JPS61235526A - 改良された銅合金 - 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】 本発明は珪素、錫およびクロムを含有する改良された銅
合金に関する。本発明の合金は熱間圧延中の割れ発生に
対する低い感受性、大きい機械的強度、応力腐食及び一
般の腐食に対するすぐれた抵抗、良好な強度対曲げ延性
の特性、特に安定化された条件においての良好な応力緩
和抵抗および好ましく低減された工具摩耗率を有する。

シャピロ（Ｓｈａｐｉｒｏ　）等の有する米国特許第３
゜９２３．５５５号に例示されるように珪素と錫および
１つまたは１つ以上の他の合金元素を含有する銅合金が
知られている。重ｆｆｌ比で０．０１％から２％の範囲
のクロムが、珪素と錫を含有する銅合金に添加すること
のできる多くの可能な添加元素の１つとしてシャピロ等
の前記米国特許に開示されている。シャピロ等の特許は
然しクロムを含む模範的合金を一つも開示していない。

本発明者に対する米国特許第４．１４８．６３３号には
、合金の熱間加工中の端縁部割れ発生に対する抵抗を改
善するためミツシュメタルが添加されている珪素及び錫
を含有する銅合金が記載されている。クロム、マンガン
、鉄およびニッケル如き他の種々の元素も、ミツシュメ
タルの添加によって得られる熱間加工性の向上に影響を
及ぼすことなしに、合金の強度特性を向上させるため添
加することができる。該米国特許にはクロムを含有する
合金の例は記載されておらず、またミツシュメタルを含
有しない合金にクロムを添加することは熱間加工での合
金の割れ発生に対する感受性を低下させることに貢献す
るであろうという認識も見出されない。

米国特許第４．１４８．６３３号の合金はその意図する
目的に対して充分受は入れることができるが、ミツシュ
メタルを銅合金に添加することは好ましくなく、何故な
らばミツシュメタルは高価でありその反応性が非常に高
いからである。クロムが米国特許第４，１４８，６３３
号の合金におけるミツシュメタルと置換され得、しかも
熱間加工における低い割れ発生の感受性を達成し得るこ
とが意外にも発見された。

バセット（Ｂａ５ｓｅｔ　）に対する米国特許第１，８
８１．２５７号、プライス（ｐｒｉｃｅ　）に対する米
国特許第１，９５６．２５１号、デイツ（Ｄｅｉｔｚ　
）等に対する米国特許第２．０６２．４４８号、ワイザ
ー（讐ｅｉｓｅｒ）に対する米国特許第２．２５７゜４
３７号および独乙国特許第７５６，０３５号は、珪素と
錫の添加を含む銅合金に関連した広い範囲の従来の技術
を例示するものである。

バリ９（Ｐａｒｉｋｈ）に対する米国特許第４，１８０
．３９８号には、鉛を合金した真鍮にクロムを添加して
熱間加工特性を改善することと、クロムが機械加工性に
与える悪影響に対抗するためアンチモンとビスマスを添
加することが記載されている。

本発明は特にばねに使用する銅合金に関する。

この合金はこれと比較できる性質を有する合金、例えば
ベリリウム銅と比べてコストが安い。この銅合金はすぐ
れた耐応力腐食性、良好な成形性および室温及び＾温で
のすぐれた耐応力緩和性を有する。

本発明の銅合金は本質的に約１．０％から４．５％の珪
素、約１．０％から５．０％の錫、約０．０１％から０
．４５％のクロム及び本質的に残部の銅からなる。

本発明による好ましい銅合金は本質的に約１．０％から
４．５％の珪素、約１．０％から５％の錫及び約０．１
％から０．１２％のクロムからなる。

好ましい実施例においては、珪素と錫の範囲は珪素的２
．０％から４．０％、錫約１．０％から３．０％で、珪
素と錫の含有量は合計で約６．０％より小さい。

もつとも好ましい場合は、合金は約０．０１％から０．
０８％のクロムを含有する。

上記の成分を有する合金は熱間圧延中の端縁部割れ発生
に対して独特の改善された抵抗を有し、好ましい実施例
においては切削工具の摩耗を著しく小さくする。

クロムが珪素と錫を含有する銅合金に添加されると、例
えば熱間圧延のような熱間加工中の端縁部割れ発生が最
小になるように合金の鋳造組織が制御されるということ
が本発明によって意外にも発見された。また合金に添加
されることのできるクロムの儂はある臨界的限度内に制
限されねばならないということが本発明によって意外に
も発見された。約０．４５％なる最大上限値は合金の曲
げ延性に対するクロムの悪影響によって決められる。さ
らにそのような合金は切削工具の摩耗率等が問題である
場合、例えば熱間加工に続いてミリング加工をするよう
な利用法または製造法に対してはさらに制限されたクロ
ムの含有量を有しなければならない。低い摩耗率を要求
するそのような利用法または製造法に対してはクロムの
含有量は約０．１２％以下好ましくは約０．０８％以下
に制限されねばならない。

