JP3059484B2

JP3059484B2 - 強度，加工性および耐熱性に優れるベリリウム銅合金及びその製造方法

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Publication number: JP3059484B2
Application number: JP07518409A
Authority: JP
Inventors: 修平石川; 宏行平光; 嘉久石黒; 和正八代
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1994-01-06
Filing date: 1994-12-27
Publication date: 2000-07-04
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: US5824167A; DE69417421D1; EP0707084A4; WO1995018873A1; KR960701230A; DE69417421T2; EP0707084A1; KR100328891B1; EP0707084B1

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、リードフレーム、端子、コネクタ、リレ
ー、スイッチ、ジャック等の強度と加工性と応力緩和特
性が重要な導電性バネ材料として使用されるベリリウム
銅合金及びその製造方法に関するものである。

背景技術銅中に0.2〜0.3wt％程度のBeを含有させたベリリウム
銅合金は、たとえば本出願人の特公平４−53936号公報
に示されるように、導電性バネ材料として従来から知ら
れている。このようなベリリウム銅合金としては、ユー
ザーが時効処理を行う時効材と、予め出荷前に時効処理
がなされているミルハードン材とがある。

ところで最近、電子部品の一層の小型化により、ベリ
リウム銅合金にも一段の高強度化が求められるようにな
った。この対象材としては、JIS C 1720（Be 1.8〜2.0w
t％）がある。

しかしながら、かかるベリリウム銅合金の時効材は、
時効処理時に変形が生じ易い上に、時効処理条件の許容
幅が狭いために条件設定が困難という不利があり、その
ためユーザー側で時効処理によって目的とする特性を発
揮させることが必ずしも容易ではないという問題があっ
た。また、このベリリウム銅合金のミルハードン材は十
分な加工性が得られず、特に圧延方向に対して垂直方向
の曲げ加工性がよくないという問題があった。更に長期
信頼性の指標となる耐熱性においても、応力緩和率が大
きいという問題があった。なお、この応力緩和率は長期
間におけるバネ性の低下を示す値であり、EMAS（日本電
子材料工業会標準規格）−3003に「ばね材料の曲げによ
る応力緩和試験方法」としてその測定方法が規定されて
いる。この規格によれば、応力緩和は一定ひずみのもと
で材料に生じる応力が時間とともに緩やかに減少する現
象と定義されている。

発明の開示本発明は、上記した従来の問題を有利に解決するもの
で、強度に優れるのはいうまでもなく、時効材として使
用する場合に、時効処理条件の許容幅を広くすなわち処
理条件をフレキシブルとし、かつ時効処理時における変
形を生じにくくしてユーザー側での負担を軽減し、また
ミルハードン材として使用する場合にも優れた加工性及
び耐熱性が得られるベリリウム銅合金を、その有利な製
造方法と共に提供することを目的とする。

すなわち、本発明は、 Be:0.5〜1.5wt％、 NiおよびCoのうちから選んだ１種または２種:0.3〜1.
5wt％、 SiおよびAlのうちから選んだ１種または２種:0.5〜2.
5wt％を含み、残部は実質的にCuの組成になるベリリウム銅合
金であって、該合金中に金属間化合物としてNiBeまたは
／およびCoBeを、0.20〜0.90wt％の範囲でかつ、少なく
ともその45％以上が粒径:0.1μｍ以下の微細粒子として
含有することを特徴とする強度、加工性および耐熱性に
優れるベリリウム銅合金である。

また、本発明は、 Be:0.5〜1.5wt％、 NiおよびCoのうちから選んだ１種または２種:0.3〜1.
5wt％、 SiおよびAlのうちから選んだ１種または２種:0.5〜2.
5wt％を含み、残部は実質的にCuの組成になる合金鋳片を、熱
間加工ついで冷間加工後、880℃以上の温度で溶体化し
たのち、少なくとも880℃から600℃までの温度域につい
て20℃/s以上の速度で冷却し、ついで５〜40％の仕上げ
加工を施したのち、300〜460℃の温度範囲で時効処理を
施すことを特徴とする強度、加工性および耐熱性に優れ
るベリリウム銅合金の製造方法である。

本発明において、達成目標とする強度、加工性および
耐熱性はそれぞれ次のとおりである。

まず、強度については、引張強度で84〜115kgf/mm²を
満足させる。

また、加工性については、引張強度:84〜97kgf/mm²に
おいて、R/t比（R:曲げ半径、t:板厚）が1.0で曲げ加工
したとき、圧延方向に対して任意の方向で良好な加工が
実施できるようにする。

