JPH07102333A

JPH07102333A - 加工性に優れた高強度銅合金

Info

Publication number: JPH07102333A
Application number: JP26946693A
Authority: JP
Inventors: Toubun Nagai; 燈文永井
Original assignee: Nikko Kinzoku KK
Current assignee: Nikko Kinzoku KK
Priority date: 1993-10-04
Filing date: 1993-10-04
Publication date: 1995-04-18

Abstract

(57)【要約】【目的】強度と伸びが大きく、加工性に優れた特性を有
し、導電性バネ材料に適した加工性に優れた高強度銅合
金を開発する。【構成】Ｔｉ２．０〜５．０ｗｔ％、Ｃｒ０．０１
〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｆｅ
０．０１〜０．３ｗｔ％、Ｎｉ０．０１〜０．３ｗｔ
％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなり、
かつその平均結晶粒径が１０〜５０μｍであることを特
徴とする加工性に優れた高強度銅合金。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、強度が高く、加工性が
良好な銅合金に関する。本発明の用途として、例えば、
コネクター、リレー、スイッチ等の導電性バネ材料の用
途に適したものである。

【０００２】

【従来技術】従来は、コネクター、リレー、スイッチ等
の導電性バネ材料には、リン青銅、洋白、チタン銅（Ｃ
ｕ−Ｔｉ系合金）、ベリリウム銅等の銅合金が使用され
ている。近年は電子機器の小型化、軽量化に伴い、それ
に使用される電子部品の小型化、薄肉化の要求がいっそ
う強くなっている。この要求に対し、導電性バネ材料に
ついても、強度や導電性等の特性を改善する必要が迫ら
れている。このため、特にチタン銅やベリリウム銅のよ
うな強度の高い時効析出硬化型合金が選択される機会が
多くなった。

【０００３】その理由は、チタン銅やベリリウム銅のよ
うな時効硬化型合金は、７００〜９５０℃の高温に保持
する溶体化処理を行った後に、水中等に移して急冷し、
その後に時効処理を行うことで、母相と整合した微細な
析出物が生成して、著しい時効硬化性をもたらし、時効
析出硬化型の銅合金が、強度、バネ性および導電性とい
った特性に優れているためである。

【０００４】しかしながら、時効析出硬化型合金では、
添加成分を銅中に固溶させる溶体化処理を行うことが不
可欠であり、特に添加成分を十分に固溶させるために
は、溶体化処理を高温で行う必要があるが、高温で溶体
化処理を行うと結晶粒径が粗大化しやすく、強度や加工
性を低下させやすい問題がある。

【０００５】また、ベリリウム銅では、強度を高めるた
めに時効処理を行うと、加工性が著しく低下する問題が
ある。このため、ベリリウム銅を時効処理する場合は、
強度を高めず、加工性があまり低下しない条件で行う。
あるいは時効処理をする前に成形加工を行い、部品の状
態で時効処理を行うことが必要である。しかし、時効処
理による材料の変形が生じて加工精度が悪化したり、時
効処理に手間がかかり生産性が低下する問題がある。ベ
リリウム銅では、ＣｏやＮｉを添加する等の方法で結晶
粒の粗大化を抑制しているが、チタン銅では結晶粒の粗
大化を抑制する効果的な方法は知られていない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記の問題点
を解決したものであり、本発明の目的は、強度と伸びが
大きく加工性に優れた高強度銅合金（Ｃｕ−Ｔｉ系合
金）を開発することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段及び作用】これらの問題を
解決するために、Ｃｕ−Ｔｉ系合金に関し、特に溶体化
処理温度について検討を行ったところ、平均結晶粒径と
引張り強度及び伸びとの間に相関関係があり、かつ最適
条件があることが判明し、特に該合金の平均結晶粒径を
１０〜５０μｍの範囲内に調整することにより、Ｃｕ−
Ｔｉ系合金よりもさらに強度が高く、加工性に優れた合
金を製造できることが判明した。

