JPH04346639A - 高伝導型ベリリウム銅合金の熱間鍛造法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は高伝導型ベリリウム銅合
金の熱間鍛造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】高伝導型ベリリウム銅合金の加工材は、
高伝導性、高強度、高耐食性等の優れた性質を生かして
、導電ばね材以外にも高信頼性機械部品としても広く用
いられている。このような高信頼性機械部品としては、
信頼性及び超音波探傷性を向上させるために、鋳造時の
粗大な結晶組織を熱間鍛造により壊し、均質、微細な結
晶粒とすることが必要とされる。これは鍛流線が残され
た状態等の不均一組織では機械的特性が劣り、また材料
に方向性が生ずるとともに、簡単な超音波探傷が困難と
なって欠陥のチェックができない等の問題が生ずるため
である。このために熱間鍛造により平均粒径が２ｍｍ以
下とすることが好ましい。

【０００３】このような微細な結晶粒を得るために、従
来は高伝導型ベリリウム銅合金の鋳塊に７００　〜９０
０　℃の温度域で総鍛錬比１０以上のハンマー鍛造が行
われていた。しかしハンマー鍛造によって素材の内部に
まで十分な結晶粒の微細化効果を得るためには、伸ばし
、据込み、横目伸ばし等の方向性を考慮しつつトータル
で１０以上の鍛錬比となるように鍛錬を繰り返す必要が
あり、多くの工数がかかるという問題があった。

【０００４】また他の熱間鍛造法であるプレス鍛造では
、ハンマー鍛造と同様の温度条件や鍛錬比を与えても十
分な結晶粒の微細化効果を得ることができず、特に鍛造
表面部でこの傾向が著しい。さらに鍛造中に素材が割れ
易いという問題もあった。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記した従来
の問題点を解決して、高伝導型ベリリウム銅合金の結晶
粒を最小の工数で効率良く微細化することができる高伝
導型ベリリウム銅合金の熱間鍛造法を提供するために完
成されたものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めになされた本発明は、重量％で、Ｂｅ　０．２〜０．
７　％、Ｃｏ＋Ｎｉ　１．４〜３．０　％の基本成分を
含有する高伝導型ベリリウム銅合金材に対して、７００
　〜９５０　℃で鍛錬比１．５　以上のハンマー鍛造を
行い、その後６００　〜９００　℃で鍛錬比２．０　以
上のプレス鍛造を行い、その後８５０　〜９８０　℃の
再加熱を行うことを特徴とするものである。

【０００７】本発明におけるベリリウム合金材は、Ｂｅ
　０．２〜０．７％、Ｃｏ＋Ｎｉ　１．４〜３．０　％
、残部Ｃｕの基本組成を有するもので、電気伝導性、機
械的強度、経済性等の点から工業的に最も実用的な高伝
導型ベリリウム銅合金材として、一般的に用いられてい
るものである。ここで、Ｂｅが０．２　％未満では所望
の機械的強度が得られず、０．７　％を越えて含有させ
ても増量に見合う特性が得られず、導電率が低下するば
かりかコスト高となる。またＣｏ＋Ｎｉが１．４　％未
満では所望の機械的強度が得られず、３．０　％を越え
て含有させても増量に見合う機械的強度が得られないう
え、導電率も低下してしまう。ここでＣｏとＮｉは一方
が含有されていなくても、他方が１．４　％以上含有さ
れていれば所望の特性を得ることができる。

【０００８】なお以上の基本組成に対して、実用合金と
しては強度安定化、鋳造時の結晶微細化、脱酸等の目的
でＺｒ、Ｔｉ、Ａｌ等が０．１　〜０．５　％程度添加
されるが、そのような高伝導型ベリリウム銅合金材も本
発明の範囲に含まれることはいうまでもないことである
。

【０００９】本発明ではこの高伝導型ベリリウム銅合金
材に対してハンマー鍛造とプレス鍛造とを行った後、再
加熱処理を行う。ハンマー鍛造を先に行うことにより鋳
塊の表層部の組織を微細化させることができ、その後の
プレス鍛造時における鍛造割れを防止できる効果がある
。

【００１０】ハンマー鍛造を７００　〜９５０　℃で行
うのは、７００　℃未満では加工性の悪化により鍛造が
著しく困難となり、割れが発生し易くなるとともに鍛錬
効果が不均一になり、局部的にマクロ組織が発生し易く
なるためである。また９５０　℃を越えると粒界が溶け
るオーバーヒートにより割れが発生し易くなる。プレス
鍛造を６００　〜９００　℃で行うのは、６００　℃未
満では加工性が悪化し、鍛造割れが発生し易くなり、９
００　℃を越えると次の再加熱処理における結晶の微細
再結晶の効果が少なくなるためである。以上の温度範囲
において、鍛造性と結晶微細化効果および加熱のエネル
ギーコストを考慮すると、ハンマー鍛造は７００　〜９
００　℃、プレス鍛造は６５０　〜８５０　℃の温度域
で行うことが好ましい。

