KR20130109238A - High-strength copper alloy forging - Google Patents

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KR20130109238A
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copper alloy
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forging
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KR1020137021662A
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요시하루 미야베
마모루 미즈사와
신지 다나카
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더 재팬 스틸 워크스 엘티디
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Abstract

본 발명은 고경도, 고강도, 고열전도율의 특성을 가진 고강도 동합금 단조재에 관한 것이다. 질량%로 환산하여, 3% 내지 7.2%의 Ni, 0.7% 내지 1.8%의 Si, 0.02% 내지 0.35%의 Zr, 및 0.002% 내지 0.05%의 P를 함유하고. 추가로 필요에 따라서, Cr, Mn, 및 Zn 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.5% 이하 함유하는 고강도 동합금 단조재에 의해 적량의 Zr과 P가 작용하여 가공시나 열처리시에 재료에 크랙이 발생하지 않고 가공 및 열처리후에 있어서 고경도, 고강도 및 고열전도율의 특성을 구비할 수 있어 수지사출 금형재나 항공기 부재 등에 적합하게 사용할 수 있다.The present invention relates to a high strength copper alloy forging material having the characteristics of high hardness, high strength, high thermal conductivity. In terms of mass%, it contains 3% to 7.2% of Ni, 0.7% to 1.8% of Si, 0.02% to 0.35% of Zr, and 0.002% to 0.05% of P. In addition, if necessary, a suitable amount of Zr and P are applied by a high strength copper alloy forging material containing 1.5% or less of one, two or more of Cr, Mn, and Zn in total, so that cracks may occur in the material during processing or heat treatment. It can be used suitably for resin injection mold materials, aircraft members, etc., because it can be characterized by high hardness, high strength, and high thermal conductivity after processing and heat treatment.

Description

고강도 동합금 단조재{HIGH-STRENGTH COPPER ALLOY FORGING}High Strength Copper Alloy Forgings {HIGH-STRENGTH COPPER ALLOY FORGING}

본 발명은 수지사출 금형재를 포함하는 단조성형품 등에 적합한 고강도 동합금 단조재에 관한 것이다.The present invention relates to a high-strength copper alloy forging material suitable for forging molded article including a resin injection mold material.

종래, 도전성 및 열전도성이 우수한 합금으로서, 황동(Cu-Zn 계), 청동(Cu-Sn 계), Be 동(銅), 및 콜슨 합금(Corson alloy)(Cu-Ni-Si 계)과 같은 동합금이 사용되고 있다. 특히, 열전도성과 함께, 강도 및 경도가 요구되는 수지사출 금형재, 항공기 부재 등을 위해 Be 동, 콜슨 합금 등이 사용되었다. 그러나, 상기의 Be 동은 용해나 가공시에 발생하는 분진의 유독성이 염려되어 그 대체재가 요구되고 있다. 또한, 콜슨 합금에는 고열전도성, 고강도, 및 고경도가 요구된다.Conventionally, alloys having excellent conductivity and thermal conductivity include brass (Cu-Zn-based), bronze (Cu-Sn-based), Be copper, and Corson alloy (Cu-Ni-Si-based). Copper alloys are used. In particular, Be copper and Coulson alloys have been used for resin injection mold materials, aircraft members, and the like, which require strength and hardness along with thermal conductivity. However, the above-mentioned Be copper is concerned about the toxicity of dust generated during melting and processing, and a replacement material is required. In addition, Colson alloys require high thermal conductivity, high strength, and high hardness.

또한, 일반적으로 Cu 합금에는 단조시 또는 열처리시에 크랙이 발생하기 쉬어, 열간가공성(熱間加工性)의 향상 외에도 연성의 향상도 역시 요구된다.In addition, in general, a Cu alloy tends to crack during forging or heat treatment, and in addition to the improvement of hot workability, the ductility is also required.

최근에, 동합금의 포일 밴드(foil band)로 강도를 증가시키고, 또한 굽힘 가공성을 향상시키기 위한 방식으로서, Cu-Ni-Si 계 동합금에 Mg, Sn, Ti, Zr, Al, Mn 등을 첨가한 동합금이 제안되어 있다(특허문헌1 내지 5 참조). Mg, Sn은 매트릭스에서 고용(固溶) 처리하여 강도를 향상시키고 있다. Ti, Zr, Al, 및 Mn은 황과 친화성이 강하기 때문에 황과 화합물을 형성하고, 그 결과, 열간가공 크랙의 원인이 되는 결정립계(grain boundary: 結晶粒界)에 대한 황화물의 편석(偏析)을 경감하게 된다. Recently, Mg, Sn, Ti, Zr, Al, Mn, etc. have been added to Cu-Ni-Si-based copper alloys as a method for increasing the strength and increasing the bending workability of the copper alloy foil bands. Copper alloys are proposed (see Patent Documents 1 to 5). Mg and Sn improve the strength by solid solution treatment in the matrix. Since Ti, Zr, Al, and Mn have a strong affinity with sulfur, they form a compound with sulfur, and as a result, segregation of sulfides to grain boundaries causing hot work cracking Will alleviate.

