JP2006138015A - 銅系析出硬化形合金の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳造ビレットの代わりに、棒などの細長い鋳造物用の連続鋳造を用いて、銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr)と、銅ジルコニウム(CuZr)などの銅系析出硬化形合金を製造する改善された方法を達成し、それによって製造工程を短縮することを目的とする。
【解決手段】銅クロムと、銅クロムジルコニウムと、銅ジルコニウムなどの銅系析出硬化形合金でできた、実質的に円形、長方形もしくはリング状の断面を有する細長い部品を連続鋳造によって鋳造する段階と、該鋳造された部品を引き抜く段階と、最終製品に対して少なくとも１つの時効処理を行なう段階とを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、銅合金、とくに銅系析出硬化形合金の製造方法に関するものであり、この方法では、銅合金の熱間押出しを回避する。

析出硬化合金の製造には合金元素を固溶体へ入れる工程段階を必要とする。通常、これは、別の溶体化焼きなまし処理を有することによって、または急冷を伴う熱間押出しもしくは熱間圧延などの熱間加工を組み合せることによって行われる。このような開発されている技術によれば、固溶体は凝固と、それに続く冷却を調整することによって達成される。

銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr)と、銅ジルコニウム(CuZr)などの銅系析出硬化形合金の棒を製造する従来の方法は、ビレットを鋳造し、次いでそのビレットを熱間押出しによって処理するものである。この種の処理は、連続鋳造用鋳型の製造方法に用いられる材料に関する特許文献１に開示されている。

米国特許第4,421,570号明細書

典型的な従来の鋳造ビレットは表面欠陥があり、これを切削加工もしくは他の整備方法によって、押出し前に修正する必要がある。さらにビレット鋳造状態に応じて、銅合金元素、クロムおよび／またはジルコニウムが固溶体から析出し始めることがありうる。したがって、ビレットを水の中へ押し出す前に、ビレットを一定温度まで加熱することが必要になる。押出し後、必要ならば、棒は引き抜かれて一定の寸法にされ、時効処理され、さらに引き抜かれて最終の直径にされる。場合によっては、この棒を引き抜いて一定の寸法にし、次いで時効処理前に成形して構成材にすることができる。

本発明はこのような従来技術の欠点を解消し、鋳造ビレットの代わりに、棒などの細長い鋳造物用の連続鋳造を用いて、銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr）と、銅ジルコニウム(CuZr）などの銅系析出硬化形合金を製造する改善された方法を達成し、それによって製造工程を短縮することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr)と、銅ジルコニウム(CuZr)などの銅系析出硬化形合金の製造方法において、少なくとも、所望の合金でできた、本質的に円形、長方形もしくはリング状の断面を有する細長い部品を連続鋳造によって鋳造する段階と、鋳造された部品を引き抜く段階と、最終製品に対して少なくとも１つの時効処理を行なう段階とを含む。

時効処理の前に溶体焼きなましを行なうことが好ましい。また、鋳造中に凝固すべき溶解生成物を鋳造機へ本質的に垂直に流すことができる。このときに、鋳造中に凝固すべき溶解生成物を鋳造機へ本質的に垂直上向きに流すこと、または鋳造中に凝固すべき溶解生成物を鋳造機へ本質的に垂直下向きに流すことができる。なお、鋳造中に凝固すべき溶解生成物を鋳造機へ本質的に水平に流してもよい。

また、鋳造すべき合金がクロムを0.1 ないし1.5重量%含むことが好ましい。もしくは、鋳造すべき合金がジルコニウムを0.01ないし0.25重量%含む、もしくは、鋳造すべき合金が、クロムを0.1 ないし1.5重量%、およびジルコニウムを0.01ないし0.25重量% 含むことができる。

本発明によれば、鋳造ビレットの代わりに、棒などの細長い鋳造物用の連続鋳造を用いて、銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr)と、銅ジルコニウム(CuZr)などの銅系析出硬化形合金を製造する改善された方法を達成することができ、それによって製造工程を短縮することができる。

本発明の方法によれば、銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr )と、銅ジルコニウム(CuZr )などの銅系析出硬化形合金を連続鋳造によって鋳造して直接、有利には本質的に円形、長方形、またはリング状の断面を有する細長い鋳造物にする。鋳造物は棒であることが望ましく、棒は、有利には８mmないし50mmの外径を有する。次に、鋳造物を引き抜いて所定の寸法にする。この引抜き鋳造物を、なんらかの代替的な方法でさらに時効処理して最終製品にする。時効処理の例は、たとえば溶体焼きなまし、構成材への直接成形、または細線へのさらなる引抜き後の時効熱処理である。

本発明の方法で製造される銅系析出硬化形合金は0.1 ないし1.5 重量% のクロムおよび／または0.01ないし0.25重量% のジルコニウムを含有し、残りは銅と通常の不純物である。

