JP2005539140A - 時効硬化性銅基合金および製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
ニッケル:約0.5〜5.0%、
チタン:約0.35〜2.5%、
鉄またはコバルト:約0.5〜0.8%、
マグネシウム:約0.01〜1.0%、
選択元素としての1種以上のSn、P、Al、Zn、Si、Pb、Bi、S、Te、Se、Be、Mn、Mg、Ag、As、Sb、Zr、B、Cr、および
これらの混合物:最大約1.0%、および
残部である銅と不純物から成る。
ニッケル:約0.8〜1.7%、
チタン:約0.8〜1.4%、
鉄またはコバルト:約0.90〜1.10%、
マグネシウム:約0.10〜0.40%、
1種以上のCr、Zr、AgまたはSn、およびこれらの混合物:最大約1.0%、および
残部である銅と不純物である。
以下の例では、方法関連の記載、特性および単位のうちのあるものは略語で行う。例えば、「”」=インチ、WQ=水焼入れ、スラッシュ記号「/」=「に対して」、SA=溶体化焼鈍、CR=「冷間圧延加工された」または「冷間減面加工された」、YS=降伏強度、TS=引張り強さ、EL=伸び率、%IACS=導電性、MBR/t=ストリップの厚さで割った最小曲げ半径、SR=耐応力緩和性、Gs=結晶粒径、μm=ミクロンまたはマイクロメートル、beg=開始、recr=「再結晶化された」、n.c.r.=「完全には再結晶化されていない」、sec.またはs=秒、hrsまたはh=時間、MS/m=メートル当たりのメガ・ジーメンス、ksi=平方インチ当たりの数千ポンド。
図1の工程により、表1の分析組成の一連の4.5kg(10ポンド)の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Durville鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、10.16cm×10.16cm×4.45cm(4インチ×4インチ×1.75インチ)であった。950℃で3時間均熱処理した後、インゴットを3回熱間圧延加工して2.8cm(1.1インチ)とし、950℃で10分間再加熱し、さらに3回熱間圧延加工して1.27cm(0.50インチ)とし、水焼入れを行った。結果として得られた熱間圧延板を、1000℃で2時間均熱処理して拡散焼鈍を行い、その後、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して1.27mm(0.050インチ)とした。次に、950℃で60秒間の溶体化処理を施した合金J346を除いて、温度1000℃、20〜60秒間の溶体化処理を合金に施した。溶体化処理および焼入れの後、合金を50%冷間圧延加工して0.64mm(0.025インチ)とし、550℃で3時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を50%冷間圧延加工し、275℃で2時間の応力除去焼鈍を行って0.32mm(0.0125インチ)とし、表2に示す特性を測定した。
図2の工程により、表1の合金を熱間圧延加工したプレート寸法で、均質化熱処理を通して例1のように処理した。この例の場合、合金を製造過程中溶体化熱処理を行わないで仕上げ寸法に処理した。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工して2.54mm(0.100インチ)にし、550℃で3時間の一次時効焼鈍を行った。次に、合金を70%冷間圧延加工し、0.76mm(0.030インチ)とし、525℃で3時間の二次時効焼鈍を行った。次に、合金を50%冷間圧延加工して、0.38mm(0.015インチ)の寸法とし、275℃で2時間の応力除去焼鈍を行い、この条件で表3に示す特性を測定した。
図1の工程により、表4の分析組成の一連の4.5kg(10ポンド)の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Durville鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、10.16cm×10.16cm×4.45cm(4インチ×4インチ×1.75インチ)であった。950℃で3時間均熱処理した後で、3回熱間圧延加工し、950℃で10分間再加熱して2.8cm(1.1インチ)とし、さらに熱間圧延加工して厚さを1.27cm(0.50インチ)とし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して1.27mm(0.050インチ)とした。
図2の工程により、表4の合金を製造過程中溶体化熱処理を行わないで処理して仕上げ寸法にした。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、熱間圧延加工した合金を冷間圧延加工して0.050インチ(1.27mm)の寸法にし、導電性を最大にするのに効果がある表6の温度および時間で一次時効焼鈍を行った。次に、合金を50%冷間圧延加工し、0.025インチ(0.635mm)の寸法にし、マトリックスを不当に軟化させることなく導電性を最大にするために選択した、表6に示す温度および時間で二次時効焼鈍を行った。表6は、各合金に対して行った特定の時効焼鈍を示す。次に、合金を50%冷間圧延加工して、0.0125インチ(0.32mm)の寸法とし、275℃で2時間の応力除去焼鈍を行い、この条件で表7に示す特性を測定した。このプロセスにより、添加物FeおよびMgを含む合金は、もっと高い導電性と優れた耐応力緩和性とともに低いが依然として優れた強度を有する。