【０００８】即ち、本発明は、Ｔｉ２．０〜５．０ｗ
ｔ％、Ｃｒ０．０１〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ０．０１
〜０．２ｗｔ％、Ｆｅ０．０１〜０．３ｗｔ％、Ｎｉ
０．０１〜０．３ｗｔ％を含有し、残部がＣｕ及び不
可避的不純物からなり、かつその平均結晶粒径が１０〜
５０μｍであることを特徴とする加工性に優れた高強度
銅合金を提供する。

【０００９】

【作用】Ｔｉ２．０〜５．０ｗｔ％、Ｃｒ０．０１
〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ０．０１〜０．２ｗｔ％、Ｆｅ
０．０１〜０．３ｗｔ％、Ｎｉ０．０１〜０．３ｗ
ｔ％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる
高強度銅合金において、溶体化処理時の温度は、処理時
間を一定（１分）とした場合、溶体化処理時の温度と平
均結晶粒径、引張強度及び伸びとの間に以下の様な相関
関係があり、かつ最適条件があることが判った。

【００１０】結晶粒径：温度が高くなるほど大きくな
るが、９００℃を超えると結晶粒の成長速度は小さくな
るが、結晶粒は粗大化する。（約８００℃で約１０μ
ｍ、約９００℃で約５０μｍ）伸び：温度が高くなるほど大きくなるが、約８８０℃
で最大値（約１３．７％）となり、９００℃を
超えるとやや減少する傾向にある。引張強度：約８２０〜８３０℃程度で極大値（約１１
００〜１１５０Ｎ/mm²）を取り、それ以下又はそれ以上
でも急激に低下する。

【００１１】このことより、本発明合金の平均結晶粒径
を１０〜５０μｍとすることにより、伸び及び引張強度
とのバランスがとれ、加工性に優れているものが得られ
ることが判った。平均結晶粒径が１０〜５０μｍの範囲
にない場合は、強度や加工性が低下するので好ましくな
い。なお、本発明において、平均結晶粒径とは、溶体化
処理後のものをいい、ＪＩＳＨ０５０１で規定され
る比較法により測定したものである。

【００１２】以下、本発明の合金系の組成範囲等につい
て説明する。本発明において、Ｔｉの含有量を２．０〜
５．０ｗｔ％とした理由は、Ｔｉの含有量が２．０ｗｔ
％未満では、十分な時効析出硬化が生じないため、バネ
材料に必要な強度が得られないためである。また、Ｔｉ
の含有量が５．０ｗｔ％を超えると、加工性と導電性が
著しく低下するためである。

【００１３】Ｃｒの含有量を０．０１〜０．６ｗｔ％、
またＺｒの含有量を０．０１〜０．２ｗｔ％とした理由
は、ＣｒあるいはＺｒの含有量が各々０．０１％未満で
は、粒界型析出の抑制効果や、結晶粒の粗大化を抑制す
る効果が得られず、強度を向上することができないため
である。Ｃｒの含有量が０．６ｗｔ％を超えると、ある
いはＺｒの含有量が０．２ｗｔ％を超えると、Ｃｒある
いはＺｒが銅中に固溶できる限界量を超えるため、溶体
化処理を行った後に、ＣｒやＺｒあるいはＣｒ、Ｚｒを
含む化合物が、既に析出しており、この析出物は時効析
出硬化に寄与しないだけでなく、伸びの低下や、加工性
を悪化させるためである。

【００１４】ＦｅおよびＮｉの含有量をそれぞれ０．０
１〜０．３ｗｔ％とした理由は、ＦｅあるいはＮｉの含
有量が各々０．０１％未満では、ＦｅあるいはＮｉを含
む化合物による時効析出効果が得られず、強度が低下す
るためである。ＦｅあるいはＮｉの含有量が０．３ｗｔ
％を超えると、溶解鋳造時にＴｉと化合し、ＴｉとＦｅ
あるいはＮｉを含む化合物が析出し、この析出物は均質
化焼鈍や溶体化処理で溶体化ができないので、時効析出
硬化に寄与しないだけでなく、溶体化するＴｉの量を減
少させ、強度の低下をもたらすためである。また、この
析出物は、室温では母相に比べて固いため、伸びを低下
させたり、冷間加工性を悪化させ、割れの原因となるの
で、ＦｅあるいはＮｉの含有量は０．３ｗｔ％を越えて
はならない。

