Cu-Ni-Si系轧制铜合金和其制造方法
【专利摘要】本发明的课题是提供强度、电导率和疲劳特性都优异的Cu?Ni?Si系轧制铜合金。本发明的解决手段是Cu?Ni?Si系轧制铜合金，其以质量%计，含有以总量计为3.0~4.5%的选自Ni和Co中的至少一种以上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含Cu和不可避免的杂质，轧制垂直方向的0.2%耐力YS为1040MPa以上。
【专利说明】
Cu-N i -S i系车L制铜合金和其制造方法
技术领域
[0001] 本发明设及适合于例如连接器、端子、继电器、开关等的导电性弹黃材料的化-Ni? si 系社制铜合金和其制造方法。
【背景技术】
[0002] -直W来，作为端子、连接器的材料，可W使用作为固溶强化型合金的黄铜、憐青 铜。然而，伴随电子仪器的轻量化和小型化，端子、连接器薄质化、小型化，对于用于它们中 的材料，期望高强度、高弯曲性和优异的疲劳特性。
[0003] 作为特别是对于端子、连接器等所要求的疲劳特性，可W举出在S-N曲线中的循环 次数比较少、循环应力高的区域中的疲劳寿命的提高。其原因在于，伴随连接器的矮型化， W大的位移、即应力变高的方式进行设计的情形变多。
[0004] 已知一般情况下如果提高合金的强度，则疲劳强度提高，开发了通过析出强化而 使强度提高的化-Ni-Si系铜合金(Corson铜合金）（专利文献1)。此外，开发了化-Ni-Si系铜 合金，其通过在合金中利用社制等赋予压缩残余应力，抑制了疲劳裂纹的产生，使疲劳寿命 增加（专利文献2 )。进一步，开发了 Cu-Ni-Si系铜合金，其通过将Cube方位{001} < 100〉的比 例提高至5~50%，抑制了裂纹的产生，使疲劳寿命增加(专利文献3)。
[0005] 现有技术文献 专利文献 专利文献1:国际公开第W0 2011/068134号(表1) 专利文献2:日本专利第4255330号公报 专利文献3:日本特开2011-12321号公报。
【发明内容】
[0006] 发明所要解决的课题 但是，Cu-Ni-Si系铜合金的高强度化和由此带来的疲劳特性的改善存在限度。例如，在 专利文献1中，作为化-Ni-Si系铜合金的强度(0.2%耐力），虽然记载了最大lOOOMPa的例子 (专利文献1的表1)，但没有得到大于此的强度。此外，端子、连接器等的电子材料多W自身 的长度方向平行于铜合金条的社制垂直方向的方式冲裁来制造，提高社制垂直方向的强度 是重要的，但是尚没有发现着眼于运一点的技术。
[0007] 本发明是为了解决上述课题而成，目的在于提供强度、电导率和疲劳特性都优异 的化-Ni-Si系社制铜合金。
[000引解决课题的手段 本发明人发现，为了提高Cu-Ni-Si系社制铜合金的社制垂直方向的强度，重要的是提 高作为最终退火的去应力退火中的强度，因此，必要的是使刚刚在去应力退火之前的时效 后冷社的加工率尽可能高。此外已发现，根据时效后冷社时的析出的程度，必要的最低限度 的加工率也会变化，因此必要的是根据析出的程度设定加工率。并且，作为该析出的程度， w社制垂直方向的电导率作为指标，用由上述电导率计算得出的关系式规定必要的加工 率，由此成功地使合金的强度稳定地提高。
[0009]为了达到上述目的，本发明的化-Ni-Si系社制铜合金W质量%计，含有W总量计为 3.0~4.5%的选自Μ和Co中的至少一种W上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含化和不可避免的 杂质，社制垂直方向的0.2%耐力YS为1040MPa W上。
[0010] 优选进一步含有W总量计为0.005~2.5质量％的选自]\%、]\111、511、化和化中的至少一 种W上。
[0011] 优选进一步含有W总量计为0.005~1.0质量%的选自？、8、11、2'、41少6和4旨中的至 少一种W上。
[0012] 本发明的Cu-Ni-Si系社制铜合金的制造方法是上述Cu-Ni-Si系社制铜合金的制 造方法，其中，将铸块依次进行热社、冷社、固溶处理、时效处理、时效后冷社、去应力退火， 所述铸块W质量%计，含有W总量计为3.0~4.5%的选自Ni和Co中的至少一种W上、0.6~1.0% 的Si，进一步根据需要含有W总量计为0.005~2.5质量％的选自1旨、111、511、化和化中的至少 一种W上、和/或含有W总量计为0.005~1.0质量％的选自P、B、Ti、化、Al、Fe和Ag中的至少一 种W上，剩余部分包含Cu和不可避免的杂质；使上述时效后冷社的加工率RE为80%W上，使 上述时效后冷社后且上述去应力退火前的社制垂直方向的电导率EC(%IACS)为25%W上且 小于40%，并且W满足式l:RE>0.0291X化C)2-0.8885X化C)+85.025的方式设定上述加工 率RE，上述去应力退火在200~500°C下进行^1000秒。
