JP2790238B2 - 曲げ性および応力緩和特性に優れたチタン銅合金の製造方法 - Google Patents
曲げ性および応力緩和特性に優れたチタン銅合金の製造方法Info
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特性に優れたチタン銅合金の製造方法に関するものであ
り、さらに詳しく述べるならば、各種端子、コネクタ
ー、リレーまたはスイッチなどの電子部品を始めとする
良好な曲げ性が要求され、かつ高いばね性が要求される
あらゆる分野の製品の製造に利用されるチタン銅合金の
製造方法に関するものである。
ーまたはスイッチなどの電気伝導性とばね性が必要な材
料には従来、コスト面を重視する用途では安価な「黄
銅」が適用され、ばね特性が重視される用途ではりん青
銅が適用され、あるいはばね特性と耐食性が重視される
用途では洋白が適用されていた。
品の小型化・薄肉化傾向に伴って、これらの材料は強度
を必ずしも満足できるとは言えないため、ベリリウム銅
(以下「Cu−Be合金」と称す)やチタン銅(以下
「Cu−Ti合金」と称す)など高強度を有する高級ば
ね材の需要が増えている。
0.1〜3.0%,Si:0.03〜1.5%、Ti/
Si重量比率が2〜4の組成を有し、Ti−Si系金属
間化合物をCuマトリックス中に分散析出したCu−T
i合金を、鋳片(鋳塊)の熱間圧延、熱延仕上温度から
急冷することによるTiおよびSiの完全固溶、冷間圧
延、Ti−Si系金属間化合物を析出させる焼鈍、延性
および折り曲げ性を改良するテンションアニールを順次
行うことにより製造している。
びその部品の軽薄短小化はますます進んでいるため、材
料の強度や曲げ性に対する要求は厳しくなっている。C
u−Be合金では、このような厳しい曲げの要求に対応
するために、溶体化処理状態で強度の曲げ加工を行い、
その後に熱処理を施して強度を得る方法を実施している
が、この方法では材料を使用する電子部品メーカー側で
熱処理工程を行わなければならない。従って、電子部品
メーカー側としては曲げ加工後に熱処理工程の必要がな
い材料を提供するように要求が高まっており、今後の更
なる部品軽薄短小化に伴いこの要求は一層高まることが
予想される。また、Cu−Be合金は高い強度を有して
いるが、ベリリウムに強い有毒性があり特殊な製造設備
を必要とすることから価格が高価であるという欠点を有
している。
れるCu−Ti−Si合金は引張強さが約54〜61k
g/mm2 であり、導電率が約37〜50%IACSで
ある。(折り)曲げ性に関しては良好な結果を得ている
が、Cu−Be合金に匹敵する材料で得られたものでは
ない。
げ性と強度を改善するため、その結晶粒径および冷間圧
延と溶体化処理の回数に注目して鋭意研究を重ねた結
果、Cu−Ti合金の平均結晶粒径を1〜20μmに調
整することによって強度と曲げ性が改善されることが明
らかになった。すなわち本発明は、Cu−Ti合金の曲
げ性と強度を改善した高強度銅合金の製造方法を提供す
るものである。
i合金の曲げ性と強度を改善するべく結晶粒径および冷
間圧延と溶体化処理の回数に注目し鋭意研究を重ねた結
果、合金成分として厳密に制限された特定の割合でTi
を含有させる;2回冷間圧延に先立って溶体化処理を各
回毎に行う;その1回目の溶体化処理を当該処理後の平
均結晶粒径を20μm以下に調整する条件とする;2回
目の溶体化処理による平均結晶粒径を整粒の状態で1〜
20μmに調整する;結晶粒の粗大化を防止しながらT
iを充分にCuに固溶するために中間に冷間圧延を介在
させた2回溶体化処理を行う;このように一連の製造条
件を制御した製法による銅合金は強度、導電性、曲げ
性、応力緩和特性などの諸特性を現在および今後の電子
機器用として望まれる高いレベルでバランス良く兼備す
ることができる上、Cu−Ti基本組成に適量のZnを
添加し、さらに必要によりCr,Fe,Ni,Sn,I
n,Pおよび/またはSiを添加することによって半田
付け特性や強度特性の更なる改善も可能である;冷間圧
延に代えて冷間伸線、冷間鍛造などの加工を行うことが
