JP2889314B2 - 析出硬化型銅合金の溶体化処理方法 - Google Patents

析出硬化型銅合金の溶体化処理方法

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【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、Cu−Fe−P系およびCu−Fe−Co−P系の析
出硬化型銅合金の溶体化処理方法に関する。
[従来の技術] 析出硬化型銅合金の時効硬化を充分に行うには、溶体
化処理によって析出に寄与する成分の固溶・均質化を行
った後に時効硬化処理を行う必要がある。このような時
効硬化処理の結果、析出相を銅母相中に微細に分布させ
ることができる。
しかし、溶体化処理で析出硬化型銅合金の冷却が遅い
と、銅合金母相中に析出硬化にあまり寄与しない析出相
が析出する。これは、溶体化処理時に析出硬化型銅合金
母相中に導入された空孔が、その析出を促進するからで
ある。析出硬化にあまり寄与しない析出相が析出した析
出硬化型銅合金は、時効硬化処理を行っても充分に強化
できない。そこで、従来の析出硬化型銅合金の溶体化処
理方法は、溶体化処理の際に析出硬化型銅合金を1000℃
/分程度の冷却速度で急冷していた。
なお、母相の単相化する温度まで加熱した押出加工前
のビレット溶体化処理、熱間圧延前のケーク溶体化処理
等も溶体化処理の範疇に包含される。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、溶体化処理で析出硬化型銅合金を効率
よく急冷するには、急冷処理の可能な溶体化処理設備が
必要である。このような溶体化処理設備は、大型であ
り、設備価格も高い。しかも、従来の場合には、材料の
熱容量を小さくしなければならず、工業的な処理方法と
して適さない問題があった。
本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、
簡易な設備で実施可能であり、しかも、最終の冷却工程
中に析出硬化に寄与しない析出相が析出するのを防止で
きる析出硬化型銅合金の溶体化処理方法を提供するもの
である。
[課題を解決するための手段] 本発明は、Cuを主成分とし、析出硬化成分として0.05
〜5.0重量%のFeおよび0.005〜0.5重量%のPを含有す
る析出硬化型銅合金を930〜1020℃の温度で10分以上加
熱してCuにFeおよびPを固溶させる第1溶体化処理工程
と、該第1溶体化処理後の銅合金を830〜900℃の第2溶
体化処理温度まで冷却する第1冷却工程と、前記第2溶
体化処理温度で5分以上の加熱を施してCuにFeおよびP
を固溶させる第2溶体化処理工程と、該第2溶体化処理
後の銅合金を5℃/分以上の冷却速度で冷却する第2冷
却工程とを具備することを特徴とする析出硬化型銅合金
の溶体化処理方法である。
また、本発明は、Cuを主成分とし、析出硬化成分とし
て0.05〜5.0重量%のFeおよび0.1〜2.0重量%のCo、お
よび0.05〜0.2重量%のPを含有する析出硬化型銅合金
を930〜1020℃の温度で10分以上加熱してCuにFe、Coお
よびPを固溶化させる第1溶体化処理工程と、該第1溶
体化処理後の銅合金を830〜900℃の第2溶体化処理温度
まで冷却する第1冷却工程と、前記第2溶体化処理温度
で5分以上の加熱を施してCuにFe、CoおよびPを固溶さ
せる第2溶体化処理工程と、該第2溶体化処理後の銅合
金を5℃/分以上の冷却速度で冷却する第2冷却工程と
を具備することを特徴とする析出硬化型銅合金の溶体化
処理方法である。
[作用] 本発明の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法によれ
ば、まず、第1溶体化処理により、析出硬化に寄与する
成分が固溶化する。次に、これを所定温度まで冷却す
る。次いで、冷却後の銅合金に第2溶体化処理を所定時
間施す。この第2溶体化処理の際に第1溶体化処理で析
出硬化型銅合金母相中に導入された空孔の濃度が減少す
る。これにより、析出硬化型銅合金を急冷することな
