專利名稱：延展性優(yōu)良的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種適于用在端子、連接器、繼電器、開關(guān)等中的導(dǎo)電性彈力材料、強(qiáng)度和導(dǎo)電性均優(yōu)良的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金。
背景技術(shù)：
以往，作為在各種端子、連接器、繼電器、開關(guān)等中使用的導(dǎo)電性彈力材料，使用磷青銅。
另外，近年來(lái)，隨著部件的小型化、薄型化的要求，代替磷青銅的如Cu-Cr類和Cu-Cr-Zr類這種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金正受到人們的矚目(例如可以參照專利文獻(xiàn)1、2)。Cu-Cr類銅合金和Cu-Cr-Zr類銅合金通過(guò)Cr和Cu-Zr的析出，提高了材料強(qiáng)度，因此和固溶硬化型的合金相比，可以提高導(dǎo)電性。但是，由Cr、Zr的析出引起的強(qiáng)度提高不夠充分，需要對(duì)上述合金進(jìn)行冷軋使其同時(shí)進(jìn)行析出硬化和加工硬化后才能實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度化。
然而，一般若對(duì)金屬材料進(jìn)行加工硬化，則延展性降低，進(jìn)而引起彎曲性等加工性與耐應(yīng)力緩和特性惡化。出于這些原因，近年來(lái)，通過(guò)加工熱處理的方法對(duì)材料進(jìn)行改性正受到人們的矚目。例如，在專利文獻(xiàn)3中，記載了通過(guò)冷軋后的(動(dòng)態(tài))重結(jié)晶，在Cu-Cr-Zr類銅合金中形成細(xì)微的晶粒以提高延展性的技術(shù)。
特開平9-87814號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)2]特開平7-258804號(hào)公報(bào)[專利文獻(xiàn)3]特開2002-356728號(hào)公報(bào)發(fā)明內(nèi)容然而，在上述專利文獻(xiàn)3記載的技術(shù)的情況下，由于必須對(duì)晶粒間界的形狀和粒徑進(jìn)行管理，因而存在實(shí)際生產(chǎn)中的分開操作、品質(zhì)管理困難的問(wèn)題。另外，即使采用這種技術(shù)，延展性的提高仍然不充分。
本發(fā)明是為了解決上述問(wèn)題而完成的，目的在于提供一種強(qiáng)度和加工性都優(yōu)良、生產(chǎn)管理容易的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金。
本發(fā)明的發(fā)明者們經(jīng)過(guò)各種研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)使晶粒間界中后述的對(duì)應(yīng)間界(對(duì)応粒界)∑3的比例增加，材料即使進(jìn)行加工硬化也不會(huì)降低其加工性，延展性顯著提高。也就是說(shuō)，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金的特征在于其包括Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當(dāng)鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時(shí)，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場(chǎng)合，前述晶粒間界中的對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上。
還優(yōu)選含有總量為0.01～1.0質(zhì)量％的、選自Zn、P、Fe、Mg、Mn、Al、Co以及Ni中的一種以上的元素。
優(yōu)選使Cr含量為0.6％以下，顯示出8％以上的延伸率，更優(yōu)選使Cr含量為0.2％以下，顯示出10％以上的延伸率。
通過(guò)本發(fā)明的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金，可以得到強(qiáng)度和加工性都優(yōu)良的銅合金。此外，由于對(duì)應(yīng)間界∑3的測(cè)定簡(jiǎn)單，因而生產(chǎn)管理也變得容易。
具體實(shí)施例方式
下面對(duì)本發(fā)明的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。
首先，對(duì)本發(fā)明中規(guī)定各成分元素含量的理由進(jìn)行說(shuō)明。在本發(fā)明中，％若沒(méi)有特別的限制，均表示質(zhì)量％。
