JPH0362779B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は形状記憶効果、超弾性挙動あるいは
防振効果の何れかの機能を有する銅基合金に関す
るものであり、詳しくは、上記機能を有する銅基
合金の特性改善を目的とするものである。 ここで形状記憶効果あるいは超弾性挙動という
のは、合金のマルテンサイト変態に起因するとさ
れいる現象であり、前者は合金の変態温度域を挟
んで高温側での形状と低温側での形状との間に一
方向的もしくは可逆的な形状の復元現象が現出す
ることを指し、また後者は応力誘起マルテンサイ
トがその温度では熱的に安定でない温度領域で変
形を行つたときに現出するものであり、見掛け上
の大きな塑性ひずみが変形応力除去後に殆んど完
全に回復する現象が指すものである。 また防振効果は、この場合マルテンサイト双晶
境界の移動の寄付により振動エネルギーが吸収さ
れやすい効果である。 従来形状記憶効果や超弾性挙動あるいは防振効
果（以下これらをまとめて機能効果という。）を
有する機能合金としてNi−Ti合金、Au−Cd合
金、などのほか銅合金ではCu−Zn、Cu−Zn−Al
合金などが知られている。 しかしながらNi−Ti合金は良好な機能特性を
有するもののその溶製や加工、熱処理が非常に困
難であるほか、原料となる金属も高価であるた
め、合金製品も高価なものとなつて実用できる範
囲も限られたものとならざるを得なかつた。 またAu−Cd合金は機構的特性も小さく原材料
が高価なほかCdが有害で取扱いが困難なため実
用化には至らず、学術的な研究対象の範囲にとど
まつている。 これに対してCu−Zn、Cu−Zn−Al合金などの
銅基合金は原料が安価なうえ、溶解作業性なども
比較的容易なため、今後の工業的利用が大いに期
待されている。 しかしながら、これらの銅基機能合金には主と
して次のような欠点が指摘されている。 即ち、工業的に製造できる多結晶体では、延性
などの材料的特性が必ずしも十分でなく、大きい
歪を与えた時に破断しやすい。 また繰返し使用における疲労強度の点でも改善
が望まれている。 これらの多結晶体における問題は、同一組成の
合金であつても単結晶の場合には、機械的特性が
すぐれるため、結晶粒界の脆さや、また銅基機能
合金を得るにはその製造工程において、組成的に
均一にするために高温での均一化焼鈍処理、熱間
加工工程、さらに機能付与のためのβ相構造から
の焼入れ処理（β化処理）など高温加熱処理が多
く、製造工程中結晶粒径が粗大化することが、等
方的特性を得るには微細化しているほうが有利で
あり、このことも原因していると考えられる。 この発明は、銅基合金における上記の問題点に
着目して検討の結果、なされたものであり、機能
特性を害することなく延性や疲労特性の改善をは
かつたものである。 即ち、この発明の銅基合金は、まず第１には
Zn32〜60重量％とV0.05〜３重量％、残部Cuより
なることを特徴とし、第２にはZn5〜45重量％、
V0.05〜３重量％、およびSi、Sn、Ag、Ni、
Mg、Mn、Sb、Ga、Ge、Inの元素から選ばれた
１種または２種以上を合金がβ相構造を有しうる
範囲内で合計で0.01〜20重量％含有し、残部がCu
よりなることを特徴とするものであつて、これに
よつて形状記憶効果や超弾性挙動あるいは防振効
果の何れかの機能を発揮させんとするものであ
る。 そしてこれらの機能は合金組成と使用温度に依
存して同一組成の合金であつても各種の機能目的
に使用することができる。 上記したこの発明の形状記憶効果、超弾性効
果、防振効果の何れかの機能を有する銅基合金に
おいて、Znの量を５〜60重量％と規定したのは
Znが５重量％以下では機能効果を有し難く、ま
た60重量％を超えて含有させてもいたずらに加工
性を損なうだけで機能効果の改善に寄付しないた
めである。 そしてこのZnの量は、銅基合金の組成として
Cu−Znの２元合金の場合には32〜60重量％が好
ましく、それ以外では何れの機能効果も有し難
い。 次にＶの量を0.05〜３重量％と規定したのは、
これが0.05重量％未満では機能特性改善効果が十
分ではなく、また３重量％をこえて添加してもい
たずらに溶解、鋳造の均一性を困難にするのみで
より一層の機能特性改善効果が期待し難いためで
ある。 またこの発明においては、Zn、Ｖと残部Cuか
らなる合金に変態温度域を調整したり、強度を改
善する目的でSi、Sn、Ag、Ni、Mg、Mn、Sb、
Ga、Ge、Inの元素から選ばれた１種または２種
以上を合金がβ相構造を有しうる範囲内で合計で
0.01〜20重量％含有させることも有効である。こ
こで0.01〜20重量％と限定するのは0.01重量％以
下では添加の効果がなく、また20重量％を越える
と加工性に悪影響を与えるためである。 この発明において添加されるＶは、その含有量
により、合金の変態温度域を殆んど変動させず、
結晶粒界での脆さを改善するほか、製造工程にお
ける種々の加熱処理において、結晶粒径の粗大化
を抑制し、多結晶体合金の延性や疲労特性を改善
し、実用時の特性改善とともに製造時の加工性を
も向上させるものである。 以上のようなこの発明は少量のＶの添加によつ
てCu−Zn合金の変態温度域を殆んど変動させる
ことなく、鋳造材の結晶粒を微細化し、さらに均
質化、熱間加工、β化処理のための加熱工程時の
結晶粒の成長を抑制することが特徴であり、これ
によつて合金の使用時または加工時に粒界での脆
性的な破壊が発生することを防止しうるため工業
的に用いて有利な多結晶合金材料の機能特性や加
工性を顕著に改善するのである。 以下実施例によりこの発明を詳細に説明する。 実施例 １ 通常の電気用銅地金、電解亜鉛、電気錫、Cu
−30％Ｖ母合金およびCu−15％Si母合金などを
用いてアルゴンガス雰囲気下で第１表に示すよう
な組成の20mmφの銅基合金を溶解、鋳造した。 これを800℃にして５時間均一化焼鈍したのち、
熱間圧延および冷間圧延により１mm^tに圧延し、
次いでその表面を軽く機械的に研磨して約100mm
長さのテープとした。 このテープを真直ぐな状態で700℃から水焼入
れして機能効果調査のための試料を得た。 この間に加工性の状況観察も行なつた。 また試料の機能効果についても調べ、これらの
結果を第２表に示した。

