JPS6242978B1 - - Google Patents

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Publication number
JPS6242978B1
JPS6242978B1 JP9102479A JP9102479A JPS6242978B1 JP S6242978 B1 JPS6242978 B1 JP S6242978B1 JP 9102479 A JP9102479 A JP 9102479A JP 9102479 A JP9102479 A JP 9102479A JP S6242978 B1 JPS6242978 B1 JP S6242978B1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
copper
alloy
wrought
based alloy
alloying elements
Prior art date
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Pending
Application number
JP9102479A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
J Crane
J Ford
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Olin Corp
Original Assignee
Olin Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Olin Corp filed Critical Olin Corp
Publication of JPS6242978B1 publication Critical patent/JPS6242978B1/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/06Alloys based on copper with nickel or cobalt as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/02Alloys based on copper with tin as the next major constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22CALLOYS
    • C22C9/00Alloys based on copper
    • C22C9/04Alloys based on copper with zinc as the next major constituent

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Joining Of Glass To Other Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

銅基合金は広範な用途を有する実用金属の1分
類をなすものである。圧延されたままの状態で高
い強度と優れた靭性を具えた銅基合金展伸材を提
供することは極めて強く要望されているものであ
る。従つて、材料費と製作費との双方の見地から
経済的な合金展伸材を提供するのが望ましいこと
も当然である。圧延されたままの状態で優れた強
度を有する代表的な実用金属材料は靭性が低い点
で知られ、例えば50%以上での減面率では伸び率
は2%以下である。これに反し、本発明の方法に
よつてもたらされる展伸材は、圧延されたままの
状態での高強度と改良された靭性、例えば、50%
以上の減面率で通常3%を超える伸びを有する。
かような特性は、在来の銅合金の処理法、即ち鋳
造と熱間圧延および冷間圧延によつて得ることが
できる。本発明の合金展伸材の製造方法は靭性を
改善するために企図される熱処理、例えば析出硬
化型銅−ベリリウム合金やマルテンサイト型銅−
アルミニウム合金の場合に必要な特殊の処理を何
等必要としない。従つて上述の要求を満足させる
一連の銅基合金展伸材の製造方法を提供するのが
本発明の第1目的である。本発明の別の目的は、
高い靭性を兼備し高い降伏強度と引張り強さを有
する優れた加工硬化特性を有する新規な銅基合金
展伸材の製造方法を提供することである。本発明
のさらに別の目的は、比較的に低コストでしかも
製作の容易なことを特徴とする前述のような銅基
合金展伸材の製造方法を提供することである。本
発明の別の目的ならびに効果は、以下に述べる明
細書の内容を考察すれば一層明白になる。本発明
によれば前述の目的と効果は容易に達成され優れ
た加工硬化特性を有する新規な一連の銅基合金展
伸材を得る方法が提供される。本発明に用いる合
金は次のような特徴がある。元素周期率表の第
、、族から選ばれ銅の積層欠陥エネルギー
を1平方センチメートル当り3エルグ以下に低減
する少くとも一種の添加元素を含有し、その合金
元素が銅の基質内に実質的に飽和した固溶体とし
て存在することである。本発明で製造された展伸
