KR100676668B1

KR100676668B1 - 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재

Info

Publication number: KR100676668B1
Application number: KR1020040096200A
Authority: KR
Inventors: 스가와라야스타카; 후카마치가즈히코
Original assignee: 닛코킨조쿠 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-28
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2007-01-31
Also published as: TW200517528A; CN1621546A; KR20050052352A; TWI296659B; CN1306050C

Abstract

프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재는, 탄화물의 표준 생성 자유 에너지가 상온에서 -42kJ/㏖ 이하 (절대값 42kJ/㏖ 이상) 인 1 종 또는 2 종 이상을 합금의 구성 원소로 하고, 그 함유량이 0.1∼5.0mass% 이고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또 압연 평행 단면의 결정 입자가 원 상당 직경의 평균값으로 0.5㎛∼30㎛, 결정 입자의 폭과 길이의 비로 한 애스펙트비의 평균값이 1/5 이상인 구리기 합금에, Cu 를 두께 0.05∼2.00㎛ 도금한다.

Description

프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재{MATERIALS FOR ELECTRONIC PARTS WITH SUPERIOR PRESS PUNCHING PROPERTIES}

도 1 은 프레스 펀칭 가공의 개념도이다.

도 2 는 프레스 펀칭에 있어서 발생하는 버의 설명도이다.

도 3 은 평가에 사용한 금형 세트 형상을 나타낸다.

도 4 는 압연 평행 단면에 나타나는 결정 입자의 애스펙트비의 측정예이다.

본 발명은 정밀 프레스 가공재로서 사용되는 프레스 펀칭성이 우수한 고강도 구리기 합금에 관한 것이다.

눈부신 소형화 다기능화가 이루어진 휴대전화 단말 등의 정밀 기기에 사용되는 커넥터는, 보다 많은 정보를 보다 정확하고 보다 신속하게 전달할 필요가 있다. 이 때문에, 커넥터의 핀 폭 및 핀 간격은 해마다 점점 좁아지고 있다. 거기에 사용되는 소재는, 좁은 핀 폭에서 안정된 접압을 얻기 위해 강도가 높은 것, 가혹한 굽힘 가공에 견딜 수 있으며, 또한 에너지 절약 및 저발열 지향 경향으로 인해 높은 도전율이 요구되고 있다. 커넥터재에는 종래부터 구리기 합금이 사용되 어, 전술한 요구에 대처하기 위해 강도와 굽힘 가공성 및 도전율을 겸비한 구리기 합금이 개발되고 있다. 구체적으로는, 베릴륨 구리나 티탄 구리로 대표되는 시효 경화형 구리기 합금이 파인 피치의 커넥터에 사용되고 있다. 커넥터는 소재를 프레스 가공함으로써 제조되고, 프레스 금형에는 다이스강이나 고속도강 등의 철강 재료가 사용되고 있다. 전술한 합금의 대부분이 활성 원소를 함유함으로써 고강도화를 이루고 있으며, 이들 합금은 일반적인 커넥터재인 인청동에 비하여 프레스 금형의 마모가 현저하다. 프레스 금형이 마모되면, 절단면에 버 (burr) 나 시어 드룹 (shear droop) 이 생기고 핀 자체도 뒤틀려서 가공 형상이 악화되어 커넥터로서 사용할 수 없게 된다. 따라서, 프레스 가공품의 형상 불량이 허용 한도를 초과한 경우는, 프레스 금형을 연마하여 가공품의 치수 정밀도를 유지하지 않으면 안된다. 또한, 커넥터가 점점 더 작아질수록, 즉 핀 폭과 핀 간격이 좁아질수록 높은 치수 정밀도가 요구되기 때문에 작은 버나 핀의 뒤틀림도 간과할 수 없게 되므로, 핀수 증가와 함께 금형을 연마하는 빈도가 한층 더 늘어난다. 또한 프레스 가공이 정밀하면 할수록 금형 자체의 비용이 높아지기 때문에, 이러한 분야의 합금에서 프레스 가공성을 개선시키는 일은 대단히 중요한 과제였다.

프레스 금형 공구를 장수명화하는 기술로서 구리기 합금의 합금 조성의 조정에 의한 특허 문헌 1∼9 가 있고, 구리기 합금의 결정 방위의 조정에 의한 특허 문헌 12 가 있다.

