铜合金的制作方法_4

文档序号:9829491阅读:来源:国知局
% W下。
[0201] 在最终精社之后,为了使应变的状态变得良好,有时利用拉弯矫直机进行矫正。另 夕h当用于端子、连接器等用途时,实施恢复热处理,该恢复热处理中,社材的最高到达溫度 为150°C~580°C,W最高到达溫度减去50°C的溫度保持0.02分钟~100分钟,且不伴随再结 晶。通过该低溫的热处理,应力松弛特性、弹性极限、导电率、机械性质、延展性、弹黃极限值 变得良好。另外,在精社之后,成形为板材或产品之后实施施加相当于所述条件的热条件的 烙融锻Sn或回流锻Sn工序时,可W省略恢复热处理。
[0202] 具体的恢复热处理工序通过高溫-短时间的连续热处理进行,且具备:加热步骤, 将铜合金材料加热至预定溫度;保持步骤,在该加热步骤之后,将该铜合金材料W预定溫度 保持预定时间;及冷却步骤,在该保持步骤之后,将该铜合金材料冷却至预定溫度。若将该 铜合金材料的最高到达溫度设为Tmax2(°C ),将在比该铜合金材料的最高到达溫度低50°C 的溫度至最高到达溫度的溫度区域中被加热保持的时间设为tm2(分钟),则为150含Tmax2 < 580、0.02< tm2< 100、120 < It2=(Tmax2-25Xtm2-i/2) < 390。若Tmax2超过58(TC或者 It2超过390,则进行软化,根据情况在一部分中生成再结晶,强度降低。优选,Tmax2为550°C W下或者It2为380W下。若Tmax2低于150°C或者It2小于120,则应力松弛特性的提高程度 较小。最优选,Tmax2为250°C W上或者It2为240 W上。但是,高溫短时间的连续热处理方法 的加热、冷却步骤在装置的构造上有所不同,条件稍微偏离,但若为所述的范围,则不成问 题。
[0203] 另外,省略热社,并通过对铸块重复进行冷社和退火及恢复热处理,能够得到本实 施方式的铜合金。具体而言,通过连续铸造制作厚度为10mm~25mm的薄板的铸件,根据需 要,在650°C~850°C下进行1~24小时的均质化退火,通过1次或多次的成对的冷社和退火, 破壊铸件的金属组织来设为再结晶组织。W后,进行与上述同样的精社前社制、最终的退 火、最终精社及所述恢复热处理,由此可W得到与通过热社而制作的板材大致相同的特性 的板材。另外,在本说明书中,将在低于所加工的铜合金材料的再结晶溫度的溫度下进行的 加工定义为冷加工,将在高于再结晶溫度的溫度下进行的加工定义为热加工,将该等通过 漉进行成形的加工分别定义为冷社、热社。并且,将再结晶定义为从一个结晶组织变为另一 个结晶组织,或者从存在因加工而产生的应变的组织形成为新的无应变的结晶组织。
[0204] 尤其,在端子、连接器、继电器等用途中,在最终精社之后,通过在社材的溫度W 150°C~580°C下基本上保持0.02分钟~100分钟来提高应力松弛特性。在精社之后,若预定 成形为板材或产品后实施施加相当于所述条件的热条件的锻Sn工序,则还可W省略恢复热 处理。在烙融锻Sn和回流锻Sn等锻Sn工序中,在150°C左右~300°C左右下短时间成形为社 材,根据情况成形为端子、连接器之后进行加热。即使在恢复热处理之后进行该锻Sn工序, 对恢复热处理之后的特性也几乎没有影响。另一方面,锻Sn工序的加热工序成为恢复热处 理工序的代替工序。
[020引该恢复热处理工序不伴随再结晶,通过低溫或短时间的恢复热处理来提高材料的 弹性极限、应力松弛特性、弹黃极限值、及伸展率,并且用于使因冷社而下降的导电率恢复 的热处理。
[0206] 另一方面,当为含有17质量%^上的化的普通的Cu-Zn合金时,若对W10%W上的 加工率冷加工的社材进行低溫退火,则因低溫退火固化而变硬,变脆。若W保持10分钟的条 件进行恢复热处理,则在150~200°C下固化,W250°c左右为边界急剧软化,一部分中开始 再结晶,在约300°C下再结晶,强度下降至原来的社材的屈服强度的约50~65%的屈服强 度。如此,在较狭窄的溫度下机械性质发生变化。