材は極めて好ましい多くの利点を有している。そ
れは降伏点強度と引張り強度が高くしかも高度の
靭性を併用した優れた加工硬化挙動を示し、しか
も高度に圧延された状態において所定の伸びに対
し高強度を呈する。この展伸材は容易に熱間圧延
及び冷間圧延でき且つ比較的製造コストが低い。
これに加えてこの合金展伸材は低温熱処理を加え
た場合に冷間圧延状態での強度が上昇する。本発
明で製造された合金展伸材は、所定の伸び率に対
しより高い強度を有しているので、高強度の圧延
銅合金を指定する現在の応用分野において広範な
用途を有する。例えば3%の伸びと共に70Kg/mm2
(100000psi)の引張強さを得ることは容易であ
る。これに加えて、本発明によつて製造された合
金展伸材は、優れた導電性のような別の望ましい
特性をも有している。圧延されたままの状態即ち
圧延による加工硬化状態において高強度と優れた
靭性を併用しているため、本発明によつて製造さ
れた合金展伸材は標準の市販材料をしのぐすぐれ
た成形性を有している。さらに本発明で製造され
た合金展伸材は冷間圧延後の焼鈍状態でもすぐれ
た成形性を有し、同時にその製造ならびに材料コ
ストは最も容易に製造される銅基合金に匹敵でき
るかあるいはそれよりも低い。本発明で製造され
た合金展伸材の有利な他の特徴は、明細書の記載
から容易に理解されよう。前述したように本発明
に用いる銅基合金は、銅の積層欠陥エネルギーを
1平方センチメートル当り3エルグ以下に低減さ
せる合金元素を少くとも1種含有している。銅の
積層欠陥エネルギーは大体の所1平方センチメー
トル当り30エルグである。最も好ましい合金元素
とは銅の積層欠陥エネルギーを最大限に低減させ
欠陥の形成を容易にするような元素である。銅と
銅のα固溶体は面心立方結晶格子に結晶化する。
この結晶構造は{111}面に相当する原子の稠密
層上でのすべりによつて変形し得る。このすべり
変形は稠密{111}面上での転位の移動により行
われる。転位の運動によつて行われるすべりの大
きさはバーガースベクトル(Burgers Vector)
によつて定められ、面心立方構造では1/2a<110
>とされている。この単位の転位1/2a<110>は
分解してより低いエネルギー状態を形成する所謂
半転位になるが、この半転位相互間には積層欠陥
が生ずる。この積層欠陥は、面心立方結晶構造で
は稠密面{111}がどのような配列になつている
かを考察すれば最もよく説明なり図解される。こ
れらの平面は………ABCABCABC………の順で
相互に積み重なつている。これら稠密面の一つの
上での原子配列はエー・エツチ・コツトレル
(A.H.Cottrell)による結晶内での転位と塑性流
れ(Dislocation)による結晶内での転位と塑性
流れ(Dislocation And Plastic Flow In
Crystal)の1953年の第73頁からとつた第1図に
示されている。第1図を参照すると、BおよびC
面での原子位置はそれぞれB、Cの記号で示され
ている。第1図にベクトルの矢印で示されている
のは単位の転位b1とそれぞれの半転位b2とb3であ
る。原子を球とみなした場合すべりはb1の経路よ
りはb2,b3に沿つて起る方が容易なことが判る。
これらは2つの稠密面間の1つのベクトルb2に沿
つてすべりが生じた場合、即ち半転位の運動によ
つて生じた場合には積層の順序は………
ABCABCABC………となるような欠陥が生ず
る。このような積層欠陥があると結晶構造は稠密
六方構造に等しい薄層構造になる。このような積
層欠陥が生成すると、結晶のエネルギーは僅かに
上昇する、この変化は面心立方構造内での最近接
原子の配置が変化したために生ずるものである。
ハイデンライヒとシヨツクレー(Heidenreichと
S′hockley)は“固体の強度についての報告”
(Report On Strength、Of Solids)、57(1948
年)中で面心立方構造での単位の転位は2つの半
転位に分解するであろうとの示唆を行つた。例え
ば、{111}面上での単位の転位の場合には1/2a
〔101〕→1/6a〔211〕+1/6a〔112〕の反応
が起ることになる。この反応はもとの単位の転位
に関しては2つの半転位に対しより低い転位を生
ずる。これらの半転位は、その弾性自己エネルギ
ーがあるために互いに反撥して両者の間に1枚の
積層欠陥の板を生ずる。この半転位分離の程度は
積層欠陥に関連する格子エネルギーの増加によつ
て定められる。平衡状態では2つの半転位は下記
の式で示される距離γを保つて分離される。 γ=μa2/24πε ここでμは剪断弾性係数、aは格子常数でεは
欠陥エネルギーである。金属元素はそれぞれ特定
の積層欠陥エネルギーを示す。例えばアルミニウ
ムの積層欠陥エネルギーは1平方センチメートル
当り約270エルグで、銅は一平方センチメートル
当り30エルグである。溶質元素、主として相当の
溶解度を有し溶媒材料よりも電子価の高い元素を
添加すると前記溶質元素の積層欠陥エネルギーは
減少して半転位の大きな分離が可能になる。銅に
対する数種の合金元素添加の影響はエイ・ハウイ
ーとピー・アール・スワン(A.HowieとP.
