JPH06279897A - 高軟化特性析出硬化型銅合金 - Google Patents

高軟化特性析出硬化型銅合金

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JPH06279897A
JPH06279897A JP5619292A JP5619292A JPH06279897A JP H06279897 A JPH06279897 A JP H06279897A JP 5619292 A JP5619292 A JP 5619292A JP 5619292 A JP5619292 A JP 5619292A JP H06279897 A JPH06279897 A JP H06279897A
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JP
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copper alloy
alumina
precipitation hardening
temperature
hardness
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JP5619292A
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English (en)
Inventor
Kunio Nakajima
邦夫 中島
Masao Hosoda
征男 細田
Riyouichi Ishikane
良一 石金
Takayuki Tanaka
孝行 田中
Wataru Yago
亘 矢後
Kenzo Yamamoto
賢三 山本
Kazunori Fukisawa
一徳 吹沢
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chuetsu Gokin Chuko Kk
Honda Motor Co Ltd
Chuetsu Metal Works Co Ltd
Original Assignee
Chuetsu Gokin Chuko Kk
Honda Motor Co Ltd
Chuetsu Metal Works Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 軟化特性を著しく向上させ、然も、高温硬さ
の低下を抑制し、製品が使用される温度で高硬度高強度
を得ることができ、ひいては製品寿命を向上させ得る高
軟化特性析出硬化型銅合金。 【構成】 0.1〜3.0wt%のアルミナを溶解若く
は焼結又はその他の方法で添加し均一に分散させた高軟
化特性析出硬化型銅合金。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、従来の一般的な析出硬
化型銅合金の欠点である軟化特性を著しく改善し、ひい
ては製品寿命の向上に寄与し得る高軟化特性析出硬化型
銅合金に関する。こゝに、従来の一般的な析出硬化型銅
合金とは、高温で加熱冷却(溶体化処理)の後、低温で
加熱冷却(時効処理)によって硬化し得る全ての銅合金
材料であって、その組成及び種類としては、Cr−C
u、Cr−Zr−Cu、Cu−Ni−Be−Zr、Cu
−Ni−Be、Cu−Be−Co、Cu−Ti、Cu−
Ni−Si、及び他の元素をベースにした銅合金を挙げ
ることができる。また、それらは、連続鋳造用鋳型材、
抵抗溶接用電極材、金型材などとして一般に使用されて
いる。なお、軟化特性とは、材料をある温度に保持し再
び冷却した後の硬さと、その加熱温度との関連を示し、
硬さの低下が著しい温度を軟化温度と言う。一方、高温
硬さは、加熱温度での硬さを言う。
【0002】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】一般に
析出硬化型銅合金は、Be系の〔Be+Cu〕及び〔B
e+その他の金属元素+Cu〕や、Cr系の〔Cr+C
u〕及び〔Cr+その他の金属元素+Cu〕等が使用さ
れているが、軟化特性は、Be系では200℃、Cr系
では400℃で軟化し、析出硬化型銅合金に求められて
いる高温特性はその時点で消失するため、製品寿命を短
縮させる欠点を有していた。
【0003】このように、従来の析出硬化型銅合金の軟
化特性は、せいぜいで400〜500℃程度であった。
ところが、例えば、抵抗溶接用電極材の使用時の温度
は、500℃〜800℃の高温になる。この高温下で
は、抵抗溶接用電極材は高加圧を受ける。従って、材料
の軟化特性が400℃〜500℃であると、使用温度で
材料強度が低下し、電極材の変形が生じる。この結果と
して、溶接部の強度不足或いは溶接のバラツキになる。
このため、電極材の取換が頻々になる欠点があった。
【0004】かかる欠点を改善するため、種々の金属元
素の添加が試みられた。例えば、Cr−CuにZrを添
