JPH06256871A

JPH06256871A - 冷間加工性に優れた高強度銅合金

Info

Publication number: JPH06256871A
Application number: JP5045423A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Nakasuji; 和行中筋; 昌樹 ▲高▼島; Masaki Takashima
Original assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Sanyo Special Steel Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-05
Filing date: 1993-03-05
Publication date: 1994-09-13
Anticipated expiration: 2014-05-17
Also published as: JP2891021B2

Abstract

(57)【要約】【目的】冷間加工性に優れ、高強度を有し、特に眼鏡
フレーム部品および電子部品の接続線あるいは接点材料
として有用な銅合金を開発する。【構成】Ti: 0.2 〜3.0 ％、Cr: 0.2 〜3.0 ％を含有
し、残部: Cu。必要により、Zr、Al、Sn、Fe、Co、Zn、
Mn、Si、Mg、Ca、Ｐ、およびNiの少なくとも１種以上、
合計で3.0 ％以下含有。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、冷間加工性に優れた高
強度の銅合金に関する。さらに、本発明は、この合金を
用いて製造された眼鏡フレーム部品、ならびに、電子部
品の接続線や接点材に関する。

【０００２】

【従来の技術】眼鏡フレーム用金属材料の性質として、
各部品を組立てたときフレーム構造を保持し、かつ、フ
レーム自体の弾性特性を示すために高強度であること、
そして、伸線、プレス、スウェージ等の冷間加工に耐え
る優れた冷間加工性があることが要求される。

【０００３】従来、眼鏡フレームとして使用されている
銅合金としては冷間加工性に優れた洋白 (Cu−Ni−Zn系
合金) が知られているが、この合金を素材としたときに
は、ろう付け時に高温にさらされる部分、特に、蝶番や
ブローチのろう付け部分が熱によって軟化して変形など
の不具合を生じる等の問題があった。そこで、ろう付け
時の強度低下を改善する銅合金として、Cu−Ni−Sn系合
金 (特公昭60−1377号公報参照) が提案されている。

【０００４】しかし、最近では、これらの合金は、著し
くニッケル成分を含有することにより、ニッケルに対し
てアレルギー症状を示す人の割合が増加しており、ニッ
ケルアレルギーを引き起こすということで、使用が著し
く制限され出している。また、使用する場合には、相当
費用をかけて表面に被覆処理をして使用できるに過ぎな
くなっている。この場合、費用がかさむということが問
題となっている。

【０００５】このニッケルアレルギーの問題に対し、ニ
ッケル成分の含有量を非常に減らした銅合金が提案され
ている (特開平４−293744号公報参照) 。しかし、この
場合もNi:3〜７重量％と相当量のニッケルを含有してい
るので最終製品にした場合、表面被覆処理が必要であ
る。

【０００６】また、ニッケル成分を含有しない高強度銅
合金としてはベリリウム銅合金がある。この合金は冷間
加工を加えていくと強度が大きくなりすぎて、冷間加工
度を大きくとれず、また、時効割れが発生することがあ
るということから、眼鏡フレーム部品用材料に適してい
ないという問題がある。また、ろう付け等がしにくいと
いう問題もある。

【０００７】一方、電気・電子部品用材料としての銅合
金としては、例えばリードフレーム用としてNi−Si−Mg
−Cu系銅合金、ソケット、コネクタ用としてリン青銅
(Sn−Ｐ−Cu系銅合金) 、ベリリウム銅 (Be−Cu系銅合
金) がある (日本電子材料技術協会会報 JEMS. P52〜6
2, VOL.20, JUNE 1988)。リン青銅は低価ではあるが、
冷間加工していくと絞り性が低下し、冷間加工性が低下
するという問題がある。また、ベリリウム銅合金は非常
に高価であり、前述のように冷間加工性がそれほど良く
ないという問題がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、銅合金は、
他の金属材料と比べると強度が低いので、強度を上げる
１つの方法として、冷間加工を加えることによって強度
を上げる方法が採用されており、これに対応できるもの
として、冷間加工性に優れた銅合金の開発が望まれてい
る。また、加工後、時効処理によっても強度を上げるこ
とが可能である。この場合にあっても、時効処理した後
に冷間加工することができればさらに強度を上昇するこ
とが期待できるので、時効処理後にも冷間加工性のある
銅合金の開発が望まれている。

