Cu-Ni-Si系軋制銅合金和其制造方法
【專利摘要】本發明的課題是提供強度、電導率和疲勞特性都優異的Cu?Ni?Si系軋制銅合金。本發明的解決手段是Cu?Ni?Si系軋制銅合金，其以質量%計，含有以總量計為3.0~4.5%的選自Ni和Co中的至少一種以上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含Cu和不可避免的雜質，軋制垂直方向的0.2%耐力YS為1040MPa以上。
【專利說明】
Cu-N i -S i系車L制銅合金和其制造方法
技術領域
[0001] 本發明設及適合于例如連接器、端子、繼電器、開關等的導電性彈黃材料的化-Ni? si 系社制銅合金和其制造方法。
【背景技術】
[0002] -直W來，作為端子、連接器的材料，可W使用作為固溶強化型合金的黃銅、憐青 銅。然而，伴隨電子儀器的輕量化和小型化，端子、連接器薄質化、小型化，對于用于它們中 的材料，期望高強度、高彎曲性和優異的疲勞特性。
[0003] 作為特別是對于端子、連接器等所要求的疲勞特性，可W舉出在S-N曲線中的循環 次數比較少、循環應力高的區域中的疲勞壽命的提高。其原因在于，伴隨連接器的矮型化， W大的位移、即應力變高的方式進行設計的情形變多。
[0004] 已知一般情況下如果提高合金的強度，則疲勞強度提高，開發了通過析出強化而 使強度提高的化-Ni-Si系銅合金(Corson銅合金）（專利文獻1)。此外，開發了化-Ni-Si系銅 合金，其通過在合金中利用社制等賦予壓縮殘余應力，抑制了疲勞裂紋的產生，使疲勞壽命 增加（專利文獻2 )。進一步，開發了 Cu-Ni-Si系銅合金，其通過將Cube方位{001} < 100〉的比 例提高至5~50%，抑制了裂紋的產生，使疲勞壽命增加(專利文獻3)。
[0005] 現有技術文獻 專利文獻 專利文獻1:國際公開第W0 2011/068134號(表1) 專利文獻2:日本專利第4255330號公報 專利文獻3:日本特開2011-12321號公報。
【發明內容】
[0006] 發明所要解決的課題 但是，Cu-Ni-Si系銅合金的高強度化和由此帶來的疲勞特性的改善存在限度。例如，在 專利文獻1中，作為化-Ni-Si系銅合金的強度(0.2%耐力），雖然記載了最大lOOOMPa的例子 (專利文獻1的表1)，但沒有得到大于此的強度。此外，端子、連接器等的電子材料多W自身 的長度方向平行于銅合金條的社制垂直方向的方式沖裁來制造，提高社制垂直方向的強度 是重要的，但是尚沒有發現著眼于運一點的技術。
[0007] 本發明是為了解決上述課題而成，目的在于提供強度、電導率和疲勞特性都優異 的化-Ni-Si系社制銅合金。
[000引解決課題的手段 本發明人發現，為了提高Cu-Ni-Si系社制銅合金的社制垂直方向的強度，重要的是提 高作為最終退火的去應力退火中的強度，因此，必要的是使剛剛在去應力退火之前的時效 后冷社的加工率盡可能高。此外已發現，根據時效后冷社時的析出的程度，必要的最低限度 的加工率也會變化，因此必要的是根據析出的程度設定加工率。并且，作為該析出的程度， w社制垂直方向的電導率作為指標，用由上述電導率計算得出的關系式規定必要的加工 率，由此成功地使合金的強度穩定地提高。
[0009]為了達到上述目的，本發明的化-Ni-Si系社制銅合金W質量%計，含有W總量計為 3.0~4.5%的選自Μ和Co中的至少一種W上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含化和不可避免的 雜質，社制垂直方向的0.2%耐力YS為1040MPa W上。
[0010] 優選進一步含有W總量計為0.005~2.5質量％的選自]\%、]\111、511、化和化中的至少一 種W上。
[0011] 優選進一步含有W總量計為0.005~1.0質量%的選自？、8、11、2'、41少6和4旨中的至 少一種W上。
[0012] 本發明的Cu-Ni-Si系社制銅合金的制造方法是上述Cu-Ni-Si系社制銅合金的制 造方法，其中，將鑄塊依次進行熱社、冷社、固溶處理、時效處理、時效后冷社、去應力退火， 所述鑄塊W質量%計，含有W總量計為3.0~4.5%的選自Ni和Co中的至少一種W上、0.6~1.0% 的Si，進一步根據需要含有W總量計為0.005~2.5質量％的選自1旨、111、511、化和化中的至少 一種W上、和/或含有W總量計為0.005~1.0質量％的選自P、B、Ti、化、Al、Fe和Ag中的至少一 種W上，剩余部分包含Cu和不可避免的雜質；使上述時效后冷社的加工率RE為80%W上，使 上述時效后冷社后且上述去應力退火前的社制垂直方向的電導率EC(%IACS)為25%W上且 小于40%，并且W滿足式l:RE>0.0291X化C)2-0.8885X化C)+85.025的方式設定上述加工 率RE，上述去應力退火在200~500°C下進行^1000秒。