加した析出硬化型銅合金Cr−Zr−Cuは、Cr−C
uに比べ、Zrの添加によって硬さはビッカース硬さ
(HV)で約5〜10程度高くなるが、軟化特性はいず
れも450℃程度で、著しい効果が認められるというも
のではなく、かえって、熱伝導率及び導電率を低下させ
る等の問題が見られた。即ち、Cr−Cuの導電率が8
5%I・A・C・Sであるのに対し、Cr−Zr−Cuで
は75%I・A・C・S、Be−Zr−Cuでは60%I・
A・C・Sという結果を生じていた。
【0005】一方、このような析出硬化型銅合金に対
し、同じく抵抗溶接用電極材や電子部品材料(リードフ
レーム、ランプリードなど)として使用されているアル
ミナ分散強化銅が存在する。これは、〔Al23+C
u〕の焼結合金であるが、このアルミナ分散強化銅は、
軟化特性は800℃位あり、従来の析出硬化型銅合金よ
りはかなり優れている。しかし、一方では高温硬さにお
いて、析出硬化型のクロム銅が600℃でビッカース硬
さ(HV)が51あるのに対し、このアルミナ分散銅は
同温度で37のHVしかなく、高温硬さにおいて劣って
いた。従って、例えば、抵抗溶接用電極材は500〜8
00℃の高温で使用され且つ高加圧を受けるわけである
が、このように高温硬さが低い場合には、使用温度での
変形が大きいという欠点を有しており、製品寿命の改善
には何んら寄与するものではなかった。
【0006】本発明は、このような従来の析出硬化型銅
合金とアルミナ分散銅との一長一短を巧みに組み合せる
ことに着眼したもので、従来の析出硬化型銅合金に、融
点が高く熱的に安定性のあるアルミナの所定量を均一に
分散させ、従来の析出硬化型銅合金の欠点である軟化特
性を著しく向上させ、然も、高温硬さの低下を抑制し、
製品が使用される高温で高硬度(高強度)を得ることが
でき、ひいては製品寿命を向上させることができる高軟
化特性析出硬化型銅合金を提供することを目的としてい
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、従来の析出硬化型銅合金に0.1〜
3.0wt%のアルミナを溶解若くは焼結又はその他の
方法で添加し均一に分散させて成ることをその要旨とし
ている。アルミナの添加量は、0.1wt%より少ない
ときは、アルミナの分散が不均一になるばかりでなく、
添加の効果もほとんど認められず、3.0wt%より多
い添加では、軟化温度の上昇はほとんど認められないば
かりか、かえって高温伸びや熱伝導率が低下したり、ア
ルミナの分散が不均一になり材料の均一性が失なわれる
ことになるため、0.1〜3.0wt%が最も好ましい
添加量なのである。
【0008】
【実施例】多様な試験結果を表示する必要から、本発明
の実施例銅合金として表1に示すNO.1〜NO.13
の成分組成及び配合割合について試みた。また、比較例
として表1に示すNO.14〜NO.20の成分組成及
び配合割合について試みた。
【表1】
【0009】先ず、従来の析出硬化型銅合金に相当する
材料と、所定量のアルミナとを混合し、混合粉末とする
わけであるが、例えば、本発明実施例合金NO.2の製
造について具体的に説明すれば、Cr:1.2wt%、
アルミナ(Al23):1.0wt%、残部がCuであ
る成分配合率とし、それぞれの粉末を混合し、焼結或い
は押出しによって、Cu中にCr及びアルミナを均一に
分散させる。または、析出硬化型銅合金Cr−Cuをア
トマイズ法により粉末化したものを使用し、この粉末に
アルミナ粉末を所定のwt%計量の上、機械的な撹拌装
置を用いて混合し、以後は上記と同様に製造してもよ
い。なお、粉末粒径はいずれも0.1〜500μmであ
る。
【0010】次に、本発明銅合金を熱間押出法により製
造する場合と、熱間鍛造法により製造する場合とについ
て説明する。
【0011】1.熱間押出法 図5から図8は、従来の析出硬化型銅合金とアルミナの
混合粉末を熱間押出により高軟化特性析出硬化型銅Pを
製造する場合の実施例を図示したものである。なお、化
学成分や配合割合については表1によるものとする。
【0012】図5は押出機に装填するビレット状のカプ
セル1を示したもので、その中に従来の析出硬化型銅合
金とアルミナの混合粉末3を充填し、蓋5で密封する。
カプセル1は、外径205mmの円筒状の容器4とその
口に嵌合する蓋5とからなり、それぞれ、同じ従来組成
からなる析出硬化型銅合金の鋳造品又は鍛造品2により
肉厚10mmで形成され、混合粉末3の充填後、ハンマ
ーで加締めてから外れないように6点で点溶接がなされ
る。蓋5の外れ防止には電子ビーム溶接が適しており、
この場合は、真空脱気も兼ねられるので、完全密封を要
する材料にも適している。
【0013】従来の析出硬化型銅合金とアルミナとの混
合粉末3を充填したカプセル1は、800〜950℃の
温度で予め加熱して、押出機8に装填する。
【0014】図6は、この混合粉末充填カプセル1を押