(특허 문헌 1) 일본 공개특허공보 평10-265991호

(특허 문헌 2) 일본 공개특허공보 평10-24002호

(특허 문헌 3) 일본 공개특허공보 평11-256256호

(특허 문헌 4) 일본 공개특허공보 평11-293366호

(특허 문헌 5) 일본 공개특허공보 평11-1735호

(특허 문헌 6) 일본 공개특허공보 2001-181757호

(특허 문헌 7) 일본 공개특허공보 평7-97645호

(특허 문헌 8) 일본 공개특허공보 2000-119776호

(특허 문헌 9) 일본 공개특허공보 2001-303159호

(특허 문헌 10) 일본 공개특허공보 2001-152303호

(특허 문헌 11) 일본 공개특허공보 평2-117701호

(특허 문헌 12) 일본 공개특허공보 소61-201762호

그러나, 합금의 조성을 변경하여 프레스 가공성을 개선시킨 재료에서는, 변경한 조성이 가공품의 최종 용도에 대하여 악영향을 미치지 않는다고 단언할 수 없는 경우가 있다. 예를 들어 S 와 같이 기계적 성질에 악영향을 미치는 원소를 첨가하여 전단 가공시에 균열이 전파되기 쉽게 한 것은, 소재의 연성 (특히 굽힘 가공성) 이 저하되고, 내식성이나 도금성도 저하된다. 또한, 석출 경화형 합금 등의 경우에, 금형에 대하여 데미지를 주는 경화 원소를 저감시킨 예에서는, 금형은 장수명화되지만 당연히 소재 강도는 저하된다.

본 발명의 목적은 본래의 구리기 합금이 갖는 성질을 손상시키지 않고, 프레스 가공성이 우수한 구리기 합금을 제공하는 것이다.

본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위해, 특히 강도를 향상시키기 위해 첨가된 원소와 탄소의 친화성 관계에서 금형 마모의 기구(메커니즘)를 해명하여 본 발명을 발견하였다. 또 결정 입경 및 표면 조도에 대해서도 구명하였다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

커넥터에 사용되는 소재에 있어서, 고강도이면서 고굽힘 가공성을 얻을 목적에서 다양한 원소를 첨가한 구리기 합금이 개발되어 왔다. 그 강화 기구는 첨가된 구성 원소에 따라 다르지만, 그 함유량의 적정 범위는 총량으로 0.1∼5.0mass% 인 것이 많다. 즉, 지나치게 적으면 강도 향상에 있어 효과가 없고, 지나치게 많으면 연성이 저하되어 굽힘 가공성이 악화되기 때문이다. 예를 들어, 티탄 구리에 있어서는 Ti 의 함유량이 2mass% 이하이면 강도를 향상시키는 효과가 적고, 반대로 4mass% 를 초과하면 조대(粗大)한 제 2 상 입자가 석출되기 쉬워져 연성이 저하된다.

일반적으로 구리기 합금에 있어서는, 강도의 향상을 가져오는 효과가 큰 구성 원소일수록 프레스 가공하였을 때 금형을 마모시키는 효과도 큰 경향이 있다고 할 수 있다. 그 전형적인 예가 티탄 구리나 베릴륨 구리로서, 어느 프레스 메이커의 평가에서는 티탄 구리 (Cu-3Ti) 가 스프링용 인청동 (Cu-8Sn) 에 비하여 금형의 마모가 10 배 빠른 것으로 되어 있다. 일반적으로 마모의 형태에는,

a. 피가공재 중에 내재되는 경질의 비금속 개재물 등에 의해 공구 표면을 물리적으로 깎아 내는 어브레시브(abrasive) 마모

b. 사용 환경에 의한 화학 부식을 동반하는 부식 마모

c. 접촉면 근방에서의 미시적인 피로 파괴에 의한 응착 마모

의 3 종류가 있는 것으로 되어 있지만, 티탄 구리의 프레스 가공에서 금형에 발생되고 있는 것은 주로 c. 응착 마모인 것이 연구 관찰을 거듭한 결과 분명해졌다.

구리기 합금의 전단 가공에 있어서 마모가 진행되기 쉬운 부분은 펀치와 다이의 측면의 선단이다 (도 1). 즉, 펀치 (1) 가 다이 (2) 에 물려 들어갈 때에 재료 (3) 가 펀치 (1) 와 다이 (2) 의 간극으로 흘러 들어가는 상태가 발생하여, 그 때 재료 표면과 펀치 측면이 고속이면서 고압으로 접촉하여 재료 성분이 공구 성분과 반응하여 합금화 또는 화합물화되는 것에 의해 공구의 응착 마모가 진행되는 것을 발견하였다. 즉, 펀치 및 다이에 사용되는 공구강은, Cr, Mo, W, Nb, V 등의 합금 원소를 첨가하여 경질의 탄화물을 형성시켜 경화시킨 것이지만, 구리 합금의 강도를 향상시키는 첨가 원소 중에는 이들 합금 원소보다 탄소와의 친화성이 높은 것도 있고, 그것들이 프레스 가공 중 고온 고압으로 공구에 접촉하여 공구 표면의 탄화물이 불안정해지고 마모에 이르게 되는 것이다. 따라서, 이러한 첨가 원소의 함유량을 줄이면 금형의 마모량은 감소하지만, 베이스재의 강도가 저하된다.

