JP2020133000A - Copper alloy material, commutator segment, and electrode material - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば、直流機の整流子や電極材等の耐摩耗性が要求される用途に使用される部品の素材として、特に適した銅合金材に関するものである。 The present invention relates to a copper alloy material that is particularly suitable as a material for parts used in applications that require wear resistance, such as commutators and electrode materials for DC machines.
従来、直流電動機や直流発電機等の直流機においては、上述の整流子が給電ブラシと接触する構造とされているため、整流子を構成する整流子片には、優れた耐摩耗性、及び、高い導電率が要求されている。また、抵抗溶接用の電極材や放電加工用の電極材においては、耐摩耗性、導電率に加えて、高温での耐摩耗性も要求される。
従来、整流子片や電極材を構成する材料としては、銀入り銅、無酸素銅、タフピッチ銅、りん脱酸銅等が使用されていたが、さらに耐摩耗性を向上させるために、例えば、特許文献１−３に開示された様々な銅合金が提案されている。
Conventionally, in a DC machine such as a DC motor or a DC generator, the commutator described above has a structure in contact with a power feeding brush. Therefore, the commutator pieces constituting the commutator have excellent wear resistance and wear resistance. , High conductivity is required. Further, in the electrode material for resistance welding and the electrode material for electric discharge machining, in addition to wear resistance and conductivity, wear resistance at high temperature is also required.
Conventionally, as a material constituting a commutator piece or an electrode material, silver-containing copper, oxygen-free copper, tough pitch copper, phosphorus deoxidized copper and the like have been used, but in order to further improve wear resistance, for example, Various copper alloys disclosed in Patent Documents 1-3 have been proposed.
例えば、特許文献１においては、Ｆｅ：０．０２〜０．５ｗｔ％、Ｐ：０．０２〜０．１５ｗｔ％、Ａｇ：０．０１〜０．３ｗｔ％、を含有する銅合金が提案されている。
また、特許文献２においては、ジルコニウム（Ｚｒ）を０．０１〜０．２ｗｔ％含有させた銅合金が提案されている。
さらに、特許文献３においては、Ｓｉ：０．１〜１．０ｗｔ％を含む銅合金が提案されている。
For example, Patent Document 1 proposes a copper alloy containing Fe: 0.02 to 0.5 wt%, P: 0.02 to 0.15 wt%, and Ag: 0.01 to 0.3 wt%. There is.
Further, Patent Document 2 proposes a copper alloy containing 0.01 to 0.2 wt% of zirconium (Zr).
Further, Patent Document 3 proposes a copper alloy containing Si: 0.1 to 1.0 wt%.
ところで、最近では、上述の直流電動機及び直流発電機、並びに、抵抗溶接機及び放電加工機の小型化及び大出力化等にともない、これらに用いられる整流子片及び電極材等においては、従来にも増して厳しい環境下で使用されることになる。このため、従来よりも、さらに耐摩耗性に優れ、長寿命化を図ることが求められている。なお、整流子片及び電極材以外の部品等においては、長寿命化を図るために、耐摩耗性を向上させることが求められている。また、これらの部品においては、高温条件で使用されることがあり、高温でも安定した特性を有することが求められる。
ここで、特許文献１−３に開示された銅合金においては、耐摩耗性が未だ不十分であり、これらの銅合金で構成された部品の長寿命化を図ることができなかった。
By the way, recently, with the miniaturization and increase in output of the above-mentioned DC motors and DC generators, resistance welders and electric discharge machines, the commutator pieces and electrode materials used for these have been conventionally used. It will be used in more severe environments. Therefore, it is required to have more excellent wear resistance and a longer life than before. In addition, in parts other than the commutator piece and the electrode material, it is required to improve the wear resistance in order to extend the life. Further, these parts may be used under high temperature conditions, and are required to have stable characteristics even at high temperatures.
Here, in the copper alloys disclosed in Patent Documents 1-3, the wear resistance is still insufficient, and it is not possible to extend the life of the parts made of these copper alloys.
この発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材、整流子片、電極材を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and is a copper alloy material which is particularly excellent in abrasion resistance, has stable characteristics even at high temperatures, and can prolong the life of the constituent parts. It is an object of the present invention to provide a commutator piece and an electrode material.
上記の課題を解決するために、本発明の銅合金材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされており、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上であることを特徴としている。 In order to solve the above problems, in the copper alloy material of the present invention, Cr is in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr is in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, and Sn. Is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance is composed of Cu and unavoidable impurities at 20 ° C. It is characterized by having a Vickers hardness of 149 Hv or more.
この構成の銅合金材においては、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、析出硬化によって、硬さを向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶硬化によって、硬さを向上させることができる。
さらに、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、上述のＺｒ及びＣｒとＰとが反応することでＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ−Ｐ化合物およびＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、硬さが低下することがない。
そして、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされているので、耐摩耗性に特に優れている。
よって、この銅合金材で構成した部品の長寿命化を図ることが可能となる。
In the copper alloy material having this configuration, Cr is contained in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, and Zr is contained in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less. Fine precipitates can be precipitated by the treatment, and hardness can be improved by precipitation hardening.
Further, since Sn is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, the hardness can be improved by solid solution hardening.
Further, since P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, the above-mentioned Zr and Cr react with P to generate a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound. Will be done. Since these Zr-P compounds and Cr-Zr-P compounds are stable even at high temperatures, their hardness does not decrease even when used under high temperature conditions.
Since the Vickers hardness at 20 ° C. is 149 Hv or more, the wear resistance is particularly excellent.
Therefore, it is possible to extend the life of the parts made of this copper alloy material.
ここで、本発明の銅合金材においては、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するものとしてもよい。
この場合、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有しているので、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しても、硬さ向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保され、硬さの向上を確実に図ることができる。
Here, in the copper alloy material of the present invention, the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr] / [P]> 5. It may be a thing.
In this case, since the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr] / [P]> 5, the Zr-P compound. Alternatively, even if a Cr-Zr-P compound is produced, the number of Cu-Zr precipitates that contribute to the improvement of hardness is secured, and the improvement of hardness can be reliably achieved.
また、本発明の銅合金材においては、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとしてもよい。
この場合、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するので、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に好適に使用することが可能となる。
Further, in the copper alloy material of the present invention, the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn] / [P] ≦ 5. May be.