出機8のコンテナ9に装填し、ステム10先端のダミー
ブロック11でダイス12の方向に押し出している状態
を示したもので、コンテナ9の内部では、従来の析出硬
化型銅合金とアルミナとの混合粉末3aが加圧状態にあ
り、また、ダイス12により延伸されるために、従来の
析出硬化型銅合金の粉末に添加したアルミナ粉末は、均
一な分布状態で押出される。
【0015】押出した高軟化特性析出硬化型銅合金は、
従来の析出硬化型銅合金と同様、900から1050℃
の温度で加熱後急冷する(溶体化処理)。その後、40
0℃以下(好ましくは室温)で15〜50%の温間又は
冷間で鍛造又は引抜きによる加工を加える。さらに、4
00℃〜600℃の温度で加熱後冷却する(時効処
理)。
【0016】その結果得られた材料の高温硬さ及び軟化
温度は表1に示す通りで、また比較例からもわかるよう
に、アルミナの添加量が0.1wt%より少ない0.0
5wt%の場合、及び3.0wt%より多い3.5wt
%では、その効果が少なく、0.1〜3.0wt%では
著しく効果が認められ、軟化温度が200〜250℃も
改善されることが認められた。この軟化温度の改善によ
り、500〜700℃における高温硬さも同時に改善さ
れた。
【0017】また、代表的な本発明合金と比較例合金に
ついて、それぞれの軟化特性(図1)、高温硬さ(図
2)、高温伸び(図3)、熱伝導率(図4)の試験結果
を各曲線グラフにして示した(図1〜図4)。この結果
からもわかるように、本発明合金は、高温硬さの低下を
抑制し、製品が使用される高温で高硬度(高強度)を得
ることができる。且つ、軟化温度が上昇したことによ
り、高温で長時間使用された後も硬さの低下がなく、連
続長時間の使用が可能となり、ひいては製品寿命を向上
させ得ることがわかった。なお、試験温度(加熱温度)
と冷却後の硬さとの関連を示したものが軟化特性で、各
試験片を所定の試験温度に加熱し、その温度で1時間保
持後、炉外に取り出し冷却し、その冷却後に各試験片の
硬さを測定して得られる。図1に示した軟化特性はこの
様にして測定した硬さと試験温度との関係を示したもの
である。そして、軟化温度は、試験温度要因に対して硬
さの低下率に差が生じ始める温度、即ち軟化開始の温度
である。
【0018】一方、図2に示した高温硬さは、各試験片
を所定の試験温度に加熱し、その温度における硬さを測
定したもの、即ち試験温度における硬さと、試験温度と
の関係を示したものである。
【0019】また、この実施例ではカプセル2の容器4
には底のあるものを使用したが、パイプ形のものに円板
の底板を蓋同様に加締めた後、点溶接又は電子ビーム溶
接により筒状にしても良い。
【0020】2.熱間鍛造法 図9ないし図11は、熱間鍛造を用いる場合の実施例を
示したもので、この場合は熱間鍛造がしやすいように、
カプセルは箱形に形成される。容器4に従来の析出硬化
型銅合金とアルミナの混合粉末3を充填してから、蓋5
が加締められ電子ビーム溶接により固着される。この混
合粉末充填カプセル1は、800℃〜950℃の温度で
予め加熱されてから、プレスにて板状に鍛圧展伸され
る。鍛圧展伸された高軟化特性析出硬化型銅合金は、前
記熱間押出法と同様、900〜1050℃の高温で加熱
後急冷する(溶体化処理)。その後、400℃以下(好
ましくは室温)で15〜50%の温間又は冷間で、鍛造
による加工を加える。さらに400〜600℃の温度で
加熱後、冷却する(時効処理)。
【0021】その結果得られた材料の高温硬さ及び軟化
温度は、表1に示すと同様の結果が得られた。なお、こ
の実施例では、鍛圧展伸及び、温間又は冷間加工にプレ
スを使用したが、圧延機を使用しても良い。また上記各
実施例で得られる高軟化特性析出硬化型銅合金Pは外表
面部にカプセル2の材料が残存するが、使用する際には
必要に応じて切除する。
【0022】
【発明の効果】例えば、本発明実施例合金NO.2につ
いて言えば、Al23を含まない従来のCu−Crに比
べ、軟化温度は約700℃となり、250℃も高くな
り、使用温度域まで軟化温度が充分に上昇している。ま
た同時に、高温での硬さも上昇している。同様に他の本
発明合金においても、優れた軟化特性と高温特性(高温
硬さ、高温伸び、熱伝導率)が得られている。
【0023】このように、本発明合金は、高温硬さの低
下を抑制し、製品が使用される高温で高硬度(高強度)
を得ることができる。且つ、軟化温度が上昇したことに
より、高温で長時間使用された後も硬さの低下がなく、
連続長時間の使用が可能となり、ひいては製品寿命を向
上させ得ることがわかった。
【0024】従って、本発明合金を抵抗溶接用電極材、
金型材、連続鋳造用鋳型材などとして使用した場合に、
従来のものよりは格段に製品寿命を向上させることがで
きる優れた効果を有するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明合金と従来例合金について、軟化特性を
