JP2003073759A - 制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、制振効果を有するとともに、良好
な加工性、リサイクル性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合
金を提供することを目的とする。 【解決手段】 マルテンサイト変態が可能なβ相を有
し、このβ相の変態双晶に伴い制振特性を有するＣｕ−
Ｚｎ−Ｓｎ系合金であって、Ｓｎ含有量が０．５〜２０
ｗｔ％である制振効果を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合
金、また、α相を持ち合わせることで、良好な冷間加工
性を有することができる。マルテンサイト変態が可能な
β相は、見掛け上のＺｎ含有量が３０〜５０％とし、６
００〜８５０℃に加熱後急冷することにより得られる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、制振特性を有する
Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金に関する。

【０００２】

【従来の技術】制振材料は、主に、一体型か板を張りあ
わせた積層型とに大別される。最近は、積層型の一つで
ある制振鋼板が開発され、制振鋼板は鋼板と樹脂、ある
いはその他の材料からなる複数の板の積層構造であるた
め、溶接性や成形加工性あるいは製品の大きさや形状に
致命的な制約が有った。

【０００３】また、一体構造からなる制振材料は、上記
のような制約が無く、例えば、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｃｕ−
Ａｌ−Ｎｉ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金などが知られており、
Ｃｕ系では、実用的にＭｎをベースとした合金が開発さ
れている。このＭｎ−Ｃｕ系合金の詳細については、特
開平７−２４２９７７号に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、Ｍｎ−
Ｃｕ系合金は、価格が高い、加工性、特に切削性に劣
り、また、Ｍｎベースのため、リサイクル性が悪いとの
問題があった。

【０００５】本発明は、制振特性を有するとともに、良
好な加工性、リサイクル性を有する合金を提供すること
を目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題に
基づきなされたものであって、マルテンサイト変態が可
能なβ相を有し、このβ相の変態双晶に伴い制振特性を
有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金であって、Ｓｎ含有量が
０．５〜２０ｗｔ％である制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ
−Ｓｎ系合金とする。

【０００７】本発明のＣｎ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金を熱処理
することで、マルテンサイト変態が可能なβ相が、析出
される。このβ相は、変態双晶を必ず伴い、双晶境界で
は、移動が容易に起こるため、この双晶の移動により、
音、振動を吸収する制振効果が生じる。Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓ
ｎ以外の添加物を加えることなく製造できるため、リサ
イクル性は、良好である。また、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合
金は、一般の黄銅系材料と同じように、良好な加工性を
有し、しかも、耐食性に劣るβ相中に、Ｓｎが固溶する
ことにより耐食性の向上も見込める。

【０００８】見掛けの上のＺｎ含有量が３０〜５０％と
することで、α、β、γの各相を析出できるようにな
り、更に、熱処理により、γ相を析出させず、α＋βの
２相とすることで、延性も確保できるものとなる。

【０００９】また、マルテンサイト変態が可能なβ相を
有し、このβ相のマルテンサイト変態に基づき制振特性
を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金であって、結晶組織中
にα相を有してなる制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ
系合金とする。

【００１０】α相は、延性に優れる結晶組織であるた
め、良好な冷間加工性を有する合金を提供できる。

【００１１】前記マルテンサイト変態が可能なβ相は、
６００〜８５０℃に加熱後、急冷することにより得られ
る。

【００１２】前記合金に５〜９０％の加工度の冷間加工
を施すことで、強度を向上させることができる。また、
冷間加工により転位を導入した後、時効処理を行うこと
でマルテンサイト相を安定化させ、制振特性の劣化を防
止することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】本発明の実施形態を以下詳述す
る。

【００１４】図１は、本発明実施形態に係わる実施例と
比較例の対比である。比較例１は、一般黄銅（ＪＩＳ−
３６０４）で、比較例２は、Ｍｎ−Ｃｕ系であり、商品
名Ｍ２０５１の市販のものを用いた。なお、図１中の
「見掛け上のＺｎ含有量」という用語は、ＡをＣｕ含有
量［ｗｔ％］、ＢをＺｎ含有量［ｗｔ％］、ｔを添加し
た第３元素のＺｎ当量（例えば、ＳｎのＺｎ当量は、
２）、Ｑをその第３元素の含有量［ｗｔ％］としたと
き、「｛（Ｂ＋ｔ・Ｑ）／（Ａ＋Ｂ＋ｔ・Ｑ）｝×１０
０」の意味で用いる。

