銅合金以及銅合金塑性加工材的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的第1至第3方式所涉及的銅合金含有3.3原子%以上且6.9原子%以下的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，含氧量為500原子ppm以下。并且，具有以下條件（a）、（b）中的任一個或兩個。（a）當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子%時，導(dǎo)電率σ（%IACS）滿足式（1）：σ≤{1.7241/（-0.0347×X2+0.6569×X+1.7）}×100。（b）粒徑為0.1μm以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為1個/μm2以下。本發(fā)明的第4方式所涉及的銅合金還含有總計0.01原子%以上且3.0原子%以下的范圍的選自Al、Ni、Si、Mn、Li、Ti、Fe、Co、Cr以及Zr中的1種以上，且滿足條件（b）。
【專利說明】銅合金以及銅合金塑性加工材
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種例如使用于機械零件、電子零件、日用品、建材等的銅合金以及通過對由該銅合金構(gòu)成的銅原材料進行塑性加工而成型的銅合金塑性加工材。
[0002]本申請主張基于2011年11月14日于日本申請的日本專利申請2011-248731號的優(yōu)先權(quán)，并將其內(nèi)容援用于本說明書中。
【背景技術(shù)】
[0003]以往，作為機械零件、電子零件、日用品、建材等的原材料，使用了銅合金塑性加工材。該銅合金塑性加工材通過對鑄塊等進行軋制、拔絲、擠壓、孔型軋制、鍛造、沖壓等塑性加工而成型。
[0004]尤其從制造的效率化的觀點來看，使用銅合金的棒、線、管、板、條、帶等長形物作為機械零件、電子零件、日用品、建材等的原材料。
[0005]棒例如被用作套筒、襯套、螺栓、螺母、軸、凸輪、柄、轉(zhuǎn)軸、閥、引擎零件、電阻焊接用電極等的原材料。
[0006]線例如被用作接點、電阻、機器人用配線、汽車用配線、滑接導(dǎo)線、引腳、彈簧、焊接棒等的原材料。
[0007]管例如被用作供水管、燃氣管、熱交換器、熱管、制動管、建材等的原材料。
[0008]板以及條例如被用作開關(guān)、繼電器、連接器、引線框架、頂板、密封墊、齒輪、彈簧、印刷版、密封墊、散熱器、隔板(diaphragm)、貨幣等的原材料。
[0009]帶例如被用作太陽能電池用內(nèi)互連器、磁線等的原材料。
[0010]在此，作為這些棒、線、管、板、條、帶等長形物(銅合金塑性加工材)，根據(jù)各自的用途使用具有各種組成的銅合金。
[0011]例如，作為用于電子設(shè)備或電氣設(shè)備等的銅合金，開發(fā)出了非專利文獻I中記載的Cu-Mg合金以及專利文獻I中記載的Cu-Mg-Zn-B合金等。
[0012]在這些Cu-Mg系合金中，由圖1所示的Cu-Mg系狀態(tài)圖可知，當(dāng)Mg的含量為3.3原子％以上時，能夠通過進行固溶處理和析出處理來析出由Cu和Mg構(gòu)成的金屬間化合物。即，在這些Cu-Mg系合金中，通過析出硬化，能夠具有比較高的導(dǎo)電率和強度。
[0013]并且，作為用于滑接導(dǎo)線等的銅合金塑性加工材，提出了專利文獻2中記載的Cu-Mg合金的線坯。該Cu-Mg合金的Mg的含量為0.01質(zhì)量％以上且0.70質(zhì)量％以下。由圖1所示的Cu-Mg系狀態(tài)圖可知，該Mg的含量比固溶極限小，專利文獻2中記載的Cu-Mg合金為Mg固溶于銅的母相中的固溶強化型銅合金。
[0014]在此，在非專利文獻I以及專利文獻I中記載的Cu-Mg系合金中，母相中分散有大量的以Cu和Mg為主成分的粗大的金屬間化合物。因此，在彎曲加工時，容易以這些金屬間化合物為起點而發(fā)生破裂等。由此，存在無法成型復(fù)雜形狀的產(chǎn)品的問題。
[0015]并且，在專利文獻2中記載的Cu-Mg系合金中，Mg固溶于銅的母相中。因此，雖然加工性沒有問題，但有時根據(jù)用途而強度不足。[0016]專利文獻1:日本特開平07-018354號公報
[0017]專利文獻2:日本特開2010-188362號公報
[0018]非專利文獻1:掘茂徳、他2名、“ C u —M g合金(二杉It ^晶界型析出”、伸銅技術(shù)研究會誌V ο 1.19 (1980) P.115 - 124 (掘茂德等3人，Cu-Mg合金中的晶界型析出，伸銅技術(shù)研究會雜志Vol.19 (1980) ρ.115-124)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0019]該發(fā)明是鑒于上述情況而完成的，其目的在于提供一種高強度且具有優(yōu)異的加工性的銅合金以及由該銅合金構(gòu)成的銅合金塑性加工材。
[0020]為了解決該課題，本發(fā)明人進行了深入研究并得出了以下見解。
[0021]對Cu-Mg合金進行固溶化之后進行驟冷而制作出的加工硬化型銅合金由Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成。該加工硬化型銅合金的強度高，且具有優(yōu)異的加工性。并且，能夠通過降低含氧量來提高銅合金的抗拉強度。
[0022]本發(fā)明是基于這種見解而完成的。
[0023]本發(fā)明的第I方式所涉及的銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，含氧量為500原子ppm以下。
[0024]當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(I)。
[0025]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0026]本發(fā)明的第2方式所涉及`的銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，含氧量為500原子ppm以下。