本発明の方法における連続鋳造は水平に、垂直上向きもしくは垂直下向きに、または水平方向と垂直方向の間の方向にさえも行われる。本発明の技術を説明するために、用語「連続鋳造」を用いて、有利には本質的に円形、長方形、もしくはリング状の断面を有し、材料のさらなる冷間加工用の最大厚みもしくは最大外径を持つ少なくとも１つの細長い部品の連続動作鋳造を示す。最終寸法に対する要求に応じて、他の寸法、または他の形に鋳造することもできる。本発明の方法の連続鋳造を用いる場合、典型的には160kgの重量を有する押出しに応じる従来技術の鋳造ビレットと比べると、重量５トンまでの非常に長尺の鋳造物が生産される。本発明の方法を用いる場合、従来技術におけるような押出し工程の必要がなく、上記の例のうちの１つにおいては少なくとも溶体処理が回避される。さらに、その鋳造物が細長い部品の形であり、すなわち鋳造ビレットよりも最終寸法に近くなっているので、鋳造物の引抜き加工も短縮される。

本発明の方法を用いる場合、合金元素、クロムおよび／またはジルコニウムは連続鋳造段階中は過飽和固溶体内に保持される。この溶体は、銅合金に対して23 ℃/s ないし70 ℃/s の急速凝固を可能にする冷却器と接続している金型により銅合金を鋳造することによって達成される。この凝固は温度をさらに、銅系合金の析出に必要な温度よりも低く下げることを考慮している。

本発明の方法による鋳造段階後に、銅系合金の鋳造物、望ましくは棒形状のものが引き抜きされて所定の寸法にされる。この引抜き製品の本発明による最終製品への次の処理を、代替的な複数の方法で行うことができる。１つの例は、引抜き製品に対して溶体焼きなましを行うものであり、他の例は、引抜き製品を成形して直接、構成材に、たとえば最終製品としての冷間圧造抵抗溶接電極にするものであり、またはさらに他の例は、440 ないし470℃ の温度で２ないし３時間の時効処理を行ない、さらに引き抜いて、細線などの最終製品にするものである。必要な場合、これらすべての例は時効熱処理の前に行われる。

本発明の一例による溶体焼きなましは、銅クロム合金の場合は980 ないし1000 ℃ の温度範囲で５ないし30分間、銅ジルコニウム合金の場合は900 ないし925 ℃の温度範囲で10ないし30分間行って、所定の寸法に引き抜かれた製品を再結晶化する。最終製品の使用目標に応じて、焼きなました製品を直接成形して最終製品としての構成材にし、またはこの焼きなました製品をさらに引き抜いて新規の所望の寸法にする。この新規の所望の寸法の製品をさらに成形して最終製品としての構成材にし、または成形して最終製品としての構成材にする前にこの新規の所望の寸法の製品を時効処理する。

次に、添付図面を参照して、本発明を詳細に説明する。

図１によれば、銅クロム合金を溶融炉１で溶解し、その溶解生成物を保持炉２へ流す。保持炉２からこの溶解生成物を連続鋳造機３へ進める。連続鋳造機３は、鋳造方向が本質的に垂直上向きになるように作動して、保持炉２が連続鋳造機３よりも下になって、溶解生成物が上向きに吸い上げられて連続鋳造機３のノズルに入るようにしている。連続鋳造機３において、溶解生成物は、凝固すべき溶解生成物を循環する冷媒によって凝固されて、固体鋳造物４を作り出す。

連続鋳造機３からの鋳造物４は棒の形である。棒はさらに引抜き機５へ供給されて、ここで棒は引き抜きされて、所望の寸法の最終製品６、たとえばワイヤになる。必要な場合、最終製品６の用途に応じて、440 ないし470 ℃の温度で２ないし３時間の時効処理７が行なわれる。

図２の実施例において、銅ジルコニウム合金が溶融炉11で溶解され、溶解生成物が保持炉12へ流される。保持炉12から溶解生成物は連続鋳造機13へ向けられ、連続鋳造機13は、鋳造方向が本質的に垂直下向きになるように操作されて、保持炉12が連続鋳造機13より上になり、溶解生成物が下方へ送られて連続鋳造機13の金型へ入るようにしている。連続鋳造機13において、溶解生成物は、鋳造機内で凝固すべき溶解生成物を循環する冷媒によって凝固されて固体鋳造物14を作り出す。

連続鋳造機13からの鋳造物は棒の形である。棒はさらに引抜き機15の中へ供給され、ここで鋳造棒は引き抜かれて、次の加工に望ましい寸法にされる。引抜き機15からの引き抜きされた棒16は、さらに炉17における溶体焼きなまし処理へ送られる。炉17からの焼きなましされた棒18は、代替的にたとえば、切断されて、本発明の方法の最終製品として所望の物体19にされ、物体19は必要な場合、時効処理24される。

