JPH03294458A - 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−５ｉ　−Ｎ　ｉ−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、析出相を銅器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。

［発明が解決しようとする課Ｊｌ］ 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、しがも、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，
０１〜５．０重量％のＳｉ、０．７〜１５．０重量％の
Ｎｉ、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９００〜１０００℃の温度で１０分
以上加熱してＣｕにＳｉ、Ｎｉ、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
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、８００〜９００℃の温度で５分以上の
加熱を施してＣｕにＳｉ、Ｎｉ１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
である５ｉＳＮｉ、およびＰ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−５ｉＮｉ　−Ｐ系
のものである。

Ｃｕ−５ｉ−Ｎｉ−Ｐ系の析出硬化型銅合金は、Ｃｕを
主成分とし、０．０１〜５．０重量％のＳ　ｉ、０．７
’〜１５．０重量％　（７）　Ｎ　ｉ　。

０．００５〜０．５重量％のＰ１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。Ｓ
ｉの含有量が０．０１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、Ｓｉの含
有量が５．０重−％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Ｓｉ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、Ｎｉ、Ｐの含有量の限定理由は、Ｓｉ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、Ｍｎ５Ｓ　ｉ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、９００〜１０００’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溶体化処理後め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、８００〜９０
０℃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
衡空孔濃度か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−５ｉ　−Ｎ　ｉ−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
を銅器相中に固溶させる。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 ます、析出硬化成分として０．５重量％のＳｉ、３．０
重量％のＮｉ、０．２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２００ｍ
ｍ、幅８０ｍｍ、厚さ２０ｍ１の寸法の板状体とした。

この板状体を８００℃で厚さ５ＩＩＩ１１に熱間圧延し
た。さらに、これを厚さｌｌｌｌ１１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８８０℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。次に
、これを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、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
５００℃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０．６重量％のＳｉ、３．０
重量％のＮｉ、０．０５重量％のＰ１固溶強化成分とし
て０．５重量％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８４０℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。

次に、８４０℃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時効
硬化処理の温度を４８０”Ｃ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”Ｃ／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”Ｃ／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 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１〜６）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。

［発明の効果コ 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 (1)

【特許請求の範囲】
1. 　Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０１〜５
   ．０重量％のＳｉ、０．７〜１５．０重量％のＮｉ、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９００〜１０００℃の温度で１０分以上加熱
   してＣｕにＳｉ、Ｎｉ、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、８００〜９００℃の温度で５分以上の加熱を施
   してＣｕにＳｉ、Ｎｉ、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。