銅合金伸展材、銅合金部件和銅合金伸展材的製造方法

2023-05-05 06:17:26

專利名稱：銅合金伸展材、銅合金部件和銅合金伸展材的製造方法
技術領域：
本發明涉及電子機器、精密機械、汽車等中所使用的金屬部件，特別涉及由切削加工而製造得到的銅合金部件，進一步涉及適合於該銅合金部件的銅合金伸展材及其製造方法。
背景技術：
作為製造金屬部件的方法，有旋削、穿孔等切削加工。切削加工是一種在具有特別複雜形狀的部件或要求高尺寸精度的部件的製造中有效的加工方法。在進行切削加工的情況下，被切削性常常成為問題。被切削性中有切削屑處理、工具壽命、切削阻力、切削麵粗糙度等項目，為提高這些項目，需要對材料施以改良。對於銅合金來說，出於強度高、導電性 熱傳導性優異、耐蝕性優異、色調優異等理 由，將其用於大量的金屬部件中。通過切削來進行的加工也多有實施，例如有自來水的水龍頭、閥、齒輪、裝飾品等用途，使用在黃銅(Cu-Zn系)、青銅(Cu-Sn系)、鋁青銅(Cu-Al系)、鋅白銅(Cu-Zn-Ni系)中添加有用於提高被切削性的鉛而成的合金。另外，這些用途均無需高強度或高導電性。在需要高強度或高導電性的用途中，例如在同軸接插件的銷材等用途中，使用在磷青銅或鈹銅中添加鉛而成的易切削磷青銅(參見專利文獻I)、易切削鈹銅(參見專利文獻2)。利用NC旋床等精密工作機械對這些材料進行切削加工，用於電子機器用途等可靠性高的部件中。如此，為了提高銅合金的被切削性，一般添加鉛。其原因在於，鉛在銅合金中不會發生固溶，因而會微細地分散在材料內，在切削加工時在切削屑會在該部分變得容易斷裂。但是，由於鉛會對人體或環境造成影響，因而其使用正受到限制，對於以不含有鉛的方式來提高被切削性的材料的要求正在提高。作為含有鉛的銅合金的代替材料，已知有向黃銅或青銅中添加鉍而成的銅合金(參照專利文獻3、4)。另外還已知有，在黃銅中，通過提高鋅濃度來形成銅-鋅系化合物的β相或Y相、或添加矽來形成銅-矽系化合物的K相，通過使這些化合物作為切削屑斷裂起點發揮作用來提高被切削性(專利文獻5、6)。此外還有在青銅中添加硫來形成硫化物，由此作為切削屑斷裂起點使其發揮作用的方法(專利文獻7)、在使硫化物為切削屑斷裂起點來發揮作用的方法中，已知還有關於銅-鋯系、銅-鈦系時效析出合金的方法(專利文獻8)。現有技術文獻專利文獻專利文獻I :日本特開昭50-066423號公報專利文獻2 :日本特開昭52-117244號公報專利文獻3 :日本特開2001-059123號公報專利文獻4 :日本特開2000-336442號公報專利文獻5 :日本特開2000-319737號公報
專利文獻6 :日本特開2004-183056號公報專利文獻7 :日本特開2006-152373號公報專利文獻8 :日本特開2001-240923號公報專利文獻9 :日本特開2008-75172號公報專利文獻10 :日本特開平6-212374號公報專利文獻11 :日本特開平7-90520號公報

發明內容
發明所要解決的課題
但是，各專利文獻所記載的技術具有下述課題。在專利文獻1、2所述的技術中，如上所述，作為用於提高被切削性的添加元素而使用了鉛，擔心其會對環境造成負擔。特別是在專利文獻2所記載的技術中，並未對作為用於提高易切削鈹銅被切削性的添加元素的鉛進行替換，並且鈹本身也被認作是會對環境造成影響的元素之一，不僅希望有添加了鉛的銅合金的代替材料、而且希望鈹銅的代替材料的呼聲也逐漸提高。另外，在專利文獻3、4所述的技術中，在添加鉍時，被切削性得到改善，但加工中易於破裂，特別難以進行熱加工。即，需要另外謀求熱加工性的改善。由專利文獻5、6中記載的合金所形成的化合物為黃銅系的特有物質，實際上難以適用於其它合金系中。專利文獻7為關於鑄件的技術，該技術適合於對鑄件進行直接切削的情況，但並未公開將其作為用於得到棒材或板材等伸展材(經塑性加工而成的材料)的技術。採用專利文獻8記載的技術所得到的材料的強度通常較低，例如在同軸接插件銷材等需要高強度的用途中是不充分的，需要應用其它技術。上述專利文獻I 8所公開的並非為科森銅鎳矽合金(Cu-Ni-Si系銅合金)，根本無法作為參考。在日本特開2008-75172號公報(上述專利文獻9)中公開了在儘量不添加其它合金元素的情況下，卻可提供兼具得到改善的導電率、強度、彎曲性和應力鬆弛特性的電子材料用Cu-Ni-Si系合金。但並沒有關於兼顧伸展性與被切削性的公開，亦未觸及有關硫濃度的調整。雖然在日本特開平6-212374號公報(上述專利文獻10)、日本特開平7-90520號公報(上述專利文獻11)中公開了考慮到伸展性的科森銅鎳矽合金，但為此均將硫濃度限制在20ppm(0. 002%)以下。本發明是鑑於這樣的問題而提出的，其課題在於提供一種銅合金伸展材，其被切削性和伸展性優異、可減輕環境負荷、並且在需要高強度或高導電性的用途中是最適合的。本發明進一步的課題在於提供銅合金部件以及上述伸展材的製造方法，所述銅合金部件是通過對上述銅合金伸展材進行切削加工而得到的。