JPS60114558A

JPS60114558A - 時効硬化性チタニウム銅合金展伸材の製造法

Info

Publication number: JPS60114558A
Application number: JP58220139A
Authority: JP
Inventors: Kazutake Ikushima; 生嶋　一丈; Yoshio Ito; 義夫伊藤; Toshiaki Ishihara; 敏明石原
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1983-11-22
Filing date: 1983-11-22
Publication date: 1985-06-21
Also published as: JPS6257704B2; US4566915A

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】本発明は、時効硬化性チタニウム銅合金展伸月の製造法
に係り、特に微細且つ均一な結晶組織よりなる、材料特
性に優れ且つそのバラツギの少ない時効硬化性のチタニ
ウム銅合金展伸材料を製造する方法に関するものである
。

時効硬化性のチタニウム銅合金展伸材料は、従来より、
その優れた機械強度、導電性等の特徴を利用して、薄板
の導電バネ材として多用されているが、その製造工程で
は、溶解、鋳造、熱間加工の後、焼鈍と冷間加工を交互
に繰り返して所定の形状に加工した上で、最終溶体化処
理を行ない、その後、質別に応じて更に冷間加工を施し
、そして時効硬化処理を行なっているのである。

而して、このような工程を経由して製造されるチタニウ
ム銅合金展伸材にあっては、その製造工程で採用される
焼鈍及び最終溶体化処理において、一般に、８００〜９
００℃の温度範囲において再結晶軟化せしめ、また溶体
化することが行なわれているが、この温度範囲では結晶
粒の成長が著しく大きく、それ故最終製品での平均結晶
粒は、例外なく４０μＨ１以上となり、甚しい場合には
１００μｍにも達することがある。

すなわち、時効硬化性チタニウム銅合金材料は、他の銅
合金系導電バネ材、例えば時効硬化性ベリリウム銅合金
材料と比較して、実用的な再結晶軟化温度において、該
時効硬化性ベリリウム銅合金材料が７２０〜８００℃で
あるのに対し、８００〜９００℃と高く、その結果、製
造工程中の焼鈍、最終溶体化等の熱処理により、その結
晶粒が著しく成長するという大きな欠点を有しているの
である。

そして、言うまでもな（、このようなチタニウム銅合金
材料の金属組織におい′ζ生じる結晶粒の粗大化は、成
形性、バネ寿命、伸び、耐力等の４４料特性に恕影習を
及ぼすと共に、それらの特性のバラツキの大きな要因と
なっていたのである。しかしながら、このような問題を
解決することは、チタニウム銅合金材料の製造工程にお
いて極めて難しいこととされ、未だその有効な対策は見
い出されていないのである。

本発明は、かかる事情に鑑みて為されたものであって、
その主たる目的とするところは、成形性、バネ寿命、伸
び、耐力等の月料特性に優れた時効硬化性チタニウム鋼
合金展伸材の製造法を提供することにある。

また、本発明の他の目的とするところは、焼鈍、最終溶
体化処理時における結晶粒の粗大化を防止することによ
り、材料特性が著しく改善された、微細均一・結晶より
なる時効硬化性チタニウム鋼合金材料の製造方法を提供
することにある。

そして、このような本発明の目的を達成するために、本
発明にあっては、時効硬化性チタニウム銅合金展伸材の
製造工程において、所定の加工が施されたチタニウム銅
合金材料に対して、焼鈍温度が固溶限以下で且つ再結晶
温度以下の焼鈍処理を行ない、第二相を母相中に微細且
つ均一に分散析出せしめ、しかる後、冷間加工するが或
いは冷間加工することすく、母相中に析出した第二相が
完全に固溶した直後か若しくはそれ以前に溶体化処理が
終了するように最終溶体化処理を施すことにより、結晶
粒の粗大化を阻止し、微細結晶組織とするようにしたこ
とにある。

