CN108728686A - 铜合金材料、铜合金材料的制造方法和笼型转子 - Google Patents

铜合金材料、铜合金材料的制造方法和笼型转子 Download PDF

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Abstract

本发明提供铜合金材料、铜合金材料的制造方法和笼型转子，该铜合金材料即使在受到高温加热时，也能维持高强度和高导电率。铜合金材料通过对含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金进行伸延而成，在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的析出物存在5000个/mm2以上。

Description

铜合金材料、铜合金材料的制造方法和笼型转子
技术领域
本发明涉及铜合金材料、铜合金材料的制造方法和笼型转子。
背景技术
一直以来，对于具有转子条和端环(转子芯)的笼型转子(笼型电动机)，从笼型电动机的高效率化的观点出发，正在进行由铜合金材料来形成转子条、端环的研究。作为这样的铜合金材料，例如可以使用由在铜(Cu)中添加锆(Zr)等而成的铜合金形成的铜合金材料(例如参照专利文献1、2)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-94175号公报
专利文献2：日本特开2014-173156号公报
发明内容
发明要解决的课题
在由铜合金材料形成转子条、端环时，通常由钎焊法等对这些来结合。但是，上述的铜合金材料由于Zr含量少，因而因钎焊等而受到高温加热时，强度会降低。其结果是，由于在笼型电动机的旋转中施加的离心力，转子条、端环会产生变形。此外，上述的铜合金材料除了Zr之外，还大量含有铝(Al)、锡(Sn)、磷(P)等，固溶于Cu中，因此存在如下课题：导电率低，如果用于使大电流流通的电动机等，则因电阻导致的损失增大。
本发明的目的在于，提供一种铜合金材料及其关联技术，该铜合金材料即使在受到高温加热时，也能维持高强度和高导电率。
用于解决课题的方法
根据本发明的一个方式，提供一种铜合金材料和将该铜合金材料用于端环和转子条而形成的笼型转子，该铜合金材料由含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金形成，在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的上述析出物存在5000个/mm2以上。
根据本发明的其他方式，提供一种铜合金材料的制造方法，具有如下工序：
铸造含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铸锭的工序；
对经加热的上述铸锭进行热伸延，形成伸延材料的工序；
在上述伸延材料的形成结束后60秒以内开始水冷，对上述伸延材料进行冷却，或者，在加热上述伸延材料使得上述伸延材料的温度成为形成上述伸延材料的工序中的上述铸锭的加热温度以上的温度后60秒以内开始水冷，对上述伸延材料进行冷却的工序；以及
进行将经冷却的上述伸延材料在350℃以上550℃以下的温度下加热30分钟以上的时效热处理的工序。
发明的效果
根据本发明，铜合金材料即使在因钎焊等而受到高温加热时，也能维持高强度和高导电率。
具体实施方式
＜发明人等所得到的见解＞
在说明本发明的实施方式之前，首先对本发明者得到的见解进行说明。
一直以来，作为上述的转子条、端环(以下也称为“转子条等”)的形成材料，使用铝材、铝合金材料(以下也称为“铝合金材料等”)。但是，近年来，从笼型电动机的高效率化的观点出发，正在进行由上述的铜合金材料来形成转子条等的研究。Cu的电阻比Al低，因此，由铜合金材料形成转子条等时，与由铝合金材料等形成时相比，据称电动机效率会提高数个百分比。
在由铝合金材料等形成转子条等时，由于Al的熔点为较低的约660℃，因而采用将铝、铝合金注入至预定的模具内而一次性成型转子条和端环的方法(压铸法)。
与此相对，在由铜合金材料形成转子条等时，就难以采用上述的压铸法。这是因为，Cu的熔点高至约1085℃，存在模具的寿命短等课题。因此，这种情况下，采用如下的方法：准备转子条和形成有多个插槽的端环，在将转子条插入端环的插槽后，对该插入部位进行例如钎焊、焊接(钎焊等)，来使转子条和端环一体化。
