JPS607024B2 - 銅基合金の製造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 高い機械的強度、優れた応力腐食抵抗および耐食性特に
強アンモニア性雰囲気での耐食性を有する銅基合金を製
造することが強く望まれている。

また、前記の種類の材料が安価でしかも速かに営業規模
に乗って生産されることが望まれている。この種の材料
が得られれば、有機性電気絶縁材の分解中に発生する強
烈なアンモニア雰囲気における応力腐食抵抗や、十分な
屈曲性とともにバネ強度級の機械的性質が要求されるよ
うな、例えば電気懐点ばねに対する最近の応用により要
求される厳しい要求を満足する。従って、本発明の主な
目的は、改良された機械的性質を有する銅基合金展伸材
１こ対する便利かつ低価格な製造方法を提供することで
ある。

本発明の特殊な目的は、高い強度や曲げ延性に対する好
適な強度特性とともに、強アンモニア性雰囲気における
優れた応力腐食抵抗を備えた銅基合金展伸材を得る前記
の製法を提供することである。

本発明の別な目的や利点は、以下に記載される。

本発明によると、上記の目的が達成され、また改良され
た銅基合金が得られることが、判っている。本発明の製
造方法は、１．０％乃至４．５％の珪素と１．０％乃至
５．０％の錫と珪素と錫の合計量が３．５％以上で残部
が銅を含有した銅系合金を提供し、６５０００以上で合
金の固相線温度を下廻ること少くとも５０００を上限と
する温度を出発温度として、終了温度を４００℃以上と
してこの合金を熱間圧延する工程と、２００ｏ０以下の
温度でこの合金を冷間圧延する工程と、１硯砂間から２
４時間にわたり「 ２５０℃から８５０Ｃ０の間で焼鈍
する工程が含まれている。勿論、特に好適な特性を得る
ために、本発明の範囲内において種々の変更した工程が
考えられる。上記の製造方法で、上記のような極めて望
ましい性質を有する銅基合金が安価にしかも容易に得ら
れた。

上述のように、本発明によって製造される銅基合金は、
１．０％乃至４．５％の珪素と、１．０％乃至５．０％
の錫を含む。

珪素と錫の合計含有量は、十分な応力腐食抵抗やその他
の望ましい機械的な性質を得るためには、最小３．５％
とすべきである。本発明の合金を基本とし、このように
して得られる銅基合金は、さらに好適な性質を備えるた
めには、本発明の範囲外ではあるが若干の添加物を含有
させることもできる。この種の第１の群の添加物として
上記の銅基合金に含まれる好適なものは、０．０１％乃
至２．０％の鉄と、０．０１％乃至２．０％のコバルト
とまたはこれらの混合物であって、鉄とコバルトの最大
合計量が３．０％である。次に、第２群の添加物として
上記の銅基合金に含まれる好ましいものは、次のものと
その混合物から選ばれる。即ち０．０１％から５．０％
のニッケル、０．０１％から５．０％のマンガン、０．
０１％から５．０％のチタン「０．０１％から５．０％
のジルコニウム、００１％から５．０％のハフニウム、
０．０１％から２．０％のクローム、０．０１％から３
．０％のベリリウム、０．０１％から５．０％のバナジ
ウムおよび０．０１％から２．０％のマグネシウムであ
る。前記の第１及び第２群の添加物の合計含有量は１０
．０％以下とすべきである。勿論、この第１群の添加物
は、第２群の添加物とは無関係に合金内にあってもよく
、また第２群の添加物が第１群の添加物と無関係に合金
内にあってもよいのであるから、この合金は第２群の添
加物を除いて第１群の添加物を含んでもよく、または第
１群の添加物を除いて第２群の添加物を含んでいてもよ
く、または好ましくはこれらの両添加物が一緒に含まれ
ていてもよい。それ故、もし第２群の添加物が合金内に
存在して、第１群の添加物が存在しないならば、第２群
の添加物の全含有量を１０％以下にすべきである。本発
明の方法により、珪素と錫の成分は固溶体強化を最高に
し、また加工硬化を高めるが、この珪素の含有量は所望
の応力腐食抵抗にとり重要である。