解決課題的手段本發明人進行了深入研究，結果發現，通過在特定組成的時效析出型銅合金中對硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率進行控制，可得到伸展性(熱·冷加工性)和被切削性優異、並且強度和導電性優異的銅合金伸展材。另外發現了用於得到上述硫化物的組成和鑄造方法，進一步發現了熱加工性、冷加工性也優異的組成、組織、鑄造方法。本發明人另外進行了深入研究，結果發現，通過在特定組成的時效析出型銅合金的基體中形成硫化物、且使該硫化物的40%以上存在於與伸展方向平行的截面的基體晶粒內、使平行於伸展方向的截面的縱橫比為I :1 I :100的硫化物分散於基體中，由此可得到伸展性(熱·冷加工性)和被切削性優異、以及強度和導電性優異的銅合金伸展材。並且發現了用於得到上述硫化物的組成和製造方法、進一步發現了熱加工性、冷加工性也優異的組成、組織、製造方法。本發明是基於這些見解而完成的。S卩，本發明提供以下解決手段。(I) 一種銅合金伸展材，其含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ 2. 3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S，餘量由Cu和不可避免的雜質形成，該銅合金伸展材的特徵在於，其分散有硫化物，該硫化物的尺寸(平均直徑)為O. I μ m 10 μ m、該硫化物的面積率為O. 1% 10% ;且該銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS 以上。 (2)如⑴所述的銅合金伸展材，其特徵在於，其進一步含有以總量計為O. 05質量％ 2. O質量％的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少一種。(3)如(I)或⑵所述的銅合金伸展材，其中，上述硫化物為選自由Cu-S、Mn-S,Zr-S, Ti-S, Fe-S, Al-S、Cr-S以及Zn-S組成的組中的至少一種。(4) 一種銅合金部件，其是對(I) (3)的任一項所述的銅合金伸展材進行切削加工而形成的。(5)如(4)所述的銅合金部件，其用於電子機器部件、結構部件或要素部件。(6) 一種銅合金伸展材的製造方法，其為⑴ (3)的任一項所述的銅合金伸展材的製造方法，該方法的特徵在於，使鑄造時的冷卻速度為O. 1°C /秒 50°C /秒。(7) 一種銅合金伸展材，其含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ 2. 3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S,餘量由Cu和不可避免的雜質形成,該銅合金伸展材的特徵在於，硫化物分散在基體中，該銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上；所述硫化物中，平行於伸展方向的截面中面積率40%以上的硫化物存在於基體結晶內，平行於伸展方向的截面中的縱橫比為I :1 I :100。(8)如(7)所述的銅合金伸展材，其特徵在於，該銅合金伸展材進一步含有以總量計為O. 05質量％ 2. O質量％的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少一種。(9)如(7)或(8)所述的銅合金伸展材，其中，上述硫化物選自Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S和Zn-S系的任意硫化物中的一種以上。(10) 一種銅合金部件，其是對(7) (9)的任一項所述的銅合金伸展材進行切削加工而形成的。(11)如(10)所述的銅合金部件，其用於電子機器部件、結構部件、要素部件等要求強度、導電性、熱傳導性、耐磨耗性的用途中。(12) 一種銅合金伸展材的製造方法，其為(7) (9)任一項所述銅合金伸展材的製造方法，該製造方法的特徵在於在對含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ 2. 3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S、餘量由Cu和不可避免的雜質形成的銅合金組合物進行加工時，實施(a)、(b)中的任一工序，其後施以0% 95%的斷面收縮加工，使平行於伸展方向的截面中分散在基體中的硫化物的總面積的40%以上存在於基體結晶內、使平行於伸展方向的截面中的縱橫比為I :1 I :100的硫化物分散在基體中，並對如此得到的材料進行時效處理。(a)在熱加工後進行急冷。(b)在熱加工後，反覆進行I次以上的冷加工以及溫度600°C 1000°C的熱處理，在最終冷加工前施以固溶處理。