JPH03294459A - 析出硬化型銅合金の溶体化処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系およびＣｕ−ＦｅＣｏ−Ｐ
系の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法に関する。

［従来の技術］ 析出硬化型銅合金の時効硬化を充分に行うには、溶体化
処理によって析出に寄与する成分の固溶・均質化を行っ
た後に時効硬化処理を行う必要がある。このような時効
硬化処理の結果、析出相を銅母相中に微細に分布させる
ことができる。

しかし、溶体化処理で析出硬化型銅合金の冷却が遅いと
、銅合金母相中に析出硬化にあまり寄与しない析出相が
析出する。これは、溶体化処理時に析出硬化型銅合金母
相中に導入された空孔が、その析出を促進するからであ
る。析出硬化にあまり寄与しない析出相が析出した析出
硬化型銅合金は、時効硬化処理を行っても充分に強化で
きない。

そこで、従来の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法は、
溶体化処理の際に析出硬化型銅合金を１０００℃／分程
度の冷却速度で急冷していた。

なお、母相の単相化する温度まで加熱した押出加工前の
ビレット溶体化処理、熱間圧延前のケーク溶体化処理等
も溶体化処理の範鴫に包含される。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、溶体化処理で析出硬化型銅合金を効率よ
く急冷するには、急冷処理の可能な溶体化処理設備が必
要である。このような溶体化処理設備は、大型であり、
設備価格も高い。しかも、従来の場合には、材料の熱容
量を小さくしなげればならず、工業的な処理方法として
適さない問題があった。

本発明は、かかる事情を鑑みてなされたものであり、簡
易な設備で実施可能であり、しかも、最終の冷却工程中
に析出硬化に寄与しない析出相が析出するのを防止でき
る析出硬化型銅合金の溶体化処理方法を提供するもので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．
０５〜５．０重量％のＦｅおよび０．００５〜０．５重
量％のＰを含有する析出硬化型銅合金を９３０〜１０２
０℃の温度で１０分以上加熱してＣｕにＦｅおよびＰを
固溶させる第１溶体化処理工程と、該第１溶体化処理後
の銅合金を所定の温度まで冷却する第１冷却工程と、８
３０〜９００℃の温度で５分以上の加熱を施してＣｕに
ＦｅおよびＰを固溶させる第２溶体化処理工程と、該第
２溶体化処理後の銅合金を５℃／分以上の冷却速度で冷
却する第２冷却工程とを具備することを特徴とする析出
硬化型銅合金の溶体化処理方法である。

また、本発明は、Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分とし
て０．０５〜５．０重量％のＦｅおよび０．１〜２．０
重量９６のＣｏ、および０．０５−０．２重量％のＰを
含有する析出硬化型銅合金を９３０〜１０２０℃の温度
で１０分以上加熱してＣｕにＦｅ、ＣｏおよびＰを固溶
化させる第１溶体化処理工程と、該第１溶体化処理後の
銅合金を所定の温度まで冷却する第１冷却工程と、８３
０〜９００℃の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＦ
ｅ、ＣｏおよびＰを固溶させる第２溶体化処理工程と、
該第２溶体化処理後の銅合金を５℃／分以上の冷却速度
で冷却する第２冷却工程とを具備することを特徴とする
析出硬化型銅合金の溶体化処理方法である。

［作用コ 本発明の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法によれば、
まず、第１溶体化処理により、析出硬化に寄与する成分
が固溶化する。次に、これを所定温度まで冷却する。次
いで、冷却後の銅合金に第２溶体化処理を所定時間施す
。この第２溶体化処理の際に第１溶体化処理で析出硬化
型銅合金母相中に導入された空孔の濃度が減少する。こ
れにより、析出硬化型銅合金を急冷することなく、しか
も、最終の冷却工程で析出硬化に寄与しない析出相か析
出するのを抑えることができる。この結果、均質な過飽
和固溶体を得ることができ、時効処理の際に析出硬化に
寄与する成分を充分に析出させて、析出硬化型銅合金を
充分に強化できる。