In this case, since the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn] / [P] ≦ 5, the conductivity due to the solid dissolution of Sn. Can be compensated for by the increase in conductivity due to the formation of the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound, and excellent conductivity (thermal conductivity) can be ensured. Therefore, it can be suitably used for applications that require conductivity (thermal conductivity).
また、本発明の銅合金材においては、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいてもよい。
この場合、Ｓｉが銅の母相中に固溶することにより、固溶硬化によってさらなる硬さの向上を図ることができる。
Further, the copper alloy material of the present invention may further contain Si in an amount of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
In this case, since Si dissolves in the parent phase of copper, the hardness can be further improved by solid solution hardening.
また、本発明の銅合金材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていることが好ましい。
この場合、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下に制限されているので、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に好適に使用することが可能となる。
Further, in the copper alloy material of the present invention, it is preferable that the total content of the elements of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co and Ti is 0.03 mass% or less.
In this case, since the total content of the impurity elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is limited to 0.03 mass% or less, the conductivity (thermal conductivity) is lowered. Can be suppressed. Therefore, it can be suitably used for applications that require conductivity (thermal conductivity).
さらに、本発明の銅合金材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
この場合、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上とされているので、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、硬さを十分に向上させることができる。また、導電性（熱伝導性）が要求される用途に特に適している。
Further, in the copper alloy material of the present invention, the conductivity is preferably 70% IACS or more.
In this case, since the conductivity is 70% IACS or more, Cr-based precipitates and Zr-based precipitates are sufficiently dispersed, and Zr-P compounds or Cr-Zr-P compounds are generated. The hardness can be sufficiently improved. Further, it is particularly suitable for applications requiring conductivity (thermal conductivity).
また、本発明の銅合金材においては、引張強度が４７０ＭＰａ以上であることが好ましい。
この場合、引張強度が４７０ＭＰａ以上であるので、十分な強度を有しており、使用時における変形を抑制でき、各種部品の素材として良好に用いることができる。
Further, in the copper alloy material of the present invention, the tensile strength is preferably 470 MPa or more.
In this case, since the tensile strength is 470 MPa or more, it has sufficient strength, deformation during use can be suppressed, and it can be satisfactorily used as a material for various parts.
本発明の整流子片は、上述の銅合金材からなることを特徴としている。
この構成の整流子片によれば、上述の銅合金材で構成されていることから、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。
The commutator piece of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned copper alloy material.
According to the commutator piece having this configuration, since it is composed of the above-mentioned copper alloy material, it is hard and has excellent wear resistance, and the hardness does not decrease even when used under high temperature conditions. It can be used stably and the service life can be extended.
本発明の電極材は、上述の銅合金材からなることを特徴としている。
この構成の電極材によれば、上述の銅合金材で構成されていることから、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。
The electrode material of the present invention is characterized by being made of the above-mentioned copper alloy material.
According to the electrode material having this configuration, since it is composed of the above-mentioned copper alloy material, it is hard and has excellent wear resistance, and the hardness does not decrease even when used under high temperature conditions, and it is stable. It can be used as well as the service life can be extended.
本発明によれば、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材、整流子片、電極材を提供することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to provide a copper alloy material, a commutator piece, and an electrode material which are particularly excellent in abrasion resistance, have stable characteristics even at a high temperature, and can prolong the life of the constituent parts. It will be possible.
以下に、本発明の一実施形態である銅合金材について説明する。
本実施形態である銅合金材は、例えば、直流機の整流子を構成する整流子片、並びに、放電加工用又抵抗溶接用の電極材等の特に優れた耐摩耗性が要求される部品の素材として用いられるものである。
また、本実施形態である銅合金材は、部品を成形する際の加工方法に応じた形状とされており、例えば、板条材、線棒材、管材をなすものとされている。
The copper alloy material according to the embodiment of the present invention will be described below.
The copper alloy material of the present embodiment is a component that requires particularly excellent wear resistance, such as a commutator piece constituting a commutator of a DC machine and an electrode material for electric discharge machining or resistance welding. It is used as a material.
Further, the copper alloy material of the present embodiment has a shape corresponding to a processing method when molding a part, and is, for example, a strip material, a wire rod material, or a pipe material.
そして、本実施形態である銅合金材は、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有し、残部がＣｕ及び不可避不純物からなる組成とされている。
そして、本実施形態である銅合金材においては、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされている。
The copper alloy material of the present embodiment has Cr in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, and Sn in the range of 0.005 mass%. The composition is such that P is contained in the range of 0.04 mass% or less and 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance is composed of Cu and unavoidable impurities.
The copper alloy material of the present embodiment has a Vickers hardness of 149 Hv or more at 20 ° C.
ここで、本実施形態である銅合金材においては、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、 〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有することが好ましい。
また、本実施形態である銅合金材においては、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有することが好ましい。
Here, in the copper alloy material of the present embodiment, the relationship between the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) is [Zr] / [P]> 5. It is preferable to have.
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, the relationship between the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) is [Sn] / [P] ≦ 5. It is preferable to have.
さらに、本実施形態である銅合金材においては、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含んでいてもよい。
また、本実施形態である銅合金材においては、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされていてもよい。
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, Si may be contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, the total content of the elements of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co and Ti may be 0.03 mass% or less.
そして、本実施形態である銅合金材においては、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上であることが好ましい。
また、本実施形態である銅合金材においては、引張強度が４７０ＭＰａ以上であることが好ましい。
The copper alloy material of the present embodiment preferably has a conductivity of 70% IACS or higher.
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, the tensile strength is preferably 470 MPa or more.
ここで、本実施形態である銅合金材において、上述のように、成分組成、特性を規定した理由について、以下に説明する。 Here, in the copper alloy material of the present embodiment, the reasons for defining the component composition and the characteristics as described above will be described below.
（Ｃｒ：０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下）
Ｃｒは、時効処理によって母相の結晶粒内にＣｒ系析出物を微細に析出させることにより、硬さ（強度）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｃｒの含有量が０．３ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、硬さ（強度）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｃｒの含有量が０．７ｍａｓｓ％を超える場合には、比較的粗大なＣｒ晶出物が生成し、欠陥の原因となるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｃｒの含有量を０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｃｒの含有量の下限を０．４ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｃｒの含有量の上限を０．６ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
(Cr: 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less)
Cr is an element having an action effect of improving hardness (strength) and conductivity by finely precipitating Cr-based precipitates in the crystal grains of the matrix by aging treatment.
