JP2019090097A - Copper alloy and manufacturing method therefor - Google Patents

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亮一 門前
Ryoichi Monzen
亮一 門前
野村 和弘
Kazuhiro Nomura
和弘 野村
崇成 中島
Takanari Nakajima
崇成 中島
村松 尚国
Naokuni Muramatsu
尚国 村松
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Abstract

To provide a Cu-Zr alloy good in balance of strength and ductility.SOLUTION: The copper alloy contains Zr of 0.1 at.% to 5.0 at.%, has tensile strength of 620 MPa or more and breaking elongation of 3.5% or more and is linear or rod shape. The copper alloy may be obtained by a manufacturing method including a process for continuously extrusion processing the copper alloy with the above described composition to obtain an extruded material, and a process for continuously adding shearing strain to the extruded material so that cross section areas are same before and after processing, and pulverizing crystal particles until average crystal particle diameter calculated by SEM-EBSD analysis on a cross section parallel to an axis becomes 3.5 μm or less to obtain a pulverized material, and a process for wire drawing processing the pulverized material to obtain drawn material.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、銅合金及びその製造方法に関する。   The present disclosure relates to a copper alloy and a method of manufacturing the same.

近年、銅線の極細化が進み、断線への耐久性が重要視される一方で、送電ケーブルなどの導体線には高い導電率が要求されている。銅線としては、例えばCuにZrを添加し、溶体化処理、伸線、通電加熱による時効処理を行うことで、引張強度40kgf/mm2以上、伸び5%以上、導電率80%IACS以上としたものが提案されている(特許文献1)。また、本発明者らは、垂直上方連続鋳造法を用いて希薄なCu−0.2at%Zr合金を作製し、伸線の途中で行う加工熱処理の組み合わせによって、粒界間隔220nmの結晶粒が得られ、導電率91.7%IACS、引張強さ630±10MPaが得られることを報告している(非特許文献1)。 BACKGROUND ART In recent years, copper wires have become extremely thin and durability against disconnection is considered important, while conductor wires such as power transmission cables are required to have high conductivity. As a copper wire, for example, Zr is added to Cu, and by performing solution treatment, wire drawing, and aging treatment by electric heating, the tensile strength is 40 kgf / mm 2 or more, elongation 5% or more, conductivity 80% IACS or more The following is proposed (Patent Document 1). In addition, the present inventors produced a thin Cu-0.2 at% Zr alloy using the vertical upper continuous casting method, and by combining the thermo-mechanical treatments performed in the middle of wire drawing, the crystal grains with a grain boundary spacing of 220 nm were obtained. It has been reported that a conductivity of 91.7% IACS and a tensile strength of 630 ± 10 MPa can be obtained (Non-patent Document 1).

ところで、銅合金の加工方法としては、コンフォームと呼ばれる連続押出加工が知られている。また、結晶を微細化するための強ひずみ加工法として、Equal−Channel Angular Pressing(ECAP)が知られている。そして、希薄Cu−Mg合金にコンフォームとECAPとを適用し、さらに冷間加工をすることで、強度と延性のバランスを改善することが提案されている(非特許文献2)。   By the way, as a processing method of a copper alloy, continuous extrusion processing called a conform is known. Also, Equal-Channel Angular Pressing (ECAP) is known as a strong strain processing method for refining crystals. Then, it has been proposed to improve the balance between strength and ductility by applying conform and ECAP to dilute Cu-Mg alloy and further performing cold working (Non-Patent Document 2).

特開2000−160311号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2000-160311

銅と銅合金,56(2017),39−44Copper and copper alloys, 56 (2017), 39-44 Journal of alloys and compounds, 582(2014), 135-140Journal of alloys and compounds, 582 (2014), 135-140

しかしながら、特許文献1では引張強度が最大でも54.9kgf/mm2程度と低く、より高い強度が求められていた。また、非特許文献1では破断伸びは1.1%程度であり、塑性変形を伴って撚り線加工されるケーブルに用いられる場合などには、より高い延性が必要とされることがあった。さらに、引用文献2では、固溶強化型合金として知られているCu−Si合金について検討されており、析出硬化型合金として知られているCu−Zr合金などについては検討されていなかった。 However, in Patent Document 1, the tensile strength is as low as 54.9 kgf / mm 2 at the maximum, and a higher strength is required. In addition, in Non-Patent Document 1, the breaking elongation is about 1.1%, and there is a case where higher ductility is required, for example, when used for a cable to be stranded with plastic deformation. Furthermore, in the cited reference 2, a Cu-Si alloy known as a solid solution strengthening type alloy was examined, and a Cu-Zr alloy or the like known as a precipitation hardening type alloy was not examined.

本開示はこのような課題を解決するためになされたものであり、Cu−Zr合金において、強度及び延性のバランスの良好なものを提供することを主目的とする。   The present disclosure has been made in order to solve such problems, and it is a main object of the present invention to provide a Cu-Zr alloy having a good balance of strength and ductility.

上述した課題を解決するために鋭意研究したところ、本発明者らは、亜共晶組成のCu−Zr合金において、連続押出加工を行った後に、加工前後の断面積が同じとなるように連続的にせん断歪みを付与する加工を行い、得られた材料に伸線加工を加えると、強度及び延性のバランスの良好なものとすることができることを見出し、本明細書で開示する発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the problems described above, the present inventors conducted continuous extrusion processing on Cu-Zr alloy with a hypoeutectic composition so that the cross-sectional area before and after processing would be the same. It is found that the process of applying shear strain and wire drawing to the obtained material can achieve a good balance of strength and ductility, and complete the invention disclosed herein. It came to

即ち、本開示の銅合金は、
Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含み、引張強さが620MPa以上、破断伸びが3.5%以上であり、線状又は棒状である。
That is, the copper alloy of the present disclosure is
0.1 at. % Or more 5.0 at. % Or less, tensile strength is 620 MPa or more, breaking elongation is 3.5% or more, and is linear or rod-like.

あるいは、本開示の銅合金は、
Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含み、軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下であり、線状又は棒状である。
Alternatively, the copper alloy of the present disclosure is
0.1 at. % Or more 5.0 at. In a cross section parallel to the axis containing at most%, the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis is 3.5 μm or less, and is linear or rod-like.

また、本開示の銅合金の製造方法は、
Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含む銅合金を連続押出加工して、押出材を得る工程と、
前記押出材に加工前後の断面積が同じとなるように連続的にせん断ひずみを付与する加工を行い、軸に平行な断面においてSEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下となるまで結晶粒を微細化して微細粒材を得る工程と、
を含むものである。
In addition, the method for producing a copper alloy of the present disclosure is
0.1 at. % Or more 5.0 at. Continuously extruding a copper alloy containing at most 10% to obtain an extruded material;
The extruded material is processed to continuously apply shear strain so that the cross-sectional area before and after processing is the same, and the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis is 3.5 μm or less in the cross section parallel to the axis Obtaining fine particles by refining the crystal grains until
Is included.

本開示の銅合金及びその製造方法では、Cu−Zr合金において、強度及び延性のバランスの良好な銅合金を提供することができる。   According to the copper alloy of the present disclosure and the method for manufacturing the same, a Cu-Zr alloy can provide a copper alloy having a good balance of strength and ductility.

