JPH0637680B2 - 疲労特性に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金 - Google Patents

疲労特性に優れたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金

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JPH0637680B2
JPH0637680B2 JP62148329A JP14832987A JPH0637680B2 JP H0637680 B2 JPH0637680 B2 JP H0637680B2 JP 62148329 A JP62148329 A JP 62148329A JP 14832987 A JP14832987 A JP 14832987A JP H0637680 B2 JPH0637680 B2 JP H0637680B2
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    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/06—Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はスイッチ、リレー等の繰返し応力が負荷され
る用途に適した疲労特性の良好な銅合金に関するもので
ある。
〔従来の技術〕
従来、スイッチ、リレー等の繰返し応力が負荷される用
途の材料には、ベリリウム銅(JIS C1720)やりん青銅（J
IS C5210，C5191，C5102等）が多用されている。
ベリリウム銅は銅合金の中では最高級の強度を示し、繰
返し応力に対しても優れた特性を有するため、マイクロ
スイッチ等の高級ばね材料として用いられている。一
方、りん青銅はスイッチ、リレー等の分野にて安価で、
ある程度の優れた疲労特性を有することにより、汎用ば
ね材料として普及している。
しかしながら、ベリリウム銅はその成分元素であるBeが
非常に高価であるためコストが高いという欠点があり、
一方、りん青銅は安価ではあるが、疲労特性においてベ
リリウム銅との差が大きく、これらの間を埋めるような
疲労特性に優れ、コスト的にもベリリウム銅とりん青銅
の中間的な材料の提供が望まれている。
一方、スピノーダル分解を起こす時効硬化性を有する合
金として、Cu-Ni-Sn系合金が知られている（例えば特開
昭55-148740号、日本電子材料技術協会会報Vol15(198
3)、P13など）。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかるに、このような従来のCu-Ni-Sn系合金において
は、時効硬化後の優れた強度に反し、疲労特性は従来の
りん青銅とあまり差がなく、スイッチ、リレー等の用途
には必ずしも適していないという問題点があった。
本発明はこのような従来の問題点を解決するためのもの
で、導電率を低下させることなく、優れた疲労特性が得
られる低コストのCu-Ni-Sn合金を提供することを目的と
している。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の疲労特性に優れたCu-Ni-Sn合金は、重量比でNi
６〜25％、Sn４〜９％、残部が実質的にCuからなる時効
硬化性銅合金において、下記第１の元素群から選ばれる
１以上の元素および／または下記第２の元素群群から選
ばれる１以上の元素を合金0.04〜５％含み、最終仕上加
工前に600〜770℃の温度域で組織調整のための熱処理
後、50％以下の仕上加工に続いて、350〜500℃の温度範
囲で３〜300分の時効処理を施したものである。
（第１の元素群） Zn…0.03〜4％ Ｐ…0.01〜0.5％ Mn…0.03〜1.5％ Ｂ…0.001〜0.1％ Mg…0.03〜0.5％ （第２の元素群） Ti…0.03〜0.7％ Fe…0.03〜0.7％ Cr…0.03〜0.7％ Co…0.01〜0.5％ Zr…0.01〜0.2％ すなわち本発明では、時効硬化性を有するCu-Ni-Sn合金
において、上記範囲内で微量のZn，Mn，Ti等の元素を添
加し、さらに最終仕上加加工前に600〜770℃の温度域で
の組織調整のための熱処理後、50％以下の仕上加工に続
いて、350〜500℃の温度範囲で時効処理を行うものであ
る。
本発明のCu-Ni-Sn合金は、比較的に安価なコストにて優
れた疲労特性を有する素材を得ることができる。すなわ
ち基本成分としては、CuおよびNi、Sn等の比較的に安価
な元素から成り、これに上記範囲内で微量元素を添加
し、さらに適切な熱処理を施すことにより、導電率を低
下させることなく優れた疲労特性を得ることができる。
NiとSnの含有量については、相互の添加元素により、時
効硬化性を有する範囲を下限とし、Niについては６％、
Snは４％とした。一方上限については、Niが25％を越え
ると導電率が極めて低下し、スイッチ、リレー等の用途
としては困難であり、Snは素材の加工性を著しく劣化さ
せるため９％を最大とした。
添加元素の内第１の元素群としてのZn，Mn，Mg，Ｐ，Ｂ
は脱酸剤としての効用性を得るためであり、特に時効硬
化特性の安定化を達成するために有効である。また第２
の元素群としてTi，Cr，Zr，Fe，Coについては結晶粒の
微細化および固溶硬化、析出硬化によるマトリックスの
強化による疲労特性の向上を目的として添加するもの
で、導電率や加工性を著しく阻害しない範囲を上限とし
た。
仕上圧延前の組織調整を目的とする熱処理は、疲労特性
の改善のため２相またはこれ以上の複雑な結晶構造を有
する相の出現可能な温度範囲とし、600℃未満ではその
後の塑性加工が困難となるため、また770℃を超えると
析出相の固溶が進み疲労改善の効果が少なくなるため、