Here, when the Cr content is less than 0.3 mass%, the precipitation amount becomes insufficient in the aging treatment, and the effect of improving hardness (strength) and conductivity may not be sufficiently obtained. Further, when the Cr content exceeds 0.7 mass%, relatively coarse Cr crystallized products may be generated, which may cause defects.
From the above, in the present embodiment, the Cr content is set within the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less.
In order to ensure that the above-mentioned effects are effective, the lower limit of the Cr content is preferably 0.4 mass% or more, and the upper limit of the Cr content is preferably 0.6 mass% or less. ..
（Ｚｒ：０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下）
Ｚｒは、時効処理によって母相の結晶粒界にＺｒ系析出物（例えばＣｕ−Ｚｒ）を微細に析出することにより、硬さ（強度）及び導電率を向上させる作用効果を有する元素である。
ここで、Ｚｒの含有量が０．０２５ｍａｓｓ％未満の場合には、時効処理において析出量が不十分となり、硬さ（強度）及び導電率の向上の効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｚｒの含有量が０．１５ｍａｓｓ％を超える場合には、導電率が低下してしまうおそれがあるとともに、Ｚｒ系析出物が粗大化し、硬さ（強度）を向上させる効果が得られないおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量を０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｚｒの含有量の下限を０．０５ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｚｒの含有量の上限を０．１３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
(Zr: 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less)
Zr is an element having an action effect of improving hardness (strength) and conductivity by finely precipitating Zr-based precipitates (for example, Cu-Zr) at the grain boundaries of the matrix by aging treatment.
Here, when the Zr content is less than 0.025 mass%, the precipitation amount becomes insufficient in the aging treatment, and the effect of improving hardness (strength) and conductivity may not be sufficiently obtained. Further, when the Zr content exceeds 0.15 mass%, the conductivity may decrease, and the Zr-based precipitate becomes coarse, so that the effect of improving the hardness (strength) cannot be obtained. There is a risk.
From the above, in the present embodiment, the Zr content is set within the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less.
In order to ensure that the above-mentioned effects are effective, the lower limit of the Zr content is preferably 0.05 mass% or more, and the upper limit of the Zr content is preferably 0.13 mass% or less. ..
（Ｓｎ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下）
Ｓｎは、銅の母相中に固溶することによって、硬さ（強度）を向上させる作用効果を有する元素である。また、軟化特性のピーク温度を上昇させる作用効果も有する。
ここで、Ｓｎの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による硬さ（強度）を向上させる効果が十分に得られないおそれがある。また、Ｓｎの含有量が０．０４ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｓｎの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｎの含有量の下限を０．０１ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｎの含有量の上限を０．０３ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
(Sn: 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less)
Sn is an element having an action effect of improving hardness (strength) by being dissolved in the parent phase of copper. It also has the effect of raising the peak temperature of the softening characteristics.
Here, when the Sn content is less than 0.005 mass%, the effect of improving the hardness (strength) due to the solid solution may not be sufficiently obtained. Further, when the Sn content exceeds 0.04 mass%, the conductivity (thermal conductivity) may decrease.
From the above, in the present embodiment, the Sn content is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less.
In order to ensure that the above-mentioned effects are effective, the lower limit of the Sn content is preferably 0.01 mass% or more, and the upper limit of the Sn content is preferably 0.03 mass% or less. ..
（Ｐ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｐは、ＺｒおよびＣｒとともに、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成し、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する作用効果を有する元素である。このため、高温で使用した場合に硬さが低下することを抑制できる。
ここで、Ｐの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が十分に生成せず、高温状態における結晶粒径の粗大化を抑制する効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｐの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が過剰に生成し、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が不足し、硬さ（強度）の向上を図ることができなくなるおそれがある。
以上のことから、本実施形態では、Ｐの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内に設定している。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｐの含有量の下限を０．００８ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｐの含有量の上限を０．０２０ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
(P: 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less)
P, together with Zr and Cr, is an element that produces a stable Zr-P compound or Cr-Zr-P compound at a high temperature and has an action effect of suppressing coarsening of the crystal grain size in a high temperature state. Therefore, it is possible to suppress a decrease in hardness when used at a high temperature.
Here, when the P content is less than 0.005 mass%, the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound is not sufficiently produced, and the effect of suppressing the coarsening of the crystal particle size in a high temperature state is obtained. It may not be obtained sufficiently. Further, when the P content exceeds 0.03 mass%, a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound is excessively generated, and a Cu-Zr precipitate that contributes to an improvement in hardness (strength). There is a risk that the number will be insufficient and it will not be possible to improve the hardness (strength).
From the above, in the present embodiment, the P content is set within the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
In addition, in order to ensure that the above-mentioned effects are effective, the lower limit of the P content is preferably 0.008 mass% or more, and the upper limit of the P content is preferably 0.020 mass% or less. ..
（２０℃でのビッカース硬さ：１４９Ｈｖ以上）
本実施形態である銅合金材においては、耐摩耗性が要求される用途で使用される部品の素材として用いられるものである。このため、ビッカース硬さを十分に向上させることが必要となる。
ここで、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ未満の場合には、十分な耐摩耗性を確保することができないおそれがある。
以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、ビッカース硬さを１４９Ｈｖ以上に設定している。
なお、本実施形態の銅合金材のビッカース硬さは１５５Ｈｖ以上とすることが好ましく、１６０Ｈｖ以上とすることがさらに好ましい。
(Vickers hardness at 20 ° C: 149 Hv or more)
In the copper alloy material of the present embodiment, it is used as a material for parts used in applications requiring abrasion resistance. Therefore, it is necessary to sufficiently improve the Vickers hardness.
Here, if the Vickers hardness at 20 ° C. is less than 149 Hv, sufficient wear resistance may not be ensured.
From the above, in the copper alloy material of the present embodiment, the Vickers hardness is set to 149 Hv or more.
The Vickers hardness of the copper alloy material of the present embodiment is preferably 155 Hv or more, and more preferably 160 Hv or more.
（〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕：５超え）
上述のように、Ｐは、Ｚｒと反応して、高温で安定なＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成する。
ここで、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超える場合には、Ｐに対するＺｒの量が確保され、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成によって、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数を確保することができ、硬さ（強度）の向上を確実に図ることができる。
以上のことから、本実施形態では、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕が５を超えるように設定することが好ましい。
なお、硬さ（強度）の向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数を確実に確保するためには、Ｚｒの含有量とＰの含有量の比〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕を７以上とすることがさらに好ましい。
([Zr] / [P]: over 5)
As described above, P reacts with Zr to produce a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound that is stable at high temperatures.