[0207] 通过本实施方式的铜合金中所含的Ni、Sn等的效果,若在最终精社之后例如在约 200°C下保持10分钟,则通过低溫退火固化而强度稍微增高,但若在300°C左右下保持10分 钟,则大致恢复到原来的社材的强度,延展性得到提高。在此,若低溫退火的固化程度较大, 则与Cu-Zn合金同样地,材料变脆。为了避免该情况,精社率为50 % W下为良好,优选为40 % W下,进一步优选为35% W下。另外,为了得到较高的强度,社制率至少为5% W上,优选为 10% W上。结晶粒度为上为良好,进一步优选为上。为了使较高的强度、强度与 延展性的平衡变得良好,结晶粒度设为lOymW下,优选设为祉mW下。
[0208] 另外,若保持社制的状态,则与社制方向正交的方向的屈服强度较低,但通过本恢 复热处理,不会损害延展性反而能够提高延展性,且能够提高与社制方向正交的方向的屈 服强度。通过该效果,与社制方向正交的方向的抗拉强度与屈服强度之差为10%左右,但变 得小于10%,与社制方向平行的方向及垂直的方向的抗拉强度、或屈服强度之差为10%左 右,但均变得小于1 〇%,从而成为各向异性较小的材料。
[0209] 如W上,在本发明的第1~6实施方式的铜合金中,耐变色性优异,强度较高,弯曲 加工性良好,应力松弛特性优异,耐应力腐蚀破裂性也良好。因该等特性,成为较低的金属 成本、较低的合金密度等性价比优异的连接器、端子、继电器、开关、弹黃、插口等电子/电气 设备组件、汽车组件、扶手、Π 拉手、电梯面板、给排水卫生设备/器具等装饰/建筑用金属零 件/部件、医疗用器具等的适当的巧料。并且,由于耐变色性良好,因此在端子、连接器的用 途、装饰/建筑用、卫生设备等的一部分中也可W省略锻层。另外,在扶手、Π 拉手、电梯的内 壁材、给排水卫生设备/器具等装饰/建筑用金属零件/部件、医疗用器具等用途中,能够最 大限度地发挥铜所具有的抗菌作用。
[0210] 另外,若平均结晶粒径为2~10皿,导电率为14%IACSW上25%IACSW下,存在圆 形或楠圆形的析出物,该析出物的平均粒径为3~180皿,则强度、强度与弯曲加工性的平衡 更加优异,应力松弛特性,尤其15(TC的有效应力增高。因此,成为在苛刻的环境中使用的连 接器、端子、继电器、开关、弹黃、插口等电子/电气设备组件、汽车组件的适当的巧料。
[0211] W上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于此,在不脱离该发明 的技术思想的范围内能够进行适当的变更。
[0引引[实施例]
[0213] W下,示出为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果。另外,W下的实施例 用于对说明本发明的效果进行说明,实施例中记载的构成、工艺、条件并不限定本发明的技 术范围。
[0214] 使用上述本发明的第1~6实施方式的铜合金及比较用的组成的铜合金,改变制造 工序来制作试样。将铜合金的组成示于表1~4。并且,将制造工序示于表5。另外,在表1~4 中示出上述的实施方式所示的组成关系式fl、f 2、巧、f 4、巧、f 6。
[021 引[表 1]
[0216]
[0217][表 2]
[021 引
[0219][表 3]
[0220]
[0221][表 4]
[0222]
[0223][表 5]
[0224]
[02巧]制造工序A(A1-1~A1-4、A2-1~A2-10、A3-1)中,利用内容积5吨的低频烙解炉来 烙解原料,并通过半连续铸造来制造截面的厚度190mm、宽度630mm的铸块。铸块分别切断为 长度1.5m,其后,进行热社工序(板厚13mm)-冷却工序-锐削工序(板厚12mm)-冷社工序。
[0226] 热社工序中的热社开始溫度设为82(TC,热社至板厚成为13mm之后,通过冷却工序 进行喷淋水冷。冷却工序中的平均冷却速度设为最终的热社后的社材溫度或从社材的溫度 为650°C时至350°C的溫度区域中的冷却速度,在社板的后端进行测定。测定的平均冷却速 度为3°C/秒。
[0227] 工序A1-1~A1-4中进行冷社(板厚2.5111111)-退火工序(580°(:,保持4小时)-冷社(板 厚0.9mm)-退火工序(500°C,保持4小时)-精社前社制工序(板厚0.36mm,冷加工率60%)-最 终退火工序(最终的再结晶热处理工序)-精冷社工序(板厚0.3mm,冷加工率17%)-恢复热 处理工序。