できるとの新しい知見を得ることができた。
って完成されたものであり、Ti:0.01〜4.0%
(成分割合を表す%は「重量%」とする)を含有し、あ
るいは更にZn:0.05〜2.0%,およびCr,Z
r,Fe,Ni,Sn,In,Mn,PおよびSiの1
種以上を総量で0.01〜3.0%を含有すると共に、
残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅合金に、
(1)800℃以上の温度で240秒以内かつ平均結晶
粒径が20μmを越えない熱処理条件で行う1回目の溶
体化処理、(2)80%未満の加工度で行う1回目の冷
間圧延、(3)800℃以上の温度で240秒以内かつ
平均結晶粒径が1〜20μmを越えない範囲となる熱処
理条件で行う2回目の溶体化処理、(4)50%以下の
加工度で行う2回目の冷間圧延、(5)300〜700
℃の温度で1時間以上15時間未満の時効処理を順次施
すことを特徴とする方法である。
理由を、その作用と共に詳述する。Ti :Tiには、Cu−Ti合金を時効処理した際にス
ピノーダル分解を起こして母材中に濃度の変調構造を作
り、これにより非常に高い強度を確保する作用がある
が、その含有量が0.01%未満では所望の強化が期待
できず、一方4.0%を超えてTiを含有させると粒界
反応型の析出を起こしやすくなって逆に強度低下を招い
たり、加工性を劣化したりすることから、Ti含有量は
0.01〜4.0%と定めた。
下させずに半田耐熱剥離性を改善する作用が期待できる
ため、必要に応じて添加されるが、その含有量が0.0
5%未満であると所望の効作用が得られず、一方2.0
%を超える含有量になると導電性並びに応力緩和特性が
劣化することから、Znの含有量は0.05〜2.0%
と定めた。
n,PおよびSi:Cr,Zr,Fe,Niはいずれも
Cu−Ti合金の導電性を大きく低下させず粒界型析出
を抑制し、結晶粒径を微細化しさらに時効析出により強
度を上昇させるなどの作用を有している。また、Sn,
In,Mn,P,Siは主として固溶強化によりCu−
Ti合金の強度を向上させる作用を有している。従って
必要によりこれらの元素は1種または2種以上添加され
るが、その含有量が総量で0.01%未満であると前記
作用による所望の効果が得られず、一方総量で3.0%
を超える含有量になるとCu−Ti合金の導電性および
加工性を著しく劣化する。このため、1種の単独添加あ
るいは2種以上の複合添加がなされるCr,Zr,F
e,Ni,Sn,In,Mn,Pおよび/またはSiの
含有量は総量で0.01〜3.0%と定めた。
ては、溶体化処理とこれに続く冷間圧延の工程を2回行
い、その後時効処理を行うことが基本となっている。す
なわち、一般的な溶体化処理と冷間圧延を1回のみ行う
方法では強度を確保しつつ整粒組織を得ることが難しい
ので、Cu−Ti−(Zn)合金の特性を十分に発揮で
きる上記工程としている。以下限定理由を説明する製造
条件もこのような観点から設定されている。
て後の時効処理で高強度の材料を得るために、一回目お
よび二回目の溶体化処理温度を800℃以上としてい
る。すなわち、処理温度が800℃未満ではTiの含有
量によってはTiが未固溶となり、時効硬化型銅合金の
特徴である高強度が得られないのである。800℃以上
の温度での材料保持時間すなわち「処理時間」を240
秒以内とするのは、240秒以上の処理時間では結晶粒
の粗大化が起こるのである。
体化処理では平均結晶粒径を20μm以下とするよう
に、素材のTi量、溶体化処理前の結晶粒径等に対応し
て溶体化処理時間を240秒以内で調整することが必要
である。1回目の溶体化処理で上述のように結晶粒径を
制御するのは、2回目の溶体化処理で整粒の状態で20
μm以下の結晶粒径を得るためである。すなわち、1回
目の溶体化処理後の平均結晶粒径が20μmを超える
と、2回目の溶体化処理で20μm以下の平均結晶粒径
を得ようとして溶体化処理温度を低くしかつ処理時間を
短くしても混粒あるいは未再結晶部が生じる。
径を1〜20μmとするのは、結晶粒が曲げ性および応