Here, when the ratio [Zr] / [P] of the Zr content [Zr] (mass%) to the P content [P] (mass%) exceeds 5, the amount of Zr with respect to P is By producing the Zr-P compound or Cr-Zr-P compound, the number of Cu-Zr precipitates that contribute to the improvement of hardness (strength) can be secured, and the hardness (strength) can be improved. It can be surely planned.
From the above, in the present embodiment, it is preferable to set the ratio [Zr] / [P] of the Zr content to the P content to exceed 5.
In order to ensure the number of Cu-Zr precipitates that contribute to the improvement of hardness (strength), the ratio [Zr] / [P] of the Zr content to the P content should be 7 or more. It is more preferable to do so.
（〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕：５以下）
上述のように、Ｓｎは、銅の母相に固溶することによって導電性（熱伝導性）を低下させる。一方、Ｐは、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物を生成することで導電性（熱伝導性）を向上させる。
ここで、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）との比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下である場合には、Ｐに対するＳｎの量が抑えられ、Ｓｎの固溶による導電性（熱伝導性）の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電性（熱伝導性）の向上によって補うことができる。
以上のことから、導電性（熱伝導性）が要求される場合には、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕が５以下となるように設定することが好ましい。
なお、導電性（熱伝導性）を確実に向上させるためには、Ｓｎの含有量とＰの含有量の比〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕を３以下とすることがさらに好ましい。
([Sn] / [P]: 5 or less)
As described above, Sn lowers conductivity (thermal conductivity) by solid solution in the copper matrix. On the other hand, P improves conductivity (thermal conductivity) by producing a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound.
Here, when the ratio [Sn] / [P] of the Sn content [Sn] (mass%) to the P content [P] (mass%) is 5 or less, the amount of Sn with respect to P. Can be suppressed, and the decrease in conductivity (thermal conductivity) due to the solid dissolution of Sn can be compensated for by improving the conductivity (thermal conductivity) due to the formation of the Zr-P compound or the Cr-Zr-P compound.
From the above, when conductivity (thermal conductivity) is required, it is preferable to set the ratio [Sn] / [P] of the Sn content to the P content to be 5 or less. ..
In order to surely improve the conductivity (thermal conductivity), it is more preferable that the ratio [Sn] / [P] of the Sn content and the P content is 3 or less.
（Ｓｉ：０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｓｉは、銅の母相中に固溶することによって、硬さ（強度）を向上させる作用効果を有する元素であり、必要に応じて添加してもよい。
ここで、Ｓｉの含有量が０．００５ｍａｓｓ％未満の場合には、固溶による硬さ（強度）向上効果を十分に得られないおそれがある。また、Ｓｉの含有量が０．０３ｍａｓｓ％を超える場合には、導電性（熱伝導性）が低下してしまうおそれがある。
以上のことから、本実施形態においてＳｉを添加する場合には、Ｓｉの含有量を０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、上述の作用効果を確実に奏功せしめるためには、Ｓｉの含有量の下限を０．０１０ｍａｓｓ％以上とすることが好ましく、Ｓｉの含有量の上限を０．０２５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。また、Ｓｉを意図的に添加せずに上述の作用効果を期待しない場合には、０．００５ｍａｓｓ％未満のＳｉが含まれていてもよい。
(Si: 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less)
Si is an element having an action effect of improving hardness (strength) by being dissolved in the parent phase of copper, and may be added if necessary.
Here, when the Si content is less than 0.005 mass%, the effect of improving hardness (strength) due to solid solution may not be sufficiently obtained. Further, when the Si content exceeds 0.03 mass%, the conductivity (thermal conductivity) may decrease.
From the above, when Si is added in the present embodiment, the Si content is preferably in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less.
In order to ensure that the above-mentioned effects are effective, the lower limit of the Si content is preferably 0.010 mass% or more, and the upper limit of the Si content is preferably 0.025 mass% or less. .. Further, when Si is not intentionally added and the above-mentioned action and effect are not expected, Si of less than 0.005 mass% may be contained.
（Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量：０．０３ｍａｓｓ％以下）
Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉといった元素は、導電性（熱伝導性）を大きく低下させるおそれがある。このため、高い導電性（熱伝導性）が要求される場合には、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
さらに、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの合計含有量は、０．０１ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
(Total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, Ti: 0.03 mass% or less)
Elements such as Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti may significantly reduce the conductivity (thermal conductivity). Therefore, when high conductivity (thermal conductivity) is required, it is preferable to limit the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti to 0.03 mass% or less. ..
Further, the total content of Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co and Ti is preferably limited to 0.01 mass% or less.
（その他の不可避不純物）
なお、上述したＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉ以外のその他の不可避的不純物としては、Ｂ、Ａｇ，Ｃａ，Ｔｅ，Ｓｒ，Ｂａ，Ｓｃ，Ｙ，Ｔｉ，Ｈｆ，Ｖ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ，Ｒｅ，Ｒｕ，Ｏｓ，Ｓｅ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｃｄ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｌｉ，Ｇｅ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｔｌ，Ｐｂ，Ｂｅ，Ｎ，Ｈ，Ｈｇ，Ｔｃ，Ｎａ，Ｋ，Ｒｂ，Ｃｓ，Ｐｏ，Ｂｉ，ランタノイド、Ｏ，Ｓ，Ｃ等が挙げられる。これらの不可避不純物は、導電性（熱伝導性）を低下させるおそれがあるため、総量で０．０５ｍａｓｓ％以下とすることが好ましい。
(Other unavoidable impurities)
Other unavoidable impurities other than Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti described above include B, Ag, Ca, Te, Sr, Ba, Sc, Y, Ti, Hf, and V. , Nb, Ta, Mo, W, Re, Ru, Os, Se, Rh, Ir, Pd, Pt, Au, Cd, Ga, In, Li, Ge, As, Sb, Tl, Pb, Be, N, H , Hg, Tc, Na, K, Rb, Cs, Po, Bi, lanthanoids, O, S, C and the like. Since these unavoidable impurities may lower the conductivity (thermal conductivity), the total amount is preferably 0.05 mass% or less.