【００１１】次に鍛錬比をハンマー鍛造で１．５　以上
、プレス鍛造で２．０　以上としたのは、どちらの鍛造
においてもこの鍛錬比未満であると最終的に均一な微細
化組織が得られないためである。しかしトータルで１０
を超える鍛錬比を与えてもそれ以上の特性向上は得られ
ず、工数増加を招くのみであるから、ハンマー鍛造＋プ
レス鍛造で３〜１０の鍛錬比とすることが品質と工数の
両面において好ましい範囲である。但し小径の丸棒等を
製作する場合等においては１０以上の鍛錬比を掛けても
品質的に問題を生ずることはない。なお本発明における
鍛造方向は１方向のみでもよいが、より効率的に均一な
結晶組織を得るためには、ハンマー鍛造、プレス鍛造と
も例えば伸ばしと据込みのような２方向の鍛造を加える
ことが好ましい。

【００１２】上記のようなハンマー鍛造とプレス鍛造の
後、高伝導型ベリリウム銅合金材は８５０　〜９８０　
℃以下の温度に再加熱される。この温度が８５０　℃未
満であると再結晶による微細化組織が得られず、再加熱
温度が９８０　℃を超えると部分的な結晶の粗大化や局
部的溶融を生ずる危険性がある。なお、この再加熱工程
は高伝導型ベリリウム銅合金材に対して施される通常の
最終溶体化処理（８５０℃〜９８０　℃に加熱後水冷）
　を兼ねてもよい。以上の条件下で得られた高伝導型ベ
リリウム銅合金材は、従来品と同様に通常の溶体化処理
（再加熱を兼ねる場合を含む）の後に時効硬化処理を施
すことにより、要求される高い品質特性を得ることがで
きる。

【００１３】また本発明においては、高伝導型ベリリウ
ム銅合金材を鋳塊の段階もしくは鋳造時の予熱の段階に
て鋳造時の偏析を低減する目的で８５０　〜９８０　℃
に５時間以上保持し、均質化を図ることにより鍛造性を
向上させることができる。このような処理は鍛造対象物
に対して一般的に行われるものであるが、本発明の合金
に対しては８５０　℃以上で５時間以上、より好ましく
は１０時間程度保持することにより均質化を図ることが
できる。なお９８０　℃を超えると部分溶融の危険性が
生ずるし、１５時間を超えて保持することはエネルギー
的なロスを招くので好ましくない。以上の均質化処理の
後、所望の温度にして、そのまま鍛造を行っても、また
、一旦、放冷した後、再び加熱し鍛造を行ってもよい。

【００１４】

【実施例】実施例１ 重量％で、Ｂｅ　０．５％、Ｃｏ　２．５％、Ｎｉ　０
．２％、残部が実質的にＣｕからなる■の組成の高伝導
型ベリリウム銅合金と、Ｂｅ０．５％、Ｃｏ　０．２％
、Ｎｉ　２．０％、残部が実質的にＣｕからなる■の組
成の高伝導型ベリリウム銅合金とから、外径が２３５ｍ
ｍ　、高さ３００ｍｍ　の鋳造品を用意し、表１に示す
各種の条件で鍛造を行った。これらの鍛造品に対して９
２０　℃×３時間加熱した後に水冷する溶体化処理を行
い、中心部断面のマクロ組織を観察した結果を表１中に
記号で示した。◎は最大結晶粒径が１．５ｍｍ　以下の
均一微細な再結晶組織が得られたもの、○は最大結晶粒
径が２．０ｍｍ　以下の均一微細な再結晶組織が得られ
たもの、△は部分的に２．０ｍｍ　以上の結晶が残った
もの、×は全体的に結晶が残るかそれが延びた状態とな
っただけで均一微細な再結晶組織となっていないものを
表している。なお本実施例では鍛造方向は伸ばし方向の
みである。また本実施例では鍛造の初回の加熱時に均質
化処理を兼ね、９００　℃×５時間の保持を行っている
。