図3の工程により、表8の分析組成の一連の4.5kg(10ポンド)の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Durville鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、10.16cm×10.16cm×4.45cm(4インチ×4インチ×1.75インチ)であった。950℃で3時間均熱処理した後で、インゴットを3回熱間圧延加工して2.8cm(1.1インチ)の厚さにし、10分間950℃で再加熱し、さらに、3回熱間圧延して1.27cm(0.50インチ)の寸法にし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して2.54mm(0.100インチ)の厚さにし、950℃で40秒間、炉内で溶体化熱処理し、8.0〜12μmの制御された再結晶化された微細粒径を得るために水焼入れを行った。次に、合金を50%冷間圧延加工して1.27mm(0.050インチ)の寸法にし、マトリックスを不当に軟化させないで、導電性を最大にするように設計された温度565℃で3時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を50%冷間圧延加工して0.64mm(0.025インチ)の寸法にし、410℃で2時間の二次時効焼鈍を行い、冷間圧延加工して0.25mm(0.010インチ)とした。この後、250℃で2時間の応力除去焼鈍を行った。この条件で表9の特性を測定した。
図3の工程により、表10の分析組成の一連の4.5kg(10ポンド)の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Durville鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、10.16cm×10.16cm×4.45cm(4インチ×4インチ×1.75インチ)であった。950℃で3時間均熱処理した後、インゴットを3回熱間圧延加工して2.8cm(1.1インチ)の厚さにし、10分間950℃で再加熱し、さらに、3回熱間圧延して1.27cm(0.50インチ)の厚さにし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工を行って2.54mm(0.100インチ)の寸法にし、25〜35秒間1000℃で炉内で溶体化熱処理を行い、その後で6〜12μmの制御された微細な再結晶化した粒径を得るために水焼入れを行った。次に、合金を50%冷間圧延加工し、1.27mm(0.050インチ)の寸法にし、550〜600℃で3〜4時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を50%冷間圧延加工して0.64mm(0.025インチ)の寸法にし、再度2時間の間410〜425℃で時効焼鈍を行い、その後で冷間圧延加工を行い0.25mm(0.010インチ)とし、250〜275℃で2時間の応力除去焼鈍を行った。
この例は、降伏強度および導電性への組成および処理の影響を示す。表12の組成を有する合金J694およびJ709を950℃で3時間均熱処理し、1.27cm(0.50インチ)に熱間圧延加工し、その後で水焼入れを行うことにより、10.16cm×10.16cm×4.45cm(4インチ×4インチ×1.75インチ)インゴットから処理した。酸化物を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工して2.54mm(0.10インチ)とし、1000℃で35秒間溶体化熱処理し、水焼入れを行った。次に、合金を冷間圧延加工して1.27mm(0.05インチ)とし、950℃で35秒間溶体化処理し、水焼入れを行った。さらに表13に示す処理を行い、表14に示す特性を得た。
Claims (19)
- 実質的に、重量で、
チタン:0.35%〜5%、
X元素:0.001%〜10%(ここで、X元素は、Ni、Fe、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Be、Mn、Mg、Bi、S、Te、Se、Ag、As、Sb、Zr、B、Cr、Co、および前記元素の組合せから選択される)、および
残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金において、
少なくとも50%IACSの導電性と、少なくとも724MPa(105ksi)の降伏強度を有する銅基合金。 - X元素が、Ni、Fe、Co、Mg、Cr、Zr、Agおよびこれらの組合せから成る群から選択されることを特徴とする請求項1に記載された銅基合金。
