明的紧固件用铜合金在再一实施方式中，进行了氨暴露试验后的拉伸强度基于Cu₈₅Zn₁₅材料比为70％以上。

根据本发明的其他方式，提供由上述的紧固件用铜合金构成的紧固件构成物。

发明的效果

根据本发明，能够提供一种制造容易性好且耐季裂性及冷加工性好的紧固件用铜合金。

附图说明

图1是表示使用了本发明实施方式的紧固件用铜合金的拉链的一个例子的俯视图。

图2是说明使用了本发明实施方式的紧固件用铜合金的拉链链牙及上、下止码向拉链带的安装情况的立体图。

图3是表示为了测定铜合金的500℃挤压面压而使用的挤压筒的挤压部的截面图。

具体实施方式

－紧固件用铜合金-

本发明实施方式的紧固件用铜合金是组织结构由具有面心立方结构的α相和具有体心立方结构的β相的混合相构成的铜合金。已知一般伴随着Zn量的增加，季裂敏感性变得更高，但根据本案发明人的锐意研究而知晓：通过将铜中的锌浓度和添加元素浓度调整到合适的范围，并且控制制造时的加热条件及冷却条件从而将组织结构控制为合适的α+β相，能够实现80％以上的冷加工性，并且也能够提高耐季裂性。

＜Zn＞

在锌的含有量不足34质量％的情况下，铜的含有量大，因此，伴随着材料的成本高，还由于在铜-锌-锰的3元系合金中也存在大量含有锰的情况，所以会产生因锰量变多而不能作为检针器对应的材料的问题。在本发明中所述的检针器对应的材料是指，与能够符合NC-B基准(钢球换算值为φ1.2以下)的商品对应的材料。当锌的含有量超过40.5％时，由于铸造体中组织结构成为50％以上的β相比例而变脆，所以铜合金的冷加工性变差，容易发生脆性破坏。铜合金中的Zn的含有量优选34～40.5质量％，更优选35～38.3质量％，进一步优选35～38质量％。

＜Mn＞

Cu-Zn系合金由于锌元素以高浓度存在于铜中，从而存在耐蚀性显著降低的问题，但通过将Mn作为添加元素添加进铜中，能够有效地抑制紧固件材料的季裂。Mn的添加也有使结晶粒容易精细化、使强度提高的效果。

另外，作为以改良铜合金的性质为目的而添加的添加元素，一般还已知Al、Si、Sn等。然而，这些添加元素存在锌当量的值大，即使微量的添加也会导致合金的特性明显变化的情况。因此，将大量生产作为目的的紧固件用铜合金的品质控制为恒定变得困难，不能实现生产容易性的提高。对于此，Mn与Al、Si、Sn等的添加元素相比，锌当量的值为0.5，显著地小。因此，与其他的添加元素相比，能够使由于制造误差产生的最终制品的品质的差异更小，能够得到品质稳定性好、适合大量生产的紧固件用铜合金。

本发明的铜合金通过添加0.1质量％以上的Mn，能够得到兼具80％以上的冷加工性及耐季裂性双方的紧固件用铜合金。如果Mn的含有量过多，则冷加工性降低。此外，由于合金自身带来磁性的情况，所以存在紧固件材料所必需的、制造后的检针操作变得困难的情况。作为Mn的添加量，为了不会由于Zn量变少而引起材料成本高，优选0.1～6质量％，为了与检针NC-A基准(钢球换算值φ0.8以下)对应，更优选0.1～3.5质量％，进一步优选0.2～3.0质量％。

＜各组成的关系＞

本发明实施方式的紧固件用铜合金优选具有用通式：Cubal.ZnaMnb(bal.、a、b为质量％，bal.为剩余部分，34≦a≦40.5，0.1≦b≦6，可以包含不可避免的杂质)表示的组成，

且具有满足下述(1)及(2)式的组成：

b≧(-8a+300)/7(其中，34≦a<37.5) …(1)

b≦(-5.5a+225.25)/5(其中，35.5≦a≦40.5) …(2)。

将各组成的关系如(1)及(2)式那样设定是由于在不满足(1)及(2)式的情况下，难以实现作为紧固件用材料所必需的冷加工性及耐季裂性双方。即，在Mn浓度不满足(1)式的情况下，即，b<(-8a+300)/7的情况下，虽然加工是容易的，但当暴露在氨等的腐蚀关系下发生断裂的情况就会变多。另一方面，在Mn浓度不满足(2)式的情况下，即b>(-5.5a+225.25)/5的情况下，虽然不容易产生断裂，但组织结构变脆、冷加工性变差。