さらに、耐熱性すなわち熱処理変形量については、20
mm×20mm、板厚:0.3mmの大きさの材料についての時効処
理前後における材料変形量（反り量の変化）が10μｍ以
下となるようにする。

またさらに、本発明法における、熱処理条件のフレキ
シブル性とは、任意の時効条件を選択しても、引張強度
の変動幅が±8kgf/mm²の範囲内に収まることをいう。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明のベリリウム銅合金の第１の特徴は、熱処理変
形を少なくするために、Beの含有率を1.5wt％以下と従
来のベリリウム銅合金よりも大幅に減少させたことであ
る。とはいえ、Beの含有量が0.5wt％未満では強化機構
が作用しないので強度不足となる。従って、本発明で
は、Be含有量は0.5〜1.5wt％の範囲に限定した。なお、
このBeのより好ましい範囲は0.7〜1.3wt％、更に好まし
い範囲は0.9〜1.1wt％である。

本発明のベリリウム銅合金の第２の特徴は、上記のよ
うにBeの含有率を低く抑えたことに伴う強度の低下を、
Si,AlおよびNi,Coの複合添加によって補償した点にあ
る。

まず、Si,Alについて述べると、これらはいずれも、C
u母相中に固溶強化機構によって強度の向上に寄与す
る。しかも、これらの元素は、加工性等の改善にも有効
に寄与する。しかしながら、含有量が0.5wt％に満たな
いと強度及び加工性が不足し、一方2.5wt％を越えると
導電性、圧延加工性、半田付け性が低下し、また熱処理
変形も助長される。従って、AlおよびSiは、単独使用ま
たは併用いずれの場合においても0.5〜2.5wt％の範囲で
含有させるものとした。より好ましい範囲は1.0〜2.5wt
％、更に好ましい範囲は1.5〜2.5wt％である。

次に、Ni,Coについて述べると、これらはCu母相中にN
iBe又はCoBe等の金属間化合物として析出し、その析出
強化機構によって強度の向上に寄与する。しかも、かよ
うな金属間化合物の析出により、耐熱性等も改善され
る。

上記のようなNiBe又はCoBeを主体とする金属間化合物
による析出強化を図る場合において、（Niまたは／およ
びCo）含有量が0.3wt％に満たないと強度が低下するだ
けでなく、粒径が粗大化して加工性が悪化する。一方、
（Niまたは／およびCo）量が1.5wt％を越えると、Be、S
i、Al等との間で作られた金属間化合物が増大し、曲げ
加工性が悪化する。従って、NiおよびCoは、単独使用ま
たは併用いずれの場合においても0.3〜1.5wt％の範囲で
含有させるものとした。より好ましい範囲は0.3〜1.1wt
％、更に好ましい範囲は 0.3〜0.7wt％である。

また析出させるNiBe,CoBe金属間化合物の量は、0.20
〜0.90wt％とする必要がある。というのは、含有量が0.
20wt％に満たないと十分な強度が得られず、一方0.90wt
％を越えると曲げ加工性が著しく低下するだけでなく、
耐熱性も低下するからである。このNiBe,CoBeを主体と
する金属間化合物のより好ましい含有量はミルハードン
材として提供される場合は0.20〜0.60wt％、一方時効材
として提供される場合は0.30〜0.75wt％である。

さらに、このNiBe,CoBe金属間化合物においては、析
出物の大きさすなわち粒径が問題となる。というのは、
たとえ金属間化合物の含有量は上記の好適範囲を満足し
ていても0.1μｍを超える粒子の割合が多くなると、か
かる粗大粒に起因して加工時に割れが発生し易くなるか
らである。そこで本発明では、かかる金属間化合物につ
き、少なくともその45％以上を0.1μｍ以下の微細粒子
として含有させるものとした。

このように、本発明では強度と曲げ加工性及び耐熱性
等を両立させるために、NiBe、CoBe主体の金属間化合物
を適量、微細粒子の形で析出させると共に、Be、Si、Al
強度及び曲げ加工性等の特性を向上させたものである。
また本発明では、時効処理時の材料形状の変形を抑える
ためにBeを減少させ、このBeの減少に伴う強度の低下に
ついては、NiBe、CoBe主体の金属間化合物の析出強化
と、Si、Al等による固溶強化で特性を向上させたもので
ある。