[001引发明效果 根据本发明，得到强度、电导率和疲劳特性都优异的化-Ni-Si系社制铜合金。
[0014] 附图简要说明 图1:显示时效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的电导率与时效后冷社的加 工率RE的相互关联的图。
【具体实施方式】
[0015] W下，针对本发明的实施方式的Cu-Ni-Si系社制铜合金进行说明。应予说明，在本 发明中，％只要没有特别的限定，都表示质量％。
[0016] (组成） 阳i、Co和Si] 铜合金中含有W总量计为3.0~4.5%的选自Ni和Co中的至少一种W上、0.6~1.0%的Si， 含有0.6~1.0%的Si dNLCo和Si通过施加适当的热处理而形成金属间化合物，在不使电导率 劣化的情况下提局强度。
[0017]如果Ni、Co和Si的含量小于上述范围，贝怀能得至順高强度的效果，如果大于上述 范围，则在导电性下降的同时，热加工性下降。
[0018][其他添加元素] 在合金中，也可W进一步含有W总量计为0.005~2.5质量％的选自1旨、111、511、化和化中 的至少一种W上。
[0019] Mg提高强度和耐应力松弛特性。Μη提高强度和热加工性。如提高强度。Zn提高针焊 接合部的耐热性。Cr由于和Μ-样与Si形成化合物，因此通过沉淀硬化，在不使电导率劣化 的情况下提高强度。
[0020] 此外，在合金中，也可W进一步含有W总量计为0.005~1.0质量％的选自P、B、Ti、 Zr、Al、化和Ag中的至少一种W上。如果含有运些元素，则电导率、强度、应力松弛特性、锻层 性等产品特性得到改善。
[0021] 应予说明，如果上述各元素的总量小于上述范围，则不能得到上述效果，如果大于 上述范围，则存在导致电导率下降的情况。
[00剖[强度] Cu-Ni-Si系社制铜合金的社制垂直方向的0.2%耐力YS为1040MPaW上。如果提高合金 的强度，则疲劳强度得到提高，因此如果YS为1040MPaW上，则疲劳强度也优异。在此，如上 所述，对于端子、连接器等，必要的是提高在S-N曲线中的循环次数少、循环应力高的区域中 的疲劳寿命。本发明人发现，作为该区域，相当于S-N曲线中的循环次数大于104次时的循环 应力(载荷应力)为750MPaW上的条件，满足该条件的YS为1040MPaW上。
[0023] 因此，如果YS小于1040MPa，则S-N曲线中的循环次数大于104次时的循环应力下降 至小于750MPa，疲劳特性差。
[0024] 应予说明JS是依照JIS-Z2241进行拉伸试验而求得的。
[0025] 此外，疲劳试验依照JCBA-T308-2002进行。
[0026] <制造方法〉 本发明的Cu-Ni-Si系社制铜合金通常而言可W将锭依次进行热社、冷社、固溶处理、时 效处理、时效后冷社、去应力退火来制造。固溶处理前的冷社、重结晶退火并不是必须的，可 W根据需要实施。此外，在固溶处理后且时效处理前，可W根据需要实施冷社。
[0027] 在此，使时效后冷社的加工率RE为80%W上。为了提高Cu-Ni-Si系社制铜合金的社 制垂直方向的强度，重要的是提高作为最终退火的去应力退火中的强度，因此，必要的是使 刚刚在去应力退火之前的时效后冷社的加工率尽可能高。认为其原因是，通过时效后冷社 在组织中引入社制应变时，在之后的去应力退火中固溶元素固定于该应变、形成转移障碍 而得到强化。因此，如果加工率RE小于80%，则合金的强度不会提高。应予说明，加工率RE是 时效后冷社前后的合金的板厚变化的比率(％)。
[0028] 此外，根据时效后冷社时的合金的析出强化（固溶）的程度，必要的最低限度的加 工率也会变化，因此必要的是根据固溶的程度设定加工率。并且，作为该固溶的程度，W时 效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的电导率EC(%IACS)作为指标，用由上述电导 率计算得出的式1规定必要的加工率，由此可W稳定地提高合金的强度。