从即使在因电动机的旋转而对转子条等施加很强的离心力时也防止转子条等变形的观点出发，要求转子条等具有高强度。因此，作为形成转子条等的材料，使用经加工硬化的铜合金材料(加工硬化材料)。加工硬化材料是通过进行拉拔等塑性加工来积累应变从而进行了加工硬化的铜合金材料。因此，加工硬化材料与例如退火材料相比，其强度高。例如，无氧铜的退火材料(O态材料)的拉伸强度为230N/mm2，与此相对，加工硬化材料(H态材料)的拉伸强度为360N/mm2，H态材料的强度比O态材料高。
但是，上述的加工硬化材料如果暴露在高温，则经加工硬化的铜的晶粒会发生再结晶，从而释放应变，强度会下降。例如，在通过使用银焊料的钎焊使转子条和端环一体化时，转子条等会暴露于800℃以上的高温。因此，即使在通过加工硬化材料形成转子条等的情形下，也会因钎焊时的高温加热而导致转子条等的强度降低，有时转子条等会因上述离心力而变形。
这里，为了抑制因高温加热导致的强度降低，考虑将在Cu中添加Zr等并使Zr析出物在铜母相(母相)中析出而形成的铜合金材料(以Cu-Zr为主成分的铜合金材料，Cu-Zr系合金材料)用于转子条等。Zr析出物是指通过Cu与Zr反应而生成的析出物。此外，对于Cu-Zr系合金材料，由于Zr的固溶极限极低，因而因钎焊时的高温加热而固溶于母相中的Zr的量也会极少。因此，Cu-Zr系合金材料与以Cu-Zr以外的成分为主成分的铜合金材料相比，因加热而导致的导电率的下降非常小。因此，可以说Cu-Zr系合金材料是适合于转子条等的形成材料的材料。
但是，即使是Cu-Zr系合金材料，如果Zr的含量过多，则受到高温加热而固溶于母相中的Zr的量也会增加，导致导电率大幅下降。另一方面，Cu-Zr系合金材料中，如果Zr的含量少，则不能充分抑制因钎焊时的高温加热导致的强度的下降。认为这是因为：抑制因高温加热导致的强度下降所需要的上述Zr析出物的数量减少，或者即使Zr析出物的数量足够，其大小也不充分。
这里，本发明人等对于由Cu-Zr系合金形成的铜合金材料，为了抑制因高温加热导致的强度的下降、导电率的下降而进行了认真研究。其结果是，发现在该铜合金材料中，通过在母相中析出的Zr析出物中，尤其对Cu5Zr析出物的大小和数量进行恰当的调整，就能够解决上述课题。本发明就是基于本发明人等的上述见解而提出的。
＜本发明的一个实施方式＞
(1)笼型转子的构成
首先，对于本发明的一个实施方式所涉及的笼型转子(笼型感应电动机、笼型电动机)的构成进行说明。
本实施方式涉及的笼型转子具有2个圆环状的端环和多个转子条。在各转子条的两端部分别设置端环。端环上设置有能够插入各个转子条的端部的多个插槽，通过将转子条的端部分别插入各插槽中，从而使转子条与端环接合。进而，对该接合部进行钎焊、焊接等，使得转子条与端环一体化。该转子条、端环由铜合金材料形成。
(2)铜合金材料的构成
以下，对于适合在上述的笼型转子所具有的转子条、端环中使用的铜合金材料的构成进行说明。
本实施方式涉及的铜合金材料含有预定量的锆(Zr)，余量由铜(Cu)和不可避免的杂质构成。铜合金材料例如通过进行伸延加工而在预定方向上伸延，形成为棒状。
作为铜合金材料的母材的Cu，从抑制导电率(导电性)下降等的观点出发，优选使用例如氧(O)浓度为0.0005质量％以下的无氧铜(OFC：Oxygen Free Copper)等。
通过在铜合金材料中含有Zr，Zr与Cu反应，其结果是，在铜合金材料(母相)中析出作为Zr和Cu的化合物之一的Cu5Zr析出物。根据铜合金材料中的Zr的含量的不同，在母相中析出的Cu5Zr析出物(以下，也简称为“Cu5Zr”)的大小、数量(析出数)会变化，同时高温加热后在铜合金材料的母相中固溶的Zr的量也会变化。因此，铜合金材料中Zr的含量例如希望为0.1质量％以上0.2质量％以下，优选为0.12质量％以上0.16质量％以下。
Zr的含量如果小于0.1质量％，则有时在铜合金材料的母相中析出的Cu5Zr的大小会小，析出数会少。通过使Zr的含量为0.1质量％以上，能够解决该课题，能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr在母相中析出。例如，在铜合金材料的与伸延方向正交的方向上的截面(以下，也称为“铜合金材料的横截面”)中，能够使Cu5Zr以直径(横跨最小的宽度)为0.2μm以上的Cu5Zr存在5000个/mm2以上的方式析出。通过使Zr的含量为0.12质量％以上，能够确实地使预定大小、预定数量的Cu5Zr析出。