또 티탄 구리 (Cu-3.2%Ti) 의 예를 사용하여 상세히 설명한다.

주된 공구 재료로는 다이스강 (C: 1∼2.2%, Cr: 5∼13%, Mo≤1%, V≤1%), 고속도강 (C: 0.7∼1.5%, Cr: ≤4%, W＋2Mo=18, V: 1∼5%), 초경 (Co: 5∼20%, 잔부 WC) 이 널리 사용되고 있고, 어느 것이나 탄화물이 공구 재료의 경도를 책임지고 있다. 이러한 철강 중에서 탄화물을 형성하는 미량 첨가 원소와 탄소의 친화성은, Ti> Nb> V> Ta> W> Mo> Cr> Mn> Fe> Ni> Co> Al> Si 의 순으로 되어 있다. 이러한 공구에서, 예를 들어 티탄 구리를 전단 가공하고자 하면, 피가공재 성분의 Ti 와 피가공재가 접촉하는 공구 표면의 탄화물상의 C 가 반응하여 딱딱하고 부서지기 쉬운 TiC 가 생성되는 동시에, 공구 표면을 형성하고 있던 탄화물의 C 를 빼앗겨 공구 표면이 조금씩 무너져 마모되어 가는 것이다. 따라서, 피가공재의 표면을 C 와 잘 반응하지 않는 성분으로 덮어 버리면, 피가공재 중의 활성 성분이 공구와 접촉할 기회가 차단되어 공구가 마모되기 어려워진다. 본 발명은, 철강 중에서 C 와의 친화성이 가장 강한 Ti 를 함유하는 티탄 구리에 있어서 가장 유효하게 작용하지만, 탄화물을 형성하기 쉬운 원소를 함유하는 합금계이면 금형 마모의 저감 효과를 적지 않게 기대할 수 있다.

본 발명은, 피가공재의 표면을 공구 성분과 잘 반응하지 않는 성분으로 덮으면, 피가공재 중의 활성 성분이 공구와 접촉할 기회가 차단되어 공구가 마모되기 어려워진다는 착상 하에, 구리기 합금의 피프레스 가공면을 Cu 로 피복하는 것을 특징으로 하는 것이다.

Cu 도금은 프레스 가공 중에 공구 표면과 구리기 합금의 격절(隔絶)을 안전하게 유지할 정도의 두께만 있으면 충분하고, 도금의 두께는 0.05∼2.00㎛ 범위이다. 두께가 0.05㎛ 미만이면 프레스 가공성 향상에 효과가 없고, 2.00㎛ 를 초과하면 재료 전체의 강도 저하를 무시할 수 없는 수준이 된다. Cu 도금은 전해 도금, 무전해 도금이 일반적이지만, 스퍼터링 등에 의해서도 형성할 수 있다.

본 발명에 있어서 프레스 가공이란 전단 가공을 말한다.

일반적으로 순수 구리보다도 청동 쪽이 프레스 가공성이 좋은 것으로 되어 있다. 프레스시에 발생하는 산화열도 금형을 마모시키는 요인으로 생각되지만, 청동은 순수 구리보다도 산화되기 어렵기 때문에 이것이 청동의 프레스 펀칭성을 양호하게 하는 이유로 추측된다. 따라서, Cu 도금한 표면에 얇게 Sn 을 도금하여 열처리하면, 청동에 가까운 표면이 되어 더욱 금형이 마모되기 어려워진다. Sn 도금 후의 열처리 조건 (온도, 시간 등) 은 Cu 도금층과 Sn 도금층이 확산층을 형성시키는 것이면 된다.

따라서, 본 발명에 있어서는, Cu 층 두께 0.05∼2.00㎛ 및 Sn 층 두께 0.005∼0.20㎛ 의 Cu 베이스 Sn 도금을 구리기 합금의 표면에 실시할 수 있다.

