JP5873590B1

JP5873590B1 - 快削りん青銅棒線材

Info

Publication number: JP5873590B1
Application number: JP2015104993A
Authority: JP
Inventors: 昭央清水; 祥人松木
Original assignee: FUJII MANUFACTURING CO., LTD.
Current assignee: FUJII MANUFACTURING CO., LTD.
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2015-05-22
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2035-05-22
Also published as: JP2016216789A

Abstract

【課題】強度が向上して、一部の快削ベリリウム銅合金棒線材の代替となり得るだけでなく、冷間加工性もよく、鉛の含有量を減らしても所望の被削性が得られる、快削りん青銅棒線材を提供する。【解決手段】Ｎｉを０．３〜１．５重量％、Ｐｂを０．１〜０．７重量％、Ｓｎを７．０〜９．０重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削りん青銅棒線材などにより課題を達成した。【選択図】なし

Description

本発明は、強度が向上し、冷間加工性もよく、鉛の含有量を減らしても所望の被削性が得られる、快削りん青銅棒線材に関する。

りん青銅は、Ｃｕ（銅）−Ｓｎ（すず）−Ｐ（リン）系の合金で、Ｓｎの含有量により、種々の特性が生まれる。りん青銅は、強靱であり、耐食性、耐摩耗性、半田付け性に優れ、広範囲の用途に適している。

快削りん青銅は、りん青銅にＰｂ（鉛）を添加することにより、りん青銅の被削性を改良した合金で、小ねじ、軸受、ブシュ、ボルト、ナット、ボールペン部品などに用いられる。

日本工業規格のＪＩＳＨ３２７０には、快削りん青銅の種類として、Ｃ５４４１とＣ５３４１が挙げられている。Ｃ５４４１の化学成分は、Ｐｂ：３．５〜４．０重量％、Ｓｎ：３．０〜４．５重量％、Ｚｎ（亜鉛）：１．５〜４．５重量％、Ｐ：０．０１〜０．５重量％、Ｃｕ＋Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｚｎ＋Ｐ：９９．５重量％以上であり、Ｃ５３４１の化学成分は、Ｐｂ：０．８〜１．５重量％、Ｓｎ：３．５〜５．８重量％、Ｐ：０．０３〜０．３５重量％、Ｃｕ＋Ｓｎ＋Ｐｂ＋Ｐ：９９．５重量％以上である。

一方、快削ベリリウム銅は、高強度等の優れた特性を備えた合金で、電子機器部品や自動車電装部品を始めとした、様々な分野で使用されており、製品の小型化、高信頼性を実現するのに不可欠な材料であるが、発がん性物質であるベリリウムを含むため、衛生面や環境への影響について問題視されている。

日本工業規格，ＪＩＳＨ３２７０，快削りん青銅，２０１２

上述したように、快削りん青銅は、りん青銅に鉛を添加することにより、りん青銅の被削性を改良した合金であるため、鉛の含有量を減らせば、当然、被削性も低下する。Ｃ５４４１及びＣ５３４１の組成から明らかなように、鉛は、少なくとも０．８重量％は必要である。

また、Ｃ５４４１及びＣ５３４１は、鉛を多く含有するため、冷間加工性が劣るという問題点があった。

更に、冷間加工の仕上げをした製品は、加工硬化で強度を調質することが可能であるが、Ｃ５４４１及びＣ５３４１は、鉛を起因とする割れが発生することがあり、加工限界が早いため、強度がりん青銅よりも劣るという問題点があった。

本発明の目的とするところは、強度が向上して、一部の快削ベリリウム銅合金棒線材の代替となり得るだけでなく、冷間加工性もよく、鉛の含有量を減らしても所望の被削性が得られる、快削りん青銅棒線材を提供することにある。

本発明の発明者は、前記課題を解決するため、鋭意検討を重ねた結果、Ｎｉを０．３〜１．５重量％、Ｐｂを０．１〜０．７重量％、Ｓｎを７．０〜９．０重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％を含有する快削りん青銅棒線材などにより、上記目的を達成することを見出し、本発明をするに至った。

即ち、本発明の快削りん青銅棒線材は、Ｎｉを０．３〜１．５重量％、Ｐｂを０．１〜０．７重量％、Ｓｎを７．０〜９．０重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする。

本発明の快削りん青銅棒線材の好適態様は、Ｐｂが０．１５〜０．５５重量％であり、Ｎｉが０．４５〜１．１重量％である。

本発明の快削りん青銅棒線材は、従来の快削りん青銅棒線材よりも高い強度が得られ、例えば、コンタクトプローブ用として、一部の快削ベリリウム銅合金棒線材の代替となり得るという利点がある。

また、本発明の快削りん青銅棒線材は、鉛の含有量を減らしても、所望の被削性が得られるという利点がある。

本発明の快削りん青銅棒線材は、従来の快削りん青銅棒線材よりも冷間加工性もよいという利点がある。

本発明の快削りん青銅棒線材は、Ｎｉを０．３〜１．５重量％、Ｐｂを０．１〜０．７重量％、Ｓｎを７．０〜９．０重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなる。

