JP2007169765A - 銅合金とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】Niが0.5〜4.0mass%、Coが0.5〜2.0mass%、Siが0.3〜1.5mass%を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、Ni量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが2〜7であり、第2相の密度(単位面積当たりの個数)が108〜1012個/mm2であることを特徴とする強度、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性に優れた銅合金。
【選択図】 なし
Description
また、溶体化処理を行わずに製造する場合について、熱間加工における処理温度と所要時間と加工率の制御、並びに、その後の冷間加工と熱処理を組み合わせることによって飛躍的に要求特性を向上させることが出来ることを見出した。また、コルソン合金においてもCrを添加することによって高温熱処理での粒径を制御する第2相を実現し、粒界への析出などの好ましくない組織の出現を防止出来ることを見出した。そして、これらについて研究を進め、本発明に至った。
すなわち本発明は、
(1)Niが0.5〜4.0mass%、Coが0.5〜2.0mass%、Siが0.3〜1.5mass%を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、Ni量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが2〜7であり、第2相の密度(単位面積当たりの個数)が108〜1012個/mm2であることを特徴とする強度、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性に優れた銅合金、
(2)Niが0.5〜4.0mass%、Coが0.5〜2.0mass%、Siが0.3〜1.5mass%、MgとSnの一方または両方を合計で0〜2mass%(0を含まず)を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、Ni量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが2〜7であり、第2相の密度(単位面積当たりの個数)が108〜1012個/mm2であることを特徴とする強度、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性に優れた銅合金、
(3)(1)又は(2)記載の銅合金において、50〜1000nmの大きさの第2相の密度が104〜108個/mm2であることを特徴とする銅合金、
(4)(1)乃至(3)のいずれか記載の銅合金において、前記第2相がCr、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、Zr、Hf、Si、P、Zn、Sn、Al、Bのいずれか1つ又は2つ以上からなる化合物であることを特徴とする銅合金、
(5)(1)乃至(4)のいずれか記載の銅合金において、更にCr、Ti、Mn、Fe、Ca、Zr、Hf、P、Zn、Al、Bのいずれか1つ又は2つ以上を0.05〜2mass%含有することを特徴とする銅合金、及び
(6)鋳塊の均質化熱処理を900℃以上で行い、かつ、その後の熱間加工において850℃までの冷却速度を0.5〜4℃/秒で行い、その後、熱処理と冷間加工をそれぞれ1回以上行うことを特徴とする(1)乃至(5)のいずれか記載の銅合金の製造方法、
を提供するものである。
NiとCoとSiについては、Ni+CoとSiの添加比を制御することによりNi−Si、Co−Si、Ni−Co−Si化合物の析出強化によって銅合金の強度を向上させることが目的として形成させる元素である。Niの含有量は0.5〜4.0mass%、好ましくは1.0〜3.0mass%、Coの含有量は0.5〜2.0mass%、好ましくは0.7〜1.7mass%、Siの含有量は0.3〜1.5mass%、好ましくは0.4〜1.2mass%である。これらの元素はこの規定範囲よりも添加量が多いと導電率を低下させ、また、少ないと強度が不足するため好ましくない。上記化合物の形成にはNi量とCo量の和とSi量との比を2〜7の場合に最も効率が良い。さらに好ましくは、3〜6である。前記比が2未満または、7を越える場合は強度・導電率の低下を招くため好ましくない。
・これらの元素が単体である場合、
・これらの元素がNi−Co−Cr−Si、Co−Si、Ni−Co−Si、Cr−Ni−Si、Co−Cr−Si、Ni−Zr、Mn−Zr、Ni−Mn−Zr、Fe−Zr、Mn−Zr、Fe−Mn−Zr、Ni−Ti、Co−Ti、Ni−Co−Ti、Fe−Ni−Si、Fe−Si、Mn−Si、Ni−Mn−P、Fe−P、Ni−P、Fe−Ni−P、Mn−B、Fe−B、Mn−Fe−B、Ni−B、Cr−B、Ni−Cr−B、Ni−Co−B、Ni−Co−Hf−Si、Ni−Co−Al、Ni−Ca、Ni−Co−Mn−Sn、Co−Ni−P、Al−Hf、Al−Zr、Al−Crなどの化合物を形成している場合、
・これらの元素がCu−Ca、Cu−Zr、Cu−Hfなどの銅と化合物を形成している場合
が含まれる。
表1、2に示す成分になるように元素を配合し、残部がCuと不可避不純物からなる合金を高周波溶解炉により溶解し、これを0.1〜100℃/秒の冷却速度で鋳造して鋳塊を得た。これを900〜1050℃で0.5〜10hrの保持後、断面減少率が50%以上で処理温度が800℃以上で、かつ850℃まで冷却する間の冷却速度が0.5〜4℃/秒である熱間加工を行うことにより板を作製し、面削後に、冷間加工と200〜650℃で0.1〜10時間の時効析出熱処理と、場合によってはこの途中で800〜1020℃において60秒以内で行う溶体化熱処理を組み合わせて行い、供試材とした。途中で溶体化熱処理を行う工程をA工程、行わない工程をB工程とする。