上記の第１群と第２群の添加物は、一層改良された物理
的性質を得るために好適である。これらの材料は、一般
に分散した、即ち析出した第２相を形成する。これらの
相の組議は製造工程中に制御されて分散強化と紬粒化お
よび（または）特に時効処理中での析出硬化を得るため
に制御される。前記の改良元素の他に、それぞれが０．
０１％乃至３．０％の枇素、アンチモン、アルミニウム
及び亜鉛から選ばれた第３群の添加物の一つ又はその混
合物を利用するのが好ましい。上記の第３群の添加物の
最大合計含有量を、５．０％以下となすべきである。ア
ルミニウム添加物は、ニッケルまたはマンガン成分と縫
合せるのが望ましい。勿論、第３群の添加物は、第１群
または第２群の添加物と無関係に、または第１または第
２群の添加物の何れかと組合せて、または第１と第２の
両群の添加物と組合せるのも好ましい。このように本発
明合金を基本としこれに第１ないし第３の群の添加元素
の少くとも一種を含む合金を参考合金と呼ぶ。本発明に
より製造される合金は、任意の適当な方法により鋳造し
てもよい。一層均質な鋳造組織や良質の榛材を得るには
、直接チル法か連続鋳造法が好適である。鋳造後、合金
は少なくとも１５分間、６００ｑｏと特定の合金の固相
線温度との中間の温度で加熱されるのが好ましい。

その後、合金は、６５０００を超え、上限が当該合金の
固相線温度より５０ｏｏ下までの範囲の開始温度で熱間
圧延を行う。熱間圧延の仕上温度は４００００を超える
温度である。特定の合金の実際の固相線温度は、珪素と
錫の含有量および任意の添加物の含有量と性質とに依存
する。熱間圧延の圧下量は臨界的なものでなく、最終の
所要寸法（以下単にゲージ又はゲージ寸法と称する）の
要求による。熱間圧延後、参考合金の組成に第１、第２
および第３群の添加物が含まれる場合に、固熔体中に残
る前記添加物の量を最大にするため、該合金を急冷する
のが好ましい。

このことは、特に第２群添加物に関して好ましく、その
理由は最適な性質を得るための次の工程により第２群の
添加物が園溶体からほとんど析出するからである。次の
工程は、合金のマトリクス中に均一に析出した前記第２
群の添加物が微細な分散相となるための熱処理工程を含
む。この微細分散は、望ましい粒径、機械的性質および
特に応力弛緩を得るのに重要である。本発明の合金の粒
度は、約０．０６仇駁以下である。合金中に第１群の添
加物が含まれていれば「約０．０１０柳以下である。そ
の後で、談合金を２００℃以下の温度で冷間圧延し、中
間焼鎚はしたり、またはしなかったりする。焼錨は、２
５０００から８５０ｑｏで１町砂間乃至２卵時間の保持
時間でストリップ方式、またはバッチ方式を用いて実施
される。材料の最終状態は、所望の性質により加工硬化
圧延帯板、か熱処理帯板のどちらでもよい。複数回の冷
間圧延および焼鈍サイクルを用いてよいことは勿論であ
る。本発明の合金をさらに改良した参考中に前記の第２
群の添加物が含まれているならば、中間暁鎚工程は帯板
焼鈍であるべきで、前記の第２添加物が所望だけ長く固
体溶中に残留することができるように糠鈍後の急冷を含
むべきである。