후술하는 실시예에서는, 0.5㎛ Cu 베이스에 얇게 Sn 도금한 티탄 구리는, 도금하지 않은 티탄 구리와 비교하여 현저히 금형 수명이 연장되는 것을 나타내었다. 이 실시예 및 비교예의 티탄 구리는 내질을 변경하지 않고 얇은 표면 처리만을 실시하고 있기 때문에, 기계적 성질이나 도전율에 미치는 영향이 매우 적다. 즉, 티탄 구리와 같이 소재 강도가 높으면 금형이 잘 마모되기 쉬운 것으로 생각되지만, 간단한 표면 처리만으로 고강도재라도 프레스 가공성을 양호하게 할 수 있다. Cu 베이스의 얇은 Sn 도금은 활성 금속을 함유하는 피가공재와 공구 사이에 우수한 고체 윤활을 실현시키지만, 더욱 적절한 표면 조도로 조정함으로써 윤활제 사용시에는 우수한 유체 윤활 효과도 더불어 실현되어, 프레스 가공성이 한층 더 양호해진다.

탄화물의 표준 생성 자유 에너지의 값이 마이너스측으로 큰 원소일수록 그 탄화물은 보다 안정적으로 존재한다. 구리기 합금에 있어서, 그 값이 상온에서 -42kJ/㏖ 이하 (절대값 42kJ/㏖ 이상) 인 구성 원소를 함유하는 경우에는 본 발명이 유효하다. 상온에서 -42kJ/㏖ 이하 (절대값 42kJ/㏖ 이상) 인 원소로는, Fe, Cr, Nb, V, Zr, Ti, Be 등이 있고, 이들 원소를 구성 원소로 한 구리기 합금으로서 티탄 구리, 베릴륨 구리, Cu-Cr 계 합금, Cu-Zr 계 합금, Cu-Cr-Zr 계 합금 등을 들 수 있다.

또, 구리기 합금에 Cu 를 도금하는 것이 종래에도 실시되어 왔다. 그 목적은, 예를 들어 강도는 높지만 도전율이 낮은 철계 합금에 Cu 를 도금하여 도전율을 향상시키는 것 (특허 문헌 11) 이나 구리계 리드 프레임재에 Cu 도금하여 다이 본딩성, 와이어 본딩성, 몰드 수지 밀착성, 납땜성을 향상시키는 것 (특허 문헌 3) 으로, 프레스 가공성 개선을 목적으로 Cu 도금을 이용한 예는 없다.

통상적인 Sn 도금은 1㎛ 정도의 두께로 실시되고 있다. 또한, 리플로 처리하여 광택을 내는 케이스도 있다. 종래의 Sn 도금의 목적은, 표면 광택과 내식성과 납땜성을 양호하게 하는 것이다. 즉 순수 Cu 에서는 방청제를 도포하지 않으면 바로 변색되지만, Sn 도금한 표면은 얇은 산화 피막이 형성되어 잘 변색되지 않고, 스테인리스와 같이 광택이 있는 표면을 가지고 있으며, Sn 은 땜납의 구성 원소이기 때문에 당연히 납땜성이 양호하다. 예를 들어, 특허 문헌 4 에서는 Sn 도금에 의한 내식성 향상 효과에 대하여 설명되어 있지만, Sn 도금과 금형 수명의 관계에 대해서는 일절 설명되어 있지 않다. 특허 문헌 12 에 의하면, Cu 도금 또는 PVD 처리 후의 구리기 합금조(條)재를 압연하여 표면의 Cu 를 0.5㎛ 이상의 두께로 하는 리드 프레임용 구리기 합금이 개시되어 있지만, 본딩성, 도금성, 납땜성 및 수지 몰딩과의 밀착성 개선을 그 목적으로 하고, 프레스 가공성에 대해서는 언급되어 있지 않다.