Zr的含量如果超过0.2质量％，则高温加热后(例如在830℃的温度条件下加热10分钟后)在铜合金材料的母相中固溶的Zr的量会增加。这是因为，通过铜合金材料在高温下被加热从而在铜合金材料中析出的Cu5Zr会固溶于母相中。通过使Zr的含量为0.2质量％以下，能够解决该课题，通过使Zr的含量为0.16质量％以下，能够确实地解决该课题。其结果是，能够抑制高温加热后的铜合金材料的导电率的下降。
铜合金材料中，除了上述Zr以外，还优选在例如0.1质量％以下的范围内含有从由镁(Mg)、钛(Ti)、锌(Zn)、铁(Fe)、钴(Co)、锰(Mn)、银(Ag)、硅(Si)、铬(Cr)和锡(Sn)组成的组中选择的一种以上的成分(副成分)。需说明的是，使铜合金材料含有由上述Mg等组成的组中选择的2种以上成分时，优选2种以上的成分的总量(合计含量)为上述范围内。
上述的Mg等具有提高铜合金材料的强度的特性，因此通过在铜合金材料中含有Mg等，能够提高铜合金材料(高温加热前的铜合金材料)的强度，其结果是，也会提高高温加热后的铜合金材料的强度。例如，对于在母相中析出的Cu5Zr的数量相同的铜合金材料而言，含有Mg等的铜合金材料与不含Mg等的铜合金材料相比，高温加热后的铜合金材料的强度升高。
如果Mg等的含量超过0.1质量％，则Zr与Mg等反应而生成的化合物的量增加。其结果是，在Zr与Mg等的化合物的生成中消耗的Zr的量增加，因此，如果不增加Zr的含量，则无法使预定数量的Cu5Zr在母相中析出。此外，如果过度增加Mg等的含量，则有时会成为铜合金材料(高温加热后的铜合金材料)的导电率下降的主要原因之一。
(3)铜合金材料的制造方法
接下来，对于本实施方式涉及的铜合金材料的制造方法，例示连续铸造法来进行说明。
(铸造工序)
使用高频熔炉等将作为原料的电解铜熔融，生成铜的熔液。这时，优选一边用木炭(碳)被覆电解铜的表面或所生成的铜的熔液的表面一边进行。由此，使木炭中所含的碳(C)与电解铜(铜的熔液)中的氧(O)反应，能够将O转化为CO气体而从熔液中除去。即，能够进行铜熔液的脱氧。由此，得到O浓度为0.0005质量％以下的铜(无氧铜)的熔液。
在该无氧铜的熔液中添加预定量的Zr来熔炼铜合金(铜合金的熔液)。这时，调整Zr的添加量，以使得最终形成的铜合金材料中的Zr含量为0.1～0.2质量％，优选为0.12～0.16质量％。此外，根据需要，还可以在铜合金的熔液(无氧铜的熔液)中添加上述的Mg等，这种情况下，调整Mg等的添加量，以使得最终形成的铜合金材料中的Mg等的含量为0.1质量％以下。将如此生成的铜合金的熔液注入铸模(浇注)，通过冷却来使其凝固，铸造具有预定组成的预定形状的铸锭。本实施方式中，作为铸锭，以制作宽度方向上的截面形状为圆形且具有预定直径的坯锭(billet)为例来进行说明。
需说明的是，刚刚铸造后的坯锭中，存在多个在使铜合金熔液凝固的过程中在铜合金中结晶析出的粗大的结晶物(Cu5Zr)。
(伸延工序)
铸造工序结束后，使用挤出机、拉拔机等伸延机，进行铸造材的伸延(热加工、热挤出)。本实施方式中，作为伸延机，示例使用作为挤出机的一种的挤出模具的情形。即，这里，使用挤出模具对坯锭进行热伸延(热挤出)，形成伸延材料(挤出材料)。通过进行热伸延，能够将坯锭中存在的粗大Cu5Zr截断，实现Cu5Zr的微细化。
在该伸延工序中，在将坯锭加热到坯锭温度成为预定温度(例如850℃以上)后，对坯锭进行热伸延，以使得缩面率为例如60％以上，优选为80％以上。由此，坯锭被伸延，成为预定形状(例如棒状)的伸延材料。需说明的是，缩面率由下述(式1)表示。
(式1)
缩面率(％)＝[(坯锭的截面积-伸延材料的截面积)/坯锭的截面积]×100
上述(式1)中“坯锭的截面积”是指进行伸延前的坯锭的宽度方向的截面积。此外，“伸延材料的截面积”是指经过伸延得到的伸延材料的宽度方向(与伸延(挤出)方向正交的方向)的截面积。