押出装置10の模式図。FIG. 押出装置10の通路50を被加工材Wが通過する様子を示す模式図。The schematic diagram which shows a mode that the workpiece W passes through the channel | path 50 of the extrusion apparatus 10. As shown in FIG. 押出装置10を用いたECAPの様子を示す模式図。FIG. 5 is a schematic view showing a state of ECAP using the extrusion device 10. 実施例2の微細粒材の縦断面のTEM−BF像。The TEM-BF image of the longitudinal cross-section of the fine particle material of Example 2. FIG. 実施例2の製造途中の各段階での試料の縦断面のSEM−EBSD像。The SEM-EBSD image of the longitudinal cross-section of the sample in each step in the middle of manufacture of Example 2. FIG. 実施例2のECAP前の試料の縦断面のSEM−Grain像。The SEM-Grain image of the longitudinal cross-section of the sample before ECAP of Example 2. FIG. 実施例2のECAP2回終了時の試料の縦断面のSEM−Grain像。The SEM-Grain image of the longitudinal cross-section of the sample at the end of 2 times of ECAP of Example 2. FIG. 実施例2のECAP3回終了時の試料の縦断面のSEM−Grain像。The SEM-Grain image of the longitudinal cross-section of the sample at the end of ECAP 3 times of Example 2. 実施例2のECAP4回終了時の試料の縦断面のSEM−Grain像。The SEM-Grain image of the longitudinal cross-section of the sample at the end of 4 times of ECAP of Example 2. 実施例2のECAP前の試料の結晶粒径分布。Crystal grain size distribution of the sample before ECAP of Example 2. FIG. 実施例2のECAP2回終了時の試料の結晶粒径分布。The grain size distribution of the sample at the end of 2 times of ECAP of Example 2. 実施例2のECAP3回終了時の試料の結晶粒径分布。The grain size distribution of the sample at the end of ECAP 3 times in Example 2. 実施例2のECAP4回終了時の試料の結晶粒径分布。The grain size distribution of the sample at the end of 4 times of ECAP of Example 2.

(第1実施形態の銅合金)
まず、本開示の第1実施形態の銅合金について説明する。この銅合金は線状又は棒状である。本明細書において、線状と棒状とを明確に区別する必要はないが、例えば直径3mm以上のものを棒状とし、直径3mm未満のものを線状としてもよい。この銅合金は、Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含む。こうした組成であれば、Zr量が適切であるため引張強さ、破断伸び及び導電率を所望の値とすることができる。Zrの含有量は固溶限を超える濃度が好ましく、例えば0.12at.%以上が好ましく、0.15at.%以上がより好ましい。また、3.0at.%以下が好ましく、1.0at.%以下がより好ましく、0.5at.%がさらに好ましい。この銅合金は、残部がCu及び不可避的不純物であるものとしてもよい。不可避的不純物としては、例えば、0.007wt.%以下のAlや、0.007wt.%以下のSiなどが挙げられる。この銅合金は、亜共晶組成であるため、鋳造時に微細なデンドライト組織が得られ、伸線加工するとα−Cu相と、共晶相(CuとCu−Zr系化合物の複相)とのナノ層状組織が得られ、高強度、高導電率を有するものとすることができる。
(Copper alloy of the first embodiment)
First, the copper alloy of the first embodiment of the present disclosure will be described. This copper alloy is linear or rod-like. In the present specification, it is not necessary to clearly distinguish between linear and rod-like, but for example, one having a diameter of 3 mm or more may be rod-like and one having a diameter less than 3 mm may be linear. This copper alloy has a Zr content of 0.1 at. % Or more 5.0 at. % Or less. With such a composition, the tensile strength, the elongation at break and the conductivity can be set to desired values because the amount of Zr is appropriate. The content of Zr is preferably a concentration exceeding the solid solution limit, for example, 0.12 at. % Or more is preferable, and 0.15 at. % Or more is more preferable. Also, 3.0 at. % Or less is preferable, and 1.0 at. % Or less is more preferable, 0.5 at. % Is more preferred. The copper alloy may be such that the balance is Cu and unavoidable impurities. As unavoidable impurities, for example, 0.007 wt. % Or less of Al, 0.007 wt. % Or less Si etc. are mentioned. Since this copper alloy has a hypoeutectic composition, a fine dendrite structure is obtained at the time of casting, and when wire drawing is performed, the α-Cu phase and the eutectic phase (a composite phase of Cu and a Cu-Zr compound) A nano-layered structure can be obtained, having high strength and high conductivity.

この銅合金は、引張強さが620MPa以上、破断伸びが3.5%以上である。この銅合金において、引張強さは、より大きい方が好ましく、630MPa以上であることが好ましく、650MPa以上がより好ましく、700MPa以上がさらに好ましく、750MPa以上が一層好ましい。また、破断伸びは、より大きい方が好ましく、3.6%以上であることが好ましく、4.0%以上がより好ましく、5.0%以上がさらに好ましい。また、導電率は、より大きい方が好ましく、70%IACS以上であることが好ましく、75%IACS以上がより好ましい。このうち、引張強さが650MPa以上、破断伸びが5.0%以上、導電率が75%IACS以上を満たすものや、引張強さが700MPa以上、破断伸びが3.5%以上、導電率が75%IACS以上を満たすものが特に好ましい。   This copper alloy has a tensile strength of 620 MPa or more and a breaking elongation of 3.5% or more. In this copper alloy, the tensile strength is preferably larger, preferably 630 MPa or more, more preferably 650 MPa or more, still more preferably 700 MPa or more, and still more preferably 750 MPa or more. The breaking elongation is preferably larger, preferably 3.6% or more, more preferably 4.0% or more, and still more preferably 5.0% or more. The conductivity is preferably higher, preferably 70% IACS or more, and more preferably 75% IACS or more. Among them, those satisfying tensile strength of 650 MPa or more, elongation at break of 5.0% or more, conductivity of 75% IACS or more, tensile strength of 700 MPa or more, elongation at break of 3.5% or more, conductivity of It is particularly preferable to satisfy 75% IACS or more.

この銅合金の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形や楕円形、多角形などとすることができる。また、この銅合金は、例えば、直径が0.01mm以上3mm未満としてもよく、0.06mm以上0.6mm以下としてもよい。なお、銅合金の断面が円形でない場合には、この直径は内接円の直径と外接円の直径との平均値とする。   The cross-sectional shape of this copper alloy is not particularly limited, and may be circular, elliptical, polygonal or the like. The copper alloy may have, for example, a diameter of 0.01 mm or more and less than 3 mm, or may be 0.06 mm or more and 0.6 mm or less. When the cross section of the copper alloy is not circular, this diameter is taken as the average value of the diameter of the inscribed circle and the diameter of the circumscribed circle.