【０００９】特に、眼鏡フレーム部品への適用を考えた
場合、良好な冷間加工性を有し、同時に良好なバネ特性
(高強度) を示し、かつ、Niを含有しない、または、含
有してても極小量である (３％以下が望ましい) 銅合金
が必要である。さらに、前述のように眼鏡フレームでは
ろう付け部分が存在しているので、局所入熱に対して効
果があるためには熱伝導率が低い材料が望まれている。

【００１０】また、電子部品の接続線としては、たとえ
ば、ハンダ付け部では電子部品の温度保護が得られるよ
うに低い電気伝導度と低い熱伝導率を有する銅合金が必
要である。また、接点材としては、たとえば、繰り返し
接触による摩耗損量を少なくなるように高強度の銅合金
が必要である。

【００１１】ここに、本発明の目的は、冷間加工性に優
れ、高強度を有し、特に眼鏡フレーム部品を製造するに
適する冷間加工性と強度を備えた低熱伝導率の銅合金を
提供することである。さらに、本発明の目的は、電子部
品の接続線あるいは接点材料として有用な冷間加工性と
強度を備えた低電気伝導率の銅合金を提供することであ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】銅合金は、微粒子分散型
合金、スピノーダル分散型合金、析出硬化型合金に分類
され、銅に種々の添加元素を加えることによって強度を
向上させることができる。その中で、チタンを含有させ
た析出硬化型のCu−Ti合金がある。

【００１３】この合金は、Ti含有量の増加と共に強度は
上昇するが、加工性が低下するという問題がある。それ
で、加工性を改善するために、Ti量を低くした合金とし
て、これにNi、Fe、Siなどを加えたCu−Ti−Ni合金、Cu
−Ti−Fe合金、Cu−Ti−Si合金がある。しかし、これら
の合金は眼鏡フレーム部材へ加工するに耐える冷間加工
性を有してはおらず、冷間加工性に優れたCu−Ti合金は
見い出されていない。

【００１４】また、Crを1.0 ％〜1.5 ％と極小量添加
し、さらに、Siも0.5 ％程度と微量添加した析出硬化型
のCu−Cr(Si)合金がある。この合金は、高い電気伝導度
を有し、400 ℃以下での耐熱性に優れた合金である。し
かし、この合金も眼鏡フレーム部材へ加工するに耐える
冷間加工性を有してはおらず、冷間加工性に優れたCu−
Cr合金は見い出されていない。

【００１５】本発明者らは、このような従来技術の知見
をもとに前述の課題を解決すべく種々検討した結果、Ti
とCrとの共存効果により冷間加工性に優れ、高強度でか
つ低い電気伝導度と熱伝導率を有する析出硬化型のCu−
Ti−Cr系合金を見い出し、本発明を完成した。

【００１６】ここに、本発明は、重量％で、Ti: 0.2 〜
3.0 ％、Cr: 0.2 〜3.0 ％を含有し、残部: Cuから成る
合金組成を有することを特徴とする冷間加工性に優れた
高強度銅合金である。本発明にかかる優れた銅合金は、
眼鏡フレーム部品として、また電子部品の接続線および
接点材として特に有用である。

【００１７】本発明にかかる銅合金は、上述のように、
Cuに主としてTi、Crを含有したCu−Ti−Cr合金である。
Ti、Crは材料の強度向上、および、耐熱性向上に寄与す
るが、さらに、Zr、Al、Sn、Fe、Co、Zn、Mn、Si、Mg、
Ca、Ｐ、およびNiの群から選ばれた少なくとも１種以上
含有し、合計で3.0 ％以下含有していてもよい。これら
の元素は析出することによってマトリックスの強化に優
位に働き、冷間加工性および強度を向上させるため、必
要に応じてそれらの少なくとも１種以上を配合してもよ
い。

