JPS60114542A

JPS60114542A - 時効硬化性チタニウム銅合金材料

Info

Publication number: JPS60114542A
Application number: JP58220138A
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: US4599119A; JPS6239215B2

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、材料特性に優れた時効硬化性チタニウム銅合
金材料に関するものである。

時効硬化性のチタニウム銅合金材料は、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おり、一般に、熔解、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、性別に応しく更に冷間加工を施し、そして時効硬
化処理を行なって製造されている。また、このような工
程を経由して製造される従来の時効硬化性チタニウム銅
合金材料にあっては、その溶体化組織は、平均結晶粒径
が４０μｍ以上であり、甚しい場合には、１００μｍに
も達するものであった。

しかしながら、このような時効硬化性のチタニウム銅合
金材料は、よく知られた、間しく時効硬化性のベリリウ
ム銅合金材料に対抗する、経済的に安価な材料として開
発されてきているものであるが、その成形性、ハネノＹ
命、伸び、耐力等の月利１１η性におい−Ｃ未だ充分て
なく、その更なる改良が望まれている。しかも、従来の
口）効硬化性チタニウム銅合金刊料においては、その製
造工程おいて加えられる圧延操作によゲ乙その圧延力ｌ
ｉ１４こおりＪる材料特性と圧延方向とは直角な方向に
おける材料特性とが異なるという欠点が内在しているの
である。

ここにおいて、本発明は、かかる事情に鑑めで為された
ものであって、本発明考らの詳細な検削により、時効硬
化性チタニウム銅合金材料の金属組織にお＆Ｊ’４平均
結晶粒径を所定の値以下と為すことにより、かかる４Ａ
料特性が著しく改善され、しかもその特性のバラツキを
極めて少なく為しｉ４るごとを見い出したことに基づい
て、完成されたものである。

すなわち、本発明は、成形性、ノ＼ネ寿命、伸び、耐力
等の材料特性に優れ、且つそのｔ＝ｌ料特性のノ＼ラツ
キの少ない時９ノ硬化性チタニウム銅合金祠料を提供す
ることをその「１的とするものであって、そしてそのた
めに、時りＪ硬化性チタご一つム銅合金の加］二月にお
いて、実質的に充分な溶体化処叩か施されてなり、目、
つ平均結晶粒１条が２５μＩ１１以下である組織を有す
るようにしたことを特徴とするものである。

このように、本発明にあっては、時効硬化性チタニウム
銅合金の加工祠の組織において、その平均結晶粒径が２
５μｍとなるように管理、整粒するようにしたものであ
って、これにより、成形性、ハネ寿命、伸び、耐力等の
材料特性の向上と共に、その特性のバラツキ、換言すれ
ば溶体化処理後に冷間圧延が施された材料にあっては、
その圧延方向とそれとは直角な方向とにおりる材料特性
の変化を極めて小さくする等、著しい特性向」二と特性
安定化を図り得たのである。

ここにおいて、本発明でチタニウム銅合金材料の組織の
平均結晶粒１イを２５　ＩＩ　ＩＴＩＴｌ以下定したの
は、平均結晶粒径が４０．ｕｍ或いはそれ以−してある
従来の実用時効硬化性チタニウム調合金利オ′１に対し
、著しい特性向上効果を発１１１ｉさ−ｌるためには、
２５μ［Ｔｌ以下の平均結晶粒径にコントロールする必
要があることが見い出されたからであり、そのような平
均結晶粒径が２５μｍを超えるようになると、成形性、
バネ寿命、伸び等の４，４料４・ｈ性が特に目立っては
改善されないのであり、また特性のバラツキも大きくな
ってしまうのである。なお、本発明の目的を最大限に発
揮さ−ｌるためには、かかる平均結晶粒径を１５μｍ以
下とすることが望ましい。また、かかる平均結晶粒径の
下限は、その製造可能限界であるが、一般に２μｍ程度
である。

また、かかる本発明において目的とする時効硬化性チタ
ニウム銅合金材料を与える合金組成１１、一般に、重量
で２〜６％、好ましくは３〜５％のチタニウム（Ｔｉ）
と、残部が主として銅（Ｃｕ）からなるもの（銅基合金
）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Ｊいの含有量に見合ったＩ！効硬化量かＩＩ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。