[0027]通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/ μ m2以下。
[0028]本發(fā)明的第3方式所涉及的銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，含氧量為500原子ppm以下。
[0029]當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(I)。
[0030]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0031]通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/ μ m2以下。
[0032]本發(fā)明的第4方式所涉及的銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，還含有總計0.01原子％以上且3.0原子％以下的范圍的選自Al、N1、S1、Μη、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，含氧量為500原子ppm以下。
[0033]通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/ μ m2以下。
[0034]在上述第1、第3方式所涉及的銅合金中，如圖1的狀態(tài)圖所示，含有固溶極限以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，并且當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ滿足上述式(I)。因此，銅合金由Mg以過飽和狀態(tài)固溶于母相中的Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成。
[0035]或者，在第2、第3、第4方式所涉及的銅合金中，含有固溶極限以上的3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，并且通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μπι2以下。因此，抑制了金屬間化合物的析出，銅合金由Mg以過飽和狀態(tài)固溶于母相中的Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成。
[0036]另外，關(guān)于粒徑為0.1 μπι以上且以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)，利用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡以5萬倍的倍率、約4.8μπι2的視場進行10個視場的觀察而計算出。
[0037]并且，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的粒徑為金屬間化合物的長徑與短徑的平均值。另外，長徑為以在中途不與晶界接觸為條件能夠在粒子內(nèi)畫出最長的直線的長度，短徑為在與長徑垂直交叉的方向上以中途不與晶界接觸為條件能夠畫出最長的直線的長度。[0038]在由這種Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成的銅合金中，母相中未大量分散有成為破裂起點的粗大的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物，加工性大幅提高。
[0039]并且，由于Mg以過飽和狀態(tài)固溶，因此能夠通過加工硬化來大幅提高強度。
[0040]并且，在本發(fā)明的第I~第4方式所涉及的銅合金中，含氧量為500原子ppm以下。因此，可以抑制Mg氧化物的發(fā)生量，能夠大幅提高抗拉強度。并且，在加工時能夠抑制發(fā)生以Mg氧化物為起點的斷線或破裂，能夠大幅提高加工性。
[0041 ] 另外，為了可靠地體現(xiàn)該作用效果，優(yōu)選將含氧量設(shè)為50原子ppm以下，更優(yōu)選將含氧量設(shè)為5原子ppm以下。
[0042]并且，在本發(fā)明的第I~第4方式所涉及的銅合金中，當(dāng)含有總計0.01原子％以上且3.0原子％以下的范圍的選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上時，能夠通過這些元素的作用效果大幅提高機械強度。
[0043]本發(fā)明的一方式所涉及的銅合金塑性加工材通過對由前述銅合金構(gòu)成的銅原材料進行塑性加工而成型。另外，在該說明書中，塑性加工材是指在任一制造工序中實施了塑性加工的銅合金。
[0044]如前所述，該一方式所涉及的銅合金塑性加工材由Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成，因此強度高，且具有優(yōu)異的加工性。
[0045]本發(fā)明的一方式所涉及的銅合金塑性加工材優(yōu)選通過具有如下工序的制造方法成型:制造具有本發(fā)明的第I~第4方式所涉及的銅合金的合金組成的銅原材料的熔解、鑄造工序；將所述銅原材料加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的加熱工序；以200°C /min以上的冷卻速度將已加熱的所述銅原材料冷卻至200°C以下的驟冷工序；以及對已驟冷的所述銅原材料進行塑性加工的塑性加工工序。
[0046]此時，通過熔解、鑄造而制造具有本發(fā)明的第I~第4方式所涉及的銅合金的合金組成的銅原材料。并且，通過將所述銅原材料加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的加熱工序，能夠進行Mg的固溶化。在此，若加熱溫度小于400°C，則導(dǎo)致固溶化不完全，有可能在母相中殘留大量的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物。另一方面，若加熱溫度超過9000C，則銅原材料的一部分呈液相，有可能導(dǎo)致組織或表面狀態(tài)不均勻。因此，將加熱溫度設(shè)定為400°C以上且900°C以下的范圍。另外，為了可靠地體現(xiàn)這種作用效果，優(yōu)選將加熱工序中的加熱溫度設(shè)在500°C以上且800°C以下的范圍內(nèi)。
