JPS63134640A - ばね用高強度銅合金およびその製造法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非磁性で高電気伝導性が要求される電気・電
子部品のばね材として好適なばね用高強度銅合金および
その製造法に関する。

〔従来の技術およびその問題点〕

導電部品の一種としての電気・電子部品用ばね材料は非
磁性であることと電気伝導性が優れていることが要求さ
れる。従来、この種の導電用ばね材料には例えば黄銅、
洋白、リン青銅またはへリリウム銅などが用いられてき
た。だが、黄銅は強度１弾性および信幀性の面で劣り、
洋白およびリン青銅は強度１弾性が若干不足し且つ１０
０℃以上の温度では応力緩和特性が悪くなるという欠点
を有している。また、ベリリウム銅は価格が高く且つ１
５０℃以上の温度で応力緩和を起こし易いという欠点を
存している。

銅に適量のＴｉを含有させた時効硬化型のチタン銅が最
近開発された。このＴｉ−Ｃｕの二元系銅合金は２強度
および弾性が黄銅、洋白およびリン青銅を上回り、耐熱
性および耐応力緩和特性はベリリウム銅を含む従来の銅
合金よりも優れることが知られている。しかし、このＴ
ｉ−Ｃｕ二元系の合金では、溶体化処理、焼入れおよび
時効処理が必要であり、また鋳造および熱間圧延が難し
いために製造上の制約が大きく、コスト高となっている
。加えて、この合金は溶体化処理時に結晶粒がネ■大化
し易く１　また時効処理時に粒界反応が発生し易いので
、その本来の特性を有効に発揮させるには種々の問題が
あるのが実情である。

本発明は、このような従来の導電用ばね材料が有する問
題点を解決することを目的としてなされたものである。

〔問題点を解決する手段〕

本発明は１重量％において１．０〜２．０％のＴｉと０
．１〜２．０％のＮｉをＴ　ｉ／　Ｎ　ｉの比が１〜５
の範囲で含有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物から
なるばね用高強度銅合金を提供するものである。本発明
の合金は、ＴｉとＮｉを上記の範囲で且つ適切な比率で
Ｃｕに添加することによって。

Ｃｕ−Ｔｉ系金属間化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物
および／またはＣＬｌ−Ｔ　ｉ−Ｎ　ｉ系金属間化合物
をＣｕマトリックス中に微細に分散析出させることによ
ってばね材にとって好ましい緒特性を発現させた点に基
本的な特徴がある。

そして、このばね材にとって好ましい緒特性を有利に発
現させるための本発明合金の製造法として１重量％にお
いて１．０〜２．０％のＴＩと０．１〜２．０％のＮｉ
をＴｉ／Ｎｉの比が１〜５の範囲で含有し、残部がＣｕ
および不可避的不純物からなる鋳片を製造する工程。

この鋳片を圧下率６０％以上および熱延仕上温度８５０
℃以上のもとで熱間圧延したうえ、該熱延仕上温度から
３００℃以下の温度まで３０℃／分以上の冷却速度で冷
却して熱延板を得る工程。

得られた熱延板を圧下率５０％以上のもとで第一回目の
冷間圧延を行い１次いで３００〜６００℃の温度で５〜
７２０分間の焼鈍を行う工程。

得られた冷延板を目標板厚まで冷間圧延によって（数回
の冷間圧延を行う場合には中間焼鈍を挟んだ冷間圧延に
よって）Ｆｉ、厚減少を行う工程。

最終冷間圧延後に３００〜７５０℃の温度で５〜１８０
秒のテンション・アニールを行う工程。

からなるばね用高強度銅合金の製造法を提供するもので
ある。

〔発明の詳細な 説明の銅合金における添加元素の含有量の範囲選定理由
について先ず説明する。

Ｃｕ−Ｔｉ系金属間化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物
および／またはＣｕ−Ｔ　ｉ−Ｎ　ｉ系金属間化合物を
Ｃｕマトリックス中に析出させることによって強化を図
った本発明合金においてＴｉおよびＮｉは不可欠の元素
である。

