JPS63162829A - 半硬質磁性銅鉄合金 - 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〕 本発明は半硬質磁性材料である鋼鉄（Ｃｕ−Ｆｅ）合金
に関するものである。本発明に係る半硬質磁性銅鉄合金
はリード・スイッチ、リレーなどに適している。

〔従来の技術〕

リレー、スイッチ用半硬質磁性材料には各種の合金が提
案されており、高い残留磁束密度で、ある程度の保磁力
を持ち、ヒステリシスループが角形であるのが好ましい
（例えば、未踏加工技術協会編、′″新時代の磁性材料
”、工業調査会、（１９８３，２版）ｐ、１０３、表８
．４、参照）。このような材料のひとつとして銅鉄合金
（Ｆｅ−Ｃｕ合剣が提案され、上述の文献および川口寅
之輔、小用紘−１゛鉄−銅磁性合金の展望”、金属、１
９７年１０月１５日号、ｐｐ、９９−１０７、に開示さ
れている。後者の文献におけるＦｅ−Ｃｕ合金の製造工
程は、第１表（ｐ、１０２）によると、溶解→注湯→鍛
造→熱間ロール→冷間線引き（６ｍｍφ）→焼鈍→冷間
線引き（３１φ）→焼鈍→冷間線引き２１φ→ＩＩＩＩ
ｍφ→０．５ＩＩＩＩｌｌφ−０，３５＋＋ｕ＋＋φ→
０．２１φであり、冷間加工後に焼戻しを行なうもので
ある。得られたＦｅ　−Ｃｕ合金の組織は、鋳造状態で
銅基地中の粒状鉄相が引き伸ばされた平行かつ微細な繊
維状となっている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

一本発明者らは、銅鉄合金に対する加工と熱処理を工夫
して銅基地中の繊維状鉄相をより一層微絹化し、鉄相の
単磁区化を試みた。

上述した従来のＦｅ−Ｃｕ合金は実験室レベルのもので
あって工業的に生産（商品化）されてはいなかった。本
発明者らは工業的生産を実現することに取り組み、特別
な成分を含有しないだけ安価な半硬質磁性材料を提供す
ることが解決すべき問題点である。

また、ある程度の保磁力を有して、従来のリレー、スイ
ッチ用半硬質材料よりも残留磁束密度の高い銅鉄合金を
提供することも解決すべき問題点である。

〔問題点を解決するための手段〕

上述の問題点が、銅基地中に平行に多数の繊維状鉄相が
各々独立して存在し、各繊維状鉄相はその断面で１μ輪
径以下でありかつ微断されてほぼ単磁区化されているこ
とを特徴とする半硬質磁性銅鉄合金によって達成される
。

平行な多数の繊維状鉄相は従来のＦｅ−Ｃｕ合金の場合
と類似しているが、後述するように本発明に係る銅鉄合
金の加工、熱処理した製品の顕微鏡写真から判断してそ
の径は１μ涌以下であり、多くはそれよりもはるかに小
さい。そして、繊維状鉄相の断面形状は、縦横の比が大
きくない矩形ないし円形に近いものであって、従来のＦ
ｅ−Ｃｕ合金での繊維状鉄相の断面形状（細長い小片状
、上述の川口、小川文献の第１０５頁、写真２）とは異
なる。

さらに、本発明では各繊維状鉄相が微断されて（いくつ
もに切られて）、圧延（線引き）方向（長手方向）での
長さが短かくされてそれだけ単磁区化された鉄相となっ
ている。

本発明に係る銅鉄合金の組成は銅が２０〜７０ｗｔ％で
あり、残部が鉄および不可避的不純物である。

銅は非磁性であり、その量が多いほど磁気特性は低くな
るので、上限を７０ｗｔ％とする。一方、銅の量が少な
いほど加工性が悪く（鍛造時に割れるなどのように脆く
なる）ので、下限を２０ｗｔ％とする。