（導電率：７０％ＩＡＣＳ以上）
本実施形態である銅合金材において、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上である場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成していることになる。よって、強度及び導電性（熱伝導性）に優れるとともに、高温条件下で使用した場合でも結晶粒径の粗大化を抑制することが可能となる。
以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、導電率を７０％ＩＡＣＳ以上とすることが好ましい。
なお、本実施形態の銅合金材の導電率は７５％ＩＡＣＳ以上とすることがさらに好ましい。
(Conductivity: 70% IACS or more)
In the copper alloy material of the present embodiment, when the conductivity is 70% IACS or more, the Cr-based precipitate and the Zr-based precipitate are sufficiently dispersed, and the Zr-P compound or Cr-Zr-P is sufficiently dispersed. The compound is being produced. Therefore, it is excellent in strength and conductivity (thermal conductivity), and it is possible to suppress coarsening of the crystal grain size even when used under high temperature conditions.
From the above, it is preferable that the copper alloy material of the present embodiment has a conductivity of 70% IACS or more.
The conductivity of the copper alloy material of the present embodiment is more preferably 75% IACS or more.
（引張強度：４７０ＭＰａ以上）
本実施形態である銅合金材において、引張強度が４７０ＭＰａ以上である場合には、十分な強度を確保することができ、使用時における変形を抑制することができる。
以上のことから、本実施形態の銅合金材においては、引張強度を４７０ＭＰａ以上とすることが好ましい。
なお、本実施形態の銅合金材の引張強度は５１０ＭＰａ以上とすることがさらに好ましい。
(Tensile strength: 470 MPa or more)
In the copper alloy material of the present embodiment, when the tensile strength is 470 MPa or more, sufficient strength can be secured and deformation during use can be suppressed.
From the above, it is preferable that the copper alloy material of the present embodiment has a tensile strength of 470 MPa or more.
The tensile strength of the copper alloy material of the present embodiment is more preferably 510 MPa or more.
次に、本発明の一実施形態に係る銅合金材の製造方法を、図１のフロー図を参照して説明する。 Next, a method for producing a copper alloy material according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the flow chart of FIG.
（溶解・鋳造工程Ｓ０１）
まず、銅の純度が９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を、カーボンるつぼに装入し、真空溶解炉を用いて溶解し、銅溶湯を得る。次いで、得られた溶湯に、所定の濃度となるように前述の添加元素を添加して、成分調製を行い、銅合金溶湯を得る。
ここで、添加元素であるＣｒ、Ｚｒ、Ｓｎ、Ｐの原料としては、例えばＣｒの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｚｒの原料は純度９９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、Ｓｎの原料は純度９９．９ｍａｓｓ％以上のものを使用し、ＰはＣｕとの母合金を用いることが好ましい。なお、必要に応じてＳｉを添加してもよい。Ｓｉを添加する場合には、Ｃｕとの母合金を用いることが好ましい。
そして、成分調製された銅合金溶湯を鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得る。
(Melting / Casting Step S01)
First, a copper raw material made of oxygen-free copper having a copper purity of 99.99 mass% or more is charged into a carbon crucible and melted using a vacuum melting furnace to obtain a molten copper. Next, the above-mentioned additive elements are added to the obtained molten metal so as to have a predetermined concentration to prepare the components, and a copper alloy molten metal is obtained.
Here, as the raw materials for the additive elements Cr, Zr, Sn, and P, for example, the raw material for Cr uses a purity of 99.9 mass% or more, and the raw material for Zr uses a purity of 99 mass% or more. It is preferable to use a raw material for Sn having a purity of 99.9 mass% or more, and for P to use a mother alloy with Cu. In addition, Si may be added if necessary. When Si is added, it is preferable to use a mother alloy with Cu.
Then, the molten copper alloy whose components have been prepared is poured into a mold to obtain a copper alloy ingot.
（熱間加工工程Ｓ０２）
次に、得られた銅合金鋳塊に対して熱間加工を実施する。ここで、熱間加工の条件は、温度：５００℃以上１０００℃以下、加工率：３０％以上９５％以下、とすることが好ましい。また、この熱間加工後、直ちに水冷によって冷却する。
なお、熱間加工工程Ｓ０２における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、押出や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
(Hot working process S02)
Next, hot working is performed on the obtained ingot of copper alloy. Here, the conditions for hot working are preferably a temperature: 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, and a working rate: 30% or higher and 95% or lower. In addition, after this hot working, it is immediately cooled by water cooling.
The processing method in the hot processing step S02 is not particularly limited, but when the final shape is a plate or a strip, rolling may be applied. Further, when the final shape is a line or a bar, extrusion or groove rolling may be applied. Further, when the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
（溶体化処理工程Ｓ０３）
次いで、熱間加工工程Ｓ０２で得られた熱間加工材を、保持温度：９００℃以上１０５０℃以下、保持温度での保持時間：０．５時間以上６時間以下、の条件で加熱して、その後水冷することにより、溶体化処理を行う。加熱は、例えば大気または不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。
(Solution processing step S03)
Next, the hot-worked material obtained in the hot-working step S02 is heated under the conditions of a holding temperature: 900 ° C. or higher and 1050 ° C. or lower, and a holding time at the holding temperature: 0.5 hours or more and 6 hours or less. After that, the solution treatment is performed by cooling with water. The heating is preferably carried out, for example, in the atmosphere or an inert gas atmosphere.
（第１冷間加工工程Ｓ０４）
次に、溶体化処理工程Ｓ０３を経た溶体化処理材に対して冷間加工を実施する。ここで、第１冷間加工工程Ｓ０４においては、加工率を３０％以上９０％以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、第１冷間加工工程Ｓ０４における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、引抜や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
(First cold working step S04)
Next, cold working is performed on the solution-treated material that has undergone the solution-forming treatment step S03. Here, in the first cold working step S04, it is preferable that the working rate is in the range of 30% or more and 90% or less.
The processing method in the first cold processing step S04 is not particularly limited, but when the final shape is a plate or a strip, rolling may be applied. Further, when the final shape is a line or a bar, drawing or groove rolling may be applied. Further, when the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
（時効処理工程Ｓ０５）
次に、冷間加工工程Ｓ０４で得られた冷間加工材に対して時効処理を実施し、Ｃｒ系析出物及びＺｒ系析出物などの析出物を微細に析出させる。
ここで、時効処理の条件は、保持温度：４００℃以上６００℃以下、保持温度での保持時間：０．５時間以上６時間以下、の条件で行うことが好ましい。
なお、時効処理時の熱処理方法は、特に限定しないが、不活性ガス雰囲気で行うことが好ましい。また、加熱後の冷却方法は、特に限定しないが、水冷によって急冷することが好ましい。
(Aging treatment step S05)
Next, the cold-worked material obtained in the cold-working step S04 is subjected to an aging treatment to finely precipitate precipitates such as Cr-based precipitates and Zr-based precipitates.