특허문헌2, 3, 및 5에 나타낸 동합금 포일 밴드는 Sn, Mn, Zr 등을 첨가하고, 이어서 용체화처리(solution treatment)와 시효처리(aging treatment)의 전후에 열간압연 및 냉간압연 또는 열간인발(hot drawing) 및 냉간인발(cold drawing)을 반복하여 종래의 동합금 포일 밴드의 굽힘 가공성 및 강도를 상회하는 굽힘 가공성과 강도를 달성하고 있다.The copper alloy foil bands shown in Patent Literatures 2, 3, and 5 are added with Sn, Mn, Zr, and the like, followed by hot rolling and cold rolling or hot drawing before and after solution treatment and aging treatment. (hot drawing) and cold drawing are repeated to achieve bending workability and strength that exceeds the bending workability and strength of conventional copper alloy foil bands.

일본특허공개 제2006-9108호Japanese Patent Publication No. 2006-9108 일본특허공개 제2008-196042호Japanese Patent Publication No. 2008-196042 일본특허공개 제2008-223136호Japanese Patent Publication No. 2008-223136 일본특허공개 제2008-266787호Japanese Patent Publication No. 2008-266787 일본특허공개 제2010-106363호Japanese Patent Publication No. 2010-106363

그러나, Cu 합금성형품을 제조하는 경우, 주로 열간단조에 의해 가공 및 성형을 행한다. 따라서, 포일 밴드 제조에서 수행되는 압연가공이나 인발가공이 사용될 수 없을 경우, 특허문헌 2, 3, 및 5에 나타낸 바와 같은 성분을 이용하여 단조성형품을 제조하여도 고강도를 획득할 수는 없다.However, when manufacturing a Cu alloy molded article, processing and molding are mainly performed by hot forging. Therefore, in the case where rolling processing or drawing processing performed in foil band production cannot be used, high strength cannot be obtained even when a forged molded article is manufactured using the components shown in Patent Documents 2, 3, and 5.

이러한 고강도를 획득하기 위해서는, Ni와 Si의 첨가량을 증대시키는 것이 효과적이다. 그러나, Ni 또는 Si의 양이 증가함에 따라서 열전도성 또는 열간가공성이 열화된다. 또한, 응고(응집) 중에 형성되는 결정물질 또는 열처리 중에 형성되는 석출물이 증가하여, 결과적으로 열처리 이후의 연성을 저하시킨다. In order to acquire such a high strength, it is effective to increase the addition amount of Ni and Si. However, as the amount of Ni or Si increases, the thermal conductivity or hot workability deteriorates. In addition, crystalline materials formed during solidification (agglomeration) or precipitates formed during heat treatment increase, resulting in lowered ductility after heat treatment.

본 발명은 상기 설명한 문제를 배경으로 이루어진 것으로서, 수지사출 금형재를 포함하여 단조성형품 등에 사용 가능하고, 고경도, 고강도, 고연성, 및 고열전도율의 특성을 제공할 수 있는 고강도 동합금 단조재를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.The present invention has been made in the background of the above-described problems, and provides a high strength copper alloy forging material that can be used in forged molded products, including a resin injection mold material, and can provide characteristics of high hardness, high strength, high ductility, and high thermal conductivity. It is for that purpose.

상기 문제를 해결하기 위해, 본 발명에 있어서는, Cu-Ni-Si 계 동합금에서, 결정립계에 대한 Ni2Si의 석출(침전)을 억제하여 연성을 높이는 효과를 구비하는 Zr을 적량 함유할 수 있도록 한다. 또한, 미세 석출물의 밀도를 증가시키는 효과를 구비하는 한편, Ni, Si, 및 Zr과 함께 화합물을 형성하는 P를 적량 함유할 수 있도록 하여, 결과적으로 고경도, 고강도, 고열전도율의 특성을 가진 재료를 획득할 수 있다.In order to solve the above problems, in the present invention, Cu-Ni-Si-based copper alloys can contain a suitable amount of Zr having an effect of increasing the ductility by suppressing precipitation (precipitation) of Ni 2 Si to a grain boundary. . In addition, while having the effect of increasing the density of the fine precipitate, it can contain a suitable amount of P to form a compound together with Ni, Si, and Zr, resulting in a material having the characteristics of high hardness, high strength, high thermal conductivity Can be obtained.