(13)如(12)所述的銅合金伸展材的製造方法，其特徵在於，該銅合金伸展材進一步含有以總量計為O. 05質量% 2. O質量%的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和 Zn組成的組中的至少一種。此處，所謂「平行於伸展方向的截面中面積率40%以上的硫化物存在於基體結晶內」是指，分散在基體中的硫化物中40%以上在晶界內。另外，所謂「平行於伸展方向的截面中的硫化物以縱橫比為I :1 I :100進行分散」是指，分散在基體中的全部硫化物的縱橫比為I :1 I :100的範圍。此處，所謂基體指的是合金組織中被晶界所包圍的各個區域或其集合，典型地為被晶界所包圍，各自以任意形態彼此相鄰的島狀而存在。發明的效果本發明的銅合金伸展材的強度和導電性優異，並且未利用鉛或鈹等環境負荷物質、被切削性和伸展性優異。例如，為了防止接插件銷材所要求的插拔力的降低，可通過使拉伸強度增高至與鈹銅同等程度來抑制插拔力的降低。本發明能夠以500MPa以上的拉伸強度而與鈹銅同等程度地抑制插拔力的降低。並且，在要求拉伸強度或導電性的電子機器等的部件中，本發明的銅合金伸展材的導電率為25%IACS以上，因此相比於鈹銅，導電性優異，所以是佔優勢的。另外，本發明的銅合金伸展材作為利用切削加工而製造得到的電子機器等的部件用材料是適宜的。本發明的銅合金部件可通過切削加工來精度良好地進行製造，且充分具有作為電子機器等的部件所需要的特性。本發明的上述及其它特徵和優點根據下述記載及所附附圖可更為明確。


圖I為示意性示出與伸展方向平行地對銅合金棒進行觀察所觀察到的側面(a)和截面(b)的圖。圖2示意性示出了利用電子顯微鏡(SEM)與伸展方向平行地對銅合金棒進行觀察所觀察到的截面組織，其為晶界與硫化物的整體像。圖3示意性示出了利用電子顯微鏡(SEM)與伸展方向平行地對銅合金棒進行觀察所觀察到的截面組織，其為除去了圖2中位於晶界上的硫化物而示出的圖。圖4為說明將圖2的一部分放大後所示出的硫化物的縱橫比的圖。圖5為示意性示出實施例1-3、2_3中製作的接插件銷件(> )的一種形狀的側面圖。圖6為示意性示出實施例1-3、2_3中製作的接插件銷件的其它形狀的側面圖。
具體實施例方式關於本發明銅合金伸展材的優選實施方式，大致分為第I實施方式與第2實施方式來詳細說明。其中，在第2實施方式中，對於與第I實施方式的共通點有時會省略其說明。這兩個實施方式具有相同或相應的特定技術特徵，形成了單一的發明概念。需要說明的是，在本說明書中，所謂「銅合金」指的是不包括形狀概念的物質，所謂「銅合金材料」或「銅合金伸展材」等指的是包括形狀概念的物質。[第I實施方式]〈Ni、Si〉本實施方式的銅合金伸展材的優選實施方式中的鎳(Ni)和矽(Si)是為了如下目的而添加的，即，通過控制Ni與Si的含量比而在金屬基質(生地，基體)中形成Ni-Si析出物(Ni2Si),由此來進行析出強化，使銅合金伸展材的強度和導電性得到提高。該Ni-Si析出物(Ni2Si :用於析出強化的析出物)在被切削性的提高中並未發揮出太大的作用。在本實施方式的銅合金伸展材的優選實施方式中，通過硫(S)的添加而在基體中形成有助於被切削性提高的硫化物。該硫化物作為進行切削加工時的切削屑斷裂起點而發 揮作用，從而使切削屑容易細小地產生斷裂，使被切削性提高。另外，通過控制鑄造時的冷卻速度來控制硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率，從而提高切削屑斷裂性，進一步因不會損害熱加工性和冷加工性，從而能夠進行擠出、壓延、拉伸等伸展加工。本實施方式中的銅合金可以在鎳(Ni)與矽(Si)發生固溶的狀態下、或形成有Ni-Si析出物的狀態下施以熱或冷加工，但無論在哪一種狀態下伸展加工性通常均較差，在加工中容易產生破裂、破損等。若在該銅合金中形成硫化物，則伸展加工性進一步惡化，難以進行加工。硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率會對伸展加工性造成影響，因而在本實施方式中對硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率進行了規定。由此，可使Cu-Ni-Si系中難以兼具的伸展加工性與切削性同時得到提高。Ni的含量為I. 5質量％ 7. O質量％(質量％)、優選為I. 7質量％ 6. 5質量％。Ni量若過少，則基於Ni-Si析出物的析出固化量小、強度不足。Ni量若過多，則因過剩而不僅不會增加有助於強度提高的Ni-Si析出物量，而且還會在溶解鑄造時大量形成Ni-Si結晶物，從而使熱加工性和冷加工性(即伸展性)惡化，因而不優選。在Ni-Si析出物(Ni2Si)的形成中，若以質量％來計算，則需要使Si含量為Ni含量的約1/5 1/3的量。由此，本實施方式中，Si的含量為0.3質量％ 2.3質量％、優選為O. 34質量％ 2. 2質量％。