力緩和特性に大きく影響を及ぼすためである。平均結晶
粒径が1μm未満では、このような微結晶材料を板ばね
として用いると応力緩和特性が悪くなり、これを板ばね
として用いた場合ばね圧の低下が早期に生じる。また2
0μmを超えると曲げ加工の際表面に肌荒れが生じやす
くなり、曲げ半径が小さい場合は割れることもある。溶
体化処理後の冷却方法は特に限定されないがTiが析出
しないように冷却速度が充分に速い空冷または水冷で行
うことが好ましい。
化が著しく実操業のうえでインゴットの減面を進めるの
が困難になるため、1回目の冷間圧延は80%未満の任
意の加工度で行う。ただし、30%以上が好ましい。2
回目の冷間圧延は50%を超える加工度で行うと、圧延
による集合組織の発達が顕著に生じ、異方性が大きくな
り、圧延方向と直角方向の曲げ軸での曲げ性が劣化する
ために、50%以下の加工度で行う。
0〜700℃で行う。時効処理温度が300℃未満では
時効処理に時間がかかり経済的ではなく、一方700℃
を超えると、Ti含有量によっては、Tiが固溶してし
まい、時効硬化型の合金の特徴である強度および導電性
が得られないので、300〜700℃の温度範囲の時効
処理が必要である。強度および導電性を安定して向上さ
せる上で420〜480℃での時効処理が実操業的には
推奨される。時効時間が1時間未満では時効による強
度、導電性の向上が期待できず、15時間を超えると著
しい過時効による強度の低下が起こるために、1〜15
時間の時効時間が必要である。
処理後の平均結晶粒径と最終冷間圧延加工度は、良好な
曲げ性を得るために極めて重要であり、その両方が共に
規定した条件を満たさない限り、良好な曲げ性を有する
材料は得られない。実操業では、Cu−Ti合金の特定
の用途で定められる板厚やその他の仕様に基づいて上記
範囲内で加工度、温度、時間を調整するのは当然である
が、因に、引張強さが約980N/mm2 以上、ばね限
界値が約950N/mm2 以上、電気伝導度13%IA
CS以上が得られるように上記条件を調整する。
を示す実施例によりさらに具体的に説明する。まず、電
気銅あるいは無酸素銅を原料とし、高周波真空溶解炉に
て表1(実施例)および表2(比較例)に示す各種組成
の銅合金インゴット(厚さ20mm)を溶製した。次
に、これら各インゴットに、表中の結晶粒径に調整する
ために1回目の溶体化処理(850℃×0.0458時
間(165秒))、1回目の冷間圧延40%、2回目の
溶体化処理(850℃×0.017時間(60秒))、
2回目の冷間圧延、時効処理(430℃×8時間)を順
次行い、0.30mmの板とした。
得られた板材から各種の試験片を採取して材料試験を行
い、ばね材としての特性を「強度」、「導電性」、「ば
ね性」、「曲げ性」および「応力緩和特性」を調査する
ことによって評価した。これらの特性のうち「強度」お
よび「伸び」は引張試験により測定し、「導電性」は導
電率(%IACS)を測定して求めた。また、「ばね
性」についてはばね限界値(Kb)を測定した。
機によって曲げ加工を施し、その曲げ部を目視観察する
ことにより肌荒れの程度および割れの有無を調査して評
価した。なお、評価結果は、 ○:肌荒れおよび割れの発生なし ×:肌荒れまたは割れが発生 で表示した。
状試験片の一端を固定すると共に他端に応力を負荷して
曲げ応力を加え、この状態で200℃に1000時間保
持した後、応力を開放した際にもなお残留する歪を測定
する方法により評価した。
n−10%Pb)メッキを施した後、150℃の高温槽
に1000時間間で保持し、この間100時間毎に取り
出して90°曲げ往復1回を施して半田剥離の開始時間
を調べる手法により、「半田耐熱剥離性」を調査し、1
000時間まで剥離のなかったものは調査結果を「10
00hr」と表示した。これらの調査結果を表3(実施
例)および表4(比較例)に示す。
14 注8:Sn0.32,In0.12,Mn0.21,P0.04, Si0.03 注9:Cr0.28,Zr0.12,Fe0.02 注10:Cr0.43,Zr0.04,Fe0.21,Ni0.26