こ）で処理された参考合金に第２群の添加物が含まれて
いるときには、第２群の添加物を園熔体から溶出させ、
合金のマトリックス全体にわたって分散された微細、か
つ一様な析出をさせるために、工程のサイクル中に１５
分間乃至２４時間にわたり２５０こ０から６００ｏｏま
での温度おける焼鈍工程を含まなければならない。それ
故、最適の性質は、本発明を改良した参考合金が展伸状
態におかれ、かつマトリックス全体にわたり分散された
前記第２群の添加物の微細で一様な析出によって特徴ず
けられるときに得られる。言うまでもなく、この暁鈍工
程は冷間圧延−暁鈍という工程、即ち処理サイクルにお
ける最後の熱処理において実施することができる。第２
群の添加物を析出させる焼鈍工程が、冷間圧延−焼錨の
工程の一部として遂行される場合には、後の焼鈍工程は
、析出温度かまたはそれ以下で、即ち２５０ｏｏから６
００００で１５分から２４時間の間、および採用される
析出温度より高くない温度でのバッチ式焼金屯でなけれ
ばならない。勿論、析出焼鈍工程に先立つ焼錨工程は、
上述のように１０砂間から２独特間にわたり２５０午○
から８５０℃の温度で行われる。工程サイクルは、第２
群の添加物が特定の合金中に含まれていてもいなくても
、中間暁錨または最終焼錨工程としての熱処理工程を含
んでいる。

工程サイクル中におけるこの熱処理工程は、好適な添加
物がある場合、またはない場合にも延伸性に対する強度
の関係を改良するために必要である。上述のように、こ
の熱処理工程は、少なくとも１硯砂間にわたって２５０
午Ｃから８５０ｑｏの温度範囲にある。本発明の工程に
より、結果として生じる材料は、ばねのような所望の任
意の部品に形成される。

より大きい応力弛緩特性を提供するため、成形済部品に
熱処理工程を実施するのが好ましい場合がある。この熱
処理工程は、１８分間乃至８時間の間、１５０ｏｏから
４００ｑ０の温度において実施されるべきである。前記
において、成分の全てのパーセンテージは、重量パーセ
ントである。

本発明の工程は、下記の実施例を検討すれば、なお一層
明瞭となる。

第１例 珪素が３％、錫が２．５％、鉄が１．５％と残部が銅か
らなる本発明を基礎とする参考合金のは、水冷された銅
製底部を有する鋼鋳型内で１２００００から鋳造された
。

４．５４ｋ９（１０ポンド）の銭塊が、２時間の間、７
５０００で灼熱され、直ぐに４００００以上の熱間圧蓮
仕上温度で９．５２５側（０．３７５″）まで熱間圧延
され、続いて２００００以下の温度で２．５４柳（０．
１００″）まで冷間圧延された。

その後、この合金は４５０ｑｏで１時間にわたり競鈍さ
れ、次に以下の種々の処理工程にかけられた、これは暁
錨のま）、４０％、６０％及び８０％の冷間圧延を受け
た状態でゲージ寸法がそれぞれ０．５０８肌（０．０２
０″）となる金属板を得るためである。つまりある試料
は０．５０８柳（０．０２０″）のゲージ寸法、即ち８
０％の冷間圧延状態まで、直接に冷間圧延された。また
他のある金属板試料は、ゲージ寸法１．２７側（０．０
５０″）まで伶間圧延され、４５０℃で１時間焼鈍され
、ゲージ寸法０．５０８脚（０．０２０″）則ち、６０
％の袷間圧延金属板に冷間圧延された。ある金属板は、
ゲージ寸法０．８３８２肋（０．０３３″）まで冷間圧
延され、４５０ｏｏで１時間騎鈍され、ゲージ寸法０．
５０８肌（０．０２０″）、即ち４０％の冷間圧延金属
板に袷間圧延された。この４０％冷間圧延金属板のうち
には、４５０００で１時間０．５０８側（０．０２０″
）のゲージ寸法に焼鈍されて、焼鈍状態、即ち圧下率０
％の金属板とされた。これらの状態における引張特性は
、下記の第１表に記録されてある。これらの特性は、比
較合金として市販の高い強度を有する銅系合金Ｂ（ＣＤ
Ａ合金５１０と命名され、４．４％の錫と、０．０７％
の燐と、残部が銅からなる組成の市販合金）および他の
比較合金Ｃ（ＣＤＡ合金６３８として命名され、２．７
％のアルミニウムと、１．７％の珪素と、０．４％のコ
バルトと、残部が銅からなる組成の市販合金）の特性と
対比してある。下記の第１表のデー外ま、本発明により
得られた圧延加工強度の重要利点を示す。