ところで、かかる本発明に従う時効硬化性チタニウム銅
合金材料は、以下の如き手法に従って好適に製造するこ
とが可能である。

すなわち、上記チタニウム銅合金組成を与える材料から
、まず、従来のＣｕ　−’Ｆ’　ｉ合金材料の製造手法
に従う溶解、鋳造操作によって該銅合金鋳塊が製造され
、そしてこの鋳塊に、従来と同様に熱間鍛造や熱間圧延
等の熱間加圧が施され、また必要ならば、かかる得られ
た熱間加工材料に対して更に冷間圧延の如き冷間加圧が
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。

次いで、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、焼鈍？ｒ＋！ｈ度が固溶限以下で且
つ再結晶温度以下の焼鈍処理、所謂中間焼鈍処理が施さ
れることとなる。この中間焼錬処叩は、従来の焼鈍処理
とは異なり、低８１にで行なうものであって、これによ
り第二相（Ｃｕ３Ｔｉ４Ｊｉ出物）が１す相（α相）中
に微細■つ均一・に分散朽出−ｕしめられるのである。

なお、ここでは、母相とは銅チタニウム（Ｃｕ−Ｔｉ）
系二元状態図におりるα相を１口図し、また第二相とは
金属間化合物であるＣｕ３１″ｉ析出物を意図し、更に
は固溶限とは（α１Ｃｕ３Ｔｉ）相とα相との境界を傅
図するものである。

なお、この中間焼鈍処理におりる焼鈍条件に関して、固
溶限以下で−「１つ再結晶温変局−１；の焼鈍温度を採
用することとしたのは、かかる第二相を母相中に析１１
．１−１！　Ｌ、め、微イ１１１且つ均一に分ｉｉ’ｔ
、　シた状態とするためである。＆Ｊだし、焼ｔＩＵ温
度が固溶限を超えると、第二相は母相中に４Ｊｉ′１−
１ｉ−ｉず、また固溶限以下であっても、再結晶？２Ａ
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Ｉｎ　＜なり、且つ析
出ｍも減少するところから、第二相が微細、均一に分１
１にシた状態が得られなくなるからである。

そして、この中間焼鈍処理によって、第二相を母相中に
微細且つ均一に分散析出・ｕしぬることにより、後の最
終溶体化処理■１において、１す相の結晶粒の粗大化を
防ぎ、以て１］的とする溶体化組織の平均結晶粒径を効
果的に２５μｍ以下とすることが出来るのである。これ
に対して、第二相が１す。

相中に微細、均一に分散していない状態で溶体化処理を
行なうと、母相の結晶粒か不均一となり、またその粗大
化が惹起されるのである。

なお、このような中間焼鈍処理において、チタニウム銅
合金＋Ａ料を固溶限以下で且つ再結晶温度以下の焼鈍／
１１に度に保持し、第二相を母相中に微細且つ均一・に
分１ｉ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、一義的に規定することば円外であるが
、一般に、かかるチタニウム銅合金材料を５００°Ｃ〜
７００℃の’１４！４度に１時間〜２０時間保持する条
（／Ｉ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
金材料にば、更に冷間加圧が施されるか或いはそのよう
な冷間加工か施されることなく、最終溶体化処理か施さ
れることとなるが、その際、かかる＋」材中の第二相は
、その析出状態が微細月。

つ均一に母相中に分散した状態であるところから、溶体
化処理の為のυＩ＋温時に母相の結晶粒が不均一に粗大
化するごとがすＪ果的に防止せしめられると共に、溶体
化？！ｊ、度く固溶限局−に且つ再結晶温変局」二の／
１債度）領域にて迅速且つ均一・にＩＵ相和中固溶する
ようになり、そのため溶体化温度での保１４時間は、従
来の時効硬化性チタニウム銅合金材料銅合金手型造］−
程におり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−已ても、結晶粒６
１４１１人化が起こりｆｌ　＜、その結果、溶体化組織
が２５μｆＴｌ以−トの１’均結晶１′☆ｌ（Ｙとされ
たチタニウム銅合金材料が、容易Ｒつ有利ｌに得られる
のである。