【００１５】使用する原材料は、純金属あるいは母合金
を用いるが、不純物元素が少ないことが望ましい。本発
明の合金中には、ＴｉやＺｒのような活性金属を含むの
で、酸素等のガス成分が少ない原材料を用いることが望
ましい。

【００１６】そして、上記の組成の合金において、その
平均結晶粒径を１０〜５０μｍとすることが本発明の最
大の特徴である。

【００１７】次に、本発明合金の製造方法、および熱処
理の条件について説明する。本発明の合金成分中に、特
に酸素と化合しやすい、ＴｉやＺｒのような活性金属を
含むので、合金の調製は、真空中あるいは不活性ガス中
で溶解し、金型等に鋳造して行う。

【００１８】合金を溶解し、金型等に鋳造して得られた
インゴットは、凝固時の偏析が生じるので、８００〜９
５０℃の温度に保持して、均質化焼鈍を行ったのち、熱
間圧延を行う。均質化焼鈍の温度が８００℃未満では、
温度が低過ぎて、十分に均質化できない。また、９５０
℃を超えると、酸化が著しくなり、均質化焼鈍の温度と
して適さない。

【００１９】そして、熱間及び冷間圧延を必要に応じ行
なった後溶体化処理を行い、添加成分を銅中に固溶させ
る。そして、必要に応じ冷間圧延圧延を行った後、時効
処理を行って強度を高める。一般に、溶体化処理の温度
を高くすることで、合金成分が銅中に固溶できる限界量
が大きくなる。また、溶体化処理では、合金中の成分を
固相拡散によって固溶化させるので、合金成分を十分に
固溶化させるためには、加熱する時間が長い方が望まし
い。

【００２０】しかしながら、溶体化処理を高温、あるい
は長時間の条件で行うと結晶粒が粗大化して、強度の低
下や、加工性の悪化といった問題が生じる。逆に、溶体
化処理の温度が低く過ぎたり、処理時間が短か過ぎると
十分な溶体化処理ができず、時効処理を行っても硬化が
起こらず、強度が低くなる問題がある。溶体化処理温度
が低い場合は、再結晶が不十分であり、曲げ加工性も低
下する。

【００２１】したがって、本発明において溶体化処理
は、８００〜９００℃の温度で行う。そして、この温度
に保持して単相化した後、水中に入れて冷却する等の方
法で、急冷して、過飽和固溶体とするが、この際に溶体
化処理後の平均結晶粒径を１０〜５０μｍの範囲内にな
るように、加熱時間を調整する。加熱時間は、溶体化処
理温度により異なり、最適時間を選定する必要がある
が、通常０．５分〜１０分、好ましくは１〜５分であ
り、代表的には８５０℃×１分、８２０℃×５分であ
る。

【００２２】溶体化処理の温度が８００℃未満では、温
度が低過ぎて、合金元素を十分に固溶させることができ
ず、単相化できない場合がある。固溶できなかった合金
元素は析出物となり、伸びの低下や加工性を悪化させる
原因となる。また、溶体化処理の温度が９００℃を超え
ると、きわめて短時間の加熱でも結晶粒が粗大化するた
め、結晶粒径のコントロールが難しく、強度を低下させ
たり、加工性を悪化させやすい。溶体化処理の温度が８
００〜９００℃の範囲内であっても、加熱時間が適切で
なく、溶体化処理後の平均結晶粒径を１０〜５０μｍの
範囲内にない場合は、強度や加工性が低下する。

【００２３】時効処理は、溶体化処理で得られた過飽和
固溶体を、冷間圧延した後、３５０〜５００℃の温度に
保持して行う。時効処理を行うと、徐々に強度と導電率
が高くなっていくが、必要以上に長時間の時効処理を行
うと過時効となって、強度が低下するので、適切な条件
を選ばなければならない。組成によって、適切な時効処
理の温度と時間は異なるので、組成ごとに適切な条件を
見出す必要がある。

