【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
この発明は高力導電用銅合金電極材の製造方法
に関するものである。
この種の合金は、抵抗溶接における電極材料や
電気機器材料として用いられ、その性能としては
高導電性に加えて機械的強度良好なことが要求さ
れる。従来かかる合金としては、クロム銅合金が
よく知られている。また強度向上のためさらに多
量のZrを含有させたクロムジルコニウム合金も知
られており、これら合金はいずれも析出硬化現
象、加工硬化現象を利用して製造されている。即
ちその製造方法は溶体化処理→焼入→冷間加工→
時効処理からなる。特に析出現象が特性値を支配
するので、焼入状態における固溶CrおよびZr量
が多い程、時効処理後の機械的強度が良好とな
る。
ところがこのようにするためには溶体化処理温
度を十分に高くすると同時に焼入時の冷却速度を
大きくすることが必要であるが、前記在来合金は
焼入感受性が高いため処理条件のわずかな変動に
よつても時効処理後の強度が変動する。このため
処理条件の厳密な管理が必要であることから製造
コストを上昇させる不都合を生ずるとともにその
全長にわたつて均一な性能を付与することはいた
つて難かしい。
この発明はかかる事情を背景にしてなされたも
のであつて、合金組成を詳細に検討して前記焼入
感受性を改善することにより製品品質の安定と製
造工程の合理化を達成せんとするもので、その要
旨とするところはCr0.3〜1.5％（重量％、以下同
じ）、Zr0.03〜0.1％（0.1％を除く）、Si0.01〜
0.08％残部Cuからなる合金を、溶体化処理後空
冷することを特徴とする高力導電用銅合金電極材
の製造方法である。これを詳細に説明すると、焼
入感受性の評価法としては第１〜２図にしめす恒
温処理曲線（Ｔ−Ｔ−Ｐ曲線）が利用できる。第
１図は恒温処理材の等導電率曲線（導電率
IACS：40％）であり、第２図は恒温処理材の時
効処理後の等硬度曲線（硬度ＨRＢ：80）であつ
て図中１〜４は第１表にしめす組成の合金をしめ
す。
前記第１図の曲線は合金鋳塊（外径254mmφ）
を熱間押出加工（温度950℃、外径35mm、長さ
5500mm）→熱処理（950℃）→400〜950℃の塩浴
炉にて10〜3000秒保持→水冷して導電率
（IACS）を測定した。
また第２図の曲線は上記工程を経たものを60％
冷間加工（外径22mm）後475℃×5hrの時効処理し
たものである。しかして第１〜２図にみられるよ
うに合金はいずれも高温部（800〜850℃）と低温
部（500〜600℃）に析出速度の早い領域いわゆる
ノーズ（NOSE）を有しているので、溶体化処理
後の冷却に際しては、これらのノーズに至る時間
よりも短い時間で冷却する必要がある。そして溶
体化処理後の臨界冷却速度は時効処理後の硬度値
に影響する高温ノーズにもとづいて決定する必要
がある。
この発明による合金（試料No.4）は従来合金
（試料No.1〜３）に比べて溶体化処理後の臨界冷
却速度が小さくて足りる。第２表に恒温処理曲線
から求めた臨界冷却速度を示した。これは押出加
工（外径35mm、長さ5500mm）→950℃溶体化処理
−Ｔ−Ｔ−Ｐ処理→水冷→60％冷間加工（外径22
mm）→475℃×5hr時効処理材において、硬さＨR
B75以上をうるための、Ｔ−Ｔ−Ｐ処理材での高
温側ノーズに到る時間から求めたものである。
また第２表に記した硬度、導電率等は同一組成
の試料を950℃溶体化処理→自然空冷→60％冷間
加工→475℃×5hr時効処理したものについての測
定結果をしめす。
しかして第２表においてこの発明による合金
（試料No.E.G.）はその臨界冷却速度が10℃／秒
以下であり、空冷途上でのCr，Zr等の析出が容
易に生じず固溶状態にあることをしめす。
即ち外径35mmφ程度の銅合金の場合、水冷によ
る冷却速度は45〜65℃／秒であり空冷の場合は３
〜５℃／秒であるが、前記のごとく臨界冷却速度
10℃／秒の合金はそのままもしくは強制空冷を行
なうことによつて充分に固溶処理される。
また第３図は第２表における試料について性能
の均一性をみるために前記空冷後の導電率を長手
方向の頭部、中央部および尾部について測定した
ものであつて、Cr，Zr，Siを特定量含有させた
試料NO，Ｆ，Ｇ（Ｆは比較例）によれば、その
全長にわたつて均一な性能を付与できる。
ここで、第２表に示す試料NO，Ｃ，Ｆ，Ｇ
（Ｃ，Ｆは比較材、Ｇはこの発明材）を用いて、
以下に示す棒製造方法によりそれぞれ製造し、ス
ポツト溶接テストを実施したところ、比較材Ｃに
対してはすべての点にこの発明材Ｇは優れ、比較
材Ｆについては、スポツト寿命、溶着限界電流、
先端径の拡り量の点、すなわち、スポツト溶接用
電極材として優れたものであることが確認され
た。
(1) 棒製造方法
試料No..C.F.Gを68φ×200mmのビレツトに
成形し、これを920℃で１時間加熱し、間接押出
機により20φに押出し、押出し先端部に冷風を送
り空冷した。この押出棒を16φまで冷間抽伸した
後、475℃で５時間の時効処理を行つた。それら
の性能は第３表に示すとおりである。
(2) スポツト溶接テスト
上記棒体より第４図に示す先端径16φ、先端曲
率半径20Rの電極を形成し、次の溶接条件により
連続打点テストを実施した。
被溶接物
0.8mm厚の両面亜鉛めつき鋼板、（めつき付着量
45ｇ／45ｇ／m2）
0.8mm厚の軟鋼板
冷却水 31／分
加圧力 200Kｇｆ
打点条件打点速度 １点／秒、20点後40秒休止、
亜鉛めつき鋼板と軟鋼板を20打点毎に取
替
電流 10000A.通電時間 10サイクル（50Hz）
(3) 評価方法
(イ) ナゲツト形成状況よりみた連続打点数（寿
命）
80打点毎に引張せん断試験片を採取ナゲツ
ト径が４√（Ｔは板厚）以上であること。
(ロ) 溶着限界電流
溶接テスト供試前と200打点後の試料につい
て、加圧力200Kｇｆにて7000A〜500Aづつ