く、しかも、最終の冷却工程で析出硬化に寄与しない析
出相が析出するのを抑えることができる。この結果、均
質な過飽和固溶体を得ることができ、時効処理の際に析
出硬化に寄与する成分を充分に析出させて、析出硬化型
銅合金を充分に強化できる。
[実施例] 以下、本発明の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法を
その工程順に説明する。
強化する析出硬化型銅合金は、Cu−Fe−P系およびCu
−Fe−Co−P系のものである。
Cu−Fe−P系の析出硬化型銅合金は、Cuを主成分と
し、0.05〜5.0重量%のFe、0.005〜0.5重量%のP、不
可避不純物、および必要に応じて固溶強化成分を含有す
るものである。Feの含有量が0.05重量%未満であると、
充分に強化された析出硬化型銅合金が得られない。ま
た、Feの含有量が5.0重量%を超えると、析出硬化型銅
合金が溶体化処理の際に過剰のFeを固溶化し、析出硬化
型銅合金結晶に歪みを発生させる。この歪みによって、
析出硬化型銅合金結晶に格子欠陥ができる。その結果、
優れた特性を有する析出硬化型銅合金を得ることができ
ない。Pの含有量の限定理由は、Feの場合と同様であ
る。
また、Cu−Fe−Co−P系の析出硬化型銅合金は、Cuを
主成分とし、0.05〜5.0重量%のFe、0.1〜2.0重量%のC
o、0.05〜0.2重量%のP、不可避不純物,および必要に
応じて固溶強化成分を含有するものである。Co、Pの含
有量の限定理由は、Feの場合と同様である。
固溶強化成分は、時効硬化処理後も合金中に固溶して
強度向上に寄与する。このようなものとして、P、Al、
Sn、Zn、Mn、Siが挙げられる。また、固溶強化成分の含
有量は、SnおよびMnについては3重量%以下、その他の
ものについては0.5重量%以下であることが好ましい。
このような析出硬化型合金を次のように溶体化処理す
る。
まず、析出硬化型銅合金に次のような加熱温度で10分
以上の第1溶体化処理を施す。第1溶体化処理の際の加
熱温度は、930〜1020℃に設定する。第1溶体化処理
は、析出硬化型銅合金中の析出硬化に寄与する成分を固
溶させるためのものである。したがって、第1溶体化処
理の際の加熱温度は、析出硬化型銅合金の銅母相が単相
化する温度よりも高く、銅母相単相域で素材の酸化や溶
融等の劣化が起こらない範囲で、可能なかぎり高く設定
するのが好ましい。しかし、銅母相が、単相化する温度
付近では、銅母相が均質化するまでに非常に長い時間を
要し、非能率的である。そこで、第1溶体化処理の際の
加熱温度は、銅母相が単相化する温度よりも少なくとも
50℃以上高く設定する方がよい。
また、第1溶体化処理の時間は、析出硬化型銅合金中
に析出硬化に寄与する成分が均質に固溶するに充分な時
間に設定する。この第1溶体化処理時間は、具体的には
10分以上に設定するのが望ましい。
次に、第1溶体化処理後の析出硬化型銅合金を第2溶
体化処理を行う際の温度まで冷却する。次いで、析出硬
化型銅合金に第2溶体化処理を所定時間施す。なお、第
1溶体化処理後の析出硬化型銅合金を第2溶体化処理の
温度まで冷却するときの冷却速度は、工業的に問題がな
ければ、どのような冷却速度に保持してもさしつかえな
い。
また、第2溶体化処理の際の加熱温度は、830〜900℃
に設定する。
第2溶体化処理は、第1溶体化処理によって析出硬化
型銅合金母相中に導入された空孔に減少させるためのも
のである。銅合金母相中の空孔濃度が高いと、冷却工程
の際に析出する成分元素の拡散が活発になる。また、空
孔自体が核生成サイトを形成して析出硬化に寄与しない
析出相を増加させる。そこで、第2溶体化処理によって
空孔密度を減少させて、平衡空孔濃度にするものであ
る。平衡空孔濃度とは、時効硬化処理に支障を与えない
程度の空孔濃度をいう。第2溶体化処理の際の温度を銅
合金母相が単相化する温度付近の温度に保持することに
よって、銅合金母相内で平衡空孔濃度を達成することが
できる。
また、第2溶体化処理の際の時間は、銅合金母相内に
