专利名称：经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金及其制造方法
技术领域：
本发明涉及例如适用于拉链的元件、拉头、止扣等或金属制钮扣、被服用连结件等装饰品的、强度与经久抗裂性能优良的高比例锌合金及其制造方法。
背景技术：
现有的拉链用铜合金使用了以赤黄铜、黄铜为代表的铜锌合金或锌白铜合金等合金。作为用于这些合金的合金元素的锌、因为固溶有着增大合金强度、硬度、均匀变形量的效果。另外，锌由于比铜廉价、故可得到有良好特性又廉价的合金。
但由于锌元素在铜中的存在，而有使耐蚀性显著劣化的问题，使用锌比例比较大的铜合金，特别是由冷加工在底布上植装而制造拉链的情况下，产生了由残留的加工变形引起的经久裂纹的问题。
经久裂纹，在Cu-Zn系合金中较多见，特别是含Zn大于10％，经久裂纹急剧恶化。
为了提高Cu-Zn系合金的经久抗裂性能，考虑锌的比例在10％以下，但由于这样的合金不仅价格高、而且强度也变得不足，故不希望用于拉链用铜合金。
在应力腐蚀下引起的应力腐蚀裂纹问题，由在再结晶温度附近进行退火、保持再结晶粒粗大化以前的状态，可以显著改善；另外，借添加微量的各种元素，可延长应力腐蚀裂纹的寿命，曾有过这方面的报告。
例如，在专利文献1中记述有，将冷塑性加工的Cu-Zn合金构件在200～300℃温度下退火后急冷，使在合金构件的表面产生压缩残余应力，由此可提高抗应力腐蚀裂纹性能。
但在前述的由退火防止应力腐蚀裂纹的方法中，由于必须热处理而引起材料强度降低，另外，也难以用到植装于拉链制品那样的拉链带上的元件等上面。
在产生变形的状态使用的情况下，即使没有由使用环境产生负荷应力，恐怕也几乎没有解决所产生的经久裂纹的有效手段。
专利文献1日本特公昭60-17822号公报。
发明内容
本发明的目的即在于提供在含有高比例的锌的铜合金中可冷加工且强度高而且经久抗裂性能优良的铜-锌系合金及其制造方法。
上述课题可由具有如下所述构成的本发明得以解决。
(1)一种经久抗裂性能优良的铜锌合金的制造方法的特征在于对进行了冷加工的含锌至少大于1％的铜锌合金，进行降低该合金表面的拉伸残余应力或使其成为压缩残余应力状态的处理。
(2)按上述(1)所述经久抗裂性能优良的铜锌合金的制造方法，其特征在于，前述处理从喷丸硬化、喷丸、喷砂与喷射钢球中选择至少一种。
上述(1)或(2)所述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法中，其特征在于，前述Cu-Zn系合金具有以一般式为CuaZnbXc(X为从Al、Si、Sn、Mn中任选至少一种的元素，a、b、c是质量百分比，a为余量，10＜b≤38，0≤c＜3，可包含不可避免元素)所表示的成分。
(4)前述(1)或(2)中所记述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法，其特征在于，前述Cu-Zn系合金具有以一般式为CuaZnbXc(X是从Al、Si、Sn、Mn中任选至少一种元素，a、b、c是质量百分比，a为余量，25＜b≤38，0≤c＜3，可含有不可避免元素)所表示的成分。
(5)由上述(1)～(4)中任一项所记述的制造方法制造的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金。
(6)在日本伸铜技术协会标准JBMA-T301中规定的经时裂纹试验中，即使在暴露2小时后，也不产生经久裂纹的、上述(5)中所记述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金。
(7)在前述日本伸铜技术协会标准JBMA-T301所规定的经久裂纹试验中，在最大12个小时暴露后，制品强度下降量(％)小于10％的上述(5)所记述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金。