なお、かかる本発明においては、銅チタニウム（Ｃｕ−
Ｔｉ）系二元状態図におけるα相を母相と称し、また金
属間化合物であるＣｕ３Ｔｉ析出物を第二相と称し、更
には（α→−Ｃｕ３Ｔｉ）相とα相との境界を固溶限と
称することとする。因みに、第１図には、そのような銅
チタニウム系二元状態図が示されているが、そこにおい
て、曲線：Ａがかかる（α十Ｃｕ３Ｔｉ）相とα相との
境界を示し、これが固溶限を示す曲線となるものである
。

また、かかる本発明において、目的とする展伸材を与え
る時効硬化性チタニウム銅（Ｃｕ−Ｔｉ）合金材料は、
一般に、重量で２〜６％、好ましくは３〜５％のチタニ
ウム（Ｔｉ）を含み、残部が主として銅（Ｃｕ）である
銅基合金からなるものであって、チタニウムの含有量が
２％未満では時効硬化の効果は殆どなく、また６％を超
えるようになると、チタニウムの含有量に見合った１効
硬化量が得られないのである。なお、２〜６％のチタニ
ウムと共に、他の合金成分を銅に添加した公知の合金も
用いることが出来る。例えば、Ｆｅ。

Ｚｒ、Ｃｒ、Ｂ、Ｓｉ等を添加した公知の銅合金につい
ても適用可能である。

そして、そのような合金組成のチタニウム銅合金は、従
来からのＣｕ−Ｔｉ合会合材料製造手法に従って、熔解
、鋳造され、そして得られた鋳塊に従来と同様な熱間鍛
造や熱間圧延等の熱間加工が施され、また必要に応じて
、この熱間加工材料に対して、更に冷間圧延等の冷間加
工が施されて、所定形状のチタニウム銅合金材料が形成
されることとなる。

本発明は、まず、このような所定の加工が施されたチタ
ニウム銅合金材料に対して、前述の如く、焼鈍温度が固
溶限以下で且つ再結晶温度以下の焼鈍処理、所謂中間焼
鈍処理を行なうようにしたものである。すなわち、この
本発明に従う中間焼鈍処理は、従来の焼鈍処理とは異な
り、低温で行なうものであって、これにより第二相（Ｃ
ｕ３Ｔｉ析出物）を母相（α相）中に微細且つ均一に分
散析出せしめるようにするのである。

なお、この本発明に従う焼鈍処理における焼鈍条件に関
して、固溶限以下で且つ再結晶温度以下の焼鈍温度を採
用するように規定したのは、かがる第二相を、母相中に
析出せしめ、微細且つ均一に分散した状態とするためで
ある。けだし、焼鈍温度が固溶限を超えると、第二相は
母相中に析出せず、また固溶限以下であっても、再結晶
温度を超えると、（ａ）母相の結晶粒の成長が始まり、
（ｂ）母相中に析出する第二相が粗くなり且つ析出量も
減少するところから、第二相が微細、均一に分散した状
態が得られなくなるからである。

また、かかる本発明に従う焼鈍処理によって、第二相を
母相中に微細且つ均一に分散析出せしめることとしたの
は、母相中に微細、均一に分散ＩＪ１゜出させた第二相
が、後の最終溶体化処理時において、母相の結晶粒の粗
大化を防ぐ作用効果を持つためであり、これに対して、
第二相が母相中に微細、均一に分散していない状態で最
終溶体化処理を行なうと、母相の結晶粒が不均一となり
、またその粗大化が惹起されるのである。なお、このよ
うに母相中に微細、均一に分散せしめられた第二相は、
一般に５μｍ程度以下の粒子径を有するものである。

なお、このような焼鈍処理において、チタニウム銅合金
材料を固溶限以下で且つ再結晶温度以下の焼鈍温度に保
持し、第二相を母相中に微細且つ均一に分散析出させる
ための具体的条件たる温度及び時間としては、材料のチ
タニウムの含有量や加工履歴等によって種々異なり、−
ｉ的に規定することは困難であるが、一般に、かかるチ
タニウム銅合金材料を５００℃〜７００℃の温度に１時
間〜２０時間保持する条件が好適に採用されることとな
る。