本発明において、Ｎｉの含有量が０．３〜１．５重量％であるのは、Ｎｉの含有量が０．３重量％未満であると、強度が不十分であるからであり、逆に、Ｎｉの含有量が１．５重量％を超えると、加工性が悪くなるからである。このＮｉの含有量は、０．４５〜１．１重量％であることが好ましい。Ｎｉの含有量が０．４５重量％未満であると、十分な強度が得られないおそれがあるため、好ましくないからであり、逆に、Ｎｉの含有量が１．１重量％を超えると、伸び率が低下し、加工性が悪くなるおそれがあるため、好ましくないからである。

本発明において、Ｐｂの含有量が０．１〜０．７重量％であるのは、Ｐｂの含有量が０．１重量％未満であると、実用的な被削性が得られないからであり、逆に、Ｐｂの含有量が０．７重量％を超えると、冷間加工性が極端に悪くなるからである。このＰｂの含有量は、０．１５〜０．５５重量％であることが好ましい。Ｐｂの含有量が０．１５重量％未満であると、被削性に劣るおそれがあるため、好ましくないからであり、逆に、Ｐｂの含有量が０．５５重量％を超えると、加工性が悪くなるおそれがあるため、好ましくないからである。

本発明において、Ｓｎの含有量が７．０〜９．０重量％であるのは、Ｓｎの含有量が７．０重量％未満であると、実用的に十分な強度が得られないからであり、逆に、Ｓｎの含有量が９．０重量％を超えると、加工性が悪くなるからである。

本発明の快削りん青銅棒線材を得るために行う冷間加工の方法は特に限定されず、公知の方法を用いることができ、例えば、冷間圧延加工、冷間鍛造加工、冷間伸線加工などが挙げられる。また、本発明の快削りん青銅棒線材を得るために行う冷間加工の回数も特に限定されないが、均一な組織を得るためには、４回以上が好ましい。

（試験片の作成）
すずの添加量を８．０重量％、リンの添加量を０．２重量％、ニッケルの添加量を１．０重量とし、鉛の添加量を適宜変化させ、残りを銅として、合金材料１〜３、Ｒ１〜Ｒ４とした。

合金材料１〜３、Ｒ１〜Ｒ４のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返し、４回目の冷間圧延加工後に、実施例となる本発明の快削りん青銅棒線材１〜３及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ１〜Ｒ４を得た。

実施例１〜３及び比較例１〜４のそれぞれについて、日本工業規格ＪＩＳＺ２２４１４号試験片を作成し、試験片１〜３、Ｒ１〜Ｒ４を得た。試験片１〜３、Ｒ１〜Ｒ４の分析結果を表１に示す。

すずの添加量を８．０重量％、リンの添加量を０．２重量％、鉛の添加量を０．５重量とし、ニッケルの添加量を適宜変化させ、残りを銅として、合金材料４〜６、Ｒ５、Ｒ６とした。

合金材料４〜６、Ｒ５、Ｒ６のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返し、４回目の冷間圧延加工後に、実施例となる本発明の快削りん青銅棒線材４〜６及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ５、Ｒ６を得た。

実施例４、５及び比較例５〜７のそれぞれについて、日本工業規格ＪＩＳＺ２２４１４号試験片を作成し、試験片４〜６、Ｒ５、Ｒ６を得た。試験片４〜６、Ｒ５、Ｒ６の分析結果を表２に示す。

すずの添加量を８．０重量％、リンの添加量を０．２重量％、ニッケルの添加量を１．０重量とし、鉛の添加量を適宜変化させ、残りを銅として、合金材料７、８、Ｒ７〜Ｒ９とした。

合金材料７、８、Ｒ７〜Ｒ９のそれぞれについて、溶解温度を１２００℃として、金型鋳造方法によりインゴットを作製した後、加工率１０％程度の冷間圧延加工と６５０℃前後の焼き鈍しを繰り返した。この際、冷間圧延加工を１回加工する毎に面削仕上げを行い、加工率を調整した。そして、４回目の焼き鈍し後に、実施例となる本発明の快削りん青銅棒線材７、８及び比較例となる快削りん青銅棒線材Ｒ７〜Ｒ９を得た。

実施例７、８及び比較例７〜９のそれぞれについて、日本工業規格ＪＩＳＺ２２４１４号試験片を作成した後、伸び率を比較しやすくするため、更に焼き鈍しを行い、試験片７、８、Ｒ７〜Ｒ９を得た。試験片７、８、Ｒ７〜Ｒ９の分析結果を表３に示す。