최종 재결정 소둔 후에 냉간 압연한 경우, 도 4 에 나타내는 바와 같이 압연 평행 단면의 결정 입자는 압연 방향으로 신장되고, 판 두께 방향으로 줄어들어 있다. 즉 압연 평행 단면의 결정 입자의 면적은 냉간 압연 전후에서 변하지 않을 것이다. 따라서, 이 면의 결정 입자의 원 상당 직경은, 최종 재결정 소둔시의 결정 입경과 동일한 것으로 간주할 수 있다. 여기서 원 상당 직경이란, 같은 면적을 갖는 둥근 원의 직경이다. 결정 입경이 작을수록 강도가 향상되고, 굽힘 가공했을 때에 표면 거침이 작아진다. 반대로 지나치게 작으면 연성이 저하된다. 결정 입자의 애스펙트비란, 압연에 의해 신장된 결정 입자의 폭 (b) 과 길이 (a) 의 비 (b/a) 이다. 예를 들어 재결정 소둔 후의 등방적인 결정 입자의 애스펙트비의 평균값이 거의 1 로 되고, 거기서부터 판 두께가 절반이 될 때까지 압연하면, 압연 평행 단면의 결정 입자는 길이가 2 배이고 폭은 절반이 되어 애스펙트비가 1/4 로 된다. 즉 압연 가공도가 높을수록 애스펙트비는 작아지고, 티탄 구리의 경우에는 굽힘 가공성이 저하된다. 압연 평행 단면의 결정 입자의 애스펙트비란, 도 4 에 굵은 선의 결정 입자에 주목하였을 때 b/a 라는 것이다. 청구항에서는 평균값을 규정하고 있기 때문에, 임의의 모집단 (적어도 100 개 이상의 결정 입자가 존재하는 측정 시야) 의 결정 입자의 폭과 길이를 전부 측정하여, 그 평균값을 구하면 된다.

본 발명의 구리기 합금에 있어서 첨가되는 Fe, Cr, Nb, V, Zr 은, 탄화물 형성 원소인 동시에 결정 입자 미세화 원소이고, Co, Si, Ni, B, P 는 미세화 원소이다. 이들 중 합금의 구성 원소 외의 1 종 또는 2 종 이상을 0.01∼0.5mass% 첨가하면, 비교적 고온에서 용체화 처리하여도 결정 입자의 성장이 지연되고 결정 입자가 미세화되어, 고강도화를 꾀할 수 있다. 0.01mass% 미만에서는 결정 입자 미세화 효과를 얻을 수 없고, 0.5mass% 를 초과하여 첨가하면 굽힘 가공성이 저하된다.

프레스 가공성을 개선할 목적에서 유체 윤활을 양호하게 하기 위해 표면 조도를 규정한 예는 있지만, 모두 JIS 에 정의되어 있는 Ra, Ry, Rz 등을 그대로 사용하여 규정하고 있어, 유체 윤활을 보다 양호하게 하기 위한 표면 조도를 추구한 예는 없다. 본건에서 처음으로 도입한 (Ry－Rz)/Rz≤1 을 만족하는 (Ry 와 Rz 의 차가 적다) 것은 요철이 보다 평균화되어 있다는 것으로, 피가공재와 공구가 균일하게 접촉하여 보다 양호한 윤활 상태가 얻어진다. 또, Ry (최대 높이), Rz (10 점 평균 조도), Sm (요철의 평균 간격) 모두 JIS B0601 에 규정되어 있다.

만약에 Ry (최대 높이) = Rz (10 점 평균 조도) 이면 사인 커브와 같이 완전히 균일한 요철이 되지만, 통상의 표면은 산과 골의 고저에 편차가 있기 때문에 Ry> Rz 이다. 반대로 이 편차가 너무 큰 경우, 금형과 접촉하였을 때의 압력이 산의 높은 부분에만 집중하여 균일한 윤활이 이루어지지 않기 때문에, 프레스 가공 소재의 표면으로는 Ry 가 Rz 에 가까운 쪽이 바람직하다. (Ry－Rz)/Rz≤1 은 Ry≤2×Rz 로도 표현할 수 있다. 즉, 측정 길이 중의 산과 골의 고저차의 최대값이 평균값의 2 배보다도 작다는 것이 청구항 5 의 규정이다.

본 발명의 구리기 합금의 제조 공정은, 예를 들어, 진공 용해ㆍ주조 →열간 압연ㆍ수랭 →면삭 →냉간 압연 →용체화 →산세척 →냉간 압연 →시효 →산세척 버프 연마 →Cu 도금 →(Sn 도금) →(열처리) 이다.

