JP2015158009A - 銅合金材およびその製造方法 - Google Patents
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(1)Niを3.50〜7.00質量%、Siを0.80〜1.90質量%、Crを0.05〜0.30質量%、Mgを0.05〜0.20質量%含有し、さらにSnを0.00〜1.50質量%、Agを0.000〜0.300質量%、Mnを0.00〜0.50質量%、Feを0.00〜0.20質量%、Coを0.00〜2.00質量%のうち1種または2種以上を総量で0.00〜2.00質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金材であって、前記銅合金材の母相に残存する未溶解物の粒径が50.0μm以下であり、前記母相中に残存する未溶解物のうち、0.5μm以上50.0μm以下の範囲内の粒径を有する未溶解物の存在割合が100個/mm2以下であることを特徴とする銅合金材。
また、本発明によれば、熱間押出温度、ならびに水中焼入れにおける特定温度範囲での冷却速度の適正化を図ることで、上述した良好な導電性と高硬度の双方を兼ね備えた銅合金材の製造方法の提供が可能になった。
ニッケル(Ni)とケイ素(Si)は、NiとSiの含有比を制御することによりマトリクス(母相)中にNi−Si析出物(Ni2Si)を形成させて析出強化を行い銅合金の強度を向上させるために含有する元素である。Niの含有量は、3.50〜7.00質量%であり、好ましくは、3.50〜5.00質量%である。Ni量が3.50質量%未満であると、その析出硬化量が小さいため強度が不足し、一方、Ni量が7.00質量%より多いと、鋳造時や熱処理(例えば、溶体化処理、時効処理、焼鈍処理)時に強度上昇に寄与しない析出が多く生じすぎてしまう。この場合、Niの添加量に見合う強度を得ることができないばかりか、伸線加工性、曲げ加工性にも悪影響を与えることになる。
次に、本発明の銅合金材の母相に残存する未溶解物の大きさ(粒径)および存在割合(個数密度)について説明する。本発明における「未溶解物」とは、溶解鋳造過程で溶解せずに残留した未溶解化合物、凝固過程で生じた晶出物が溶体化の際に溶解せずに残留したもの、また、溶体化処理過程で溶体化温度が低いことにより生じた粗大な析出物、溶体化後冷却速度が遅いことにより析出した粗大な析出物などを指す。従来公知の方法で高濃度のNiおよびSiを含有するコルソン合金を製造すると、未溶解物が銅合金材の母相に多量に残存してしまう。このように、折角添加したNiやSiが粗大な未溶解物となってしまうと、強度に寄与しないばかりか材料自体の疲労特性も損なわせてしまう可能性がある。よって、本発明では、このような未溶解物を極力低減させることで、NiおよびSiが所望の微細な析出物(Ni2Siなど)となるようにしたものである。
未溶解物は、円形のものの場合だけではなく、楕円形のものや、異形状のものなど、さまざまな形状を呈し得る。そこで本発明では、材料の断面観察を行ったときに見られる未溶解物の最大長さを測定し、その長さを未溶解物の粒径として扱うものとする。
表1に示される実施例1のNo.1〜13で示される種々の本発明の範囲内にある組成のCu−Ni−Si系銅合金を、高周波溶解炉にて溶解し、各ビレットを鋳造した。次に、前記各ビレットを加熱後、960℃で熱間押出した後、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。その後、熱間押出加工時の温度(960℃)から300℃までの冷却速度は、70℃/秒で実施した。次いで前記丸棒を500℃で2時間時効熱処理を行った。この様にして得られた丸棒について、[1]ビッカース硬さ試験、[2]導電率、[3]断面観察、[4]引張強さを下記方法により調べた。その結果を表2に示す。
JIS Z 2244に準じて5点測定しその平均値で硬さ(HV)を示した。
[2]導電率
四端子法を用いて、20℃(±1℃)に管理された恒温槽中で、各試料について2本ずつ測定し、その平均値(%IACS)を示した。
[3]断面観察
丸棒の横断面の任意の3箇所にて、光学顕微鏡(倍率:400倍、視野サイズ:約333μm×250.0μm)を用いて、最大の未溶解物の粒径と、0.5μm以上50.0μm以下の未溶解物の個数とを測定し、測定した前記未溶解物の個数と前記視野サイズから、未溶解物の存在割合(個/mm2)を算出した。
[3]断面観察−2
丸棒の横断面の任意の3箇所にて、光学顕微鏡(倍率:25倍、視野サイズ:約5.32mm×4.00mm)を用いて、粒径が50.0μmを超える未溶解物の個数を測定し、測定した未溶解物の存在割合(個/100mm2)を算出した。
なお、断面観察における粒径及び存在割合の値については、任意の3箇所の平均値から単位換算した値の小数点以下を四捨五入した整数値で表した。
[4]引張強さ
引張試験を、JIS Z 2241に準じて3本測定しその平均値(MPa)を示した。試験片は得られた丸棒材から4号試験片を切出し実施した。
