JPH0277537A - アルミニウム・ベータ黄銅を包含する、粒径減少材を加えた銅ベース合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、銅ベース合金に関する。

従来技術 周知のように、ある種組成のＣＬＩ−Ｚｎ＝Ａｌ系合金
で、適当な固溶化熱処理と焼きもどしの後、ベータタイ
プの構造を示すものを″゛アルミニウムベータ黄銅″と
称している。

これらの黄銅は、特殊な物理的ならびに機械的性質によ
り、非常に興味深く特徴的である。すなわち； 高い減衰能、疑似弾性あるいは超弾性効果、そして、非
可逆的゛ワン・ウェイ″ならびに可逆的“ツウ・ウェイ
″双方の形状記憶効果などを示す。

形状記憶という特性により、このような合金は”５ｈａ
ｐｅ　Ｍｅｍｏｒｙ　Ｅｆｆｅｃｔ　”に由来するＳＭ
Ｅと呼ばれている。

同じく周知であるように、前記の特徴並びに形状記憶効
果は熱弾性タイプのフルテンリイト相転移、或いはマル
テンサイトプレートにおける“ベータ″構造の生成と成
長に関連するものである。

この相転移は材質のおかれた温度状態ならびに弾性的応
力状態によって可逆的に調節される。

機械的応力のない状態で、この相転移は、各々ＭＳなら
びにＭｆ　　（マルテンサイト・ベータ相の）および△
Ｓならびに△ｆ　（逆に変態する時）で表わされる２対
の変態開始／終了の温度により性格付けられる。

以上に示した゛ベータ″黄銅が示す効果の重要性、とり
わけ形状記憶効果とか、超弾性に起因する次の事柄は興
味深い。

すなわら、問題の物質は熱センサーと機械的アクチュエ
ータとを同時に演じることができるのである。換言すれ
ば、あるＳＭＥ要素−つで、従来では多数からなる機構
要素の結合によって（例えば熱センサ−、増幅装冒、継
電器、比例アクチュエータなどを組合せて）要求が満た
されていた作用を代行することができる。

しかし、問題の合金をこのような用途に適用した場合、
もし、適切な処理が行なわれないと、周期的な温度−機
械的な応力状態におかれることによる熱−機械タイプの
疲労現象を呈することになる。

周知のように、金属材料をきわめて均質化された細粒の
構造にすると、それが疲労（−殻内な、また、ときには
熱−機械的な）に直面したときにら、良い挙動を示す。

粒径減少材を加えないベータ黄銅、つまりは大きな粒径
を持つ構造のものは、長期間の疲労を生じさせる状態に
あっては、高い信頼性を得ることができない。

発明が解決しようとした課題 この発明は、前記ＳＭＥの特性を得るためにベータ黄銅
と認められる構成を有し、細粒結晶構造により、熱−機
械的疲労に対する高い抗力と、また、同時に優れた加工
性を有するＣｕ−７ｎ−へ１系合金の提供を課題とした
。

課題を解決するための手段 この発明の銅ベース合金は、黄銅の性質を形成する分ａ
の亜鉛ならびにアルミニウムを含み、適当な高温均質化
処理ならびに焼きもどしを加えられたベータタイプの結
晶構造からなり、合金自体の結晶粒径を減少さゼる合金
構成要素を含むことを特徴としている。

銅ベース合金であるアルミニウム・ベータ黄銅は以下の
特徴を有する。すなわち； ５〜３５重ω％の亜鉛（Ｚｎ　’）、 １〜１０重量％のアルミニウム（Ａ１）、合算で０．０
１〜０．２重ω％となるニオビウム（Ｎｂ　）とヂタニ
ウム（Ｔｉ）、 残量を銅（Ｃｕ）、許容可能であるが不可避な不純物と
合金成分、 よりなり、含有されるＮｂとＴｉの＠値化が実質的に同
一とされている。