〈S〉本實施方式的銅合金伸展材中，需要使存在的硫化物的尺寸(平均直徑)為O. I μ m 10 μ m、硫化物的面積率為O. 1% 10%。因此，S的含量為O. 02質量％ I. O質量％、優選為O. 03質量％ O. 8質量％。若過少，則硫化物的面積率小，無法得到充分的切削屑斷裂性。S的含量若過多，則熱加工性和冷加工性(即伸展性)惡化。以往，將科森銅鎳矽合金中的S量限制為極微量是已知的(上述專利文獻10、11)。在本實施方式中，特意使其大幅增加並使其它添加元素為特定範圍、優選在特定的條件下進行其加工處理，從而可製成硫化物在伸展方向具有特定縱橫比的銅合金伸展材，達成被切削性與伸展性的兼顧。進一步地，在本實施方式的銅合金伸展材中，可以含有錫(Sn)、錳(Mn)、鈷(Co)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鋁(Al)、磷⑵、鋅(Zn)中的I種或2種以上。這些元素通過固溶或形成析出物來提高Cu-Ni-Si合金的強度，或者通過形成硫化物來提高被切削性。在含有這些元素的情況下，優選以總量計含有O. 05質量％ 2. O質量％的選自Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P、Zn的中的I種或2種以上。含量少於O. 05質量%的情況下，強度提高或被切削性改善的效果與不含有這些元素的情況無異。另外，含量多於2. O質量％的情況下，不僅強度和被切削性提高的效果會達到飽和，而且導電率也會降低，因而並非上策。作為硫化物成分，有 Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S 系等，Cu-S 系硫化物是特別有效的。進一步還存在不可避免的雜質與S的硫化物。作為硫化物成分，有Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S 等。 硫化物優選為選自由Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S組成的組中的至少一種，Cu-S是特別有效的。進一步還存在不可避免的雜質與S的硫化物。需要說明的是，此處的「Cu-S」意味著Cu2S、CuS等由Cu與S形成的硫化物的總稱,「Mn-S」等也是同樣的。接下來，對於作為有助於被切削性提高的化合物的硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率的規定以及特徵進行敘述。硫化物具有使切削加工時所產生的切削屑細小地發生斷裂的作用，由此來提高被切削性。然而，若硫化物的尺寸(平均直徑)小於O. Ιμπι，則得不到較大的效果。並且，即便具有尺寸(平均直徑)為O. Ιμπι以上的硫化物，若總面積率小，也無法使切削屑細小地發生斷裂。具體地說，若O. Ιμπι以上尺寸(平均直徑)的硫化物以面積率計未以O. 1% 10%的密度進行分布，則無法使切削屑充分斷裂。需要說明的是，硫化物較軟，因此有時會對應於熱加工或冷加工的加工度而在長度方向上被拉伸，此時只要使硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率在垂直於伸展材長度方向的截面(橫截面)上滿足上述條件即可。另外，所謂硫化物的尺寸(平均直徑)為如下的值利用電子顯微鏡觀察其橫截面，對100個以上的硫化物顆粒進行圓形換算，對其直逕取平均值，將該值作為硫化物的尺寸。所謂硫化物的面積率為如下的值利用電子顯微鏡進行觀察，對I個視野中所見的硫化物數進行統計，對各硫化物進行圓形換算，求出其直徑並進行平均，由其平均直徑求出面積，然後乘以硫化物的數量，求出硫化物在每I個視野中的總面積，並除以I個視野的總面積，所得的值為硫化物的面積率。另一方面，硫化物使材料的熱和冷加工性變差。硫化物易於在晶界形成、使晶界強度降低，因此若硫化物的尺寸(平均直徑)過大、或面積率過大，則在實施熱加工或冷加工時會產生破裂，無法作為伸展材來使用。因而，需要使硫化物的尺寸(平均直徑)為ΙΟμπι以下、使硫化物的面積率為10%以下。該硫化物的尺寸(平均直徑)會隨著鑄造時的冷卻速度而發生變化。若冷卻速度緩慢，則硫化物會變大；反之，若冷卻速度快，則硫化物會變小。優選的冷卻速度為O. rc /秒 50°C /秒、更優選為O. 3°C /秒 40°C /秒。接下來，對本發明第I實施方式的優選實施方式中的銅合金伸展材的機械性能進行敘述。本實施方式中的銅合金伸展材的目的在於代替含有鉛的磷青銅或鈹銅、即代替含有環境負荷物質的銅合金，並且需要與這些合金的伸展材為同等強度。因此，作為實用上不會出現問題的強度和導電性，需要使拉伸強度為500MPa以上、導電率以IACS (International Annealed Copper Standard,國際退火銅標準)計為 25%IACS 以上。