次いで、このような焼鈍処理が施されたチタニウム銅合
金材料には、更に冷間加工が施されるか或いはそのよう
な冷間加工が施されることなく、最終溶体化処理が施さ
れることとなるが、その際、該銅合金材料中の第二相は
、その析出状態が微細且つ均一に母相中に分散した状態
であるところから、溶体化処理のための昇温時に母相の
結晶粒が不均一に粗大化することが効果的に防止せしめ
られると共に、溶体化温度（固溶限以下且つ再結晶温度
以上の温度）領域にて、迅速且つ均一にｉｖ：相中に固
溶するようになり、そのため溶体化温度での保持時間は
、従来の時効硬化性チタニウム銅合金材料の製造工程に
おける溶体化処理に比べて極めて短時間でよく、従って
第二相を母相に充分に固溶させζも、結晶粒は粗大化が
起こり邦＜、その結果、金属組織が微細結晶組織である
銅合金４１料が容易且つ有利に得られるのである。

なお、ここで、最終溶体化処理条件を、母相中に析出し
た第二相が完全に固溶した直後か又はそれ以前に溶体化
処理を終了することとしたのは、前述の如く、前段の焼
鈍操作によって第二相が母相中に微細且つ均一に析出し
ているところから、そのような母相中の析出相（第二相
析出粒子）が残存している間は、溶体化時における結晶
粒の粗。

大化は起こり難いが、かかる第二相が完全に母相に固溶
した後においても高温の溶体化温度で保１．＋１を続り
ると、母相結晶粒は著しい粗大化挙動を示し、微細結晶
組織とすることが出来ないからである。

このように、本発明に従う最終溶体化処理は、固溶限以
上且つ再結晶温度以上の溶体化温度において所定時間保
持され、以て微細結晶組織をイｆずるチタニウム銅合金
材料（展伸材）が形成されることとなるが、そのよやな
最終溶体化処理の終了時期としては、上述のように、母
相中に析出した第二相が完全に固溶した直後か、又はそ
れ以前の適当な時期が適宜に選択されることとなる。り
だし、この溶体化処理における保持時間、換言すれば溶
体化時間は、チタニウム銅合金材料の組成、板厚、大き
さ、第二相の大きさ、加工の有無等によって変化するも
のであり、一般には、母相の平均結晶粒径が２５μｍ、
好ましくは１５μｍの大きさに成長するまでの時間内に
おいて適宜に決定されることとなる。従って、本発明に
あっζは、そのような溶体化処理時間を一義的に決める
ことは困難である。尤も、本発明が、特に薄板状のチタ
ニウム鋼合金展伸材に対して適用される場合においては
、３分以内の溶体化処理時間が好適に採用されるもので
あるが、勿論、３分を超える溶体化処理時間も採用され
ることがある。例えば、チタニウム銅合金展伸材の板厚
が厚い等の場合にあっては、３０分〜１時間の溶体化処
理が必要となる場合もあるのである。

そして、このようにして、本発明に従って最終溶体化処
理され、微細結晶組織を有する材料とされたチタニウム
銅合金材料には、常法に従って、質別に応じて冷間圧延
等の加工が施された後、通常の時効硬化処理が施されて
、目的とする最終製品とされることとなるのである。

本発明は、以上の説明から明らかなように、所定の熱間
加工、冷間加工等の加工が施されたチタニウム銅合金材
料に対して、前処理として、固溶限以下で且つ再結晶以
下の焼鈍温度にてその保持を行なう焼鈍処理と、その後
の結晶粒の粗大化が起こる前に溶体化を終了せしめる液
絡溶体化処理とを組み合わせて、実施するものであり、
これによって微細且つ均一な組織よりなる時効硬化性チ
タニウム銅合金材料（展伸材）が有利に取得され得るこ
ととなったのである。そして、かかる本発明に従って得
られたチタニウム銅合金材料は、微細結晶組織よりなる
ところから、成形性、バネ寿命、伸び、耐力の向上と共
に、圧延方向とそれに直角な方向における材料特性のバ
ラツキが著しく小さい等の優れた特徴を有する、極めて
信頼性の高い材料となったのである。