研究の結果、正確な物理的、構造的な調査を通して次の
事実が認められた。

ＮｂとＴｉを両者の適切なバランスのもとに低い割合で
アルミニウム黄銅に添加した結果、この２者の予期しな
い相乗効果により、Ｎｂ　−Ｔ　ｉ　−ＡＩタイプであ
る、アルミニラ１１との相互作用に導かれた三次的金属
間化合物（Ｔｅｒｔｉａｒｙｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉ
ｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）の合金が金属地の合金内部に
形成される。

これは粒径減少に目覚ましい効果を上げ、結果として熱
−機械的疲労に対する抗力を引上げることになった。

さらに、この材＃１はより優れた冷間加工性を有する。

ここで想起されるように、この様に金属地の中に細かく
分散された金属間化合物は、材質が凝固するとぎ結晶化
作用の核として働き、さらに続く高温熱処理中には、結
晶粒界の移動を妨げることにより結晶粒径の増大を抑制
する。

これらの結果は、添加材（Ｎｂ、Ｔｉ）を入れていない
アルミニウム・ベータ黄銅に典型的な脆さを目覚ましく
減少させ、また、室温での加工性を向上させる。

さらに、前述の金属間化合物が存在することによる結晶
粒径の減少は、この合金自体の熱−機械タイプの疲労に
対する抵抗性を強める。

本発明にかかる合金は、また平均的な加工において遭遇
しうる温度条件に対して非常に高い安定性を有する。す
なわち１、前述のＮｂとＴ１を並行して添加することに
より、形成された金属間化合物は高４　（９００℃）ま
で安定である。

実験の結果、本発明にかかる合金の新しくて顕著な特性
を現出させるためには、ＮｂならびにＴｉの添加は総パ
ーセンテージにおいて、両者を合せた総合有量が０．０
１〜０．２重量％の間にあるべきことが見出された。

さらに、驚くべきことに、前記の改善された結果を得る
ためには、このように合金に含有されるべきＮｂとＴｉ
の重量比を、これら要素の含有ｍが実質的に等しくなる
ように調節すべきことが見出された。

したがって、本発明の銅ベース合金は、それに優勢な要
素として； ５〜３５重ω％のＺｎ、 １〜１０重量％のＡで、 合算で０．０１〜０．２重量％となるＮｂ十王ｉを含み
、 また、前記合金に含まれるＮｂとＴｉの重量比を実質的
に同一とし、 列伍をＣｕ、許容しうるが不可避な不純物および同様の
合金成分によって１００％に、もしくは合金の全重聞が
構成されている。

なお、前記の不可避な不純物および同様の合金成分に関
しては、特許請求の範囲外のことであり、言及しない。

本発明にかかる合金のうち、優先的に具体化さしｔ、＝
　モ（７）　＋、ｔ、０．０５ｔｉ％のＮｂ　と０．０
５ｆｆｌＩ４％のＴｉを含んでいた。

ＡＩと７ｎの含有ａは、この二つの含有重量比により変
態点温度ＡＳとＭｓの値が基本的に決定されるので、適
用するタイプに応じて様々に変えて行なわれた。

しかし、それぞれのケースにおいてＡｌとＺｎの含有量
は事実上前に示した値の範囲内であった。

そして、Ｎｂ、Ｔ＋の含有量が個別に ０．００５重屋見金割ると、満足な粒径減少効果を得る
ことができないことが認められた。これらの限Ｗ値は明
らかに、結晶粒径減少作用を持つ三次析出が明確に見ら
れる断片（ｆｒａｃｔｉｏｎ）の不足に由来するもので
ある。

本発明にかかる合金の製造と加工は、酋通の方法で、溶
かした銅に合金成分を添加することによる。特徴とした
のはＣ１−Ｚｎ−Ａ１ベース合金へ同時にＮｂとＴｉを
添加することである。

続いて、このようにして冑られた合金をインゴットにし
て８００℃程度の温度状態で押出し加工をする。さらに
、続いて引抜きまたは冷間圧延を行うが、その際、望ま
しい温度状態を保つため、各々の段階の間に再加熱段階
を介在させる。