本實施方式中的銅合金為時效析出型，如上所述，通過形成Ni2Si,其強度、導電性得到提高，因此需要含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ 2. 3質量％的Si。並且，製造工序中的固溶處理時的溫度優選在750°C 1000°C的範圍，時效處理時的溫度優選在350°C 600°C的範圍。本實施方式中，在銅合金伸展材的製造方法中，除了使鑄造時的冷卻速度在上述範圍來調節硫化物的尺寸(平均直徑)以外，並無特別限制。例如，對於鑄塊(餅坯或鋼坯)橫截面的面積，只要大於伸展材橫截面的面積即可。本實施方式的銅合金伸展材為時效析出型銅合金的伸展材，因而至少在銅合金原料的溶解鑄造工序之後必須進行時效熱處理工序，除了用於得到銅合金伸展材的工序之外，還可根據需要進行熱加工工序、退火工序、固溶處理工序。例如，對於熱加工工序來說，鋼坯的熱擠出、鑄塊的熱鍛造、或者連續鑄造等製造方法均可製造本實施方式的銅合金伸展材。另外，對於製品的形狀也並無特別限制，優選為通過作為後工序的切削工序易於得到最終形態的銅合金部件的形狀。即，根據銅合金部件的用途，以線、棒、條、板、管等特定形狀的銅合金伸展材的方式進行製造、並進行區分使用即可。例如，最終形態的銅合金部件為螺釘或鉚釘等的情況下，優選銅合金伸展材的形狀 為圓棒狀。作為銅合金部件，可以舉出目前使用含鉛的磷青銅或鈹銅的同軸接插件的銷釘(才7 > )、銷母(^ 7 > ) ;IC插座或電池端子接插件中所使用的探針的筒管及柱塞材；音響電纜的接插件端子等的電子機器部件；天線的鉸鏈、扣件、軸承、導軌、電阻焊接機；鐘錶等的結構部件或齒輪、軸承；金屬模具的頂針等要素部件等之類的要求強度、導電性、熱傳導性、耐磨耗性且以複雜的形狀主要通過切削加工而製造的部件。本實施方式的「銅合金部件」也可包括利用切削加工而製造得到的銅合金部件的一部分。[第2實施方式]〈Ni、Si〉在本實施方式的銅合金伸展材中，也對Ni與Si的含量比進行控制。其宗旨與第I實施方式相同。在本實施方式的銅合金伸展材的優選實施方式中，通過硫(S)的添加而在基體中形成有助於被切削性提高的硫化物。該硫化物作為進行切削加工時的切削屑斷裂起點而發揮作用，從而使切削屑容易細小地斷裂，使被切削性提高；在這一點上其與上述第I實施方式是相同的。硫化物在鑄造時形成，但在形成時大多存在於晶界中，會使熱加工性和冷加工性(即伸展性)惡化。因此，對於鑄塊(餅坯或鋼坯)中形成的硫化物，通過進行伸展加工和熱處理，使平行於伸展方向的截面中面積率40%以上的硫化物存在於基體結晶內，使得在平行於伸展方向的截面的從伸展方向所見的縱橫比為I :1 I :100的硫化物、優選縱橫比為I :1 I :50的硫化物分散在基體中，由此來提高切削屑斷裂性，進一步通過不損害熱和冷加工性，從而可進行擠出、壓延、拉伸等伸展加工。本實施方式的銅合金可以在鎳(Ni)與矽(Si)發生了固溶的狀態下或者形成了 Ni-Si析出物的狀態下施以熱或冷加工，但在任一狀態下其伸展加工性通常均較差，在加工中容易產生破裂、破損等。若在該銅合金中形成硫化物，則伸展加工性會進一步惡化，難以進行加工。硫化物的存在位置會對伸展加工性產生較大影響，通過使硫化物大多存在於結晶內，會使伸展性變得良好。在本實施方式中，對於硫化物在晶粒內存在的面積率進行了規定。Ni的含量為I. 5質量％ 7. O質量％(質量％)、優選為I. 7質量％ 6. 5質量％。Ni量若過少，則基於Ni-Si析出物的析出固化量小、強度不足。Ni量若過多，則因過剩而不僅不會增加有助於強度提高的Ni-Si析出物量，而且還會在溶解鑄造時大量形成Ni-Si結晶物，從而會使熱加工性和冷加工性(即伸展性)惡化，因而不優選。在Ni-Si析出物(Ni2Si)的形成中，若以質量％來計算，則需要使Si含量為Ni含量的約1/5 1/3的量。由此，本實施方式中，Si的含量為0.3質量％ 2.3質量％、優選為O. 34質量％ 2. 2質量％。〈S〉本實施方式的銅合金伸展材中，需要使所形成的硫化物中面積率40%以上硫化物存在於平行於伸展方向的截面基體結晶內，並使平行於伸展方向的截面中的硫化物的縱橫 比為上述比例。為了達成該條件，使S的含量為O. 02質量％ I. O質量％、優選為O. 03質量％ O. 8質量％。若其過少，則得不到充分的切削屑斷裂性。若S的含量過多，則熱加工性和冷加工性(即伸展性)惡化。優選使形成並分散的硫化物中面積率的50%以上的硫化物存在於基體結晶內。本實施方式中，也是超過現有通常的規定量而以上述積極添加量來含有S的，在這一點上，其與第I實施方式是相同的。在本實施方式的銅合金伸展材中，可以含有錫(Sn)、錳(Mn)、鈷(Co)、鋯(Zr)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、鉻(Cr)、鋁(Al)、磷(P)、鋅(Zn)中的I種或2種以上。其作用以及優選含量範圍等與上述第I實施方式相同。