[001引發明效果 根據本發明，得到強度、電導率和疲勞特性都優異的化-Ni-Si系社制銅合金。
[0014] 附圖簡要說明 圖1:顯示時效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的電導率與時效后冷社的加 工率RE的相互關聯的圖。
【具體實施方式】
[0015] W下，針對本發明的實施方式的Cu-Ni-Si系社制銅合金進行說明。應予說明，在本 發明中，％只要沒有特別的限定，都表示質量％。
[0016] (組成） 陽i、Co和Si] 銅合金中含有W總量計為3.0~4.5%的選自Ni和Co中的至少一種W上、0.6~1.0%的Si， 含有0.6~1.0%的Si dNLCo和Si通過施加適當的熱處理而形成金屬間化合物，在不使電導率 劣化的情況下提局強度。
[0017]如果Ni、Co和Si的含量小于上述范圍，貝懷能得至順高強度的效果，如果大于上述 范圍，則在導電性下降的同時，熱加工性下降。
[0018][其他添加元素] 在合金中，也可W進一步含有W總量計為0.005~2.5質量％的選自1旨、111、511、化和化中 的至少一種W上。
[0019] Mg提高強度和耐應力松弛特性。Μη提高強度和熱加工性。如提高強度。Zn提高針焊 接合部的耐熱性。Cr由于和Μ-樣與Si形成化合物，因此通過沉淀硬化，在不使電導率劣化 的情況下提高強度。
[0020] 此外，在合金中，也可W進一步含有W總量計為0.005~1.0質量％的選自P、B、Ti、 Zr、Al、化和Ag中的至少一種W上。如果含有運些元素，則電導率、強度、應力松弛特性、鍛層 性等產品特性得到改善。
[0021] 應予說明，如果上述各元素的總量小于上述范圍，則不能得到上述效果，如果大于 上述范圍，則存在導致電導率下降的情況。
[00剖[強度] Cu-Ni-Si系社制銅合金的社制垂直方向的0.2%耐力YS為1040MPaW上。如果提高合金 的強度，則疲勞強度得到提高，因此如果YS為1040MPaW上，則疲勞強度也優異。在此，如上 所述，對于端子、連接器等，必要的是提高在S-N曲線中的循環次數少、循環應力高的區域中 的疲勞壽命。本發明人發現，作為該區域，相當于S-N曲線中的循環次數大于104次時的循環 應力(載荷應力)為750MPaW上的條件，滿足該條件的YS為1040MPaW上。
[0023] 因此，如果YS小于1040MPa，則S-N曲線中的循環次數大于104次時的循環應力下降 至小于750MPa，疲勞特性差。
[0024] 應予說明JS是依照JIS-Z2241進行拉伸試驗而求得的。
[0025] 此外，疲勞試驗依照JCBA-T308-2002進行。
[0026] <制造方法〉 本發明的Cu-Ni-Si系社制銅合金通常而言可W將錠依次進行熱社、冷社、固溶處理、時 效處理、時效后冷社、去應力退火來制造。固溶處理前的冷社、重結晶退火并不是必須的，可 W根據需要實施。此外，在固溶處理后且時效處理前，可W根據需要實施冷社。
[0027] 在此，使時效后冷社的加工率RE為80%W上。為了提高Cu-Ni-Si系社制銅合金的社 制垂直方向的強度，重要的是提高作為最終退火的去應力退火中的強度，因此，必要的是使 剛剛在去應力退火之前的時效后冷社的加工率盡可能高。認為其原因是，通過時效后冷社 在組織中引入社制應變時，在之后的去應力退火中固溶元素固定于該應變、形成轉移障礙 而得到強化。因此，如果加工率RE小于80%，則合金的強度不會提高。應予說明，加工率RE是 時效后冷社前后的合金的板厚變化的比率(％)。
[0028] 此外，根據時效后冷社時的合金的析出強化（固溶）的程度，必要的最低限度的加 工率也會變化，因此必要的是根據固溶的程度設定加工率。并且，作為該固溶的程度，W時 效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的電導率EC(%IACS)作為指標，用由上述電導 率計算得出的式1規定必要的加工率，由此可W穩定地提高合金的強度。