(第2実施形態の銅合金)
次に、本開示の第2実施形態の銅合金について説明する。この銅合金は、その後に伸線加工することで、上述した第1実施形態の銅合金とすることができる。この銅合金は、Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含むものである。この銅合金は、残部がCu及び不可避的不純物であるものとしてもよい。こうした組成は、第1実施形態の銅合金で説明した組成と同様であるため、詳細な説明は省略する。この銅合金では、軸に平行な断面(縦断面)において、SEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下である。こうしたものでは、その後の伸線加工において、引張強さをより高めることができるとともに、破断伸びを高い値に維持できる。縦断面において、平均結晶粒径は2μm以下が好ましく、1.5μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。また、この銅合金では、縦断面において、SEM−EBSD解析で求めた結晶粒径分布において結晶粒径が0.4μm以上0.8μm以下の範囲にピークが現れることが好ましい。このピークは結晶粒径が0.5μm以上0.7μm以下の範囲に現れることがより好ましい。また、この銅合金では、縦断面において、最大結晶粒径が10μm以下であることが好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。また、軸に垂直な断面(横断面)においても、縦断面と同様の平均結晶粒径や結晶粒径分布、最大結晶粒径であることが好ましい。平均結晶粒径や結晶粒径分布、最大結晶粒径は、以下のように求めた値とする。まずSEM−EBSDを用いた解析によって結晶方位差2°以上の粒界を結晶粒としてとらえ、Grain像として表す。Grain像は各結晶粒をランダムな色で分けたものである。次に、Grain像の全ての結晶粒の粒径を求める。この粒径は、各結晶粒の面積と同面積の円の直径とする。そして、最大の結晶粒径の値から0までを20分割し、各分割範囲の中心値Dn(n=1,2,・・・,20)を求め、中心値Dnを含む各分割範囲に含まれる結晶粒の面積の合計が占める割合An(n=1,2,・・・,20)を求める。さらに、D=D1×A1+D2×A2+・・・+D20×A20の式から平均粒径D(μm)を導出する。結晶粒径分布は、Dnの値を横軸に、Anの値を縦軸にとったグラフから求める。
(Copper alloy of the second embodiment)
Next, the copper alloy of the second embodiment of the present disclosure will be described. The copper alloy can be made into the copper alloy of the first embodiment described above by subsequent wire drawing. This copper alloy has a Zr content of 0.1 at. % Or more 5.0 at. % Or less. The copper alloy may be such that the balance is Cu and unavoidable impurities. Such a composition is the same as the composition described in the copper alloy of the first embodiment, and thus the detailed description is omitted. In this copper alloy, in a cross section (longitudinal section) parallel to the axis, the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis is 3.5 μm or less. In such a thing, tensile strength can be further raised in subsequent wire-drawing, and breaking elongation can be maintained at a high value. In the longitudinal section, the average crystal grain size is preferably 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less, and still more preferably 1 μm or less. Moreover, in this copper alloy, it is preferable that a peak appears in the range of 0.4 μm to 0.8 μm in the crystal grain size distribution in the crystal grain size distribution obtained by the SEM-EBSD analysis in the vertical cross section. It is more preferable that this peak appears in the range of 0.5 μm to 0.7 μm. In this copper alloy, the maximum crystal grain size is preferably 10 μm or less, more preferably 5 μm or less, and still more preferably 3 μm or less in the longitudinal cross section. Further, also in a cross section (horizontal cross section) perpendicular to the axis, it is preferable that the average grain size, the grain size distribution, and the maximum grain size are the same as in the vertical cross section. The average grain size, the grain size distribution, and the maximum grain size are values determined as follows. First, grain boundaries with a crystal misorientation of 2 ° or more are regarded as crystal grains by analysis using SEM-EBSD, and are represented as a grain image. The Grain image is obtained by randomly dividing each crystal grain. Next, the grain size of all crystal grains in the grain image is determined. The grain size is the diameter of a circle having the same area as the area of each crystal grain. Then, from the value of the maximum crystal grain size to 0 is divided into 20, and the central value D n (n = 1, 2,..., 20) of each divided range is determined, and each divided range including the central value D n The ratio A n (n = 1, 2,..., 20) occupied by the total area of the crystal grains contained in. Furthermore, the average particle diameter D (μm) is derived from the equation of D = D 1 × A 1 + D 2 × A 2 +... + D 20 × A 20 . The crystal grain size distribution is obtained from a graph in which the value of D n is taken along the horizontal axis and the value of A n is taken along the vertical axis.

この銅合金において、引張強さは、より大きいことが好ましく、300MPa以上であることが好ましく、325MPa以上がより好ましく、350MPa以上がさらに好ましい。また、破断伸びは、より大きいことが好ましく、15%以上であることが好ましく、18%以上がより好ましく、20%以上がさらに好ましい。また、導電率は、より大きいことが好ましく、80%IACS以上であることが好ましく、85%IACS以上がより好ましい。このうち、引張強さが350MPa以上、伸びが20%以上、導電率が85%IACS以上を満たすものが特に好ましい。   In this copper alloy, the tensile strength is preferably larger, preferably 300 MPa or more, more preferably 325 MPa or more, and still more preferably 350 MPa or more. The breaking elongation is preferably larger, preferably 15% or more, more preferably 18% or more, and still more preferably 20% or more. The conductivity is preferably higher, preferably 80% IACS or more, and more preferably 85% IACS or more. Among them, those having a tensile strength of 350 MPa or more, an elongation of 20% or more, and a conductivity of 85% IACS or more are particularly preferable.

この銅合金の断面形状は、特に限定されるものではなく、円形や楕円形、多角形などとすることができる。また、この銅合金は、例えば、直径が3mm以上50mm以下としてもよく、5mm以上15mm以下としてもよい。なお、銅合金の断面が円形でない場合には、この直径は内接円の直径と外接円の直径との平均値とする。   The cross-sectional shape of this copper alloy is not particularly limited, and may be circular, elliptical, polygonal or the like. Further, for example, the copper alloy may have a diameter of 3 mm or more and 50 mm or less, or 5 mm or more and 15 mm or less. When the cross section of the copper alloy is not circular, this diameter is taken as the average value of the diameter of the inscribed circle and the diameter of the circumscribed circle.

(銅合金の製造方法)
次に、銅合金の製造方法について説明する。この製造方法は、(a)鋳造工程、(b)連続押出工程、(c)せん断ひずみ付与工程、(d)伸線工程、(e)ひずみ取り工程を含むものとしてもよい。以下に、各工程について説明する。
(Method of manufacturing copper alloy)
Next, a method of manufacturing a copper alloy will be described. The manufacturing method may include (a) casting step, (b) continuous extrusion step, (c) shear strain application step, (d) wire drawing step, and (e) strain removing step. Below, each process is demonstrated.

(a)鋳造工程
この工程では、所望の組成となるように原料を溶解及び鋳造し、鋳造材を得る。所望の組成は、Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下となるような組成である。この銅合金は、残部がCu及び不可避的不純物であるものとしてもよい。こうした組成は、第1実施形態の銅合金で説明した組成と同様であるため、詳細な説明は省略する。原料としては、例えば、無酸素銅や、Cu−Zr母合金を用いることができる。Cu−Zr母合金は、Cu−50質量%Zr母合金の融点が1168Kであるなど、Zr金属の融点(2125K)よりも融点が低いため、比較的低温で原料を溶解でき、好ましい。鋳造方法は特に限定されないが、例えば、溶湯を上方に引き上げて鋳造物を鋳造する垂直上方連続鋳造法としてもよい。垂直上方連続鋳造法では、大きな冷却速度が得られるため、デンドライト状の鋳造組織が微細化できる。これにより、後の連続押出工程で層状かつ微細な組織が得られること、後の連続押出工程での加工抵抗を低減できること、などが期待できるため、好ましい。また、不可避的に生成し浮遊することのある酸化物や介在物の混入のおそれを低減できることなども期待できるため、好ましい。
(A) Casting step In this step, the raw material is melted and cast to a desired composition to obtain a cast material. The desired composition is 0.1 at. % Or more 5.0 at. % Or less. The copper alloy may be such that the balance is Cu and unavoidable impurities. Such a composition is the same as the composition described in the copper alloy of the first embodiment, and thus the detailed description is omitted. As a raw material, oxygen free copper and a Cu-Zr master alloy can be used, for example. The melting point of the Cu-Zr master alloy is lower than that of the Zr metal (2125 K), for example, the melting point of the Cu-50 mass% Zr master alloy is 1168 K, so the raw material can be melted at a relatively low temperature. The casting method is not particularly limited, but may be, for example, a vertical upward continuous casting method in which the molten metal is pulled upward to cast a casting. In the vertical upward continuous casting method, a large cooling rate can be obtained, so that the dendrite-like cast structure can be refined. This is preferable because it can be expected that a layered and fine structure can be obtained in the subsequent continuous extrusion process, and that processing resistance in the subsequent continuous extrusion process can be reduced. Moreover, it is preferable because it can be expected to reduce the risk of mixing of oxides and inclusions that are inevitably generated and floated.