Ｔｉ含有量が１．０重量％未満ではＮｉとの共存下でも
強度１弾性および耐熱性の向上効果が少なく、２．０重
量％を超えてＴｉを含有させると析出物が過度に多くな
り合金の延性、折り曲げ性を低下させるのでＴｉ含有量
は１６０〜２．０重量％の範囲とする。

ＮｉはＴｉと化合物を形成することによって合金の強度
９弾性および耐熱性の向上に寄与し、また、熱間組織の
微細化および時効処理時の粒界反応の抑制に寄与する。

このような効果を発揮するには、０．１重用％以上のＮ
ｉ含有量が必要である。

しかし、２．０重量％を超えて含有させるとＴｉ−Ｎｉ
系の化合物の析出が進み、延性、折り曲げ性の低下が著
しくなる。したがって、Ｎｉ含有量は０．１〜２．０重
量％の範囲とする。

そして、これらＴｉとＮｉの元素は、Ｃｕ−Ｔｉ系金属
間化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物および／またはＣ
ｕ−Ｔ　ｉ−Ｎ　ｉ系金属間化合物として析出するとき
に本来の有効性を発揮するので２重量％の比率でＴｉ／
Ｎｉが１〜５の範囲となるように、前記念有量の範囲内
において各元素の配合比を調整する必要がある。Ｔ　ｉ
／　Ｎ　ｉ比が１より小さいと。

Ｔ　ｉ−Ｎ　ｉ系化合物の析出が少ないので導電率が低
くなり、また熱間Ｎｉ織が粗大になりやすく従って折り
曲げ性が低下する。一方、Ｔｉ／Ｎｉ比が５よりも大き
くなると、Ｔｉ−Ｎｉ系化合物が多量に析出し、導電率
は向上するが折り曲げ性が著しく低下する。このような
ことから、Ｔｉ；１．０〜２．０重量％、Ｎｉ；　　０
．１〜２．０重量％の範囲においてＴｉ／Ｎｉを１〜５
の範囲に調整することが必要であり、これによって、Ｃ
ｕ−Ｔｉ系金属間化合物。

Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物および／またはＣｕ−Ｔ　１
−Ｎｉ系金属間化合物をＣｕマトリックス中に微細に析
出させてばね材に要求される緒特性を具備させることが
できる。

かような金属間化合物の析出によって導電性ばね材料に
要求される緒特性を発現するには、鋳片から熱間圧延お
よび冷間圧延を経て所望の板厚材料に加工するさいの条
件を適切にコントロールすることによって有利に行い得
る。

以下にその製造法の詳細を工程順に詳述する。

熱間圧延工程 ＴｉとＮｉの含有量およびＴｉ／Ｎｉ比を前記の範囲に
調整した鋳片を溶解鋳造によって製造し、この鋳片（鋳
塊）を熱間圧延に供するのであるが。

そのさいに、鋳片を９００℃以上に加熱し、熱延圧下率
を６０％以上、熱延仕上温度を８５０℃以上として実施
するのがよい。これによって、鋳造組織を完全につぶす
ことができ、且つ鋳塊に生している偏析の影響をなくす
ことができる。

そして、熱延仕上温度から３００℃以下までの温度域を
３０℃／分以上の冷却速度で冷却する。この冷却は熱延
したあと直ちに急水冷を実施することによって行うのが
よい。これによって、ＴｉおよびＮｉが完全に固溶した
熱延材を得ることができる。この熱延後の冷却を３０℃
７分より遅い冷却速度で行うとその冷却過程でこれらの
元素が析出して粗大な化合物を生じてしまうことが判明
した。

また、３０℃／分以上の冷却速度で冷却したとしても、
その急冷開始温度が８５０℃より低い場合にも同じく粗
大な化合物を生してしまうことがわかった。この段階で
析出する析出物は粗大であり、この粗大析出物によって
は合金の強度１弾性および耐熱性の向上は期待できず、
逆に折り曲げ性に悪影響を及ぼす。この粗大析出物を消
失させるには溶体化処理をしなければならず、従ってコ
スト高になる。本発明においては、ＴｉおよびＮｉが完
全に固溶した熱延板が得られるような熱延条件を採用す
る点に一つの特徴がある。なお、この急冷のさいの冷却
終点温度については３００℃以下であればよい。３００
　℃以下の温度では析出は実質上起こらないからである
。