本发明实施方式的紧固件用铜合金更优选进一步满足下述(3)及(4)式的铜合金：

b≧-a+38.5(其中，35≦a≦38.3) …(3)

b≦-a+40.5(其中，37≦a≦38.3) …(4)。

通过成为满足(3)及(4)式的合金组成，最终得到的铜合金的外观色调与顾客要求的已有的Cu₈₅Zn₁₅合金的色调非常近似。因此、在使用本发明的铜合金大量生产紧固件材料的情况下，不容易产生紧固件材料彼此之间的色调变化，此外，容易将β相的比例控制在所希望的比例，从而能够得到成品率高、品质稳定性及外观性好的紧固件材料。进而，作为检针器对应的紧固件材料，成为更有用的材料。

＜α相和β相的比例＞

铜合金的α相和β相的比例的控制在提高对紧固件材料要求的耐季裂性及冷加工性方面很重要。α相和β相的比例的控制能够通过调整加热条件及其后的冷却条件来进行。

根据本发明实施方式的铜合金，结晶结构中的β相的比例(％)优选为0.1≦β≦22、更优选为0.5≦β≦20.5。当β相的比例过高时，不能确保冷加工性。当β层的比例过低时，即使含有锰，也不能得到充分的耐季裂性。另外，“结晶结构中的β相的比例”是指，通过用SiC耐水研磨纸研磨、用金刚石进行镜面加工，使与压延面垂直的截面露出，针对该截面通过X射线衍射(θ-2θ法)算出α相和β相的峰值强度的积分值，并作为β相的比例(％)＝(β相峰值强度积分值)/(α相峰值强度积分值+β相峰值强度积分值)×100算出的值。

＜结晶粒径＞

本发明实施方式的铜合金优选在组织结构中平均结晶粒径为14μm以下，例如3～13.5μm。对平均结晶粒径的下限无特别限制，但为了使其均匀地再结晶，优选0.1μm以上。本实施方式中“平均结晶粒径”是指，在通过电子显微镜或者光学显微镜的观察而得到的金属组织观察照片上，从观察照片的一端到另一端随机或者任意地抽出20根来测定线的长度，通过与实际的标度进行比较来补正长度，将补正后的线的长度除以与线交差的结晶晶界的数量即为平均的结晶粒径的长度的测定值。即，基于(平均结晶粒径)＝(将照片上抽出的线的长度补正到实际的长度的总长度(20根量的长度)/(与照片上抽出的直线交差的结晶晶界的数量)来评价。

＜特性＞

本发明实施方式的紧固件用铜合金示出了进行了氨暴露试验后的拉伸强度基于Cu₈₅Zn₁₅材料比为70％以上的值，冷加工性为80％以上、500℃挤压面压基于Cu₈₅Zn₁₅材料比能够为65％以下的1100M Pa以下。这是由于一般的凹模用的钢体在500℃下的屈服强度为1400MPa左右，所以表示能够延长凹模的寿命。此外，本发明实施方式的紧固件用铜合金不仅在冷加工中是有效的，还能够在热加工中充分地使用。因此，在制造了尺寸No.5(在拉链的一对链牙啮合的状态下链牙宽度为5.5mm以上且小于7.0mm的尺寸)的拉链的情况下也能够提供具有高强度、能够提高耐季裂性及耐应力腐蚀性、易于成形且适合大量生产的材料。另外，氨暴露试验、冷加工性及500℃挤压面压的评价方法的详细情况在后述的实施例中详细说明。

＜紧固件构成物＞

参照附图说明本发明的紧固件用铜合金合适的紧固件构成物的例子。另外，在以下的实施方式中，作为紧固件构成物，将构成拉链的部件作为例子来说明，本发明对于除以下所示的紧固件材料以外的铜合金制品或得到最终制品前的中间产物(例如后述那样长条线材)等也能够相同地使用。

作为紧固件构成物，能够利用例如拉链链牙、上止码、下止码、分离嵌插件及拉头等，当然能够在除在此例示的部件以外的各种各样的紧固件材料中使用。在此将拉链1作为例子进行说明。