引き続き、合金は固溶化処理のため７００〜８００℃に
加熱され、続いて急速に冷却される（ｊＡきもどし）。

実施例 本発明にかかる合金について、図とともに次の実施例を
参照して説明する。

なお、第１図と第２図は、本発明にかかる合金試料の顕
微鏡写真を示す。これらには、各々異なった拡大倍率に
より、固溶体の背景の中に粗い三次的金属間粒子（Ｔｅ
ｒｔｉａｒｙ　ｉｎｔｅｒｍｃｔａｌｌｉｃｐａｒｔｉ
ｃｌｅ　＞が見られる。

また、第３図と第４図は、それぞれ第１図と第２図にお
いて見られる粒子と固溶体のそれぞれについての分光分
析図である。

（実施例１〕 実験的溶融物は約５０Ｋｇの容■を持つ誘導電気炉によ
り伯られ、続いて、１１０ｍｍ径のインゴットに鋳造さ
れ、水中で冷却された。これは、次の成分を備える； ３４．５／（ｇのＣｕ　　（ＥＴｐ銅）、１３．５７（
ｙのＺｎ、 １．５ＮｙのＡ）、 そして、０．５７ｒｇの準備合金（１０ｆｆｉ通％のＮ
ｂ、１０重句％のＴ１を含む銅合金）。

溶融して得られたこの合金は、インゴットに鋳造され、
凝固させた後、このインゴットは約８００℃の状態で熱
間押出し工程を経て、２５ｍｍ径の半完成品に作られ、
ついで、引扱き加工と圧延の冷間加エエ稈に移された。

引扱き段階と圧延段階の双方（よ、ともに中間再加熱に
より、半完成品を５５０℃の状態に引上げるような周囲
温度のもとで行なわれ、０．５時間の間、この温度に保
持された。

このようなワイヤとして得られた試料は、回収する前に
次の寸法のコイルスプリングに巻かれた；ワイヤ径　・
・・３ｍｍ スプリング径　・・・２１ｍｍ 巻数　・・・１０ そして、これらのスプリングは８００℃まで加熱され、
０．５時＋ｊ！ｌの間その温度に保たれ、ついで、冷却
のため２０℃の水中に浸漬された。

このようにして得られたスプリングは熱−機械的状態調
節過程を経てＳＭＥ効果を持つようにされたり、直接に
超弾性効果を利用する用途に供される。

また、ワイヤ引抜き段階と圧延段階の両方を通じてより
良好な加工性を見ることができた。

９００℃で焼きもどした試料を顕微鏡試験にかけたとこ
ろ、結晶粒径減少の成果により、平均で約０．１〜０．
１５ｍｍの粒径であった。

〔実施例２〕 実施例１の試料で、実施例１と同様な固溶化熱処理と焼
きもどしを行ったものを透過電子顕微鏡による検査とＥ
ＤＳによる微菌成分分析を行った。

得られた結果は、第１図と第２図に示す顕ｍ鏡写真と、
第３図と第４図に示す分析図に見られる通りである。　
。

第１図は、Ｘ７５，０００の拡大倍率による顕ｙ！ｌ鏡
写奥であり、第３図に現れている構成を有するＮｂ　−
Ｔ　１−ＡＩ三次的金属間化合物の粗い粒子が見えてい
る。

第２図は、Ｘ２７０，０００の拡大倍率による顕微鏡写
真であり、第１図の試料と類似したものである。ただし
、ここに見られる三次的金屈間粒子は、第３図に現れる
構成を有するが、第１図のものより小さな外用を持つも
のである。

第３図は、第１図および第２図に見られる粒子をＥＤＳ
（ｌｔ成分分析して得られたスペクトルである。また、
第４図は粒子を除いた部分の固溶体をＥＤＳ微吊微分成
分分析えられれたスペクトルである。