RS′Wann)の“Plil.Mag.”〔8〕6、1215
(1961)からとつた第2図に示されている。第2
図では電子−原子比をX軸(横軸)に積層欠陥エ
ネルギーをY軸(縦軸)に取つてある。これらの
考察をさらに深く検討したものは、1964年アカデ
ミツク・プレス社(Academic Press Inc)刊行
の“転位の直接観察”(The Direct Observation
Of Dislocations)に述べられている。1種以上
の合金元素を添加する場合、実施例では2種以上
の合金元素を使用しているが、合金元素の組み合
わせた銅の積層欠陥エネルギーを所定水準まで低
下させるものでなければならない。さらに望まし
いことは、積層欠陥エネルギーが出来るだけゼロ
に近く低減されることである。合金元素は銅の基
質に対し実質的に飽和固溶体状態で存在しなけれ
ばならない。即ち合金元素の量は銅が合金元素に
対し飽和していることである。このようにすると
積層欠陥エネルギーが最小になり強度が最大にな
ることが確実になる。このような飽和状態を確保
するため溶質元素を過剰に加える場合があるがこ
の過剰分は析出した第2の平衡相として存在しう
る。本発明に従えば過剰の第2平衡相はその量が
容積で20%以下でなければならない。換言すれば
第1相は合金元素が銅中に飽和して固溶した固溶
体を示し、第2相は特定の合金系に適した第2平
衡相の析出物である。 この第2平衡相の量が上記の如く容積で20%以
下でなければならない理由は次の通りである。即
ち、前述した如く合金元素は銅基質中に実質的に
飽和した固溶体として存在しなければならないの
であるが、この飽和点を超えると第2平衡相が生
じ、この相は本願発明方法によつてもたらされる
銅基合金展伸材の特徴である所望の強度対靭性の
組合わせに対して通常は有害なのである。しかし
ながら飽和点をわずかに超えてもそれは黙認する
ことが出来、実際上少量の過剰量は有害な影響な
しに銅基質中に合金元素が飽和して固溶している
状態を確実に得ることを可能にするのである。し
かし飽和点をかなりの量超えた過剰量は、本発明
の方法によつてもたらされる合金展伸材の有する
有益な作用を著しく劣化させるのである。実際結
果によればこの有害な影響を避けるために、過剰
の第2平衡相は容積で20%以下に制限しなければ
ならないことが明らかになつたのである。 合金元素は元素の周期率表の第、および
族から選択される。第族の好ましい元素は亜鉛
で第族のそれはアルミニウム、ガリウム、イン
ジウムで第族の好適元素はシリコンとゲルマニ
ウムである。前述した好適元素とは、積層欠陥エ
ネルギーを1平方センチメートル当り3エルグ以
下の値に最も急速に低下させるものである。積層
欠陥エネルギーは固溶体の電子対原子比に応じて
低減され、従つて一般に高電子価の溶質元素が好
適である。別の選択の基準は銅中への溶解度の高
い元素を求めることである。使用される元素の量
は、銅中への相対的溶解度と銅の積層欠陥エネル
ギーを所要準位まで低下させる能力によつて決ま
る。前にも述べたように合金元素は銅中に飽和状
態に固溶した状態で与えられる。本発明に用いる
好適な実施例の合金系は、アルミニウムとシリコ
ン(けい素)を合金元素として利用しアルミニウ
ムは2.0から6.0%、出来れば2.5から4.0%の量で
存在し、シリコンは1.0から4.0%なるべく1.5から
3.0%まで存在するもので、第2の系はアルミニ
ウムとゲルマニウムでアルミニウムは上記と同じ
でゲルマニウムが3.0から5.0%のものである。前
述の合金元素に加えて本発明に用いる合金は遷移
元素としてコバルトを重量で0.01から5%、好ま
しくは0.1から1.5%の範囲で使用し得る。この遷
移元素は高温での結晶粒の成長を抑制し焼鈍状態
での強度を上昇させ、さらにある一定量の冷間加
工での圧延硬化状態特性を安定化し一定の伸びに
対しより高い引張り強さを与える。本発明に用い
る合金は特定の結果を達成するため任意的な付加
的添加元素を含有させることができる。これに加
えて、通常の合金系に存在する不純物が存在して
もよい。本発明の方法と、製造された合金展伸材
と、これによつて生ずる改良効果は、下記の説明
的な実例から明白である。 実例 1 普通のDC鋳造、熱間圧延、冷間圧延および中
間焼鈍により銅基合金を準備した。この合金の組
成はアルミニウム3.1%、シリコン2.1%残部は主
として銅からなり、その電子原子比は約1.3でα
単位からなるものであつた。この合金の積層欠陥
エネルギーは一平方センチメートル当り3エルグ
以下で添加元素は実質的に銅基質内の飽和固溶体
として存在していた。下記の特性を与えるためこ
の合金を次のように処理した。 1 550℃で1時間焼なました後30%冷間圧延 引張り強さ 71.4℃/mm2(102000psi) 0.2%降伏強度 54.6Kg/mm2(78000psi) 伸 び 12% 2 550℃で1時間焼なまし後30%冷間圧延 引張り強さ84Kg/mm2(120000psi) 0.2%降伏強度 70Kg/mm2(100000psi) 伸 び 4% 3 550℃で1時間焼なまし後70%冷間圧延 引張り強さ 89.6Kg/mm2(128000psi) 0.2%降伏強度 78.4Kg/mm2(112000psi) 伸 び 3% 実例 2 実例1と同様な方法で、次のような成分を有す
る合金を準備した。 アルミニウム3.1%;けい素2.1%;コバルト0.4
%;残部は実質的に銅。 この合金は電子対原子比は1.3でα単相からな
るものであつた。さらにこの合金の積層欠陥エネ
ルギーは1平方センチメートル当り3エルグ以下
でアルミニウムとけい素は銅基質内の飽和固溶体
中に存在していた。この合金を下記に示す方法で
処理して下記の様な特性を得た。 1 550℃で1時間焼なました後30%の冷間圧延
を加えた。 引張強さ 79.8Kg/mm2 0.2%降伏強度 61.3Kg/mm2 伸 び 5% 2 550℃で1時間焼なました後50%の冷間圧延
を加えた。 引張強さ 89.6Kg/mm2 0.2%降伏強度 72.8Kg/mm2 伸 び 3% 3 550℃で1時間焼なました後70%の冷間圧延
を加えた。 引張強さ 93.8Kg/mm2 0.2%降伏強度 77.7Kg/mm2 伸 び 3% 実例 3 アルミニウム3.5%、ゲルマニウム4.8%、残部
銅からなる銅基合金を実例1の方法に準じて準備
した。この合金の電子対原子比は1.3でα単相か
らなるものであつた。合金の積層欠陥エネルギー
は1平方センチメートル当り3エルグ以下であ
り、添加した合金元素は銅基質中の飽和固溶体と
なつて存在していた。この合金を下記の様に処理
して下記のような特性を与えた。 600℃で1時間焼なましを行つてから50%の冷
間圧延を加えた。 引張強さ 77.7Kg/mm2 0.2%降伏強度 63Kg/mm2 伸 び 5% 本発明において中間焼鈍は、実例1の最初の行
に記載されているようにDC鋳造、熱間圧延及び
冷間圧延の次におこなわれる処理であり、冷間圧
延によつて加工硬化された合金を最終的な冷間圧
延がおこなえるように硬化させるためにおこな
う。中間焼鈍温度を550〜600℃と定めた理由は次
の通りである。即ち中間焼鈍温度が600℃を越え
ると不規則な結晶粒の成長が生じ、好ましい微細
な結晶粒の組織を維持することが不可能となる。
中間焼鈍温度が550℃より低いと、加工硬化した
合金組織の再結晶及び軟化が生じ難くなり且つ再
結晶及び軟化に長時間が必要となつて実用的に許
容できなくなる。実例1、2及び3では中間焼鈍
の処理時間はすべて1時間として示されている
が、この中間焼鈍時間は処理される合金材料の重
量あるいは厚さによつて変動する。というのはこ
の中間焼鈍は冷間加工で加工硬化した材料を結晶