예를 들어, 티탄 구리에서는 활성 원소인 Ti 를 함유하고 있기 때문에 진공 중에서 용해되고, Ar 중에서 주조, 결정 입경의 조정은 최종 재결정 소둔인 용체화 처리에서 실시한다. 표면 조도의 조정은, 산세척 버프 연마에서의 버퍼의 지립에 의해 실시한다. 이 방법으로 표면을 거칠게 한 후에 Cu 베이스의 얇은 Sn 도금을 실시함으로써 조도가 프레스 가공을 함에 있어서 가장 바람직한 형태가 된다. Cu 도금을 베이스로 한 Sn 도금은 전기 도금에 의해 실시하기 때문에, 도금 두께는 전류값 또는 통전 시간에 의해 조정한다.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

실시예 1

진공 용해로에서 표 1 의 성분의 잉곳을 용제하고, 950℃ 로 가열하여 열간 압연하여 막두께 10㎜ 의 열연판을 얻었다. 다시 950℃ 에서 충분히 균질화 소둔한 후 수랭하고, 기계 면삭 가공에 의해 산화 스케일을 제거한 후 냉간 압연하여 판 두께 0.2㎜ 의 냉간 압연판을 얻었다. 그 후 대기 중 800∼850℃×30∼120s 로 용체화 처리하고, 산세척 후 냉간 압연하여 판 두께를 0.15㎜ 로 하였다. 그리고 360∼400℃×3∼48hr 로 시효 처리하고, 산세척 연마에 의해 표면 조도를 조정한 후, 마지막으로 Cu 도금을 양면에 실시하였다.

압연 평행 단면의 결정 입자의 원 상당 직경 및 애스펙트비의 평균값은 화상 처리에 의해 구하였지만, 거기에는 화학 에칭에 의해 입계만을 부식시키고 그 광학 현미경 사진으로부터 입계만을 트레이스한 것을 측정하였다. 또, Cu 도금 두께는 형광 X 선 막두께 측정계에 의해 측정하고, 표면 조도는 접촉식 표면 조도계에 의해 측정하였다. 이 때 측정 길이는 0.8㎜ 로 하여 연속하는 5 지점의 평균값을 채용하였다.

또한, 인장 시험을 실시하여 0.2% 내력을 측정하고, W 굽힘 시험을 실시하여 최소 굽힘 반경비 (MBR/t) 를 측정하였다. 또, W 굽힘 시험 하중은 5 톤으로 하고, 시험편의 판 폭은 10㎜ 로 하였다.

금형 마모성에 대해서는, 실제로 연속 프레스기에 의해 재료를 대량으로 펀칭하고, 금형의 마모 상황에 의해 변화되는 절단부의 버 높이와 파단면 비율을 측정하여 평가하였다. 여기서, 버 높이란 도 2 에 나타내는 돌기부의 높이로서, 금형이 마모됨에 따라서 버가 높아진다. 또 금형이 마모됨에 따라서 도 2 에 나타내는 전단면의 비율이 많아져, 즉 파단면 비율 (h2/(h1＋h2)) 은 작아진다. 윤활제가 없는 경우와 있는 경우의 2 가지 경우를 실시하였다. Cu 도금의 효과를 확인하기 위한 것만이라면 전자만으로 충분하지만, 표면 조도의 효과도 확인하기 위해 후자도 실시하였다.

또, 기타 프레스 조건은 다음과 같았다.

금형 공구 재료: SKD11, 클리어런스: 10㎛, 스트로크: 400rpm

도 3 에 평가에 사용한 금형 세트 형상을 나타낸다. 1 변 약 5㎜ 의 정방형으로 4 개의 각의 곡률이 상이하며, 각각의 곡률 반경은 0.05㎜, 0.1㎜, 0.2㎜, 0.3㎜ 이다. 곡률 반경이 작을수록, 전단 가공시에 응력 집중이 발생하기 때문에 마모되기 쉽다. 그러나, 곡률 반경이 작을수록 전단면 형상이 불균일하여 관찰이 어려워진다. 또한, 프레스 가공 후의 구멍부와 펀칭되어 떨어져 나간 부에서는 후자 쪽이 관찰하기 쉽다. 이상을 고려하여, 본 평가는 떨어져 나간 부 측의 곡률 반경이 0.1㎜ 인 각을 관찰하여 실시하였다.

윤활제가 없는 경우에는, 10 만회 펀칭했을 때에 소재간 차이가 현저해지고, 윤활제가 있는 경우는 100 만회 펀칭했을 때에 소재간 차이가 현저해지므로, 그 때의 값을 평가값으로 채용하였다. 버 높이는 레이저 변위계로 측정하고, 파단면 비율은 광학 현미경에 의한 단면 관찰에 의해 측정하였다.