従って、熱間加工中の割れ発生に対する低い感受性を有
する改良された珪素及び錫含有銅合金を提供することが
本発明の目的である。

さらに本発明の目的は上記のように切削工具に対する低
い摩耗率を有する合金を提供することである。

これら及び他の目的は下記の説明と添付図面からよりは
っきりと明らかになるであろう。

本発明によればクロムが珪素及び錫の相当な添加を含む
銅合金に加えられると、この合金は熱間圧延のような熱
間加工中での端縁部割れ発生に対して抵抗するようにな
るということが意外にも発見された。クロムの添加は樹
枝状結晶組織の大きざを微細にすることにより合金の鋳
造組織を改良ηべく作用する。このことは鋳造組織が熱
間圧延に先立ってより容易に均質化され、従って熱間圧
延中の端縁部割れ発生を最小にする。珪素及び錫を含有
する銅合金の熱間圧延特性に対するクロムの影響は特異
であると思われる。

本発明によれば、合金に添加されるクロムの問は臨界的
範囲内に制限されねばならない。先ず第１に、クロムの
含有量は合金に良好な曲げ成形性を与えるため約０．４
５％以下に維持されることが好ましい。この含有量以上
にクロムの壷を増加することは合金の曲げ成形性を悪く
する。最も好ましい実施例においては、クロムは合金の
加工または成形において例えばミリング・カッタのよう
な切削工具の不当な摩耗をさけるために約０．１２％以
下に維持される。

本発明によれば、本質的に約１．０％から４．５％の珪
素、約１．０％から５．０％の錫、約０，０１％から０
１４５％のクロム及び本質的に残部の銅から成る銅合金
が提供される。

クロムの含有量は約０．１％から０．１２％であること
が好ましく、約０．０２％から０．０８％であるのが最
も好ましい。珪素と錫の範囲は約２．０％から４．０％
の珪素および約１．０％から３，０％の錫で、珪素と錫
の合計は約６．０％であることが好ましい。

ここに記すすべてのパーセンテージ成分は重量比である
。

本発明合金の処理は上記米国特許第３．９２３゜５５５
号および第４，１４８，６３３号に概要を示す処理法と
同じ線に沿って行なわれる。これら２つの米国特許の記
載はここで参考する意図で特に記載する。換言すれば、
本発明の合金は先ずいずれかの適当な方法で鋳造され、
好ましい鋳造法は合金により良い鋳造組織を与えるため
に直接チル鋳造法であるか連続鋳造法である。この鋳造
工程の後、合金は６５０℃と個々の合金の固相線温度と
の間で約１５分間に亘って加熱されることが好ましい。

合金は次に６５０℃を越え特定の固相線温度から２０℃
以内までの開始温度で熱間加工される。熱間加工工程の
完了時の温度は４００℃以上でなければならない。加工
される合金の特定固相Ｉｉ！温度は合金内の珪素、錫お
よびクロムの特定な邑のみならず合金内に存在する如何
なる他の少量添加元素にも依存することに注目すべきで
ある。熱間加工中の特定断面縮小率（パーセンテージ）
は特に決定的なものでなく、以後の処理に必要な最終的
に要求される厚さに依存する。

熱間加工後、合金は次に４５０℃から６００℃の間の温
度で約１７２時間から８時間に亘って焼鈍される。好ま
しい場合の焼鈍温度は１７２時間から２時間に亘って４
５０℃から５５０℃であるべきである。この焼鈍工程は
熱間加工工程の後、または製品を作るため合金製造と一
緒に行なうことができる。所望の特性に依存して、合金
は焼戻し加工されたストリップ材または熱処理加工され
たストップ材を作るために、中間焼鈍を行ないまたは中
間焼鈍を行なわずに、どのような所望の断面縮小率にも
冷間加工することができる。複数回の冷間加工及び焼鈍
サイクルをこの特定の製造工程に使用してもよい。

合金の強度対延性の関係における改善を得るために、合
金の処理工程には中間焼鈍工程または最終的焼鈍工程と
しての熱処理が含まれていてもよい。この熱処理工程は
２５０℃と８５０℃のあいだの温度で少なくとも１０秒
間に亘って行なわねばならない。もしより大きな応力緩
和特性を与えるために熱処理が望まれるなら、この特定
の熱処理は１５０℃から４００℃のあいだの温度で１５
分から８時間に亘って行なわれねばならない。この後者
の熱処理は安定化焼鈍を含む。安定化焼鈍は合金が所望
の形状に成形された後に顧客によって行なわれることが
好ましい低温熱処理である。