粒の粗大化を引起こすことなく単に軟化させて引
続き最終的にな冷間加工をおこなえるようにする
ためのものだからである。本発明での熱間圧延は
単に材料の厚さを減少させるために必要な段階で
あり、冷間圧延は、合金の厚さを減少すること並
びに高い強度と良好な成形性を達成するためにな
され、積層欠陥エネルギーの値が3エルグ/cm2
下という要件は、合金が加工硬化によつて高い降
伏強度と引張り強さを達成すると共に高度の延性
を保持するのに必要である。 本発明はその精神ならびに本質的な特質から逸
脱することなく別の形で実施されあるいは別の方
法で行われることが出来るものである。従つてこ
こにのべた実施例は、あらゆる点において説明的
のものであつて限定的なものではなく、特許請求
の範囲と均等の概念の範囲内に入る全ての変化は
その中に包含されるべきものである。
Copper-based alloys represent a class of practical metals with a wide range of uses. There is an extremely strong need to provide a wrought copper-based alloy material that has high strength and excellent toughness in the as-rolled state. Therefore, it is natural that it would be desirable to provide a wrought alloy material that is economical in terms of both material cost and manufacturing cost. Typical practical metal materials that have excellent strength in the as-rolled state are known to have low toughness, for example, elongation of less than 2% at area reduction of 50% or more. On the contrary, the wrought material produced by the method of the invention has high strength and improved toughness in the as-rolled state, e.g.
It usually has an elongation exceeding 3% at the area reduction rate above.
Such properties can be obtained through conventional copper alloy processing, namely casting and hot and cold rolling. The method for producing the wrought alloy material of the present invention includes heat treatments designed to improve toughness, such as precipitation hardening copper-beryllium alloys and martensitic copper alloys.
No special treatment required for aluminum alloys is required. Therefore, it is a first object of the present invention to provide a method for manufacturing a series of wrought copper-based alloy materials that satisfy the above-mentioned requirements. Another object of the invention is to
The object of the present invention is to provide a method for producing a novel wrought copper-based alloy material that has high toughness, high yield strength, high tensile strength, and excellent work hardening properties. Still another object of the present invention is to provide a method for manufacturing the above-mentioned wrought copper-based alloy material, which is relatively low cost and easy to manufacture. Other objects and effects of the present invention will become more apparent upon consideration of the following specification. According to the present invention, there is provided a method for obtaining a series of novel copper-based alloy wrought materials that easily achieve the above-mentioned objects and effects and have excellent work hardening properties. The alloy used in the present invention has the following characteristics. Contains at least one additional element selected from Group 1 of the Periodic Table of Elements that reduces the stacking fault energy of copper to 3 ergs per square centimeter or less, and the alloying element is substantially saturated in the copper matrix. It exists as a solid solution. The wrought materials produced according to the invention have a number of highly desirable advantages. It exhibits excellent work hardening behavior with high yield strength and tensile strength combined with a high degree of toughness, and also exhibits high strength for a given elongation in the highly rolled state. This wrought material can be easily hot rolled and cold rolled and is relatively inexpensive to manufacture.