[022引工序A1-1~3的最终退火通过(425°C,保持4小时)的间歇退火来进行。工序A1-1 中,在实验室中W间歇式(在300°C下保持30分钟)的条件进行恢复热处理。工序A1-2中,通 过实际操作线的连续的高溫短时间退火方法进行恢复热处理,当W(TmaxrC)-tm(min或分 钟)表示社材的最高到达溫度TmaxrC)、和在比社材的最高到达溫度低50°C的溫度至最高 到达溫度的溫度区域中的保持时间tm(分钟)时,W(450°C-0.05分钟)的条件进行。工序A1- 3的恢复热处理中,在实验室中W(300°C-0.07分钟)的条件实施后述的热处理。工序A1-4 中,W高溫短时间退火方法的(690°C-0.14分钟)进行最终退火,W(450°C-0.05分钟)的条 件进行恢复热处理。
[0229] 工序A2-1~A2-10中,将退火工序设为1次,并进行冷社(板厚1mm)-退火工序-精社 前社制工序(工序A2-1~A2-4、A2-10中,板厚0.36111111,冷加工率64%,工序42-5~工序42-9 中,板厚0.4111111,冷加工率60%)-最终退火工序-精冷社工序(工序42-1~42-4、42-10中,板 厚0.3mm,冷加工率17%,工序A2-5~工序A2-9中,板厚0.3mm,冷加工率25%)-恢复热处理 工序。
[0230] 工序A2-1~A2-6、A2-9的退火工序W(510°C,保持4小时)的条件进行,工序A2-7、 A2-8、A2-10通过高溫短时间退火方法W (670°C -0.24分钟)的条件进行。
[0231 ] 工序A2-1的最终退火通过(425°C,保持4小时)的间歇退火进行,工序A2-2、3、4 W 连续的高溫短时间退火方法的(670°C-0.09分钟),工序A2-5、A2-6 W(690°C-0.14分钟),工 序 A2-7W(705°C-0.18 分钟),工序 A2-8W(770°C-0.25 分钟),工序 A2-10W(620°C-0.05 分 钟),工序A2-9W间歇退火的(580°C-保持4小时)的条件进行。
[0232] 另外,在所实施的连续的高溫短时间退火方法中,当600°C或最高到达溫度为600 °CW下时,最高到达溫度至350°C的溫度范围中的平均冷却速度因条件而有所不同,为:TC ~18〇C/秒。
[0233] 工序A2-1、2、5、7~10的恢复热处理W连续的高溫短时间退火的(450°C-0.05分 钟),在实验室中工序A2-3W (300°C-0.07分钟),在实验室中工序A2-6W (250°C-0.15分钟) 的条件进行。关于工序A2-4,未进行恢复热处理。
[0234] 另外,关于所述高溫短时间退火条件(300°C-0.07分钟)或(250°C-0.15分钟),作 为相当于代替恢复热处理工序的烙融锻Sn工序的条件,通过在将JISK 2242:2012、JIS巧中 中规定的热处理油分别加热至300°C、25(rC的2公升的油浴槽中,将精社材分别完全浸溃 0.07分钟、0.15分钟的方法实施。
[0235] 工序A3-1中,将锐削材进行冷社至1mm,并且通过连续的高溫短时间退火方法W (680°C-0.3分钟)的条件实施,W使平均结晶粒径成为10~18μπι。将该线圈切开成宽度成为 86mm,制造焊接管时,W进给速度60m/分钟供给巧料条材(宽度86mm X厚度1mm的退火材 料),通过多个漉来塑性加工成圆形。将成为圆筒状的材料通过高频感应加热线圈来进行加 热,并通过将巧料条材的两端对接而进行接合。该接合部分的焊珠部分通过使用车刀(切削 刃具)的切削加工来去除,由此得到直径为25.4mm、壁厚为1.08mm的焊接管。从壁厚的变化 考虑,当成形为焊接管时,实际上实施数百分比的冷加工。
[0236] 并且,使用实验设备如下进行制造工序B。
[0237] 从制造工序A的铸块切割出厚度30mm、宽度120mm、长度190mm的实验室用的铸块。 对该铸块进行热社工序(板厚6mm)-冷却工序(空冷)-酸洗工序-社制工序-退火工序-精社 前社制工序(厚度0.36mm)-再结晶热处理工序-精冷社工序(板厚0.3mm,加工率17% )-恢复 热处理工序。