通过以缩面率为60％以上的方式进行伸延而截断Cu5Zr，从而能够使在最终形成的铜合金材料中析出的Cu5Zr达到预定大小、预定数量。例如，能够使得在铜合金材料的横截面中，直径为0.2μm以上的Cu5Zr存在5000个/mm2以上。通过以缩面率成为80％以上的方式进行伸延，能够充分地截断Cu5Zr，能够更加确实地得到上述效果。与此相对，如果伸延的缩面率小于60％，则Cu5Zr的截断不够充分，有时无法使最终形成的铜合金材料中析出的Cu5Zr的大小、数量达到预定大小、预定数量。
(冷却工序)
伸延工序结束后，通过水冷来进行冷却，直至伸延材料至少成为例如100℃以下。该水冷优选在形成伸延材料后(从挤出模具挤出伸延材料后)60秒以内开始，优选在10秒以内开始，更优选在刚刚形成伸延材料后(刚从挤出模具挤出伸延材料后(刚刚挤出后即刚刚进行伸延后))开始。
通过在形成伸延材料后(以下，简称为“伸延后”)60秒以内开始水冷而冷却伸延材料，能够防止在上述伸延工序中截断的Cu5Zr因余热而凝集并再次粗大化。通过在伸延后10秒以内、更优选在刚刚伸延后开始对伸延材料进行水冷，能够确实地防止因余热引起的Cu5Zr的凝集、粗大化。由此，能够增加在冷却结束后的伸延材料的母相(铜)中固溶的Zr的量。
需说明的是，在伸延后60秒以内无法开始对伸延材料进行水冷的情形下，对伸延材料进行预定的固溶处理(固溶热处理)即可。具体而言，进行如下的固溶处理即可，所述固溶处理中进行如下处理，即：对伸延材料进行加热(再加热)以使伸延材料的温度成为上述伸延工序中的铸锭的加热温度(例如850℃)以上的温度的处理；以及在伸延材料的温度下降之前，通过水冷来对伸延材料进行冷却的处理。
在这样的固溶处理中，在通过水冷来冷却伸延材料时，在加热伸延材料后60秒以内开始对伸延材料进行水冷，优选在10秒以内开始，更优选在刚刚加热后开始。由此，将在伸延工序结束后因余热凝集并粗大化的Cu5Zr分解，与上述情形同样地，能够增加在冷却结束后的伸延材料的母相中固溶的Zr的量。
(时效热处理工序)
冷却工序结束后，进行将伸延材料在预定温度加热预定时间的时效热处理，使Cu5Zr在母相中析出。时效热处理的处理温度(加热温度)例如为350℃以上550℃以下，时效热处理的处理时间(加热时间)例如为30分钟以上。
如果上述的加热温度低于350℃，则Cu5Zr的析出速度变慢，因此，有时如果不延长上述的加热时间就无法使预定数量的Cu5Zr析出。因此，会有生产率下降、制造成本增加等的课题，难以工业应用。通过使上述的加热温度为350℃以上，能够解决该课题，使预定大小、预定数量的Cu5Zr在母相中析出。
如果上述的加热温度超过550℃，则虽然在母相中析出的Cu5Zr会凝集而粗大化，因而能够使Cu5Zr的大小达到预定大小，但无法使预定数量的Cu5Zr在母相中析出。通过使上述的加热温度为550℃以下，能够解决该课题，使预定大小、预定数量的Cu5Zr在母相中析出。
此外，如果上述的加热时间少于30分钟，则即使时效热处理的加热温度在上述的范围内时，也不能使Cu5Zr充分析出，其结果是，无法使预定数量的Cu5Zr在母相中析出。通过使上述的加热时间为30分钟以上，能够解决该课题，使预定数量的Cu5Zr在母相中析出。
(冷加工工序)
时效热处理工序结束后，对伸延材料进行拉拔、轧制等的冷加工(塑性加工、冷塑性加工)。由此，将伸延材料加工(拉伸)至预定的尺寸，得到预定形状的铜合金材料。通过对这样的伸延材料进行塑性加工，能够在被加工材(伸延材料)中积累应变，对被加工材进行加工硬化，提高铜合金材料的强度。
需说明的是，只要是在进行了上述冷却工序之后，则该冷加工工序也可以在进行上述时效热处理工序之前实施，由此，也能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr在母相中析出。可以不考虑时效热处理工序和冷加工工序的实施顺序。
(4)本实施方式的效果
根据本实施方式，能够实现如下所示的1个或多个效果。
(a)如本实施方式这样，通过含有预定量(0.1～0.2质量％)的Zr，从而即使铜合金材料在高温下被加热(铜合金材料暴露于高温中)时，也能够抑制强度的下降、导电率的下降，能够成为兼具高强度和高导电性的铜合金材料。这是因为，通过含有预定量的Zr，能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料(母相)中析出，同时还能够抑制在受到高温加热的铜合金材料的母相中固溶的Zr量增加。