［実施例コ 以下、本発明の析出硬化型銅合金の溶体化処理方法をそ
の工程順に説明する。

強化する析出硬化型銅合金は、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系および
Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐ系のものである。

Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ系の析出硬化型銅合金は、Ｃｕを主成分
とし、０．０５〜５．０重量％のＦｅ。

０．００５〜０．５重量％のＰ１不可避不純物、および
必要に応じて固溶強化成分を含有するものである。Ｆｅ
の含有量が０．０５重量％未満であると、充分に強化さ
れた析出硬化型銅合金が得られない。また、Ｆｅの含有
量が５．０重量％を超えると、析出硬化型銅合金が溶体
化処理の際に過剰のＦｅを固溶化し、析出硬化型銅合金
結晶に歪みを発生させる。この歪みによって、析出硬化
型銅合金結晶に格子欠陥ができる。その結果、優れた特
性を有する析出硬化型銅合金を得ることができない。Ｐ
の含有量の限定理由は、Ｆｅの場合と同様である。

また、Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐ系の析出硬化型銅合金は、
Ｃｕを主成分とし、０．０５〜５．０重量％のＦｅ、０
．１〜２．０重量％のＣ０１０，０５〜０．２重量％の
Ｐ１不可避不純物、および必要に応じて固溶強化成分を
含有するものである。Ｃｏ５Ｐの含有量の限定理由は、
Ｆｅの場合と同様である。

固溶強化成分は、時効硬化処理後も合金中に固溶して強
度向上に寄与する。このようなものとして、Ｐ、ＡＩ　
５ＳｎＳＺｎ、Ｍｎ、Ｓ　ｉが挙げられる。また、固溶
強化成分の含有量は、ＳｎおよびＭｎについては３重量
％以下、その他のものについては０．５重量％以下であ
ることが好ましい。

このような析出硬化型合金を次のように溶体化処理する
。

まず、析出硬化型銅合金に次のような加熱温度で１０分
以上の第１溶体化処理を施す。第１溶体化処理の際の加
熱温度は、９３０〜１０２０℃に設定する。第１溶体化
処理は、析出硬化型銅合金中の析出硬化に寄与する成分
を固溶させるためのものである。したがって、第１溶体
化処理の際の加熱温度は、析出硬化型銅合金の銅器相が
単相化する温度よりも高く、銅器相単相域で素材の酸化
や溶融等の劣化が起こらない範囲で、可能なかぎり高く
設定するのが好ましい。しかし、銅器相が、単相化する
温度付近では、銅器相が均質化するまでに非常に長い時
間を要し、非能率的である。そこで、第１溶体化処理の
際の加熱温度は、銅器相が単相化する温度よりも少なく
とも５０℃以上高く設定する方がよい。

また、第１溶体化処理の時間は、析出硬化型銅合金中に
析出硬化に寄与する成分が均質に固溶するに充分な時間
に設定する。この第１溶体化処理時間は、具体的には１
０分以上に設定するのが望ましい。

次に、第１溶体化処理後の析出硬化型銅合金を第２溶体
化処理を行う際の温度まで冷却する。次いで、析出硬化
型銅合金に第２溶体化処理を所定時間施す。なお、第１
溶体化処理後の析出硬化型銅合金を第２溶体化処理の温
度まで冷却するときの冷却速度は、工業的に問題がなけ
れば、どのような冷却速度に保持してもさしつかえない
。

また、第２溶体化処理の際の加熱温度は、８３０〜９０
０℃に設定する。

第２溶体化処理は、第１溶体化処理によって析出硬化型
銅合金母相中に導入された空孔を減少させるためのもの
である。銅合金母相中の空孔濃度が高いと、冷却工程の
際に析出する成分元素の拡散が活発になる。また、空孔
自体が核生成サイトを形成して析出硬化に寄与しない析
出相を増加させる。そこで、第２溶体化処理によって空
孔密度を減少させて、平衡空孔濃度にするものである。

平衡空孔濃度とは、時効硬化処理に支障を与えない程度
の空孔濃度をいう。第２溶体化処理の際の温度を銅合金
母相が単相化する温度付近の温度に保持することによっ
て、銅合金母相内で平衡空孔濃度を達成することができ
る。