(b)連続押出工程
この工程では、鋳造材を連続押出加工して、押出材を得る。連続押出加工には、例えば、コンフォーム押出装置を用いてもよい。図1に、コンフォーム押出装置の一例である押出装置10の模式図を示す。図2は、押出装置10の通路50を被加工材Wが通過する様子を示す模式図である。押出装置10は、主ホイール20と、主ホイール20の上方に主ホイール20と平行に配設された副ホイール30と、主ホイール20の外周側面に設けられた加工部40と、を備えている。主ホイール20及び副ホイール30には、被加工材W(ここでは鋳造材)を加工部40へ向けて送り出すように各々を互いに反対方向に回転させる図示しない駆動部が設けられている。主ホイール20の表面には、被加工材Wが通過できるように周方向に伸びる溝22が形成され、副ホイール30の表面には、この溝に対向するように凸部32が形成されている。溝22や凸部32は、被加工材が変形しながら両者間を無理なく通過するように幅や深さ、高さが調節されている。加工部40は、主ホイール20及び副ホイール30によって送り出された被加工材Wを受け止めるアバットメント42と、目的とする押出材の形状に合わせた出口を有するダイス44と、を備えている。この押出装置10では、被加工材Wが溝22及び凸部32によって形成された通路50に挿入されると、ホイール20,30の回転によって主ホイール20の溝22に沿って被加工材Wが加工部40へ送られる。被加工材Wはアバットメント42によって堰き止められ、主ホイール20から離脱させられる。被加工材Wと主ホイール20との間には摩擦熱が発生し、被加工材Wは最高で500℃まで加熱されるものとしてもよい。また、例えば400℃以上600℃以下まで加熱されるものとしてもよいし、加熱を伴わずに無理なく通過するものとしてもよい。被加工材Wがアバットメント42に突き当たると、被加工材Wはアバットメント42に沿って直角方向に曲げられてダイス44へ向かい、ダイス44のダイス孔から成形されながら押し出される。この工程では、加工部40で直角方向に曲げられるとともにダイス44で縮径することで、先程の摩擦熱に応じて温間又は冷間で被加工材Wにせん断ひずみが付与されると考えられる。なお、加工部40では、被加工材Wは直角方向に曲げられるものとしたが、90°に限定されず30°以上150°以下、好ましくは45°以上135°以下、さらに好ましくは60°以上120°以下の範囲で曲げられるものとしてもよい。こうしても、せん断ひずみを付与することができる。この角度は、アバットメント42の取り付け角度やダイスの位置、ダイスの角度を変えることなどにより調整してもよい。この工程における断面減少率は、20%以上80%以下が好ましく、30%以上70%以下がより好ましい。1回の断面減少率を20%(相当ひずみ1.2)以上とすれば効率良く所望の加工を加えることができ、80%(相当ひずみ1.6)以下とすれば加工部40への負荷が比較的小さいため円滑に押出加工できるからである。主ホイール20及び副ホイール30による被加工材Wの送出速度は1m/min以上10m/min以下が好ましく、1m/min以上5m/min以下がより好ましい。ダイス44から押し出された被加工材Wは、水冷されてもよい。
(B) Continuous Extrusion Process In this process, the cast material is subjected to continuous extrusion to obtain an extruded material. For continuous extrusion, for example, a conform extrusion apparatus may be used. The schematic diagram of the extrusion apparatus 10 which is an example of a conform extrusion apparatus is shown in FIG. FIG. 2 is a schematic view showing how the workpiece W passes through the passage 50 of the extrusion device 10. The extrusion device 10 includes a main wheel 20, a sub wheel 30 disposed above the main wheel 20 in parallel with the main wheel 20, and a processing unit 40 provided on an outer peripheral side surface of the main wheel 20. . The main wheel 20 and the sub-wheel 30 are provided with drive units (not shown) that rotate the workpieces W (in this case, castings) in opposite directions so as to feed them toward the processing unit 40. A groove 22 extending in the circumferential direction is formed on the surface of the main wheel 20 so that the workpiece W can pass therethrough, and a protrusion 32 is formed on the surface of the sub wheel 30 so as to face the groove . The width, depth, and height of the groove 22 and the convex portion 32 are adjusted so that the material to be processed passes through the groove 22 with no problem. The processing unit 40 includes an abutment 42 for receiving the workpiece W delivered by the main wheel 20 and the sub wheel 30, and a die 44 having an outlet conforming to the shape of the target extrusion material. In the extrusion device 10, when the workpiece W is inserted into the passage 50 formed by the groove 22 and the convex portion 32, the workpiece W is along the groove 22 of the main wheel 20 by the rotation of the wheels 20, 30. It is sent to the processing unit 40. The workpiece W is blocked by the abutment 42 and disengaged from the main wheel 20. Frictional heat is generated between the workpiece W and the main wheel 20, and the workpiece W may be heated up to 500 ° C. Further, for example, it may be heated to 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, or it may pass through without any heating. When the workpiece W abuts the abutment 42, the workpiece W is bent in a perpendicular direction along the abutment 42 toward the die 44 and extruded from the die hole of the die 44 while being formed. In this step, it is considered that shear strain is imparted to the workpiece W warmly or coldly depending on the above-described frictional heat by bending in the perpendicular direction at the processing portion 40 and reducing the diameter by the die 44 . In the processed portion 40, the workpiece W is bent in the perpendicular direction, but is not limited to 90 °, and is not less than 30 ° and not more than 150 °, preferably 45 ° or more and 135 ° or less, and more preferably 60 ° or more It may be bent in the range of 120 ° or less. Thus, shear strain can be applied. This angle may be adjusted by changing the attachment angle of the abutment 42, the position of the die, the angle of the die, or the like. 20% or more and 80% or less are preferable, and 30% or more and 70% or less are more preferable. Desired processing can be efficiently applied if the cross-sectional reduction rate at one time is 20% (equivalent strain 1.2) or more, and if it is 80% (equivalent strain 1.6) or less, the load on the processed portion 40 Is relatively small, so extrusion can be carried out smoothly. The delivery speed of the workpiece W by the main wheel 20 and the sub wheel 30 is preferably 1 m / min to 10 m / min, and more preferably 1 m / min to 5 m / min. The workpiece W extruded from the die 44 may be water-cooled.