In addition, when this alloy wrought material is subjected to low-temperature heat treatment, its strength in the cold rolled state increases. The wrought alloys produced in accordance with the present invention have a higher strength for a given elongation and therefore have wide use in current applications specifying high strength rolled copper alloys. For example, 70Kg/mm 2 with 3% elongation
It is easy to obtain a tensile strength of (100000psi). In addition, the wrought alloys produced in accordance with the present invention also have other desirable properties such as excellent electrical conductivity. Due to the combination of high strength and excellent toughness in the as-rolled state, that is, in the work-hardened state due to rolling, the wrought alloy produced by the present invention has excellent formability that exceeds standard commercially available materials. have. Furthermore, the alloy wrought material produced by the present invention has excellent formability even in the annealed state after cold rolling, and at the same time, its production and material costs are comparable to or even lower than that of the most easily produced copper-based alloy. lower than. Other advantageous features of the wrought alloy material produced according to the present invention will be easily understood from the description. As described above, the copper-based alloy used in the present invention contains at least one alloying element that reduces the stacking fault energy of copper to 3 ergs per square centimeter or less. The stacking fault energy of copper is approximately 30 ergs per square centimeter. The most preferred alloying element is an element that reduces the stacking fault energy of copper to the maximum extent and facilitates the formation of defects. Copper and an alpha solid solution of copper crystallize into a face-centered cubic crystal lattice.
This crystal structure can be deformed by sliding on a dense layer of atoms corresponding to the {111} plane. This sliding deformation is caused by the movement of dislocations on the dense {111} plane. The magnitude of slip caused by dislocation motion is the Burgers vector.
is determined by 1/2a<110 in face-centered cubic structure
> is said to be. This unit of dislocation 1/2a<110> decomposes into a so-called half-dislocation that forms a lower energy state, but stacking faults occur between these half-dislocations. This stacking fault can be best explained or illustrated by considering the arrangement of dense {111} planes in a face-centered cubic crystal structure. These planes are stacked on top of each other in the order of ……ABCABCABC………. The atomic arrangement on one of these dense planes is determined by AHCottrell's Dislocation And Plastic Flow In.
This is shown in Figure 1, taken from page 73 of 1953 (Crystal). Referring to Figure 1, B and C
The atomic positions on the plane are indicated by symbols B and C, respectively. In FIG. 1, vector arrows indicate the unit dislocation b 1 and the respective half dislocations b 2 and b 3 . If we consider the atom to be a sphere, we can see that it is easier for slippage to occur along b 2 and b 3 than along b 1 path.
If the slip occurs along one vector b 2 between two dense planes, i.e. by the motion of half-dislocations, the stacking order will be...
A defect like ABCABCABC... will occur. When such stacking faults exist, the crystal structure becomes a thin layer structure equivalent to a close-packed hexagonal structure. When such stacking faults occur, the energy of the crystal increases slightly; this change is caused by a change in the arrangement of the nearest atoms within the face-centered cubic structure.
Heidenreich and Schötzklee (Heidenreich and
S′hockley) is a “report on the strength of solids”
(Report On Strength, Of Solids), 57 (1948
(2011) suggested that a unit dislocation in a face-centered cubic structure would be decomposed into two half-dislocations. For example, in the case of a unit dislocation on the {111} plane, 1/2a
The reaction [101] → 1/6a [211] + 1/6a [112] will occur. This reaction produces a lower dislocation than two half-dislocations in terms of rearrangement of the original unit. These half-dislocations repel each other due to their elastic self-energy, creating a stacking fault plate between them. The extent of this half-dislocation separation is determined by the increase in lattice energy associated with stacking faults. In an equilibrium state, the two half-dislocations are separated by a distance γ expressed by the following equation. γ=μa 2 /24πε where μ is the shear modulus, a is the lattice constant, and ε is the defect energy. Each metal element exhibits a specific stacking fault energy. For example, the stacking fault energy of aluminum is approximately 270 ergs per square centimeter, and that of copper is 30 ergs per square centimeter. Addition of a solute element, primarily an element with a significant solubility and a higher electron valence than the solvent material, reduces the stacking fault energy of said solute element and allows greater separation of half-dislocations. The effects of several alloying element additions to copper were investigated by A. Howie and P.R. Swan.
RS'Wann)'s “Plil.Mag.” [8] 6, 1215
(1961). Second
In the figure, the electron-atomic ratio is plotted on the X axis (horizontal axis) and the stacking fault energy is plotted on the Y axis (vertical axis). A more in-depth examination of these considerations is in ``The Direct Observation of Dislocations,'' published by Academic Press Inc. in 1964.