[0047]并且，由于具備以200°C /min以上的冷卻速度將加熱后的所述銅原材料冷卻至2000C以下的驟冷工序，因此能夠抑制在冷卻過程中析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物。因此,能夠?qū)~合金塑性加工材設(shè)為Cu-Mg過飽和固溶體。
[0048]并且，由于具備對驟冷后的銅原材料(Cu-Mg過飽和固溶體)進行塑性加工的加工工序，因此能夠通過加工硬化來提高強度。在此，加工方法無特別限定。例如在最終形態(tài)為板或條時，能夠采用軋制。當(dāng)最終形態(tài)為線或棒時，能夠采用拔絲、擠壓以及孔型軋制。當(dāng)最終形態(tài)為塊狀時，能夠采用鍛造或沖壓。加工溫度也無特別限定，優(yōu)選加工溫度在成為冷加工或溫加工的_200°C至200°C的范圍，以免引起析出。加工率被適當(dāng)?shù)剡x擇成接近最終形狀，但考慮加工硬化時，加工率優(yōu)選為20%以上，更優(yōu)選為30%以上。
[0049]并且，本發(fā)明的一方式所涉及的銅合金塑性加工材優(yōu)選為具有選自棒、線、管、板、條以及帶中的形狀的長形物。
[0050]此時，能夠高效地制造高強度且加工性優(yōu)異的銅合金塑性加工材。
[0051]根據(jù)本發(fā)明的方式，能夠提供高強度且具有優(yōu)異的加工性的銅合金以及由該銅合金構(gòu)成的銅合金塑性加工材。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0052]圖1為Cu-Mg系狀態(tài)圖。
[0053]圖2為本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材的制造方法的流程圖。
[0054]圖3為表示對以往例2的析出物進行觀察的結(jié)果(電子衍射圖案)的圖。
【具體實施方式】
[0055](第I實施方式)
[0056]以下，對本發(fā)明的第I實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材進行說明。另外，銅合金塑性加工材通過對由銅合金構(gòu)成的銅原材料進行塑性加工而成型。
[0057]第I實施方式的銅合金的成分組成為如下:含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，并且含氧量為500原子ppm以下。SP，本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材為Cu和Mg的2元系合金。
[0058]并且，當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(I)。
[0059]σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)
[0060]并且，通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下。
[0061](組成)
[0062]Mg為具有不會大幅降低導(dǎo)電率而提高強度且使再結(jié)晶溫度上升的作用效果的元素。并且，通過使Mg固溶于母相中，可以獲得優(yōu)異的彎曲加工性。
[0063]在此，若Mg的含量小于3.3原子％，則無法體現(xiàn)其作用效果。另一方面，若Mg的含量超過6.9原子％，則在為了固溶化而進行熱處理時，會殘留以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物。因此，有可能在之后的加工等中發(fā)生破裂。
[0064]根據(jù)這種理由，將Mg的含量設(shè)定為3.3原子％以上且6.9原子％以下。
[0065]進一步地，若Mg的 含量少，則強度不會充分提高。并且，由于Mg為活性元素，因此若添加過量的Mg，則在熔解鑄造時，有可能卷入與氧反應(yīng)而生成的Mg氧化物。因此，更優(yōu)選將Mg的含量設(shè)為3.7原子％以上且6.3原子％以下的范圍。
[0066]并且，氧為如上述與作為活性金屬的Mg反應(yīng)而產(chǎn)生大量的Mg氧化物的元素。當(dāng)Mg氧化物混合存在于銅合金塑性加工材中時，抗拉強度大幅下降。并且，在加工時，Mg氧化物有可能成為斷線或破裂的起點而明顯阻礙加工性。
[0067]因此，在本實施方式中，將含氧量限制在500原子ppm以下。通過如此限制含氧量，能夠提高抗拉強度且提高加工性。
[0068]并且，為了可靠地體現(xiàn)上述的作用效果，優(yōu)選將含氧量設(shè)為50原子ppm以下，更優(yōu)選將含氧量設(shè)為5原子ppm以下。另外，從制造成本的觀點考慮，氧含量的下限為0.01原子 ppm。
[0069]另外，作為不可避免雜質(zhì)，可以舉出Sn、Zn、Fe、Co、Al、Ag、Mn、B、P、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土類元素、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Te、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、L1、S1、Ge、As、Sb、T1、Tl、Pb、B1、S、C、N1、Be、N、H、Hg 等。這些不可避免雜質(zhì)的總量優(yōu)選
為0.3質(zhì)量％以下。
[0070]尤其優(yōu)選Sn含量小于0.1質(zhì)量％,且Zn含量小于0.01質(zhì)量％。當(dāng)Sn含量為0.1質(zhì)量％以上時，容易引起以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的析出。并且，當(dāng)Zn含量為0.01質(zhì)量％以上時，在熔解鑄造工序中發(fā)生煙霧而附著于鑄造爐或模具部件上。由此，鑄塊的表面質(zhì)量劣化，并且耐應(yīng)力腐蝕破裂性劣化。