[00巧]在此，通過使上述電導率EC(%IACS)為25%W上且小于40%，時效處理和去應力退火 的條件都達到適宜，在任一種處理中強度都升高，結果是得到高強度。如果電導率EC達到 40%W上，則雖然在時效處理中強度升高，但由于固溶量變少，因此即使提高加工率RE，在去 應力退火中也不能充分使強度升高，存在得不到所需的強度的情況。另一方面，如果電導率 EC小于25%，則雖然在去應力退火中強度升高，但在時效處理中強度不會升高，存在得不到 所需的強度的情況。
[0030] 應予說明，去應力退火后的最終產品的電導率EC(%IACS)為25~45%左右。
[0031] 并且，由于電導率EC越高則固溶量越少，因此如果不更為提高加工率RE而引入更 多的社制應變，則不能在去應力退火中實現必要的強度提高。因此， 優選W滿足式1 :RE>0.0291 X化C)2-0.8885 X化C)+85.025的方式設定加工率RE。該 式1是由實驗如圖1所示得到的。具體而言，針對后述的各實施例1~17,在圖1中標繪加工率 RE與電導率EC的關系，根據最小二乗法求得通過各實施例^17的標繪區的二次曲線別寸，可 得到C:RE>0.0291 X化C)2-0.8885 X化0 +85.439。此外，針對加工率RE的條件為偏離本發 明的適宜范圍的比較例8~10,同樣地在圖1中標繪加工率RE與電導率EC的關系。
[0032] 由此從圖1可W得知，如果與二次曲線討目比加工率RE達到更高，則為不包括比較 例8~10的適宜范圍。但是，在圖1的各實施例1~17的標繪區中，實施例17的標繪區與二次曲 線C相比最朝y軸下方偏離，不通過二次曲線C。因此，將二次曲線C朝y軸下方平行移動而形 成實施例17的標繪區通過運樣的二次曲線D時，y截距變為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不滿足式1的情況中，相對于固溶量而言加工率RE過小，存在不能在去 應力退火中實現必要的強度提高的情況。
[0034] 之后，在200~500°C下進行^1000秒的去應力退火。如果去應力退火的溫度或者退 火時間小于上述范圍，則去應力退火變得不充分，不能實現在去應力退火中的強度的提高。 如果去應力退火的溫度或者退火時間大于上述范圍，則去應力退火變得過度，合金軟化，不 能實現強度提高。 實施例
[0035] 在大氣烙化爐中將電解銅烙化，將表1所示的添加元素 W規定量投入，攬拌烙融金 屬。之后，在誘鑄溫度為120(TC下出爐至鑄模，得到表1所示組成的銅合金錠。將錠熱社、端 面切削后，依次進行第1冷社、固溶處理、時效處理、時效后冷社，得到板厚0.2mm的試料。時 效后冷社之后W表1所示的條件進行去應力退火。
[0036] 應予說明，熱社在1000°C下進行3小時，時效處理在400°C~550°C下進行1~15小時 的時間。
[0037] < 評價〉 針對得到的試料對W下項目進行評價。
[003引[電導率] 針對時效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的試料，和去應力退火后的最終產 品的社制垂直方向的試料，依照JISH0505,由通過使用了雙電橋裝置的四端子法求得的體 積電阻率計算得出電導率(％IACS)。
[00例[強度] 針對去應力退火后的最終產品，W拉伸方向與社制方向垂直的方式，用壓力機制作 JIS13B號試驗片。依照JIS-Z2241進行該試驗片的拉伸試驗，測定0.2%耐力。拉伸試驗的條 件設為試驗片寬度12.7111111、室溫(15~35°(：)、拉伸速度5111111/111111、計量長度5〇111111。
[0040][疲勞試驗] 依照JCBA-T308-2002，進行反復平面彎曲（両振咬平面曲巧)的疲勞試驗。W試料的長度 方向與社制方向垂直的方式獲取10mm寬的長條形試料。設定試驗條件，W使施加于試料表 面的最大應力（0)、振幅(f)和支點與應力作用點的距離化)為L=./"(3tEf/(2〇))(t:試料厚 度、E:楊氏模量依照JCBA-T312-2002測定）的關系。測定試料至斷裂為止的循環次數大于 ΙΟ4次為止的載荷應力。進行4次測定，得到4次測定的平均值。
[0041 ] 得到的結果示于表1。表1的"0.5Ζη"是指含有0.5質量%的化。 [0042]表 1
[0043 ] 如由表1表明的那樣，社制垂直方向的0.2%耐力YS為1040MPa W上的各實施例的情 況中，疲勞試驗的循環次數大于1〇4次時的循環應力為750MPaW上，疲勞特性優異。