本發(fā)明為了確保導(dǎo)電性和強(qiáng)度，以Cu-Cr-Zr類銅合金為對(duì)象。其中，Cr和Zr是在固溶熱處理后經(jīng)過(guò)一定時(shí)間在Cu母相中析出，使強(qiáng)度提高的元素。Cr的含量為0.05～1.0％，Zr的含量為0.05～0.25％。這是因?yàn)槿鬋r含量不足0.05％，則強(qiáng)度提高不充分，而即使超過(guò)1.0％，其效果已經(jīng)達(dá)到飽和。規(guī)定Zr含量的上限和下限的理由也和上述Cr的理由一樣。另外，使Cr含量為0.6％以下，則可以得到8％以上的延伸率，而且，更優(yōu)選為0.2％以下，則可以得到10％以上的高延伸率。
下面對(duì)根據(jù)需要添加的添加元素進(jìn)行說(shuō)明。
這些元素可以在銅母相中固溶或析出而不使導(dǎo)電率大幅下降，從而提高強(qiáng)度，總計(jì)含有0.01～1.0％。這是因?yàn)楹咳舨蛔?.01％，則強(qiáng)度提高的效果較小，若超過(guò)1.0％，則導(dǎo)電率降低。
下面對(duì)本發(fā)明的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金的組織進(jìn)行說(shuō)明。本發(fā)明作為提高Cu-Cr-Zr類銅合金的延展性的方法，著眼于晶粒界面的結(jié)構(gòu)，對(duì)對(duì)應(yīng)間界∑3作出了限定。此處的對(duì)應(yīng)間界是指，延長(zhǎng)構(gòu)成晶粒間界的某一結(jié)晶的晶格點(diǎn)，觀察和其它結(jié)晶的晶格點(diǎn)的重合狀態(tài)時(shí)，具有周期地產(chǎn)生相重合的晶格點(diǎn)(對(duì)應(yīng)晶格)的關(guān)系的晶粒間界。這時(shí)，將對(duì)應(yīng)晶格點(diǎn)的密度的倒數(shù)定義為∑值?！?是指對(duì)應(yīng)晶格點(diǎn)的密度為1/3，即相對(duì)于原來(lái)的3個(gè)晶格，呈現(xiàn)出1個(gè)對(duì)應(yīng)晶格，這表示對(duì)應(yīng)晶格周期出現(xiàn)的晶格間隔為每3個(gè)晶格一次?！浦翟叫。瑒t周期越短，可以認(rèn)為晶粒間界的規(guī)則性越高。另外，∑3是最小的值。關(guān)于對(duì)應(yīng)間界，記載在例如“講座·現(xiàn)代的金屬學(xué) 材料篇 第3卷 材料強(qiáng)度的原子論63～65頁(yè)”(社團(tuán)法人 日本金屬學(xué)會(huì) 昭和60年發(fā)行)中。
另外，在本發(fā)明中，當(dāng)鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時(shí)，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場(chǎng)合，晶粒間界中的對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上。這里在一般情況下，晶粒間的方位差形成15°以上的大角度晶粒間界以及15°以下的小角度晶粒間界。在本發(fā)明中，將方位差不到5°的認(rèn)為是作為晶粒的下部組織的亞晶粒組織、胞狀組織，5°以上的認(rèn)為是晶粒間界。
使晶粒間界中對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上的理由是，若∑3的比例不到10％，則不能期待延展性和加工性的提高?！?的比例在10％以上提高延展性的原因還不明確，認(rèn)為是通過(guò)增加∑3的比例，使引起脆化的Cr和Zr的晶界偏析難以發(fā)生的緣故。
作為求出對(duì)應(yīng)間界∑3的比例的方法，例如使用FESEM(場(chǎng)致發(fā)射掃描電子顯微鏡，F(xiàn)ield Emission Scanning Electron Microscope)的EBSP(電子反向散射衍射圖樣，electron Backscatter Diffraction Pattern)法。該方法是基于向樣品表面斜向照射電子射線時(shí)產(chǎn)生的反向散射電子衍射圖樣(菊地圖樣)，對(duì)結(jié)晶方位進(jìn)行分析的方法。該方法通過(guò)下述的流程進(jìn)行分析。首先，將測(cè)定材料的測(cè)定區(qū)域通常分割為六角形等區(qū)域，對(duì)于分割的各區(qū)域，將所得到的菊地圖樣和已知的結(jié)晶構(gòu)造的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，求出該測(cè)定點(diǎn)的結(jié)晶方位。按照同樣的方法，求出和該測(cè)定點(diǎn)鄰接的測(cè)定點(diǎn)的結(jié)晶方位，如果兩者的結(jié)晶方位差為5°以上，則將其間隙(兩者的六角形相接的邊等)作為晶粒間界，若不到5°，則將兩者認(rèn)為是同樣的結(jié)晶。如此求得樣品表面的晶粒間界的分布。然后按照一定的方法判定各晶粒是否為對(duì)應(yīng)間界∑3，將(對(duì)應(yīng)間界∑3的長(zhǎng)度的總和)/(晶粒間界的長(zhǎng)度的總和)乘以100，求得對(duì)應(yīng)間界∑3的比例。另外，由于通常市售的FESEM/EBSP裝置含有識(shí)別對(duì)應(yīng)間界∑3的模式，所以可以使用這種裝置。除此以外，還有利用由TEM(透射式電子顯微鏡)得到的菊地圖樣的方法，但是從測(cè)定的簡(jiǎn)便性的角度出發(fā)，上述FESEM/EBSP法有利。