以下、本発明を更に具体的に明らかにするために、本発
明の実施例を幾つか示すが、本発明が、かかる実施例の
記載によって同等制限的に解釈されるものではないこと
、言うまでもないところである。

実施例　１重量で４，０％のＴ　ｉを含有し、残部がＣｕ及び不可
避的不純物の組成を有する時効硬化性チタニウム銅合金
を、常法に従って、溶解、鋳造し、そして得られた鋳塊
を熱間鍛造、熱間圧延することにより、板厚：１．２鰭
の板材を得た。次いで、この板材を８００℃の温度にて
１０分間保持した後、水冷し、史に続いて冷間圧延を行
なって、板厚が０．５龍の冷間圧延月を得た。そして、
この冷間圧延延材に対して、下記試料隘１〜８に示され
る各種の熱処理（中間焼鈍、最終溶体化処理）等を加え
た。

ａ）　試　料　Ｎｃｌ（本発明）まず、上記で得られた板厚０．５　＋ａｍの冷間圧延材
に対して、６５０℃の温度で８時間の保持（中間焼鈍）
を行ない、第二相を微細、均一に分散析出させた組織と
し、次いでこの４Ａ料を８３０℃の温度にて５秒間保持
した後、水冷する（最終溶体化処理）ことにより、第二
相が充分に固溶し且っ母相の平均結晶粒径が１０μｍで
ある、均一な組織よりなる板材を得た。

ｂ）　試　料　１１ｈ２（本発明）上記ノ板厚が０．５　ｍ重の冷間圧延材に対して、６５
０℃の温度にて８時間の保持を行ない（中間焼鈍）、次
いで８３０℃の温度にて３秒間の保持を行なった後、水
冷する（最終溶体化処理）ことにより、少量の第二相が
均一に分散し且つ母相の平均結晶粒径が６μｍｎの金属
組織よりなる板材を得た。

Ｃ）　試　料　Ｎ１１３　（比較例）一方、比較のためて、上記の板１！７０．５　ａｍの冷
間圧延材に対して、６５０℃にて８時間の保持を行なう
中間焼鈍処理を施した後、次に８３０℃にて３分間の保
持を行なった後、水冷すると、得られた材料における母
相の平均結晶粒径は４０μｍとなった。

ｄ）　試　料　Ｎａ４（従来法）さらに、比較のために、従来法として上記の板厚Ｑ、　
５　鶴の冷間圧延材に対して、６５０°Ｃにおける熱処
理を行なうことなく、直ちに８３０℃の温度にて保持す
る最終溶体化処理を行−なった場合、第二相が母相中に
均質に且つ充分に固溶するまでに３分の保肴時間が必要
であった。また、このような３分の溶体化処理を施した
後、水冷した材料にあっては、母相の平均結晶粒径は４
０μｍであった。

ｅ）　試　料　階５（比較例）また、比較のために、上記の板厚０．５　＋ｕの冷間圧
延材を、６５０℃における熱処理（中間焼鈍処理）を行
なうことなく、８３０℃の温度にて５秒間保持した後、
水冷した場合においては、第二相が不均一に析出、残存
し、且つ母相の結晶粒径も１０〜４０μｒｎの範囲で分
布し、不均一な金属組織の板材となった。

以上の試料Ｎ［Ｌ１〜５の板材に対して、それぞれ板厚
が０．３鰭になるまで冷間圧延を行ない、これをＨ材と
し、次にそのようなＨ４４を４００°Ｃの温度にて２時
間の時効硬化処理を施すことにより、それぞれの試料隘
のＨＴ材を得た。

ｆ）　試　料　Ｎｏ、Ｇ（本発明）上記の板厚０．５鰭の冷間圧延材を、６００℃に１０時
間の保持を行なって焼鈍せしめた後、更に冷間圧延によ
り板厚０．２５　ａｍの板４Ａを形成し、そしてこの板
材に対して８３０℃の温度で３秒間の保持を行なう溶体
化処理を施した後、水冷することにより、第二相が固溶
し且つ母相の平均結晶粒径が８μｍである、均一な金属
結晶組織よりなる板材が得られた。