滑动拉链1例如图1所示，具有：在拉链带3的相对的带侧缘部排列设置多个拉链链牙10而形成链牙列4所成的左右一对拉链牙链带2；在左右的拉链牙链带2的上端部及下端部中沿着链牙列4安装的上止码5及下止码6；沿着链牙列4能够滑动地配置的拉头7。

如图2所示，通过将被称为Y字形棒的截面呈大致Y字状的线材20以规定的厚度切片，对该切成的链牙基材21进行冲压加工等而形成啮合头部10a，由此来制造各拉链链牙10。

拉链链牙10具有：通过冲压加工等形成的啮合头部10a；从啮合头部10a向一个方向延伸设置的牙身部10b；从牙身部10b分支成两股而延伸设置的一对腿部10c。拉链链牙10以在一对腿部10c间插入拉链带3的包括芯绳部3a在内的链牙安装部的状态，通过两腿部10c在相互接近的方向(内侧)上被压紧而塑性变形，从而以规定的间隔安装在拉链带3上。

通过将截面为矩形状的平角体5a以规定的厚度切片，对得到的切断片进行弯曲加工，形成截面大致为U字状，由此来制造滑动拉链1用的上止码5。此外，上止码5通过以其内周侧的空间部中插入有拉链带3的链牙安装部的状态被压紧而塑性变形，从而被分别安装在左右的拉链带3上。

通过将截面为大致H形状(或者大致X形状)的异形线材6a以规定的厚度切片来制造拉链1用的下止码6。此外，下止码6通过以其左右的内周侧的空间部中分别插入有左右拉链带3的链牙安装部的状态被压紧而塑性变形，从而跨着左右的拉链带3而被安装。

拉链链牙10、上止码5、下止码6、拉头7等紧固件材料大多进行冷加工，通过该冷加工会产生拉伸残留应力，在含有大量Zn的合金中经常发生季裂。根据本发明实施方式的铜合金，由于将铜中的锌浓度和添加元素浓度调整为合适的范围，并且控制制造时的加热条件及冷却条件，从而将组织结构控制为合适的α+β相，所以能够实现80％以上的冷加工性，且能够成为耐季裂性好的合金。

＜制造方法＞

下面说明使用了紧固件用铜合金的紧固件构成物的制造方法的例子。

在图1所示的制造拉链链牙10的情况下，首先铸造具有规定的截面积的铜锌合金的铸造体。此时，铸造体以使得锌的含有量为34～40.5质量％、更优选为35～38.3质量％、更进一步优选为35～38质量％的方式调整铜锌合金的组成来铸造。

接着，在制作了铸造体后，将其冷拔丝成所希望的线径，并进行热处理，由此，将铜锌合金中的α相和β相的比例控制为β相的比例为0.1≦β≦22、更优选为0.5≦β≦20.5。对铸造体进行热处理的条件能够根据铜锌合金的组成任意地设定。

控制了铸造体中的β相的比例后，对该铸造体以例如加工率为80％以上的方式进行冷挤压加工等冷加工，由此制成作为中间产物的长条线材。冷加工在不足铜锌合金的再结晶温度的温度下进行，优选在200℃以下的温度、特别是100℃以下的温度下进行为好。

之后，使被实施了冷加工的长条线材通过多个压延辊，进行冷加工以使线材的横截面成为大致Y字形，从而形成上述Y字形棒20。将Y字形棒20以规定厚度切片，对该切出的链牙基材21借由成型冲头和成型模具进行冲压加工等，形成啮合头部10a，从而能够制造出本实施方式的拉链链牙10。另外，本发明的铜合金由于高温挤压性也好，所以也能够将铸造体直接在400℃以上的情况下挤压，直接制造出Y字形棒等的异形线材。

在制造上止码5的情况下，首先铸造具有和拉链链牙10同样的组成的铜锌合金制的铸造体，对该铸造体实施热处理，控制铜锌合金中的β相的比例。接着通过对得到的铸造体进行冷加工，制作出截面为矩形的平角体5a(中间产物)。之后将得到的平角体5a如图2所示那样以规定的厚度切片，并对得到的切断片进行弯曲加工而形成为截面大致呈U字状，从而制造出上止码5。