また、第２溶体化処理の際の時間は、銅合金母相内に平
衡空孔濃度か得られるように設定する。

この第２溶体化処理の時間は、具体的には５分以上に設
定するのか好ましい。

第２溶体化処理後の析出硬化型銅合金の冷却速度は、５
℃／分以上に設定する。これは、冷却速度が５℃／分未
満であると、第２冷却工程で析出硬化に寄与しない析出
相の析出を充分に抑えられないからである。

このようにＣｕ−Ｆｅ−Ｐ系およびＣｕ−ＦｅＣｏ−Ｐ
系の析出硬化型銅合金に第１溶体化処理を施し、析出硬
化に寄与する成分を銅器相中に固溶させる。次いて、析
出硬化型銅合金を第１冷却工程を経て第２溶体化処理の
際の温度まで冷却する。次いで、これに第２溶体化処理
を施して、第１溶体化処理で析出硬化型銅合金母相中に
導入された空孔の濃度を減少させる。その後、第２冷却
工程によって、析出硬化型銅合金内に、均質な過飽和固
溶体を形成させる。これにより、その後の時効硬化処理
において析出硬化に寄与する成分が微細に分布する。こ
の結果、析出硬化型銅合金を充分に強化することができ
る。

以下、本発明の効果を確認にするために行った実験例に
ついて説明する。

実験例１〜３ まず、析出硬化成分として１．０重量％のＦｅ。

０．０７重量％のＰを含有する析出硬化型銅合金を、電
気炉内で１２００℃に加熱し、溶解した。

この溶解した析出硬化型銅合金を鋳造して長さ２００鰭
、幅８０ｍｍ、厚さ２０關の寸法の板状体とした。この
板状体を８００℃で厚さ５　ｍｍに熱間圧延した。さら
に、これを厚さ１　ａｍに冷間圧延して薄板状体を作製
した。

次に、得られた薄板状体に９５０℃で３０分間加熱して
第１溶体化処理を施した。第１溶体化処理後、薄板状体
を９００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。次に
、これを９００℃の温度で３０分間保持して、薄板状体
に第２溶体化処理を施した。その後、第２溶体化処理後
の薄板状体を室温まで２５０℃／分の冷却速度で冷却し
た。

このようにして、本発明を適用して溶体化処理を行った
析出硬化型銅合金薄板状体（実験例１）を得た。また、
室温まで冷却する冷却速度を１００℃／分、４０℃／分
にした点以外は、上記と同様にして析出硬化型銅合金薄
板状体（実験例２．３）を得た。

このようにして得た３つの析出硬化型銅合金薄板状体に
６００℃で３０分間の時効硬化処理を施した後、氷水中
に投入して焼入れした。その後、それぞれの析出硬化型
銅合金薄板状体の引張り強度を調べた。その結果を溶体
化処理条件と共に下記第１表に示す。

なお、引張強度は、前記薄板状体を所定の寸法に切断し
て引張り試験片を作製し、この試験片をアムスラー型引
張り試験機に取り付けて測定した。

比較例１〜３ 実験例１と同様の薄板状体を用いて、これに９５０℃で
６０分間溶体化処理を施した。その後、加熱処理後の薄
板状体を室温まで２５０℃／分の速度で冷却した。

このようにして、従来の溶体化処理を施した析出硬化型
銅合金薄板状体（比較例１）を得た。

また、室温まで冷却する速度を１００℃／分、４０℃／
分にした点以外は比較例１と同様にして比較例２．３の
析出硬化型銅合金薄板状体を得た。

これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を、実
験例１と同様にして調べた。その結果を下記第１表に併
記する。

実験例４〜６ まず、析出硬化成分として１．０重量％のＦｅ。

１．０重量％のＣｏ、および０．０８重量％のＰを含有
する析出硬化型銅合金を電気炉内で１２００℃に加熱し
溶解した。これに実験例１と同様に圧延処理して薄板状
体を得た。