この処理は引張り特性を著しく変えるものではないが、
合金の剛性と応力緩和抵抗を改善するのに役立つ。

本発明の合金は商品となっている合金ＣＤ△５１０００
．６３８００．７６２００および圧延硬化されたベリリ
ウム銅に好ましく匹敵するものである。本発明の合金は
与えられた降伏強度に対してすぐれた曲げ成形性をもっ
ている。本発明合金の耐応力腐食性は湿ったアンモニア
において上記の商品合金のすべてよりはるかにすぐれて
おり、マトソン（Ｈａｔｔｓｏｎ　）溶液内においては
より秀れていると信じられる。本発明合金の曲げ成形性
は、圧延硬化されたベリリウム銅合金を除いて、上記商
品合金よりすぐれていると信じられる。本発明の合金の
応力緩和抵抗対曲げ成形特性は上記商品合金よりすぐれ
、圧延硬化されたベリリウム銅合金に匹敵すると信じら
れる。

主として珪素と錫を含む銅合金にクロムが添加されると
、クロムは珪素と結合してクロムの珪酸塩粒子を生成す
るものと思われる。これらの粒子は硬く従って多量に存
在すると切削工具の摩耗をおこす。このことは合金をス
トリップまた他の型の物品に成形する過程で相当な問題
となる。一般に行なわれている方法では、鋳造後の合金
は通常はａ温での圧延によって熱間加工される。熱間加
工後の合金は表面にスケール即ち酸化物を伴っているが
これは取り除かねばならない。これは通常ミリング加工
によって行なわれる。本発明によるクロムを含有する銅
−珪素−錫合金をミリング加工しようとすれば、もしク
ロムの含有量が０．１２％以上であるならばミリング加
工の切削工具の極度の摩耗がおこりこの加工を商業的に
実行不可能にしてしまう。同様に、たとえ合金が別の装
置でストリップ材に作ることができるとしてもクロムの
珪酸塩の存在によって切削、穴あけ、打抜き加工の工具
および他の型の工具の過度の摩耗を起こすであろう。従
って、工具の摩耗特性が問題である場合の合金の用途に
対しては、クロムの含有量を約０６１２％以下好ましく
は約０．１％以下最も好ましくは約０．０８％以下に維
持すべきである。

熱間加工中の合金の割れ発生に対する感受性を小さくす
るために、本発明合金にはりＤムが添加されなければな
らない。これは次の例を考察することによって最もよく
示される。

例　　■ 第１図に示すような端縁部にテーパをつけた熱間加工試
験片が表Ｉに示す組成を有する合金の４゜５４幻（１０
ボンド）の鋳造物から切り出されて成形された。

公称重層％ 鉦皇亘ｊ　旦ユ　　１丑　　立エ　　立旦へ７４８　　
　３．５　　２．０　　　−　　残部Ａ　８２３　　　
３．５　　２．０　　０．０１　　残部Ａ　８２５　　
　３．５　　２．０　　０．０５　　残部Ａ　７７８３
．５　　２．０　　０．２０　　残部へ７８４　　　３
．５　　２．０　　０．５０　　残部Ａ３１０　　　３
．５　　２．０　　０゜８０　　残部表工の合金は一般
に行なわれるのと同じ鋳造法を用いて鋳造されたもので
、合金試験片は熱間加工に先立って７５０℃で１時間に
亘って均熱された。試験片はテーパをつけた端縁部と切
り欠きの両者を利用した。何故ならテーパは端縁部に引
張り応力を生じ一方、切り欠きは応力集中を促進するか
らである。これら両者の応力集中状況は大きなインゴッ
トを商業的生産工場で熱間圧延するときの合金板材の端
縁部の条件をシミュレートするものである。７５０℃で
の１時間の均熱後、試験片は７５０℃で各々のロール通
過のとき約２０％の断面縮小率を与える２回のロール通
過で熱間圧延された。次に、テーパーを有する端縁部が
各試験片の割れ発生傾向を決めるため詳細に調べられた
。