ｇ）　試　料　Ｎ１１７　（従来法）比較のために、上記の板厚Ｑ、　５　＋ｕの冷間圧延材
を、８００℃に５分の間保持した後水冷ｔ２、次いでそ
れを冷間圧延により、板厚０．２５龍の板材と為し、更
にこの板材を８３０ｔの温度にて最終溶体化処理を行な
った場合、第二相が均質且つ充分に固溶するまでには、
２分の保持時間が必要であることがわがった。

この溶体化処理に２分の保持時間を要したものを水冷し
た場合、平均結晶粒径は４５μｍであった。

ｈ）　試　料　歯８（比較例）また、比較のために、上記の板厚０．５　Ｗの冷間圧延
材に対して、８００　”Ｃの温度で５分間保持した後水
冷した後、この得られた板材を、更に冷間圧延により板
厚が０．２５　ｍｍの板材とした。次いで、この０．２
５　ａｌｌの板材を、８３０℃の温度で３秒間保持した
後水冷した場合には、第二相が不均一に析出、残存し、
且つ母相の結晶粒径も１０〜３０μｍの範囲で不均一な
組織よりなる板材となった。

また、かかる試料隘６〜８の板材に対して、そ、ｔＬソ
れ板厚が０．１５　鴎になるまで冷間圧延を施し、これ
をＨ材とし、次にこのＨ材を４００℃にて２時間の時効
硬化処理を施すことによって、それぞれの試料魚のＨＴ
材を得た。

かくして得られた試料１ｋｌ〜８における■（祠及びＨ
Ｔ材の機械特性の測定を行ない、その結果を第１表及び
第２表に示した。

第１表及び第２表の結果から明らかなように、本発明に
従う製造手法によって、平均結晶粒径がそれぞれ１０μ
ｍ及び８μｍの組織とされた試料隘１及び試料Ｐ＆Ｌ６
の板材は、平均結晶粒径がそれぞれ４０μｍ及び４５μ
ｍの組織となった従来法に従う試料阻４及び試料陽７の
板材に比べて、同等の硬度にも拘わらず、引張強さ、耐
力、伸び、９０°曲げ成形性等の特性において優れた値
を示し、また圧延方向による特性値の差も小さかった。

すなわち、圧延方向（０°）と圧延方向に直角な方向（
９０°）におけるそれぞれの物性値の差は、従来のもの
（試料１１ｋｔ４．　７）に比べて、極めて小さいもの
であった。

また、本発明に従う、少量の第二相が均一に分散した、
平均結晶粒径が６μｍとされた試料隘２の板材にあって
は、試料阻１，６及び試料嵐４゜７に比べて硬度と強度
は劣るが、伸び及び成形性は向上しており、且つ特性の
バラツキ（圧延方向とそれに直角な方向における）も非
常に小さいものであることが認められる。

なお、前処理として６５０℃で２時間の保持を行ない、
次に最終溶体化処理として８３０℃で３分の保持を行な
った後水冷した試料ｔ１ｍ３の板材では、後の最終溶体
化処理工程における保持時間が長過ぎたために、結晶粒
の粗大化が起こり、試料陽２及び７と同様な特性値を示
している。さらに、前処理として、本発明に従う所定の
焼鈍処理を行なわずに、単に８３０℃にて短時間の最終
溶体化処理のみを行なった試料Ｎｏ、　５及び試料隘８
の板材にあっては、溶体化が不充分なために、硬度及び
強度が低く、特性値のバラツキも大きいものであった。

実施例　２重量で２．５％、４．０％又は５．５％のＴｉを含有し
、残部がＣｕ及び不可避的不純物である組成を有する３
種類の時効硬化性チタニウム銅合金に対して、常法に従
って、それぞれｆ８解、鋳造、熱間鍛造、熱間圧延を行
ない、板厚が１．２龍の３種の板材を得た。そして、こ
の３種の板材に対して、それぞれ８００℃にて１ｏ分間
の保持を行なって熱処理を施した後、水冷し、次いで冷
間圧延を行なって、板厚が０．５　ｍの板材を得た。