なお、NiBe又はCoBeを主体とする金属間化合物の中に
はNiAl₃、NiSi等の金属間化合物も少量含まれる。

また、上記した成分の他にも副成分として、Fe、Ti、
Cr等を0.05〜0.5wt％の範囲で添加してもよい。これら
のいずれも強度向上に寄与する成分であり、とくにFe及
びSiは加工性の向上にも寄与する成分である。

本発明のベリリウム銅合金の第３の特徴は、熱処理条
件をフレキシブルとした点にある。というのは、NiBe又
はCoBeの析出温度は300〜460℃とその温度範囲が極めて
広いでけでなく、処理時間も15分〜６時間と極めて広
く、しかもかような幅広い処理条件下でも引張強度の変
動幅は±8kgf/mm₂の範囲内に収めることができるからで
ある。

その結果、ユーザー側での時効処理が従来に比べて格
段に易しくなり、その負担を大幅に軽減することができ
る。

次に、本発明の好適製造条件について説明する。

上記の好適成分組成範囲に調整した鋳片に熱間加工及
び冷間加工を施す。本発明の合金は、上記の成分組成範
囲を満足する限り、本質的に熱間及び冷間加工性は良好
である。

ついで、NiBe、CoBe等の金属間化合物の形成元素を母
相中に十分に固溶させるために溶体化処理を施す。この
溶体化処理において、処理温度が880℃未満では金属間
化合物の形成元素の溶け込みが不十分となって製品の曲
げ加工性が悪化するので、溶体化温度は880℃以上とす
る必要がある。

上記の溶体化処理後、常温まで冷却するが、本発明で
はかかる冷却処理につき、少なくとも880℃から600℃ま
での温度域については20℃/s以上の冷却速度で行うこと
が重要である。というのは、800〜600℃という温度域は
NiBe、CoBe等の金属間化合物が粗大析出し易い温度域で
あるため、冷却速度が20℃/sより遅いと、金属間化合物
の大部分が粗大粒子となって析出し、その結果、その後
の時効処理において十分な量の微細粒子の析出が望めな
いからである。かような粗大粒子は加工性を悪化させ
る。従って、本発明では、溶体化処理後、少なくとも80
0〜600℃の温度域については20℃/s以上の速度で行うも
のとした。より好ましくは40℃/s以上である。

なお、上記した溶体化処理後の急冷処理は、800〜600
℃の温度域だけに限るものではなく、その後たとえば室
温まで同様の急冷処理を施すことは、金属間化合物形成
元素の十分な固溶量を確保する上で有用なのはいうまで
もない。

ここに、冷却手段については、上記の冷却速度を確保
できる限りいずれもが有効で、特に限定されることはな
いが、水冷、ミスト冷却およびガス冷却等がとりわけ有
利に適合する。ついで、仕上げ加工を施して製品形状に
仕上げるが、このとき加工率が５％未満では十分な強度
が得られず、一方40％を越えると曲げ加工性が悪化する
ので、加工率は５〜40％の範囲に限定した。より好まし
い加工率は10〜20％である。

しかるのち、時効処理を施して所望の金属間化合物を
析出させる。

ここに、時効温度が300℃に満たないと十分な強度が
得られないか、得られても曲げ加工性の悪化を招き、一
方460℃を越えるとやはり曲げ加工性が悪化するので時
効温度は300〜460℃とする必要がある。また、時効時間
は15分〜６時間の広い範囲で選択できる。より好ましい
時効処理条件は温度:320〜380℃、時間:20分〜３時間、
更に好ましい処理条件は温度:330〜360℃、時間:1〜３
時間である。

かくして、時効処理時の熱処理変形が少なく、時効処
理条件がフレキシブルであり、しかも優れた強度、曲げ
加工性および耐熱性を有するベリリウム銅合金を得るこ
とができる。

図面の簡単な説明図１は、時効処理時間と得られた製品の引張強度との
関係を、時効処理温度をパラメータとして示すグラフで
ある。

発明を実施するための最良の形態実施例１この例は、ミルハードン材に関するものであり、表１
〜７中にそれぞれ示す組成のベリリウム銅合金の鋳片
を、同表中に示す条件で溶体化処理、仕上げ加工、つい
で時効処理を施して製品とした。