- 実質的に、
チタン:0.35%〜2.5%、
ニッケル:0.5%〜5.0%、
鉄、コバルト、およびこれら元素の混合物:0.5%〜0.8%、
マグネシウム:0.01%〜1.0%、
Cr、Zr、Ag、およびこれら元素の組合せ:最大1%、および
残部としての銅と不可避不純物から成る請求項2に記載された銅基合金。 - 実質的に、
チタン:0.8%〜1.4%、
ニッケル:0.8%〜1.7%、
鉄、コバルト、およびこれら元素の混合物:0.9%〜1.1%、
マグネシウム:0.1%〜0.4%、
Cr、Zr、Ag、およびこれら元素の組合せ:最大1%、および
残部としての銅と不可避不純物から成る請求項3に記載された銅基合金。 - 降伏強度、導電性、耐応力緩和性の、改善された組合せを有する銅基合金において、
実質的に、重量で、
チタン:0.35〜2.5%、
ニッケル:0.5〜5.0%、
鉄、コバルト、およびこれら元素の混合物:0.5〜1.5%、
マグネシウム:0.01〜1.0%、
Sn、Cr、Zr、Ag、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Bi、S、Te、Se、Be、Mn、As、Sb、Zr、B、およびこれら元素の混合物:最大1%、および
残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金。 - 最大1%のCr、Zr、Ag、およびこれら元素の混合物を含む請求項5に記載された銅基合金。
- 実質的に、
チタン:0.8〜1.4%、
ニッケル:0.8〜1.7%、
鉄またはコバルト:0.90〜1.10%、
マグネシウム:0.10〜0.40%、
Cr、Zr、Ag、およびこれら元素の組合せ:0.01%〜1.0%、および
残部としての銅と不可避不純物から成る請求項6に記載された銅基合金。 - 降伏強度、導電性、応力緩和性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン:0.35%〜10%、X元素:0.001%〜6%(ここで、X元素は、Ni、Fe、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Be、Mn、Mg、Bi、S、Te、Se、Ag、As、Sb、Zr、B、Cr、Co、および前記元素の組合せから選択される)、および、残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造(10)する工程と、
前記銅基合金を約750℃〜約1000℃で熱間圧延加工する段階(12)と、
前記銅基合金に、約50%〜約97%の面積減少率で、第1回冷間圧延加工(14)を施す段階と、
温度約850℃〜約1000℃で、約10秒〜約1時間、前記銅基合金に一次焼鈍(16)を施し、その後、周囲温度まで急冷(18)する段階と、
前記銅基合金に、最大約80%の減面率で、第2回冷間圧延加工(20)を施す段階と、
約400℃〜約650℃で、約1分〜約10時間、前記銅基合金に二次焼鈍(22)を施す段階と、
前記銅基合金に、約10%〜約50%の減面率で、第3回冷間圧延加工(24)を施して仕上げ寸法にする段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。 - 前記第3回冷間圧延加工(24)段階の後、前記銅基合金に、温度約150℃〜約600℃で、約15秒〜約10時間、焼鈍(26)を施すことを特徴とする請求項8に記載された銅基合金の製造方法。
- 仕上げ寸法で、少なくとも724MPa(105ksi)の降伏強度と、少なくとも50%IACSの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記一次焼鈍(16)、二次焼鈍(22)および三次焼鈍(26)が行なわれることを特徴とする請求項9に記載された銅基合金の製造方法。
- 降伏強度、導電性、耐応力緩和性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン:0.35%〜10%、X元素:0.001%〜6%(ここで、X元素は、Ni、Fe、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Be、Mn、Mg、Bi、S、Te、Se、Ag、As、Sb、Zr、B、CrおよびCoおよび前記元素の組合せから選択される)、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造(10)する段階と、
前記銅基合金を約750℃〜約1000℃で熱間減面加工(12)する段階と、
減面率約50%〜約99%までの冷間減面加工(14)と、焼鈍温度約400℃〜約650℃、約15秒〜約10時間の時効焼鈍(28)とを含む1回以上のサイクルを、前記銅基合金に施す段階と、
前記銅基合金に減面率約40%〜約80%の冷間減面加工(30)を施す段階と、
約400℃〜約650℃、約1時間〜約10時間の焼鈍によって前記銅基合金に時効硬化(32)を施す段階と、