冷間圧延および焼鈍工程 前工程で得られたＴｉおよびＮｉを完全に固溶した熱延
板は次いで必要に応じて表面研削或いは酸洗を行ったあ
と、焼鈍を挟んだ冷間圧延を数回行って所望板厚にまで
冷延するのであるが、最初の冷間圧延と焼鈍の条件を適
切にすることによってこの段階でＣｕ−Ｔ　ｉ系金属間
化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物および／またはＣｕ
−Ｔ　ｉ−Ｎ　ｉ系金属間化合物を微細に析出させる。

すなわち１第一回目の冷間圧延は圧下率５０％以上で行
ない、この第一回目の冷間圧延後の焼鈍を３００〜６０
０℃の温度で５〜７２０分間の条件で実施する。この第
一回目の冷間圧延および焼鈍の条件は本発明法において
極めて重要である。

第一回目の冷間圧延の圧下率が５０％未満では圧延組織
が均質化せず、引き続く焼鈍においてＣｕ−Ｔｉ系金属
間化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物および／またはＣ
ｕ−Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物が微細に析出できなくな
る。

この最初の冷延後の焼鈍を６００℃を超える温度で行う
と析出物が粗大化して特性の向上が期待できなくなる。

また、３００℃未満の温度では析出させるに要する時間
が長くなりすぎるので好ましくない。従って、この最初
の焼鈍の温度は３００〜６００℃で行うのがよく、その
さいの焼鈍時間については、５分未満では析出物の形成
が不十分であり。

また７２０分を超えるような長時間では析出物の成長お
よび経済面から好ましくないので、５〜７２０分とする
のがよい。

この条件で第一回目の冷間圧延と焼鈍を行うことによっ
てＣｕ−Ｔ　ｉ基金属間化合物、Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化
合物および／またはＣｕ−Ｔｉ−Ｎｉ系金属間化合物が
微細に析出した材料を得ることができる。以後は所望の
厚さまで冷間圧延を行って板厚減少を行えばよい。その
さい数回の冷間圧延を行う場合には中間焼鈍を挟んでも
よい。

テンションづ二−ル工程 所望板厚まで冷間圧延した冷延材に適度の張力をかけな
がら３００〜７５０　℃の温度で５〜１８０秒のテンシ
ョン・アニール処理を実施する。このテンション・アニ
ール処理によって均質且つ平坦度の高い製品を得ること
ができ、また材料の延性、折り曲げ性が向上する。テン
ション・アニール処理の実施にさいして、３００℃未満
の温度ではこれらの効果を発揮するに要する時間が長く
なり、酸化や経済性の面から好ましくない、また７５０
℃を超える温度では短時間でも材料が軟化してしまう。

また、その処理時間については、５秒未満では均質化が
不十分であり　１８０秒を超えても効果には差が現れな
い。このようなことから、テンション・アニールは３０
０〜７５０℃の温度で５〜１８０秒間の処理条件で実施
するのがよい。

以下に実施例を挙げて本発明合金の効果を具体的に示す
。

〔実施例〕

第１表にその化学成分値（重量％）を示す１ｌｈｌ〜隘
９の銅合金を高周波溶解炉を用いて溶製し。

４００ｍ＋ｗ　Ｘ　３０１１１１　Ｘ　１４０＋ｍの鋳
塊を鋳造した。この鋳塊を４０■ｍＸ３０＋ｓＩＩ＋Ｘ
５ｍ＋ｓの大きさに切断し、この鋳片を９５０℃で均熱
したあと、厚さ１　、２ａ＋ｍまで熱間圧延を行い、９
００℃の温度から水中に冷却した。この時の冷却速度は
３０℃／分を十分に超え且つ終点温度も３００℃を十分
に下回っていた。