Of Dislocations). When adding one or more alloying elements, two or more alloying elements are used in the examples, but the combination of alloying elements must reduce the stacking fault energy of copper to a predetermined level. It is further desirable that the stacking fault energy be reduced as close to zero as possible. The alloying elements must be present in substantially saturated solid solution with the copper matrix. That is, the amount of alloying elements is such that copper is saturated with respect to the alloying elements. This ensures that stacking fault energy is minimized and strength is maximized. In order to ensure such a saturated state, a solute element may be added in excess, but this excess may exist as a precipitated second equilibrium phase. According to the invention, the amount of excess second equilibrium phase must be less than 20% by volume. In other words, the first phase represents a solid solution in which the alloying elements are saturated in copper, and the second phase is a precipitate of a second equilibrium phase suitable for a particular alloy system. The reason why the amount of the second equilibrium phase must be 20% or less by volume as described above is as follows. That is, as mentioned above, the alloying element must exist as a substantially saturated solid solution in the copper matrix, but once this saturation point is exceeded, a second equilibrium phase occurs, and this phase can be removed by the method of the present invention. This is usually detrimental to the desired strength-toughness combination characteristic of the resulting copper-base alloy wrought material. However, slightly exceeding the saturation point can be tolerated; in practice, a small excess will ensure a saturated solid solution of the alloying elements in the copper matrix without deleterious effects. It makes it possible. However, excessive amounts significantly above the saturation point significantly impair the beneficial effects of the wrought alloy produced by the process of the invention. Practical results have shown that in order to avoid this deleterious effect, the excess second equilibrium phase must be limited to less than 20% by volume. The alloying elements are selected from the groups and groups of the periodic table of elements. The preferred elements of the group are zinc, the preferred elements of the group are aluminum, gallium, and indium, and the preferred elements of the group are silicon and germanium. The preferred elements mentioned above are those that most rapidly reduce the stacking fault energy to a value of 3 ergs per square centimeter or less. The stacking fault energy is reduced depending on the electron-to-atomic ratio of the solid solution, so high valence solute elements are generally preferred. Another selection criterion is to seek elements with high solubility in copper. The amount of element used is determined by its relative solubility in copper and its ability to reduce the stacking fault energy of copper to the required level. As mentioned earlier, the alloying elements are provided in copper in a saturated solid solution state. A preferred embodiment alloy system for use in the present invention utilizes aluminum and silicon as alloying elements, with aluminum present in an amount of 2.0 to 6.0%, preferably 2.5 to 4.0%, and silicon in an amount of 1.0 to 4.0%. % preferably from 1.5
The second system is aluminum and germanium, where aluminum is the same as above and germanium is present at 3.0 to 5.0%. In addition to the alloying elements mentioned above, the alloys used in the present invention may contain cobalt as a transition element in a range of 0.01 to 5% by weight, preferably 0.1 to 1.5% by weight. This transition element suppresses grain growth at high temperatures, increases strength in the annealed state, and also stabilizes the roll-hardened state properties with a certain amount of cold work, resulting in higher tensile strength for a given elongation. give. The alloys used in the present invention may contain optional additional additive elements to achieve particular results. In addition to this, impurities present in normal alloy systems may be present. The method of the invention, the wrought alloy produced and the improvements resulting therefrom are clear from the illustrative examples below. Example 1 A copper base alloy was prepared by conventional DC casting, hot rolling, cold rolling and intermediate annealing. The composition of this alloy is 3.1% aluminum, 2.1% silicon, and the balance is mainly copper, with an electron atomic ratio of approximately 1.3 and α
It consisted of units. The stacking fault energy of this alloy was less than 3 ergs per square centimeter, and the added elements existed essentially as saturated solid solutions within the copper matrix. This alloy was processed as follows to provide the properties described below. 1 Annealed at 550℃ for 1 hour and then 30% cold rolled Tensile strength 71.4℃/mm 2 (102000psi) 0.2% yield strength 54.6Kg/mm 2 (78000psi) Elongation 12% 2 Sintered at 550℃ for 1 hour 30% cold rolled after annealing Tensile strength 84Kg/mm 2 (120000psi) 0.2% yield strength 70Kg/mm 2 (100000psi) Elongation 4% 3 70% cold rolled after annealing at 550℃ for 1 hour Tensile strength Strength 89.6Kg/mm 2 (128000psi) 0.2% Yield Strength 78.4Kg/mm 2 (112000psi) Elongation 3% Example 2 An alloy having the following components was prepared in the same manner as in Example 1. Aluminum 3.1%; Silicon 2.1%; Cobalt 0.4
%: The remainder is essentially copper. This alloy had an electron-to-atomic ratio of 1.3 and consisted of a single α phase. Furthermore, the stacking fault energy of this alloy was less than 3 ergs per square centimeter, and the aluminum and silicon were present in a saturated solid solution within the copper matrix. This alloy was processed by the method shown below to obtain the following properties. 1 After annealing at 550°C for 1 hour, 30% cold rolling was added. Tensile strength 79.8Kg/mm 2 0.2% yield strength 61.3Kg/mm 2 Elongation 5% 2 After annealing at 550°C for 1 hour, 50% cold rolling was applied. Tensile strength 89.6Kg/mm 2 0.2% yield strength 72.8Kg/mm 2 Elongation 3% 3 After annealing at 550°C for 1 hour, 70% cold rolling was applied. Tensile strength 93.8Kg/mm 2 0.2% yield strength 77.7Kg/mm 2 Elongation 3% Example 3 A copper-based alloy consisting of 3.5% aluminum, 4.8% germanium, and the balance copper was prepared according to the method of Example 1. This alloy had an electron-to-atomic ratio of 1.3 and consisted of a single α phase. The stacking fault energy of the alloy was less than 3 ergs per square centimeter, and the added alloying elements were present as saturated solid solutions in the copper matrix. This alloy was processed as described below to give it the following properties. After annealing at 600°C for 1 hour, 50% cold rolling was applied. Tensile strength 77.7Kg/mm 2 0.2% Yield strength 63Kg/mm 2 Elongation 5% In the present invention, intermediate annealing is performed by DC casting, hot rolling and cold rolling as described in the first row of Example 1. This is the next step and is carried out to harden the alloy that has been work hardened by cold rolling so that it can be subjected to final cold rolling. The reason why the intermediate annealing temperature was set at 550 to 600°C is as follows. That is, if the intermediate annealing temperature exceeds 600°C, irregular crystal grain growth occurs, making it impossible to maintain a desirable fine crystal grain structure.