かくして得られた製品の応力緩和率、硬さ、引張強
さ、曲げ加工性について調査した結果を、総合評価と共
に表１〜７に併記する。

なお、曲げ加工性は、JIS Z 2248に従って板厚:0.3mm
の試験片を内側曲げ半径が0.3mm、（R/t比＝1.0）とな
るように曲げ治具により曲げ加工し、その曲げ表面を30
倍に拡大して観察し、目視により判定した。曲げ方向は
圧延方向と平行方向（０゜）及び垂直方向（90゜）と
し、◎：肌荒れなし、○：肌荒れ小、△：肌荒れ大、
×：クラックあり、××：破断として示した。

また材料変形量のデータは、20×20mmの小片を板厚:
0.3mmの材料から長手方向及び幅方向に切出し、そり量
を熱処理前後で測定してその差を示した。そり量の測定
には、非接触型の形状測定器を使用した。

さらに耐熱性は、得られた材料特性の内、0.2％耐力
の80％以下の応力を200℃で100時間負荷した際の応力緩
和率（永久変形量）を片持梁式の測定により求めた。

実施例２この例は時効材に関するものであり、表８〜12中にそ
れぞれ示す組成のベリリウム銅合金の鋳片を、同表中に
示す条件で溶体化処理、仕上げ加工、ついで時効処理を
施して製品とした。

かくして得られた製品の応力緩和率、硬さ、引張強
さ、曲げ加工性について調査した結果を、総合評価と共
に表８〜12に併記する。

実施例３ Be:0.9wt％、Ni:0.8wt％、Co:0.07wt％およびAl:1.0w
t％を含有し、残部は実質的にCuの組成になる合金鋳片
を、常法に従い熱間加工についで冷間加工を施したの
ち、910℃で溶体化後、直ちに40℃/sの速度で室温まで
冷却し、ついで20％の加工率で仕上げ加工を施したの
ち、種々の条件で時効処理を施した。

かくして得られた製品の引張強さについて調べた結果
を、図１に示す。

同図より明らかなように、本発明では幅広い時効処理
条件で良好な引張強さを得ることができる。とくに処理
温度:320〜380℃の好適条件下で実施した場合にはとり
わけ優れた引張強さを得ることができた。

産業上の利用可能性本発明のベリリウム銅合金は、高価なBeの含有率を従
来品よりも低減したにもかかわらず、高い強度と優れた
曲げ加工性を有し、しかも熱処理時の変形量が小さいと
いう利点がある。

また本発明のベリリウム銅合金は、時効処理条件の許
容幅が広く、図１に示したとおり、320〜380℃の温度範
囲内であれば時効処理時間を15分〜６時間の範囲で大き
く変動させても、引張強度の変化を±8kgf/mm²の範囲内
に収めることができる。

従って、本発明によれば、優れた特性を持つ導電性バ
ネ材料を経済的に提供できるだけでなく、ユーザー側で
時効処理する場合の負担を格段に軽減できる利点があ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者八代和正愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (56)参考文献特開昭62−199742（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−125648（ＪＰ，Ａ) 特開昭50−32019（ＪＰ，Ａ) 特開平３−294462（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−59851（ＪＰ，Ａ) 特公昭47−47207（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 C22F 1/00 - 3/02

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】Be:0.5〜1.5wt％、 NiおよびCoのうちから選んだ１種または２種:0.3〜1.5w
t％、 SiおよびAlのうちから選んだ１種または２種:0.5〜2.5w
t％を含み、残部は実質的にCuの組成になるベリリウム銅合
金であって、該合金中に金属間化合物としてNiBeまたは
／およびCoBeを、0.20〜0.90wt％の範囲でかつ、少なく
ともその45％以上が粒径:0.1μｍ以下の微細粒子として
含有することを特徴とする強度、加工性および耐熱性に
優れるベリリウム銅合金。
【請求項２】Be:0.5〜1.5wt％、 NiおよびCoのうちから選んだ１種または２種:0.3〜1.5w
t％、 SiおよびAlのうちから選んだ１種または２種:0.5〜2.5w
t％を含み、残部は実質的にCuの組成になる合金鋳片を、熱
間加工ついで冷間加工後、880℃以上の温度で溶体化し
たのち、少なくとも800℃から600℃までの温度域につい
て20℃/s以上の速度で冷却し、ついで５〜40％の仕上げ
加工を施したのち、300〜460℃の温度範囲で時効処理を
施すことを特徴とする強度、加工性および耐熱性に優れ
るベリリウム銅合金の製造方法。