【表】

【表】

【表】

【表】

【表】 上記第２表からこの発明の合金は形状記憶効果
などの機能特性において良好であり、かつ比較合
金に比べて加工性にもすぐれていることが認めら
れた。 Ｖを含有していても合金No.11のように過剰に添
加されたものは、却つて機能特性に悪影響をおよ
ぼすことがわかつた。 実施例 ２ 実施例１で準備した形状記憶効果を示す試料を
用いて、これらの合金における機械的特性や結晶
粒度を調べ、その結果を第３表に示した。

【表】

【表】 上記第３表からこの発明の合金の破断伸び値は
組成が類似して似かよつた変態温度域を有する比
較合金に比べ大きく改善されており、また結晶粒
径を微細化されているし、引張り強さも大きく向
上していることがわかつた。 実施例 ３ 実施例１の第１表に示した合金のうち、変態温
度域の類似している本発明合金のNo.１と比較合金
のNo.７について片振り試験機により疲労寿命を調
べたところ第４表の結果を得た。

【表】 上表から疲労特性においてもこの発明の合金
は、変態温度域の類似している比較合金に比べて
改善されていることが認められる。 以上詳述したように、この発明の銅基合金は、
Zn5〜60重量％とV0.05〜３重量％を必須として
含有し、あるいはさらにSi、Sn、Ag、Ni、Mg、
Mn、Sb、Ga、Ge、Inなどの金属の何れか１種
またはそれ以上を合金がβ相構造を有しうる範囲
内で含有し、残部がCuよりなることを特徴とす
るものであつて、結晶粒界の脆さの改善効果や結
晶粒の微細化などによつて延性が改善される結
果、加工性において著しい改善効果が得られ、ま
た疲労性も顕著に改善されるため工業的に用いて
多大の効果を有するものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ Zn32〜60重量％、V0.05〜３重量％を含有
   し、残部がCuよりなることを特徴とする形状記
   憶効果、超弾性効果、防振効果の何れかの機能を
   有する銅基合金。 ２ Zn5〜45重量％、V0.05〜３重量％、および
   Si、Sn、Ag、Ni、Mg、Mn、Sb、Ga、Ge、In
   の元素から選ばれた１種または２種以上を合金が
   β相構造を有しうる範囲内で合計で0.01〜20重量
   ％含有し、残部がCuよりなることを特徴とする
   形状記憶効果、超弾性効果、防振効果の何れかの
   機能を有する銅基合金。