さらに、これらの合金の粒度は、次の通りである。即ち
、参考合金風は０．００５肌、合金■は０．０１仇肋、
そして合金｛Ｃ雌０．００５肋である。参考合金凶と、
市販合金６３８は、何れもマトリックス全体にわたって
一様に分散された粒状相を具えていることを特徴として
いる。参考合金中の粒状相は、アルファ鉄と珪素鉄の混
合物である。第１表 引張特性 合金磨る麗建凌ぎ麓雲霧産早庚伸び率 （努） Ａ ０ ４６ ５９ ２３ Ｂ ０ ２８ ３９ ４６ Ｃ ０ ３６ ５６ ３５ Ａ ４０ ７６ ９１ ２
．０Ｂ ４０ ６８ ６８
５．０Ｃ ４０ ６９ ８４
５．０Ａ ６０ ８８ １０
０ １．２Ｂ ６０ ７５
７７ ２．０Ｃ ６０ ７７
９１ ３．０Ａ ８０ ９１
１０４ １．０Ｂ ８０ ８０
８４ １．０Ｃ ８０ ８２
９５ ２．８第２例０％、４０％、６０％
及び８０％の冷間圧延状態で、第１例におけるように処
理された参考合金■と比鮫合金に｝は、約３２０ｑｏで
１時間にわたり安定化（応力除去）燐鈍が施された。

その後で、安定化された材料の９０ｏ曲げ特性が測定さ
れた。下記の第２表に示す結果のデータは、曲げ特性が
同等の０．２％オフセット降伏強度で容易に比較できる
ように、厚さに対る曲げ半径（Ｒノｔ）対０．２％オフ
セット降伏強度のプロットに基いている。比較のため、
比較合金【Ｂ｝及びＣＤＡ合金６８８（２２．７％の亜
鉛と、３．５％のアルミニウムと、０．３８％のコバル
トと、残部が銅からなる組成を有する合金Ｄ）について
は発表されたデータから求めて、第２表に含まれたもの
である。曲げ特性は、帯板材を圧延方向に対して平行ま
たは垂直の何れの方向へも、き裂を生じることなく曲げ
られる最４・半径を決定する。

長手方向の特性は、圧延方向に直角な軸線（グッドゥェ
ー（雛ｏｄ肌ｙ））に関連し、また横方向の特性は、圧
延方向に平行な軸線（パッドウヱー（ｂａｄｗａｙ））
に関連する。Ｒは、き裂を生じることのない最小半径で
あり、またｔは、帯板の厚さ、即ちゲージ寸法がすべて
０．５０８脚である。参考合金は、比較用としての市販
品のＣＤＡ合金６３８及び６８８よりも優れたグッドウ
ェー曲げ特性と、同じく比較のための市販品のＣＤＡ合
金５１０及び６３８よりも優れたパッドウェー曲げ特性
を提供することは重要である。特に、重要なことは、参
考合金Ａが他の比較合金では得られない強度水準におい
て十分な延性を有することである。第２表 曲げ特性 合金 鍾愛をＫを〃夢老体 長手方向 横方向Ｒ／ｔ
Ｒ／ｔＡ ５６ ０．３
１・１Ｂ ５６ ０．
３ １．５Ｃ ５６
０．７ ２．０Ｄ ５６
０．８ ０．９Ａ ７０
１．３ ３．８Ｂ ７０
１．０ ５．２Ｃ ７
０ １．９ ５．２Ｄ
７０ ２．２ ２．１Ａ
７７ ２．２ ６．６Ｂ
７７ １．８ ９
．０Ｃ ７７ ２．３
１０．０Ｄ ７７ ２．１
３．３Ａ ８４ ２
．２ １４第３例珪素、錫及び鉄（徴量の）を含
んだ本発明の銅基合金ＬとＭは、第１例と同様に、４．
５４ｋｇ（１０ポンド）の銭塊としてチル鋳造された。