본 발명의 제1양태에 따르면, 질량%를 기준으로, 3% 내지 7.2%의 Ni, 0.7% 내지 1.8%의 Si, 0.02% 내지 0.35%의 Zr, 및 0.002% 내지 0.05%의 P를 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 동합금 단조재를 제공한다.According to a first aspect of the invention, based on mass%, it contains 3% to 7.2% Ni, 0.7% to 1.8% Si, 0.02% to 0.35% Zr, and 0.002% to 0.05% P It provides a high strength copper alloy forging material characterized in that.

본 발명의 제2양태에 따르면, 질량%를 기준으로, 3% 내지 7.2%의 Ni, 0.7% 내지 1.8%의 Si, 0.02% 내지 0.35%의 Zr, 및 0.002% 내지 0.05%의 P를 함유하고. 추가로 Cr, Mn, 및 Zn 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.5% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는 고강도 동합금 단조재를 제공한다.According to a second aspect of the present invention, by mass%, it contains 3% to 7.2% Ni, 0.7% to 1.8% Si, 0.02% to 0.35% Zr, and 0.002% to 0.05% P . Furthermore, the high strength copper alloy forging material characterized by containing 1.5% or less in total of 1 type, or 2 or more types of Cr, Mn, and Zn is provided.

본 발명의 제3양태에 따르면, 상기 제1양태 또는 제2양태에 있어서, 상기 고강도 동합금 단조재는 650 MPa 이상의 0.2% 내력, 5% 이상의 신장율, 및 30% IACS 이상의 도전율을 구비한다.According to a third aspect of the invention, in the first or second aspect, the high strength copper alloy forging has a 0.2% yield strength of at least 650 MPa, at least 5% elongation, and a conductivity of at least 30% IACS.

본 발명에 따르면, 가공시나 열처리시에, 재료에 크랙이 거의 발생하지 않고, 고경도, 고강도, 및 고열전도율의 특성을 구비한 고강도 동합금 단조재를 달성할 수 있다.According to the present invention, at the time of processing or heat treatment, almost no crack is generated in the material, and a high strength copper alloy forging material having characteristics of high hardness, high strength, and high thermal conductivity can be achieved.

이하, 본 발명에 관한 각 성분의 조성 한정 이유를 설명한다. 또한, 다음의 성분의 함유량은 모두 질량%로 표시된다. 또한, "질량%"와 "중량%"는 동의어이다.
Hereinafter, the reason for composition limitation of each component which concerns on this invention is demonstrated. In addition, all content of the following component is represented by the mass%. In addition, "mass%" and "weight%" are synonymous.

Ni: 3% 내지 7.2%Ni: 3% to 7.2%

Si: 0.7% 내지 1.8%Si: 0.7% to 1.8%

시효처리를 행하는 것에 의해 Ni와 Si는 미세한 Ni2Si를 주성분으로 하는 금속간화합물의 석출입자를 형성하는 한편, 합금의 강도를 현저하게 증가시킨다. 또한, 시효처리에서의 Ni2Si의 석출에 따라서, 도전성이 향상되고, 열전도율이 향상된다. 그러나, Ni 농도가 3% 미만이고 또한 Si 농도가 0.7%인 경우, 목표 강도를 획득하지 못한다. 또한, Ni 농도가 7.2%를 초과하고 또한 Si 농도가 1.8%를 초과하는 경우는 단조시에 Ni2Si, Ni5Si2 등이 대량으로 결정화되거나 석출(침전)되며, 그 결과 단조처리 또는 열처리 시에 크랙이 쉽게 발생한다. 또한, Ni 농도가 7.2%를 초과하면, 도전율도 저하하고, 열전도율이 저하한다. 제조성이나 특성의 균형을 고려하면, Ni 농도의 하한은 3.5%가 바람직하고, 그 상한은 6.6%가 바람직하다. Si 농도의 하한은 0.8%가 바람직하고, 그 상한은 1.7%가 바람직하다. 또한, Ni/Si 비는 3.8 내지 4.6이 바람직하다. 이 비를 벗어나면 과잉의 Ni 또는 Si가 Cu 매트릭스 내에 고용(固溶)되어 열전도율을 저하시킨다.
By performing the aging treatment, Ni and Si form precipitated particles of the intermetallic compound mainly composed of fine Ni 2 Si, while significantly increasing the strength of the alloy. In addition, with precipitation of Ni 2 Si in the aging treatment, the conductivity is improved and the thermal conductivity is improved. However, when the Ni concentration is less than 3% and the Si concentration is 0.7%, the target strength is not obtained. In addition, when the Ni concentration exceeds 7.2% and the Si concentration exceeds 1.8%, Ni 2 Si, Ni 5 Si 2, etc. are crystallized or precipitated (precipitated) in a large amount during forging, and as a result, forging or heat treatment Cracks easily occur at the time. Moreover, when Ni concentration exceeds 7.2%, electrical conductivity will also fall and thermal conductivity will fall. In consideration of the balance between manufacturability and characteristics, the lower limit of the Ni concentration is preferably 3.5%, and the upper limit thereof is preferably 6.6%. The lower limit of the Si concentration is preferably 0.8%, and the upper limit thereof is preferably 1.7%. In addition, the Ni / Si ratio is preferably 3.8 to 4.6. Outside this ratio, excess Ni or Si is dissolved in the Cu matrix to lower the thermal conductivity.