比較した曲線グラフ。
【図2】本発明合金と従来例合金について、高温硬さを
比較した曲線グラフ。
【図3】本発明合金と従来例合金について、高温伸びを
比較した曲線グラフ。
【図4】本発明合金と従来例合金について、熱伝導率を
比較した曲線グラフ。
【図5】熱間押出の場合の実施例で、混合粉充填カプセ
ルの一部切欠した斜視図。
【図6】同じく、押出成形状態を示す断面図。
【図7】同じく、本発明実施例銅合金材の斜視図。
【図8】同じく、図7A−A線矢視の拡大断面図であ
る。
【図9】熱間鍛造の場合の実施例で、図5に対応する斜
視図。
【図10】同じく、図7に対応する斜視図。
【図11】同じく、図8に対応する図10B−B線矢視
の拡大断面図である。
【符号の説明】
P 本発明実施例銅合金 1 従来の析出硬化型銅合金とアルミナの混合粉末3を
充填したカプセル 2 カプセル1を構成する同種の従来の析出硬化型銅合
金 3 従来の析出硬化型銅合金とアルミナとの混合粉末 5 蓋 8 押出機
【手続補正書】
【提出日】平成4年2月14日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、従来の析出硬化型銅合金に0.1〜
3.0wt%のアルミナを均一に分散させて成ることを
その要旨としている。アルミナの添加量は、0.1wt
%より少ないときは、アルミナの分散が不均一になるば
かりでなく、添加の効果もほとんど認められず3.0w
t%より多い添加では、軟化温度の上昇はほとんど認め
られないばかりか、かえって高温伸びや熱伝導率が低下
したり、アルミナの分散が不均一になり材料の均一性が
失なわれることになるため、0.1〜3.0wt%が最
も好ましい添加量なのである。 ─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成4年5月15日
【手続補正2】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項1
【補正方法】変更
【補正内容】
【手続補正3】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】0007
【補正方法】変更
【補正内容】
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、従来の析出硬化型銅合金に0.1〜
3.0wt%のアルミナを均一に分散させて成ることを
その要旨としている。アルミナの添加量は、0.1wt
%より少ないときは、アルミナの分散が不均一になるば
かりでなく、添加の効果もほとんど認められず3.0w
t%より多い添加では、軟化温度の上昇はほとんど認め
られないばかりか、かえって高温伸びや熱伝導率が低下
したり、アルミナの分散が不均一になり材料の均一性が
失なわれることになるため、0.1〜3.0wt%が最
も好ましい添加量なのである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石金 良一 富山県中新川郡立山町西芦原新1番地の1 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 田中 孝行 富山県中新川郡立山町西芦原新1番地の1 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 矢後 亘 富山県中新川郡立山町西芦原新1番地の1 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 山本 賢三 富山県中新川郡立山町西芦原新1番地の1 中越合金鋳工株式会社内 (72)発明者 吹沢 一徳 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 0.1〜3.0wt%のアルミナを溶解
    若くは焼結又はその他の方法で添加し均一に分散させて
    成ることを特徴とする高軟化特性析出硬化型銅合金。
JP5619292A 1992-02-06 1992-02-06 高軟化特性析出硬化型銅合金 Pending JPH06279897A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006089763A (ja) * 2004-09-21 2006-04-06 Dowa Mining Co Ltd 銅合金およびその製造法
JP2014506724A (ja) * 2011-01-21 2014-03-17 カール・ツァイス・エスエムティー・ゲーエムベーハー Euvリソグラフィ用のミラーの基板
CN114752808A (zh) * 2022-04-19 2022-07-15 有研工程技术研究院有限公司 一种高强高导铜合金复合材料及其制备方法

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