(8)上述(5)～(7)中任一项所记述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金构成的拉链的构成零件。
图1是拉链的概念图。
图2是说明在拉链上安装下止扣与上止扣的方法的图。
具体实施例方式
下边来说明本发明的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金。
产生经久裂纹的原因有合金组成、腐蚀环境与拉伸残余应力三项。
如前所述，我们知道，经久裂纹在Cu-Zn系合金中多见，特别是如含Zn量在10％以上，经久裂纹会急剧恶化。
特别是在具有以下式表示的组成的情况下Cu-Zn合金具有一般式CuaZnbXc(X为Al、Si、Sn、Mn中任选至少一种的元素，a、b、c为质量百分比，a为余量，10＜b≤38，0≤c＜3，可含不可避免元素)所表示的成分时，容易引起经久裂纹，在前述b为25＜b≤38的情况下尤为显著。
拉伸残余应力由冷加工的塑性变形不均等产生，但借控制材料表面残余应力为零、或控制为压缩残余应力，在前述这样的合金组成中，也可改善经久抗裂性能。
作为减小拉伸残余应力的方法，可举出对材料表面给予连续冲击引起表面硬化的喷丸硬化、喷丸、喷砂、喷射钢球等表面硬化方法。由于这样的表面硬化操作，在冷加工所产生的表面层可形成超过屈服点的塑性变形，降低由冷加工所产生的拉伸残余应力，或可控制为压缩残余应力。
在用于制造拉链制品的情况下，由进行前述表面硬化操作所得到的绉纹组织形式、有着可提高拉链制品的外观设计性的效果。
作为用于喷丸硬化的介质的材质主要可举玻璃、砂子、钢球、陶瓷等，其形状最好为球形。在有棱角的情况下必须倒圆使用。由于棱角伤及被加工材料，成了表面缺陷的原因。
另外，在用于拉链制品的情况下，由喷丸硬化得到的拉链表面的梨皮花纹的均匀性被损坏，且形成引起滑动阻力增大的伤痕。
用于喷丸硬化处理的介质的平均粒径最好在10μm～2000μm的范围内。不足10μm则不足以减低拉伸残余应力，反过来若超过2000μm则表面粗糙度变大。
在用于拉链制品的情况下，用于喷丸硬化的介质的粒径若超过2000μm，由喷丸硬化(硬化装置)所得到的绉纹形式变粗，不仅损害工艺性，而且由于表面粗糙度增大还增大了滑动阻力。
喷丸硬化介质的投射速度最好是在10～150m/s的范围内。由于施加于被加工材料的功依赖于速度，故速度不达下限则不足以降低拉伸残余应力，如超过上限则难以构成投射装置，且容易引起介质破碎等。
另外，由于本发明的合金的组织为α相单相，由其冷加工性可提供优质合金。
喷丸硬化的投射时间最好是在1～60s的范围内。
若不满前述下限，整个材料表面难以完整覆盖，而如超过了前述上限，表面的削蚀量变大，制品尺寸显著减小。
另外，在用于拉链的情况下，如不足前述下限，不能使整个材料成均匀的梨皮花纹，而如超过前述上限，由于削蚀，拉链齿的尺寸变小，引起强度降低、滑动阻力增大。
下边借附图具体说明作为本发明合金使用用途的拉链。
图1是拉链的概念图，如图1所示，拉链由以下诸件构成在一侧端形成芯部2的一对拉链带1、1与在拉链带1的芯部2上按规定间隔夹牢固定(安装)的元件3，在元件3的上端与下端连结固定于拉链带1的芯部2上的上止扣4与下止扣5，配置于相对的一对元件3间、为使元件3咬合与离开而向上下方向自由滑动的拉头6。而且，在上面所述中，在拉链带1的芯部2上装上元件3即构成拉链的链7。另外，图1所示的拉头6，是对图中未示出的由断面成矩形的板状体构成的长方体施加多级压力加工，每规定间隔切断，制作成拉头壳体，再根据需要装上弹簧与拉手。拉手也是由断面为矩形的板状体、冲成规定形状，借其对拉头的拉开操作将一对拉链的链分开。
图2是表示图1所示的拉链的元件(构成部件)3、上止扣4(构成部件)与下止扣5(构成部件)的制造方法及向拉链带1的芯部2上安装的方法的图。图2中，8是异形线，9是结合头部，10是腿部，11是矩形线，12是异形线。