【００１８】なお、本発明に云う眼鏡フレーム部品とし
ては、例えばリム、テンプル、ブリッジ、蝶番やブロー
チ等があり、通常、これらを組立てることによって眼鏡
フレームを構成する。

【００１９】

【作用】次に、本発明において合金組成を上述のように
限定した理由について作用効果とともに以下説明する。
Ti、Crの下限値を0.2 ％としているのは、各合金元素が
これ未満では強度向上に対して顕著な効果が得られない
からである。そして、上限値をそれぞれ3.0 ％としてい
るのは、これを越えると冷間加工性が低下し冷間加工が
困難になるからである。すなわち、加工をしようとすれ
ば加工は可能ではあるが加工工数がかかり実用的でなく
なるからである。

【００２０】上記以外の成分として、Zr、Al、Sn、Fe、
Co、Zn、Mn、Si、Mg、Ca、ＰおよびNiから成る群から選
ばれた元素を合計で上限値3.0 ％として含有されてもよ
い。これらの元素は析出およびマトリックスの強化に役
立つからである。しかし、合計で3.0 ％という上限値を
越えると析出およびマトリックスの強化に悪影響を及ぼ
し、冷間加工性および強度の向上を阻害する。

【００２１】その他、不可避不純物としてＣ、Ｏ、Ｎ等
も合計0.5 ％以下程度は含有されていてもよい。残部は
銅である。本発明にかかる銅合金は、良好な冷間加工性
を有し、高強度で低い電気伝導度と熱伝導率を示す銅合
金であるので、眼鏡フレーム部品や電子部品の接続線や
接点材の材料として最適である。

【００２２】本発明にかかる銅合金から眼鏡フレーム部
品を製造する手段としては特に制限されず、慣用法によ
ればよい。また、電子部品の接続線は例えば直径0.03〜
１mmのワイヤであるから、通常の伸線加工を行えばよ
く、さらに接点材としても、例えば厚さ0.1 〜３mmに薄
板化してから打抜き加工によって製造してもよい。

【００２３】

【実施例】本例では、TiおよびCrの含有率が加工性およ
び機械的性質に及ぼす影響について検討を行った。表１
に示す化学成分のCu−Ti−Cr合金を溶製し、熱間鍛造
後、熱間圧延にて直径9.0 mmの線材とし、次に、ダイス
伸線による冷間加工にて直径4.0 mmとした。標準材とし
ては、供試材No.11 の純銅である無酸素銅 (Cu含有量9
9.96 ％以上)を用いた。

【００２４】この直径4.0 mmの線材を用いて、各成分の
線材での加工性および機械的性質を評価した。加工性に
ついては、熱間加工時または冷間加工時に表面疵や表面
割れの発生の有無によって加工性を評価した。機械的性
質については、加工後および時効処理 (400 ℃×30分→
急冷) 後の直径4.0 mmの線材での引張試験にて機械的性
質を評価し、結果を同じく表１に示す。

【００２５】表１での加工性の欄の記号については
「◎」は、熱間、冷間加工時材料表面に表面疵や割れ等
の欠陥が全く発生しなかったことを示し、「×」は、冷
間加工時材料表面に割れを発生したことを示し、「×
×」は、冷間加工時の割れを起点に線材が破断し、冷間
加工ができなかったことを示す。また、表１の機械的性
質の欄の“−”は、試験片を採取できず、引張試験がで
きなかったことを示す。そして、T.S.[N/mm²] は引張強
さを、R.A.[%] は絞りを示す。

【００２６】

【表１】

【００２７】表１に示す結果から、本発明の範囲内の材
料である供試材No.1〜４の材料は、熱間、冷間加工中全
く欠陥は発生せず良好な加工性を示し、時効処理によっ
て引張強さは 500N/mm² 以上で高強度であり、かつ、絞
りが40％以上あることがわかった。