(b)具体而言，根据本实施方式，以在铜合金材料的横截面中，直径为0.2μm以上的Cu5Zr存在5000个/mm2以上的方式使Cu5Zr析出。由此，通过使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料中析出，从而该Cu5Zr以抑制因加热引起的应变释放的方式发挥作用。即，Cu5Zr像抑制因加热引起的铜合金材料的塑性变形的钉销那样发挥作用。其结果是，即使在铜合金材料受到高温加热时，也能够抑制其强度的下降。例如，即使将铜合金材料在830℃的温度下加热10分钟时，也能够将加热后的铜合金材料的0.2％屈服强度维持在80N/mm2以上。
(c)此外，如上所述，通过抑制在受到高温加热的铜合金材料的母相中固溶的Zr量增加，从而即使在铜合金材料受到高温加热时，也能够抑制其导电率下降。例如，即使将铜合金材料在830℃的温度下加热10分钟时，也能将加热后的铜合金材料的导电率维持在80％IACS以上。
(d)通过使铜合金材料中以合计含量0.1质量％以下的范围内含有Mg等，从而能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr确实地在母相中析出，同时还能提高(高温加热之前的)铜合金材料的强度。此外，也能将因Mg等的添加所造成的对铜合金材料的导电率(导电性)的影响抑制到最低程度。
(e)本实施方式中，通过在伸延后(从挤出模具中挤出伸延材料后)60秒以内开始对伸延材料进行水冷，从而能够增加在冷却结束后且进行时效热处理之前的伸延材料的母相中固溶的Zr的量。如果对这样的伸延材料进行时效热处理，能够确实地使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料的在母相中析出。通过在伸延后10秒以内，优选在刚刚伸延后开始对伸延材料进行水冷，能够确实地实现该效果。这是由本发明人等发现的见解。
与此相对，如果在伸延后超过60秒之后开始对伸延材料进行水冷，则Cu5Zr会因余热而凝集并粗大化，无法使在冷却结束后的伸延材料的母相中固溶的Zr量充分增加。其结果是，无法使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料的母相中析出。
(f)通过在上述的条件范围内进行时效热处理，从而不会降低生产率，不增加制造成本等，且能够确实地使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料的母相中析出。
(g)如上所述，本实施方式涉及的铜合金材料，即使在受到高温加热时，也能维持高强度和高导电性，因此，在用于构成笼型转子的转子条、端环时特别有效。通过将本实施方式涉及的铜合金材料用于转子条等，从而在形成笼型转子时，即使对转子条与端环的接合部进行钎焊等的情况下，也能够抑制因钎焊等而受到加热的铜合金材料的部位的强度下降。其结果是，在因笼型转子的旋转而对转子条等施加离心力时，也能够抑制转子条等发生变形、折断。
(本发明的其他实施方式)
以上对本发明的一个实施方式进行了具体说明，但本发明不限于上述实施方式，在不脱离其要旨的范围内可以适当变更。
在上述实施方式中，在伸延工序中对使用挤出模具作为伸延机的例子进行了说明，但不限于此。例如，在伸延工序中，也可以通过使用锻压机等进行热锻(锻压)，从而将坯锭中存在的粗大Cu5Zr截断，实现Cu5Zr的微细化，由此形成伸延材料。需说明的是，伸延工序中，在使用锻压机时，也与使用挤出模具的情形同样地，希望在锻压后(伸延后)60秒以内，优选在10秒以内，更优选在刚刚对伸延材料进行锻压后(刚进行伸延后)，开始水冷。由此，也能够与使用挤出模具的情形同样地，使Cu5Zr达到预定大小、预定数量，能够得到与上述实施方式同样的效果。
上述实施方式中，使用高频熔炉来生成熔液(铜的熔液、铜合金的熔液)，但不限于此。例如，可使用能够将原料加热、熔融而生成熔液的各种熔炉。
上述实施方式中，对将上述的铜合金材料用于笼型转子所具有的转子条、端环的情形进行了说明，但不限于此。
实施例
接下来，对本发明的实施例进行说明，但本发明不限于这些实施例。
＜试样的作制＞
(试样1)
首先，通过连续铸造法来铸造预定形状的坯锭。具体而言，使用熔炉将作为原料的电解铜熔融，生成铜的熔液。此时，一边用碳来被覆电解铜或铜熔液的表面一边进行，从而进行铜熔液的脱氧。在充分进行了脱氧的铜熔液、即无氧铜熔液中，添加预定量的Zr以使最终形成的铜合金材料中的Zr含量为0.15质量％，熔炼铜合金的熔液。将该铜合金的熔液注入预定形状的铸模，铸造直径为200mm、长度为600mm的坯锭。