次いで、これら得られた冷間圧延材りこ対して、焼鈍処
理として４５０℃から７５０　”ｃまでの５０℃間隔の
各温度ニテ、３０分、１時間、２１１．１′間、４時間
、８時間、１６時間、２４時間の保持を行ない、その組
織を調べた。

その結果、各合金からなる冷間圧延月ば、何れも保持温
度が４５０℃では、２４時間の保持をｊＪなっても、第
二相が微細且つ均一に分散析出した組織を得ることは出
来なかった。そして、何れの冷間圧延材にあっても、保
持温度が５００　”Ｃで１６時１■以上、５５０℃で８
時間以上、６００℃で４時間以上、６５０℃２時間以上
、さらにＴｉを４．０％又は５．５％含有する材料にあ
っては、７００℃で１時間以上の保持によって、第二相
が微細且つ均一に分散析出した組織がｆ！ｉられ、また
それら保持時間以内であっても、１時間以上の保持によ
り、均一性ではやや劣るが、微細な析出状態となった。

また、Ｔｉを２．５％含有した材料は、７００℃又は７
５０℃の温度で：Ｔｉを４％又は５．５％含有した材料
も、７５０℃の温度では、保持時間が３０分以上となる
と結晶粒が成長し、且２第二相の析出量も少ない状態と
なった。

上記の各焼鈍を施した各材料に対して、溶体化処理とし
て、Ｔｉを２．５％含むものは８００℃で、４．０％含
むものは８５０℃で、５．５％含有するものは８７０℃
で各々５秒保持した場合、前処理たる焼鈍処理により、
第二相が微細且つ均一に分散析出した組織となったもの
においては、全て溶体化処理後の平均結晶粒径が２０μ
ｍ以下で、均一な組織となり、またやや均一性に劣って
も、第二相が微細な状態で多量に析出した組織となった
ものは、溶体化処理後の平均結晶粒径は、混粒があるが
、２５μｍ以下となった。しかし、上記以外のものでは
、溶体化処理後の平均結晶粒径は全て３０μｍ以上とな
った。また、前記゛の各焼鈍を施した各材料に、板厚０
．５１から０．３龍まで冷間圧延を行なった後、上記と
同様な温度条件下で各３秒間保持し、次いで水冷した場
合においても、上記と全く同様な結果が得られた。

【図面の簡単な説明】

第１図は銅チタニウム系二元状態図を示すグラフである
。出願人　日本碍子株式会社

Claims

【特許請求の範囲】

（１）時効硬化性チタニウム銅合金展伸＋Ａの製造工程
において、所定の加工が施されたチタニウム鋼合金材料
に対して、焼鈍温度が固溶限以下で且つ再結晶温度以下
の焼鈍処理を行ない、第二相を母相中に微細且つ均一に
分１１に析出せしめ、しかる後、冷間加工するが或いは
冷間加工することなく、母相中に析出した第二相が完全
に固溶した直後か若しく　Ｃａｔそれ以前に溶体化処理
が終了するように最終溶体化処理を施すことにより、結
晶粒の粗大化を阻止し、微細結晶組織とすることを特徴
とする時効硬化性チタニウム銅合金展伸材の製造法。
（２）前記ａｔ鈍処理が、前記チタニウム鋼合金材料を
５００〜７００℃の温度で１〜２０時間保持することに
より行なわれる特許請求の範囲第１項記載の製造法。
（３）前記最終溶体化処理が、前記母相の平均結晶粒径
が２５μを超えない溶体化処理条件下において行なわれ
る特許請求の範囲第１項又は第２項記載の製造法。
（４）前記最終溶体化処理が、溶体化温度での保持時間
を３分以内とする条件下において行なわれる特許請求の
範囲第１項乃至第３項の何れかに記載の製造法。
（５）　前記チタニウム銅合金材料が、重量で２〜６２
のチタニウムを含む銅基合金からなる特許請求の範囲第
１項乃至第４項の何れかに記載の製造法。