[0071](導(dǎo)電率σ)
[0072]在Cu和Mg的2兀系合金中，若設(shè)Mg的含量為X原子％時導(dǎo)電率σ滿足以下式(1)，則幾乎不存在以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物。
[0073]σ ^ {1.7241/ (-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlO0......(1)
[0074]即，當(dāng)導(dǎo)電率σ超過上述式(I)的右邊值時，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物大量存在，并且金屬間化合物的尺寸也比較大。因此，彎曲加工性大幅劣化。因此，為了使導(dǎo)電率σ滿足上述式(1)，調(diào)整制造條件。
[0075]另外，為了可靠地體現(xiàn)上述的作用效果，優(yōu)選導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(2)。
[0076]σ ≤{1.7241/ (-0.0300XX2+0.6763XX+1.7)} XlO0......(2)
[0077]此時，由于以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的量更少，因此進一步提高彎曲加工性。
[0078]為了更可靠地體現(xiàn)上述的作用效果，優(yōu)選導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(3)。
[0079]σ≤{1.7241/ (-0.0292XX2+0.6797XX+1.7)} XlO0......(3)
[0080]此時，由于以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的量更少，因此進一步提高彎曲加工性。
[0081](組織)
[0082]通過掃描電子顯微鏡進行觀察的結(jié)果，在本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材中，粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為1個/ μ m2以下。即，幾乎未析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物，Mg固溶于母相中。
[0083]在此，當(dāng)不完全固溶化或者固溶化之后析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物時，存在大量的大尺寸的金屬間化合物。此時，這些金屬間化合物成為破裂的起點，加工時發(fā)生破裂，或者彎曲加工性大幅劣化。另外，在本發(fā)明的銅合金中產(chǎn)生的金屬間化合物的粒徑的上限值優(yōu)選為5 μ m,更優(yōu)選為I μ m。
[0084]對組織進行調(diào)查的結(jié)果，當(dāng)合金中粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物為I個/ym2以下時，即，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物不存在或者少量存在時，可以獲得良好的彎曲加工性。
[0085]并且，為了可靠地體現(xiàn)上述的作用效果，更優(yōu)選合金中粒徑為0.05 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的個數(shù)為I個/ μ HI2以下。
[0086]另外，利用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡以5萬倍的倍率、約4.8 μ m2的視場對以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)進行10個視場的觀察，計算并求出其平均值。
[0087]并且，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的粒徑為金屬間化合物的長徑與短徑的平均值。另外，長徑為以在中途不與晶界接觸為條件能夠在粒內(nèi)畫出最長的直線的長度，短徑為在與長徑垂直交叉的方向上以中途不與晶界接觸為條件能夠畫出最長的直線的長度。
[0088]在此，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物具有以化學(xué)式MgCu2、原型(prototype)MgCu2、皮爾遜符號cF24、空間群編號Fd-3m表示的晶體結(jié)構(gòu)。
[0089]具有這種特征的第I實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材例如通過圖2的流程圖所示的制造方法制造。
[0090](熔解、鑄造工序S01)
[0091]首先，熔解銅原料而獲得銅的熔融金屬，接著向所獲得的銅的熔融金屬添加前述元素并進行成分調(diào)整，制出銅合金的熔融金屬。另外，添加Mg時，能夠利用Mg單質(zhì)或Cu-Mg母合金等。并且，也可以與銅原料一同熔解含有Mg的原料。并且，也可以利用銅合金的回收材以及碎片材。
`[0092]在此，銅的熔融金屬優(yōu)選為純度在99.9999質(zhì)量％以上的銅，所謂的6NCu。并且，在熔解工序中，為了抑制Mg的氧化，優(yōu)選利用真空爐或者惰性氣體氣氛或還原性氣氛的氣氛爐。
[0093]然后，將已調(diào)整成分的銅合金的熔融金屬注入鑄模中制出鑄塊。另外，當(dāng)考慮批量生產(chǎn)時，優(yōu)選利用連續(xù)鑄造法或半連續(xù)鑄造法。
[0094](加熱工序S02)