次に、得られた薄板状体に９５０℃で３０分間加熱して
第１溶体化処理を施した。第１溶体化処理工程後、薄板
状体を９００℃まで１０℃／分の冷却速度で冷却した。

次に、９００℃の温度で３０分間保持して、薄板状体に
第２溶体化処、理を施した。その後、第２溶体化処理後
の薄板状体を室温まで２５０℃／分の冷却速度で冷却し
た。

このようにして、実験例４の析出硬化型銅合金薄板状体
を得た。また、室温まで冷却する速度を１００℃／分、
４０℃／分にした点以外は実験例４と同様にして実験例
５．６の析出硬化型銅合金薄板状体を得た。

これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を時効
硬化処理の温度を５００℃にしだ点以外は実験例１と同
様にして調べた。実験例１と同様にして調べた。その結
果を、下記第１表に併記する。

比較例４〜６ 実験例４と同様の薄板状体を用いて、これに９５０℃で
６０分間溶体化処理を施した。その後、加熱処理後の薄
板状体を室温まで２５０℃／分の冷却速度で冷却した。

このようにして、従来の溶体化処理を施した比較例４の
析出硬化型銅合金薄板状体を得た。また、室温まで冷却
する速度を１００℃／分、４０℃／分にした点景外は比
較例４と同様にして比較例５．６の析出硬化型銅合金薄
板状体を得た。

これらの析出硬化型銅合金薄板状体の引張り強度を、実
験例４と同様にして調べた。その結果を、下記第１表に
併記する。

第 表 第１表から明らかなように、本発明の溶体化処理方法を
行って得た析出硬化型銅合金（実験例１〜６）は、時効
硬化処理後の引張強度が高いものであった。これに対し
て、従来の溶体化処理方法を行って得られた析出硬化型
銅合金（比較例１〜６）は、いずれも時効硬化後の引張
強度が低いものであった。

以上の結果、明らかなように本発明の析出硬化型銅合金
の溶体化処理方法は、次のような効果を奏する。

■急冷することなしに優れた特性を有する析出硬化型銅
合金に効率よく溶体化処理することができる。

■熱間圧延時の加熱による溶体化処理、連続焼鈍炉やヘ
ル炉による溶体化処理が可能となる。

［発明の効果コ 以上説明した如く、本発明にががる析出硬化型銅合金の
溶体化処理方法によれば、簡易な設備で実施可能であり
、しがも、最終の冷却工程中に析出硬化に寄与しない析
出相が析出するの、を防止できるものである。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０５
   〜５．０重量％のＦｅおよび０．００５〜０．５重量％
   のＰを含有する析出硬化型銅合金を９３０〜１０２０℃
   の温度で１０分以上加熱してＣｕにＦｅおよびＰを固溶
   させる第１溶体化処理工程と、該第１溶体化処理後の銅
   合金を所定の温度まで冷却する第１冷却工程と、８３０
   〜９００℃の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＦｅ
   およびＰを固溶させる第２溶体化処理工程と、該第２溶
   体化処理後の銅合金を５℃／分以上の冷却速度で冷却す
   る第２冷却工程とを具備することを特徴とする析出硬化
   型銅合金の溶体化処理方法。
2. （２）Ｃｕを主成分とし、析出硬化成分として０．０５
   〜５．０重量％のＦｅおよび０．１〜２．０重量％のＣ
   ｏ、および０．０５〜０．２重量％のＰを含有する析出
   硬化型銅合金を９３０〜１０２０℃の温度で１０分以上
   加熱してＣｕにＦｅ、ＣｏおよびＰを固溶化させる第１
   溶体化処理工程と、該第１溶体化処理後の銅合金を所定
   の温度まで冷却する第１冷却工程と、８３０〜９００℃
   の温度で５分以上の加熱を施してＣｕにＦｅ、Ｃｏおよ
   びＰを固溶させる第２溶体化処理工程と、該第２溶体化
   処理後の銅合金を５℃／分以上の冷却速度で冷却する第
   ２冷却工程とを具備することを特徴とする析出硬化型銅
   合金の溶体化処理方法。