接下來，對於作為有助於提高被切削性的化合物的硫化物在平行於伸展方向的截面中的基體結晶內的存在比例與硫化物縱橫比的規定以及特徵進行敘述。硫化物具有使切削加工時所產生的切削屑細小地發生斷裂的作用，由此來提高被切削性。但是，硫化物的存在位置對伸展性(熱加工性、冷加工性)有較大影響。硫化物在基體晶粒內的存在比例為如下得到的值利用電子顯微鏡對平行於伸展方向的截面進行觀察，統計在I個視野內觀察到的全部硫化物的數量，對該各硫化物進行圓形換算，求出其直徑並進行平均，由該平均直徑求出面積，乘以硫化物數，求得I個視野中所見到的全部硫化物的總面積，之後僅對晶粒內與跨過晶界的硫化物數進行統計，對該各硫化物進行圓形換算，求出其直徑並進行平均，由該平均直徑求出面積，乘以硫化物數，求得晶粒內和跨過晶界的硫化物的總面積，除以I個視野中所見到的全部硫化物的總面積，所得的值為硫化物在基體晶粒內的存在比例。對於該比例，只要晶粒內與跨過晶界的硫化物為40%以上即可。若為40%以下，則伸展性變差。需要說明的是，此時的硫化物面積率處於O. 1% 20%、優選處於O. 1% 10%的範圍。硫化物的面積率為I個視野中所見到的硫化物總面積除以I個視野的總面積所得到的值。硫化物較軟，因此會對應於熱加工或冷加工的加工度而在長度方向上伸長，且會發生斷裂並分散在基體中。所分散的硫化物的縱橫比是指下述比利用電子顯微鏡對該截面進行觀察，將與伸展方向垂直的方向的長度h設為I時，平行於伸展方向地進行伸長的硫化物長度t2的比α2/%)。該比超過I :100時，可能無法滿足規定的S含量，在切削加工時，切削屑不會細小地斷裂。需要說明的是，硫化物在伸展方向上並非為直線狀的情況下，上述的定義並無變化，如圖4所示，求出佔據該區域部分的伸展方向的長度t2以及與其正交的方向的長度h，進行評價。硫化物的測定例圖1(a)為與伸展方向R平行地對銅合金棒10進行觀察的正面圖，圖1(b)為截面圖，IOa表示截面；其為示意性示出的圖。圖2為與伸展方向平行地進行截面的電子顯微鏡觀察的示意圖，其示出了在I個視野中觀察到的晶界21與硫化物狀態；圖中，21表示晶界、22表示處於晶界的硫化物、23表示晶粒內硫化物。此處，求出在I個視野中觀察到的全部硫化物的總面積。接下來，圖3中示意性示出了利用電子顯微鏡(SEM)與伸展方向平行地對銅合金棒進行觀察所觀察到的截面組織，其為晶界、以及除去了位於圖2的晶界的硫化物的位於晶粒內的硫化物。求出該圖所示的位於晶粒內的硫化物的總面積、求得在I個視野中所見到的硫化物與位於晶粒內的硫化物的比例。這種情況下，位於晶粒內的硫化物的面積率為 61%。硫化物的縱橫比是指，如圖4所示，將硫化物的與伸展方向垂直的方向的長度h設為I時，與此相對應的與伸展方向平行地伸長的硫化物長度t2的比(圖中下方例的情況下為13)。接下來，對本實施方式的優選實施方式中的銅合金伸展材的機械性能進行敘述。本實施方式中的銅合金的目的在於代替含有鉛的磷青銅或鈹銅、即代替含有環境負荷物質的銅合金，需要與這些合金為同等強度；這與上述第I實施方式是同樣的。因此，在實用上的要求特性(拉伸強度、導電率)的優選範圍等也與上述第I實施方式是同樣的。本實施方式銅合金伸展材的製造方法的主要特徵在於，對於鑄造時大量存在於晶界的硫化物，利用伸展加工和熱處理，使得平行於伸展方向的截面中的硫化物中以面積率計的40%以上的硫化物存在於基體結晶內、使平行於伸展方向的截面中的硫化物以縱橫比為I :1 I :100的範圍進行分散。作為上述伸展加工和熱處理的優選例，可以舉出以下示例。(a)在熱加工後進行急冷，並施以0% 95%(進一步優選為30% 90%)的斷面收縮加工，進行最終時效處理。(b)在熱加工後，反覆進行I次以上的冷加工與溫度為600°C 1000°C的熱處理，在最終冷加工前施以固溶處理，其後施以0% 95%(進一步優選為30% 90%)的斷面收縮加工，進行最終時效處理。此處，冷加工與溫度為600°C 1000°C的熱處理分別進行I次的情況下，使冷加工為最終冷加工、溫度為600°C 1000°C的熱處理為固溶處理。另外，斷面收縮加工為冷加工，0%的斷面收縮加工意味著不進行斷面收縮加工。並且，最終時效處理時的溫度優選為350°C 600°C、更優選為400°C 550°C。並且，溫度為600°C 1000°C的熱處理的目的在於提高伸展材的加工性。上述溫度域優選為800°C 1000°C、更優選為900°C 1000°C。另外，熱處理的時間優選為I小時至3小時。並且，冷卻條件實際上是任意的，可以為緩冷、也可以為急冷。冷卻速度只要在O. TC /秒 1000°C /秒的範圍即為充分。