【００２８】一方、TiまたはCrの含有量が0.2 ％未満で
ある供試材No.5、６の材料は、良好な加工性を示すが、
時効処理を施しても強度が500 N/mm² 以下と低くなって
いる。また、TiまたはCrの含有量が3.0 ％を越える供試
材No.7、８、９、10の材料は、加工性が悪く実用的な材
料でないことが分かる。

【００２９】次に、表１での供試材No.1成分の線材を用
いて、直径9.0 mmの熱間圧延線材からダイス伸線での冷
間加工により直径3.8 mmとするまでの工程における線材
の冷間加工硬化特性を調査した。加工硬化曲線について
は、冷間加工中に適宜サンプルを採取して試験片を製作
し、引張試験を行って各サンプルの機械的性質を調査
し、その冷間加工硬化特性を評価した。冷間加工硬化特
性を図１に示す。

【００３０】これより、0.2 ％耐力 (Y.P.) 、引張強さ
(T.S.) は冷間加工度が大きくなるに従って向上し、伸
び (El.)、絞り (R.A.) は低下することが分かる。そし
て、減面率が80％とかなり大きな冷間加工を加えても、
絞りは50％あり加工性が非常によいことが分かった。

【００３１】次に、この冷間加工ままの直径3.8 mmの線
材を時効処理 (350 ℃×30分→急冷) をした後、２種類
の冷間加工率で冷間加工を行い、さらに、時効処理を行
った。時効処理温度と冷間加工時の減面率との組み合わ
せを表２に、各材料の機械的性質 (0.2 ％耐力、引張強
さ、伸び、絞り) を表３にそれぞれ示す。

【００３２】

【表２】

【００３３】これより、時効処理を行った材料でも割れ
等の欠陥が発生せず冷間加工することができ、そして、
強度がさらに向上することがわかった。次に、「860 ℃
×30分→空冷」の軟化熱処理を行った表１での成分の直
径4.0mm線材とこの線材を冷間加工して直径3.2 mm (冷
間減面率36％) とした線材の電気伝導度および熱伝導率
を測定した。各電気伝導度は、11％IACS、10％IACSであ
り、低い電気伝導率を示し、熱伝導率はともに0.1 cal/
cm・sec・℃であり、低い熱伝導率を示した。

【００３４】以上のことから、本発明のCu−Ti−Cr合金
は、80％の冷間加工を加えても、50％以上の絞りがあ
り、冷間加工性に優れていることが分かる。そして、80
％冷間加工を加えた材料に引張強さは650 N/mm² であ
り、この材料を400 ℃の温度で時効処理を施せば899 N/
mm² となり38％強度が向上し、強度および弾性に優れて
いることが分かる。この時、時効処理後においても時効
割れ等が起こらず、本合金は時効割れを完全になくした
合金であることが分かる。

【００３５】本材料を用いて眼鏡フレーム部品のリム、
テンプル、ブリッジ、蝶番、ブローチに加工し、フレー
ムを製作したが何等問題はなく、ハンダ性、メッキの処
理性、研磨性、機械加工性に優れていることが判明し
た。同様に、電子部品の接続線、接点材としても何等問
題はなかった。

【００３６】

【発明の効果】CuにTiとCrとを適正に含有させることに
より、冷間加工性に優れ、高強度で低い電気伝導率の銅
合金とすることができる。この銅合金は、眼鏡フレーム
部品は勿論のこと電子部品の接続線、接点材にも適用で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の銅合金での一態様例の冷間加工硬化特
性を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】重量％で、Ti: 0.2 〜3.0 ％、Cr: 0.2
〜3.0 ％を含有し、残部: Cuから成る合金組成を有する
ことを特徴とする冷間加工性に優れた高強度銅合金。
【請求項２】請求項１記載の銅合金から構成された眼
鏡フレーム部品。
【請求項３】請求項１記載の銅合金から構成された電
子部品の接続線。
【請求項４】請求項１記載の銅合金から構成された電
子部品の接点材。