[0095]接下來，為了實現(xiàn)所獲得的鑄塊的均勻化以及固溶化，進行加熱處理。在凝固過程中，由于Mg偏析而濃縮，因此生成以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物等。在鑄塊的內(nèi)部存在該以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物等。因此，為了消除或者降低這些偏析以及金屬間化合物等，進行將鑄塊加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的加熱處理。由此，在鑄塊內(nèi)使Mg均勻地擴散，或者使Mg固溶于母相中。另外，該加熱工序S02優(yōu)選在非氧化性氣氛或還原性氣氛中實施。
[0096]在此，若加熱溫度小于400°C，則不完全固溶化，有可能在母相中殘留大量的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物。另一方面，若加熱溫度超過900°C，則銅原材料的一部分成液相，有可能導(dǎo)致組織或表面狀態(tài)不均勻。因此，將加熱溫度設(shè)定為400°C以上且900°C以下的范圍。加熱溫度更優(yōu)選為500°C以上且850°C以下，進一步優(yōu)選為520°C以上且800°C以下。
[0097](驟冷工序S03)[0098]然后，以200°C /min以上的冷卻速度將在加熱工序S02中加熱至400°C以上且9000C以下的溫度的銅原材料冷卻至200°C以下的溫度。通過該驟冷工序S03，抑制固溶于母相中的Mg作為以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物析出。因此，能夠?qū)⑼ㄟ^掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)設(shè)為1個/ym2以下。即，能夠?qū)~原材料設(shè)為Cu-Mg過飽和固溶體。
[0099]另外，為了實現(xiàn)粗加工的效率化和組織的均勻化，也可以在前述加熱工序S02之后實施熱加工，且在該熱加工之后實施上述的驟冷工序S03。此時，加工方法(熱加工方法)無特別限定。例如在最終形態(tài)為板或條時，能夠采用軋制。當(dāng)最終形態(tài)為線或棒時，能夠采用拔絲、擠壓、孔型軋制等。當(dāng)最終形態(tài)為塊狀時，能夠采用鍛造或沖壓。
[0100](中間加工工序S04)
[0101]根據(jù)需要切斷經(jīng)加熱工序S02以及驟冷工序S03的銅原材料。并且，為了去除在加熱工序S02以及驟冷工序S03等中生成的氧化膜等，根據(jù)需要進行表面磨削。然后，塑性加工成預(yù)定的形狀。
[0102]另外，該中間加工工序S04中的溫度條件無特別限定，優(yōu)選在成為冷加工或溫加工的-200°C至200°C的范圍內(nèi)設(shè)定加工溫度。并且，為了接近最終形狀而適當(dāng)?shù)剡x擇加工率，但為了減少獲得最終形狀之前的中間熱處理工序S05的次數(shù)，優(yōu)選將加工率設(shè)為20%以上。并且，更優(yōu)選將加工率設(shè)為30%以上。
[0103]加工方法無特別限定，當(dāng)最終形狀為板、條時，優(yōu)選采用軋制。當(dāng)最終形狀為線或棒時，優(yōu)選采用擠壓或孔型軋制。當(dāng)最終形狀為塊狀時，優(yōu)選采用鍛造或沖壓。并且，為了徹底固溶化，也可以反復(fù)進行工序S02~S04。
[0104](中間熱處理工序S05)
[0105]在中間加工工序S04之后，以徹底固溶化、再結(jié)晶組織化或用于提高加工性的軟化為目的實施熱處理。
[0106]熱處理方法無特別限定，優(yōu)選在400°C以上且900°C以下的溫度條件下，在非氧化氣氛或還原性氣氛中進行熱處理。熱處理溫度更優(yōu)選為500°C以上且850°C以下，進一步優(yōu)選為520°C以上且800°C以下。
[0107]在此，在中間熱處理工序S05中，以200°C /min以上的冷卻速度將加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的銅原材料冷卻至200°C以下的溫度。
[0108]通過如此驟冷,可以抑制固溶于母相中的Mg作為以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物析出。由此，能夠?qū)⑼ㄟ^掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μm以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)設(shè)為1個/Pm2以下。即，能夠?qū)~原材料設(shè)為Cu-Mg過飽和固溶體。
[0109]另外，也可以反復(fù)實施中間加工工序S04以及中間熱處理工序S05。
[0110](精加工工序S06)
[0111]將中間熱處理工序S05后的銅原材料精加工為預(yù)定的形狀。另外，該精加工工序S06中的溫度條件無特別限定，優(yōu)選在常溫下進行。并且，為了接近最終形狀而適當(dāng)?shù)剡x擇塑性加工(精加工)的加工率，但為了通過加工硬化來提高強度，優(yōu)選將加工率設(shè)為20%以上。并且，當(dāng)謀求進一步提高強度時，更優(yōu)選將加工率設(shè)為30%以上。塑性加工方法(精加工方法)無特別限定，當(dāng)最終形狀為板、條時，優(yōu)選采用軋制。當(dāng)最終形狀為線或棒時，優(yōu)選采用擠壓或孔型軋制。當(dāng)最終形狀為塊狀時，優(yōu)選采用鍛造或沖壓。并且，根據(jù)需要，也可以進行車床加工、銑削加工、鉆孔加工之類的切削加工。
[0112]如此，制造出本實施方式的銅合金塑性加工材。另外,本實施方式的銅合金塑性加工材為具有選自棒、線、管、板、條以及帶中的形狀的長形物。
[0113]根據(jù)本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材，該銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg,剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì),含氧量為500原子ppm以下。并且，當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ (%IACS)滿足以下式(1)。