Here, the conditions of the aging treatment are preferably a holding temperature: 400 ° C. or higher and 600 ° C. or lower, and a holding time at the holding temperature: 0.5 hours or longer and 6 hours or lower.
The heat treatment method during the aging treatment is not particularly limited, but it is preferably performed in an inert gas atmosphere. The cooling method after heating is not particularly limited, but it is preferable to quench by water cooling.
（第２冷間加工工程Ｓ０６）
次に、時効処理工程Ｓ０５を経た時効処理材に対して冷間加工を実施する。ここで、第２冷間加工工程Ｓ０６においては、加工率を１０％以上８０％以下の範囲内とすることが好ましい。
なお、第２冷間加工工程Ｓ０６における加工方法については、特に限定はないが、最終形状が板や条の場合は圧延を適用すればよい。また、最終形状が線や棒の場合には、引抜や溝圧延を適用すればよい。また、最終形状がバルク形状の場合には、鍛造やプレスを適用すればよい。
(Second cold working step S06)
Next, cold working is performed on the age-treated material that has undergone the aging treatment step S05. Here, in the second cold working step S06, it is preferable that the working rate is in the range of 10% or more and 80% or less.
The processing method in the second cold processing step S06 is not particularly limited, but when the final shape is a plate or a strip, rolling may be applied. Further, when the final shape is a line or a bar, drawing or groove rolling may be applied. Further, when the final shape is a bulk shape, forging or pressing may be applied.
このような工程により、本実施形態である銅合金材が製造される。 By such a step, the copper alloy material of the present embodiment is manufactured.
以上のような構成とされた本実施形態に係る銅合金材によれば、Ｃｒを０．３ｍａｓｓ％以上０．７ｍａｓｓ％以下の範囲内、Ｚｒを０．０２５ｍａｓｓ％以上０．１５ｍａｓｓ％以下の範囲内で、それぞれ含有しているので、時効処理によって微細な析出物を析出させることができ、析出硬化によって、硬さを向上させることができる。
また、Ｓｎを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０４ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、固溶硬化によって、硬さを向上させることができる。
さらに、Ｐを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下の範囲内で含有しているので、上述のＺｒ及びＣｒとＰとが反応することでＺｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成される。これらＺｒ−Ｐ化合物およびＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物は、高温でも安定であることから、高温条件下で使用した場合であっても、硬さが低下することがない。
そして、本実施形態に係る銅合金材においては、２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上とされているので、耐摩耗性に特に優れている。
According to the copper alloy material according to the present embodiment having the above configuration, Cr is in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, and Zr is in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less. Since each of them is contained in the inside, fine precipitates can be precipitated by aging treatment, and hardness can be improved by precipitation hardening.
Further, since Sn is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, the hardness can be improved by solid solution hardening.
Further, since P is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, the above-mentioned Zr and Cr react with P to generate a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound. Will be done. Since these Zr-P compounds and Cr-Zr-P compounds are stable even at high temperatures, their hardness does not decrease even when used under high temperature conditions.
The copper alloy material according to the present embodiment has a Vickers hardness of 149 Hv or more at 20 ° C., and is therefore particularly excellent in wear resistance.
また、本実施形態の銅合金材において、Ｚｒの含有量〔Ｚｒ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５の関係を有するものとした場合には、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しても、硬さ向上に寄与するＣｕ−Ｚｒ析出物の個数が確保され、硬さの向上を図ることができる。 Further, in the copper alloy material of the present embodiment, the Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Zr] / [P]> 5. In this case, even if a Zr-P compound or a Cr-Zr-P compound is produced, the number of Cu-Zr precipitates that contribute to the improvement in hardness is secured, and the hardness can be improved.
さらに、本実施形態の銅合金材において、Ｓｎの含有量〔Ｓｎ〕（ｍａｓｓ％）とＰの含有量〔Ｐ〕（ｍａｓｓ％）が、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとした場合には、Ｓｎの固溶による導電率の低下を、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物の生成による導電率の上昇によって補うことができ、優れた導電性（熱伝導性）を確保することができる。
よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に使用する場合には、〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５の関係を有するものとすることが好ましい。
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, the Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) have a relationship of [Sn] / [P] ≦ 5. In the case of, the decrease in conductivity due to the solid dissolution of Sn can be compensated for by the increase in conductivity due to the formation of Zr-P compound or Cr-Zr-P compound, and excellent conductivity (thermal conductivity). Can be secured.
Therefore, when it is used in an application that requires conductivity (thermal conductivity), it is preferable that it has a relationship of [Sn] / [P] ≦ 5.
また、本実施形態の銅合金材において、さらに、Ｓｉを０．００５ｍａｓｓ％以上０．０３ｍａｓｓ％以下含んでいる場合には、Ｓｉが銅の母相中に固溶することで、固溶硬化によってさらなる硬さの向上を図ることができる。 Further, in the copper alloy material of the present embodiment, when Si is further contained in an amount of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, Si is dissolved in the copper matrix to be solid-solved and cured. The hardness can be further improved.
また、本実施形態の銅合金材において、不純物元素であるＭｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下とされている場合には、導電性（熱伝導性）の低下を抑制することができる。
よって、導電性（熱伝導性）が要求される用途に使用する場合には、Ｍｇ，Ａｌ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｍｎ，Ｃｏ，Ｔｉの元素の合計含有量を０．０３ｍａｓｓ％以下に制限することが好ましい。
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, when the total content of the impurity elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co and Ti is 0.03 mass% or less, It is possible to suppress a decrease in conductivity (thermal conductivity).
Therefore, when used in applications that require conductivity (thermal conductivity), the total content of the elements Mg, Al, Fe, Ni, Zn, Mn, Co, and Ti is limited to 0.03 mass% or less. It is preferable to do so.