平衡空孔濃度が得られるように設定する。この第2溶体
化処理の時間は、具体的には5分以上に設定するのが好
ましい。
第2溶体化処理後の析出硬化型銅合金の冷却速度は、
5℃/分以上に設定する。これは、冷却速度が5℃/分
未満であると、第2冷却工程で析出硬化に寄与しない析
出相の析出を充分に抑えられないからである。
このようにCu−Fe−P系およびCu−Fe−Co−P系の析
出硬化型銅合金に第1溶体化処理を施し、析出硬化に寄
与する成分を銅母相中に固溶させる。次いで、析出硬化
型銅合金を第1冷却工程を経て第2溶体化処理の際の温
度まで冷却する。次いで、これに第2溶体化処理を施し
て、第1溶体化処理で析出硬化型銅合金母相中に導入さ
れた空孔の濃度を減少させる。その後、第2冷却工程に
よって、析出硬化型銅合金内に、均質な過飽和固溶体を
形成させる。これにより、その後の時効硬化処理におい
て析出硬化に寄与する成分が微細に分布する。この結
果、析出硬化型銅合金を充分に強化することができる。
以下、本発明の効果を確認にするために行った実験例
について説明する。
実験例1〜3 まず、析出硬化成分として1.0重量%のFe、0.07重量
%のPを含有する析出硬化型銅合金を、電気炉内で1200
℃に加熱し、溶解した。この溶解した析出硬化型銅合金
を鋳造して長さ200mm、幅80mm、厚さ20mmの寸法の板状
体とした。この板状体を800℃で厚さ5mmに熱間圧延し
た。さらに、これを厚さ1mmに冷間圧延して薄板状体を
作製した。
次に、得られた薄板状体に950℃で30分間加熱して第
1溶体化処理を施した。第1溶体化処理後、薄板状体を
900℃まで10℃/分の冷却速度で冷却した。次に、これ
を900℃の温度で30分間保持して、薄板状体に第2溶体
化処理を施した。その後、第2溶体化処理後の薄板状体
を室温まで250℃/分の冷却速度で冷却した。
このようにして、本発明を適用して溶体化処理を行っ
た析出硬化型銅合金薄板状体(実験例1)を得た。ま
た、室温まで冷却する冷却速度を100℃/分、40℃/分
にした点以外は、上記と同様にして析出硬化型銅合金薄
板状体(実験例2,3)を得た。
このようにして得た3つの析出硬化型銅合金薄板状体
に600℃で30分間の時効硬化処理を施した後、氷水中に
投入して焼入れした。その後、それぞれの析出硬化型銅
合金薄板状体の引張り強度を調べた。その結果を溶体化
処理条件と共に下記第1表に示す。
なお、引張強度は、前記薄板状体を所定の寸法に切断
して引張り試験片を作製し、この試験片をアムスラー型
引張り試験機に取り付けて測定した。
比較例1〜3 実験例1と同様の薄板状体を用いて、これに950℃で6
0分間溶体化処理を施した。その後、加熱処理後の薄板
状体を室温まで250℃/分の速度で冷却した。
このようにして、従来の溶体化処理を施した析出硬化
型銅合金薄板状体(比較例1)を得た。また、室温まで
冷却する速度を100℃/分、40℃/分にした点以外は比
較例1と同様にして比較例2,3の析出硬化型銅合金薄板
状体を得た。
これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を、
実験例1と同様にして調べた。その結果を下記第1表に
併記する。
実験例4〜6 まず、析出硬化成分として1.0重量%のFe、1.0重量%
のCo、および0.08重量%のPを含有する析出硬化型銅合
金を電気炉内で1200℃に加熱し溶解した。これに実験例
1と同様に圧延処理して薄板状体を得た。
次に、得られた薄板状体に950℃で30分間加熱して第
1溶体化処理を施した。第1溶体化処理工程後、薄板状
体を900℃まで10℃/分の冷却速度で冷却した。次に、9
00℃の温度で30分間保持して、薄板状体に第2溶体化処
理を施した。その後、第2溶体化処理後の薄板状体を室
温まで250℃/分の冷却速度で冷却した。
このようにして、実験例4の析出硬化型銅合金薄板状
体を得た。また、室温まで冷却する速度を100℃/分、4
0℃/分にした点以外は実験例4と同様にして実験例5,6
の析出硬化型銅合金薄板状体を得た。
これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を時