【００１５】

【表１】

【００１６】なお表１の鍛錬比の欄のＨはハンマー鍛造
を、またＰはプレス鍛造を示しており、表２においても
同様である。実施例１ではハンマー鍛造とプレス鍛造と
で同一方向への鍛錬を行っているので、総鍛錬比はハン
マー鍛造の鍛錬比とプレス鍛造の鍛錬比を掛けた値とな
っている。以上の結果より、本発明が微細な結晶組織と
なっているのに対し、従来例のハンマー鍛造では同様な
組織とするのに１０の鍛錬比が必要であり、また、プレ
ス鍛造のみでは鍛造中に割れが生じやすく（特に■の合
金）、結晶の微細化性も悪い結果となっている。なお、
比較例は鍛錬比が足りないため結晶が粗い。

【００１７】実施例２ 実施例１の■、■の合金に加え、■の合金にＺｒを０．
２　％加えた■の合金と、Ｂｅ０．３　％、Ｎｉ　２．
１％、Ａｌ　０．５％、残部Ｃｕの■の合金と、比較例
としてＢｅ　０．１５　％、Ｃｏ　２．５％、Ｎｉ　０
．２％、残部Ｃｕの■の合金とからなる外径が２３５ｍ
ｍ　、高さ３００ｍｍ　の鋳造品を用意し、表２に示す
各種の条件で鍛造を行い、その後９２０　℃で３時間加
熱後に水冷する溶体化処理を行い、実施例１と同様の評
価を行った。 記号の意味は実施例１と同様である。

【００１８】

【表２】

【００１９】なお表２において＊１はハンマー鍛造時に
割れが大きく発生したのでプレス鍛造を中止したことを
示す。 ＊２はプレス鍛造時に割れが発生したことを示す。 ＊３はプレス鍛造で鍛錬比１．５　の据込みを行い、次
いでプレス鍛造で据込み方向に対してクロス方向に鍛錬
比１．５　の伸ばしを行ったことを示す。この場合には
総鍛錬比は１．５　＋１．５　の３となる。なお実施例
１と同様に、鍛造の初回の加熱時に均質化処理を兼ねて
全て９００　℃×５時間の保持を行っている。以上より
、本発明に対し、ハンマー鍛造の温度が高い比較例１で
は鍛造中に割れが発生、プレス鍛造温度が高い比較例２
は組織の微細化が不充分であった。逆にプレス鍛造温度
が低い比較例５は組織は細かいが温度が低いため、鍛造
中に割れが生じた。

【００２０】実施例２の方法によれば、実施例１におけ
る同一鍛錬比（４．５）　のものに比較して更に良好な
結果となった。これは実施例２では鍛錬の方向が変化し
ているためである。

【００２１】次に前記の表２に示されたものの中から、
比較例２と本発明３、４の条件で鍛造した■〜■の合金
に対してそれぞれ４５０　℃×４時間の時効硬化処理を
行い、その後の硬度を表３に示した。表３に示されるよ
うに、本発明の範囲内のものは全てＨＲＢ　９５以上の
硬度となり、高伝導型ベリリウム銅合金として問題のな
い特性を得ることができた。

【００２２】

【表３】溶体化、硬化処理後の硬度（ＨＲＢ）

【００２
２】更に前記の表２に示された本発明４の方法で鍛造し
たものに対して表４に示す条件で再加熱を行い、組織を
評価した結果を同じく表４に記した。記号の意味は表２
と同様である。表４に示されるように、再加熱温度が８
３０　℃では再結晶が不十分である。ただしその後に８
５０　〜９７０　℃の再加熱を行えば良好な結晶組織が
得られる。また９８０℃の再加熱を行うと再結晶組織が
粗大に成長したものとなった。なおいずれの場合にも冷
却条件による差は認められなかった。

【００２３】

【表４】鍛造後の再加熱温度の影響（冷却：水冷）

【０
０２４】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の方法に
よれば高伝導型ベリリウム銅合金に対してハンマー鍛造
とプレス鍛造とを組み合わせて熱間鍛造を行うことによ
り、均一微細な結晶組織を得ることができるものであり
、信頼性、機械的強度、超音波探傷性に優れた高伝導型
ベリリウム銅合金を少ない工数で得ることができる利点
がある。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　重量％で、Ｂｅ　０．２〜０．７　％
   、Ｃｏ＋Ｎｉ　１．４〜３．０　％の基本成分を含有す
   る高伝導型ベリリウム銅合金材に対して、７００　〜９
   ５０　℃で鍛錬比１．５以上のハンマー鍛造を行い、そ
   の後６００　〜９００　℃で鍛錬比２．０　以上のプレ
   ス鍛造を行い、その後８５０　〜９８０　℃の再加熱を
   行うことを特徴とする高伝導型ベリリウム銅合金の熱間
   鍛造法。