[0114]σ ≤ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(1)
[0115]并且，通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μπι以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下。
[0116]即，本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材為Mg以過飽和狀態(tài)固溶于母相中的Cu-Mg過飽和固溶體。
[0117]在由這種Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成的銅合金中，母相中未大量分散有成為破裂起點的以Cu和Mg為主成分的粗大的金屬間化合物。因此，提高彎曲加工性。
[0118]而且，在本實施方式中，由于含氧量為500原子ppm以下，因此可以抑制Mg氧化物的發(fā)生量。因此，能夠大幅提高抗拉強度。并且，加工時能夠抑制發(fā)生Mg氧化物成為起點的斷線或破裂，進而能夠大幅提高加工性。
[0119]并且，根據(jù)本實施方式，Mg以過飽和狀態(tài)固溶。因此，通過加工硬化來大幅提高強度，從而能夠提供具有比較高的強度的銅合金塑性加工材。
[0120]并且，本實施方式的銅合金塑性加工材通過具有以下工序S02~S04的制造方法而成型。
[0121]在加熱工序S02中，將鑄塊或加工材加熱至400°C以上且900°C以下的溫度。在驟冷工序S03中，以200°C /min以上的冷卻速度將已加熱的鑄塊或加工材冷卻至200°C以下。在中間加工工序S04中，對驟冷材進行塑性加工。
[0122]因此，能夠獲得由Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成的銅合金塑性加工材。
[0123]即，能夠通過將鑄塊或加工材加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的加熱工序S02來進行Mg的固溶化。
[0124]并且，具備以200°C /min以上的冷卻速度將通過加熱工序S02加熱至400°C以上且900°C以下的鑄塊或加工材冷卻至200°C以下的驟冷工序S03。因此，能夠抑制在冷卻過程中析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物，能夠?qū)ⅢE冷后的鑄塊或加工材設(shè)為Cu-Mg過飽和固溶體。
[0125]并且，具備對驟冷材(Cu-Mg過飽和固溶體)進行塑性加工的中間加工工序S04。因此，能夠輕松地獲得接近最終形狀的形狀。
[0126]并且，在中間加工工序S04之后，以徹底固溶化、再結(jié)晶組織化或用于提高加工性的軟化為目的具備中間熱處理工序S05。因此，能夠提高特性且提高加工性。
[0127]并且，在中間熱處理工序S05中，以200°C /min以上的冷卻速度將加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的塑性加工材冷卻至200°C以下。因此，能夠抑制在冷卻過程中析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物，能夠?qū)ⅢE冷后的塑性加工材設(shè)為Cu-Mg過飽和固溶體。[0128]并且，具備用于將中間熱處理工序S05后的塑性加工材塑性加工成預(yù)定的形狀的精加工工序S06。因此，能夠通過加工硬化來提高強度。
[0129](第2實施方式)
[0130]接著，對本發(fā)明的第2實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材進行說明。
[0131]第2實施方式的銅合金的成分組成為如下:含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，還含有總計0.01原子％以上且3.0原子％以下的范圍的選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)，并且含氧量為500原子ppm以下。
[0132]并且，在第2實施方式的銅合金中，通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μπι以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下。
[0133](組成)
[0134]如第I實施方式中所記載，Mg為具有不會大幅降低導(dǎo)電率而提高強度且使再結(jié)晶溫度上升的作用效果的元素。并且，通過使Mg固溶于母相中，可以獲得優(yōu)異的彎曲加工性。
[0135]因此，將Mg的含量設(shè)定在3.3原子％以上且6.9原子％以下。為了可靠地體現(xiàn)上述的作用效果，優(yōu)選將Mg的含量設(shè)為3.7原子％以上且6.3原子％以下的范圍。
[0136]并且，與第I實施方式相同，在本實施方式中，將含氧量限制在500原子ppm以下。由此，實現(xiàn)抗拉強度的提高以及加工性的提高。并且，優(yōu)選將含氧量設(shè)為50原子ppm以下，并且更優(yōu)選將含氧量設(shè)為10原子PPm以下。
[0137]另外，從制造成本 的觀點考慮，氧含量的下限為0.01原子ppm。
[0138]并且，在第2實施方式的銅合金中，含有選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上。
[0139]Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr為具有進一步提高由Cu-Mg過飽和固溶體構(gòu)成的銅合金的強度的作用效果的元素。
[0140]在此，若選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上元素的含量的總計小于0.1原子％，則無法體現(xiàn)其作用效果。另一方面，若選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上元素的含量的總計超過3.0原子％，則導(dǎo)電率大幅下降，因此不優(yōu)選。