如图所示，元件3，将断面大致为Y字形构成的异形线8按规定尺寸切断，以对其压力加工成形、形成结合头部9，而后，借将两腿部10夹牢安装于拉链带1的芯部2上。
上止扣是将断面为矩形的矩形线11(平行线)每隔规定尺寸切断，经弯曲加工成形成断面大致成コ字形，而后，夹牢安装于拉链带1的芯部2上。
下止扣是将由断面大致成X形的异形线12每隔规定尺寸切断，而后，夹牢安装于拉链带1的芯部2上。
在图中，元件3、上下止扣4、5同时装于拉链带1上，但实际上是，将元件3连续装于拉链带1上、首先作成拉链的链，再取下拉链链的止扣安装区域的元件3，接近该区域的元件3安装规定的止扣4或5。
这样使用于拉链的元件、止扣、拉头、拉手等多进行冷加工，因此产生拉伸残余应力，含Zn越多的拉链产生经久裂纹越大。
因此，在进行制造与安装的工序中，在将元件、止扣、拉头、拉手等装于拉链带之前或/以及之后，由进行喷丸硬化的残留应力控制、可制成经久抗裂性能优良的合金。
在本发明中，由使Cu-Zn合金的组成为特定的组成，可达到本发明的目的，下边对构成本发明的合金的各成分进行说明。
Zn在铜合金中含Zn多的Cu-Zn系合金、在拉伸应力与腐蚀环境下容易产生应力腐蚀裂纹或经久裂纹。如锌含量大于10％，由固溶强化可使合金强度增高，但同时经久裂纹的敏感性也变高。反过来，如锌含量在10％或10％以下，合金本身的强度不足。如在该经久裂纹敏感性高的黄铜系合金上采取表面硬化措施，经久裂纹性能可得到极大的改善。另外，如含锌在25％以上由于作为合金的强度与加工硬化可得到充分高强度化，使用本方法防止因经久裂纹引起的强度降低非常有效。如含锌在38％或38％以上，β相的形成很显著，难以进行冷加工和成形制品形状。
X(Al、Si、Sn、Mn)Al、Sn、MnAl与Sn及Mn通过固溶强化来提高合金的机械性能。但如大于3％，由于结晶结构成α+β相，不能保证充分的冷加工性能。
SiSi在表面上形成稳定的氧化膜，因而有着提高拉链所要求的经久抗裂性能的效果。但如在3％或3％以上，结晶构造成α+β相，不能保证充分的冷加工性能。本发明的合金，由于是α相单相，故可确保足够的冷加工性能。
实施例实施例1～13作为原材料使用纯Cu(99.99％)、纯Zn(99.9％)、纯Al(99.9％)、纯Si(99.9％)、纯Sn(99.9％)、纯Mn(99.9％)，秤量出表1或表2所示的规定组成。将其放入铝坩埚中，在氩气中高频熔化，再注入φ40mm的铜铸模内，制成铸块。将所得铸块切断成75mm长，成挤压用坯料。挤压在坯料温度800℃、挤压成形模体温度530℃下进行，制成φ26mm的挤压材料。对所得挤压材料进行800℃、1小时的均质处理。
对所得到均质处理后的材料进行车削加工，制成φ6mm的圆棒，再冷压到厚1.2mm，加了80％的压延变形(与在成形拉链的元件时所给予的变形量相同)。对压延片按JIS Z 2201的7号试验片做成拉伸试验片。对该试验片、在表1与表2所示喷丸条件下以投射速度60m/s从相对试验片平行部成直角的四方在距离100mm上向试验片投射介质(メデイア)。投射时间取20S。
按JISH3300提供的日本伸铜技术协会标准JBMA-T301所规定的经久裂纹试验法进行2～12小时的氨暴露试验。暴露试验后的试验片，由表面观察评价有无经久裂纹，如未发现裂纹作记号○，发生裂纹作记号×。其后由拉伸强度试验机(Instron)型试验机，在1mm/s的滑块速度下进行拉伸试验，以暴露试验前后的强度降低量(％)进行评价。评价结果示于表1。
比较例1～7使用与实施例中所用同样的原材料，除表2所示合金组成外，与实施例一样制成试验片。
在对所得到的试验片在表2所示喷丸条件下投射介质之后，与实施例一样进行经久裂纹试验。评价结果示于表2中。
表1
表2
评价结果对于本发明材料、比较例的经久裂纹的评价结果是，在比较例1～5中产生了裂纹。而相对于此，本发明的材料都没有产生裂纹。