对所得的坯锭进行伸延加工(热加工)。具体而言，在将坯锭加热到950℃后，将降温前的坯锭插入挤出模具内，使其穿过挤出模具。需说明的是，对使用挤出模具的坯锭进行的伸延(挤出)是通过液压机加压而进行的。由此，得到直径为20mm的伸延材料。
将从挤出模具挤出的伸延材料放入(搬运至)在挤出模具的下游侧准备的、容纳有冷却水的水槽内，进行水冷(冷却)。伸延材料从挤出模具挤出后(伸延后、热加工后)至水冷开始所需的时间为10秒。
在将伸延材料冷却直至伸延材料的温度成为预定温度后，将伸延材料从水槽中取出。接着，使用电炉，对冷却后的伸延材料在非活性气体气氛中进行在450℃的温度条件下加热1小时的时效热处理(450℃×1小时的热处理)。时效热处理结束后，通过拉拔法进行冷塑性加工，制作直径为16mm的铜合金材料。将该铜合金材料作为试样1。
将试样1和后述的试样2～18的铜合金材料的组成、试样1和后述的试样2～18的制法、条件一并示于下述表1。
表1
(试样2～11)
试样2～11中，调整Mg、Ti、Zn、Fe、Co、Mn、Ag、Si、Cr、Sn的副成分的添加量，以使得铜合金材料的组成如表1中所示。除此之外，以与上述的试样1同样的制法、条件来制作铜合金材料。将这些分别作为试样2～11。
(试样12)
对于试样12，没有将从挤出模具挤出的伸延材料放入水槽，而是放置了120秒。经过120秒后，将伸延材料放入水槽来对伸延材料进行水冷，使伸延材料降温至预定温度。然后，在电炉内将伸延材料再加热直至伸延材料的温度成为950℃，然后将伸延材料从电炉中取出，之后在10秒以内将伸延材料放入容纳有冷却水的水槽内，对伸延材料进行水冷，从而进行固溶处理(固溶热处理)。除此之外，以与上述的试样1同样的组成、制法及条件制作铜合金材料。将其作为试样12。需说明的是，上述表1中的热加工后至水冷开始的时间，对于试样12而言，是表示在固溶处理中再加热后至进行水冷之前的时间。
(试样13、14)
对于试样13、14，调整Zr的添加量，以使得铜合金材料的组成如表1中所示。除此之外，以与上述的试样1同样的制法、条件来制作铜合金材料。将这些分别作为试样13、14。
(试样15)
对于试样15，没有将从挤出模具挤出的伸延材料放入水槽，而是放置了120秒，然后，将伸延材料放入水槽进行水冷。除此之外，以与上述的试样1同样的组成、制法及条件制作铜合金材料。将其作为试样15。
(试样16、17)
对于试样16、17，将时效热处理时的温度条件变更为如上述表1所示。铜合金材料的组成、制法、以及时效热处理时的温度条件以外的条件与上述的试样1同样。
(试样18)
对于试样18，调整Mg的添加量，以使得铜合金材料的组成如表1中所示。除此之外，以与上述的试样1同样的制法、条件来制作铜合金材料。将其作为试样18。
＜评价＞
对于试样1～18，分别进行直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量、高温加热后的强度的评价、高温加热后的导电性的评价。
(直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量)
“直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量”是指在各试样的与挤出(伸延)方向正交的方向上的截面(横截面)中析出的、直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量。该Cu5Zr的数量(析出数)的测量按照如下步骤进行。首先，在研磨各试样的横截面后，使用添加了过氧化氢的氨水进行蚀刻而仅溶解铜，使Cu5Zr在横截面中露出。然后，使用SEM(扫描电子显微镜)以600倍的倍率观察该横截面，在1.7mm×2.2mm的范围内计数观察到的直径为0.2μm以上的Cu5Zr的个数，经计算求出在1mm2的范围内存在的直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量。
(高温加热后的强度的评价)