Zr:0.02 내지 0.35%Zr: 0.02 to 0.35%

Zr은 황과 친화성이 강하기 때문에 황과 화합물을 형성하고, 가공 크랙(열간가공 크랙)의 원인이 되는 결정립계(grain boundary: 結晶粒界)에 대한 황화물의 편석(偏析)을 경감하여 가공성(열간가공성)을 개선한다. 한편으로, 본 출원의 발명자들의 공들인 연구조사에 따르면, Zr을 함유하여 Ni 또는 Si의 확산이 억제되고, 그 결과 결정입계 상에 석출(침전)되는 Ni2Si가 감소하고, 그에 따라서 시효 이후의 연성이 개선되는 것을 발견하였다. 이 효과를 얻기 위해, Zr의 양을 0.02% 이상 함유시킬 수 있다. 그러나, 0.35% 이상의 양을 함유하면, Zr 산화물 및 Ni2SiZr 등의 결정화물의 증가, 응고(응집)에 의해 제조성이나 특성이 열화된다. 따라서, 그 상한을 0.35%로 한다. 제조성이나 특성의 형평성을 고려하면, 그 하한은 0.05%가 바람직하고, 그 상한은 0.3%가 바람직하다.
Since Zr has a strong affinity with sulfur, it forms a compound with sulfur and reduces the segregation of sulfides at grain boundaries that cause processing cracks (hot working cracks). Processability). On the other hand, according to the research conducted by the inventors of the present application, the diffusion of Ni or Si containing Zr is suppressed, and as a result, Ni 2 Si precipitated (precipitated) on the grain boundaries is reduced, and accordingly after aging It has been found that ductility is improved. In order to acquire this effect, the amount of Zr can be contained 0.02% or more. However, when an amount of 0.35% or more is contained, the manufacturability and characteristics are deteriorated due to the increase and coagulation (agglomeration) of crystallization such as Zr oxide and Ni 2 SiZr. Therefore, the upper limit is made into 0.35%. In view of manufacturability and equity of characteristics, the lower limit thereof is preferably 0.05%, and the upper limit thereof is preferably 0.3%.

P: 0.002 내지 0.05%P: 0.002 to 0.05%

P는 미세 석출물의 밀도를 증가시켜 강도를 향상시키고, 또한, Ni, Si, 및 Zr과 함께 화합물을 형성하며, 이 화합물에는 Ni2Si, Ni2SiZr 등에 미량의 P가 함유되어 경도를 증가시킨다. 이러한 효과들(강도, 경도 향상 등)를 얻기 위해 0.002% 이상의 양으로 P를 함유시킬 수 있다. 그러나, P가 0.05% 이상의 양으로 함유되면, 열전도율이 크게 저하한다. 따라서, 그 상한을 0.05%로 한다. 같은 이유로, 그 하한을 0.01%로 하는 것이 바람직하고, 그 상한을 0.04%로 하는 것이 바람직하다.
P improves the strength by increasing the density of fine precipitates, and also forms a compound with Ni, Si, and Zr, which contains a small amount of P in Ni 2 Si, Ni 2 SiZr and the like to increase hardness. . P may be contained in an amount of 0.002% or more in order to obtain these effects (strength, hardness, etc.). However, when P is contained in an amount of 0.05% or more, the thermal conductivity greatly decreases. Therefore, the upper limit is made into 0.05%. For the same reason, the lower limit is preferably 0.01%, and the upper limit is preferably 0.04%.

Cr, Mn, Zn: 합계 1.5% 이하Cr, Mn, Zn: 1.5% or less in total

Cr, Mn, Zn을 필요에 따라서 적어도 1 종 함유한다.Cr, Mn, Zn is contained at least 1 type as needed.