12 注6:Sn0.15,In0.07,Mn0.06,Si0.08,Fe0.14 注7:P0.08 ,Si0.18,Cr0.23,Ni0.07 注8:Sn0.26,Mn0.18,Cr0.42,Zr0.ll,Fe0.01 注9:In0.21,Mn0.03,Zr0.08,Fe0.14,Ni0.l6 表中アンダーラインは本発明外の値であることを意味す
る。
明らかである。即ち、本発明合金1〜21は、いずれも
強度、曲げ性、応力緩和特性が共に優れており、またそ
の他の特性についても充分に良好な評価が得られるもの
である。
含有量が充分ではなく、比較合金24、25はTi含有
量が上限値を超えているために強度が劣っている。ま
た、比較合金26はZn含有量が上限値を超えているた
め、導電性と応力緩和特性が大きく劣っている。比較合
金27は、1回目の溶体化処理時の結晶粒径が上限値を
超えているために、2回目の溶体化処理時にうまく結晶
粒径がつくりこめなかった例である。比較合金28は、
2回目の溶体化処理時の結晶粒径が上限値を超えている
ために、曲げ性が劣っている。比較合金29は、2回目
の冷間圧延の加工度が上限値を超えているために曲げ性
が劣っている。比較合金30は時効処理時間が上限を超
えており、比較合金31は時効処理時間が十分ではない
ために強度が劣っている。比較合金32は1回目の溶体
化処理を行わなかった例であり、2回目の溶体化処理時
に混粒となっており、強度、曲げ性が劣っている。比較
合金33は2回目の溶体化処理を行わなかった例であり
加工硬化が著しく曲げ性が劣っている。比較合金34は
冷間圧延を1回だけ行った例であり強度が劣っている。
り、曲げ加工特性および応力緩和特性の良好な、Cu−
Be合金に遜色がない高強度銅合金を得ることが可能と
なり、電子機器類の小型化、薄肉化に大きく寄与し得る
など、産業上極めて有用な効果がもたらされる。
Claims (2)
- 【請求項1】 重量割合にてTi:0.01〜4.0%
を含有し、残部がCuおよび不可避的不純物からなる銅
合金に、 (1)800℃以上の温度で240秒以内かつ平均結晶
粒径が20μmを越えない熱処理条件で行う1回目の溶
体化処理、 (2)80%未満の加工度で行う1回目の冷間圧延、 (3)800℃以上の温度で240秒以内かつ平均結晶
粒径が1〜20μmを越えない範囲となる熱処理条件で
行う2回目の溶体化処理、 (4)50%以下の加工度で行う2回目の冷間圧延、 (5)300〜700℃の温度で1時間以上15時間未
満の時効処理、を順次施すことを特徴とする曲げ性およ
び応力緩和特性に優れたチタン銅合金の製造方法。 - 【請求項2】 重量割合にてTi:0.01〜4.0%
を含有し、更にZn:0.05〜2.0%,およびC
r,Zr,Fe,Ni,Sn,In,Mn,PおよびS
iの1種以上を総量で0.01〜3.0%を含有し、残
部がCuおよび不可避的不純物からなる銅合金に、 (1)800℃以上の温度で240秒以内かつ平均結晶
粒径が20μmを越えない熱処理条件で行う1回目の溶
体化処理、 (2)80%未満の加工度で行う1回目の冷間圧延、 (3)800℃以上の温度で240秒以内かつ平均結晶
粒径が1〜20μmを越えない範囲となる熱処理条件で
行う2回目の溶体化処理、 (4)50%以下の加工度で行う2回目の冷間圧延、 (5)300〜700℃の温度で1時間以上15時間未
満の時効処理、を順次施すことを特徴とする曲げ性およ
び応力緩和特性に優れたチタン銅合金の製造方法。
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JPH07258803A JPH07258803A (ja) | 1995-10-09 |
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- 1994-03-23 JP JP5234294A patent/JP2790238B2/ja not_active Expired - Fee Related
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