高温加热后的强度的评价按照如下的步骤进行。首先，将各试样在模拟钎焊条件的加热条件下加热。即，将各试样在830℃的温度下加热10分钟。然后(830℃×10分钟的热处理后)，通过进行依据JIS Z 2214的拉伸试验，来测定各试样的0.2％屈服强度。需说明的是，使用0.2％屈服强度的值作为高温加热后的铜合金材料的强度的评价值，是因为能够准确地把握铜合金材料开始塑性变形时的强度。
(高温加热后的导电性的评价)
高温加热后的导电性的评价按照如下步骤进行。首先，将各试样与上述同样地在830℃的温度下加热10分钟。然后(830℃×10分钟的热处理后)，通过依据JIS H 0505的导电率测定方法来测定导电率。
将试样1～18的直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量、830℃×10分钟的热处理后的0.2％屈服强度、830℃×10分钟的热处理后的导电率的评价结果一并示于下述的表2。
表2
＜评价结果＞
基于试样1～12可以确认，通过使铜合金材料中含有预定量的Zr，能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料中析出。具体而言，能够使在铜合金材料中析出，以使得在铜合金材料的横截面中，直径为0.2μm以上的Cu5Zr存在5000个/mm2以上。
此外，还确认了通过这样使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料中析出，从而即使是高温加热后的铜合金材料，也兼具高强度和高导电性。即，确认了对于试样1～12，即使在830℃×10分钟的热处理后，也能够将0.2％屈服强度维持在80N/mm2以上，将导电率维持在80％IACS以上。
此外，基于试样12可以确认，不能在伸延后60秒以内对伸延材料进行水冷的情形下，通过进行预定的固溶处理，也能够使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料中析出。
此外，基于试样13可以确认，如果铜合金材料中的Zr含量小于预定量，则无法使预定大小、预定数量的Cu5Zr在铜合金材料中析出，即，有时直径为0.2μm以上的Cu5Zr的数量会小于5000个/mm2。
基于试样14可以确认，如果铜合金材料中的Zr含量超过预定量，则有时高温加热后的铜合金材料的导电率不超过80％IACS，导电性下降。
此外，基于试样15可以确认，没有在伸延后60秒以内对伸延材料进行水冷的情形下，如果没有进行固溶处理，则有时不会在铜合金材料中析出预定大小、预定数量的Cu5Zr。
此外，基于试样16可以确认，如果时效热处理的加热温度过低，则在时效处理的加热时间为1小时的情况下，有时不会在铜合金材料中析出预定数量的Cu5Zr。
基于试样17可以确认，在时效热处理的加热温度过高的情况下，也与上述的试样16的情形同样地，有时不会在铜合金材料中析出预定大小、预定数量的Cu5Zr。
基于试样18可以确认，如果Mg的含量超过预定量，则有时不会在铜合金材料中析出预定大小、预定数量的Cu5Zr。需说明的是，本申请发明人确认了，在Mg以外的Ti等副成分的含量超过预定量的情形下，也同样地，有时不会在铜合金材料中析出预定大小、预定数量的Cu5Zr。
基于试样13、15～18可以确认，在铜合金材料中没有析出预定大小、预定数量的Cu5Zr的情形下，如果对铜合金材料进行高温加热，则有时铜合金材料的强度会下降。即，对于试样13、15～18，确认了如果进行830℃×10分钟的热处理，则无法将0.2％屈服强度维持在80N/mm2以上。
＜优选实施方式＞
以下，附记本发明的优选实施方式。
[附记1]
根据本发明的一个实施方式，提供一种铜合金材料，通过对含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金进行伸延而成，
在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，
在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的上述析出物存在5000个/mm2以上。
[附记2]
如附记1中的铜合金材料，优选以总量0.1质量％以下含有从由Mg、Ti、Zn、Fe、Co、Mn、Ag、Si、Cr和Sn组成的组中选择的一种以上。
[附记3]
