JPS6164842A - 高力銅基合金 - 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、すぐれた機械的強度とバネ特性余有すると共
に、室温より高い７０℃以上の中位の温度において病い
クリープ抵抗性を示す銅基合金に関するものであシ、更
に詳述すれば、亜鉛、アルミニウム、錫および結晶微細
化剤として鉄、ニッケル、コバルトを含有せしめた銅基
合金に関する。

〈従来技術〉 従来、適度の展延性と強度とを兼ね備えた銅基合金とし
て黄銅が使用され、電子および電気機器用のスイッチ、
ターミナル、コネクター、ホルダー、クリップ、リレー
、ソケットなど、主にバネ性全必髪とする機能部品に永
年使用されてきたが、近年に至り、これらｒ９能部品の
ｌＪＳ型化、高性能化が飛躍的に進歩し、使用環境も非
常に厳しいものとなって＠たため、黄銅の使用にも限界
がみられるに至った。すなわち、従来の黄銅では、強度
および応力腐食割れに対する抵抗力の点で、近年の要求
を充たすことが困難になってきたからである。そのため
、黄銅の強度不足を補う目的で冷間加工度を上けると、
応力腐食割れに対する抵抗力が低下し、その使用範囲に
制限を受ける欠点があった。

このような理由から、要求の敲しい用途の場合は、黄銅
に代えて洋白やりん青銅を使用していたが、これらの銅
基合金は製品製造上加工に困難を伴なうことや、添加元
素として腐価な二ツケルや錫を用いることなどのために
、広汎かつ大量に使用するときは経済性の面で問題を有
しておった。

上述の銅基合金の強度、加工性、経済性、耐食性および
応力腐食割れに対する抵抗力を改良するため、本発明の
出願人は特願昭５３−５１２０５号（特公昭５６−４１
３８号）において、「６７〜８０重量％の銅、１〜４重
ｔ％のアルミニウム、０．（１５〜２．５重量％の鉄を
含み、残部が亜鉛よシな夛、更に合金組織がα＋βの平
衡相とα鉄とを有しバネ限界値が７０吻／−を越える銅
基合金」とすべきことを提案した０ また、展延性、強度の良好な銅基合金として、特公昭５
０−２１９６６号特許公報明細書および特公昭５０−２
４８８７号特許公報明細書においてそれぞれ、「アルミ
ニウムと亜鉛の含有率が式ニアルミニウムの重ｆＬ％＝
−０，２９Ｘｉ鉛の重量％　＋　９．２±１．３５に従
うことを特徴とする、６７ないし８０重量％の銅、１５
．０ないし３１重量％の亜鉛、１．０ないし５．０重量
％のアルミニウム、０．１ないし３．０重：１％のコバ
ルトから本質的になる本質的に大きい機械的強度と成形
性を有する合金」および「本質的に６６〜７６重量−の
銅、１５．０〜３２．５重量％の亜鉛、２．５〜４．５
重量％のアルミニウム、０．４〜５．０重量−のニッケ
ルからなり、しかも前記アルミニウムと亜鉛の含有量は
、式 アルミニウム（重ｆｌｉ−％）＝−０，３重量％（亜鉛
）＋１０．３±１．２５ で示される範囲であり、かつ、微細構造は全体的に分散
した微細析出粒子を含む実質的に飽和されたα相であシ
、完全に焼鈍された状態で少くとも３１６０　ｋｙ／ｃ
ｍ”　（４５０００ｐｓｉ　）の降伏強度特性と、５０
％冷間圧延後の冷間加工テンパー状態で、少くとも６３
３０　ｋｆ／ｃｎ１”（９００００ｐｓｉ　）の降伏強
度特性をもつ銅基合金」を開示している。これら特公昭
５６−４１３８号特許公報明細書、特公昭５０−２１９
６６号特許公報明細書および特公昭５ｏ−２４８８７号
特許公報明細書において開示されている銅基合金は、経
済性、加工性、強度および耐応力腐食割れ性の点で優れ
た特性を有しているが７０℃以上の室温より高い中位の
温度におけるクリープ抵抗性（ｉｔ応力緩和特性とほぼ
同じ）が６５−３５黄銅に比較し、顕著に優れているも
ののバネ用シん青銅やベリリウム銅と比較し不十分であ
る。

最近の電子および電気機器の機能部品の中でバネ、コネ
クター材は長年月にわたって十分な接触圧力を維持でき
る事が必要であシ、室温のみならず７０℃以上の中位の
温度でも高いりＩＪ−プ抵抗を有することが重要視され
ている。

〈解決しようとする問題点〉 本発明は、上述した従来の銅基合金における経済性、良
好な伸び性、強度および耐応力腐食割れ性を維持すると
共に、バネ特性の向上と７０℃以上の室温よシ高い中位
の温度においても十分なりリープ抵抗性を有する銅基合
金を提供することを目的とする。