(c)せん断ひずみ付与工程
この工程では、押出材に加工前後の断面積が同じとなるように連続的にせん断ひずみを付与する加工を行い、軸に平行な断面においてSEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下となるまで結晶粒を微細化して微細粒材を得る。加工前後の断面積が同じとなるように連続的にせん断ひずみを付与する加工方法としては、ECAPが挙げられる。ECAPは、例えば上述した押出装置10を用いて行ってもよい。押出装置10を用いることで、より容易に被加工材W’に連続的にせん断ひずみを付与することができる。図3に、押出装置10を用いたECAPの様子を説明する模式図を示す。ECAPでは、主ホイール20や副ホイール30として、被加工材W’の寸法に合わせた溝22や凸部32を有するものを用いた。また、連続押出用の加工部40を、主ホイール20の溝22の形状に応じてアバットメント47の形状が調整されたECAP用の加工部45に取り替えて用いた。この加工では、上述した押出装置10を用いるものの、ダイス44による縮径がないため、連続押出加工とは異なる加工となる。加工部40では被加工材W’が直角方向に曲げられることによりせん断ひずみが付与される。もちろんこの形状の組合せに限定されるものではなく、連続せん断ひずみが与えられる形状の組み合わせとすればよい。連続押出を経た表面は滑らかになりECAP用に径を小さく変えた通路50との摩擦抵抗を受けにくくすることで、温間もしくは冷間に近い状態でせん断ひずみが付与されると考えられる。この工程では、連続的にせん断ひずみを付与する加工を2回以上行うことが好ましく、3回以上がより好ましく、4回以上がさらに好ましい。上限は例えば10回などとしてもよい。複数回のECAPを行う場合、次のECAPを行う際には、直前のECAPに対して被加工材W’を軸周りに例えば90°ずつ回転させてもよいし、回転させなくてもよい。この工程では、連続的にせん断ひずみを付与する加工を、縦断面においてSEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が2μm以下となるまで行うのが好ましく、1.5μm以下がより好ましく、1μm以下がさらに好ましい。また、この工程では、連続的にせん断歪みを付与する加工を、縦断面においてSEM−EBSD解析で求めた結晶粒径分布において結晶粒径が0.4μm以上0.8μm以下の範囲にピークが現れるまで行うのが好ましく、0.5μm以上0.7μm以下の範囲がより好ましい。また、この工程では、連続的にせん断ひずみを付与する加工を、縦断面において、最大結晶粒径が10μm以下となるまで行うのが好ましく、5μm以下がより好ましく、3μm以下がさらに好ましい。また、軸に垂直な断面(横断面)においても、縦断面と同様の平均結晶粒径や結晶粒径分布、最大結晶粒径となるようにするのが好ましい。この工程によれば、上述した本開示の銅合金を得ることができる。なお、加工部45では、被加工材Wは直角方向に曲げられるものとしたが、90°に限定されず30°以上150°以下、好ましくは45°以上135°以下、さらに好ましくは60°以上120°以下の範囲で曲げられるものとしてもよい。こうしても、せん断ひずみを付与することができる。主ホイール20及び副ホイール30による被加工材W’の送出速度は、1m/min以上10m/min以下が好ましく、1m/min以上5m/min以下がより好ましく、連続押出工程と同じとしてもよい。ダイス44から送出された被加工材W’は、水冷されてもよい。
(C) Shear strain applying step In this step, shear strain was applied continuously to the extruded material so that the cross-sectional area before and after processing was the same, and the cross section parallel to the axis was determined by SEM-EBSD analysis Fine grains are obtained by refining the crystal grains until the average crystal grain size is 3.5 μm or less. ECAP is mentioned as a processing method which gives shear strain continuously so that the cross-sectional area before and behind processing may become the same. ECAP may be performed, for example, using the extrusion device 10 described above. By using the extrusion device 10, shear strain can be continuously applied to the workpiece W 'more easily. The schematic diagram explaining the mode of ECAP which used the extrusion apparatus 10 for FIG. 3 is shown. In ECAP, as the main wheel 20 and the sub wheel 30, one having a groove 22 and a projection 32 matched to the dimensions of the workpiece W 'was used. Further, the processing unit 40 for continuous extrusion was replaced with the processing unit 45 for ECAP in which the shape of the abutment 47 was adjusted according to the shape of the groove 22 of the main wheel 20. In this processing, although the above-described extrusion apparatus 10 is used, since there is no diameter reduction by the die 44, processing is different from continuous extrusion processing. In the processing portion 40, shear strain is applied by bending the workpiece W 'in the perpendicular direction. Of course, the present invention is not limited to this combination of shapes, and may be a combination of shapes to which continuous shear strain is given. It is believed that shear strain is imparted in a warm or near-cold state by making the surface through continuous extrusion smooth and less susceptible to frictional resistance with the passage 50 having a smaller diameter for ECAP. In this step, it is preferable to carry out a process of continuously applying shear strain twice or more, more preferably three times or more, and still more preferably four times or more. The upper limit may be, for example, 10 times. When multiple ECAPs are performed, when performing the next ECAP, the workpiece W ′ may be rotated, for example, by 90 ° around the axis with respect to the immediately preceding ECAP, or may not be rotated. In this step, it is preferable to carry out processing to continuously apply shear strain until the average crystal grain size obtained by SEM-EBSD analysis in the longitudinal section becomes 2 μm or less, more preferably 1.5 μm or less, and 1 μm or less Is more preferred. Moreover, in this process, in the processing for continuously applying shear strain, a peak appears in the range of 0.4 μm to 0.8 μm in the crystal grain size distribution in the crystal grain size distribution determined by SEM-EBSD analysis in the longitudinal cross section. It is preferable to carry out the process up to 0.5 μm to 0.7 μm. Moreover, in this process, it is preferable to carry out the process of continuously applying shear strain until the maximum crystal grain size becomes 10 μm or less in the longitudinal cross section, more preferably 5 μm or less, and still more preferably 3 μm or less. Further, also in a cross section (horizontal cross section) perpendicular to the axis, it is preferable to obtain the same average crystal grain size, crystal grain size distribution, and maximum crystal grain size as in the vertical cross section. According to this process, the copper alloy of the present disclosure described above can be obtained. In the processing portion 45, the workpiece W is bent in the perpendicular direction, but is not limited to 90 °, and is not less than 30 ° but not more than 150 °, preferably 45 ° or more and 135 ° or less, more preferably 60 ° or more It may be bent in the range of 120 ° or less. Thus, shear strain can be applied. The delivery speed of the workpiece W ′ by the main wheel 20 and the sub wheel 30 is preferably 1 m / min to 10 m / min, more preferably 1 m / min to 5 m / min, and the same as in the continuous extrusion process. The workpiece W 'delivered from the die 44 may be water-cooled.

(d)伸線工程
この工程では、微細粒材を伸線加工して伸線材を得る。伸線方法は特に限定されず、圧延や、ダイス伸線などとすることができ、これらを組み合わせてもよい。こうした伸線加工は、冷間で行うことが好ましい。この工程では、断面減少率が伸線加工全体で90%以上なるように伸線加工することが好ましく、95%以上がより好ましく、99%以上がさらに好ましい。この工程によれば、例えば、引張強さが700MPa以上、破断伸びが3.5%以上、導電率が70%IACS以上の銅合金が得られる。また、その後に(e)ひずみ取り熱処理を行うことで、破断伸びを大きくすることができ、例えば、破断伸びが5%以上の銅合金を得ることができる。
(D) Wire drawing process In this process, a fine grain material is subjected to wire drawing to obtain a wire drawn material. The wire drawing method is not particularly limited, and may be rolling, die wire drawing, or the like, and these may be combined. Such wire drawing is preferably performed cold. In this step, it is preferable to conduct drawing so that the cross-section reduction rate is 90% or more in the entire drawing, 95% or more is more preferable, and 99% or more is more preferable. According to this process, for example, a copper alloy having a tensile strength of 700 MPa or more, a breaking elongation of 3.5% or more, and a conductivity of 70% IACS or more can be obtained. Further, by performing (e) strain removing heat treatment thereafter, the breaking elongation can be increased, and for example, a copper alloy having a breaking elongation of 5% or more can be obtained.

(e)ひずみ取り工程
この工程では、伸線材に対してひずみ取り熱処理を行う。ひずみ取り熱処理の条件は、伸線材の組成や直径などに応じて、適宜調整すればよい。例えば、直径0.01mm以上1mm以下の伸線材を用いる場合などには、300℃以上700℃以下の温度範囲で熱処理を行うのが好ましく、400℃以上600℃以下がより好ましく、450℃以上550℃以下がさらに好ましい。また、この熱処理は、10秒以上10時間以下行うのが好ましく、30秒以上2時間以下がより好ましい。この工程によれば、例えば、引っ張り強さが620MPa以上、破断伸びが5%以上、導電率が75%IACS以上の銅合金や、引張強さが700MPa以上、破断伸びが3.5%以上、導電率が75%IACS以上を満たす銅合金が得られる。
(E) Strain removing step In this step, strain removing heat treatment is performed on the drawn wire. The conditions of the heat treatment for straining may be appropriately adjusted in accordance with the composition, diameter and the like of the drawn wire. For example, in the case of using a wire drawing material having a diameter of 0.01 mm or more and 1 mm or less, heat treatment is preferably performed in a temperature range of 300 ° C. or more and 700 ° C. or less, more preferably 400 ° C. or more and 600 ° C. or less, and 450 ° C. or more C. or less is more preferable. Moreover, it is preferable to perform this heat processing for 10 second or more and 10 hours or less, and 30 seconds or more and 2 hours or less are more preferable. According to this process, for example, a copper alloy having a tensile strength of 620 MPa or more, a breaking elongation of 5% or more, a conductivity of 75% IACS or more, a tensile strength of 700 MPa or more, a breaking elongation of 3.5% or more, A copper alloy having a conductivity of 75% IACS or more is obtained.

以上説明した銅合金及びそれらの製造方法によれば、Cu−Zr合金において、強度及び延性のバランスの良好なものを提供できる。   According to the copper alloys described above and the method of manufacturing them, it is possible to provide a Cu-Zr alloy having a good balance of strength and ductility.

なお、本開示は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   It is needless to say that the present disclosure is not limited to the above-described embodiment at all, and may be implemented in various aspects within the technical scope of the present disclosure.