焼きなましされた棒18を処理する他の選択肢は、棒18を他の引抜き機23で引き抜きして本発明の方法の所望の最終寸法にすることである。引抜き製品20はさらに、代替的にたとえば、切断されて所望の物体21にされる。これは必要な場合、時効処理26される。代替的に、引抜き製品20は、所望の物体に成形22する前に、または製品21をたとえばワイヤの形状に保つ前に時効処理25される。

図３の実施例において、銅クロムジルコニウム合金が溶解炉31で溶解され、溶解生成物が保持炉32へ流される。保持炉32からの溶解生成物は連続鋳造機33へ向けられ、連続鋳造機33は、鋳造方向が本質的水平になるように操作され、保持炉32が連続鋳造機33と本質的に同じ高さになり、溶解生成物が連続鋳造機33の金型内へ送り込まれるようにしている。連続鋳造機33において、溶解生成物は、鋳造機内で凝固すべき溶解生成物を循環する冷媒によって凝固されて固体鋳造物34を作り出す。

連続鋳造機33からの鋳造物34は棒の形状である。棒34はさらに引抜き機35へ送られて、ここで鋳造棒34は、次の処理のための所望の寸法に引き抜かれる。引抜き製品34は、440 ないし470 ℃ の温度で２ないし３時間、時効処理40され、時効処理された製品36は、その後の処理の目的に応じて、所望の構成材42に成形され、または、たとえばワイヤの形状に保たれる。代替的に、時効処理された製品36をさらに他の引抜き機37へ送り込んで、製品を引き抜いて最終寸法にする。引抜き機37からの引き抜いた製品はさらに切断されて構成材にされ、またはワイヤの形状に維持される。引き抜いた製品38で作られたたとえば切断した構成材もしくはワイヤの形の最終製品39は、最終製品39の用途に応じて必要な場合、さらに時効処理41される。

図１、図２、および図３の説明において、本発明による１つの合金だけしか説明していないが、本実施例の価値を損なうことなしに、上述の合金を当該実施例において本発明の他の合金に代えることができる。

図１は、本発明の好ましい一実施例を工程段階の系統図として示す。 図２は、本発明の他の好ましい一実施例を工程段階の系統図として示す。 図３は、本発明のさらに他の好ましい一実施例を工程段階の系統図として示す。

符号の説明

1, 11, 31 溶融炉
2, 12, 32 保持炉
3, 13, 33 連続鋳造機
4, 14, 34 鋳造物
5, 15, 23, 33, 37 引抜き機
6, 19, 21, 22, 39, 42 構成材／物体／ワイヤ
7, 24, 25, 26, 40, 41 時効処理

Claims (9)

1. 銅クロム（CuCr）と、銅クロムジルコニウム(CuCrZr)と、銅ジルコニウム(CuZr)などの銅系析出硬化形合金の製造方法において、該方法は、少なくとも、
   前記所望の合金でできた、本質的に円形、長方形もしくはリング状の断面を有する細長い部品を連続鋳造によって鋳造する段階と、
   該鋳造された部品を引き抜く段階と、
   前記最終製品に対して少なくとも１つの時効処理を行なう段階とを含むことを特徴とする銅系析出硬化形合金の製造方法。
2. 請求項１に記載の製造方法において、前記時効処理の前に溶体焼きなましを行なうことを特徴とする製造方法。
3. 請求項１に記載の製造方法において、鋳造中に凝固すべき前記溶解生成物を前記鋳造機へ本質的に垂直に流すことを特徴とする製造方法。
4. 請求項３に記載の製造方法において、鋳造中に凝固すべき前記溶解生成物を前記鋳造機へ本質的に垂直上向きに流すことを特徴とする製造方法。
5. 請求項３に記載の製造方法において、鋳造中に凝固すべき前記溶解生成物を前記鋳造機へ本質的に垂直下向きに流すことを特徴とする製造方法。
6. 請求項１に記載の製造方法において、鋳造中に凝固すべき前記溶解生成物を前記鋳造機へ本質的に水平に流すことを特徴とする製造方法。
7. 請求項１ないし６までのいずれかに記載の製造方法において、前記鋳造すべき合金がクロムを0.1 ないし1.5重量%含むことを特徴とする製造方法。
8. 請求項１ないし６までのいずれかに記載の製造方法において、前記鋳造すべき合金がジルコニウムを0.01ないし0.25重量%含むことを特徴とする製造方法。
9. 前記請求項１ないし６のいずれかに記載の製造方法において、前記鋳造すべき合金が、クロムを0.1 ないし1.5重量%、およびジルコニウムを0.01ないし0.25重量% 含むことを特徴とする製造方法。

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