JPH02129328A - 快削性スピノーダル銅合金 - 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〕 本発明は被切削性に優れかつ時効硬化性を有し、精密機
械、電子機器部品用材料として好適な快削性スピノーダ
ル銅合金に関する。

〔従来の技術〕

従来のＣｕ−Ｎｉ−５ｎ系のスピノーダル銅合金は、板
材や条材として市場に出されており、その板材や条材は
、スピノーダル合金の全屈的特性すなわち時効硬化性が
利用されて、主にばね用材料として使用されてきた。ば
ねは、例えば、スピノーダル合金の板材をプレス打ち抜
きから曲げ加工、時効処理を行い、最終的に二ヶツル、
錫、はんだ又は金メツキを施して製作する。ところで、
スピノーダル合金とは急冷された過飽和固溶体の分解の
比較的初期段階に溶質原子濃度が周期的に変動する変調
構造を形成する合金であって９時効処理によって硬化す
る性質を有しており、スピノーダル分解型合金といわれ
るものである。

従来のスピノーダル銅合金は、ｐｂを含有したものがな
かったので１時効硬化性という優れた性質を有している
が、機械加工における被削性が悪いため機械加工を必要
とする部品に使用することができず、その用途は狭い範
囲に限られていた。

一方、一般の銅合金を用途面から見ると、大量の銅合金
が精密機械や電子器用部品に使用されており、その機械
加工は自動化され、さらに無人化されるようになってい
る。このために供給される銅合金の棒材の切削加工には
旋盤による外径削り、突っ切りあるいは段付け、ドリル
による穿孔、ターレット旋盤による部分的な平面切削、
自動フライス盤による歯切りと突っ切り等がある。もし
切削加工時に切り屑が分断せずに連続した形状で発生し
た場合には、工具に絡みついて工具を破壊してしまうこ
とがある。また粘りのある材料を切削加工で突っ切りあ
るいは切り落とし時に、パリが出るので後処理としてバ
レル処理をしてパリ取り作業をしなければならない。従
って上記部品に用いられる材料は被切削性の良いものが
当然要求される。なおバレル処理とは樽状の容器にパリ
の出た被切削物を例えば鋼球あるいは木粉と一緒に入れ
、樽を回転させてパリ取りを行う作業をいう。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のように、従来のＣｕ−Ｎｉ−５ｎ系のスピノーダ
ル銅合金は、被削性が悪く５機械加工を必要とする部品
に使用することができず、用途が限定されていた。

本発明の目的は、ｐｂを含有させることにより従来技術
の被削性の問題を解決して、本来の金属的特性である時
効処理により得られる高強度及び高硬度に加えて、被削
性に優れた快削性スピノーダル銅合金を提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は、Ｎｉ：８〜２２重量％、Ｓｎ：３．５〜
６．５重量％、Ｍｎ　：　０．５〜２．５重量％、Ｐｂ
　：　０．３〜１．２重量％、Ｚｎ：０．０１〜２．５
重量％を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物Ｆｅよ
りなる快削性スピノーダル銅合金により達成される。

〔作用〕

本発明の快削性スピノーダル銅合金において、その銅合
金の成分である元素は次のように作用する。

ＮｉはＣｕのマトリックスに溶け、またＳｎと互いに固
溶し、時効処理の初期に変調構造の組織を出現させる。

また含有量が高くなる程、色調は淡黄色から白色となり
、耐食性は向上し、マトリックスの強度や粘性の増加に
寄与する。Ｎｉが８％以下ではＳｎの含有量にもよるが
スピノーダル反応が起きないこともあり時効硬化がまず
期待できない、またＮｉ含有量が低い分だけＣｕ含有量
が多くなると銅合金の粘性が上がるために、被削性が低
下する。Ｎｉが２２％以上になると溶解鋳造、焼鈍、冷
間加工が困難となる。

ＳｎはＣｕのマトリックス中に一部溶け、またＮｉと互
いに固溶し、Ｓｎの含有量が増加するとＣｕ又はＮ１と
反応して金属間化合物を生成する。

Ｃｕ、Ｎｉ固溶体中にある量以上固溶しているＳｎはス
ピノーダル分解に寄与する。またＣｕ中に固溶している
Ｓｎはマトリックスを強化し、耐食性を向上させる。Ｓ
ｎ含有量が３．５％以下ではその銅合金は時効処理によ
り引張り強度、硬度の上昇させることを期待できない。