効硬化処理の温度を500℃にした点以外は実験例1と同
様にして調べた。実験例1と同様にして調べた。その結
果を、下記第1表に併記する。
比較例4〜6 実験例4と同様の薄板状体を用いて、これに950℃で6
0分間溶体化処理を施した。その後、加熱処理後の薄板
状体を室温まで250℃/分の冷却速度で冷却した。
このようにして、従来の溶体化処理を施した比較例4
の析出硬化型銅合金薄板状体を得た。また、室温まで冷
却する速度を100℃/分、40℃/分にした点以外は比較
例4と同様にして比較例5,6の析出硬化型銅合金薄板状
体を得た。
これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を、
実験例4と同様にして調べた。その結果を、下記第1表
に併記する。
第1表から明らかなように、本発明の溶体化処理方法
を行って得た析出硬化型銅合金(実験例1〜6)は、時
効硬化処理後の引張強度が高いものであった。これに対
して、従来の溶体化処理方法を行って得られた析出硬化
型銅合金(比較例1〜6)は、いずれも時効硬化後の引
張強度が低いものであった。
以上の結果、明らかなように本発明の析出硬化型銅合
金の溶体化処理方法は、次のような効果を奏する。
急冷することなしに優れた特性を有する析出硬化型銅
合金に効率よく溶体化処理することができる。
熱間圧延時の加熱による溶体化処理、連続焼鈍炉やベ
ル炉による溶体化処理が可能となる。
[発明の効果] 以上説明した如く、本発明にかかる析出硬化型銅合金
の溶体化処理方法によれば、簡易な設備で実施可能であ
り、しかも、最終の冷却工程中に析出硬化に寄与しない
析出相が析出するのを防止できるものである。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI C22F 1/00 630 C22F 1/00 630A 682 682 686 686Z 691 691B 691C 692 692B 692A 693 693A 693B (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C22F 1/08 C22C 9/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Cuを主成分とし、析出硬化成分として0.05
    〜5.0重量%のFeおよび0.005〜0.5重量%のPを含有す
    る析出硬化型銅合金を930〜1020℃の温度で10分以上加
    熱してCuにFeおよびPを固溶させる第1溶体化処理工程
    と、該第1溶体化処理後の銅合金を830〜900℃の第2溶
    体化処理温度まで冷却する第1冷却工程と、該第1冷却
    工程後の銅合金に前記第2溶体化処理温度で5分以上の
    加熱を施してCuにFeおよび及びPを固溶させる第2溶体
    化処理工程と、該第2溶体化処理後の銅合金を5℃/分
    以上の冷却速度で冷却する第2冷却工程とを具備するこ
    とを特徴とする析出硬化型銅合金の溶体化処理方法。
  2. 【請求項2】Cuを主成分とし、析出硬化成分として0.05
    〜5.0重量%のFeおよび0.1〜2.0重量%のCo、および0.0
    5〜0.2重量%のPを含有する析出硬化型銅合金を930〜1
    020℃の温度で10分以上加熱してCuにFe、CoおよびPを
    固溶させる第1溶体化処理工程と、該第1溶体化処理後
    の銅合金を830〜900℃の第2溶体化処理温度まで冷却す
    る第1冷却工程と、該第1冷却工程後の銅合金に前記第
    2溶体化処理温度で5分以上の加熱を施してCuにFe、Co
    およびPを固溶させる第2溶体化処理工程と、該第2溶
    体化処理後の銅合金を5℃/分以上の冷却速度で冷却す
    る第2冷却工程とを具備することを特徴とする析出硬化
    型銅合金の溶体化処理方法。
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