さらに、本実施形態の銅合金材において、導電率が７０％ＩＡＣＳ以上とされている場合には、十分にＣｒ系析出物およびＺｒ系析出物が分散されるとともに、Ｚｒ−Ｐ化合物あるいはＣｒ−Ｚｒ−Ｐ化合物が生成しており、硬さを十分に向上させることができる。
また、導電率が確保されているので、導電性（熱伝導性）が要求される用途に特に適している。
Further, in the copper alloy material of the present embodiment, when the conductivity is 70% IACS or more, the Cr-based precipitate and the Zr-based precipitate are sufficiently dispersed, and the Zr-P compound or Cr- The Zr-P compound is produced, and the hardness can be sufficiently improved.
Further, since the conductivity is ensured, it is particularly suitable for applications requiring conductivity (thermal conductivity).
また、本実施形態の銅合金材において、引張強度が４７０ＭＰａ以上とされている場合には、十分な強度が確保されており、使用時における変形を抑制でき、各種部品の素材として良好に用いることができる。 Further, in the copper alloy material of the present embodiment, when the tensile strength is 470 MPa or more, sufficient strength is secured, deformation during use can be suppressed, and it is satisfactorily used as a material for various parts. Can be done.
本実施形態である銅合金材で構成された整流子片、及び、電極材においては、硬く耐摩耗性に優れ、高温条件下で使用した場合であっても硬さが低下することがなく、安定して使用することができるとともに、使用寿命を延長することができる。 The commutator piece made of the copper alloy material and the electrode material of the present embodiment are hard and have excellent wear resistance, and the hardness does not decrease even when used under high temperature conditions. It can be used stably and the service life can be extended.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、銅合金材の製造方法については、本実施形態に限定されることはなく、他の製造方法によって製造されたものであってもよい。例えば、溶解・鋳造工程において連続鋳造装置を用いてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to this, and can be appropriately changed without departing from the technical idea of the invention.
For example, the method for producing a copper alloy material is not limited to this embodiment, and may be produced by another production method. For example, a continuous casting apparatus may be used in the melting / casting process.
以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。 The results of the confirmation experiment conducted to confirm the effect of the present invention will be described below.
（実施例１）
純度９９．９９ｍａｓｓ％以上の無酸素銅からなる銅原料を準備し、これをカーボンるつぼに装入し、真空溶解炉（真空度１０−２Ｐａ以下）で溶解し、銅溶湯を得た。得られた銅溶湯内に、各種添加元素を添加して表１に示す成分組成となるように調製し、５分間保持した後、銅合金溶湯を鋳鉄製の鋳型に注湯して銅合金鋳塊を得た。銅合金鋳塊の断面寸法は、幅約６０ｍｍ、厚さ約１００ｍｍとした。
なお、添加元素であるＣｒの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上、Ｚｒの原料は純度９９．９５ｍａｓｓ％以上、Ｓｎの原料は純度９９．９９ｍａｓｓ％以上のものを使用した。ＰはＣｕ−Ｐ母合金を使用した。
(Example 1)
Prepare the raw copper material consists of pure 99.99Mass% or more oxygen-free copper, which was charged into a carbon crucible, and melted in a vacuum melting furnace (degree of vacuum 10 -2 Pa or less), to obtain a molten copper. Various additive elements were added to the obtained molten copper to prepare the composition to have the composition shown in Table 1, and after holding for 5 minutes, the molten copper alloy was poured into a cast iron mold to cast the copper alloy. I got a lump. The cross-sectional dimensions of the copper alloy ingot were about 60 mm in width and about 100 mm in thickness.
The raw material for Cr, which is an additive element, had a purity of 99.99 mass% or more, the raw material for Zr had a purity of 99.95 mass% or more, and the raw material for Sn had a purity of 99.99 mass% or more. As P, a Cu—P mother alloy was used.
次に、得られた銅合金鋳塊に対して、表２に示す条件で熱間圧延を実施し、熱間圧延材を得た。
この熱間圧延材に対して、表２に示す条件で加熱保持した後に水冷し、溶体化処理を実施した。
Next, the obtained copper alloy ingot was hot-rolled under the conditions shown in Table 2 to obtain a hot-rolled material.
The hot-rolled material was heated and held under the conditions shown in Table 2 and then water-cooled to carry out solution treatment.
次に、上述の溶体化処理材を切断し、表２に示す条件で冷間加工（引抜加工）を実施し、冷間加工材を得た。
この冷間加工材に対して、大気炉で表２に示す条件で加熱保持した後に水冷し、時効処理を実施した。
得られた時効処理材に対して、表２に示す条件で冷間加工（引抜加工）を実施し、各種銅合金材を得た。
Next, the above-mentioned solution-treated material was cut and cold-worked (drawing) was carried out under the conditions shown in Table 2 to obtain a cold-worked material.
This cold-worked material was heated and held in an air furnace under the conditions shown in Table 2, then water-cooled and age-treated.
The obtained aging-treated material was cold-worked (pulled-out) under the conditions shown in Table 2 to obtain various copper alloy materials.
得られた銅合金材について、成分組成、ビッカース硬さ、導電率、引張強度、耐摩耗性を評価した。 The obtained copper alloy material was evaluated for component composition, Vickers hardness, conductivity, tensile strength, and abrasion resistance.
（成分組成）
得られた銅合金材の成分組成は、ＩＣＰ−ＭＳ分析によって測定した。その結果、表１に示す組成であることを確認した。
(Ingredient composition)
The component composition of the obtained copper alloy material was measured by ICP-MS analysis. As a result, it was confirmed that the composition was shown in Table 1.
（ビッカース硬度）
ＪＩＳ Ｚ ２２４４に準じて、株式会社アカシ製ビッカース硬度試験機により、試験片の９か所でビッカース硬さを測定し、その最大値及び最小値を除外した７つの測定値の平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
(Vickers hardness)
According to JIS Z 2244, Vickers hardness was measured at 9 points on the test piece by a Vickers hardness tester manufactured by Akashi Co., Ltd., and the average value of 7 measured values excluding the maximum and minimum values was obtained. .. The evaluation results are shown in Table 3.
（導電率）
日本フェルスター社製ＳＩＧＭＡ ＴＥＳＴ Ｄ２．０６８（プローブ径φ６ｍｍ）を用いて、１０×１５ｍｍのサンプルの断面中心部を３回測定し、その平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
(conductivity)
Using SIGMA TEST D2.068 (probe diameter φ6 mm) manufactured by Nippon Felster Co., Ltd., the central part of the cross section of a sample of 10 × 15 mm was measured three times, and the average value was calculated. The evaluation results are shown in Table 3.