Cr은 Si와 함께 금속간화합물을 형성하고, 강도를 향상시키고, 결정입자를 미세화하는 효과를 가지고 있다. Mn은 황과의 친화성이 강하기 때문에 황과 화합물을 형성하고, 가공 크랙(열간가공 크랙)의 원인이 되는 결정립계에 대한 황화물의 편석을 경감하여 가공성(열간가공성)을 개선한다. Zn은 고용 경화에 의해 강도를 향상시키는 작용을 한다. 또한, 용해시에 저렴한 황동 스크랩을 사용할 수 있으면, 제조비용을 절감할 수 있다. 그러나, Cr, Mn, 및 Zn을 합계량 기준으로 과잉 함유하면 열전도율이 저하한다. 따라서, Cr, Mn, 및 Zn의 합계량을 1.5% 이하로 하는 것이 바람직하다.Cr has the effect of forming an intermetallic compound with Si, improving strength, and miniaturizing crystal grains. Since Mn has a strong affinity with sulfur, it forms a compound with sulfur and improves workability (hot workability) by reducing the segregation of sulfides at grain boundaries that cause processing cracks (hot work cracks). Zn acts to improve strength by solid solution hardening. In addition, if an inexpensive brass scrap can be used at the time of melting, manufacturing cost can be reduced. However, when Cr, Mn, and Zn are excessively contained on the basis of the total amount, the thermal conductivity decreases. Therefore, it is preferable to make the total amount of Cr, Mn, and Zn into 1.5% or less.

보다 바람직한 것은, Cr, Mn 및 Zn의 합계량을 1.0% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, Cr, Mn, 및 Zn 중 적어도 1 종을 함유하는 경우, 합계량 기준으로 0.1% 이상인 것이 바람직하다.As for the more preferable thing, it is preferable to make the total amount of Cr, Mn, and Zn into 1.0% or less. Moreover, when it contains at least 1 sort (s) among Cr, Mn, and Zn, it is preferable that it is 0.1% or more on the basis of total amount.

본 발명의 고강도 동합금 단조재는 상기의 금속 조성물을 구비하고, 그 잔여분(balance)은 Cu 및 불가피성 불순물로 구성된다.The high strength copper alloy forging material of this invention is equipped with said metal composition, and the balance consists of Cu and an unavoidable impurity.

본 발명의 고강도 동합금 단조재는 통상적 방법으로 제조될 수 있다.The high strength copper alloy forgings of the present invention can be produced by conventional methods.

본 발명에 이용되는 동합금은 통상적 방법에 의해 용제(溶製: ingoted)될 수 있다. 예를 들면, 진공분위기, 불활성분위기, 또는 대기분위기 등에서 재료를 용해하여, 잉곳[또는 주괴(鑄塊)]을 획득할 수 있다. 분위기는 진공분위기, 또는 불활성분위기가 바람직하다. 그러나, 동합금을, 예를 들면, 대기 고주파로(high frequency furnace)에서 용제할 수도 있다. 또한, 일렉트로슬랙(electroslag) 재용해로(remelting furnace) 등을 이용한 2차용해를 수행할 수도 있다. 연속단조법에 의해 판재를 획득하는 것도 가능하다.The copper alloy used in the present invention may be ingoted by conventional methods. For example, ingots (or ingots) can be obtained by dissolving the material in a vacuum atmosphere, an inert atmosphere, an air atmosphere, or the like. The atmosphere is preferably a vacuum atmosphere or an inert atmosphere. However, the copper alloy may also be solvent, for example, in an atmospheric high frequency furnace. In addition, secondary melting using an electroslag remelting furnace or the like may be performed. It is also possible to obtain a plate by the continuous forging method.

동합금은 필요에 따라서 가공이 시행된다. 가공의 내용은 본 발명에 있어서는 특히 한정된 것은 없으며, 어떠한 가공방법을 이용하여도 본 발명의 특성을 얻는 것이 가능하다. 또한, 생산성(제조성)을 고려하면 가공방식은 열간가공이 바람직하고, 600℃ 이상에서의 열간가공이 더욱 바람직하다. 그러나, 실온에서의 가공에 의해서도 열간가공의 특성과 동일한 특성을 획득할 수 있다. 또한, 가공은 열간가공과 냉간가공을 조합한 것도 가능하다. 또한, 가공으로서는 단조가 바람직하고, 열간단조가 더욱 바람직하며, 600℃ 이상에서의 열간가공이 더욱더 바람직하다. 단조방법으로서는 예를 들면, 프레스, 햄머, 압연 등과 같은 공지의 방법을 사용할 수 있다.Copper alloys are processed as needed. The content of the processing is not particularly limited in the present invention, and the characteristics of the present invention can be obtained using any processing method. In consideration of productivity (manufacturability), the processing method is preferably hot working, more preferably 600 ° C. or more. However, the same characteristics as those of the hot working can also be obtained by processing at room temperature. Further, the machining may be a combination of hot machining and cold machining. Moreover, as a process, forging is preferable, hot forging is more preferable, and hot processing in 600 degreeC or more is more preferable. As the forging method, for example, a known method such as press, hammer, rolling, or the like can be used.