これらの合金中には不純物程度の、それぞれ０．０１％
の鉄が存在していた。これらの合金は、第１例のように
処理され、かつ次のような５０％袷間圧延によってゲー
ジ寸法０．７６２肋（０．０３０″）材料を提供した。
即ち、仕上げ温度を４００こ０以上として７５０午Ｃか
らゲージ９．５２５柳（０．３７５″）まで熱間圧延し
、２００ｑ０以下でゲージ寸法３．０４８側（０．１２
０″）まで冷間圧延し、１時間にわたり４５０００で暁
鈍し、２００ｏｏ以下でゲージ寸法１．５２４柳（０．
０６０″）まで冷間圧延し、１時間にわたり４５０００
で焼鈍し、そして２００ｑ○以下で５０％冷間圧延によ
り０．７６２側のゲージ寸法にした。合金は、次のよう
に霧状アンモニア中で応力腐食テストを行った。試験治
具から取外された後のスプリングバックの量を、Ｕ字形
に曲げたサンプルでの露出時間に対し測定された。この
試験において、最も重要な応力腐食パラメー外ま、８０
％のスプリングバック量に対する時間である。このパラ
メータの値が高い程、特定の環境における合金の応力腐
食に対する抵抗力が大である。応力腐食データと横方向
の引張特性は、下記の第３表に示す。比較のため、市販
のＣＤＡ合金５１０（合金Ｂ）と市販のＣＤＡ合金６３
８（合金Ｃ）に対する同様のデータを示す。これらのデ
ータは、本発明により得られる優れた応力腐食抵抗を明
らかに示す。市販のＣＤＡ合金５１０におけるように、
錫だけでは所望の応力腐食抵抗を提供しないことが明ら
かに分る。更にまた、アルミニウムのような８Ｕの要素
と組合せた珪素は、本発明のような優れた応力腐食抵抗
をもたらさない。従って、本発明による珪素と錫の組合
せが、このような卓越した応力腐食抵抗を提供すること
は、極めて驚くべきことである。第３表 応力腐食抵抗 合金 蓬鶴亀実参塾伸び率有る康亥霧 プリンクシツク 山２〆物■瓜２〆微）（多）《対蒔宅第数時間ＬＣｕ−
３．５Ｓｉ− ９３ ３．０ ＞１００８
１．８Ｓｎ−ｏ．ｏ１ ７１Ｆｅ Ｍ 零３５岸隼さる了 ７５ ９４ ４‐７ ＞１００８Ｆ
ｅＣＤＡ５１０ ６５ ７４ ４．０
２０５ＣＤＡ６３８ ７１ ８８ ５．５
２７．５上記の合金は５０％冷間圧延状態
にあるゲージ寸法０．７６２肌（０．０３０′′）にお
いて試験された。