[00巧]在此，通过使上述电导率EC(%IACS)为25%W上且小于40%，时效处理和去应力退火 的条件都达到适宜，在任一种处理中强度都升高，结果是得到高强度。如果电导率EC达到 40%W上，则虽然在时效处理中强度升高，但由于固溶量变少，因此即使提高加工率RE，在去 应力退火中也不能充分使强度升高，存在得不到所需的强度的情况。另一方面，如果电导率 EC小于25%，则虽然在去应力退火中强度升高，但在时效处理中强度不会升高，存在得不到 所需的强度的情况。
[0030] 应予说明，去应力退火后的最终产品的电导率EC(%IACS)为25~45%左右。
[0031] 并且，由于电导率EC越高则固溶量越少，因此如果不更为提高加工率RE而引入更 多的社制应变，则不能在去应力退火中实现必要的强度提高。因此， 优选W满足式1 :RE>0.0291 X化C)2-0.8885 X化C)+85.025的方式设定加工率RE。该 式1是由实验如图1所示得到的。具体而言，针对后述的各实施例1~17,在图1中标绘加工率 RE与电导率EC的关系，根据最小二乗法求得通过各实施例^17的标绘区的二次曲线別寸，可 得到C:RE>0.0291 X化C)2-0.8885 X化0 +85.439。此外，针对加工率RE的条件为偏离本发 明的适宜范围的比较例8~10,同样地在图1中标绘加工率RE与电导率EC的关系。
[0032] 由此从图1可W得知，如果与二次曲线讨目比加工率RE达到更高，则为不包括比较 例8~10的适宜范围。但是，在图1的各实施例1~17的标绘区中，实施例17的标绘区与二次曲 线C相比最朝y轴下方偏离，不通过二次曲线C。因此，将二次曲线C朝y轴下方平行移动而形 成实施例17的标绘区通过运样的二次曲线D时，y截距变为85.025。因此，形成式1:RE> 0.0291 X 化C)2-〇. 8885 X 巧C)+85.025。
[0033] 在加工率RE不满足式1的情况中，相对于固溶量而言加工率RE过小，存在不能在去 应力退火中实现必要的强度提高的情况。
[0034] 之后，在200~500°C下进行^1000秒的去应力退火。如果去应力退火的溫度或者退 火时间小于上述范围，则去应力退火变得不充分，不能实现在去应力退火中的强度的提高。 如果去应力退火的溫度或者退火时间大于上述范围，则去应力退火变得过度，合金软化，不 能实现强度提高。 实施例
[0035] 在大气烙化炉中将电解铜烙化，将表1所示的添加元素 W规定量投入，揽拌烙融金 属。之后，在诱铸溫度为120(TC下出炉至铸模，得到表1所示组成的铜合金锭。将锭热社、端 面切削后，依次进行第1冷社、固溶处理、时效处理、时效后冷社，得到板厚0.2mm的试料。时 效后冷社之后W表1所示的条件进行去应力退火。
[0036] 应予说明，热社在1000°C下进行3小时，时效处理在400°C~550°C下进行1~15小时 的时间。
[0037] < 评价〉 针对得到的试料对W下项目进行评价。
[003引[电导率] 针对时效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的试料，和去应力退火后的最终产 品的社制垂直方向的试料，依照JISH0505,由通过使用了双电桥装置的四端子法求得的体 积电阻率计算得出电导率(％IACS)。
[00例[强度] 针对去应力退火后的最终产品，W拉伸方向与社制方向垂直的方式，用压力机制作 JIS13B号试验片。依照JIS-Z2241进行该试验片的拉伸试验，测定0.2%耐力。拉伸试验的条 件设为试验片宽度12.7111111、室溫(15~35°(：)、拉伸速度5111111/111111、计量长度5〇111111。
[0040][疲劳试验] 依照JCBA-T308-2002，进行反复平面弯曲（両振咬平面曲巧)的疲劳试验。W试料的长度 方向与社制方向垂直的方式获取10mm宽的长条形试料。设定试验条件，W使施加于试料表 面的最大应力（0)、振幅(f)和支点与应力作用点的距离化)为L=./"(3tEf/(2〇))(t:试料厚 度、E:杨氏模量依照JCBA-T312-2002测定）的关系。测定试料至断裂为止的循环次数大于 ΙΟ4次为止的载荷应力。进行4次测定，得到4次测定的平均值。
[0041 ] 得到的结果示于表1。表1的"0.5Ζη"是指含有0.5质量%的化。 [0042]表 1
[0043 ] 如由表1表明的那样，社制垂直方向的0.2%耐力YS为1040MPa W上的各实施例的情 况中，疲劳试验的循环次数大于1〇4次时的循环应力为750MPaW上，疲劳特性优异。