如附记1或2中的铜合金材料，优选在830℃的温度下加热10分钟后的0.2％屈服强度为80N/mm2以上，在830℃的温度下加热10分钟后的导电率为80％IACS以上。
[附记4]
根据本发明的其他方式，提供一种铜合金材料的制造方法，具有如下工序：
铸造含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铸锭的工序；
对经加热的上述铸锭进行热伸延来形成伸延材料的工序；
在上述伸延材料形成后60秒以内开始水冷，对上述伸延材料进行冷却，或者，在加热上述伸延材料使得上述伸延材料的温度成为形成上述伸延材料的工序中的上述铸锭的加热温度以上的温度后60秒以内开始水冷，对上述伸延材料进行冷却的工序；以及
进行将经冷却的上述伸延材料在350℃以上550℃以下的温度下加热30分钟以上的时效热处理的工序。
[附记5]
如附记4中的方法，优选在形成上述伸延材料的工序中，以缩面率为60％以上的方式进行热伸延。
[附记6]
如附记4或5中的方法，优选在形成上述伸延材料的工序中，以缩面率为80％以上的方式进行热伸延。
[附记7]
如附记4～6中任一项的方法，优选在冷却上述伸延材料的工序中，在形成上述伸延材料后10秒以内，或者，在加热上述伸延材料使得上述伸延材料的温度成为上述铸锭的加热温度以上的温度(例如850℃以上)后10秒以内，开始对上述伸延材料进行水冷。
更优选在刚刚形成上述伸延材料后，或者，刚刚加热上述伸延材料使得上述伸延材料的温度成为上述铸锭的加热温度以上的温度(例如850℃以上)后，开始对上述伸延材料进行水冷。
[附记8]
如附记4～7中任一项的方法，优选在实施进行上述时效热处理的工序之前，或者，在实施进行上述时效热处理的工序之后，进一步具有对上述伸延材料进行冷(塑性)加工的工序。
[附记9]
根据本发明的另外的其他实施方式，提供一种笼型转子，其将铜合金材料用于端环和转子条而成，
所述铜合金材料通过对含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金进行伸延而形成，并在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的上述析出物存在5000个/mm2以上。

Claims (5)

1.一种铜合金材料，通过对含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金进行伸延而成，
在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，
在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的所述析出物存在5000个/mm2以上。
2.如权利要求1所述的铜合金材料，以总量0.1质量％以下含有从由Mg、Ti、Zn、Fe、Co、Mn、Ag、Si、Cr和Sn组成的组中选择的一种以上。
3.如权利要求1或2所述的铜合金材料，
在830℃的温度下加热10分钟后的0.2％屈服强度为80N/mm2以上，
在830℃的温度下加热10分钟后的导电率为80％IACS以上。
4.一种铜合金材料的制造方法，具有如下工序：
铸造含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铸锭的工序；
对经加热的所述铸锭进行热伸延来形成伸延材料的工序；
在所述伸延材料的形成结束后60秒以内开始水冷，对所述伸延材料进行冷却，或者，在加热所述伸延材料使得所述伸延材料的温度成为形成所述伸延材料的工序中的所述铸锭的加热温度以上的温度后60秒以内开始水冷，对所述伸延材料进行冷却的工序；以及
进行将经冷却的所述伸延材料在350℃以上550℃以下的温度下加热30分钟以上的时效热处理的工序。
5.一种笼型转子，其将铜合金材料用于端环和转子条而成，
所述铜合金材料通过对含有0.1质量％以上0.2质量％以下的Zr且余量由Cu和不可避免的杂质构成的铜合金进行伸延而形成，并在母相中析出作为Zr和Cu的化合物的Cu5Zr析出物，在观察与伸延方向正交的方向上的截面时，直径为0.2μm以上的所述析出物存在5000个/mm2以上。
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