第４例本例において、追加データは、様々な材料の特性
を示す。

参考合金Ａ、比較合金Ｂ、Ｃ及びＤは、前述のものであ
る。本発明の合金Ｆ、Ｇ、日及び参考合金Ｅと１は、以
下の表Ｗ−Ａに示す組成を有する。合金Ａ及び合金Ｅか
ら１は、以下のように、第１及び第２例にならった方法
で処理された。即ち仕上げ温度を４００ｏｏ以上とし、
７５０００からゲージ寸法９．５２５肌（０．３７５″
）まで熱間圧延し、２００午０以下でゲージ寸法３．０
４８側（０．１２０″）まで熱間圧延し、１時間にわた
り４５０００で焼鈍し、２００ｏｏ以下でゲージ寸法１
．０１６側（０．０４０′′）まで６７％の冷間圧延を
行い、１時間にわたり４５０００で糠鈍し、そして２０
０００以下でゲージ寸法０．５０８物（０．０２０″）
まで５０％の冷間圧延を行なった。その結果の引張と曲
げ特性は、以下の表Ｗ−Ｂと表Ｗ−Ｃに示す。比較のた
め、同様のデータを合金Ｂ、Ｃ及びＤに対して示す。Ｗ
−Ａ表組 成合金 珪素孫） 錫 像） コバルト協
鉄 協Ｅ ３．０ ２．５
１．５ −耳 Ｉ．５ ４
一 一Ｇ ２．０ ４
【 一日 ２．０ ３．５
− −１ ２．０ ３
．５ − １．５Ｗ−Ｂ表引張特性冷
間圧 ０．２※の 最大引張 イ申び率合金
降伏強度 強度 下率孫 （＆イ微）（＆ー微）（孫） Ａ ５０ ８４ ９６ １．５Ｂ
５０ ７１ ７２ ３．
０Ｃ ５０ ７４ ８９ ４
．０Ｄ ５０ ８１ ９０
２．０Ｅ ５０ ８４ ９６
１．５Ｆ ５０ ７４ ８０
６．６Ｇ ５０ ７７ ８
６ ２．５日 ５０ ７５ ８
４ ２．０１ ５０ ８４
９３ ２．５Ｗ−Ｃ表曲げ特性合金 溝菱峯絵馬
物校 長手方向 横方向（Ｒ／ｔ）（Ｒ／ｔ） Ａ ７０ １．３
３．８Ｂ ７０ １．０
５．２Ｃ ７０ １．９
５．２Ｄ ７０ ２．２
２．１Ｅ ７０ １．
２ ４．６Ｆ ７０ １
．２ ５．０Ｇ ７０
１．６ ４．７日 ７０
０．８ ３．８１ ７０
１．２ ３．０前掲のデータ
、本発明の合金と参考合金とが同等の袷間圧下率に対し
比較合金ＢとＣよりも高い降伏強度を有することをはっ
きりと示す。

特に、Ｗ一Ｃ表を参照すると、曲げデータは、本発明の
合金と参考合金とが合金Ｂを除く対比の合金よりも比較
し得る降伏強度において長手方向（グッドウェー）の優
れた曲げ特性と、合金Ｄを除く比較合金よりも優れた横
方向（パッドウェー）の曲げ特性とを有することを示す
。本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱する
ことなく、他の形態で、または他の方法によっても実施
することができる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 優れた応力腐食抵抗と、優れた強度と、曲げ延性に
   対する優れた強度とを有する銅基合金の製造法にして、
   主として１．０％乃至４．５％の珪素と、１．０％乃至
   ５．０％の錫と、残部が銅とからなり珪素と錫の合計含
   有量が少なくとも３．５％である銅系合金を用意し；開
   始温度を６５０℃以上であって、上限が合金の固相線温
   度よりも少くとも５０℃低い温度とし、かつ仕上温度を
   ４００℃を超える温度として前記の合金を熱間圧延し；
   前記の合金を２００℃以下の温度で冷間圧延し；２５０
   ℃から８５０℃の温度で１０秒間から２４時間の間にわ
   たり焼鈍する；ことを特徴とする銅基合金の製造法。 ２ 特許請求の範囲第１項の銅基合金の製造法であって
   、前記の冷間圧延と焼鈍工程をさらに少くとも１回だけ
   反復されることを特徴とする銅基合金の製造法。