本発明に係る銅鉄合金に０．００１〜０．００５ｗｔ％
のジルコニウム（Ｚｒ）、０．０１〜０．０２ｗｔ％の
マグネシウム（ＮＥＴ）および０．０Ｏ１〜０．００４
ｗｔ％のチタン（Ｔｉ）の少なくとも一種を添加すると
、鋳造組織での鉄粒子を小さくする効果、鍛造時に鉄粒
子が砕けるのを促進する効果、および最終冷間加工時の
繊維状鉄相の分断を促進する効果があって、得られる繊
維状鉄相をより細くかつより多く切断することができる
。これら添加物の量が多くなると電気伝導度の低下を招
く。

そして、本発明に係る銅鉄合金の線材が次のような工程
：銅鉄合金をインゴットに鍛造し、該インゴットを鍛造
してインゴット中の鉄粒子を微分断し、該鍛造物を熱間
圧延し、該圧延物を加工率５５％以下の冷間線引き加工
の繰り返しで伸線し、各冷間線引き加工後に非酸化性雰
囲気中で焼鈍し、製品線材サイズとする最終冷間加工を
加工率９０％以上の冷間線引き加工で行なう工程、を含
んでなる製造方法によって製作される。

〔実施例〕

以下、添付図面を参照して実施例によって本発明をより
詳しく説明する。

肛 原材料である電解銅および精練鉄を用意して、銅と鉄と
の組成（重量比）が７０　：　３０　、６０　：　４０
　、５０　：５０　、４０　：　６０　、３０　：　７
０および２〇二８０となるように６種の試料とした。各
試料についてまず高周波誘導炉にて溶解し、内径１２０
ｍｍφの円筒形ケースに注湯してインゴットを得な、５
０ｗｔ％Ｃｕおよび５０ｗｔ％Ｆｅの試料でのインゴッ
トについてその横断面での鋳造組組を第１図のま微鏡写
真（１５０倍）に示す。Ｆｅ−Ｃｕ合金状態図かられか
るように銅と鉄はほとんど固溶せずに、二相に分離して
銅基地中に鉄粒子（黒色部）が存在する共晶組織となる
。

この場合には、インゴット横断面全体に現われる鉄粒子
の数は約１４４５万個と計算される。第１図の８０ｍｍ
Ｘ５５鴎の顕微鏡写真（ｘ１５０）中にある鉄粒子は約
２５０個であり、直径１２０ｍｍインゴット全体では、
次のように計算される。

（インゴット断面積）÷（写真の実際面積）Ｘ２５０個
＝　１４，４５１，５００個 次にインゴットを鍛造によって８０＋＋＋ｍφのインゴ
ットにした。５０ｗｔ％Ｃｕおよび５０替ｔ％Ｆｅのイ
ンゴットの場合での鍛造後組織を第２図の顕微鏡（６０
０倍）に示す、このように銅基地中に独立して散在する
鉄粒子が破壊されて微細化される。

鍛造インゴットを熱間ロール圧延して直径２０輪−φの
線材とした。次に、この線材を冷間加工（すなわち、冷
間線引き）と焼鈍とを繰り返して直径３．０ｍｍφの線
材とした。この冷間加工は、加工率（減面率）を５５％
以下にして行ない例えば、７回（２０φ→１５φ→１２
φ→１０φ→８φ→６φ→４．５φ→３φ）行ない、そ
して、各冷間線引き後に、焼鈍を非酸化性雰囲気である
不活性雰囲気又は真空中（例えば、アルゴン雰囲気中）
で酸化を防止して８５０℃前後（８００〜９００℃の範
囲）の温度にて４０分ないし２時間行なう、なお、第７
回目の４．５φ→３φの冷間線引きでの加工率は５５％
であったが、他の冷間線引きでは加工率は４５％以下で
あった。このような冷間加工および焼鈍によって鉄粒子
の繊維状鉄相を切断することなく伸線できる。この冷間
加工された線材はその線引き方向に平行な断面（長手方
向断面）での組織が、第３図の顕微鏡写真（３００倍）
のようになる、なお、この第３図は、５０−ｔ％Ｃｕお
よび５０ｗｔ％Ｆｅの銅鉄合金の場合で、上述した加工
と焼鈍とを繰り返して直径３．０輸−φの線材にしたも
のの組織である。このように鋳造組織での鉄粒子が鍛造
で砕かれ、圧延および線引きによる加工で平行かつ個々
独立した繊維状になる。第３図においては繊維状鉄相の
重なっている部分があってそこが太く見える。