例えば、上述した銅合金の製造方法では、(a)〜(e)の各工程を行うものとしたが、これに限定されない。例えば、伸線工程以降の工程を省略してもよい。これらを省略しても、上述した第2実施形態の銅合金を得ることができ、その後に伸線加工や必要に応じてひずみ取り工程を行うことで第1実施形態の銅合金を得ることができる。また例えば、所望組成の材料を別途用意して、鋳造工程を省略してもよい。また例えば、ひずみ取り工程を省略してもよい。この場合、破断伸びが少し低いものの、引張強さのより高い銅合金を得ることができる。   For example, in the manufacturing method of the copper alloy mentioned above, although each process of (a)-(e) shall be performed, it is not limited to this. For example, the steps after the wire drawing step may be omitted. Even if these are omitted, the copper alloy of the second embodiment described above can be obtained, and thereafter, the copper alloy of the first embodiment can be obtained by performing wire drawing and a strain removing step as necessary. it can. Also, for example, a material having a desired composition may be separately prepared, and the casting step may be omitted. Also, for example, the strain removing step may be omitted. In this case, a copper alloy having higher tensile strength can be obtained although the elongation at break is slightly lower.

以下には、本開示の銅合金を製造した例について、実施例として説明する。なお、本開示は、以下の実施例に何ら限定されることはなく、本開示の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。   Below, the example which manufactured the copper alloy of this indication is described as an Example. It is to be understood that the present disclosure is not limited to the following examples at all, and may be practiced in various forms within the technical scope of the present disclosure.

(試料の作製)
[実施例1]
(a)鋳造工程
まず、無酸素銅とCu−50mass%Zr母合金粉末を封入したcored wireとを用いてCu−0.19at.%Zr合金組成となるように溶解し、垂直上方連続鋳造法で直径14mmの鋳造材を作製した。合金組成は、島津製作所社製のICPS−8100型を用い、誘導結合プラズマ発光分光分析法によって求めた。
(Preparation of sample)
Example 1
(A) Casting step First, using Cu-0.19 at. Cu, using oxygen free copper and a cored wire in which a Cu-50 mass% Zr master alloy powder is enclosed. It melt | dissolved so that it might become% Zr alloy composition, and the cast material of diameter 14mm was produced by the vertical upper continuous casting method. The alloy composition was determined by inductively coupled plasma emission spectrometry using ICPS-8100 type manufactured by Shimadzu Corporation.

(b)連続押出工程
上述したコンフォーム押出装置10を用い、直径14mmの鋳造材を直径10mmとなるように連続押出加工し、水冷して、直径10mmの押出材を得た(図1,2参照)。押出装置10は、直径350mmの主ホイール20と、直径150mmの副ホイール30とを備えており、各ホイール20,30の表面には、溝22及び凸部32が各々形成され、溝22及び凸部32によって直径14mmの通路50が形成されているものとした。主ホイール20及び副ホイール30による被加工材Wの送出速度は5m/minとした。加工部40では、被加工材Wが直角に曲げられるようにアバットメント42の角度やダイス44の位置・角度などを調整し、直径10mmの円形のダイス孔を有するダイス44を用いた。
(B) Continuous extrusion process Using the above-described conform extrusion apparatus 10, a cast material having a diameter of 14 mm was continuously extruded so as to have a diameter of 10 mm, and was water-cooled to obtain an extruded material having a diameter of 10 mm (FIGS. reference). The extrusion device 10 includes a main wheel 20 having a diameter of 350 mm and a sub-wheel 30 having a diameter of 150 mm, and grooves 22 and protrusions 32 are formed on the surfaces of the wheels 20 and 30, respectively. A passage 50 having a diameter of 14 mm is formed by the portion 32. The delivery speed of the workpiece W by the main wheel 20 and the sub wheel 30 was 5 m / min. In the processing unit 40, the angle of the abutment 42 and the position / angle of the die 44 were adjusted so that the workpiece W was bent at a right angle, and the die 44 having a circular die hole with a diameter of 10 mm was used.

(c)せん断ひずみ付与工程
上述した押出装置10において、加工部40をECAP用の加工部45に取り替えた(図3参照)。この押出装置10を用い、直径10mmの押出材に、その直径を変化させずに連続的にせん断ひずみを付与するECAPを4回行い、直径10mmの微細粒材を得た。なお、次のECAPを行う際には、直前のECAPに対して被加工材を軸周りに90°ずつ回転させた。主ホイール20及び副ホイール30による被加工材Wの送出速度は5m/minとした。ECAP後には水冷を行った。
(C) Shear strain application step In the above-described extrusion device 10, the processing unit 40 was replaced with a processing unit 45 for ECAP (see FIG. 3). Using this extrusion device 10, ECAP was continuously applied four times to the extruded material having a diameter of 10 mm without changing its diameter to obtain a fine particle material having a diameter of 10 mm. In addition, when performing the next ECAP, the workpiece was rotated by 90 ° around the axis with respect to the previous ECAP. The delivery speed of the workpiece W by the main wheel 20 and the sub wheel 30 was 5 m / min. Water cooling was performed after ECAP.

(d)伸線工程
直径10mmの微細粒材をさらに直径3mmまで圧延し、さらに、直径2.7mmとなるようにダイスピーリングを行い、その後ダイス伸線によって伸線加工して、直径0.2mmの伸線材を得た。
(D) Wire drawing process Fine grained material with a diameter of 10 mm is further rolled to a diameter of 3 mm, die peeling is performed to a diameter of 2.7 mm, and wire drawing is then performed by die wire drawing to a diameter of 0.2 mm. I got a wire drawing material.

(e)ひずみ取り工程
直径0.2mmの伸線材に500℃48秒のひずみ取り熱処理を行い、歪取材を得た。
(E) Strain taking process A strain taking heat treatment at 500 ° C. for 48 seconds was performed on a 0.2 mm diameter drawn wire material to obtain strain coverage.

[実施例2,3]
鋳造工程においてCu−0.22at.%Zrの合金組成となるようにした点以外は、実施例1と同様に実施例2の試料を作製した。鋳造工程において、Cu−0.27at.%Zrの合金組成となるようにした以外は、実施例1と同様に実施例3の試料を作製した。
[Embodiments 2 and 3]
In the casting process, Cu-0.22 at. The sample of Example 2 was produced in the same manner as Example 1 except that the alloy composition of% Zr was adopted. In the casting process, Cu-0.27 at. The sample of Example 3 was produced in the same manner as Example 1 except that the alloy composition of% Zr was adopted.

[比較例1]
鋳造工程においてCu0.25at.%Zrの合金組成となるようにし、せん断ひずみ付与工程及び歪取熱処理工程を省略した以外は、実施例1と同様に比較例1の試料を作製した。
Comparative Example 1
In the casting process, Cu 0.25 at. The sample of Comparative Example 1 was produced in the same manner as Example 1 except that the alloy composition of% Zr was adopted and the shear strain applying step and the strain-preventing heat treatment step were omitted.

(組織の確認)
試料の軸に平行な断面(縦断面)の組織を確認した。組織観察にはTEMを用いた。また、結晶粒径はSEM−EBSDを用いた解析結果に基づいて計算によって求めた。具体的には、まずSEM−EBSDを用いた解析によって結晶方位差2°以上の粒界を結晶粒としてとらえ、Grain像として表した。Grain像は各結晶粒をランダムな色で分けたものである。次に、Grain像の全ての結晶粒の粒径を求めた。この粒径は、各結晶粒の面積と同面積の円の直径とした。そして、最大の結晶粒径の値から0までを20分割し、各分割範囲の中心値Dn(n=1,2,・・・,20)を求め、中心値Dnを含む各分割範囲に含まれる結晶粒の面積の合計が占める割合An(n=1,2,・・・,20)を求めた。そして、平均粒径D(μm)をD=D1×A1+D2×A2+・・・+D20×A20の式から導出した。
(Confirmation of organization)
The structure of the cross section (longitudinal section) parallel to the axis of the sample was confirmed. TEM was used for tissue observation. Moreover, the crystal grain size was calculated | required by calculation based on the analysis result using SEM-EBSD. Specifically, first, grain boundaries with a crystal misorientation of 2 ° or more were regarded as crystal grains by analysis using SEM-EBSD, and expressed as a grain image. The Grain image is obtained by randomly dividing each crystal grain. Next, the grain size of all the crystal grains in the grain image was determined. The grain size was the diameter of a circle having the same area as the area of each crystal grain. Then, from the value of the maximum crystal grain size to 0 is divided into 20, and the central value D n (n = 1, 2,..., 20) of each divided range is determined, and each divided range including the central value D n The ratio A n (n = 1, 2,..., 20) occupied by the total area of the crystal grains contained in. The derived average particle diameter D of the ([mu] m) from the equation D = D 1 × A 1 + D 2 × A 2 + ··· + D 20 × A 20.