從使平行於伸展方向的截面的硫化物縱橫比接近於I :1、適當地通過斷面收縮加工來進行硫化物的形狀和分散狀態的控制的方面來考慮，優選即將進行上述斷面收縮加工之前的工序為熱加工或固溶處理。在這種情況下，熱加工或固溶處理的溫度優選為750°C 1000°C、更優選為850°C 1000°C、進一步優選為900°C 1000°C。需要說明的是，通過在剛完成熱加工(熱壓延、熱伸線、熱擠出等)後馬上進行急冷(水中淬火等)，可以得到與固溶處理同等的效果。本實施方式的銅合金伸展材為時效析出型銅合金的伸展材，因而前提為至少在銅合金原料的溶解鑄造工序之後適當地採用時效處理工序；除了用於得到銅合金伸展材的工序之外，也可以根據需要進行熱加工工序、退火工序、固溶處理工序、溫度600°C 1000°C的熱處理工序。例如，對於熱加工工序來說，鋼坯的熱擠出、鑄塊的熱鍛造、或者連續鑄造等製造方法中的任意一種均可製造本實施方式的銅合金伸展材。此外，對於製品的形狀及銅合金部件，作為其優選情況，可以舉出與上述第I實施方式同樣的情況。實施例下面基於實施例進一步對本發明進行詳細說明，但本發明並不限定於此。(實施例I)(實施例1-1)利用高頻熔爐對於由表1-1合金成分所示的組成的銅合金進行溶解，以冷卻速度O. 50C /秒 5°C /秒鑄造各鋼坯。使鋼坯的直徑為200mm。在950°C的溫度下對上述鋼坯進行熱擠出，立即進行水中淬火，得到直徑20mm的圓棒。接下來對上述圓棒進行冷拉伸，製造直徑IOmm的圓棒,進一步在450°C的溫度下進行2小時的時效熱處理。對於如此得到的各銅合金伸展材(圓棒)樣品，按下述方法進行[I]拉伸強度、導電率、[3]被切削性的調查。各評價項目的測定方法如下。[I]拉伸強度依據JIS Z 2241，對3根銅合金伸展材進行測定，給出其平均值(MPa)。[2]導電率採用四端子法，在控制為20°C (+TC)的恆溫槽中，對各試樣按每2根進行測定，給出其平均值(%IACS)。[3]被切削性使用通用旋床進行圓棒外徑的分段切削加工，製作粗徑部的直徑為9. 6mm、細徑部的直徑為8mm的鉚釘，觀察所產生的切削屑的形態。將切削屑斷裂為長度5mm以下的情況作為良、將切削屑斷裂但其長度為5mm以上IOmm以下的情況作為可、將切削屑呈螺旋狀的情況作為不良。實用上不會產生問題的情況為良和可。另外，對於切削條件，設轉速為lOlOrpm、進給速度為每I次旋轉O. 1mm、切入量(切>9込 代)為O. 2mm。切削刀具使用超硬制刀具，不使用切削油。另外，硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率如下來求得對於直徑IOmm的圓棒樣品的任意3處橫截面，使用掃描型電子顯微鏡(SEM)分別對3個視野進行組織觀察，由此來求得硫化物的尺寸(平均直徑)與面積率。硫化物的尺寸(平均直徑)如下求得對每I視野中的100個以上的硫化物進行圓形換算，將其直徑平均，從而求得硫化物的尺寸。硫化物的面積率如下求得統計I個視野中所見到的硫化物的數量，並乘以假定硫化物為圓而由平均直徑求出的面積，由此來求得硫化物在每I視野中的總面積，除以I個視野的面積，由此來求出硫化物的面積率。另外，硫化物成分是使用SEM附帶的能量分散型螢光X射線分析裝置(EDX)來調查的。表1-1中示出了結果。本發明例1-1 1-25中，成分為本發明的範圍內，均滿足拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上。並且，硫化物的尺寸(平均直徑)滿足O. I μ m 10 μ m、硫化物的面積率滿足O. 1% 10%，材料加工中無破裂、也滿足被切削性。比較例1-1 1-9為成分處於本發明範圍外的示例。比較例1-1和1-3中，Ni濃度和Si濃度低，拉伸強度差。比較例1-2中，Ni濃度和Si濃度高，導電率差。比較例1-4中，Ni濃度和Si濃度高，在冷加工時發生破裂。比較例1-5中，S濃度低、硫化物的面積率小，被切削性差。比較例1-6和1-7中，S濃度高、硫化物的面積率增加，在熱加工時發生破裂。比較例1-8和1-9中，Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P、Zn的總量超過2. O質量％，導電率差。 現有例1-1、1-2為易切削磷青銅和易切削鈹銅。本發明例的銅合金伸展材在不含有如現有例1-1、1_2的材料那樣的環境負荷物質的情況下，仍可得到與現有例1-1、1_2同等以上的特性。表1-1
權利要求
1.ー種銅合金伸展材，其含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、O. 3質量％ 2. 3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S,餘量由Cu和不可避免的雜質形成,該銅合金伸展材的特徵在於，其分散有硫化物，該硫化物的平均直徑為O. I μ m 10 μ m、該硫化物的面積率為.O.1% 10% ;且所述銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上。