在制造下止码6的情况下，首先铸造具有和拉链链牙10及上止码5同样的组成的铜锌合金制的铸造体，对该铸造体实施热处理，控制铜锌合金中的β相的比例。接着通过对得到的铸造体进行冷加工，制作出截面为大致H形状(或者大致X形状)的异形线材6a(中间产物)。之后通过将得到的异形线材6a如图2所示那样以规定的厚度切片而能够制造出下止码6。

实施例

以下，将本发明的实施例与比较例一同显示，这些实施例是为了更好地理解本发明及其优点而提供的，并无限定发明的意思。

以成为下述的表1所示的合金组成的方式称量铜、锌、及各种添加元素，通过高频真空溶解装置使之在氩气环境中溶解，制作出直径为40mm的铸块，并由得到的铸块制作出直径为8mm的挤压体。对得到的挤压体实施冷加工，直到成为板厚为4.0～4.2mm的范围的规定的板状。

在400℃以上700℃以下的范围内对上述板体实施热处理，对热处理后的板体进行退火。对实施了热处理并除去了加工形变的板体，实施仅从上下方向进行压延加工的冷轧，制造出板厚为1mm以下的长条的板体。从得到的板体切出板厚约为0.8mm、板宽为10mm、规定板长(压延方向的长度)的试验片。

＜β比例的评价＞

关于得到的各试验片，通过截面照片观察与压延面垂直的截面的铜锌合金的组织。通过使用SiC耐水研磨纸(#180～#2000)进行研磨，使与压延面垂直的截面露出，对该截面进一步用金刚石研磨膏以3μm、1μm实施镜面加工，并将其作为试验片通过X射线衍射来进行测定。作为测定机种，使用BRUKER AXS公司制造的GADDS-Discover8，测定时间为低角度侧90s、高角度侧120s，分别算出α相及β相的峰值强度积分比。算出β相的比例(％)＝(β相峰值强度积分值)/(α相峰值强度积分值+β相峰值强度积分值)×100。

＜冷加工性评价＞

将上述得到的板厚为4.0～4.2mm的板体在500℃下进行6小时大气烧钝后，为了除去表面产生的氧化膜，对板状试验片进行铣加工，并用SiC耐水研磨纸(#800)加工表面，制作出冷加工性评价用的试验片。冷加工性评价用的试验片的加工尺寸为板厚3.5mm、板宽7.5mm，且具有规定板长。在压延机中，基于下述的算式评价极限压下率。将在材料中产生了龟裂的1道次前的时刻作为极限压下率。

(压下率)(％)＝{(压延开始时的板厚-压延后的板厚)/(压延开始时的板厚)}×100

＜500℃挤压面压＞

如表1所示的合金组成那样称量铜、锌、及各种添加元素，通过高频率真空溶解装置使之在氩气环境中溶解，制作出直径为40mm的铸块(坯料)。将图3所示的挤压机筒31设定为500℃，将坯料32在设定为800℃的大气炉中加热30分钟后插入到挤压机筒(内径φ42)中。在坯料32上配置杆33，通过用杆33按压坯料，从配置在筒31的前表面的φ8mm材料用的凹模34推出坯料来测定此时的最大载荷，从该最大载荷算出最大面压作为“500℃挤压面压”。

＜氨暴露后的平均拉伸强度评价＞

氨暴露试验是按照日本伸铜协会技术标准JBMA-T301铜合金伸展材料的氨试验方法(JBMA法)进行的。另外为了评价拉链制品，将No.5尺寸的拉链牙链在氨气环境中暴露后洗净，作为试验片。将作为得到的试验片的拉链链牙用拉伸试验机拉伸，将得到的载荷的平均值作为平均拉拔强度。将结果显示在表1中。另外，将表中平均拉伸强度为Cu₈₅Zn₁₅材料(比较例1)比85％以上的表示为◎，将70％以上小于85％的表示为○，将55％以上小于70％的表示为△，将小于55％的表示为×。

＜检针基准＞

检针性能是用上述＜氨暴露后的平均拉伸强度评价＞中使用的试验片进行评价。试验片的检针值若相当于φ0.8mm钢球以下就作为NC-A基准，若相当于φ1.2mm钢球以下就作为NC-B基准来评价。【表1】

在实施例1～9中，示出了均为80％的好的冷加工性且500℃挤压面压也均为850N～1100N的值。可知氨暴露试验后的拉伸强度也均为◎或者○，从而得到了耐季裂性及冷加工性优良的铜合金。