본 발명에 있어서, No.1 은 청구항 1, 3 을 인용하는 4 를 만족하고 있고, 마찬가지로 No.2, 3 은 청구항 3 을 만족하고 있고, No.4, 5 는 청구항 1, 3 을 인용하는 4 를 만족하고 있고, No.6 은 청구항 1, 3 을 인용하는 청구항 4 를 만족하고 있으며, 모두 강도가 높고 굽힘 가공성 및 프레스 가공성도 양호하다. 이 중 No.1 외에는 청구항 5 도 만족하고 있기 때문에, 윤활제를 사용하였을 때의 프레스 가공성이 더욱 양호해져 있다. 또한, No.2 외에는 청구항 4 를 만족하고 있고, 강도의 향상이 인정된다.

한편 비교예에 있어서, No.7 은 Cu 도금을 실시하지 않은 티탄 구리이고, No.8 은 Cu 도금 두께가 청구항의 규정보다 얇은 티탄 구리이다. 발명예와 비교하여 버가 높고 파단면 비율이 낮기 때문에 금형의 마모가 진행되어 있다고 말할 수 있다. 그리고 No.9 는, Cu 도금하지 않고 내질 개선에 의해 프레스 가공성을 양호하게 한 것이지만, S 를 다량으로 함유하고 있기 때문에 연성이 저하되고, 굽힘 가공성이 열화되어 있다. No.10 은 결정 입경이 작고 최종 압연에서의 가공도가 높기 (애스펙트비보다) 때문에 굽힘 가공성이 열화되어 있다. No.11 은 결정 입경이 지나치게 크고 강도가 낮다. MBR/t 는 1 이하이지만, 굽힘부에 표면 거침이 발생한다. No.9, 10, 11 은 프레스 가공성은 양호하나, 본 발명의 목적은 높은 강도와 양호한 굽힘 가공성을 구비하고, 나아가 프레스 가공성의 개선을 목적으로 하고 있다.

실시예 2

진공 용해로에서 표 6 의 성분의 잉곳을 용제하고, 950℃ 로 가열하여 열간 압연하여 막두께 10㎜ 의 열연판을 얻었다. 다시 950℃ 에서 충분히 균질화 소둔한 후 수랭하고, 기계 면삭 가공에 의해 산화 스케일을 제거한 후 냉간 압연하여 판 두께 0.2㎜ 의 냉간 압연판을 얻었다. 그 후 대기 중 800∼850℃×30∼120s 로 용체화 처리하고, 산세척 후 냉간 압연하여 판 두께를 0.15㎜ 로 하였다. 그리고 360∼400℃×3∼48h 로 시효 처리하고, 산세척 연마에 의해 표면 조도를 조정한 후, Cu 베이스의 얇은 Sn 도금을 실시하고 리플로 처리하였다.

시험과 평가는 실시예 1 과 동일하게 실시하였다.

본 발명예에 있어서, No.1∼6 은 청구항 2 와 3 을 만족하고 있고, 강도가 높고 굽힘 가공성 및 프레스 가공성도 양호하다. 이 중 No.1 외에는 청구항 5 를 만족하고 있기 때문에, 윤활제를 사용했을 때의 프레스 가공성이 더욱 양호해져 있다. 또, No.2, 3 외에는 청구항 4 를 만족하고 있고, 강도의 향상이 인정된다.

한편 비교예에 있어서, No.7 은 Cu 도금 및 Sn 도금을 실시하지 않은 티탄 구리이고, No.8 은 Cu 도금 두께가 청구항의 규정보다 얇은 티탄 구리이다. 발명예와 비교하여 버가 높고 파단면 비율이 낮기 때문에 금형의 마모가 진행되어 있다고 말할 수 있다. 그리고 No.9 는, Cu 도금 및 Sn 도금하지 않고 내질 개선에 의해 프레스 가공성을 양호하게 한 것이지만, S 를 다량으로 함유하고 있기 때문에 연성이 저하되고, 굽힘 가공성이 열화되어 있다. No.10 은 결정 입경이 작고, 애스펙트비가 작기 때문에 최종 압연에서의 가공도가 높아 굽힘 가공성이 열화되어 있다. No.11 은 결정 입경이 지나치게 크고, 강도가 낮다. MBR/t 는 1 이하이지만, 굽힘부에 표면 거침이 발생한다. No.9, 10, 11 은 프레스 가 공성은 양호하나, 본 발명의 목적은 높은 강도와 양호한 굽힘 가공성을 구비하고, 나아가 프레스 가공성의 개선을 목적으로 하고 있다.

또한, 실시예 1 과 실시예 2 의 버의 높이를 비교하면, Sn 을 도금하고 열처리한 실시예 2 측이 버 높이가 작고, 프레스 가공성이 개선되어 있음을 알 수 있다.