視覚によって決定された合金の端縁部割れ発生性能は表
■に要約されている。

Ａ１４８　　　　　はげしい Ａ３２３　　　　　わずかからはげしいまで八８２５　
　　　　わずか Ａ７７８　　　　　なし Ａ７８４　　　　　なし 八８１０　　　　　なし 表■に示すデータはクロムが少なくとも０．０１％好ま
しくは０．０３％以上の量で存在せねばならないことを
はっきり立証している。上に示されるようにクロムは０
．８％までの量で存在しても熱間加工中の端縁部の割れ
発生を防ぐのに有効である。しかしながら、前述の説明
のとおりまた以下に示されるように、そのような大量の
クロムは合金中のクロムの珪酸塩の容積分を増加させ、
そのため摩耗に対する抵抗と共に合金の曲げ成形性に悪
い影響を与える。

実際の生産工程における激しい端縁部の割れ発生はこれ
らの合金を有用な加工形状に成形するとき相当な廃品を
発生する。従って、端縁部の割れ発生が少ない本発明に
よる合金はその特性を充分利用するだけでなく、またそ
のような合金からの加工製品の形成においてより大きい
生産性を与える。

合金の曲げ成形性に対するクロムの影響は下記の例を引
用して説明される。

例　　■ 表■に示されるような異なったクロム含有ｍの銅−珪素
一錫−クロム合金が鋳造された。

表　　■ ＾７３８　　　２．８　　２．３　　０．５　　　残部
Ｚ　　　　　２．８　　１．８　　０．２　　　残部合
金は次に熱間圧延され、冷間圧延されて０゜７６２ａｇ
（０，０３インチ）厚さにされついで安定化焼鈍された
。９０”曲げに対する最小曲げ半径が測定された。最小
曲げ半径とは試験片が１０倍の接眼鏡によって割れを発
見するまえに曲げることのできるときの最小半径である
。これらの試験の結果は表■に要約されている。なお、
この表■に示された結果に関し、同一合金においてデー
タ値が異なるのは最終冷問圧延即ち調質圧延での圧下率
が異なることに起因する。

０、２％耐力 １棗皇ｊＫｓｉ　　　　、　　　　ＨＢＲ／ｌＡ　　７
３８　　　　　　　　８９　　　　　　　　　　　２．
ＩＡ　　７３８　　　　　　　　１０１　　　　　　　
　　　　　３．９Ａ　　７３８　　　　　　　　１１２
　　　　　　　　　　　６．３Ａ　　７３８　　　　　
　　　１１７　　　　　　　　　　　　９．４７　　　
　　　　　　　８１　　　　　　　　　　　　１．２２
　　　　　　　　　１２１　　　　　　　　　　　　７
、１表中のＭＢＲ／ｌなる値は、ＡＳＴＭ規格で定めら
れた試験にもとすいて、ストリップ材の厚さを基準とし
て算出した最小曲げ半径を表わす。表ＩＶを考察するこ
とによって、クロムの含有ｍが増加すると匹敵する耐力
における合金の曲げ成形性に悪影響を与えることが明ら
かである。この影響はばね弾性またはより高い耐力合金
において最も著しい。従って、本発明によれば合金の耐
摩耗性が問題でなく良好な曲げ成形性が要求されるなら
ば、クロム含有量を０．４５％以下に維持することが好
ましい。

本発明合金の工具を摩耗する性質に対するクロムの悪影
響は下記の例を参照して説明される。

例　　■ 表Ｖに示す組成を有する異なったクロム含有量のいくつ
かの銅−珪素一錫一クロム合金が試験された。

表　　Ｖ 工具　　調査　Ａ金の八 重量％ ＾７２２　　９５．５０　　２．７　　１．８　　　−
Ａ　７１ｇ　　　９４．５０　　３．２　　２．３　　
　−Ａ　６６６　　９６．３６　　３．１　　１．５　
　０．０４Ａ　６６５　　９６．３２　　３．１　　１
．５　　０．０８５０９９６５　　９５．１５　　３．
２　　１．５　　０．１５Ａ　７３８　　９４．４０　
　２．８　　２．３　　０．５０傘Ｃｒ分析値 すべての合金はミリング加工によって表面の酸化物層を
取りのぞいたあと、約１２．７ｍ（０，５インチ）厚さ
に熱間圧延したままで試験された。ドリルによる機械加
工性の試験が工具の摩耗を測定するため行なわれた。各
合金の板に約２０個の穴をドリルで作るのに、径６．３
５ａｍ＋（１／４インチ）の新しいドリルで始め、同一
のドリルで各穴をあける時間が記録された。継続的に穴
をあける時間対穴の数の典型的プロットが第２図に示さ
れている。このプロットした曲線の平均傾斜を穴１個当
りの秒で示したものが工具の摩耗率の大きさである。第
２図の曲線において平均の傾斜または摩耗率は１個の穴
当り１２．７秒である。これはサベての穴をあける全時
間（第２図においては２３６秒）をとり、第１番目の穴
をあける時間を引き（第２図においては２０秒）、次に
これを全穴数（第２図においては１７）で割ることによ
って得られた。

