JPS63310946A - 抵抗溶接電極用銅合金の製造方法 - 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】 利用産業分野 この発明は、電気抵抗溶接用電極に使用する銅合金の製
造方法に係り、高導電率並びに高硬度を有し、かつ結晶
粒が小さく、溶接部の外観損傷や溶接強度の低下を防止
した抵抗溶接電極用銅合金の製造方法に関する。

背景技術 電気抵抗溶接は、被溶接物、すなわち接合する部材の接
触部を通じて通電し、発生する抵抗熱を利用して加熱し
、圧力を加えて溶接を行なうもので、スポット溶接、シ
ーム溶接などの重ね抵抗溶接と、バット溶接、バットシ
ーム溶接等の突合せ抵抗溶接に大別されている。

かかる抵抗溶接には、被溶接物に接触して通電を行なう
とともに、圧力を加える作用をする電極が不可欠であり
、一般に、銅または銅合金材料が使用され、溶接部並び
に用途等に応じて、所要形状に加工された電極が使用さ
れている。

上述の如く、抵抗溶接用の電極は、通電と加圧の機能を
要求されるため、銅合金材料は、導電率の高いこと、耐
摩耗性がすぐれること、すなわち硬度が高いことが要求
されている。

例えば、冷間引抜き銅電極は、廉価で所要硬度を有する
が、使用中軟化し変形が生じ易いため、０．５Ｃｒ−Ｃ
ｕ合金、０．２Ｚｒ−Ｃｕ合金あるいは０．５Ｂｅ−Ｃ
ｕ系合金などが用いられている。

さらに、電極材料の銅合金には、結晶粒が十分に小さい
ことが要求されている。すなわち、結晶粒が大きいと、
使用中に結晶粒界からひび割れやこれによる結晶粒の欠
落を生じたりするため、溶接後の被溶接物表面の外観を
損い、さらには溶接強度低下の原因となることが知られ
ている。

一般に、抵抗溶接電極用Ｂｅ−Ｃｕ−Ｃｏ−Ｎｉ合金は
、溶製された後、例えば、８４０℃に加熱する熱間加工
にて所要径の棒材に加工され、溶体化処理（例えば、９
５０℃Ｘ２ｈ水冷等）のち、時効硬化処理（例えば、４
２５℃×１２ｈ炉冷）を施して製造されている。

かかる製造方法により得られた電極材料は、電気的性質
、機械的性質は満足するが、表面付近の結晶粒のみが非
常に粗大化、例えば数理にも達する程の粗大化現象が発
生することがあった。

このため前記材料は、十分に硬度を上げて使用すること
ができなかったり、歩留りが悪く材料損失の問題があっ
た。

従って、従来の製造方法では、表面部の粗大結晶（径１
皿以上）の出現のため、溶体化温度をできるだけ下げて
行うか、あるいは粗大結晶の生成した領域を切削除去す
る必要があった。

この電極材料表面の結晶粒粗大化の原因は、熱間加工時
に加わった歪が加工中の温度低下により、解放されない
まま残存し、溶体化処理の際に結晶粒粗大化の駆動力と
なるためだと推定できる。

特に、電極材料の表面温度は、工具との接触によって温
度が低下し易いため、この現象が生じやすいと考えられ
る。

発明の目的 この発明は、抵抗溶接に用いられる電極材料表面の結晶
粒粗大化を防止し、高導電率並びに高硬度を有し、かつ
結晶粒が小さく、°溶接部の外観損傷や溶接強度の低下
のない抵抗溶接電極用鋼合金を得る製造方法を目的とし
ている。

発明の概要 この発明は、電極材料表面の結晶粒粗大化を防止できる
製造方法を目的に種々検討した結果、溶製、熱間加工後
、溶体化処理前に所要の冷間加工を施し製造することに
より、結晶粒の粗大化を防止きることを知見しこの発明
を完成した。

すなわち、この発明は、 Ｂｅ　０．２ｗｔ％〜０．８ｗｔ％、Ｃｏ　０．５ｗｔ
％〜１．５ｗｔ％、Ｎｉ　０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％
、Ｍｇ　０．０００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％残部Ｃｕ及
び不可避的不純物を含んだ合金を、６００℃〜１０００
℃で熱間加工を行い、次いで、減面率５％〜５０％の冷
間加工を行い、さらに、９００℃〜１０００℃で３０分
〜５時間の溶体化処理を行なった後、 ３７０℃〜４８０℃で３０分〜２０時間の時効処理を施
し、ロックウェルＣ硬さが２０以上、 導電率が４０％以上でかつ結晶粒の小さな銅合金を得る
ことを特徴とする抵抗溶接電極用銅合金の製造方法であ
る。

発明の構成 この発明において、成分限定した理由は以下のとおりで
ある。

Ｂｅは、時効析出性をもたせるために添加するが、０．
２ｗｔ％未満では、材料の強度が低下し、また、０．８
ｗｔ％を越えると、導電性を低下させるため、０．２ｗ
ｔ％〜０．８ｗｔ％の添加とする。

ＣｏとＮｉは、Ｂｅの固溶限を下げて析出能を増加させ
る目的で添加するが、いずれも０．５ｗｔ％未満では、
材料の強度が低下し、また、１．５ｗｔ％を越えると、
導電性を低下させるため、ＣｏとＮｉは、それぞれ０．
５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％の添加とする。