（試験例１）鉛の含有量の違いによる切削試験
試験片１〜３、Ｒ１〜Ｒ４（実施例１〜３、比較例１〜４）のそれぞれを切断して、横断面を均一な状態とした。試験片の横断面における中心から半径Ｒの１／２の位置で、直径５．０ｍｍのドリル、回転数１２００ｒｐｍ、送り速度１ｍｍ／秒、穴あけ深さ５ｍｍで測定を行い、ドリルにセットされたトルクセンサーの数値をデータロガーで記録し、平均値を切削抵抗値とした。試験片１〜３、Ｒ１〜Ｒ４についての切削抵抗値を表４に示す。

その結果、鉛の含有量が０重量％である試験片Ｒ１（比較例１）及び０．０９重量％である試験片Ｒ２（比較例２）については切削抵抗が大きいのに対し、鉛の含有量が０．１７重量％である試験片１（実施例１）、０．４３重量％である試験片２（実施例２）及び０．５８重量％である試験片３（実施例３）については、試験片Ｒ１及び試験片Ｒ２よりも切削抵抗が小さいため、被削性が向上したことがわかった。鉛の含有量を増加させれば、切削抵抗が小さくなり、被削性が向上することは容易に予測可能であるが、試験片１及び試験片２は、試験片３、試験片Ｒ３及び試験片Ｒ４よりも、鉛の含有量が少ないにもかかわらず、切削抵抗が低くなることもわかった。以上の結果は、Ｐｂの含有量が０．１５〜０．５５重量％であることが好ましいという事実を示している。

（試験例２）ニッケルの含有量の違いによる塑性加工性試験
試験片４〜６、Ｒ５、Ｒ６（実施例４〜６、比較例５、６）のそれぞれについて、株式会社島津製作所製の引張試験器（ＵＭＨ−３０）を用いて、負荷を加え、破断時の最大荷重及び伸びを測定して、引張強さと伸び率を計算した。試験片４〜６、Ｒ５、Ｒ６についての引張強さと伸び率を表５に示す。

その結果、ニッケルの含有量が２．１１重量％である試験片Ｒ６（比較例６）については伸び率が極端に低くなった。これにより、ニッケルの含有量が１．５重量％を超えた場合にはよい塑性加工性が得られないことが明確となった。

また、ニッケルの含有量が０．０１重量％である試験片Ｒ５（比較例５）については、伸び率が良好であるが、引張強さが小さく低強度であるため、十分な強度が得られないことが明確となった。

一方、ニッケルの含有量が０．５２重量％である試験片４（実施例４）、１．０１重量％である試験片５（実施例５）、１．３９重量％である試験片６（実施例６）は、引張強さが大きく高強度であるため、例えば、コンタクトプローブ用として、一部の快削ベリリウム銅合金棒線材の代替となり得ることが予測される。

更に、引張強さと伸び率の両方の結果を考察すると、ニッケルの含有量が０．５２重量％である試験片４（実施例４）及び１．０１重量％である試験片５（実施例５）は、ニッケルの含有量が１．３９重量％である試験片６（実施例６）と比べ、引張強さが大きく高強度で、伸び率もよいため、良好な強度と塑性加工性が得られることが明確となった。以上の結果は、ニッケルの含有量が０．４５〜１．１重量％であることが好ましいという事実を示している。

（試験例３）鉛の含有量の違いによる塑性加工性試験
試験片７、８、Ｒ７〜Ｒ９（実施例７、８、比較例７〜９）について、株式会社島津製作所製の引張試験器（ＵＭＨ−３０）を用いて、負荷を加え、破断時の最大荷重及び伸びを測定して、引張強さと伸び率を計算した。試験片７、８、Ｒ７〜Ｒ９についての引張強さと伸び率の測定値を表６に示す。

その結果、鉛の含有量が多くなるほど、引張強さが小さく低強度となった。特に、鉛の含有量が０．７７重量％である試験片Ｒ７（比較例７）、２．０５重量％である試験片Ｒ８（比較例８）及び２．５７重量％である試験片Ｒ９（比較例９）については、引張強さの測定値から十分な強度が得られないことが明確となった。

また、鉛の含有量が０．３９重量％である試験片７（実施例７）及び０．５３重量％である試験片８（実施例８）については、破断状態はよかったが、試験片Ｒ７〜Ｒ９については、いずれも内部割れを起こしていた。この事実により、鉛の含有量が０．７重量％を超えると、冷間加工性が極端に低下することも明確となった。

Claims

Ｎｉを０．３〜１．５重量％、Ｐｂを０．１〜０．７重量％、Ｓｎを７．０〜９．０重量％、Ｐを０．０３〜０．３５重量％、残部をＣｕ及び不可避的不純物からなることを特徴とする快削りん青銅棒線材。
Ｐｂが０．１５〜０．５５重量％であることを特徴とする請求項１に記載の快削りん青銅棒線材。
Ｎｉが０．４５〜１．１重量％であることを特徴とする請求項１又は２に記載の快削りん青銅棒線材。