なお、かかる最終溶体化処理番、１、固溶限以七汀つｉ
ｌＴ結晶？ＸＡ度以変局の溶体化４１４度において、所
定時間、一般に１９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ずろような
条件下において実施され、これによって、平均結晶粒径
が’ｌ　５　ｌｔ　ｍ以下である溶体化に１［織を有す
るチタニウム銅合金材料が右利に形成されることとなる
が、このｌ容体化処理におりる保持時間、換言すれば溶
体化時間は、具体的に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
変化さ・けるべきものであるところから、材料に応して
適宜に決定されることとなる。例えば、薄板状のチタニ
ウＪ・銅合金＋Ａ料の場合にあっては、そのような溶体
化処理時間は３分以内とされ、またその板厚が厚い等の
場合にあっては、３０分〜１時間の溶体化処理が・ν・
要となる場合もある。

そして、そのような最終ン容体化処叩によ−、゛Ｃ実質
的に充分な溶体化が行なわれ一乙その溶体化組織の平均
結晶粒径が２５μｍ以下とされたチタニウム銅合金材料
には、常法に従って、９′（別に応じて冷間圧延等の加
］二が施された後、通常の時分ｌｌｉｌ容体化処理えば
３００℃〜５００℃で３０分〜３時間保持することによ
って、「１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、このようにして得られる時効硬化性チタニウ
ム銅合金材料において、その平均結晶粒径を２５μｍ以
下とするものであり、それは一般に溶体化組織のもので
ある他、溶体化処理された月利に更に冷間加工及び／又
は時効硬化処理などの加工乃至は処理を施して得られる
チタニウム銅合金材料においてその組織を２５μｍ以下
のｊ１ｊ均結高結晶のものとしたものであってもよい。

そして、かくして（ηられる本発明に従う時り」硬化性
チタニウム銅合金材料にあっては、平均結晶粒径が２５
μＩｎ以下である組織を有するものであるところから、
成形性、ハネ寿命、伸び、耐力の向上と共に、溶体化処
理後において冷間圧延を加えたもの或いは冷間圧延と共
に時効硬化処理を施したものにあっては、圧延方向とそ
れに直角な方向におりる月利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月利
である。

しかも、そのような材料は、特に伸びに関して、圧延方
向とは直角な方向における伸びが圧延方向におけるそれ
に対して２０％以内の変化割合内にあるものであり、ま
た曲げ成形性において、圧延方向とそれとは直角な方向
における曲げ成形性が実質的に変わらない、換言すれば
９０°曲げ成形性において、圧延力１ｉｉＪ　Ｌこおけ
る値に対する、圧延方向とは直角な方向における値が、
５０％以下の変化割合内にある均一な月利特性を有する
ものであって、実用上、方向性のない時効硬化性チタニ
ウム銅合金材料として有利に使用され（Ｍるものである
。

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
記載によって何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　１ｍ間で４．０％のＴｉを含有し、残部がＣｕ及び不可避
的不純物の組成を有する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：１．２１＋１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、更に続いて冷間圧延を行なって、板
厚が０１５ｍ１１１の冷間圧延材を得た。

そして、こ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）を行なうことにより、第二相が多
量且つ球状に微細且つ均一に分散した状態の金属組織を
イｊ゛する焼鈍材を（４７た。次いで、この焼鈍材を８
３　（１”Ｃ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、第二相が母相中に充分に
固溶した、平均結晶粒径が１０μｍの均一な溶体化組織
を有する銅合金板材を得た。

一方、前記時効硬化性チタニウム銅合金からなる板厚が
０．５鰭の冷間圧延ヰＡに対して、６５０°Ｃにおける
熱処理を行なうことなく、直らに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１１−
相中に充分に固溶した、実質的に充分な溶体化組織とす
るためには、３分の保持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４０μｍであった。

そして、上記において得られた平均結晶粒径が１０μｍ
及び４０μｍの溶体化組織を有する二つの銅合金板材（
板厚：０．５＋ａｍ）に対して、それぞれ板厚がＱ、　
３　＋ｕになるまで冷間圧延（加工率４０％）を行ない
、それぞれ１口２を得た。また、かかる■■拐に対して
、更にその後、４００℃の温度に゛ζ２時間の時効硬化
処理を行なうことにより、それぞれｎ　Ｔ　＋Ａを得た
。そして、これら得られたｔｌ材及び１１　Ｔ材につい
て、それらの硬度、引張り強さ、０．２％耐力、伸び、
９０°曲げ成形性（坂祠を９０°曲げた場合におレノる
板ｊソに対する曲げ半径の比）について測定を行ない、
その結果を下記第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、平均結晶
粒径が１０μｒｎである組織を有する本発明に従うチタ
ニウム銅合金板材ば、平均結晶粒径が４０μｍの板材に
比べて同等の硬度であるにも拘わらず、引張り強さ、０
．２％耐力、伸び、曲げ成形性において優れた値を示し
、しかも圧延方向による特性値の差も著しく小さいもの
であった。