(機械的特性の確認)
せん断ひずみ付与工程までで得られた試料の機械的特性の確認には、島津製作所製のAUTOGRAPH AG−X万能試験機(JIS B 7721 0.5級)を用いた。試験片としては、平行部長さ5mm、幅3mm、厚さ0.4mmの板状の肩付き試験片を微細粒棒材から切り出したものを用いた。3回試験を行いその平均値を求めた。
(Confirmation of mechanical characteristics)
AUTOGRAPH AG-X universal tester (JIS B 7721 grade 0.5) manufactured by Shimadzu Corporation was used to confirm the mechanical properties of the samples obtained up to the shear strain application step. As a test piece, what cut out the plate-like shouldered test piece of parallel part length 5 mm, width 3 mm, and thickness 0.4 mm from the fine grained rod material was used. The test was performed 3 times and the average value was calculated.

伸線工程以降の工程で得られた試料の機械的特性の確認には、島津製作所製のAG−I精密万能型引張試験機(JIS B 7721 0.5級)を用いた。つかみ具間は100mmとした。3回試験を行い、破断伸びが中間の値をとった試験の際の機械的特性を、各試料の機械的特性とした。   An AG-I precision universal tensile tester (JIS B 7721 grade 0.5) manufactured by Shimadzu Corporation was used to confirm the mechanical properties of the samples obtained in the processes subsequent to the wire drawing process. The distance between the clamps was 100 mm. A mechanical test was conducted three times, and a mechanical property at the time of a test in which an elongation at break took an intermediate value was regarded as a mechanical property of each sample.

(導電率の確認)
導電率は、四端子法を用いて測定した電気抵抗から計算によって求めた。
(Confirmation of conductivity)
The conductivity was determined by calculation from the electrical resistance measured using the four probe method.

(実験結果)
表1に、実施例1〜3及び比較例1の実験結果を示す。また、表2に、直径0.2mmの伸線材をさらにダイス伸線によって伸線加工して直径0.08mmの伸線材とし、これに500℃48秒のひずみ取り熱処理を行って歪取材としたものについて同様の試験を行った実験結果を示す。実験結果としては、引張強さ(MPa)、破断伸び(%)、導電率(%IACS)を示した。ECAPを行った実施例1〜3では、ECAPを行わなかった比較例1よりも引張強さと伸びの両方が向上した。また、導電率も比較的高い値を示した。このような効果が得られた理由は、ECAPによって微細で均一で等軸な結晶粒組織が得られ、さらに伸線加工をすることによって細くて均一な伸線組織が得られたためと推察された。以下に、実施例2の製造途中の各段階での試料を例に挙げて説明する。
(Experimental result)
Table 1 shows the experimental results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1. Further, in Table 2, a wire drawing material with a diameter of 0.2 mm was further drawn by die drawing to obtain a wire drawing material with a diameter of 0.08 mm, and this was subjected to heat treatment at 500 ° C. for 48 seconds for strain coverage The experimental result which did the same test about what is shown is shown. As experimental results, tensile strength (MPa), elongation at break (%), conductivity (% IACS) are shown. In Examples 1 to 3 in which ECAP was performed, both of the tensile strength and the elongation were improved as compared with Comparative Example 1 in which ECAP was not performed. Also, the conductivity showed a relatively high value. The reason why such an effect was obtained was presumed to be that ECAP provided a fine, uniform, equiaxed grain structure, and further, wire drawing processing provided a thin, uniform wire drawing structure. . Below, the sample in each stage in the middle of manufacture of Example 2 is mentioned as an example, and is demonstrated.

図4に、実施例2の微細粒材の縦断面のTEM−BF像を示す。図4では大部分が等軸粒となっており、多くの結晶粒の転位密度は低かった。このことから、ECAPの際に、再結晶が生じたものと推察された。このように再結晶が生じた状態であっても、ECAPを4回行ったCu−0.22at.%Zr材には0.7μm程度の微細な結晶粒が観察された。   The TEM-BF image of the longitudinal cross-section of the fine particle material of Example 2 is shown in FIG. Most of the grains in FIG. 4 are equiaxed grains, and the dislocation density of many grains is low. From this, it was inferred that recrystallization occurred during ECAP. Even in such a state where recrystallization has occurred, Cu-0.22 at. Fine grains of about 0.7 μm were observed in the% Zr material.

図5〜9に、実施例2の製造途中の各段階での試料の縦断面のSEM−EBSD像を示す。図5A,6はECAP前、図5B,7はECAP2回終了時、図5C,8はECAP3回終了時、図5D,9はECAP4回終了時のものである。図10〜13に、各々図6〜9のSEM−EBSD像から求めた結晶粒径分布を示し、表3に、図6〜9のSEM−EBSD像から求めた平均結晶粒径を示す。図5〜13及び表3より、ECAP3回目までは、ECAPの回数が増加するとともに結晶粒径は微細化していき、ECAP4回目では安定化することがわかった。また、ECAP4回終了時のものではECAP3回終了時のものと比べ粒径のばらつきが小さく均一性が高いことが分かった。   The SEM-EBSD image of the longitudinal cross-section of the sample in each step in the middle of manufacture of Example 2 is shown in FIGS. 5A and 6 are before ECAP, FIGS. 5B and 7 are at the end of ECAP 2 times, FIGS. 5C and 8 are at the end of ECAP 3 times, and FIGS. 5D and 9 are at the end of ECAP 4 times. 10 to 13 show crystal grain size distributions obtained from the SEM-EBSD images of FIGS. 6 to 9, and Table 3 shows average crystal grain sizes obtained from the SEM-EBSD images of FIGS. From FIGS. 5 to 13 and Table 3, it was found that the crystal grain size was refined as the frequency of ECAP increased until the third ECAP, and stabilized at the fourth ECAP. In addition, it was found that the particle size variation at the end of ECAP four times was smaller than that at the end of ECAP three times, and the uniformity was high.

ECAP2回終了時の微細粒材に比べ、ECAP4回終了時の微細粒材では、引張強さが25MPa増加した。また、破断伸びも1.7%増加した。しかし、導電率はECAPを繰り返してもほとんど変化しなかった。加工ひずみの増加によって引張強さが増加する場合、ひずみの増加によって導電率は減少するが、ECAPでは、導電率はほとんど変化しなかった。このことからECAPによる引張強さの増加は加工ひずみの増加によるものではなく、結晶粒の微細化によるものであると推察された。   The tensile strength of the fine-grained material at the end of the ECAP four times increased by 25 MPa as compared with the fine-grained material at the end of the two ECAP times. The breaking elongation also increased by 1.7%. However, the conductivity hardly changed even if ECAP was repeated. When the tensile strength is increased by the increase of the processing strain, the conductivity decreases due to the increase of the strain, but in the ECAP, the conductivity hardly changes. From this, it is inferred that the increase in tensile strength by ECAP is not due to an increase in processing strain, but is due to grain refinement.

ECAP4回終了時の微細粒材に対してその後伸線加工を行った直径0.2mmの伸線材では、引張強さは756MPaまで向上したものの、伸びが3.6%まで低下した。しかし、その後さらにひずみ取り熱処理を行った歪取材では、引張強さ668MPaという高強度を有しながらも、伸びが5.3%まで向上した。以上より、ECAP加工をし、その後伸線加工及びひずみ取り熱処理を行うことで、例えば引張強さ650MPa以上の高強度と破断伸び5%以上の高延性を実現できることが分かった。また、伸線加工の際の加工度をさらに高めた場合には、例えば引張強さ700MPa以上の高強度と破断伸び3.5%以上の高延性を実現できることがわかった。   In the case of a 0.2 mm diameter drawn wire in which the fine grained material at the end of ECAP 4 times was subsequently subjected to wire drawing, although the tensile strength improved to 756 MPa, the elongation decreased to 3.6%. However, in the strain coverage where the strain was further heat-treated, the elongation was improved to 5.3% while having high tensile strength of 668 MPa. From the above, it was found that, by performing ECAP processing and then performing wire drawing and heat treatment for straining, for example, high strength with a tensile strength of 650 MPa or more and high ductility with a breaking elongation of 5% or more can be realized. In addition, it has been found that, when the degree of processing in wire drawing is further enhanced, for example, high strength with a tensile strength of 700 MPa or more and high ductility with a breaking elongation of 3.5% or more can be realized.