Ｓｎが６．５％以上ではその銅合金の冷間加工が困難に
なる。

Ｍｎはその銅合金の溶湯中では脱酸剤として作用し、固
体化してからはＣｕ又はＮｉと合金化しマトリックスを
強化する。Ｍｎ含有量が０．５％以下では脱酸作用が十
分でない場合もあり得て、Ｍｎが２．５％以上になると
その銅合金は時効処理の加熱時に酸化によりわずかに黄
色に変色し、変色した部分はメツキをする時除去しなけ
ればならない。

ｐｂはマトリックス中に僅かしか固溶せず、はとんどの
ｐｂは結晶粒界及び粒内に分散し銅合金の被削性を改善
する。ｐｂ含有量が０．３％以下では被削性が改善され
ず、ｐｂが１．２％以上になるとその銅合金の冷間加工
性が悪くなり、また熱間強度が低下する。

Ｚｎは銅合金が溶解中には脱酸、脱ガス作用があり、凝
固の際にはｐｂを均一に銅合金中に分散させる効果があ
るａＺｎ含有量が０．３％以下では上記の分散の効果が
あまりなく、Ｚｎが２．５％以上では時効処理の加熱時
に酸化によりうずく変色し、変色した部分は、メツキを
する時除去しなければならない。

〔実施例〕

以下本発明の実施例について説明する。

第１表には本発明によるスピノーダル銅合金の４つの実
施例を順次参照番号１〜４で示している。

この参照番号は他の表及び図面においても本発明の実施
例を順次示したものである。

これら実施例１〜４はＣｕ−Ｎｉ−８ｎ系スピノ一ダル
銅合金でありｐｂを含有しているのが特徴である。また
第１表にはこれら実施例の被削性を比較するために、従
来例として参照番号５の従来のＣｕ−Ｎｉ−５ｎ系スピ
ノ一ダル銅合金で実質上ｐｂを含まないもの、比較例と
して参照番号６の被削性の標準となる快削黄銅を示して
いる。

実施例の被削性を調べるために被削性試験は次のような
要領で行った。まず、供試材として、実施例の４つの快
削性スピノーダル銅合金及び従来のスピノーダル銅合金
は金型に鋳込んであるいは連続鋳造法によって鋳造し、
冷間加工と軟化焼鈍を繰り返し、溶体化処理として７５
０〜８００℃で約１時間加熱し水冷後直径約８＋ａｍの
棒材に圧延した。快削黄銅は熱間押出しで直径約８１ｆ
ｌｆｆ＋の棒材に加工した。

それから上記の供試材を用いて穿孔テスト及び切屑形状
の比較を行い、各供試材の被削性を試験した。穿孔テス
トにおいては、供試材である直径８ｍ＋＋＋の丸棒を万
力で締め付けて垂直に立て、その供試材の軸直角の上端
面の中心にドリルをあて、そのドリルには１０ｋｇｆの
荷重をかけて穿孔加工し、穿孔深さが１０ｍｍになるま
での穿孔時間を測定した。穿孔深さはインジケータで、
また時間はストップウォッチで測定した。使用したドリ
ルは高速度鋼製で直径３＋ｎ＋ａのツイストドリルであ
り、回転数１７５ＯＲＰＭで穿孔テストを行った。穿孔
加工の回数は１０回とした。

第１図は各供試材の穿孔テストの結果を穿孔時間の最大
値、最小値及び平均値でしめしている。

第２表にはその穿孔テストの結果の詳細を示している。

各供試材に対する穿孔時間をみると、テスト回数ｌｏ回
の平均穿孔時間Ｘは、被削性の基準となる快削黄銅では
８．７秒であり、実施例１〜４の快削性スピノーダル銅
合金では、それぞれ７５．５秒、６７．２秒、１０３．
２秒、１５６．９秒であり、比較例の従来のｐｂ無しス
ピノーダル銅合金では８９６．２秒であった。