【００２４】時効処理の温度が５００℃を超えると、合
金元素が銅中に固溶する溶解度が大きくなり、強度や導
電率が低下する。また、時効処理の温度が３５０℃未満
では、時効処理は可能ではあるが、極めて長時間の処理
が必要になるので、生産性が悪くなり、工業的に意味が
ない。

【００２５】時効析出処理の温度と時間の例を挙げる
と、溶体化処理後の加工度が５０％で、時効析出処理温
度が４２０〜４５０℃では、５〜７時間前後の時効析出
処理を行うことが望ましい。溶体化処理後の加工度や、
時効析出処理温度を低くした場合は、より長時間の時効
析出処理を行うことが望ましい。

【００２６】以下、本発明の実施例について説明する。

【実施例】本発明の合金組成を配合し、高周波真空溶解
炉を用いて、黒鉛坩堝中で真空溶解後、金型に鋳造し、
３０mm×８０mm×１５０mmのインゴットにした。その化
学成分組成を第１表に示す。

【００２７】インゴットを面削後、９００℃に加熱して
均質化焼鈍後、熱間圧延を行って、板材とし、表面のス
ケール等の欠陥を研削して除去した。厚さ０．６mmまで
冷間圧延し、８００〜９００℃の温度で溶体化処理後、
水中に移して急冷した。これを最終加工度５０％で冷間
圧延し、０．３mmの板に仕上げ、３５０〜５００℃の範
囲内の温度で、時効硬化が最大となるような条件で、真
空中で時効処理を行った。

【００２８】このようにして得られた板材について、引
張強度、伸び、加工性を測定した。その時の溶体化処理
条件、時効処理条件および特性を測定した結果を、第２
表に示す。第２表に示す加工性は、板厚と等しい曲げ半
径で直角に曲げ加工した表面に、割れが発生したものを
×で示し、表面に割れが発生しなかったものを○で示
す。また同様の方法で行った比較の例の結果を、表１と
表２に合わせて示す。

【００２９】

【表１】

【００３０】

【表２】

【００３１】表１および表２から明らかなように、本発
明の実施例では、時効硬化が最大となるような条件で
は、引張強度が１０００Ｎ/mm²以上であり、強度が大き
く、バネ材料に適している。高強度であるにもかかわら
ず、高い伸びを有している。板厚と等しい曲げ半径で直
角に曲げ加工を行っても表面に割れが発生せず、加工性
も優れていることが明らかである。

【００３２】比較例に示したように、本発明の合金組成
であっても、溶体化処理温度を低くし、溶体化処理後の
平均結晶粒径が１０μｍ未満であると、実施例に比べて
伸びが小さい。板厚と等しい曲げ半径で直角に曲げ加工
した表面に、割れが発生し、加工性が悪くなっているこ
とがわかる。

【００３３】また、溶体化処理温度を高くし、溶体化処
理後の平均結晶粒径が５０μｍを超えた場合は、引張強
度が低下する。板厚と等しい曲げ半径で直角に曲げ加工
を行うと、結晶粒界に沿って割れが生じ、加工性が低下
する。

【００３４】比較例に示したように、本発明合金組成の
範囲外である場合は、溶体化処理を８００〜９００℃の
温度で行い、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの範囲内で
あっても、引張強度が低くなり、バネ材料として好まし
くない。また、平均結晶粒径が１０〜５０μｍの範囲外
にある場合は、本発明の実施例の場合と同様に、伸びや
加工性が低下する。

【００３５】

【発明の効果】本発明によって、強度と伸びが大きく、
加工性に優れた特性を有し、導電性バネ材料に適した加
工性に優れた高強度銅合金を得ることができる。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】Ｔｉ２．０〜５．０ｗｔ％、Ｃｒ
０．０１〜０．６ｗｔ％、Ｚｒ０．０１〜０．２ｗｔ
％、Ｆｅ０．０１〜０．３ｗｔ％、Ｎｉ０．０１〜
０．３ｗｔ％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物
からなり、かつその平均結晶粒径が１０〜５０μｍであ
ることを特徴とする加工性に優れた高強度銅合金。