a.導電率:
20℃(±0.5℃)に保たれた恒温漕中で四端子法により比抵抗を計測して導電率を算出した。なお、端子間距離は100mmとした。
B.引張強度:
圧延平行方向から切り出したJIS Z2201−13B号の試験片をJIS Z2241に準じて3本測定しその平均値を示した。
c.曲げ加工性:
圧延方向に平行に幅10mm、長さ25mmに切出し、これに曲げの軸が圧延方向に直角と平行にW曲げし、曲げ部における割れの有無を50倍の光学顕微鏡で目視観察および走査型電子顕微鏡によりその曲げ加工部位を観察し割れの有無を調査した。なお、評価結果はR/t(Rは曲げ半径、tは板厚)で表記し、割れが発生しない限界のRを採用してR/tを算出した。
d.第2相の粒径と分布密度:
供試材を直径3mmへ打ち抜き、ツインジェット研磨法を用いて薄膜研磨を行って観察試験片を作製した。加速電圧300kVの透過型電子顕微鏡で5000倍と100000倍の写真を任意で10視野ずつ撮影して、その写真上で第2相の大きさと密度を測定した。電子線の入射方位を[001]にして、大きさが50nm以下のような微細な第2相の観察を行った。視野中の個数を測定し、その個数を単位面積当たり(/mm2)へ演算した。化合物の同定にはTEM付属のEDX分析装置を使用した。
比較例4はNi量が多いために導電率が劣った。
比較例5はCo量が多いために粗大なCoが含有してしまい、曲げ加工性が劣った
比較例6はSi量が多いために有効な第2相が形成されず、強度と導電率が劣った。
比較例7はNi量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが2未満であるために、有効な第2相が形成されずに、導電率と強度が劣った。
比較例8はNi量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが7を越えるために、有効な第2相が形成されずに、導電率と強度が劣った。
比較例9は第2相の密度が低いために有効に析出硬化に寄与せず強度と導電率と耐応力緩和特性が劣った。
比較例10は第2相の密度が高いために冷間加工性が著しく悪化し、測定できる試供品が得られなかった。
比較例11は、Coを含まないために導電率が劣った。
比較例12は、Coを含まないために強度が劣った。
表3、4に示す組成で、残部がCuと不可避不純物からなる銅合金について実施例1と同様の調査を行った。製造方法、測定方法についても実施例1と同様である。
比較例14はその他の元素の添加量が多く、脆弱な化合物を形成し熱間加工ワレを起こし、試供品を得られなかった。
比較例15はその他の元素の添加量が多く、導電率が劣った。
比較例16はその他の元素の添加量が多く、粗大な晶出物を発生してしまい有効Ni量が少なくなって強度が低下し、また、曲げ加工性が劣った。
比較例17はその他の元素の添加量が多く導電率が劣り、また、粗大な析出物を発生してしまい曲げ加工性が劣った。
比較例18はその他の元素の添加量が多く、粗大な晶出物を発生してしまい有効Ni量が少なくなって強度が低下した。
比較例19はその他の元素の添加量が多く導電率が劣った。
比較例20はその他の元素の添加量が多く導電率が劣った。
表5乃至7に示す組成で、残部がCuと不可避不純物から成る銅合金について実施例1と同様の調査を行った。製造方法、測定方法についても実施例1と同様である。第2相の中でも結晶粒径の粗大化を抑制する効果が大きい50〜1000nmの大きさのものについては、第2相Yとして、平均の大きさと密度を示した。
比較例23、24、26は第2相Yの密度が高いために曲げ加工性が悪化した。
Claims (6)
- Niが0.5〜4.0mass%、Coが0.5〜2.0mass%、Siが0.3〜1.5mass%を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、Ni量とCo量の和とSi量の比(Ni+Co)/Siが2〜7であり、第2相の密度(単位面積当たりの個数)が108〜1012個/mm2であることを特徴とする強度、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性に優れた銅合金。
- Niが0.5〜4.0mass%、Coが0.5〜2.0mass%、Siが0.3〜1.5mass%、MgとSnの一方または両方を合計で0〜2mass%(0を含まず)を含有し、残部が銅と不可避不純物からなり、Ni量とCo量の和とSi量との比(Ni+Co)/Siが2〜7であり、第2相の密度(単位面積当たりの個数)が108〜1012個/mm2であることを特徴とする強度、導電率、曲げ加工性、応力緩和特性に優れた銅合金。
- 請求項1又は2記載の銅合金において、50〜1000nmの大きさの第2相の密度が104〜108個/mm2であることを特徴とする銅合金。
- 請求項1乃至3のいずれか記載の銅合金において、前記第2相がCr、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Mg、Ca、Zr、Hf、Si、P、Zn、Sn、Al、Bのいずれか1つ又は2つ以上からなる化合物であることを特徴とする銅合金。
- 請求項1乃至4のいずれか記載の銅合金において、更にCr、Ti、Mn、Fe、Ca、Zr、Hf、P、Zn、Al、Bのいずれか1つ又は2つ以上を0.05〜2mass%含有することを特徴とする銅合金。
- 鋳塊の均質化熱処理を900℃以上で行い、かつ、その後の熱間加工において850℃までの冷却速度を0.5〜4℃/秒で行い、その後、熱処理と冷間加工をそれぞれ1回以上行うことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか記載の銅合金の製造方法。
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