この二つの分析は同じ検査条件で行われ、比較が可能な
ようにされている。

これによると、第３図において、Ｎｂ、Ｔｉの線とＡＩ
の線（この線【よ、前記の粒子を含まない固溶体に関す
るものである第４図と対比すると、相対的に、強く明確
に高くなっている）が同時に存在しており、粗粒のＮｂ
−Ｔｉ−Ａλ三次的構造が明らかである。

なお、Ｎｂ、Ｔｉの線は、前記の粒子がなくてＮｂ、Ｔ
ｉをほとんど含有しない固溶体においては検知しくｑな
い。

第４図に見られるスペクトル線は、結局のところ、合金
の主要な成分についてのスペクトル線だけである。

そして、ＡＩスペクトル線が第３図のそれに比べて相対
的に低いことが明白である。

発明の効果 ＳＭＥ効果、超弾性効果の特性を備え、熱−機械的疲労
に対する抗力が高く、優れた冷間加工性を有するＣ１−
Ｚｎ−Ａ１合金を得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はＴＥＭによる電子マイクログラフ図（Ｘ７５，
０００）、第２図はＴＥＭによる電子マイクログラフ図
（ｘ２７０，０００）、第３図はＥＤＳよる分光分析図
（粒子部分）、第４図はＥＤＳよる分光分析図（固溶体
部分）である。 第３図 口０−２０ＫＥＶ：　ｌ０ＥＶ／’Ｃ）−Ｉ　　ＰＲ５
Ｔ：　　　　２０ＤＬＳＥＣＦＳ＝　　２００ 力−ソ）し　（ＫＥＶ）＝ｉ（１１１６０巳ＬＩＡＸ第
４図 口０−２０ＫＥＶ：　ｌ０ＥＶ／口ＨＰＲ５Ｔ：　　　
　２０ＯＬＳＥ口ＦＳ＝　　２００ 手　　　続　　　補　　　正　　　占　（方式）％式％ １、事件の表示 昭和６３年　特　訂　願　第　３２３７８７号２、発明
の名称 アルミニウム・ベータ黄銅を包含する、粒径減少材を加
えた銅ベース合金 ３、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 住所　イタリア国　５０１２１　　フィレンツェボルゴ
　ピンチ　９７／９９ 氏名　エウロパ　メタリーエレエメイ　エセ　ピ　ア国
籍　イタリア国 ４、代理人　（〒１０５電話５０２−２５７８）８、補
正の内容 （１）明Ｉａ占第１４頁末行〜第１５頁第２行［第１図
は・・・・・・（Ｘ２７０，０００）」を「第１図は透
過形電子顕微鏡によって７５．０００１８にした金属組
織の図面代用写真、第２図は透過形電子顕微鏡によって
２７０．０００倍にした金属組織の図面代用写真」に補
正する。 （２）図面第３図及び第４図を別紙のとおり補正する。 第３図 カーフル（ＫＥｖ）　＝１０．＋６０

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）５〜３５重量％の亜鉛、 １〜１０重量％のアルミニウム、 合算で０．０１〜０．２重量％となるニオビウムとチタ
   ニウム、 残量を銅、許容しうる不可避な不純物と合金成分、 よりなり、 含有されるニオビウムとチタニウムの重量比が実質的に
   同一であることを特徴とした、特にアルミニウム・ベー
   タ黄銅を包含する銅ベース合金。
2. （２）０．１重量％のニオビウムと０．１重量％のチタ
   ニウムを含むことを特徴とした請求項１に記載の銅ベー
   ス合金。
3. （３）請求項１または請求項２にかかる合金に対応した
   合金を用意することからなる方法であって、 溶融し、同時にニオビウムとチタニウムをＣｕ−Ｚｎ−
   Ａｌベース合金に添加し、続いて鋳造し、 前記で準備され固化された合金を約８００℃の温度で熱
   間押出し処理にかけ、続いて各々５００℃以上の再加熱
   段階を差し挟んで、冷間引抜き段階を経、 続いて７００〜８００℃の温度でこの合金を固溶化処理
   し、引続き急冷（焼きもどし）する、 ことを特徴としたアルミニウム・ベータ黄銅を得る製造
   方法。