すなわち、圧延方向（０°）と圧延方向に直角な方向（
９０”）におりるそれぞれの物性値の差は、平均結晶粒
径が４　Ｑ　ＩＩ　ｍのものに比べて、平均結晶粒径が
１０！月＋１のものにおいては、極めて小さく、実質的
に同一とみなしくＭるべきものであり、実用上、方向性
のない均一な時効硬化性チタニウム銅合金材料であるこ
とが認められた。

実施例　２実施例１においてｉ−１られた板厚が０．５１１１の冷
間圧延祠に対して、下記第３表に示される中間焼鈍処理
と最終溶体化処理の各種の組合・Ｕからなる処理を施す
ことにより、種々なる平均結晶粒径を有する、第二相が
ミクロ組織的に充分固溶した溶体化組織よりなる、板厚
が０．３龍のチタニウムｔ１−１合金板月をｉυた。な
お、何れの試料にあっても、中間焼鈍処理をした後、４
０％の船上率で冷間加工を行ない、その後に所定の最終
溶体化処理が行なわれている。

次いで、この溶体化処理の施された平均結晶粒ｉ％の異
なる各種のチタニウムｆＩＩ１１合金板伺に対して、冷
間加１：をｆｉミノ（い、　Ｉ＆厚が０．１５ＩＩｍの
扱＋Ａとした後、４００℃の’ｌ！！度にて２時間の１
１１すＪ硬化処理を行なって、それぞれの１幾械特性を
測定した。測定結果を、ＩＳ記第４表に示す。なお、各
板Ｈにお６する平均結晶粒径は、冷間力「に、時効硬化
処理が施された後においても、実質的な変化が認められ
なかった。

かかる第３表と第４表の結果から明らかなように、時効
硬化処理の施された５チタニウＪ１銅合金１４料におい
て、その硬度は、結晶粒径にかかわらず同等のレベルか
、若しくは結晶粒径が小さくなるに従ってやや劣るよう
になるが、その引張り強さは同等か、若しくは結晶粒径
が小さくプ、するに従って向」ニされ、また０、　２％
耐力、伸び、９ｆ）°曲げ成形性にあっては、結晶才）
）径が小さくなるにつれて順次向上し、特に２５μｒｎ
以下の結晶粒（その溶体化組織を有する材料においては
、その分Ｊ果は極めて著しくなるのである。

また、それら測定値の圧延方向によるバラツキも、結晶
粒径が小さくなるにつれて少なくなり、１０μＩｎ以下
の結晶粒径の溶体化組織が与えられた材料にあっては、
圧延方向とそれとは直角な方向における物性差が殆どな
くなり、実質的に力量性のない月利と認められるもので
ある。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）時効硬化性チタニウム銅合金の加工材にして、実
質的に充分な溶体化処理が施されてなり、且つ平均結晶
粒径が２５μｍ以下である組織を有しζいることを特徴
とする時効硬化性チクニ゛、ウム銅合金祠石。
（２）前記加工材が冷間圧延＋４であり、そしてその圧
延方向とは直角な方向におりる伸びが、Ｊｉｌ延方向方
向りる伸びに対して２０％以内の変化割合内にあり、月
つ圧延方向とは直角な方向ｃ、ｒおりる曲げ成形性が、
圧延方向にお番するそれと実質的に変わらない材料特性
を有する特許請求の範囲第１項記載の時効硬化性チタニ
ウＪ１銅（ｒ金材料。ｆ：（ｌ　１ｉｉｊ記チタニウム銅合金が、重量で２〜
６シ１；のチタニウムを含む銅基合金である１、＋ｉ許
請求の範囲第１項又は第２項記載の時効硬化性チタニウ
ム銅合金材料。