以上より、希薄Cu−0.22at.%Zr合金を連続鋳造で作製し、中間加工の一部にECAP−Conformプロセスを採用し、量産用の連続せん断加工を行うことによって、中間線径の結晶粒を微細化できることがわかった。また、こうした新たな中間加工処理によって、ダイス伸線後の最終線材の延性が改善されることがわかった。   From the above, dilute Cu-0.22 at. It has been found that the grain size of the intermediate wire diameter can be refined by preparing the% Zr alloy by continuous casting, adopting the ECAP-Conform process as part of intermediate processing, and performing continuous shear processing for mass production. It was also found that such new intermediate processing improves the ductility of the final wire after die drawing.

本開示は、銅合金を使用し又は製造する分野に利用可能である。   The present disclosure is applicable to the field of using or producing copper alloys.

10 押出装置、20 主ホイール、22 溝、30 副ホイール、32 凸部、40 加工部、42 アバットメント、44 ダイス、45 加工部、47 アバットメント、50 通路、W,W' 被加工材   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Extrusion apparatus, 20 main wheels, 22 grooves, 30 sub wheels, 32 convex parts, 40 processed parts, 42 abutments, 44 dies, 45 processed parts, 47 abutments, 50 passages, W, W 'workpiece

Claims (16)

Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含み、引張強さが620MPa以上、破断伸びが3.5%以上であり、線状又は棒状である、銅合金。   0.1 at. % Or more 5.0 at. % Or less, a tensile strength of 620 MPa or more, an elongation at break of 3.5% or more, and a linear or rod-like copper alloy. 導電率が70%IACS以上である、請求項1に記載の銅合金。   The copper alloy according to claim 1, wherein the conductivity is 70% IACS or more. 下記(1)〜(3)のいずれか1以上を満たす、請求項1又は2に記載の銅合金。
(1)引張強さが650MPa以上である。
(2)破断伸びが5.0%以上である。
(3)導電率が75%IACSである。
The copper alloy according to claim 1 or 2, wherein any one or more of the following (1) to (3) are satisfied.
(1) The tensile strength is 650 MPa or more.
(2) Elongation at break is 5.0% or more.
(3) The conductivity is 75% IACS.
Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含み、軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下であり、線状又は棒状である、銅合金。   0.1 at. % Or more 5.0 at. Copper alloy containing a% or less and having a linear or rod-like shape and having an average crystal grain size of 3.5 μm or less determined by SEM-EBSD analysis in a cross section parallel to the axis. 下記(1)〜(3)のいずれか1以上を満たす、請求項4に記載の銅合金。
(1)引張強さが300MPa以上である。
(2)破断伸びが15%以上である。
(3)導電率が80%IACS以上である。
The copper alloy according to claim 4, satisfying any one or more of the following (1) to (3).
(1) The tensile strength is 300 MPa or more.
(2) Elongation at break is 15% or more.
(3) The conductivity is 80% IACS or more.
軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が1.5μm以下である、請求項4又は5に記載の銅合金。   The copper alloy according to claim 4 or 5, wherein in a cross section parallel to the axis, the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis is 1.5 μm or less. 軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた結晶粒径分布において結晶粒径が0.4μm以上0.8μm以下の範囲にピークが現れる、請求項4〜6のいずれか1項に記載の銅合金。   The cross section parallel to an axis WHEREIN: In the crystal grain size distribution calculated | required by SEM-EBSD analysis, a crystal grain diameter shows a peak in the range of 0.4 micrometer or more and 0.8 micrometer or less. Copper alloy. Zrを0.12at.%以上1.0at.%以下含む、請求項1〜7のいずれか1項に記載の銅合金。   0.12 at. % Or more and 1.0 at. The copper alloy according to any one of claims 1 to 7, containing at most%. Zrを0.1at.%以上5.0at.%以下含む銅合金を連続押出加工して、押出材を得る工程と、
前記押出材に加工前後の断面積が同じとなるように連続的にせん断ひずみを付与する加工を行い、軸に平行な断面においてSEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が3.5μm以下となるまで結晶粒を微細化して微細粒材を得る工程と、
を含む、銅合金の製造方法。
0.1 at. % Or more 5.0 at. Continuously extruding a copper alloy containing at most 10% to obtain an extruded material;
The extruded material is processed to continuously apply shear strain so that the cross-sectional area before and after processing is the same, and the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis is 3.5 μm or less in the cross section parallel to the axis Obtaining fine particles by refining the crystal grains until
A method of producing a copper alloy, including:
請求項9に記載の銅合金の製造方法であって、
前記微細粒材を伸線加工して伸線材を得る工程を含む、銅合金の製造方法。
A method of producing a copper alloy according to claim 9, wherein
The manufacturing method of the copper alloy including the process of carrying out the wire drawing of the said fine grain material, and obtaining a wire-drawing material.
請求項9又は10に記載の銅合金の製造方法であって、
前記伸線材を450℃以上550℃以下の温度でひずみ取り熱処理して歪取材を得る工程を含む、銅合金の製造方法。
A method of producing a copper alloy according to claim 9 or 10, wherein
A manufacturing method of a copper alloy including the process of obtaining the distortion coverage by heat-treating the drawn wire at a temperature of 450 ° C. or more and 550 ° C. or less.
前記微細粒材を得る工程では、前記せん断ひずみを付与する加工を2回以上行う、請求項9〜11のいずれか1項に記載の銅合金の製造方法。   The manufacturing method of the copper alloy of any one of Claims 9-11 which performs the process which provides the said shear strain twice or more in the process of obtaining the said fine grain material. 前記微細粒材を得る工程では、前記せん断ひずみを付与する加工4回以上を行う、請求項9〜12のいずれか1項に記載の銅合金の製造方法。   The method for producing a copper alloy according to any one of claims 9 to 12, wherein, in the step of obtaining the fine particles, processing to apply the shear strain is performed four or more times. 前記微細粒材を得る工程では、軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた平均結晶粒径が1.5μm以下となるまで結晶粒を微細化する、請求項9〜13のいずれか1項に記載の銅合金の製造方法。   14. The method according to any one of claims 9 to 13, wherein, in the step of obtaining the fine particles, crystal grains are refined in a cross section parallel to the axis until the average crystal grain size determined by SEM-EBSD analysis becomes 1.5 μm or less. The manufacturing method of the copper alloy of 1 item. 前記微細粒材を得る工程では、軸に平行な断面において、SEM−EBSD解析で求めた結晶粒径分布において結晶粒径が0.4μm以上0.8μm以下の範囲にピークが現れるまで結晶粒を微細化する、請求項9〜14のいずれか1項に記載の銅合金の製造方法。   In the step of obtaining the fine particles, in the cross section parallel to the axis, in the crystal grain size distribution determined by SEM-EBSD analysis, the crystal grains are displayed until a peak appears in the range of 0.4 μm to 0.8 μm. The manufacturing method of the copper alloy of any one of Claims 9-14 which refine | miniaturizes. 前記押出材を得る工程では、Zrを0.12at.%以上1.0at.%以下含む銅合金を連続押出加工する、請求項9〜15のいずれか1項に記載の銅合金の製造方法。   In the step of obtaining the extruded material, the Zr content is 0.12 at. % Or more and 1.0 at. The method for producing a copper alloy according to any one of claims 9 to 15, wherein the copper alloy containing at most% is continuously extruded.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110238224A (en) * 2019-06-27 2019-09-17 西安西电光电缆有限责任公司 The production method of oxygen-free copper conducting bar

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