（引張強度）
島津製作所製ＡＧ−Ｘ ２５０ｋＮを用い、標点間距離を２５０ｍｍに設定後、クロスヘッドスピード１００ｍｍ／ｍｉｎで引張試験を２回以上実施し、その平均値を求めた。評価結果を表３に示す。
(Tensile strength)
Using an AG-X 250 kN manufactured by Shimadzu Corporation, after setting the distance between the gauge points to 250 mm, a tensile test was performed twice or more at a crosshead speed of 100 mm / min, and the average value was calculated. The evaluation results are shown in Table 3.
（耐摩耗性）
東京衝機製造所製アムスラー型摩耗試験機を用い、φ３２ｍｍ×１０ｍｍ上部銅合金試験片と、ＳＵＳ製のφ４８ｍｍ×１０ｍｍの下部試験片を転がり滑り摩耗方式で、試験荷重５０ｋｇｆ、回転速度上部１８８ｒｐｍ、下部２０９ｒｐｍで回転させ、摩耗重量を測定した。評価結果を表３に示す。
(Abrasion resistance)
Using the Amsler type wear tester manufactured by Tokyo Kouki Seisakusho, a φ32 mm × 10 mm upper copper alloy test piece and a SUS φ48 mm × 10 mm lower test piece are rolled and slipped, and the test load is 50 kgf, the rotation speed is 188 rpm, and the lower part is It was rotated at 209 rpm and the wear weight was measured. The evaluation results are shown in Table 3.
Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｐの含有量が本発明の範囲外とされた比較例１−９においては、いずれも摩耗量が多くなり、耐摩耗性が不十分であった。
これに対して、Ｃｒ，Ｚｒ，Ｓｎ，Ｐの含有量が本発明の範囲内とされ、ビッカース硬さが１３０Ｈｖ以上とされた本発明例１−１３においては、摩耗量が少なく、耐摩耗性に優れていた。
In Comparative Examples 1-9 in which the contents of Cr, Zr, Sn, and P were out of the range of the present invention, the amount of wear was large and the wear resistance was insufficient.
On the other hand, in Example 1-13 of the present invention in which the contents of Cr, Zr, Sn, and P were within the range of the present invention and the Vickers hardness was 130 Hv or more, the amount of wear was small and the wear resistance was reduced. Was excellent.
（実施例２）
上述した実施例１と同様の方法にて、表４に示す組成の銅合金材を得た。なお、製造条件を表５に示す。
そして、得られた銅合金材について、各温度でのビッカース硬さを評価した。評価結果を表６に示す。
(Example 2)
A copper alloy material having the composition shown in Table 4 was obtained by the same method as in Example 1 described above. The manufacturing conditions are shown in Table 5.
Then, the Vickers hardness of the obtained copper alloy material at each temperature was evaluated. The evaluation results are shown in Table 6.
Ｓｎを添加せずに第２冷間加工を実施しなかった比較例２１においては、２０℃でのビッカース硬度が１２０Ｈｖと低くなった。また、６００℃でのビッカース硬度が８９Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが６５Ｈｖであり、高温でのビッカース硬さが不十分であった。
Ｓｎを添加せずに第２冷間加工（加工率１３％）を実施した比較例２２においては、２０℃でのビッカース硬度が１４８Ｈｖであった。また、６００℃でのビッカース硬度が１１０Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが８５Ｈｖとなっており、高温でのビッカース硬さが不十分であった。
In Comparative Example 21 in which the second cold working was not carried out without adding Sn, the Vickers hardness at 20 ° C. was as low as 120 Hv. Further, the Vickers hardness at 600 ° C. was 89 Hv and the Vickers hardness at 700 ° C. was 65 Hv, and the Vickers hardness at high temperature was insufficient.
In Comparative Example 22 in which the second cold working (working rate 13%) was carried out without adding Sn, the Vickers hardness at 20 ° C. was 148 Hv. Further, the Vickers hardness at 600 ° C. was 110 Hv and the Vickers hardness at 700 ° C. was 85 Hv, and the Vickers hardness at high temperature was insufficient.
これに対して、本発明の組成範囲であり、第２冷間加工（加工率１３％）を実施した本発明例２１においては、２０℃でのビッカース硬さが１８１Ｈｖと非常に高くなった。また、６００℃でのビッカース硬度が１３０Ｈｖ、７００℃でのビッカース硬さが１０６Ｈｖであり、高温でのビッカース硬さを十分に維持することができた。 On the other hand, in the composition range of the present invention, in Example 21 of the present invention in which the second cold working (working rate 13%) was carried out, the Vickers hardness at 20 ° C. was extremely high at 181 Hv. Further, the Vickers hardness at 600 ° C. was 130 Hv and the Vickers hardness at 700 ° C. was 106 Hv, so that the Vickers hardness at high temperature could be sufficiently maintained.
以上のことから、本発明例によれば、耐摩耗性に特に優れるとともに高温でも安定した特性を有し、構成した部品の長寿命化を図ることが可能な銅合金材を提供可能であることが確認された。 From the above, according to the example of the present invention, it is possible to provide a copper alloy material which is particularly excellent in abrasion resistance, has stable characteristics even at a high temperature, and can extend the life of the constituent parts. Was confirmed.
Claims (9)
２０℃でのビッカース硬さが１４９Ｈｖ以上であることを特徴とする銅合金材。 Cr is in the range of 0.3 mass% or more and 0.7 mass% or less, Zr is in the range of 0.025 mass% or more and 0.15 mass% or less, Sn is in the range of 0.005 mass% or more and 0.04 mass% or less, and P is It is contained in the range of 0.005 mass% or more and 0.03 mass% or less, and the balance is composed of Cu and unavoidable impurities.
A copper alloy material having a Vickers hardness of 149 Hv or more at 20 ° C.
〔Ｚｒ〕／〔Ｐ〕＞５
の関係を有することを特徴とする請求項１に記載の銅合金材。 The Zr content [Zr] (mass%) and the P content [P] (mass%) are
[Zr] / [P]> 5
The copper alloy material according to claim 1, wherein the copper alloy material has the above-mentioned relationship.
〔Ｓｎ〕／〔Ｐ〕≦５
の関係を有することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の銅合金材。 The Sn content [Sn] (mass%) and the P content [P] (mass%) are
[Sn] / [P] ≤ 5
The copper alloy material according to claim 1 or 2, wherein the copper alloy material has the above-mentioned relationship.
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Legal Events
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