比较例1的冷加工性、耐季裂性高，但锌浓度较低，从而原材料的成本变高。此外，由于500℃挤压面压较高，通过挤压的生产较艰难。

比较例2～6、11是没有添加Mn作为添加元素的例子，均为氨暴露试验后的拉伸强度较小，在耐季裂性方面不佳。

比较例7、8由于β相的比例达到了40％，所以极限压下率只有39％左右，冷加工性差。此外，由于比较例7、8均得不到实施例1～9程度的高的冷加工性，冷加工性差到了不能制作氨暴露试验用的试验片的程度，所以无法制造冷加工后的具有残留应力的状态下的试验片，无法评价结晶粒径。

比较例9、10虽然均添加了Mn作为添加元素，但组织结构不是α+β相的混合相，耐季裂性也差。

比较例12～17示出了添加了Al作为添加元素的例子。由于比较例12～17均得不到实施例1～9程度的高冷加工性，冷加工性差到了不能制作氨暴露试验用的试验片的程度，所以无法制造冷加工后的具有残留应力的状态下的试验片。

比较例18～23是添加Si作为添加元素、比较例24～28是添加Sn作为添加元素的例子。比较例18～28均得不到实施例1～9程度的高冷加工性，冷加工性差到了不能制作氨暴露试验用的试验片的程度。比较例29是在本发明的组成范围内，β相的比例较高的例子。与上述相同地，冷加工性不像实施例那样好，冷加工性差到了不能制作氨暴露试验用的试验片的程度。

附图标记说明

1：拉链；2：拉链牙链带；3：拉链带；4：链牙列；5：上止码；5a：平角体；6：下止码；6a：异形线材；7：拉头；10：拉链链牙；10a：啮合头部；10b：牙身部；10c：腿部；10c：两腿部；20：Y字形棒(线材)；21：链牙基材；31：挤压机筒；32：坯料；33：杆；34：凹模。

Claims (11)

1.一种紧固件用铜合金，其组织结构由α相和β相的混合相构成，

并具有如下组成：

由通式Cubal.ZnaMnb表示，通式中的bal.、a、b为质量％、bal.为剩余部分，34≦a≦40.5，0.1≦b≦6，能够包含不可避免的杂质，

且满足下述(1)及(2)式：

b≧(-8a+300)/7，其中34≦a＜37.5…(1)

b≦(-5.5a+225.25)/5，其中35.5≦a≦40.5…(2)。

2.根据权利要求1所述的紧固件用铜合金，其中，

使用根据X射线衍射获得的峰值强度积分比，观察与压延面垂直的截面的结果是，所述组织结构中的β相的比率为0.1≦β≦22，比率的单位％。

3.根据权利要求1所述的紧固件用铜合金，其中，

在所述组织结构中，平均结晶粒径为3～14μm。

4.根据权利要求2所述的紧固件用铜合金，其中，

在所述组织结构中，平均结晶粒径为3～14μm。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的紧固件用铜合金，其中，

进行了氨暴露试验后的拉伸强度为Cu₈₅Zn₁₅材料的拉伸强度的70％以上。

6.一种紧固件用铜合金，其组织结构由α相和β相的混合相构成，

并具有如下组成：

由通式Cubal.ZnaMnb表示，通式中的bal.、a、b为质量％、bal.为剩余部分，35≦a≦38.3，0.2≦b≦3.5，能够包含不可避免的杂质，

且满足下述(3)及(4)式：

b≧-a+38.5，其中35≦a≦38.3…(3)

b≦-a+40.5，其中37≦a≦38.3…(4)。

7.根据权利要求6所述的紧固件用铜合金，其中，

使用根据X射线衍射获得的峰值强度积分比，观察与压延面垂直的截面的结果是，所述组织结构中的β相的比率为0.1≦β≦22，比率的单位％。

8.根据权利要求6所述的紧固件用铜合金，其中，

在所述组织结构中，平均结晶粒径为3～14μm。

9.根据权利要求7所述的紧固件用铜合金，其中，

在所述组织结构中，平均结晶粒径为3～14μm。

10.根据权利要求6～9中任一项所述的紧固件用铜合金，其中，

进行了氨暴露试验后的拉伸强度为Cu₈₅Zn₁₅材料的拉伸强度的70％以上。

11.一种紧固件构成物，由权利要求1～10中任一项所述的紧固件用铜合金构成。