If the intermediate annealing temperature is lower than 550° C., recrystallization and softening of the work-hardened alloy structure will be difficult to occur, and a long time will be required for recrystallization and softening, which is practically unacceptable. In Examples 1, 2, and 3, the intermediate annealing time is all shown as one hour, but the intermediate annealing time varies depending on the weight or thickness of the alloy material being treated. This is because the intermediate annealing merely softens the work-hardened material during cold working without causing grain coarsening, so that it can be subjected to subsequent final cold working. Hot rolling in the present invention is simply a necessary step to reduce the thickness of the material, and cold rolling is used to reduce the thickness of the alloy as well as to achieve high strength and good formability. The requirement that the stacking fault energy be less than 3 ergs/cm 2 is necessary for the alloy to achieve high yield and tensile strengths upon work hardening while retaining a high degree of ductility. The present invention may be embodied in other forms or carried out in other ways without departing from its spirit or essential characteristics. Therefore, the embodiments described herein are in all respects illustrative and not restrictive, and all changes that fall within the scope of the claims and the concept of equivalents are included therein. It is something that should be done.

【特許請求の範囲】[Claims]

1 良好な靭性を備え高い抗張力の優れた加工硬
化特性を有する非時効の銅基合金展伸材の製造方
法であつて、 (a) 出発材料としてアルミニウム2.0〜6.0重量
%、シリコン1.5〜3.0重量%、コバルト0.01〜
5.0重量%と、残部が実質的に銅と不可避的不
純物で成り、これらの合金元素の含有量は銅の
積層欠陥エネルギーを1平方センチメートル当
り3エルグ以下に低減させるように選択されて
いて、引き続いて焼鈍されたときに該合金元素
が室温において銅の基質内に実質的に飽和した
平衡状態にある固溶体として存在するように、
又は飽和した平衡状態を確保するために飽和点
を超過して存在するように前記合金元素の成分
範囲内において選定され前記合金元素の総量が
飽和点を超過する場合その超過量は銅基合金の
加工硬化特性及び靭性を実質的に害さないよう
に容積比で20%以下の第2次平衡相として存在
するようになつている銅合金を鋳造によつて準
備する段階と、 (b) この合金を所定の寸法に熱間圧延する段階
と、 (c) 所定の調質状態にこの合金を冷間圧延する段
階であつて、合金を550〜600℃の温度で且つ該
合金が良好な成形性を示すに充分な時間だけ保
持する中間焼鈍を介して、冷間圧延で減面率50
%の調質圧延状態において、引張強さ84Kg/mm2
以上で且つ伸び3%以上の特性を有するように
1. A method for producing a non-aging copper-based alloy wrought material having good toughness, high tensile strength, and excellent work hardening properties, comprising: (a) 2.0 to 6.0% by weight of aluminum and 1.5 to 3.0% by weight of silicon as starting materials; %, cobalt 0.01~
5.0% by weight, with the remainder consisting essentially of copper and unavoidable impurities, the content of these alloying elements being selected to reduce the copper stacking fault energy to less than 3 ergs per square centimeter, followed by such that, when annealed, the alloying elements exist as substantially saturated equilibrium solid solutions within the copper matrix at room temperature;
Or, in order to ensure a saturated equilibrium state, the alloying elements are selected within the composition range to be present in excess of the saturation point, and if the total amount of the alloying elements exceeds the saturation point, the excess amount is (b) preparing by casting a copper alloy which is adapted to be present as a secondary equilibrium phase in an amount of not more than 20% by volume so as not to substantially impair work hardening properties and toughness; (c) cold rolling the alloy to a predetermined temper condition, the alloy being heated to a temperature of 550 to 600°C and having good formability. Cold rolling through intermediate annealing held for a sufficient time to show an area reduction of 50
Tensile strength 84Kg/mm 2 in temper-rolled condition
and have the characteristics of elongation of 3% or more.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は稠密格子面での原子配列を示し、第2
図は銅に対する数種の添加元素の影響をX軸を電
子−原子比、Y軸を積層欠陥エネルギーとして示
したものである。
Figure 1 shows the atomic arrangement on the dense lattice plane, and the second
The figure shows the effects of several additive elements on copper, with the X-axis representing the electron-atomic ratio and the Y-axis representing the stacking fault energy.