焼鈍した直径３．０ｍｍφの線材を加工率（減面率）９
６％で１回の冷間線引きにて直径０．６＋＊ｍφの所定
サイズ線材にした。そして、最終熱処理である時効処理
を不活性雰囲気中で４００〜６００℃の温度にて３０分
〜１時間行なった。

製造した銅鉄合金線（直径０．６輪−φ）の磁気特性を
測定した結果、第１表に示す値が得られた。

以下余白 第１表 第１表かられかるように鉄含有量が多くなるほど磁束密
度Ｂｓおよび保磁力Ｈａが高くなる。特に、これら試料
のうちで最も高い磁束密度および保磁力を有する鉄８０
ｗｔ％鋼鉄合金線のヒステリシス曲線を第６図に示す、
第６図かられかるようにヒステリシスの角形性が良く、
残留磁束密度Ｂｒが２３．０ｋＧであり、この値は前述
した文献「新時代の磁性材料」の第１０３頁、表８．４
に掲載された半硬質磁性材料のいずれよりも高い。

鮭＾ 例１では本発明に係る鋼鉄合金の練製品についての磁気
特性を調べたが、銅基地中の繊維状鉄相３微ＩＦ（切［
ｒ＞するメカニズムを説明する。

５０ｗｔ％Ｃｕおよび５０ｗｔ％Ｆｅの組成の銅鉄合金
と例１と同じ工程で鋳造インゴットにし、鍛造して８０
ｍｍφの鍛造インゴットを作った。この鍛造インボッ１
−を熱間ロール圧延して直径２０ＩＩＩＩＩφの線材と
した。この線材に１回の加工率（減面率）４５％以下の
冷間加工（冷間線引き）と焼鈍（アルゴン雰囲気中で８
５０℃前後、４０分〜２時間の熱処理）とを繰り返して
施こして、直径１０．０＋ｍｍφの線材とした（例えば
、冷間線引き加工は２０φ→１５φ→１２φ→１０φ＃
と３回であった）。そして、この焼鈍した線材を加工率
（減面率）９１％で１回の冷間線引きにて直径３．０ｍ
ｍφの線材とした。この９１％減面した銅鉄合金線の線
引き方向に平行な断面での組織を第４図のＷ４微鏡写真
（６００倍）に示す、第４図および前述の第３図、さら
に本発明者らの経験から、鉄粒子を伸延した繊維状鉄相
は、加工率が４５％以下であればほとんど切断されず、
加工率が大きくなる程切断箇所が増えることがわかった
。加工率５５％以上のときには、繊維状鉄相が不規則に
切断されはじめ、加工率を７０％以上にすればかなり頻
繁に切断され、９０％以上にすれば、第４図に示すよう
に、切断箇所は顕著に多くなる。本発明者らは、所定サ
イズの線材とする最後の冷間線引きでの加工率（減面率
）を９０％以上にし、そこに至るまでの冷間線引きの加
工率を５５％以下、好ましくは、４５％以下にして冷間
加工するのが、各繊維状鉄相を微Ｉｆ（多数に切断）す
るのに適していることを見出した。

本発明に係る銅鉄合金での繊維状鉄相は、第４図の写真
に特に太い繊維状鉄相がないことがら繊維状鉄相の断面
は縦横比が大きくない矩形ないし円形に近いものである
と判断できる。多くの繊維状鉄相は１μｍ径よりもかな
り小さく、１２０　ｍｍ穴のインゴットから３■φ線材
への減面で鉄粒子も著しく小さいものとなりかつその長
さが切断されているので、鉄の単磁区粒子がある程度形
成されている。繊維状鉄相の平径的な直径を計算で求め
ると、例えば、銅と鉄とは比重がほぼ同じであるので鋼
鉄合金線材中に占める鉄相の面積は半分（１／２）とす
る。３ｎｕａφ線材断面積中の繊維状鉄相の面積は１／
２であるから、 （３／２）２π÷２　＝７．０７ｍｍ２＝７．０７Ｘ１
０’μｎ＋２となる。