く問題点を解決するための手段〉 上述した問題点を解決するため、本発明の銅基合金は、
１５〜３０重量％の亜鉛と、１〜４重量−のアルミニウ
ムと、０．０５〜０．８重量％の錫と、帆】〜】重ｊ！
−一の鉄、帆１〜２重量％のニッケルおよび０．１〜３
重量慢のコバルトからなるグループ中から選んだ少くと
も一種類の元素と、残部が本質的に銅からなる組成を有
すること′ｔ−特徴とするものである。

上記本発明の銅基合金において、「残部が本質的に銅か
ら成る」とは、銅基合金が上述の主要構成元素の他に、
通常銅に含まれる微量の鉛、燐、マンガン、ケイ素等が
不純物として含まれていてもよいことを意味する。

本発明にかかる銅基合金において、亜鉛の含有量は１５
〜３０重量％の範囲までのものを含むが、特ＫｉＨまし
いのは２０〜２５重Ｊｌ″矛の範囲である。亜鉛の含有
量が１５重量％に達しないときは合金の強度が小さく、
バネ、コネクター材としての強度が不足する。また、３
０重量％を越えると伸び性が不足するばかシでなく応　
　　゛力腐食割れに対する抵抗力が低くなる。

また、アルミニウムの含有量は】〜４４重量％の範囲が
有効であるが、２〜４重量％の範囲のものが特に好まし
く、１重ｉ−％未満のときは強度改善の効果が得られず
、また４重量％を越えると展延性が著るしく低下する。

錫含有量は０．０５〜０．８重量％の範囲が有効である
が、好ましくは０．１〜０．５重量−の範囲である。そ
して、０．０５重量％未満のときは特性改善の効果が得
られず、０．８重量％を越えるときは、特性が飽和に達
するばかりでなく、溶解時に酸化物が多くなシ、後述す
る鋳造性が損われる傾向がある。

また、本発明の銅基合金中に添加する鉄、ニッケル、コ
バルトは結晶微細化剤として添加するものであシ、鉄の
添加量は０．１〜１重量％、ニッケルは０．１〜２重量
％、コバルトは０、】〜３重量％であるが特に好ましい
のは鉄は、０．２〜０．５重量％、ニッケルは帆１〜１
重量％、コバルトは０．２〜１重量−の範囲である。鉄
、ニッケルおよびコバルトの添加量が０．１’Ｍｎ％未
満のときは結晶微細化の効果が少く、鉄の添加量が１．
０重１ｔ％、ニッケルが２重ｉ％、コバルトが３重量％
を越えるときは合金の展延性が低下する。また、鉄、ニ
ッケルおよびコバル）ｆ複合添加するときの総量は１重
量饅以下にすることが望ましい。

本発明の銅基合金の製造は、大気中で構成金属元素を溶
解鋳造し、得られたインゴットを８００〜８５０℃で熱
間圧延する。かくして得られた熱間圧延材１５５０〜６
５０℃で調質焼鈍して、さらに所定の圧延率で冷間圧延
し、再び４５０〜５５０℃での調質焼鈍と冷間圧延を行
なう。ついで、得られた冷間圧延材のバネ特性を改善す
るため２００〜２６０℃で低温焼鈍することによって作
製する。

また、本発明の銅基合金は低い圧延率（〜１０％）で冷
間圧延後、上述の場合と同様２００〜３４０℃で１時間
低温焼鈍することによってもバネ特性を改善できる。

〈実施例〉 次に、実施例および比較例に基づいて本発明の内容を具
体的に説明する。

〔実施例］〕〜〔実施例５〕 溶解原料として、第１表−１行、２行、３行、４行、５
行に示すように重！−％の電気銅、電気亜鉛、錫地会、
アルミニウム地金、銅−鉄分合金、銅−ニッケル母合金
、銅−コバルト母合金を用い、次の工程にしたがって製
造した。

■　電気銅、電気亜鉛、アルミニウム地金をそれぞれで
配合し、木炭粉末被）下で、アルミするつぼに入れ、高
周波加熱にょｆ）溶解した。

＠　つぎに、上記溶解液の約１１５０℃融液に、それぞ
れ錫地金と銅−鉄分合金、銅−ニッケル母合金、銅−コ
バルト母合金のうち１種または２種以上を投入し、撹拌
棒で撹拌浴融し、添加金属′ｆＩ：：浴湯中に均一に溶
解させた。