가공된 동합금재에는 가공 이후 또는 가공 도중에 용체화처리(solution treatment)를 수행하는 것도 역시 가능하다. 용체화처리의 조건은 예를 들면 800 ℃ 내지 1000℃에서 1시간 내지 10시간 유지하고, 이후, Ni 및 Si를 충분히 고용시키기 위해 500℃ 이상의 온도 범위에서 5℃/초 이상의 냉각속도로 냉각하는 것을 포함할 수 있다.It is also possible to perform solution treatment on the processed copper alloy material after or during processing. The conditions of the solution treatment are maintained at, for example, 1 to 10 hours at 800 ° C to 1000 ° C, and then cooling at a cooling rate of 5 ° C / sec or more in a temperature range of 500 ° C or higher to sufficiently dissolve Ni and Si. It may include.

가공된 동합금재에 대해서는 고용화 처리후 또는 가공후 시효처리를 시행할 수 있다. 시효처리의 조건은 예를 들면, 400℃ 내지 500℃에서 1시간 내지 30시간 유지하는 것을 포함할 수 있다.The processed copper alloy material may be subjected to either aging treatment or post-processing aging treatment. The conditions of the aging treatment may include, for example, maintaining for 1 hour to 30 hours at 400 ℃ to 500 ℃.

결과물로서 획득한 고강도 동합금재는 650 MPa 이상의 0.2% 내력, 5% 이상의 신장율, 및 30% IACS 이상의 도전율의 특성을 구비한다.The high strength copper alloy material obtained as a result has the characteristics of 0.2% yield strength of 650 MPa or more, elongation of 5% or more, and conductivity of 30% IACS or more.

또한, 본 발명의 고강도 동합금 단조재는 단조재로서 우수한 특성을 가지고 있다. 그러나, 본 발명의 조성에 있어서는 단조 등의 상기 가공이 시행되지 않은 주조재(casting material)에 있어서도 양호한 연성 등의 특성을 획득할 수 있다.
Moreover, the high strength copper alloy forging material of this invention has the outstanding characteristic as a forging material. However, in the composition of the present invention, even in a casting material in which the above processing such as forging is not performed, properties such as good ductility can be obtained.

실시예Example

이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described.

표 1의 성분조성(그 밖의 불가피성 불순물을 포함)이 이루어지도록, 원료를 배합하고, 이 원료를 진공유도 용해로에서 용해하여 100mm(지름) × 200mm(길이)의 합금을 형성하였다. 이 합금에 대해 900℃에서 햄머를 이용하여 열간단조를 시행하여 25mm 두께의 판재를 형성하였다. 970℃에서 4시간 유지시킨 후에, 수냉식(水冷式)으로 용체화처리를 수행하였다. 그 후, 400℃ 내지 500℃에서 1시간 내지 30시간 동안 각 조성의 재료에 대해 적합한 시효처리를 각각 수행하여 샘플 재료를 획득하였다.The raw materials were blended so that the composition of compositions in Table 1 (including other unavoidable impurities) was achieved, and the raw materials were dissolved in a vacuum induction melting furnace to form an alloy of 100 mm (diameter) × 200 mm (length). This alloy was subjected to hot forging using a hammer at 900 ° C. to form a plate having a thickness of 25 mm. After holding at 970 ° C. for 4 hours, a solution treatment was performed by water cooling. Thereafter, suitable aging treatments were respectively performed on the materials of each composition at 400 ° C to 500 ° C for 1 to 30 hours to obtain a sample material.

샘플
재료 No.
Sample
Material No.
성분(질량%)Component (mass%)
시효조건
(℃×시간)

Aging conditions
(℃ × time)
CuCu NiNi SiSi ZrZr PP CrCr MnMn ZnZn Cr,Mn,Zn의 합계Sum of Cr, Mn and Zn Ni/Si비Ni / Si ratio







room
city
Yes
1One 잔여분Residue 4.164.16 0.950.95 0.090.09 0.0180.018 -- -- -- -- 4.384.38 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours
22 잔여분Residue 5.155.15 1.141.14 0.160.16 0.0170.017 -- -- -- -- 4.524.52 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 33 잔여분Residue 4.834.83 1.121.12 0.080.08 0.0040.004 0.430.43 0.190.19 0.330.33 0.950.95 4.314.31 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 44 잔여분Residue 7.207.20 1.801.80 0.220.22 0.0340.034 -- -- -- -- 4.004.00 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 55 잔여분Residue 3.703.70 0.920.92 0.270.27 0.0480.048 0.020.02 -- -- 0.020.02 4.024.02 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 66 잔여분Residue 4.104.10 0.980.98 0.090.09 0.0160.016 0.020.02 0.400.40 -- 0.420.42 4.184.18 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 77 잔여분Residue 3.103.10 0.740.74 0.030.03 0.0200.020 -- -- -- -- 4.194.19 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 88 잔여분Residue 5.045.04 1.171.17 0.320.32 0.0490.049 -- 0.200.20 0.500.50 0.700.70 4.314.31 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 99 잔여분Residue 6.606.60 1.651.65 0.120.12 0.0030.003 0.400.40 -- -- 0.400.40 4.004.00 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours







ratio
School
Yes
1010 잔여분Residue 7.307.30 1.571.57 -- -- -- -- -- -- 4.654.65 425℃×30시간425 ° C × 30 hours
1111 잔여분Residue 4.244.24 0.990.99 -- -- -- -- -- -- 4.284.28 450℃× 1시간450 ℃ × 1 hour 1212 잔여분Residue 8.378.37 0.930.93 -- -- -- -- -- -- 9.009.00 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 1313 잔여분Residue 3.773.77 0.950.95 0.160.16 -- -- -- -- -- 3.973.97 475℃× 3시간475 ℃ × 3 hours 1414 잔여분Residue 4.254.25 0.930.93 -- 0.0550.055 -- -- -- -- 4.574.57 500℃× 1시간500 ℃ × 1 hour 1515 잔여분Residue 4.854.85 1.181.18 0.360.36 0.0230.023 0.490.49 0.500.50 0.580.58 1.571.57 4.114.11 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 1616 잔여분Residue 7.777.77 1.871.87 0.100.10 0.0220.022 0.420.42 -- -- 0.420.42 4.164.16 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 1717 잔여분Residue 2.202.20 0.550.55 0.010.01 0.0020.002 -- -- -- -- 4.004.00 450℃× 1시간450 ℃ × 1 hour 1818 잔여분Residue 8.128.12 2.052.05 0.120.12 0.0300.030 -- -- -- -- 3.963.96 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours 1919 잔여분Residue 5.335.33 1.391.39 0.080.08 0.0060.006 3.033.03 0.220.22 0.150.15 3.403.40 3.833.83 450℃×10시간450 ℃ × 10 hours

준비된 샘플 재료에 대하여 하기와 같이 평가를 시행하였다.
The prepared sample material was evaluated as follows.

(인장실험)(Tension test)

JIS Z2201(2010) 및 JIS Z2241(2010)에 기초하여 각 샘플 재료에 대하여 상온인장시험을 수행하고, 0.2% 내력(Y.S), 인장강도(T.S), 신장율, 및 면적감소(수축율)를 평가하였다. 그 측정결과를 표 2에 나타냈다.
Room temperature tensile tests were performed on each sample material based on JIS Z2201 (2010) and JIS Z2241 (2010), and 0.2% yield strength (YS), tensile strength (TS), elongation rate, and area reduction (shrinkage rate) were evaluated. . The measurement results are shown in Table 2.

(비커스 경도)(Vickers hardness)

각 샘플 재료에 대하여 JIS Z2244(2010)에 기초하여 5kg의 하중에서 비커스 경도를 측정하였다. 그 측정결과를 표 2에 나타냈다.
For each sample material, Vickers hardness was measured at a load of 5 kg based on JIS Z2244 (2010). The measurement results are shown in Table 2.

(열전도율)(Thermal conductivity)

각 샘플 재료에 대하여 도전율을 측정하였다. 비데만-프란츠 법(Wiedemann-Franz Law)에 표시된 바와 같이 열전도율은 도전율에 대해 대략 비례관계에 있기 때문에 도전율로 열전도율을 평가하는 것이 가능하다. 그 측정결과를 표 2에 나타냈다.
The conductivity was measured for each sample material. As indicated by the Wiedemann-Franz Law, the thermal conductivity is approximately proportional to the conductivity, so it is possible to evaluate the thermal conductivity with conductivity. The measurement results are shown in Table 2.

샘플재료
Sample material
0.2% Y.S
(MPa)
0.2% YS
(MPa)
T.S
(MPa)
TS
(MPa)
신장율
(%)
Elongation rate
(%)
면적감소율(%)Area reduction rate (%) 비커스경도(Hv)Vickers Hardness (Hv) 도전율
(%IACS)
Conductivity
(% IACS)









room
city
Yes


1One 667667 772772 8.88.8 19.019.0 266266 36.136.1
22 728728 809809 7.27.2 20.820.8 291291 35.135.1 33 750750 806806 13.213.2 19.519.5 296296 35.035.0 44 676676 781781 6.66.6 16.016.0 315315 30.230.2 55 733733 789789 11.011.0 22.022.0 288288 31.031.0 66 699699 766766 8.18.1 16.216.2 264264 36.136.1 77 689689 755755 6.56.5 13.013.0 268268 40.040.0 88 781781 866866 5.95.9 18.118.1 321321 33.433.4 99 651651 766766 10.010.0 16.316.3 292292 33.133.1










ratio
School
Yes


1010 513513 607607 2.42.4 5.95.9 277277 31.231.2
1111 610610 620620 1.81.8 5.95.9 253253 37.737.7 1212 623623 764764 4.64.6 10.510.5 264264 29.629.6 1313 616616 717717 7.67.6 15.415.4 255255 35.235.2 1414 735735 813813 1.81.8 5.25.2 301301 33.233.2 1515 762762 830830 4.14.1 13.613.6 302302 29.229.2 1616 740740 855855 3.63.6 11.011.0 322322 28.528.5 1717 460460 520520 6.96.9 16.216.2 203203 52.552.5 1818 760760 856856 2.52.5 8.38.3 333333 23.223.2 1919 712712 811811 3.03.0 9.29.2 297297 29.029.0