この面積をインゴット中の鉄粒子数で割って、１本の平
均繊維状鉄相の面積は、７．０７ｘ　１０’μ消２÷１
４．４５ｘ　１０’個＝０．４８９μｍ２となり、故に
、その直径は０．７９μｍ自となる。製造過程で鍛造に
よる鉄粒子の微分割がなされるので、この計算直径より
ももっと小さくなるはずである。

なお、冷間線引きを加工率９７％以上で行なうと線材が
破断することがあり、破断しない程度で９５％程度の加
工率が望ましい。

例２での第４図の線材製品を作ったと同じ工程で、５０
ｗｔ％Ｃｕおよび５０−ｔ％Ｆｅの溶湯にチタン（Ｔｉ
）を０．００３　ｗｔ％添加した試料から銅鉄合金線材
を製造した。この線材の組織を第５図の盟微鏡写真（６
００倍）に示す。第５図および第４図かられかるように
チタンの微量添加によって１ｊ１維状鉄相がより細かく
かつより均等に切断することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、４Ｃ）ｕｔ％Ｃｕおよび６０ｗｔ％Ｆ
ｅの銅鉄合金線材で従来よりリード・スイッチに使用さ
れているニブコロイ（１２％Ｆｅ−３％Ｎｂ−Ｃｏ）よ
りも磁気特性が良くかつコバルトを使用しないのでコス
トも安い、要するに、特別な原料を用いることなく、入
手容易で安価な銅および鉄から製造して、半硬質磁性材
料として良好な特性を有するものが提供できる。そして
、本発明者らは本発明に係る鉄の単磁区粒子を含む半硬
質磁性銅鉄合金の商業的生産を可能にした。

【図面の簡単な説明】

第１図は、５０＋ｕｔ％Ｃｕおよび５０ｗｔ％Ｆｅの銅
鉄合金の鋳造組織の盟微鏡写真であり、第２図は、第１
図の銅鉄合金の鍛造組織の顕微鏡写真であり、 第３図は、加工率が５５％以下で冷間線引きされた銅鉄
合金線材の組織の顕微鏡写真であり、第４図は、最終加
工率が９１％で冷間線引きされた銅鉄合金線材の組織の
顕微鏡写真である。 第５図は、最終加工率が９１％で冷間線引きされたチタ
ン添加銅鉄合金線材の組織の顕微鏡写真であり、 第６図は、最終線引き加工率９５％である２０ｗｔ％Ｃ
ｕおよび８０ｗＬ％Ｆｅの銅鉄合金線材（０，６ＩＩＩ
ｌφ）のヒステリシス曲線である。 、　　　　　　　　２ｔ５　１　　図　（Ｘ１５０ン第
２図（Ｘ６００） 第４図（Ｘ６００） 第５図（Ｘ６００）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、銅の基地中に平行に多数の繊維状鉄相が各々独立し
   て存在し、前記各繊維状鉄相はその断面で１μｍ径以下
   でありかつ微断されてほぼ単磁区化されていることを特
   徴とする半硬質磁性銅鉄合金。 ２、銅が２０〜７０ｗｔ％であり、残部が鉄および不可
   避的不純物であることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の半硬質磁性銅鉄合金。 ３、２０〜７０ｗｔ％の銅を含み、０．００１〜０．０
   ０５ｗｔ％のジルコニウム、０．０１〜０．０２ｗｔ％
   のマグネシウムおよび０．０１〜０．００４ｗｔ％のチ
   タンの少なくとも一種を含み、残部が鉄および不可避的
   不純物であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の半硬質磁性銅鉄合金。 ４、銅鉄合金をインゴットに鋳造し、該インゴットを鍛
   造してインゴット中の鉄粒子を微分断し、該鍛造物を熱
   間圧延し、該圧延物を加工率５５％以下の冷間線引き加
   工の繰り返しで伸線し、各冷間線引き加工後に非酸化性
   雰囲気中で焼鈍し、製品線材サイズとする最終冷間加工
   を加工率９０％以上の冷間線引き加工で行なう工程を含
   んでなることを特徴とする半硬質磁性銅鉄合金の製造方
   法。