約10%〜約50%の減面率の最終減面加工(34)を前記銅基合金に施して仕上げ寸法にする段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。 - 前記最終冷間圧延加工段階(34)の後、前記銅基合金に、温度約150℃〜約600℃、約15秒〜約10時間の焼鈍(26)を施すことを特徴とする請求項11に記載された銅基合金の製造方法。
- 仕上げ寸法で、少なくとも724MPa(105ksi)の降伏強度と、少なくとも50%IACSの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記焼鈍段階(28,32,26)が実行されることを特徴とする請求項12に記載された銅基合金の製造方法。
- 高降伏強度、中程度の強度、導電性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン:0.35%〜10%、X元素:0.001%〜6%(ここで、X元素は、Ni、Fe、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Be、Mn、Mg、Bi、S、Te、Se、Ag、As、Sb、Zr、B、Cr、Co、および前記元素の組合せから選択される)、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造(10)する段階と、
約750℃〜約1000℃で、前記銅基合金に熱間減面加工(12)を施す段階と、
減面率約50%〜約99%まで、前記銅基合金に冷間減面加工(14)を施す段階と、
温度約950℃〜約1000℃、約15秒〜約1時間の溶体化焼鈍(16)を前記銅基合金に施し、その後、周囲温度まで急冷する段階と、
減面率約40%〜約60%まで、前記銅基合金に冷間減面加工(20)を施す段階と、
温度約400℃〜650℃、約1時間〜約10時間の時効焼鈍(28)を前記銅基合金に施す段階と、
減面率約40%〜約60%まで、前記銅基合金に冷間減面加工(30)を施す段階と、
前記第1回の時効焼鈍温度よりも低い温度約375℃〜約550℃、約1時間〜約3時間の第2回の時効焼鈍(32)を前記銅基合金に施す段階と、
仕上げ寸法にするために、少なくとも約30%の減面率で冷間減面加工(34)を施す段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。 - 前記最終冷間圧延段階(34)の後、温度約150℃〜約600℃、約15秒〜約10時間の焼鈍(26)が前記銅基合金に施されることを特徴とする請求項14に記載された銅基合金の製造方法。
- 仕上げ寸法で、少なくとも724MPa(105ksi)の降伏強度と、少なくとも50%IACSの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記一次焼鈍(16)、二次焼鈍(32)および三次焼鈍(26)が行なわれることを特徴とする請求項15に記載された銅基合金の製造方法。
- 高降伏強度、中程度の強度、導電性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン:0.35%〜10%、X元素:0.001%〜6%(ここで、X元素は、Ni、Fe、Sn、P、Al、Zn、Si、Pb、Be、Mn、Mg、Bi、S、Te、Se、Ag、As、Sb、Zr、B、CrおよびCoおよび前記元素の組合せから選択される)、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造(10)する段階と、
前記銅基合金を約750℃〜約1000℃で熱間圧延加工(12)する段階と、
減面率約50%〜約99%までの冷間圧延加工(14)を、前記銅基合金に施す段階と、
温度約950℃〜約1000℃、約10秒〜約1時間の溶体化焼鈍(16)を前記銅基合金に施し、その後、周囲温度まで急冷(18)する段階と、
減面率約40%〜約60%の冷間圧延加工(20)を前記銅基合金に施す段階と、
温度約500℃〜575℃、約15秒〜約10時間、または、温度約425℃〜475℃、約2.5時間〜約3.5時間の時効焼鈍(28)を前記銅基合金に施す段階と、
減面率約40%〜約60%の冷間圧延加工(30)を前記銅基合金に施す段階と、
温度約500℃〜550℃、約1時間〜約4時間の第2回の時効焼鈍(32)を前記銅基合金に施す段階(32)と、
仕上げ寸法にするために、少なくとも約30%の減面率で最終圧延加工(34)を施す段階(34)とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。 - 前記最終冷間圧延加工段階(34)の後、温度約150℃〜約600℃、約15秒〜約10時間の焼鈍(26)を前記銅基合金に施すことを特徴とする請求項17に記載された銅基合金の製造方法。
- 仕上げ寸法で、少なくとも724MPa(105ksi)の降伏強度と、少なくとも50%の導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記焼鈍段階(16、28,32,26)が実行されることを特徴とする請求項18に記載された銅基合金の製造方法。
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