표 2에 표시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 샘플 재료는 650MPa 이상의 0.2% 내력, 5% 이상의 신장율, 30% IACS 이상의 도전율을 가지며, 또한, 비교예의 샘플 재료의 경도와 동등 또는 그 이상의 경도를 가지고 있다.As shown in Table 2, the sample material according to the embodiment of the present invention has a 0.2% yield strength of 650 MPa or more, an elongation of 5% or more, a conductivity of 30% IACS or more, and is equal to or greater than the hardness of the sample material of the comparative example. It has a longitude.

이상과 같이, 본 발명에 따르면, Ni-Si-Cu 합금에 적량의 Zr 및 P를 함유하는 것에 의해, 고도전율, 즉 고열전도율을 유지하는 한편 강도, 연성, 및 경도를 증가시키는 우수한 특성을 획득할 수 있음을 확인하였다. As described above, according to the present invention, by containing an appropriate amount of Zr and P in the Ni-Si-Cu alloy, excellent properties of increasing strength, ductility, and hardness while maintaining high conductivity, that is, high thermal conductivity, are obtained. It was confirmed that it can be done.

이상과 같이, 본 발명을 상세하게 또한 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술적 사상과 범위를 일탈하지 않고도 당분야의 통상의 기술자에 의해 여러 가지 변경이나 변형이 가능함은 자명한 것이다. 본 출원은 2011.02.16. 자 출원된 일본특허출원 제2011-030660호에 기초한 것으로서 그 내용은 여기 참조로 포함된다.As mentioned above, although this invention was detailed also demonstrated with reference to the specific Example, it is clear that various changes and deformation are possible by a person skilled in the art, without deviating from the technical thought and range of this invention. . This application was filed on Feb. 16, 2011. The contents of which are based on Japanese Patent Application No. 2011-030660 filed as a patent application are hereby incorporated by reference.

본 발명의 고강도 동합금 단조재에 따르면, 적량의 Zr과 P가 작용하여 가공시나 열처리시에 재료에 크랙의 발생을 야기하지 않는다. 또한, 본 발명의 단조재는 가공 및 열처리 후에 있어서 고경도, 고강도, 및 고열전도율의 특성을 가질 수 있으며, 수지사출 금형재, 항공기 부재 등에 적합하게 사용할 수 있다.According to the high-strength copper alloy forging material of the present invention, a proper amount of Zr and P acts so as not to cause cracks in the material during processing or heat treatment. In addition, the forging material of the present invention may have characteristics of high hardness, high strength, and high thermal conductivity after processing and heat treatment, and may be suitably used for resin injection mold materials, aircraft members, and the like.

Claims (3)

질량%로 환산하여, 3% 내지 7.2%의 Ni, 0.7% 내지 1.8%의 Si, 0.02% 내지 0.35%의 Zr, 및 0.002% 내지 0.05%의 P를 함유하는 것을 특징으로 하는
고강도 동합금 단조재.
In terms of mass%, it contains 3% to 7.2% of Ni, 0.7% to 1.8% of Si, 0.02% to 0.35% of Zr, and 0.002% to 0.05% of P.
High strength copper alloy forgings.
질량%로 환산하여, 3% 내지 7.2%의 Ni, 0.7% 내지 1.8%의 Si, 0.02% 내지 0.35%의 Zr, 및 0.002% 내지 0.05%의 P를 함유하고. 추가로 Cr, Mn, 및 Zn 중 1종 또는 2종 이상을 합계로 1.5% 이하 함유하는 것을 특징으로 하는
고강도 동합금 단조재.
In terms of mass%, it contains 3% to 7.2% of Ni, 0.7% to 1.8% of Si, 0.02% to 0.35% of Zr, and 0.002% to 0.05% of P. Furthermore, 1 type (s) or 2 or more types of Cr, Mn, and Zn are contained 1.5% or less in total, characterized by the above-mentioned.
High strength copper alloy forgings.
제1항 또는 제2항에 있어서,
650 MPa 이상의 0.2% 내력, 5% 이상의 신장율, 및 30%IACS 이상의 도전율을 구비하는 것을 특징으로 하는
고강도 동합금 단조재.
3. The method according to claim 1 or 2,
0.2% yield strength of at least 650 MPa, elongation at least 5%, and conductivity of at least 30% IACS.
High strength copper alloy forgings.
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