作為使對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上的方法，例如可以利用退火后的重結(jié)晶(靜態(tài)重結(jié)晶)。這時(shí)，成為壓延后進(jìn)行應(yīng)力消除退火的工序，使得通過(guò)壓延一旦上升的強(qiáng)度降低，或者得不到充分的延展性。
因此，更優(yōu)選利用不存在這些問(wèn)題的、可以得到強(qiáng)度和延展性均優(yōu)良的材料的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶。一般，若使壓延加工率上升，則由于加工硬化而使得強(qiáng)度上升，但是若加工率過(guò)高，則不會(huì)引起更高的加工硬化，另外，伴隨著強(qiáng)度的上升，延展性下降。但是，加工率若進(jìn)一步增大，則產(chǎn)生通過(guò)加工進(jìn)行重結(jié)晶的稱為動(dòng)態(tài)重結(jié)晶的行為，由此改善了組織，使得延展性回復(fù)。因此，在本發(fā)明中，優(yōu)選在控制對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上的同時(shí)，采用動(dòng)態(tài)重結(jié)晶法，從而可以使強(qiáng)度和延展性(加工性)同時(shí)以較高的水平提高。
具體的說(shuō)，通過(guò)使材料的冷軋的壓延加工率上升，例如使最終冷軋中的全加工率在95％以上，可以發(fā)生上述的動(dòng)態(tài)重結(jié)晶，生成對(duì)應(yīng)間界∑3。這時(shí)，優(yōu)選地，如果使最終冷軋中各軋道的平均加工率(將各軋道的加工率平均后計(jì)算每1個(gè)軋道的加工率的值)在20％以上，可以促進(jìn)對(duì)應(yīng)間界∑3的生成。更優(yōu)選各軋道的平均加工率的差在±10％以下，最優(yōu)選上述差在±5％以下。另外，在對(duì)上述各軋道的加工率和加工率的差進(jìn)行設(shè)定時(shí)，可以在壓延的初期軋道、中間軋道或者最終軋道后加入不會(huì)對(duì)壓延加工率產(chǎn)生過(guò)大影響的加工率低的軋道(例如加工率不到0.5％的軋道、表皮光軋)1個(gè)以上，這種軋道的設(shè)定也包含在本發(fā)明中。
另外，作為增大∑3的比例的方法，除了上述通過(guò)加工產(chǎn)生動(dòng)態(tài)重結(jié)晶以外，也可以通過(guò)熱處理(例如應(yīng)力消除退火)產(chǎn)生重結(jié)晶。
本發(fā)明的銅合金例如可以通過(guò)如下的方法進(jìn)行制造。首先對(duì)電解銅或無(wú)氧銅混合上述組成的元素，在惰性氣氛或真空中鑄造鑄錠，進(jìn)行適當(dāng)?shù)臒崽幚砗?，進(jìn)行熱軋、固溶熱處理、冷軋、時(shí)效處理，制造所希望厚度的合金板條或板材。然后，對(duì)這些板條或板材進(jìn)行適當(dāng)?shù)募庸ぃ蔀閺椓Σ牧系犬a(chǎn)品。
下面通過(guò)列舉實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更詳細(xì)的說(shuō)明，但是本發(fā)明并不限定于此。
實(shí)施例1.樣品的造對(duì)電解銅混合一定的元素，將如表1所示的組成的合金在真空感應(yīng)熔融爐(VIM)中熔融制造，在惰性氣氛或真空中鑄造鑄錠。得到的鑄錠在900℃以上的溫度進(jìn)行300分鐘以上的均化退火后，進(jìn)行熱軋，然后進(jìn)行固溶熱處理，最后進(jìn)行冷軋，制成板厚為0.15mm的材料。然后進(jìn)行一定的時(shí)效處理，產(chǎn)生重結(jié)晶后，切出樣品。冷軋的壓延條件如表1所示。
其中，全加工率是{(冷軋前的板厚)-(全軋道壓延后的板厚)}×100/(冷軋前的板厚)所示的值。另外，各軋道的平均加工率是首先根據(jù){(該軋道的壓延前板厚)-(該軋道的壓延后板厚 )}/(該軋道的壓延前板厚)所示的值求出各軋道的加工率，將其對(duì)全部軋道進(jìn)行平均的值。