下記の表1に示される種々の本発明の範囲外の組成を有するCu−Ni−Si系銅合金、すなわち、比較例1のNo.14〜19で示される組成の銅合金を高周波溶解炉にて溶解し、各ビレットを鋳造して、これらの各ビレットを加熱後、960℃で熱間押出した後、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。一方、実施例1のNo.3、5、6、7、10、11の組成の銅合金から作成した各ビレットをそれぞれ3B、5B、6B、7B、10B、11Bとし、これらのビレットを加熱後、920℃で熱間押出し、その後、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。いずれの丸棒試料についても960℃および920℃から300℃までの冷却速度は、70℃/秒で実施した。次いで前記丸棒を500℃で2時間時効熱処理を行った。この様にして得られた丸棒について、[1]ビッカース硬さ試験、[2]導電率、[3]断面観察、[4]引張強さを上記方法と同様に調べた。その結果を表2に示す。
従来例1は、特許文献4の実施例8、9と同等の組成、溶体化温度(押出温度)にて丸棒を得たものである。すなわち、Ni:5.56質量%、Si:1.45質量%、Cr:0.76質量%、Mg:0質量%の組成の銅合金ビレットを鋳造し、このビレットを加熱後、920℃で熱間押出して、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。この丸棒試料についても熱間押出加工時の温度(920℃)から300℃までの冷却速度は、70℃/秒で実施した。次いで、この丸棒を500℃で2時間時効熱処理を行った。この様にして得られた丸棒について、[1]ビッカース硬さ試験、[2]導電率、[3]断面観察、[4]引張強さを上記方法と同様に調べた。その結果を表2に示す。
実施例1のNo.3、5、6、7、10、11、および比較例1のNo.14、15、16、17、18、19で示される組成の銅合金から作成した各ビレットを、それぞれNo.3A、5A、6A、7A、10A、11A、14A、15A、16A、17A、18Aおよび19Aとし、これらの各ビレットを加熱後、960℃で熱間押出して、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。960℃から300℃までの冷却速度は、70℃/秒で実施した。次いで前記丸棒を冷間加工率30%の伸線加工を行った後、450℃で2時間時効熱処理を行った。なお、従来例2として、特許文献3の実施例4と同等の組成、すなわちNi:4.5質量%、Si:1.19質量%の組成で上記工程と同様にして丸棒を得た。この様にして得られた丸棒について、[1]ビッカース硬さ試験、[2]導電率、[3]断面観察、[4]引張強さを上記方法と同様に調べた。その結果は、下記表3のようであった。
実施例1のNo.3、5、6、7、10、11で示される組成の銅合金から作製した各ビレットを加熱後、960℃で熱間押出して、直ちに水中焼入れを行うことで、熱間押出で溶体化処理を施し、丸棒を得た。ここで、960℃から300℃までの冷却速度の影響を確認する為、冷却速度を変化させたものを、表4に示した通りに実施した(実施例3:No.3C、5C、6C、7C、10C、11C、比較例3:No.3D、5D、6D、7D、10D、11D)。次いで前記丸棒を冷間加工率30%の伸線加工を行った後、450℃で2時間時効熱処理を行った。この様にして得られた丸棒について、[1]ビッカース硬さ試験、[2]導電率[3]断面観察、[4]引張強さを上記方法と同様に調べた。その結果を表4に示す。
また、本発明によれば、熱間押出温度、ならびに水中焼入れにおける特定温度範囲での冷却速度の適正化を図ることで、上述した良好な導電性と高硬度の双方を兼ね備えた銅合金材の製造方法の提供が可能になった。
Claims (5)
- Niを3.50〜7.00質量%、Siを0.80〜1.90質量%、Crを0.05〜0.30質量%、Mgを0.05〜0.20質量%含有し、さらにSnを0.00〜1.50質量%、Agを0.000〜0.300質量%、Mnを0.00〜0.50質量%、Feを0.00〜0.20質量%、Coを0.00〜2.000質量%のうち1種または2種以上を総量で0.000〜2.000質量%含有し、残部がCuおよび不可避不純物からなる銅合金材であって、
前記母相中に残存する未溶解物のうち、0.5μm以上50.0μm以下の範囲内の粒径を有する未溶解物の存在割合が100個/mm2以下であることを特徴とする銅合金材。 - 前記銅合金材の母相に残存する未溶解物の粒径が50.0μm超えのものが、100mm2の範囲内に5個以下であることを特徴とする請求項1に記載の銅合金材。
- 前記銅合金材の母相に残存する未溶解物の粒径が50.0μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の銅合金材。
- Snを0.05〜1.50質量%、Agを0.005〜0.300質量%、Mnを0.01〜0.50質量%、Feを0.01〜0.20質量%、Coを0.05〜2.00質量%のうち1種または2種以上を総量で0.005〜2.000質量%含有することを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の銅合金材。
- 請求項1から4までのいずれか1項に記載の銅合金材の製造方法であって、
銅合金を、950℃以上の温度で熱間押出加工した後、直ちに、前記熱間押出加工時の温度から300℃までの温度範囲にわたって30℃/s以上の冷却速度で冷却し、その後、350〜600℃で0.5〜10時間の時効熱処理を行うことを特徴とする銅合金材の製造方法。
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