【００１５】ここで、図１に示す成分のものを鋳造工
程、３００〜６５０℃の範囲で熱間押出し工程を経て、
熱間押出し後の冷却プロセスの違いにより、図１に示す
相比率の棒材を製造し、以下の切削性評価をした。尚、
相比率については、実施例１は熱間押出し後、再加熱し
て８１０℃に保持し、その後水冷により組織調整した。
調整した結晶組織は、８１０℃に加熱した時の結晶組織
を呈する。実施例２は熱間押出し後、再加熱して８３０
℃に保持し、その後水冷により組織調整した。また実施
例３〜５も同様に熱間押出し後に実施例３は７５０℃
に、実施例４、５は８００℃にに保持して水冷して組織
調整した。急冷の仕方として、水冷を用いたが、油冷で
もよい。すなわち、加熱した時の結晶状態を保持させる
ことのできる冷却速度で冷却すればよい。例えば、４０
０℃以下になるまで、５〜１０００Ｋ／ｓｅｃの冷却速
度とすればよい。切削性の評価は、ノーズ半径０．４ｍ
ｍの超硬工具を用いて、切削速度を１００ｍ／ｍｉｎ、
切り込みを１．０ｍｍ、送りを０．１６ｍｍ／ｒｅｖと
して外周切削した時の切削抵抗を、主分力Ｆｃ、送り分
力Ｆｆ、背分力Ｆｔの３分力で測定し、主分力で３００
Ｎを超えるものを×、３００Ｎ以下のものを○とした。
実施例のものは、一般黄銅と同じく、切削性に優れてい
ることから、ネジ加工、孔加工などが容易にでき、軸受
け部品、種々の部品に対応できるので、オーディオ、測
定機器などの精密機器の振動を嫌う部品に好適に利用で
きる。

【００１６】また、制振特性については、対数減衰率に
より評価した。常温での対数減衰率は、自由共振法によ
り測定し、共振曲線の半値幅から対数減衰率を算出し
た。また、−４０℃での対数減衰率は、試料を一定荷重
で叩いたときに発生する音を集音マイクで拾い、音の減
衰曲線から対数減衰率を算出した。成分、熱処理条件な
どにより、マルテンサイト変態開始温度（Ｍｓ）、マル
テンサイト変態終了温度（Ｍｆ）を調整することで、使
用環境に応じた、十分な制振特性を呈することができ
る。

【００１７】また、リサイクル性については、Ｐｂ、Ｍ
ｎ、Ｃｒを添加含有するものは×とした。

【００１８】図１からわかるように、実施例は切削性に
優れるが、これは、切削の際にβ相中にボイドが発生し
易く、切削抵抗を下げたものと思われる。特に、実施例
４は、γ相を多少析出させたことで、更なる切削性向上
に寄与している。また、変態点については、Ｓｎの添加
量を加減すること、時効処理の温度、保持時間、水冷前
の熱処理温度で、変態点を低温側、若しくは高温側に制
御できるものと思われる。Ｓｎ量は、０．５〜２０ｗｔ
％の範囲で調整可能で、Ｓｎの多くは、加熱により過飽
和状態になるまでβ相中に固溶することになる。β相へ
のＳｎの固溶は、前記のように変態点を高温側へ移動す
ることに効果があるとともに、耐食性に劣るβ相の耐食
性を向上させることができる。

【００１９】また、制振特性はβ相のマルテンサイト変
態に基づくものであるため、β単相で発現しやすいと考
えられていたが、実施例１、３、４に見られるように、
α相が残存していても制振特性が発現した。制振特性は
マルテンサイト量と相関があるため、β相比率が高いも
のほど良好な制振特性が得られると考えられるが、あま
りβ相比率が高すぎると延性が低下するため、延性の必
要な場合には、相比率の適正化が必要である。結晶相を
制御するために、組成の調整、熱処理温度の適正化が必
要であるが、本発明では、制振特性及び加工性などの観
点より、見掛け上のＺｎ含有量を３０〜５０ｗｔ％に設
定し、その範囲で、析出可能なα相、β相、γ相を熱処
理条件で制御している。

【００２０】なお、α相を適正量残存させることによ
り、さらに耐応力腐食割れ性の向上、冷間加工性も優
れ、冷間加工による硬度の向上が期待できる。

【００２１】図２は、温度と対数減衰率の推移を示した
図であり、実施例３のα相を有する結晶組織の合金を利
用した。また、図３は、実施例３を６ヶ月程度室温放置
した時の対数減衰率の経時変化を示した図であり、略同
様な推移を示した。