Ｍｇは、過時効を防止するため添加するが、０．０００
５　ｗｔ％未満では、過時効防止効果なく、また、０．
１ｗｔ％を越える添加では、熱間加工性を損なうため、
０．０００５　ｗｔ％〜０．１ｗｔ％の添加とする。

Ｃｕは、水系電極材料用合金の基体をなし、前記添加元
素の残余とする。

この発明において、製造条件並びに限定理由は以下のと
おりである。

溶製方法及び条件は特に限定しない。

熱間加工工程において、溶製した鋳塊より所要寸法、形
状の素材に製造するが、鍛造等の加工における温度が６
００℃未満では、所要形状となすことができず、また、
１０００℃を越えると、加工時に発生する熱により素材
中に局所的過熱を生じ、結晶粒界部が溶融して熱間加工
が不可能となるため、６００℃〜１０００℃の温度範囲
で行なう必要がある。

この発明の特徴である熱間加工後、溶体化処理前に施す
冷間加工は、減面率で５％未満では、結晶微細化の効果
が得られず、また、５０％を越える冷間加工を施すには
非常に大きなワーク（被加工材）が必要となり実用上採
用できないため、５ｗｔ％〜５０ｗｔ％の冷間加工を行
う必要がある。さらに、好ましくは、１０ｗｔ％〜３０
ｗｔ％の範囲である。

溶体化処理は、９００℃未満では、その後時効処理をし
ても所要の強度が得られず、１０００℃を越える温度で
は、結晶粒が粗大化するため好ましくなく、また、溶体
化効果を得るには、前記温度範囲にて少なくとも３０分
間保持する必要があるが、５時間を越えると結晶粒が粗
大化するため好ま（くなく、かかる９００℃〜１０００
℃ｘ３０分〜５時間の熱処理後、水冷する。また、好ま
しい溶体化処理温度は９２０℃〜９８０℃である。

時効硬化処理は、３７０℃未満では、析出硬化が不十分
で所要の硬度が得られず、４８０℃を越えると、過時効
となり所要の高度が得られない。また、前記温度範囲で
の保持時間が３０分未満であると、析出硬化が不十分で
あり、２０時間を越えるねと過時効となるため、３７０
℃〜４８０℃×３０分〜２０時間の処理とする。

さらに、得られた銅合金のロックウェルＣ硬さを２０以
上、導電率（ＪＩＳ　Ｈ０５０５）を４０％以上に限定
したのは、各下限未満では、抵抗溶接用電極材料として
不適となるためである。

発明の効果 この発明は、上述の如く、熱間加工後、溶体化処理前に
冷間加工を施すことを特徴としている。

しかし、一般には、かかる高温処理前に冷間加工を施す
と、その後の熱処理によって結晶粒の成長速度が著しく
増加するとされているが、この発明の条件にて行なうと
、溶体化処理後の結晶粒は極めて微細で均一となる。

また、冷間加工後、溶体化処理を施すため、冷間加工に
よって加えられた歪等は解放され、さらに時効処理を加
え硬化した後、極めて安定した強度が得られる効果があ
る。

この発明による製造方法では、全く粗大結晶の発生がな
いため、溶体化温度の制約が大きく緩和される利点があ
る。

実施例 実施例１ 下記組成となるよう大気中で溶製し、２５軸皿角鋳塊を
得た。

Ｂｅ　０．４２ｗｔ％、Ｃｏ　１．０３　ｗｔ％、Ｎｉ
　０．９５ｗｔ％、Ｍｇ　０．０２ｗｔ％、残部Ｃｕつ
いで、６００℃〜８５０℃の熱間鍛造にて、６０ｍｍ径
に加工した。

さらに、減面率で２２％の冷間加工を行ない５３ｍｍ径
となした。

８８０〜ｂ 施した後、４２５℃×３時間の時効処理を施した。

得られた各電極材料のロックウェルＣ硬さ、導電率、材
料表面の粗大粒状況を測定、観察し、溶体化処理温度と
ともに第１表に示す。

第１表から明らかな如く、この発明方法による電極材料
は、溶体化温度の上昇とともに電気抵抗は若干高くなり
、すなわち、導電率は低下するが、硬さが上昇して耐摩
耗性の向上が著しいことが分る。

ちなみに、溶体化処理温度１０００℃の電極材料の断面
組織を示すと、第１図に示す如く、冷間加工を施したこ
の発明方法による電極材料の表面近傍には、全く粗大結
晶粒はみられないのに対して、第２図に示す如く、従来
方法による電極材料の断面付近には粗大結晶粒（Ａ）が
多数生成していることが明らかである。

第１表

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明方法による電極材料の断面組織図、第
２図は従来方法による電極材料の断面組織図である。 Ａ・・・粗大結晶粒 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 Ｂｅ０．２ｗｔ％〜０．８ｗｔ％、Ｃｏ０．５ｗｔ％〜
   １．５ｗｔ％、Ｎｉ０．５ｗｔ％〜１．５ｗｔ％、Ｍｇ
   ０．０００５ｗｔ％〜０．１ｗｔ％残部Ｃｕ及び不可避
   的不純物を含んだ合金を、６００℃〜１０００℃で熱間
   加工を行い、 次いで、減面率５％〜５０％の冷間加工を行い、さらに
   、９００℃〜１０００℃で３０分〜５時間の溶体化処理
   を行なった後、 ３７０℃〜４８０℃で３０分〜２０時間の時効処理を施
   し、ロックウエルＣ硬さが２０以上、 導電率が４０％以上でかつ結晶粒の小さな銅合金を得る
   ことを特徴とする抵抗溶接電極用銅合金の製造方法。