この温度範囲に制限している。時効処理は前述の組織調
整のための熱処理後の特性をさらに向上させるために行
うもので、その処理範囲として350〜500℃に定めてい
る。最終の仕上加工率は前述の組織調整のための熱処理
の温度範囲における成形性の点を考慮して最大値を50％
に制限した。
以上のとおり、組織調整のための熱処理における600〜7
70℃の温度範囲はこの組成の合金を完全に固溶させる領
域外にあり、一般的な時効硬化合金の熱処理とは異な
り、二相またはこれ以上の複雑な結晶構造を有する生成
させることにより、疲労特性を改善させる。また上記の
添加元素はさらにその効果の向上に寄与するものであ
る。
なお、770℃を超える熱処理により完全固溶させると、
二相またはこれ以上の複雑な結晶構造を有する相を生成
させることはできず、単純な結晶構造を有する合金とな
り、後述の実施例における試料No.１に示すように、疲
労特性に優れた合金は得られない。
〔実施例〕
以下に本発明の一実施例について説明する。
第１表はこの発明の実施例である本発明品と比較品の各
材料の成分および特性値をまとめて示したものである。
各材料の特性値は、いずれも組織調整化処理を700℃×
4.5m/minで行った後、冷間加工率12％にて0.3mmに仕上
げ、続いて400℃×２hrの時効処理した試料についての
結果（ただしNo.１は組織調整化処理を行わなかった）
である。
これらの結果から明らかなように、本発明の範囲内でZ
n，Mn，Ti等の元素を添加し、さらに適切な熱処理を施
した本発明品の試料No.３〜10においては、導電率をほ
とんど低下させることなく、疲労特性が顕著に向上し、
Ｃ1720合金並みのものが得られる。例えば試料No.１
（添加元素、熱処理による疲労特性の改善が施されてい
ない）と、組成物にそれとほぼ同一の本発明品の試料N
o.３〜７の107回における疲れ強さを比べてみると、い
ずれも本発明品の方が20〜30％高水準にある。
試料No.８〜10は、さらにに高Ni側についての実施例で
あるが、Ni量が増えるにつれ硬さ、疲労特性の向上が計
れることがわかる。ただし一方で導電率の低下の傾向に
あり、実用上の点からその上限が限定されることも明白
である。
添加元素の効果では、熱処理のみにより疲労特性の改善
を行った試料No.２と比較した場合、本発明品の試料No.
３の疲れ強さとほとんど差が認められないことから、Z
n，Mn，Mg，Ｐ，Ｂはこの特性に悪影響を及ぼさないこ
とがわかる。一方、鋳造時に脱酸剤として鋳造性を改善
し、強度もわずかではあるが向上するので有効な元素で
ある。ただし添加量が多くなると、導電率や応力腐食割
れ感受性への影響が現れるため、上限値は制限される。
さらに本発明品の試料No.４〜７を比較品の試料No.２と
比較した場合、Ti，Cr，Zr，Fe，Coの添加元素は疲労特
性向上の効果が認められ、その上限については導電率の
点から制限した。
上記の実施例において、疲れ強さの値はそれほど大きく
増加していないので改善効果は小さにように見えるが、
これは疲労特性を一般的な表示様式である時間強度、す
なわち一定の繰返し数（Ｎ＝107回）における応力振幅
（疲れ強さ）で示したことによるためである。例えばN
o.１（比較品）とNo.３（本発明品）の疲れ強さはそれ
ぞれ30，35kgf/mm2で、その差は約17％とわずかではあ
るが、一定の応力振幅σａ＝40kgf/mm2での平均破断寿
命（回数）は、試No.１で6.2×105回、No.３で4.1×106
回が得られ、本発明品の方が比較品に比べて約７倍の破
断寿命があり、疲労面からの信頼性に対し著しく向上し
ていることがわかる。
なお、本発明の合金は、スイッチ、リレー等の繰返し応
力が負荷される用途に非常に有用なばね材として使用で
きるが、優れた強度、および従来と異なり、マトリック
ス（第１相）中に第２相が均一かつ微細に分散した複合
組織を有することにより、耐摩耗性等を要求される他の
分野にも適用可能である。
〔発明の効果〕
本発明によれば、導電率を低下させることなく、優れた
疲労特性が得られる低コストのCu-Ni-Sn合金が得られる
効果がある。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−136829（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−5942（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−90947（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−93357（ＪＰ，Ａ) 特公 昭55−35456（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】重量比でNi６〜25％、Sn４〜９％、残部が
    実質的にCuからなる時効硬化性銅合金において、下記第
    １の元素群から選ばれる１以上の元素および／または下
    記第２の元素群から選ばれる１以上の元素を合金0.04〜
    ５％含み、最終仕上加工前に600〜700℃の温度域で組織
    調整のための熱処理後、50％以下の仕上加工に続いて、
    350〜500℃の温度範囲で３〜300分の時効処理を施した
    ことを特徴とする疲労特性に優れたCu-Ni-Sn合金。 （第１の元素群） Zn…0.03〜４％ Ｐ…0.01〜0.5％ Mn…0.03〜1.5％ Ｂ…0.001〜0.1％ Mg…0.03〜0.5％ （第２の元素群） Ti…0.03〜0.7％ Fe…0.03〜0.7％ Cr…0.03〜0.7％ Co…0.01〜0.5％ Zr…0.01〜0.2％
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