[0238] 热社工序中,将铸块加热至830°C,并热社至厚度成为6mm。冷却工序中的冷却速度 (热社后的社材溫度或社材的溫度为650°C时至350°C的冷却速度)为5°C/秒,在冷却工序之 后对表面进行酸洗。
[0239] 工序B1-1~B1-3中,进行1次退火工序,在社制工序中冷社至0.9mm,W(510°C,保 持4小时)的退火工序的条件进行,在精社前社制工序中冷社至0.36mm。工序B1-1中W(425 °C,保持4小时),工序B1-2、Bl-3中W (670°C-0.09分钟)的条件进行最终退火,且精社至 0.3111111。而且,工序81-1中^(450°(:-0.05分钟),工序81-2中^(300°(:-0.07分钟),工序81-3 W(30(TC,保持30分钟)的条件进行恢复热处理。
[0240] 工序B2-1中省略退火工序。在精社前社制工序中将酸洗后的厚度6mm的板材冷社 至0.36mm(加工率94% ),W (425°C,保持4小时)的条件进行最终退火,而且精社至0.3mm,另 夕h W (300°C,保持30分钟)的条件进行恢复热处理。
[0241 ]工序B3-1、B3-2中不进行热社,而反覆实施冷社和退火。W720°C、4小时对厚度为 30mm的铸块进行均质化退火并且冷社至6mm,W(620°C,保持4小时)的条件进行退火工序并 冷社至0.9mm,W (510°C,保持4小时)的条件进行退火工序并冷社至0.36mm。工序B3-1中W (425°C,保持4小时),工序B3-2中W (670°C-0.09分钟)的条件进行最终退火,并精冷社至 0.3mm,而且W (300°C,保持30分钟)的条件进行恢复热处理。
[0242] 在制造工序B中,通过在盐浴中浸溃社材来代替相当于在制造工序A中实际操作连 续退火线等而进行的短时间的热处理的工序。将最高到达溫度作为盐浴的液体溫度,将浸 溃时间作为保持时间来浸溃之后进行空冷。另外,盐(溶液)使用BaCl、KCl、NaCl的混合物。
[0243] 另外,作为实验室测试,如下进行工序C(C1、C1A)。利用实验室的电气炉进行烙解、 铸造 W成为预定成分,得到厚度30mm、宽度120mm、长度190mm的试验用铸块。W后,通过与所 述工序B1-1相同的工艺进行制作。将铸块加热至83(TC,并热社至厚度成为6mm。热社之后, W冷却速度5°C/秒对社材的溫度为热社之后的社材溫度或650°C时至350°C的溫度范围进 行冷却。冷却之后对表面进行酸洗,社制工序中冷社至0.9mm。冷社之后,W510°C、4小时的 条件进行退火工序,接下来的社制工序中冷社至0.36mm。最终退火条件在工序C1中W (425 °C,保持4小时),工序C1A中W (670°C-0.09分钟)的情况下进行,通过精冷社来冷社(冷加工 率:17% )至0.3mm,并W (300°C,保持30分钟)的条件进行恢复热处理。
[0244] 另外,工序C2为比较材的工序,从材料的特性考虑,W最终的平均结晶粒径成为10 ymW下且抗拉强度成为500N/mm2左右的方式改变厚度及热处理条件来进行。酸洗之后,冷 社至1mm,并W430°C、4小时的条件进行退火工序,社制工序中冷社至0.4mm。最终退火条件 为380°C、保持4小时,通过精冷社来冷牵L(冷加工率:25% )至0.3mm,并W (230°C,保持30分 钟)的条件进行恢复热处理。
[024引关于憐青铜,准备具有640N/mm2的抗拉强度且含有8质量%的市售Sn的厚度0.3mm 的C5210。
[0246] 对通过上述方法而制作的铜合金的金属组织进行观察来测定平均结晶粒径、β相、 丫相所占的比例。并且,通过ΤΕΜ测定析出物的平均结晶粒径。另外,作为铜合金的特性评 价,实施导电率、应力松弛特性、耐应力腐蚀破裂性、抗拉强度、屈服强度、伸展率、弯曲加工 性、耐变色试验、抗菌试验并进行测定。
[0247] <组织观察>
[0248] 关于晶粒的平均结晶粒径的测定,在300倍、600倍、及150倍等的金属显微镜照片 中,根据晶粒的大小选定适当的倍率,依JIS Η 0501中的伸铜品结晶粒度试验方法的求积 法进行测定。另外,双晶不视为晶粒。另外,平均结晶粒径的计算方法依照求积法(JIS Η 0501)。