θ　上記融液を約１１５０℃において＼金型内へ鋳込み
、厚さ３５餌、幅９０間、長さ１５０飄の鋳塊を作製し
た。これらの鋳塊の成分分析値を第１表に示す。

Ｏ得られた鋳塊全面側して厚さ２５燗にした後、８００
℃で熱間圧延して厚さ４ｍとした。

■　次いで、６２０℃で約１時間調質焼鈍した後、冷間
圧延して厚さ０．８　ａｘにしてから、再度５１０℃で
１時間調質焼鈍した後、０．７ｆｉ厚さまで冷間圧延す
る。

６　上記冷間圧延工程後、２００℃で１時間低温焼鈍を
行い、所定の実施例試料を得た。

得られた実施例試料は、それぞれの合金組成（第］表各
行の実施例試料）の種類に従って、それぞれを実施例試
料１，２，３．４および５と名付けた。

〔比較例１〕 溶解原料として第１表−１行に示す電気銅、電気亜鉛、
アルミニウム、錫、銅−鉄分合金の代りに、第１表−６
行に示す電気銅、電気亜鉛、アルミニウム地金、銅−鉄
分合金を用いる以外は〔実施例］〕〜〔実施例５〕と同
じ工程にしたがって帆７龍厚さの銅基合金の圧延材を作
製した。得られた圧延材を比較例試料】と名付けた０ 〔比較例２〕 溶解原料として第１表−１行に示す電気銅、電気亜鉛、
アルミニウム地金、錫、銅−鉄分合金の代りに、第１表
−７行に示す電気銅、電気亜鉛、アルミニウム地金およ
び銅−コバルト母合金を用いる以外は〔実施例］〕〜〔
実施例５〕と同じ工程にしたがって０．７　ｍｍ厚さの
銅基合金の圧延材全作製した。このようにして得られた
圧延材を比較例試料２と名付けた。

〔比較例３〕 溶解原料として第】表−１行に示す電気銅、電気亜鉛、
アルミニウム地金、錫、銅−鉄分合金の代υに、第１表
−８行に示す電気銅、電気亜鉛、銅−ニッケル母合金お
よびアルミニウム地金を用いる以外は〔実施例１〕〜〔
実施例５〕と同じ工程にしたがって０．７鯨厚さの銅基
合金の圧延材を作製した。

このよりにして得られた圧延材を比較例試料３と名付け
た。

つぎに、上述した〔実施例］〕〜〔実施例５〕および〔
比較例〕〕〜〔比較例３〕で得られた実施例試料】、２
．３．４．５および比較例試料】、２．３の性能を、引
張強さく　ｋｇｆ　／　ｘｉ　）、伸び（％）、硬度（
Ｈｖ（５）　）、バネ限界値（ｋｇｆ／ｘｉ）および導
電率（％ＩＡＣ８）ＶＣついて測定した結果を第２表に
示す。

第２表から、実施例試料】〜５の引張強さおよびバネ限
界値は、比較例試料１〜３に比べて向上していることが
判る。特に、実施例試料】、２．３のバネ限界値は比較
例試料１に対し、それぞれ６％、１０％、１１％も向上
していることが判る。しかも、本発明の合金では錫全添
加しても導電率はそれ程低下していないことも判る。

さらに、実施例試料】、２．３．４．５および比較例試
料】、２．３から作製した厚さ帆７酎、幅５朋、長さ２
００鴎の試験片をチャックで水平に固定し、試験片に引
張強さの７０％に相当する表面最大曲げ応力を与えるよ
うに試験片の中央部を固定し、轟該固定端部から１００
順の先端位置に趣シを吊シ下げると共に、試験装置全体
を１００℃の恒温槽内に保持した、５時間、２４時間、
４８時間および９６時間経過後の曲げ変位量を測定した
結果を示すと、添付の図面のごとき特性図が得られる。

図の横軸は経過時間を時間全単位にとって表したもので
あり、縦軸は曲げ変位量を門単位で示したものである。

この特性図から、７０℃以上の中位の温度において、実
施例試料１．２．３．４．５の曲げ変位量は、比較例試
料１．２．３の曲げ変位量に対して著るしく低いことが
判る。たとえば、９６時間経過後の比較例試料】の曲げ
変位ｔｔ１００としたとき、実施例試料１．２．３曲げ
変位ｆはそれよシも１２％、２４％、２８チ低下してい
ることが判る。このことは、本発明の銅基合金の中位温
度におけるクリープ抵抗性がすぐれていることを示して
いる。

さらに、応力腐食割れに対する抵抗性能を調べるため、
実施例試料２．４．５および６５−３５黄銅に対し、そ
れぞれ引張り強さの５０％の最大面げ応力を加えたまま
ＡＳＴＭ規格Ｇ３７−７３に示されたマトンン溶液中に
浸漬し、９６時間加速試験を行い、各試料の割れの有無
ヲ調べたところ、６５−３５黄銅は３６時間経過後に割
れたが、実施例試料２．４．５については９６時間経過
後も割れず、応力腐食割れに対する抵抗力が優れている
ことが判った。

〈発明の効果〉 以上の説明から明らかなように、本発明にがかる銅基合
金は、強度および応力腐食割れに対する抵抗力が優れて
いるばかりでなく、室温より高い７０℃以上の中位の温
度に３いて優れたクリープ抵抗力を有し、さらに優れた
ノ（ネ特性を有して′Ｓ？）、電気機器用バネ、；ネク
タ材あるいは機能部品に利用できる利点を有している０

【図面の簡単な説明】

図は本発明の実施例及び比較例の銅基合金に対する一定
荷重下における時間対曲げ変位量の変位の態様を示す特
性図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １５〜３０重量％の亜鉛と、１〜４重量％のアルミニウ
   ムと、０．０５〜０．８重量％の錫と、０．１〜１重量
   ％の鉄、０．１〜２重量％のニッケルおよび０．１〜３
   重量％のコバルトからなるグループ中から選んだ少くと
   も一種類の元素と、残部が本質的に銅から成ることを特
   徴とする銅基合金。