得られた熱延板を厚さ１　、０ｍｍまで面削を行ったあ
と、厚さ０．４５＋ｕｗまで冷間圧延した。次いでこの
冷延板に５００℃×６０分の焼鈍を施した。

そして、圧下率１０％で冷間圧延を行って厚さが０．４
ｍ−の冷延板を得た。得られた冷延板を８　　ｋｇｆ／
ｍｍ”の張力を加えながら４００℃×３０秒のテンショ
ン・アニール処理を施した。この処理を終えた材料を試
験材とした。

得られた試験材を用いて硬度、引張強さ、ばね限界値、
導電率、耐熱性および折り曲げ性を調べた結果を第１表
に併記した。硬度、引張強さ、ばね限界値および導電率
の測定は、それぞれＪＩＳ　Ｚ２２４４、　ＪＩＳ　Ｚ
　２２４１．　ＪＴＳ　Ｈ３１３０およびＪＩＳ　Ｈ０
５０５に従って行った。耐熱性は４００℃の温度３０分
間加熱保持後の硬度が、初期硬度の８０％以上であれば
０．８０％より小さいものは×として評価した。折り曲
げ性は９０６Ｗ曲げ試験（ＣＢＳ−？１０００２−６．
　Ｒ＝０．３ｍｍ）を行い、中央部山表面が良好なもの
をＯ，シワが発生したものを６１割れが発生したものを
×として評価した。

第１表の結果から次のことが明らかである。

本発明によるＮｉ１−Ｎｉ３の合金は、硬度、引張強さ
５ばね限界値、導電率のバランスに優れ、且つ耐熱性お
よび折り曲げ性も良好である。したがって、導電用のば
ね用高強度材料として非常に優れた合金であることがわ
かる。

これに対して、Ｔｉが本発明で規定する量より少ない比
較合金ぬ６は、硬度、引張強さ並びにばね限界値が低い
。Ｔｉが本発明で規定する量より多い比較合金Ｎｉ７は
折り曲げ性が悪い。そして。

ＴｉおよびＮｌの含有量は本発明で規定する範囲であっ
ても、Ｔｉ／Ｎｉ比が５より大きい比較合金階８．およ
びＴｉ／Ｎｉ比が１より小さい比較合金１１＆１９は、
ともに折り曲げ性が悪い。

以上のように１本発明は高強度且つ高弾性を有すると共
に耐熱性、折り曲げ性に優れたばね用銅合金を提供する
ものであり、電気・電子部品の軽薄短小化、高信頼化を
可能にするものである。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）重量％において１．０〜２．０％のＴｉと０．１
   〜２．０％のＮｉをＴｉ／Ｎｉの比が１〜５の範囲で含
   有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなるばね用
   高強度銅合金。
2. （２）重量％において１．０〜２．０％のＴｉと０．１
   〜２．０％のＮｉをＴｉ／Ｎｉの比が１〜５の範囲で含
   有し、残部がＣｕおよび不可避的不純物からなる鋳片を
   製造する工程、 この鋳片を圧下率６０％以上および熱延仕上温度８５０
   ℃以上のもとで熱間圧延したうえ、該熱延仕上温度から
   ３００℃以下の温度まで３０℃／分以上の冷却速度で冷
   却して熱延板を得る工程、 得られた熱延板を圧下率５０％以上のもとで第一回目の
   冷間圧延を行い、次いで３００〜６００℃の温度で５〜
   ７２０分間の焼鈍を行う工程、 得られた冷延板を目標板厚まで冷間圧延によって板厚減
   少を行う工程、そして、 最終冷間圧延後に３００〜７５０℃の温度で５〜１８０
   秒のテンション・アニールを行う工程、 からなるばね用高強度銅合金の製造法。
3. （３）目標板厚まで冷間圧延によって板厚減少を行う工
   程は、中間焼鈍を挟んだ数回の冷間圧延によって行う特
   許請求の範囲第２項記載の製造法。