另外从测定试验片的强度降低量的结果来看，未进行喷丸硬化处理的比较例1～5示出，Zn含量越多强度降低量越大，而本发明中几乎没有强度下降。由此，比如在用于拉链制品的各种环境下经长时间使用，可以说不产生经久裂纹而维持了高强度。
在比较例6、7中，未发生经久裂纹，也几乎没有强度下降，但由于Zn含量低强度不足。对此，本发明的材料不管哪一种的强度都维持600～730MPa的高强度。由此，在将本发明的材料用于例如在开闭拉链等中、由于对元件与止扣部施加过度的负荷需要一定的高强度的拉链的元件与止扣部等的情况下，本发明的材料可向这些拉链制品提供具有必要的强度良好的制品。
本发明可提供材料价格低廉、经喷丸硬化等冷加工达高强度、经久抗裂性能优良的含锌比例高的Cu-Zn合金，由于前述加工为冷加工工序，例如也可适用于拉链元件拉头、止扣等植装于拉链带的状态。
权利要求
1.一种经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法，其特征在于，对进行了冷加工的、至少含Zn量大于10％的Cu-Zn系合金，进行降低该合金表面的拉伸残余应力或使其成为压缩残余应力状态的处理。
2.按照权利要求1所述经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法，其特征在于，前述处理为从喷丸硬化、喷丸、喷砂以及喷射钢球中选择的至少一种。
3.按照权利要求1或2所述经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法，其特征在于，前述Cu-Zn系合金具有以一般式为CuaZnbXc(X为Al、Si、Sn、Mn中选择的至少一种元素，a、b、c是质量百分比，a为余量，10＜b≤38，0≤c＜3，可含不可避免元素)所表示的成分。
4.按权利要求1或2所述经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金的制造方法，其特征在于，前述Cu-Zn系合金具有以一般式为CuaZnbXc(X为Al、Si、Sn、Mn中选择的至少一种元素，a、b、c是质量百分比，a为余量，25＜b≤38，0≤c＜3，可含不可避免元素)所表示的成分。
5.一种经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金，其特征在于，按权利要求1所述制造方法制造而成。
6.按照权利要求5所述的经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金，其特征在于，在日本伸铜技术协会标准JBMA-T301规定的经久裂纹试验中，暴露2小时后也不产生经久裂纹。
7.按权利要求5所述经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金，其特征在于，在前述日本伸铜技术协会标准JBMA-T301规定的试验中，最大在暴露12小时后，制品强度降低量在10％以内。
8.一种拉链的构成零件，其特征在于，由权利要求5所述经久抗裂性能优良的Cu-Zn系合金制成。
全文摘要
为提供对含Zn比例高的Cu合金可冷加工并具高强度而且经久抗裂性能优良的Cu－Zn系合金。对其进行了冷加工、至少含Zn量10％以上的Cu－Zn系合金，进行从喷丸硬化、喷丸、喷砂、喷射钢球中任选至少一种方法的冷加工，降低该合金表面的拉伸残余应力或成压缩残余应力状态。前述Cu－Zn系合金可使用具有以一般式为CuaZnbXc(X为从Al、Si、Sn、Mn中任选至少一种元素，a、b、c为质量百分比，a为余量，10＜b≤38，0≤c＜3，可含不可避免元素)所表示之成分的材料。
文档编号C22F1/08GK1542150SQ200310120218
公开日2004年11月3日 申请日期2003年12月9日 优先权日2003年5月1日
发明者小泉琢哉, 吉村泰治, 喜多和彦, 彦, 治 申请人:Ykk株式会社