この結果、実施例１〜４のｐｂ含有スピノーダル銅合金
は、快削黄銅より１０倍の穿孔時間を要したものの、Ｐ
ｂ無しスピノーダル銅合金より穿孔時間が１７６〜］、
　／　１３に減少しており、被切削性に対するｐｂの効
果が顕著であることを示している２なお、第２表中のＲ
は穿孔時間の最大値と最小値の差を示している。

さらに各供試材の切屑の形状を比較して切屑処理性の良
否を検討した。まず基準の快削黄銅は、切屑が軽く巻い
て楔形となり短く寸断されるので、切屑は穿った孔から
の排出がよくて切屑処理性が良好であった。本実施例１
〜４のＰｂ入りスピノーダル銅合金は前記の快削黄銅と
同じように切屑は軽く巻いて楔形となり、切屑の大きさ
が快削黄銅より少し小さくなるが、切屑は穿った孔から
の排出がよく切屑処理性はやはり良好であった。従来の
Ｐｂ無しスピノーダル銅合金は楔形の切屑の他に連続し
た切屑が発生する。この連続した切屑はドリルにからみ
つくので切屑処理性は不良であった。この結果から、ｐ
ｂはスピノーダル銅合金の切屑処理性を改善することを
示している。

第３表には、上記実施例１〜４の快削性スピノーダル銅
合金及び比較例の従来のスピノーダル銅合金の機械的性
質、すなわち溶体化処理後で時効処理されない場合（時
効処理前）と時効処理された場合（時効処理後）の引張
り強さ、伸びと硬さそれぞれを示している。また参考の
ために快削黄銅の引張り強さ、伸び及び硬さも示した。

実施例の４つの快削性スピノーダル銅合金と従来のスピ
ノーダル銅合金を比較してみると、特に時効処理後にお
いて引張り強さの点では９０〜１００　ｋｇｆ　／　ｍ
ｍ２のレベル、硬さの点ではＨｖ　２６０〜２９０のレ
ベルであり、両者は同等であると言える。換言すれば、
快削性スピノーダル銅合金はスピノーダル合金の特性の
時効硬化性を保持しながら良好な被削性を有している。

第２図は、実施例１の快削性スピノーダル銅合金の直径
４．５１の線素材を溶体化処理した後に最終的に直径２
　、５　ｍｍまで順次冷間で伸線加工した場合、その線
素材の加工率に対する引張り強さ、伸びと硬さがどのよ
うに変化するかを示しており、また各レベルまで冷間加
工された線素材をそれぞれ４００’Ｃ，４１５℃及び４
３０℃で１時間時効硬化処理した場合の加工率に対する
引張り強さ、伸び及び硬さを示している。これらの機械
的性質の変化の傾向は経験的にいって、Ｐｂ無しの従来
のスピノーダル銅合金と同様である。

以上述べたように、Ｃｕ　−Ｎ　ｉ　−Ｓ　ｎ系スピノ
ーダル銅合金にＰｂを含有させることにより、被削性を
格段に改善できるので、Ｐｂ入り快削性スピノーダル銅
合金はその用途が拡大され、精密機械用の軸、軸受け、
歯車に、また電子機器用コネクター、コンタクトプロー
ブ等に使用することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、前記所定範囲のｐｂを含有させること
により、従来のＣｕ−Ｎｉ−３Ｎ系スピノ一ダル鋼合金
と比較して、被削性の向上、すなわち切削加工時間の大
幅な減少及び切屑処理性を著しく向上させることができ
る。従って本発明の快削スピノーダル銅合金は、例えば
精密機械の軸や歯車用にまた電子機器のコネクターやコ
ンタクドブローブ用の材料として好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１〜４、従来例及び比較例の穿
孔テストの結果を示す図、第２図は実施例１の時効処理
前後の機械的性質を示す図である。 １〜４・・・実施例の快削性スピノーダル銅合金、５・
・・従来例のスピノーダル合金、 ６・・・比較例の快削黄銅。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、Ｎｉ：８〜２２重量％、Ｓｎ：３．５〜６．５重量
   ％、Ｍｎ：０．５〜２．５重量％、Ｐｂ：０．３〜１．
   ２重量％、Ｚｎ：０．０１〜２．５重量％を含有し、残
   部がＣｕ及び不可避的不純物よりなる快削性スピノーダ
   ル銅合金。