실시예 3

실시예 1, 2 외의 다른 합금계에 대해서도 금형 마모의 저감 효과를 검증하였다. 표 11 에 조사한 합금의 성분을 나타낸다. 각각 용해 주조 후 열연하고, 냉연, 소둔을 반복하여 판 두께 0.15㎜ 의 냉연판을 얻고, Cu 도금하였다. Cu 도금층의 상태를 표 12 에 나타낸다. 그리고 실시예 1 과 동일한 조건으로 연속 프레스를 실시하여, 윤활제가 없는 경우와 있는 경우에서 버 높이 및 파단면 비율을 측정하여 금형의 마모성을 평가하였다.

본 발명예 No.1∼5 는, 청구항 1 을 만족하는 표면 처리가 실시되어 있어, 비교예 6∼10 에 나타낸 같은 성분의 재료보다 파단면 비율이 크고, 버 높이가 작 게 되어 있다. 또한, No.1 외에는 청구항 5 도 만족하고 있기 때문에, 윤활제를 사용한 프레스 가공에 있어서 금형의 마모 억제 효과가 더욱 높아져 있다.

한편 비교예에 있어서, No.6∼10 은 Cu 도금이 되어 있지 않기 때문에, 발명예에 나타낸 같은 성분의 재료보다 각별히 금형의 마모가 진행되어 있다. 그리고, No.11, 12 는 Cu 층이 얇기 때문에, 프레스 가공 중에 Cu 층이 단절되어, 베이스재 중의 탄화물 형성 원소와 공구 표면의 격절이 불충분해지고, 기대한 만큼의 효과를 얻을 수 없었다.

이와 같이, 철강 중에서 탄화물을 형성하기 쉬운 원소를 함유하는 구리 합금은 프레스 가공에 있어서 금형이 마모되기 쉽지만, 본 발명에서 규정한 표면 처리를 실시함으로써 금형 마모가 저감되고, 따라서 정밀 프레스가 가능해진다.

본 발명은 높은 강도와 양호한 굽힘 가공성을 구비하고, 나아가 프레스 가공성의 개선도 달성할 수 있다.

Claims

탄화물의 표준 생성 자유 에너지가 상온에서 -42kJ/㏖ 이하 (절대값 42kJ/㏖ 이상) 인 1 종 또는 2 종 이상을 합금의 구성 원소로 하고, 그 함유량이 0.1∼5.0mass% 이고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 또 압연 평행 단면의 결정 입자가 원 상당 직경의 평균값으로 0.5㎛∼30㎛, 결정 입자의 폭과 길이의 비로 한 애스펙트비의 평균값이 1/5 이상인 구리기 합금에, Cu 를 두께 0.05∼2.00㎛ 도금하는 것을 특징으로 하는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재.
탄화물의 표준 생성 자유 에너지가 상온에서 -42kJ/㏖ 이하 (절대값 42kJ/㏖ 이상) 인 1 종 또는 2 종 이상을 합금의 구성 원소로 하고, 그 함유량이 0.1∼5.0mass% 이고, 잔부가 Cu 및 불가피적 불순물로 이루어지고, 압연 평행 단면의 결정 입자에 있어서 원 상당 직경의 평균값이 0.5㎛∼30㎛, 결정 입자의 폭과 길이의 비로 한 애스펙트비의 평균값이 1/5 이상인 구리기 합금에, Cu 를 두께 0.05∼2.00㎛ 도금하고, 또 그 상층에 Sn 을 두께 0.005∼O.20㎛ 도금한 후, Cu 도금층과 Sn 도금층이 확산층을 형성시키는 열처리를 하는 것을 특징으로 하는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 구리기 합금의 구성 원소로서 Ti: 2.0∼4.0mass% 를 함유하는 것을 특징으로 하는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소 재.
제 3 항에 있어서, 구리기 합금의 구성 원소 Ti 이외의 첨가 원소로서 Fe, Cr, Nb, V, Zr, Co, Si, Ni, B, P, Be 중에서 1 종 또는 2 종 이상을 추가로 0.01∼O.50mass% 함유하는 것을 특징으로 하는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 Cu 도금면 또는 상기 Sn 도금면에 있어서 압연 직각 방향의 표면 조도가 Ry: 0.3∼3.0㎛, Rz: 0.3∼3.0㎛, Sm: 0.01∼0.5㎜ 로 조정되고, 또 (Ry－Rz)/Rz≤1 로 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공구강으로 이루어지는 펀치 및 다이에서 프레스 펀칭되는 프레스 펀칭성이 우수한 전자부품용 소재.