[0141]從這種理由考慮，將選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上元素的含量的總計設(shè)定在0.1原子％以上且3.0原子％以下的范圍內(nèi)。
[0142]另外，作為不可避免雜質(zhì)，可以舉出Sn、Zn、Ag、B、P、Ca、Sr、Ba、Sc、Y、稀土類元素、Hf、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Te、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Ge、As、Sb、Tl、Pb、B1、
S、C、Be、N、H、Hg等。優(yōu)選這些不可避免雜質(zhì)的總量為0.3質(zhì)量％以下。
[0143]尤其優(yōu)選Sn含量小于0.1質(zhì)量％,且Zn含量小于0.01質(zhì)量％。當(dāng)Sn含量為0.1質(zhì)量％以上時，容易引起以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的析出。并且，當(dāng)Zn含量為0.01質(zhì)量％以上時，在熔解鑄造工序中發(fā)生煙霧而附著于鑄造爐或模具部件上。由此，鑄塊的表面質(zhì)量劣化，并且耐應(yīng)力腐蝕破裂性劣化。
[0144](組織)
[0145]通過掃描電子顯微鏡進行 觀察的結(jié)果，在本實施方式的銅合金中，粒徑為0.Ιμπι以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μπι2以下。即，幾乎未析出以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物，Mg固溶于母相中。
[0146]在此，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物具有以化學(xué)式MgCu2、原型MgCu2、皮爾遜符號cF24、空間群編號Fd_3m表不的晶體結(jié)構(gòu)。
[0147]另外，利用場發(fā)射型掃描電子顯微鏡以5萬倍的倍率、約4.8 μ m2的視場對以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)進行10個視場的觀察，計算并求出其平均值。
[0148]并且，以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的粒徑為金屬間化合物的長徑與短徑的平均值。另外，長徑為以在中途不與晶界接觸為條件能夠在粒內(nèi)畫出最長的直線的長度，短徑為在與長徑垂直交叉的方向上以中途不與晶界接觸為條件能夠畫出最長的直線的長度。
[0149]關(guān)于該第2實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材，也通過與第I實施方式相同的方法進行制造。
[0150]根據(jù)具有這種特征的第2實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材，通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/ μ m2以下。并且，含氧量為500原子ppm以下，因此與第I實施方式相同，大幅提
高加工性。
[0151]并且，在本實施方式中，含有總計0.01原子％以上且3.0原子％以下的范圍的選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上。因此，通過這些元素的作用效果，能夠大幅提高機械強度。
[0152]以上，對本實施方式的銅合金以及銅合金塑性加工材進行了說明，但本發(fā)明不限定于此，在不脫離權(quán)利要求中記載的條件的范圍內(nèi)可以進行適當(dāng)?shù)淖兏?br> [0153]例如，在上述實施方式`中，示出了滿足“合金中粒徑為0.1 μπι以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物為I個/ym2以下”的條件和“導(dǎo)電率σ ”所涉及的條件這兩個條件的電子設(shè)備用銅合金，但也可以為只滿足任一條件的電子設(shè)備用銅合金。
[0154]并且，在上述實施方式中，對銅合金塑性加工材的制造方法的一例進行了說明，但制造方法不限定于本實施方式，也可以適當(dāng)?shù)剡x擇現(xiàn)有的制造方法來制造。
[0155]實施例
[0156]以下，對為了確認本實施方式的效果而進行的確認實驗的結(jié)果進行說明。
[0157]將銅原料裝入坩堝內(nèi)，在Ν2氣體氣氛或者Ν2-02氣體氣氛的氣氛爐內(nèi)進行高頻熔解，獲得了銅的熔融金屬。在所獲得的銅的熔融金屬內(nèi)添加各種添加元素，制備成表1所示的成分組成，并澆注到碳模內(nèi)而制出了鑄塊。另外，鑄塊的大小為厚度約50_Χ寬度約50mmX長度約300mm。并且，作為各種添加元素使用了氧含量為50質(zhì)量ppm以下的元素。
[0158]另外，作為銅原料，使用了純度在99.9999質(zhì)量％以上的6N銅和含有預(yù)定量氧的韌銅(CllOO)中的任一個，或者適當(dāng)?shù)鼗旌鲜褂脙烧?。由此，調(diào)整了氧含量。
[0159]另外，合金中的氧含量是通過惰性氣體熔化-紅外線吸收分析法而測定的。將測定的氧含量示于表1中。在此，氧含量還包括合金中所含有的氧化物的氧的量。
[0160]實施在Ar氣體氣氛中以表2、表3中記載的溫度條件對所獲得的鑄塊進行4小時的加熱的加熱工序，之后實施了水淬。
[0161]切斷熱處理后的鑄塊，并且為了去除氧化被膜而實施了表面磨削。之后，在常溫下實施冷孔型軋制，將截面形狀從50mm見方做成IOmm見方。如此對鑄塊實施中間加工，獲得了中間加工材(方型棒材)。
[0162]并且，在鹽浴中以表2、表3中記載的溫度條件對所獲得的中間加工材(方桿)實施中間熱處理。之后，實施了水淬。
[0163]接著，作為精加工實施拉拔加工(拉絲加工)，制出了直徑為0.5mm的精加工材(線材)。