[0044] 另一方面，Ni和Co的总计含量小于3.1%的比较例1和Si小于0.6%的比较例3的情况 中，运些元素导致的析出强化变得不充分，强度和疲劳特性差。
[0045] Si大于1.0%的比较例2的情况中，时效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向 的电导率下降至小于25%IACS，强度和疲劳特性差。
[0046] Ni和Co的总计含量大于4.5%的比较例4的情况中，在热社中产生裂纹，不能制造合 金〇
[0047] 含有W总量计大于2.5%的Mg、Mn、Sn、Zn、Co和Cr的比较例5的情况中、Ni和Co的总 计含量大于4.5%的比较例6的情况中，时效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的电 导率下降至小于25%IACS，强度和疲劳特性差。应予说明，虽然比较例6与比较例4一样，Ni和 〔〇的总计含量过多，但认为由于添加了1旨、]/[]1、5]1、2]1、(：〇和化中的任一种^上，因此热加工 性提高，不产生热社裂纹。
[0048] 时效后冷社的加工率RE小于80%的比较例8~10的情况中，强度和疲劳特性也差。
[0049] 时效处理溫度比各实施例高的比较例11的情况中，由于时效处理条件不适宜，时 效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的电导率大于40%IACS，强度和疲劳特性差。
[0050] 时效处理溫度比各实施例低的比较例12的情况中，由于时效处理条件不适宜，时 效后冷社后且去应力退火前的社制垂直方向的电导率下降至小于25%IACS，强度和疲劳特 性差。
[0051] 去应力退火的溫度小于200°C的比较例13的情况中，由于去应力退火变得不充分， 不能实现在去应力退火中的强度提高，因此强度和疲劳特性差。
[0052] 去应力退火的溫度大于500°C的比较例14的情况中，由于去应力退火变得过度，合 金软化，不能实现强度提高，因此强度和疲劳特性差。
[0053] 在图1中显示了在各实施例和比较例中的、时效后冷社后且去应力退火前的社制 垂直方向的电导率EC(%IACS)与时效后冷社的加工率RE(%)的相互关联。如上所述，求得式 1 :RE>0.0291 X化C)2-0.8885 X化C)+85.025。如果W满足式1的方式设定加工率RE，则在 去应力退火中强度充分得到提高，因此优选。
【主权项】
1. Cu-Ni -s i系乳制铜合金，其以质量%计，含有以总量计为3.0~4.5%的选自Ni和Co中的 至少一种以上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含Cu和不可避免的杂质， 乳制垂直方向的0 · 2%耐力YS为1040MPa以上。2. 如权利要求1所述的Cu-Ni-Si系乳制铜合金，其中进一步含有以总量计为0.005~2.5 质量%的选自18、]\1]1、311、211和0中的至少一种以上。3. 如权利要求1或2所述的Cu-Ni-Si系乳制铜合金，其中进一步含有以总量计为0.005~ 1.〇质量%的选自？、8、11、2心41小6和48中的至少一种以上。 4. Cu-Ni-Si系乳制铜合金的制造方法，其是如权利要求1~3中任一项所述的Cu-Ni-Si 系乳制铜合金的制造方法，其中， 将铸块依次进行热乳、冷乳、固溶处理、时效处理、时效后冷乳、去应力退火，所述铸块 以质量%计，含有以总量计为3.0~4.5%的选自Ni和Co中的至少一种以上、0.6~1.0%的Si，进 一步根据需要含有以总量计为0.005~2.5质量％的选自1^111、311、211和(^中的至少一种以 上、和/或含有以总量计为0.005~1.0质量％的选自？、8、1^、2^六1、？6和4 8中的至少一种以 上，剩余部分包含Cu和不可避免的杂质， 使上述时效后冷乳的加工率RE为80%以上， 使上述时效后冷乳后且上述去应力退火前的乳制垂直方向的电导率EC(%IACS)为25% 以上且小于40%，并且以满足式1:RE彡0.0291 X(EC)2-0.8885X(EC)+85.025的方式设定上 述加工率RE， 上述去应力退火在200~500 °C下进行1~1000秒。
【文档编号】C22F1/08GK106011534SQ201610189951
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】桑垣宽
【申请人】Ｊｘ金属株式会社