[0249] 另外,1个晶粒可W通过社制而拉伸,但晶粒的体积几乎不会通过社制而发生变 化。在与社制方向平行地切断板材的截面中,能够由通过求积法测定的平均结晶粒径推断 再结晶阶段中的平均结晶粒径。
[0250] 利用300倍(视场89Χ 127mm的显微镜照片)的金属显微镜照片判断各材料的α相 率。使用氨水与过氧化氨的混合液进行蚀刻,当利用金属显微镜进行观察时,α相看似为较 浅的黄色,財目看似为比α相深的黄色,丫相看似为水色,氧化物及非金属夹杂物看似为灰 色,粗大的金属化合物看似为比丫相更带有蓝色的水色或蓝色。因此,还包括非金属夹杂物 等在内,α、β、丫各相的区别非常容易。如上所述,由于还包括非金属夹杂物等,因此α、β、丫 各相的区别非常容易。对该观察的金属组织使用图像处理软件"WinROOF",对β相及丫相进 行2值化处理,将β相及丫相的面积相对于金属组织整体的面积的比例作为面积率。对于金 属组织进行3个视场的测定,并计算各个面积率的平均值。对于电焊管,在接合部、从接合部 与热影响部的边界进入热影响部1mm的热影响部、及母材的任意部位分别进行3个视场的测 定,并将该等的平均值的合计除W3。
[0巧1] <析出物>
[0252] 如下求出析出物的平均粒径。对基于150,000倍(检测极限为化m)TEM的透射电子 图像,使用图像分析软件"Win ROOF"使析出物的对比度近似于楠圆,对视场内的所有析出 粒子求出长轴与短轴的相乘平均值,将该平均值作为平均粒径。对于平均粒径约小于5nm的 析出物,W750,000倍(检测极限为0.5nm)进行,对于平均粒径约大于50nm的析出物,W50, 000倍(检测极限为6nm)进行。当为透射型电子显微镜时,冷加工材中位错密度较高,因此难 W准确地掌握析出物的信息。并且,析出物的大小不会因冷加工而发生变化,因此此次观察 中对精冷社工序前及再结晶热处理工序后的再结晶部分进行了观察。将测定位置设为从社 材的表面、背面运两个面起进入板厚的1/4的长度的2个部位,对2个部位的测定值进行平 均。
[0巧3] <导电率>
[ο巧4] 导电率的测定中使用FO邸ST邸JAPAN Limited制的导电率测定装置(SIGMATEST D2.068)。另外,在本说明书中,W相同涵义使用单词"电传导"和"导电"。并且,由于热传导 性与电传导性具有较强的相关性,因此导电率越高表示热传导性越良好。
[0巧引 < 应力松弛特性>
[0256] 如下进行应力松弛率的测定。被测材的应力松弛试验中使用悬臂梁螺纹式夹具。 从相对于社制方向为平行及垂直的2个方向进行采取,试验片的形状设为板厚0.3mmX宽度 10mmX长度60mm。对被测材的负载应力设为0.2%屈服强度的80%,在150°C及120°C的气氛 中暴露1000小时。应力松弛率设为
[0257] 应力松弛率=(开放后的变位/应力负载时的变位)X 100( % )
[0258] 而求出,采用从相对于社制方向为平行及垂直的2个方向采取的试验片的平均值。 本发明的目标是即使为含有高浓度的化的化-Zn合金,其应力松弛性尤其优异。因此,若150 °C下的应力松弛率为25% W下,则应力松弛特性优异,超过25%且为35% W下时应力松弛 特性良好,超过35 %且为50 % W下时使用时存在问题,超过50 %为难W使用的水平,尤其, 超过70%在高溫环境下使用时存在较大的问题,为"不可"。
[0259] 另一方面,在120°C下1000小时的稍微溫和条件的试验中,要求更高的性能,若应 力松弛率为10% W下,则作为较高的水准而设为"评价A",若超过10%且为15% W下,则作 为良好而设为"评价护,若超过15%且为30% W下,则使用时存在问题,若超过30%,则即使 基本上溫和也会失去作为材料的较大的优势。在本申请中,W应力松弛尤其优异为目标,因 此应力松弛率超过15%,则设为"评价C'。
[0260] 另一方面,有效的最
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