2.∑3的比例的測(cè)定對(duì)各實(shí)施例以及比較例，通過(guò)使用肖特基(シヨツトキ一)型FESEM(日本電子株式會(huì)社制造JSM6500F)的EBSP法進(jìn)行結(jié)晶方位的測(cè)定，求出晶粒間界中的對(duì)應(yīng)間界∑3的比例。測(cè)定以最小0.01mm2以上的區(qū)域作為六角形的測(cè)定點(diǎn)，射線的供給間隔在50nm以下而進(jìn)行。然后，若鄰接的測(cè)定點(diǎn)的方位差在5°以上，則將該測(cè)定點(diǎn)的間隙(各六角形相接的邊)作為晶粒間界。另外，將上述FESEM的模式設(shè)定在“EBSP系統(tǒng)テクセムラボラトリ-ブ OIM系統(tǒng)”中，識(shí)別對(duì)應(yīng)間界∑3。然后由測(cè)定數(shù)據(jù)，求出{(對(duì)應(yīng)間界∑3的長(zhǎng)度的總和)/(晶粒間界的長(zhǎng)度的總和)}×100所示的值，由此求出對(duì)應(yīng)間界∑3的比例。
3.評(píng)價(jià)(1)延伸率根據(jù)JIS-Z 2241中規(guī)定的拉伸試驗(yàn)法，用各樣品制成5號(hào)樣品片，測(cè)定進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)的斷裂延伸率。
(2)加工性通過(guò)W彎曲實(shí)驗(yàn)機(jī)，對(duì)樣品施以彎曲加工，用光學(xué)顯微鏡以50倍的倍數(shù)觀察彎曲部外側(cè)，目視評(píng)價(jià)有無(wú)破裂。
○看不到破裂△雖然看不到破裂，但有較大的表面粗糙×看到明顯的破裂
(3)抗拉強(qiáng)度在上述拉伸試驗(yàn)中，測(cè)定抗拉強(qiáng)度。
(4)導(dǎo)電率通過(guò)4端子法，測(cè)定樣品的導(dǎo)電率。
得到的結(jié)果如表1所示。
表1

由表1可以看出，在各實(shí)施例的場(chǎng)合，∑3的比例在10％以上，顯示出8％以上的延伸率，加工性和抗拉強(qiáng)度中的任何一方都是優(yōu)良的。此外，導(dǎo)電率也較高，導(dǎo)電性優(yōu)良。特別是在Cr含量不足0.6％的實(shí)施例1、3、5～7的情況下，任何一個(gè)都顯示出超過(guò)10％的高延伸率。
另一方面，在∑3的比例不足10％的比較例1～7的情況下，任何一個(gè)的延伸率都不到8％，和各實(shí)施例相比都較差。特別是比較例2、以及4～7的情況下，除了延伸率，加工性也降低。另外，比較例1～3、以及5～7的情況下，雖然全加工率在95％以上，但是各軋道的平均加工率不足20％。另一方面，比較例4的情況下，雖然各軋道的平均加工率在20％以上，但是全加工率不足95％?；谶@些事實(shí)可以看出，要使∑3的比例在10％以上，優(yōu)選使全加工率在95％以上且各軋道的平均加工率在20％以上。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于含有Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當(dāng)鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時(shí)，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場(chǎng)合，前述晶粒間界中的對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上。
2.權(quán)利要求1中記載的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于還含有總量為0.01～1.0質(zhì)量％的、選自Zn、P、Fe、Mg、Mn、Al、Co以及Ni中的一種以上的元素。
3.權(quán)利要求1或2中記載的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于使Cr含量為0.6％以下，顯示出8％以上的延伸率。
4.權(quán)利要求1或2中記載的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金，其特征在于使Cr含量為0.2％以下，顯示出10％以上的延伸率。
全文摘要
本發(fā)明提供一種強(qiáng)度和加工性均優(yōu)良的、生產(chǎn)管理容易的高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金。該高強(qiáng)度高導(dǎo)電性銅合金含有Cr0.05～1.0質(zhì)量％、Zr0.05～0.25質(zhì)量％、其余為銅和不可避免的雜質(zhì)，當(dāng)鄰接的結(jié)晶的方位差在5°以上時(shí)，將各結(jié)晶的間隙作為晶粒間界的場(chǎng)合，前述晶粒間界中的對(duì)應(yīng)間界∑3的比例在10％以上。
文檔編號(hào)C22C9/00GK1598021SQ200410055300
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2004年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月9日
發(fā)明者冠和樹, 深町一彥 申請(qǐng)人:日礦金屬加工株式會(huì)社