2.ー種銅合金伸展材，其含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ 2. 3質量％的Si,O. 02質量％ I. O質量％的S，進ー步含有以總量計為O. 05質量％ 2. O質量％的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少ー種，餘量由Cu和不可避免的雜質形成，該銅合金伸展材的特徵在幹，其分散有硫化物，該硫化物的平均直徑為O. I μ m .10 μ m、該硫化物的面積率為O. 1% 10% ;且所述銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上。
3.如權利要求I或權利要求2所述的銅合金伸展材，其中，所述硫化物為選自由Cu-S、Mn-S, Zr-S, Ti-S, Fe-S, A1_S、Cr-S 以及 Zn-S 組成的組中的至少ー種。
4.ー種銅合金部件，其是對權利要求I 3的任ー項所述的銅合金伸展材進行切削加エ而形成的。
5.如權利要求4所述的銅合金部件，其用於電子機器部件、結構部件或要素部件。
6.—種銅合金伸展材的製造方法,其為權利要求I 3的任ー項所述銅合金伸展材的製造方法，該製造方法的特徵在於，使鑄造時的冷卻速度為O. 1°C /秒 50°C /秒。
7.ー種銅合金伸展材，其含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、O. 3質量％ 2. 3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S,餘量由Cu和不可避免的雜質形成,該銅合金伸展材的特徵在於，硫化物分散在基體中，且所述銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上，所述硫化物中，平行於伸展方向的截面中，基體結晶內存在的硫化物的面積率為40%以上，平行於伸展方向的截面中，所述硫化物的截面的縱橫比為I :1 I :100。
8.如權利要求7所述的銅合金伸展材，其特徵在於，該銅合金伸展材進一歩含有以總量計為O. 05質量％ 2.0質量％的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少ー種。
9.如權利要求7或8所述的銅合金伸展材，其中，所述硫化物為選自Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S和Zn-S系的任意硫化物中的ー種以上。
10.ー種銅合金部件，其是對權利要求7 9的任ー項所述的銅合金伸展材進行切削加エ而形成的。
11.如權利要求10所述的銅合金部件，其用於電子機器部件、結構部件、要素部件等要求強度、導電性、熱傳導性、耐磨耗性的用途中。
12.—種銅合金伸展材的製造方法，其為權利要求7 9的任ー項所述的銅合金伸展材的製造方法，該製造方法的特徵在於在對含有I. 5質量％ 7. O質量％的Ni、0. 3質量％ .2.3質量％的Si、0. 02質量％ I. O質量％的S、餘量由Cu和不可避免的雜質形成的銅合金組合物進行加工時，實施下述(a)、(b)中的任ーエ序，其後施以0% 95%的斷面收縮加工，使平行於伸展方向的截面中分散在基體中的硫化物總面積的40%以上存在於基體結晶內，對分散有硫化物的基體進行時效處理，所分散的硫化物在平行於伸展方向的截面中的縱橫比為I :1 I :100 ;所述エ序(a)、(b)為 (a)在熱加工後進行急冷；(b)在熱加工後，反覆進行I次以上的冷加工以及溫度600°C 1000°C的熱處理，在最終冷加工前施以固溶處理。
13.如權利要求12所述的銅合金伸展材的製造方法，其特徵在於，該銅合金伸展材進ー步含有以總量計為O. 05質量％ 2. O質量％的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少ー種。
全文摘要
本發明的目的在於提供一種銅合金伸展材，該銅合金伸展材的被切削性和伸展性優異、可減輕環境負荷、並且在需要高強度和高導電性的至少一種的用途中是最合適的。本發明的銅合金伸展材含有1.5質量%～7.0質量%的Ni、0.3質量%～2.3質量%的Si、0.02質量%～1.0質量%的S，進一步根據需要含有以總量計為0.05質量%～2.0質量%的選自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn組成的組中的至少一種，餘量由Cu和不可避免的雜質形成，其中，該銅合金伸展材中分散了有助於被切削性提高的硫化物，該硫化物的平均直徑為0.1μm～10μm，該硫化物的面積率為0.1%～10%；且所述銅合金伸展材的拉伸強度為500MPa以上、導電率為25%IACS以上。
文檔編號C22C9/01GK102859016SQ20108006602
公開日2013年1月2日 申請日期2010年12月24日 優先權日2010年4月7日
發明者高橋功, 金子秀雄, 鐮田千綱, 山本義弘, 小田健作, 倉橋和夫, 小關和宏 申請人:古河電氣工業株式會社