[0044] 另一方面，Ni和Co的總計含量小于3.1%的比較例1和Si小于0.6%的比較例3的情況 中，運些元素導致的析出強化變得不充分，強度和疲勞特性差。
[0045] Si大于1.0%的比較例2的情況中，時效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向 的電導率下降至小于25%IACS，強度和疲勞特性差。
[0046] Ni和Co的總計含量大于4.5%的比較例4的情況中，在熱社中產生裂紋，不能制造合 金〇
[0047] 含有W總量計大于2.5%的Mg、Mn、Sn、Zn、Co和Cr的比較例5的情況中、Ni和Co的總 計含量大于4.5%的比較例6的情況中，時效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的電 導率下降至小于25%IACS，強度和疲勞特性差。應予說明，雖然比較例6與比較例4一樣，Ni和 〔〇的總計含量過多，但認為由于添加了1旨、]/[]1、5]1、2]1、(：〇和化中的任一種^上，因此熱加工 性提高，不產生熱社裂紋。
[0048] 時效后冷社的加工率RE小于80%的比較例8~10的情況中，強度和疲勞特性也差。
[0049] 時效處理溫度比各實施例高的比較例11的情況中，由于時效處理條件不適宜，時 效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的電導率大于40%IACS，強度和疲勞特性差。
[0050] 時效處理溫度比各實施例低的比較例12的情況中，由于時效處理條件不適宜，時 效后冷社后且去應力退火前的社制垂直方向的電導率下降至小于25%IACS，強度和疲勞特 性差。
[0051] 去應力退火的溫度小于200°C的比較例13的情況中，由于去應力退火變得不充分， 不能實現在去應力退火中的強度提高，因此強度和疲勞特性差。
[0052] 去應力退火的溫度大于500°C的比較例14的情況中，由于去應力退火變得過度，合 金軟化，不能實現強度提高，因此強度和疲勞特性差。
[0053] 在圖1中顯示了在各實施例和比較例中的、時效后冷社后且去應力退火前的社制 垂直方向的電導率EC(%IACS)與時效后冷社的加工率RE(%)的相互關聯。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滿足式1的方式設定加工率RE，則在 去應力退火中強度充分得到提高，因此優選。
【主權項】
1. Cu-Ni -s i系乳制銅合金，其以質量%計，含有以總量計為3.0~4.5%的選自Ni和Co中的 至少一種以上、0.6~1.0%的Si，剩余部分包含Cu和不可避免的雜質， 乳制垂直方向的0 · 2%耐力YS為1040MPa以上。2. 如權利要求1所述的Cu-Ni-Si系乳制銅合金，其中進一步含有以總量計為0.005~2.5 質量%的選自18、]\1]1、311、211和0中的至少一種以上。3. 如權利要求1或2所述的Cu-Ni-Si系乳制銅合金，其中進一步含有以總量計為0.005~ 1.〇質量%的選自？、8、11、2心41小6和48中的至少一種以上。 4. Cu-Ni-Si系乳制銅合金的制造方法，其是如權利要求1~3中任一項所述的Cu-Ni-Si 系乳制銅合金的制造方法，其中， 將鑄塊依次進行熱乳、冷乳、固溶處理、時效處理、時效后冷乳、去應力退火，所述鑄塊 以質量%計，含有以總量計為3.0~4.5%的選自Ni和Co中的至少一種以上、0.6~1.0%的Si，進 一步根據需要含有以總量計為0.005~2.5質量％的選自1^111、311、211和(^中的至少一種以 上、和/或含有以總量計為0.005~1.0質量％的選自？、8、1^、2^六1、？6和4 8中的至少一種以 上，剩余部分包含Cu和不可避免的雜質， 使上述時效后冷乳的加工率RE為80%以上， 使上述時效后冷乳后且上述去應力退火前的乳制垂直方向的電導率EC(%IACS)為25% 以上且小于40%，并且以滿足式1:RE彡0.0291 X(EC)2-0.8885X(EC)+85.025的方式設定上 述加工率RE， 上述去應力退火在200~500 °C下進行1~1000秒。
【文檔編號】C22F1/08GK106011534SQ201610189951
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月30日
【發明人】桑垣寬
【申請人】Ｊｘ金屬株式會社