JPH02179839A - 耐衝撃特性及び熱間加工性に優れた高強度銅合金 - 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） 本発明は耐衝撃特性に優れた高強度鋼合金に関し、特に
、耐衝撃特性・、摩耗性が要求される機械部品（例、さ
く岩槻用のライフルナツト）、また。 低電気抵抗、非磁性を要求され、且つ耐衝撃特性を必要
とする機械部品（例、超電導発電機用常温ロータ）用に
適している。 （従来の技術及び解決しようとする課題）近年、連続、
高負荷使用の如〈産業機械の使用条件は過酷となってき
ている中で、各種産業機械の動力伝達部品や摺動部品に
要求される特性が厳しくなっている。そのため、従来の
材料では十分に要求を満足できない場合が生じている。 具体的には以下のとおりである。 従来、ＪＩＳに規定される各種リン青銅材が最も一般的
に用いられている材料であるが、耐摩耗性、耐衝撃特性
が十分とは云えず、また、冷間加工により強度向上を図
っているため、大きさの制限があり、経済的にも問題が
ある。また、ＪＩＳに規定される各種アルミ青銅材は耐
摩耗性の点で十分でない、一方、耐摩耗鋼合金（特願昭
６１−０４４８７２号）やプラスチック用銅合金（特願
昭６１−１６４９１号）などが提案されているが、前者
は耐摩耗性は十分であるものの、耐衝撃特性が劣り、後
者は耐衝撃特性が劣るという欠点がある。また、長径間
型線用材料として開発されたいわゆるＣＡ金合金Ｃｏｒ
ｓｏｎ合金）が知られている。 このＣＡ金合金析出硬化に寄与するＮｉ２Ｓｉ化合物相
を有するＣｕ−Ｎｉ２Ｓｉ擬二元系合金（３〜６％Ａｌ
、１０％以下Ｚｎを含むものもある）で、熱間加工、冷
間加工後に溶体化処理、焼入れ、焼戻し時効硬化処理が
施されるもので、導電率が比較的よい材料であるが、熱
間加工性に問題がある。 本発明は、上記従来技術の欠点を解消し、高強度で耐衝
撃特性に優れ、大型機械部品用にも適用可能な材料を提
供することを目的とするものである。 （課題を解決するための手段） 本発明者は、上記特性を満たすことができる材料として
、まず、 （１）　　従来材に比べ耐衝撃特性、耐摩耗性を向上さ
せ、耐久性を上げる。 （２）冷間加工によらず１強度、耐衝撃特性を向上させ
る。 （３）熱間加工性を向上させることにより、大型機械部
品への適用を可能とする。 などの観点から種々の材料について検討した結果、前述
のＣＡ金合金着目するに至り、これをベースにしたＣｕ
基合金において、冷間加工によらずに高強度化、耐ＷＩ
撃特性を改善でき、熱間加工性を向上できる方策を見い
出すべく鋭意研究を重ねた。 その結果、以下■〜■の知見を得ることができ、本発明
をなしたものである。 ■　Ｃｕ中に析出硬化元素であるＮｘ及びＳｉを添加し
、Ｎｉ２Ｓｉ等の金属間化合物を分散析出させ、強度の
向上を図る。 ■　しかし、■の手段では十分な靭性が得られないため
、α相固溶強化元素であるＡｌを添加し、靭性を改善す
る。 ■　このＣｕ　−Ｎｉ　−Ｓ　ｉ　−Ａ　Ｑ系では、高
温での絞り、伸びが小さいために熱間加工性が悪いので
、Ｃｒを添加して熱間加工性を改善する。 ■　耐衝撃特性は、結晶粒度の影響を受けるため、結晶
粒度微細化元素であるＴｉ、Ｚｒ、Ｎｂ等を適宜添加し
て、靭性、強度の向上を図る。 ■　Ｓｉは脆化元素であり、α相中にＳｉが固溶される
と靭性が低下するので、これを防止するためには、Ｎｉ
、Ｓｉ、ＣｒＳｉ、等でＳｉを析出物として固定し、過
剰な遊離Ｓｉを生じないためにＳｉ量をＣｒ、Ｎｉ量と
の関係で規制する。 すなわち、本発明は、Ｎｉ：３〜１０％、５ｉｌｏ。 ７〜２．５％、Ａｌ：２〜６％及びＣｒ：０．１〜１゜
０％を含有し、且つ次式 ％式％ を満足し、必要に応じて、更にＺｒ、Ｔｉ及びＮｂのう
ちの１種又は２種以上を０．０５〜０．５％含有し、残