溶接電流を増大させる。
(ハ) 電極先端部
径の拡がり、亀裂長と合金層厚みを200打点
後の試料について、亀裂長さは各試料の打点
につき評価する。結果は第４表に示すとおり
であり、この発明は、銅合金電極材特にスポ
ツト溶接用チツプとして、Zrを0.03〜0.1％
（0.1％を除く）とすることにより、顕著な効
果をもつことが認められた。
かくの如き効果を達成する上で、合金組成の特
定は重要な意味をもつ。即ちCr0.3〜1.5％は析出
硬化を発揮させるためのもので、0.3％より少な
いとその効果期待できず、1.5％をこえると巨大
な初晶Crの密度が増して組織の不均質化を招
く。Zr0.03〜0.1％（0.1％を除く）は強度と耐熱
性および臨界冷却速度を向上させるもので0.03％
より少ないとその効果なく0.1％をこえると導電
率を低下させる。そしてSi0.01〜0.08％はさらに
臨界冷却速度を向上させるためのもので0.01％よ
り少ないとその効果なく、0.08％をこえると導電
率を低下させる。
以上のとおり、この発明は、従来の製造方法に
比べて、臨界冷却速度の小さい空冷により実施し
て、処理条件の厳密な管理を必要とせずに製品品
質の安定と製造工程の合理化を図る優れた効果を
有するものである。
The present invention relates to a method for manufacturing a copper alloy electrode material for high strength conductivity. This type of alloy is used as an electrode material in resistance welding or as a material for electrical equipment, and its performance is required to have good mechanical strength in addition to high electrical conductivity. A chromium-copper alloy is well known as such an alloy. Furthermore, chromium zirconium alloys containing a larger amount of Zr to improve strength are also known, and all of these alloys are manufactured using precipitation hardening and work hardening phenomena. In other words, the manufacturing method is solution treatment → quenching → cold working →
Consists of aging processing. In particular, since the precipitation phenomenon controls the characteristic values, the greater the amount of solid solution Cr and Zr in the quenched state, the better the mechanical strength after aging treatment. However, in order to achieve this, it is necessary to raise the solution treatment temperature sufficiently and at the same time increase the cooling rate during quenching. The strength after aging also fluctuates due to fluctuations. For this reason, strict control of processing conditions is required, which inconveniences an increase in manufacturing costs, and it is difficult to provide uniform performance over the entire length. This invention was made against this background, and aims to stabilize product quality and rationalize the manufacturing process by studying the alloy composition in detail and improving the quenching sensitivity. The main points are Cr0.3~1.5% (weight%, same below), Zr0.03~0.1% (excluding 0.1%), Si0.01~
This is a method for manufacturing a copper alloy electrode material for high-strength conductivity, characterized in that an alloy consisting of 0.08% balance Cu is solution-treated and then air-cooled. To explain this in detail, the constant temperature treatment curve (T-T-P curve) shown in FIGS. 1 and 2 can be used as a method for evaluating the quenching sensitivity. Figure 1 shows the isoconductivity curve (conductivity