【００２２】図２から解るように、Ｍｓ点（−１６℃）
より高い領域から低温領域に至るまで、一般黄銅材に
は、見られない制振特性を呈している。一般的に制振特
性は、Ｍｓ点以下で発現し、Ｍｆ点付近でピークとな
り、それ以下では、略一定の値を示すとされている。例
えば、Ｃｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系では、Ｍｓ点以下でβ相から
マルテンサイト変態が起きる。マルテンサイト相は、双
晶が容易に発生するため、外部からの振動を双晶界面が
移動することで受け止め、熱エネルギーに変換する。し
たがって、制振特性は、マルテンサイト相量が増加する
ほど向上するため、Ｍｓ点以下で良好となる。すなわ
ち、マルテンサイト相が形成されないまたは、非常に少
ないＭｓ点以上の温度では、制振特性は、一般黄銅材の
ように略０に近い値を示すことになる。

【００２３】このＭｓ点以上でも制振特性を有する本発
明は、α相自体の粘性、あるいは、αβ界面での塑性流
動により振動エネルギーを吸収しているものと思われ、
α相比率を多くし、あるいは制御し易いα相の結晶粒径
を微細化し、相界面を増やすことが有効である。また、
Ｍｓ点以上の温度域では、上記の効果に加え、応力誘起
マルテンサイト相が生成して制振特性を呈していること
も推測できる。この２つの効果によって、通常の制振材
料では、発揮されないＭｓ点以上の温度域でも制振特性
を呈することができ、より材料設計の幅が広がることと
なる。

【００２４】また、市販されている制振合金は、３ヶ月
〜４ヶ月位で劣化するため、用途に限りがあるが、図３
から分かるように、本発明のものであれば、経時劣化が
少ないので、種々の用途に適用できる。特に、本発明の
合金は、一般黄銅材と略同じ組成を有しているので、一
般の黄銅材が適用されている電子機器の部材、例えば、
光ディスク信号を読み取る光学ピックアップの送り機構
に使用されるリードスクリューなどに発明の材料を適用
でき、一般黄銅が持たない、制振特性を付加できるの
で、より電子機器の性能向上に寄与できる。更に、γ相
を析出させたタイプでは、強度や剛性も改善できるの
で、望ましい例である。但し、γ相を多量に析出させる
と制振特性が低下するので、10％以下程度に留める。

【００２５】

【発明の効果】本発明によれば、一般の黄銅を構成する
Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎを利用し、その結晶を制御すること
で、マルテンサイト変態が可能なβ相を形成し、良好な
加工性、リサイクル性、制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−
Ｓｎ合金を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係わる実施例と比較例の対
比を示す図である。

【図２】本発明の実施形態に係わる実施例の温度と制振
特性との関係を示す図である。

【図３】本発明の実施形態に係わる実施例の６ヶ月後の
制振特性を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２２Ｆ 1/00 Ｃ２２Ｆ 1/00 ６３０Ｈ ６３０Ｊ ６８５ ６８５Ｚ ６８６ ６８６Ａ ６９１ ６９１Ｂ ６９２ ６９２Ａ ６９４ ６９４Ａ

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マルテンサイト変態が可能なβ相を有
   し、このβ相の変態双晶に伴い制振特性を有するＣｕ−
   Ｚｎ−Ｓｎ系合金であって、Ｓｎ含有量が０．５〜２０
   ｗｔ％である制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合
   金。
2. 【請求項２】 見掛けの上のＺｎ含有量が３０〜５０ｗ
   ｔ％である請求項１記載の制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ
   −Ｓｎ系合金。
3. 【請求項３】 マルテンサイト変態が可能なβ相を有
   し、このβ相のマルテンサイト変態に基づき制振特性を
   有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金であって、結晶組織中に
   α相を有してなる制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系
   合金。
4. 【請求項４】 前記マルテンサイト変態が可能なβ相
   は、６００〜８５０℃に加熱後、急冷することにより得
   られる請求項１乃至３の何れかに記載の制振特性を有す
   るＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金。
5. 【請求項５】 ６００〜８５０℃に加熱後急冷し、さら
   に時効処理を行うことを特徴とする請求項１乃至４の何
   れかに記載のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金
6. 【請求項６】 前記合金に５〜９０％の加工度の冷間加
   工を施したことを特徴とする請求項１乃至４の何れかに
   記載の制振特性を有するＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金。
7. 【請求項７】 前記合金に６００〜８５０℃に加熱後急
   冷し、その後５〜９０％の加工度の冷間加工を施して、
   時効処理することを特徴とする請求項１乃至４の何れか
   に記載のＣｕ−Ｚｎ−Ｓｎ系合金。