JP6185799B2 - Cu−Ti系銅合金および製造方法 - Google Patents
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N含有量が5〜20mol%であるTi−N二元合金、およびN含有量が5〜10mol%である融点1500℃以下のCu−Ti−N三元合金から選ばれる1種以上の母合金を、他の原料とともに溶融して、Ti含有量が1.0〜7.5mol%であり、N/Tiモル比が0.03以上0.50以下の範囲でNを含有するCu−Ti系銅合金の溶融物を作る工程、
前記溶融物を鋳造して鋳造物を得る工程、
前記鋳造物に由来する材料を、750〜950℃に加熱することにより溶体化処理する工程、
前記溶体化処理後の材料を340〜430℃の範囲で時効処理して、ビッカース硬さが250HV以上、導電率が20%IACS以上の特性に調質する工程、
を有する製造方法が提供される。ここで、「鋳造物に由来する材料」とは、鋳造工程を経た材料を意味し、鋳造物に対して、必要に応じて熱処理、熱間圧延、冷間圧延などの工程を施した中間製品が含まれる。
Tiは、時効処理によりCu−Ti系金属間化合物の微細粒子を生成させ、高強度化を図るうえで重要な元素である。Tiの含有量範囲は「時効硬化性」を有する従来一般的な高強度Cu−Ti系銅合金と同等とすることができる。ここではTi含有量が1.0〜7.5mol%であるものを対象とする。Ti含有量が少なすぎると十分に高強度化することが難しくなる。Ti含有量が過度に多いとCu−Ti系粒界反応析出物の生成量が多くなりやすく、機械的性質を劣化させる要因となる。また固溶Ti量の増大を招き導電性の向上には不利となりやすい。強度と導電性のバランスを考慮するとTi含有量は2.0〜6.0mol%とすることがより好ましく、3.0〜5.0mol%の範囲に管理してもよい。
本発明に従うCu−Ti系銅合金は、時効処理後の状態において、250HV以上の強度レベルを有するものである。時効処理によってこのような顕著な硬化が生じることは、Cuマトリックスの結晶格子に整合な微細粒子が多数分散している組織状態であることを意味している。そのような微細粒子は、従来一般的な高強度Cu−Ti系銅合金の強化機構と同様に、主として粒子径(長径)が1〜100nmの微細なCu−Ti系金属間化合物相(α−Cu4Tiを主体とするもの)であると考えられる。また、上述のように微細析出したTiN粒子も硬化に寄与すると考えられる。
本発明では、時効処理において、合金中に予め存在させてあるNを利用してCuマトリックス中の固溶Tiの一部をTiNとして固定する。そのために、所定量のNを合金成分として含有するCu−Ti系銅合金組成物の溶融物を作り、それを鋳造する工程が採用される。
本発明に従うCu−Ti系銅合金は、上述のように母合金を用いて、鋳造前の溶融物の段階でN添加を済ませておくこと、および時効処理を比較的低めの温度域で行うことが好ましいことを除き、従来一般的な高強度Cu−Ti系銅合金と同様の工程により、導電性を向上させた時効処理材を得ることができる。また、その時効処理材から、最終的な部品に加工するまでの工程も、従来一般的な高強度Cu−Ti系銅合金と同様とすることができる。
「溶解→鋳造→熱間圧延→冷間圧延→溶体化処理→(中間冷間圧延)→時効処理→仕上冷間圧延→低温焼鈍」
以下、この工程に沿って板材を製造する場合を例に挙げて、各工程での製造条件などを簡単に説明する。
鋳造工程では、連続鋳造、半連続鋳造等により鋳片を製造すればよい。Tiの酸化を防止するために、不活性ガス雰囲気または真空溶解炉で行うのがよい。
熱間圧延では、例えば950℃〜700℃の温度域で最初の圧延パスを行うことが鋳造組織を破壊する上で有利となる。また、最終パス温度を500℃以上とし、その後、水冷などによって急冷することが析出物の生成と粗大化を抑止する上で有利となる。
冷間圧延で導入した圧延歪みは、後工程での溶体化処理において、再結晶化を促進させるドライビングフォースとして機能する。その意味では、溶体化処理前に80%以上の圧延率で冷間圧延率を行うことが効果的であり、90%以上の圧延率とすることがより効果的である。
溶体化処理後、時効処理までの間に、必要において冷間圧延を施すことができる。この冷間圧延を本明細書では「中間冷間圧延」と呼ぶ。中間冷間圧延を行う場合は、その圧延率を50%以下とすることが望ましい。圧延率が高くなると最終製品の曲げ加工性が低下することがある。
・Cu−4mol%Ti合金; N/Ti=0
・Cu−4mol%Ti−0.3mol%N合金; N/Ti=0.075
・Cu−4mol%Ti−0.6mol%N合金; N/Ti=0.150
Claims (3)
- Ti含有量が1.0〜7.5mol%であり、N/Tiモル比が0.03以上0.50以下の範囲でNを含有し、Ti、Nの残部がCuおよび不可避的不純物である時効硬化性Cu−Ti系銅合金組成物。
- Ti含有量が1.0〜7.5mol%であり、N/Tiモル比が0.03以上0.50以下の範囲でNを含有し、Ti、Nの残部がCuおよび不可避的不純物であるCu−Ti系銅合金からなり、Cu−Ti系粒界反応析出物の面積率が10%以下であり、ビッカース硬さが250HV以上、導電率が20%IACS以上であるCu−Ti系銅合金時効処理材。
- N含有量が5〜20mol%であるTi−N二元合金、およびN含有量が5〜10mol%である融点1500℃以下のCu−Ti−N三元合金から選ばれる1種以上の母合金を、他の原料とともに溶融して、Ti含有量が1.0〜7.5mol%であり、N/Tiモル比が0.03以上0.50以下の範囲でNを含有し、Ti、Nの残部がCuおよび不可避的不純物であるCu−Ti系銅合金の溶融物を作る工程、
前記溶融物を鋳造して鋳造物を得る工程、
前記鋳造物に由来する材料を、750〜950℃に加熱することにより溶体化処理する工程、
前記溶体化処理後の材料を340〜430℃の範囲で時効処理して、ビッカース硬さが250HV以上、導電率が20%IACS以上の特性に調質する工程、
を有するCu−Ti系銅合金時効処理材の製造方法。
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