IACS: 40%), and Figure 2 is the isohardness curve (hardness H R B: 80) of constant temperature treated material after aging treatment, and 1 to 4 in the figure represent alloys with the compositions shown in Table 1. . The curve in Figure 1 above is an alloy ingot (outer diameter 254mmφ)
Hot extrusion processing (temperature 950℃, outer diameter 35mm, length
5500 mm) → heat treatment (950°C) → held in a salt bath furnace at 400 to 950°C for 10 to 3000 seconds → cooled with water and measured electrical conductivity (IACS). In addition, the curve in Figure 2 is 60% of that which has gone through the above process.
After cold working (outer diameter 22mm), it was aged at 475°C for 5 hours. However, as shown in Figures 1 and 2, all alloys have a so-called nose (NOSE) in which the precipitation rate is high in the high temperature region (800 to 850℃) and the low temperature region (500 to 600℃). When cooling after solution treatment, it is necessary to cool in a shorter time than the time required to reach these noses. The critical cooling rate after solution treatment must be determined based on the high temperature nose that affects the hardness value after aging treatment. The alloy according to the present invention (sample No. 4) has a smaller critical cooling rate after solution treatment than the conventional alloys (sample Nos. 1 to 3). Table 2 shows the critical cooling rate determined from the constant temperature treatment curve. This is extrusion processing (outer diameter 35mm, length 5500mm) → 950℃ solution treatment - T-T-P treatment → water cooling → 60% cold working (outer diameter 22mm)
mm) → 475℃×5hr aging treatment material, hardness H R
It was determined from the time required to reach the high temperature side nose of the T-T-P treated material to obtain B75 or higher. In addition, the hardness, electrical conductivity, etc. listed in Table 2 show the measurement results for samples of the same composition that were subjected to solution treatment at 950°C → natural air cooling → 60% cold working → aging treatment at 475°C for 5 hours. However, in Table 2, the alloy according to the present invention (sample No. EG) has a critical cooling rate of 10°C/second or less, and Cr, Zr, etc. do not easily precipitate during air cooling and are in a solid solution state. I'll show you that. In other words, in the case of a copper alloy with an outer diameter of about 35 mmφ, the cooling rate by water cooling is 45 to 65 °C/sec, and in the case of air cooling, it is 35 °C/sec.