Claims (1)

する段階とを備えていることを特徴とする銅基
合金展伸材の製造方法。 2 良好な靭性を備え高い抗張力の優れた加工硬
化特性を有する非時効の銅基合金展伸材の製造方
法であつて、 (a) 出発材料としてアルミニウム2.0〜6.0重量
%、シリコン1.5〜3.0重量%を含み、残部が実
質的に銅と不可避的不純物で成り、これらの合
金元素の含有量は銅の積層欠陥エネルギーを1
平方センチメートル当り3エルグ以下に低減さ
せるように選択されていて、引き続いて焼鈍さ
れた時に該合金元素が銅の基質内に実質的に飽
和した平衡状態にある固溶体として室温におい
て存在するような銅基合金を鋳造によつて準備
する段階と、 (b) この合金を所定の寸法に熱間圧延する段階
と、 (c) 所定の調質状態にこの合金を冷間圧延する段
階であつて、合金を550〜600℃の温度で且つ該
合金が良好な成形性を示すに充分な時間だけ保
持する中間焼鈍を介して、冷間圧延で減面率50
%の調質圧延状態において、引張強さ84Kg/mm2
以上で且つ伸び3%以上の特性を有するように
する段階とを有する、 銅基合金展伸材の製造方法。 3 良好な靭性を備え高い抗張力の優れた加工硬
化特性を有する非時効の銅基合金展伸材の製造方
法であつて、 (a) 出発材料としてアルミニウム2.0〜6.0重量
%、ゲルマニウム3.0〜5.0重量%を含み、残部
が実質的に銅と不可避的不純物で成り、これら
の合金元素の含有量は銅の積層欠陥エネルギー
を1平方センチメートル当り3エルグ以下に低
減させるように選択されていて、引き続いて焼
鈍された時に該合金元素が銅の基質内に実質的
に飽和した平衡状態にある固溶体として室温に
おいて存在するような銅基合金を鋳造によつて
準備する段階と、 (b) この合金を所定の寸法に熱間圧延する段階
と、 (c) 所定の調質状態にこの合金を冷間圧延する段
階であつて、合金を550〜600℃の温度で且つ該
合金が良好な成形性を示すに充分な時間だけ保
持する中間焼鈍を介して、冷間圧延での減面率
50%の調質圧延状態において引張強さ84Kg/mm2
以上で且つ伸び3%以上の特性を有するように
する段階と、 を備えた銅基合金展伸材の製造方法。
A method for producing a wrought copper-based alloy material, comprising the steps of: 2. A method for producing a non-aging copper-based alloy wrought material having good toughness, high tensile strength, and excellent work hardening properties, comprising: (a) 2.0 to 6.0% by weight of aluminum and 1.5 to 3.0% by weight of silicon as starting materials; %, with the remainder essentially consisting of copper and unavoidable impurities, and the content of these alloying elements is such that the stacking fault energy of copper is 1
Copper-based alloys selected to reduce the reduction to less than 3 ergs per square centimeter, such that when subsequently annealed the alloying elements exist as substantially saturated equilibrium solid solutions within the copper matrix at room temperature. (b) hot rolling the alloy to predetermined dimensions; and (c) cold rolling the alloy to a predetermined temper condition. Through an intermediate annealing held at a temperature of 550-600°C and for a sufficient time for the alloy to exhibit good formability, cold rolling reduces the area by 50.
Tensile strength 84Kg/mm 2 in temper-rolled condition
A method for producing a wrought copper-based alloy material, comprising the steps of: achieving the above properties and having an elongation of 3% or more. 3. A method for producing a non-aging copper-based alloy wrought material having good toughness, high tensile strength, and excellent work hardening properties, comprising: (a) 2.0 to 6.0% by weight of aluminum and 3.0 to 5.0% by weight of germanium as starting materials; %, the remainder consisting essentially of copper and unavoidable impurities, the content of these alloying elements being selected to reduce the stacking fault energy of the copper to below 3 ergs per square centimeter, followed by annealing. (b) preparing by casting a copper-based alloy such that when the alloying elements are present at room temperature as solid solutions in substantially saturated equilibrium within a matrix of copper; (c) cold rolling the alloy to a predetermined temper condition at a temperature of 550 to 600°C and such that the alloy exhibits good formability; Through intermediate annealing that is held for a sufficient period of time, the area reduction rate in cold rolling can be reduced.
Tensile strength 84Kg/mm 2 in 50% temper rolled state
A method for producing a wrought copper-based alloy material, comprising the steps of: making it have the above characteristics and an elongation of 3% or more.
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