[0164](加工性評價)
[0165]關(guān)于加工性的評價，根據(jù)在前述拉拔加工(拉絲加工)中有無斷線來進行評價。將能夠拉絲至最終形狀的情況評價為A (好)。將在拉絲加工中經(jīng)常發(fā)生斷線而無法加工至最終形狀的情況評價為B (壞)。
[0166]利用前述中間加工材(方型棒材)以及精加工材(線材)測定力學(xué)特性以及導(dǎo)電率。[0167](力學(xué)特性)
[0168]關(guān)于中間加工材(方型棒材)，選取JIS Z2201中規(guī)定的2號試驗片，通過JISZ2241的拉伸試驗方法測定了抗拉強度。
[0169]關(guān)于精加工材(線材)，選取JIS Z2201中規(guī)定的9號試驗片，通過JIS Z2241的拉伸試驗方法測定了抗拉強度。
[0170](導(dǎo)電率)
[0171]關(guān)于中間加工材(方型棒材)，通過JIS H0505(有色金屬材料的體積電阻率以及導(dǎo)電率測定方法)計算出導(dǎo)電率。
[0172]關(guān)于精加工材(線材)，通過依照JIS C3001的四端子法以Im的測定長度測定電阻值。并且，根據(jù)試驗片的線徑以及測定長度計算出體積。并且，根據(jù)所測定的電阻值和體積求出體積電阻率并計算出導(dǎo)電率。
[0173](組織觀察)
[0174]對中間加工材(方型棒材)的截面中心進行了鏡面研磨和離子蝕刻。為了確認以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的析出狀態(tài)，利用FE-SEM (場發(fā)射型掃描電子顯微鏡)以I萬倍的視場(約120 μπι2/視場)進行了觀察。
[0175]接著，為了調(diào)查以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的密度(個/ μ m2),選擇金屬間化合物的析出狀態(tài)沒有異常的I萬倍的視場(約120 μπι2/視場)，在該區(qū)域內(nèi)以5萬倍連續(xù)拍攝10個視場(約4.8 μ m2/視場)。金屬間化合物的粒徑為金屬間化合物的長徑與短徑的平均值。另外，長徑為以在中途不與晶界接觸為條件能夠在粒內(nèi)畫出最長的直線的長度，短徑為在與長徑垂直交叉的方向上以中途不與晶界接觸為條件能夠畫出最長的直線的長度。并且，求出具有0.1 μ m以上的粒徑且以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的密度(平均個數(shù))以及具有0.05 μ m以上的粒徑且以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的密度(平均個數(shù))。
[0176]關(guān)于成分組成、制造條件、評價結(jié)果示于表1~表3。
[0177][表1]
【權(quán)利要求】
1.一種銅合金，其特征在于， 所述銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)， 含氧量為500原子ppm以下， 當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ %IACS滿足以下式(I), σ ^ {1.7241/ (-0.0347XX2+0.6569XX+1.7)} XlO0......(I)。
2.一種銅合金，其特征在于， 所述銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)， 含氧量為500原子ppm以下， 通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下。
3.一種銅合金，其特征在于， 所述銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)， 含氧量為500原子ppm以下， 當(dāng)設(shè)Mg的含量為X原子％時，導(dǎo)電率σ %IACS滿足以下式(I), 通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下，`
σ ^ {1.7241/ (-0.0347ΧΧ2+0.6569ΧΧ+1.7)} XlO0......(I)。
4.一種銅合金，其特征在于， 所述銅合金含有3.3原子％以上且6.9原子％以下的范圍的Mg，還含有總計0.01原子％以上且3.0原子％以下的范圍的選自Al、N1、S1、Mn、L1、T1、Fe、Co、Cr以及Zr中的至少I種以上，剩余部分實際上為Cu以及不可避免雜質(zhì)， 含氧量為500原子ppm以下， 通過掃描電子顯微鏡觀察到的粒徑為0.1 μ m以上的以Cu和Mg為主成分的金屬間化合物的平均個數(shù)為I個/μ m2以下。
5.一種銅合金塑性加工材，其特征在于， 所述銅合金塑性加工材通過對由權(quán)利要求1至4中任一項所述的銅合金構(gòu)成的銅原材料進行塑性加工而成型。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的銅合金塑性加工材，其特征在于， 所述銅合金塑性加工材通過具備如下工序的制造方法而成型:制造具有權(quán)利要求1至4中任一項所述的銅合金的合金組成的銅原材料的熔解、鑄造工序；將所述銅原材料加熱至400°C以上且900°C以下的溫度的加熱工序；以200°C /min以上的冷卻速度將加熱后的所述銅原材料冷卻至200°C以下的驟冷工序；以及對驟冷后的所述銅原材料進行塑性加工的塑性加工工序。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的銅合金塑性加工材，其特征在于， 所述銅合金塑性加工材為具有選自棒、線、管、板、條以及帶中的形狀的長形物。
【文檔編號】C22C9/00GK103890205SQ201280049749
【公開日】2014年6月25日 申請日期:2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月14日
【發(fā)明者】牧一誠, 伊藤優(yōu)樹 申請人:三菱綜合材料株式會社