JPH03294457A - 析出硬化型銅合金の溶体化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、Ｃｕ−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｚｒ系、およびＣｕ−
Ｚｒ−Ｃｒ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
も溶体化処理の範鴫に包含される。

［発明か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．
０２〜０．５重量％のＣｒを含有する析出硬化型銅合金
を８５０〜１０５０℃の温度で１０分以上加熱してＣｕ
にＣｒ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所定の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１溶体化処理
の際の温度よりも低い温度で、かつ、８００〜９５０℃
の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＣｒ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０．０１〜３．５重量％のＺｒを含有する析出硬化型
銅合金を８５０〜９５０℃の温度で１０分以上加熱して
ＣｕにＺｒ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所定の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１溶体化
処理の際の温度よりも低い温度で、かつ、８００〜８５
０℃の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＺｒ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０．０１〜３．５重量％のＺｒおよび０．０２〜１，
０重量％のＣ「を含有する析出硬化型銅合金を９００〜
１０００℃の温度で１０分以上加熱してＣｕにＺｒおよ
びＣｒ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所定の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８００〜８８０℃
の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＺｒおよびＣｒ
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。

［作用コ 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−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｚ
ｒ系およびＣｕ−Ｚｒ−Ｃｒ系のものである。

Ｃｕ−Ｃｒ系の析出硬化型銅合金は、Ｃｕを主成分とし
、０．０２〜０．５重量％のＣｒ、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。Ｃ
ｒの含有量が０．０２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、Ｃｒの含
有量が０．５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Ｃｒ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。

また、Ｃｕ−Ｚｒ系の析出硬化型銅合金は、Ｃｕを主成
分とし、０．０１〜３．５重量％の２「、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。Ｚｒの含有量の限定理由は、Ｃｒの場合と同様であ
る。

また、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒ系の析出硬化型銅合金は、Ｃｕ
を主成分とし、０．０１〜３．５重量％のＺｒ、０．０
２〜１．０重量％のＣｒ、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。Ｚｒおよび
Ｃｒの含有量の限定理由は、ＺｒおよびＣｒ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、Ａｌ１
５ＳｎＳＺｎ、Ｍｎ、Ｓ　ｉが挙げられる。また、固溶
強化成分の含有量は、ＳｎおよヒＭ　ｎ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、Ｃｕ−Ｃｒ系析出硬化型銅合金の場合は、８
５０〜１０５０”Ｃに設定し、Ｃｕ−Ｚｒ系析出硬化型
銅合金の場合は、８５０〜９５０℃に設定し、Ｃｕ−Ｚ
ｒ−Ｃｒ系析出硬化型銅合金の場合は、９００〜１００
０”Ｃ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ちの
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’Ｃ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１
０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、Ｃｕ−Ｃｒ系
の析出硬化型銅合金の場合は、８００〜９５０℃に設定
し、Ｃｕ−Ｚｒ系析出硬化型銅合金の場合は、８００〜
８５０℃に設定し、Ｃｕ−Ｚｒ−Ｃｒ系析出硬化型銅合
金の場合は、８００〜８８０℃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を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−Ｃｒ系、Ｃｕ−Ｚｒ系およびＣｕ−Ｚ
ｒ−Ｃｒ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器相中に固溶させる。次
いて、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０．３重量％のＣｒ、固溶強
化成分として０．２５重量％のＳ　ｎ　ｓおよび０．２
ｉｍ％のＺｎ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２００■
、幅８０＋ａｍ、厚さ２０　ｍ＋ａの寸法の板状体とし
た。この板状体を８００℃で厚さ５龍に熱間圧延した。

さらに、これを厚さ１龍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
にしだ点景外は、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
４５０℃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
６０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０．１重量％のＺｒ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９３０℃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８５０℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。

次に、８５０℃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、
４０℃／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９３０℃で
６０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７〜９ まず、析出硬化成分として０．３重量％のＣｒおよび０
．１重量％のＺｒ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８８０℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。

次に、８８０℃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７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℃／分にした点以外は実験例７と同様にして実験例
８．９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。その結果を、下記第１表に併記する。

比較例７〜９ 実験例７と同様の薄板状体を用いて、これに９５０℃で
６０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７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７と同様にして比較例８．９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７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 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１〜９）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１〜９）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。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０２
   〜０．５重量％のＣｒを含有する析出硬化型銅合金を８
   ５０〜１０５０℃の温度で１０分以上加熱してＣｕにＣ
   ｒを固溶させる第１溶体化処理工程と、該第４溶体化処
   理後の銅合金を所定の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１溶体化処理の際
   の温度よりも低い温度で、かつ、８００〜９５０℃の温
   度で５分以上の加熱を施してＣｕにＣｒ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. （２）Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０１
   〜３．５重量％のＺｒを含有する析出硬化型銅合金を８
   ５０〜９５０℃の温度で１０分以上加熱してＣｕにＺｒ
   を固溶させる第１溶体化処理工程と、該第１溶体化処理
   後の銅合金を所定の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１溶体化処理の際の
   温度よりも低い温度で、かつ、８００〜８５０℃の温度
   で５分以上の加熱を施してＣｕにＺｒ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
   。
3. （３）Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０１
   〜３．５重量％のＺｒおよび０．０２〜１．０重量％の
   Ｃｒを含有する析出硬化型銅合金を９００〜１０００℃
   の温度で１０分以上加熱してＣｕにＺｒおよびＣｒ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
   の銅合金を所定の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８００〜８８０℃の温度で５
   分以上の加熱を施してＣｕにＺｒおよびＣｒ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。