部がＣｕよりなることを特徴とする耐衝撃特性に優れた
高強度銅合金を要旨とするものである。 以下に本発明を更に詳述する。 まず、本発明における化学成分の限定理由は以下のとお
りである。 Ｎｉ：　３〜１０％ ＮｉはＳｉと析出物（Ｎｉ２Ｓｉ）を形成し、母地組織
であるα相中に分散析出するので、強度向上のために重
要な元素である。しかし、３％未満では理論量のＳｉが
存在したとしても、強度が十分に得られない。また、Ｎ
ｉはα相中に固溶することにより靭性が向上するので、
理論量以上を必要とするが、１０％以上ではその改善効
果ははジ飽和する。したがって、Ｎｉ量は３〜１０％の
範囲とする。 Ｓｉ：０．７〜２．５％ ＳｉはＮｉ及びＣｒと析出物（Ｎｉ、Ｓｉ、ＣｒＳｉ、
等）を形成し１強度向上に重要な元素である。しかし、
０．７％未満の場合は析出強化が十分でなく、また２、
５％を超える場合は、強度向上効果が飽和すると共に析
出物量が多くなり、靭性が低下してくる。したがって、
Ｓｉ量は０．７〜２．５％の範囲とする。 Ｃｒ：０．１〜１．０％ Ｃｒは高温における絞り及び伸びを改善するために添加
され、熱間加工を容易とするために必要な元素である。 その効果は０．１％から認められるが、１．０％超では
改善効果は飽和する。したがって、Ｃｒ量は０６１〜１
．０％の範囲とする。 但し、Ｓｉは上記Ｎｉ、Ｃｒ量との関係で規制する必要
がある。すなわち、Ｓｉは珪化物として固定しないと靭
性低下の原因となる。したがって、Ｎｉ、Ｓｉ、ＣｒＳ
ｉ２の化学量論より計算される量よりもあまり過剰に含
有させてはならず、次式１式％ を満足する必要がある。 Ａｌ：２．０〜６．０％ Ａｌはα相を強化するために必要な元素であり、靭性向
上のためにも不可欠である。また高温下に曝された場合
の耐高温酸化特性を改善する効果もある６しかし、２．
０％未満では靭性改善効果は認められず、また６、０％
超の場合はα相中に固溶しきれずに粒界にそって脆硬な
第３相を生ずるために靭性が低下する。したがって、Ａ
ｌ量は２゜０〜６．０％の範囲とする。 Ｚｒ、　Ｔｉ　　びＮｂの１種又は２種以上：０．０５
〜０．５％ Ｚｒ、Ｔｉ、Ｎｂは結晶粒の微細化元素であり。 靭性、強度の向上効果があり、特に結晶粒度の影響を受
ける耐衝撃特性の改善に効果がある。また、これらの元
素はＣｒと共に熱間加工性改善効果が認められるので、
これらの元素の１種又は２種以上を適量で添加すること
ができる。添加する場合には、これらの元素の１種又は
２種以上を０．０５〜０．５％の範囲とする。０．０５
％未満ではそのような効果は顕著でなく、また０、５％
を越えて添加しても微細化効果は飽和する。 なお、上記Ｃｕ基合金は、熱間加工後、溶体化処理及び
時効処理を施すことにより製造されるが、耐衝撃特性に
優れ、高強度であり、また熱間加工性が優れているので
、大型部品としても適用可能である。 （実施例） 次に本発明の実施例を示す。 失庭態上 第１表に示す化学成分を有する銅合金を常法により溶製
したインゴットを７５０〜８５０℃で約７５％の圧下率
で熱間加工した後、溶体化処理及び時効処理を施した。 但し、比較材Ｎα１０は、熱間加工が十分できないため
、溶体化処理後、冷間加工を行い、時効処理を施した。 また、比較材Ｎα８は約７５％の圧下率で熱間加工した
状態で供試し、比較材Ｎα７、ｈ９は市販材を供試した
。 得られた供試材の引張強さ、伸び、硬さ、衝撃値及び摩
耗量を第１表に併記する。 なお、摩耗量については、以下の試験条件で大館式摩耗
試験法により測定した。その摩耗試験では、第１図に示
すように、　１０ｍｍｔ　Ｘ　２０ｍｍＸ　３０ｍｍ寸
法の試験片１に半径ｒ、径３０ｍｍφＸ３ｍｍし寸法の
回転円板（相手材）２を一定荷重で押し付け、試験片１