表■は表Ｖに示される種々の合金に対する摩耗率を要約
したものである。

表　　■ １１」七乙二名 艷棗見ｊ　１印　　平均穴深さ、　　摩耗率Ｉｎｃ、　
（朧）　　工艷Ｚム土 Ａ　７２２　　　０　　　０．１２（３，０５）　　　
Ｏに近ずくＡ　７１８　　　０　　　　０．１２（３，
０５）　　　０に近ずくＡ　６６６　　　０．０４　　
０．１２（３，０５）　　　　　　０．４２Ａ　６６５
　　　０．０８　　０．１１（２，７９）　　　　　１
２゜１５０９９６５　　０．１５　　０．１１（２゜７
９）　　　＞　３００本２個の穴しかあけられなかった ネ寧最初の穴を完成できなかった 表■のデータは摩耗率対りロム含有凹として第３図にプ
ロットされている。０．０８％クロム以上では摩耗率は
急速に増加し、従ってこの値が高い摩耗率を有すること
のできない本発明合金に対する臨界的な限界であること
は全く明瞭である。

約０１１２％までのクロムを有する合金に対する摩耗率
は多くの適用例に使うことができると信じられる。これ
以上のレベルのクロム含有量では摩耗率は漸近的に上昇
し、合金を工具の摩耗が問題である用途例えば打抜き加
工、成形および切断に対して使用できなくする。

表■は表Ｖのような合金へ６６６、Ａ６６５゜５０９９
６５およびＡ７３８に対しての６．４５１２　（１平方
インチ）当りの平均粒子数を記録したものである。

表　　■ 粒子の容積分 合金標示　％Ｃｒ　　　粒子数、平方　　摩耗率インチ
当り　　−０上−２」〜Ｑ− （１２当り） Ａ　６６６　　　０．０４　１２００（１８５）　　　
　　　０．４２八　６６５　　　　　　０．０８　　　
２４００（３７２）　　　　　　　　　　１２．７５０
９９６５　　０．１５　３２００（４９６）　　　　）
　３００Ａ７３８　　　０．５０　４８００（７４４）
　　　　＞３００寧２個の穴しかあけられなかった 率本最初の穴を完成でなかった 表■についての考察から摩耗率は粒子容積分が減少する
に伴って減少することが明らかである。

従って本発明合金のクロム含有量は０．１２％以下好ま
しくは０．０８％以下にｔ、＋１限すべきである。

特許請求の範囲によって範囲外として排除されない限り
他の元素はそれらが本発明合金の新規な性質と特性に悪
影響を実質的に与えない限り本発明の合金に添加するこ
とができる。

例■における端縁部割れ発生性能の視覚による決定にお
いて、報告された割れ発注の程度は割れの数と深さの函
数であり、深さが最も重要である。

深さが６．３５履（１７４インチ）より小さい割れは軽
い程度の割れと考えてよいであろう。一方割れが１２．
７履（１７２インチ）から２５．４顛（１インチ）の深
さがあればはげしい割れと考えられるであろう。

本明細書に記載した米国特許はここに参考として記載さ
れることを意図するものである。

本発明に従って、上記の目的、手段および利点を完全に
満足するクロムによって改良された珪素−錫含有銅合金
が提供されることは明らかである。

本発明は特定の実施例との関連において記載されてきた
が、多くの代替、修正および変更が可能であることは上
記の説明によって当業者には明白であろう。従って特許
請求の範囲の精神と広い範囲の中に入るものとしてすべ
てのそのような代替、修正および変更を包含することが
意図されている。

【図面の簡単な説明】

第１図は端縁部割れ発生性能試験片の斜視図；第２図は
ドリルによる機械加工性試験において継続的に穴をあけ
る時間の変化を示すグラフ；および 第３図は本発明による合金に対する摩耗率対クロム含有
量を示すグラフである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）熱間圧延中の端縁部割れ発生に対する改良された
   抵抗と良好な曲げ成形性を有するミツシユメタルを含有
   しない銅合金であつて、本質的に１．０％から５．０％
   の錫、１．０％から４．５％の珪素、０．１２％を越え
   ０．４５％までのクロム、及び残部の銅から成ることを
   特徴とする銅合金。
2. （２）特許請求の範囲第１項に記載の合金において、前
   記珪素は２．０％から４．０％であり、前記錫は１．０
   ％から３．０％であつて、上記珪素と錫の合計は６．０
   ％以下であることを特徴とする合金。