~5°C/sec, but as mentioned above, the critical cooling rate
The alloy at 10° C./sec is sufficiently solid solution treated as it is or by forced air cooling. Figure 3 shows the conductivity of the samples listed in Table 2, in which the conductivity after air cooling was measured at the head, center and tail in the longitudinal direction, in order to check the uniformity of performance. According to samples NO, F, and G (F is a comparative example) containing a specific amount, uniform performance can be imparted over the entire length. Here, samples NO, C, F, G shown in Table 2
(C and F are comparative materials, G is this invention material),
When each rod was manufactured using the following rod manufacturing method and a spot welding test was conducted, the invented material G was superior to comparative material C in all respects, while comparative material F was superior in terms of spot life, welding limit current,
In terms of the amount of expansion of the tip diameter, it was confirmed that it was excellent as an electrode material for spot welding. (1) Rod manufacturing method Sample No. CFG was formed into a billet of 68φ x 200mm, heated at 920°C for 1 hour, extruded to 20φ with an indirect extruder, and air-cooled by blowing cold air to the tip of the extrusion. After cold drawing this extruded rod to 16φ, it was aged at 475° C. for 5 hours. Their performance is shown in Table 3. (2) Spot welding test An electrode with a tip diameter of 16φ and a tip curvature radius of 20R as shown in FIG. 4 was formed from the above rod, and a continuous spot welding test was conducted under the following welding conditions. Object to be welded 0.8mm thick galvanized steel plate on both sides (Plating coverage:
45g/45g/ m2 ) 0.8mm thick mild steel plate cooling water 31/min Pressure force 200Kgf Dotting conditions Dotting speed 1 point/sec, 40 seconds pause after 20 points,
Galvanized steel plate and mild steel plate are replaced every 20 dots Current is 10000A. Current application time 10 cycles (50Hz) (3) Evaluation method (a) Number of continuous dots (life) based on nugget formation status Tensile shear test every 80 dots The diameter of the nugget used to collect the pieces must be 4√ (T is the plate thickness) or more. (b) Welding limit current welding test For the samples before and after 200 dots, the welding current was increased by 7000A to 500A at a pressure of 200Kgf. (c) The spread of the electrode tip diameter, the crack length, and the alloy layer thickness are evaluated for the sample after 200 points, and the crack length is evaluated for each point of each sample. The results are shown in Table 4, and the present invention is a copper alloy electrode material, especially a chip for spot welding, containing 0.03 to 0.1% Zr.
(excluding 0.1%) was found to have a significant effect. Specifying the alloy composition has an important meaning in achieving such effects. In other words, 0.3 to 1.5% Cr is used to exhibit precipitation hardening, and if it is less than 0.3%, no effect can be expected, and if it exceeds 1.5%, the density of huge primary Cr increases and the structure becomes heterogeneous. invite Zr0.03~0.1% (excluding 0.1%) improves strength, heat resistance and critical cooling rate, and 0.03%
If it is less than 0.1%, it will reduce the conductivity without having any effect. And 0.01 to 0.08% of Si is for further improving the critical cooling rate; if it is less than 0.01%, it has no effect, and if it exceeds 0.08%, the conductivity decreases. As described above, the present invention has advantages over conventional manufacturing methods in that it uses air cooling with a lower critical cooling rate to stabilize product quality and streamline the manufacturing process without requiring strict control of processing conditions. It has the following effects.
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【表】【table】
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１〜２図は恒温処理曲線をしめし、第３図は
押出材長手方向各部の導電率をしめすグラフ。第
４図は試料より形成する電極材である。
Figures 1 and 2 show constant temperature treatment curves, and Figure 3 is a graph showing the electrical conductivity of each part in the longitudinal direction of the extruded material. FIG. 4 shows an electrode material formed from a sample.