の摩耗量を次式にて測定した。 ａｂ’ ここで、Ｗ、：試験片の摩耗量（、ｍ３）ａ：相手材の
厚さ（−ｍ） ｂ：摩耗痕幅（ｍＩｎ）（第２図参照）ｒ：相手材の半
径（ｍｍ） く摩耗試験条件〉 相手材：ＳＣＭ４４０（浸炭焼入材）、ＲＣ６０ 荷重：１９．８ｋｇ（一定） 摩擦速度：　０．９４ｍ／ｓｅｅ 摩擦距離：６００ｍ 潤滑条件：無潤滑 試験数：ｎ＝３ 第１表より、以下の如く考察される。 Ｎａ　１〜Ｎａ　１０は比較材であり、Ｎ（１１１−Ｎ
［１１６は本発明材である。 比較材Ｎα１〜＆２は、本発明材＆１２及びＮα１４と
比べ、Ａｌ量が適正でないために衝撃値が低い。 比較材Ｎα３はＳｉ量が不足しているために十分な強度
が得られず、本発明材Ｎα１３と比較して低値である。 比較材恥４は過剰のＮｉ、Ｓｉが含まれる場合であり、
硬さは向上しているが、衝撃値が著しく低下している。 比較材翫５はＳｌ、Ｎｉ、Ｃｒのバランスがくずれ、Ｓ
ｉが過剰となっているために衝撃値が低下している。 比較材勲６はＮｉが適正範囲を下回る場合であり、強度
、衝撃値の点で十分とは云えない。 比較材１ｌｌＱ７とＮα９の市販材は冷間加工によって
強度向上を図っているが、Ｗｆ撃値、耐摩耗性の点で十
分とは云えない。 比較材Ｎα８、Ｎａ　１０は衝撃値が十分でない。 一方、本発明材はいずれも衝撃値が高く、強度も十分に
あり、耐摩耗性の点でも市販材（Ｎα７、Ｎα９）を上
回っている。

【以下余白】

去ＪＪＬ側 本例は熱間加工性に及ぼすＣｒ添加の影響を調べたもの
である。 実験では、５．１％Ａｌ−５．３％Ｎｉ−１．３％Ｓｉ
−残部Ｃｕの組成をベース材として、これにＣｒを種々
の量で添加したインゴットを溶製し、このインゴットに
ついて各種温度（高温）での伸びを調査した。その結果
を第３図に示す。 第３図より明らかなように、Ｃｒ無添加材に比べ、０．
１％Ｃｒを添加することにより、高温での伸びが著しく
改善される６０．９％Ｃｒの添加でもその改善度は大差
ない。 なお、Ｃｒをこれらの容量で添加した銅合金について実
施例１の本発明材と同様の条件で熱間加工、溶体化処理
及び時効処理を施したところ、実施例１の本発明材と同
様の好結果が得られた。 （発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、衝撃特性に優れ
、且つ冷間加工によらずに高強度化することが可能であ
る。また、熱間加工性が改善されるので、大型部品への
適用が拡大する。 具体的な特性としては、衝撃値５ｋｇ−ｍ、引張強さ７
０　ｋｇｆ　／　ｍｍ”以上を有するものであり、その
工業的価値は大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は大館式摩耗試験法の要領を説明する
図で、第１図は試験概略を示し、第２図は摩耗痕幅すを
示しており、 第３図はＣｒ添加量と高温伸びの関係を示す図である。 特許出願人　　株式会社神戸製鋼所 代理人弁理士　中　　村　　　尚 第１図 荷！ ↓ 第３図 第２図 ｉ六゛島炙髪ム／！（゛ごン

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）重量％で（以下、同じ）、Ｎｉ：３〜１０％、Ｓ
   ｉ：０．７〜２．５％、Ａｌ：２〜６％及びＣｒ：０．
   １〜１．０％を含有し、且つ次式 １．２Ｃｒ＋０．２４Ｎｉ≧０．９Ｓｉ を満足し、残部がＣｕよりなることを特徴とする耐衝撃
   特性に優れた高強度銅合金。 （２）Ｎｉ：３〜１０％、Ｓｉ：０．７〜２．５％、Ａ
   ｌ：２〜６％及びＣｒ：０．１〜１．０％を含有し、更
   にＺｒ、Ｔｉ及びＮｂのうちの１種又は２種以上を０．
   ０５〜０．５％含有し、且つ次式 １．２Ｃｒ＋０．２４Ｎｉ≧０．９Ｓｉ を満足し、残部がＣｕよりなることを特徴とする耐衝撃
   特性に優れた高強度銅合金。