(57)【要約】【課題】高降伏強度、中程度の導電性を必要とする用途の商業的有用なストリップ製品を作るための処理方法。【解決手段】実質的に、重量で、チタン：０．３５〜１０％、Ｘ元素：０．００１〜６％（Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｏ及びこれらの元素の組合から選択）、残部：銅と不可避不純物から成る銅基合金の鋳造工程、約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延する工程、約５０％〜約９７％の面積減少率で第１回冷間圧延を施す工程、温度約８５０℃〜約１０００℃で約１０秒〜約１時間一次焼鈍を施し、周囲温度まで急冷する工程、最大約８０％の減面率で第２回冷間圧延を施す工程、約４００℃〜約６５０℃で約１分〜約１０時間に二次焼鈍を施す工程、約１０％〜約５０％の減面率で第３回冷間圧延を施して仕上げ寸法にする工程を含む製造方法。【選択図】図１
2010275640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
降伏強度、導電性、応力緩和性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン：０．３５％〜１０％、Ｘ元素：０．００１％〜６％（ここで、Ｘ元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、および前記元素の組合せから選択される）、および、残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造（１０）する工程と、
前記銅基合金を約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延加工する段階（１２）と、
前記銅基合金に、約５０％〜約９７％の面積減少率で、第１回冷間圧延加工（１４）を施す段階と、
温度約８５０℃〜約１０００℃で、約１０秒〜約１時間、前記銅基合金に一次焼鈍（１６）を施し、その後、周囲温度まで急冷（１８）する段階と、
前記銅基合金に、最大約８０％の減面率で、第２回冷間圧延加工（２０）を施す段階と、
約４００℃〜約６５０℃で、約１分〜約１０時間、前記銅基合金に二次焼鈍（２２）を施す段階と、
前記銅基合金に、約１０％〜約５０％の減面率で、第３回冷間圧延加工（２４）を施して仕上げ寸法にする段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。
【請求項２】
前記第３回冷間圧延加工（２４）段階の後、前記銅基合金に、温度約１５０℃〜約６００℃で、約１５秒〜約１０時間、焼鈍（２６）を施すことを特徴とする請求項１に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項３】
仕上げ寸法で、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度と、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記一次焼鈍（１６）、二次焼鈍（２２）および三次焼鈍（２６）が行なわれることを特徴とする請求項２に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項４】
降伏強度、導電性、耐応力緩和性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン：０．３５％〜１０％、Ｘ元素：０．００１％〜６％（ここで、Ｘ元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、ＣｒおよびＣｏおよび前記元素の組合せから選択される）、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造（１０）する段階と、
前記銅基合金を約７５０℃〜約１０００℃で熱間減面加工（１２）する段階と、
減面率約５０％〜約９９％までの冷間減面加工（１４）と、焼鈍温度約４００℃〜約６５０℃、約１５秒〜約１０時間の時効焼鈍（２８）とを含む１回以上のサイクルを、前記銅基合金に施す段階と、
前記銅基合金に減面率約４０％〜約８０％の冷間減面加工（３０）を施す段階と、
約４００℃〜約６５０℃、約１時間〜約１０時間の焼鈍によって前記銅基合金に時効硬化（３２）を施す段階と、
約１０％〜約５０％の減面率の最終減面加工（３４）を前記銅基合金に施して仕上げ寸法にする段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。
【請求項５】
前記最終冷間圧延加工段階（３４）の後、前記銅基合金に、温度約１５０℃〜約６００℃、約１５秒〜約１０時間の焼鈍（２６）を施すことを特徴とする請求項４に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項６】
仕上げ寸法で、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度と、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記焼鈍段階（２８，３２，２６）が実行されることを特徴とする請求項５に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項７】
高降伏強度、中程度の強度、導電性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン：０．３５％〜１０％、Ｘ元素：０．００１％〜６％（ここで、Ｘ元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｏ、および前記元素の組合せから選択される）、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造（１０）する段階と、
約７５０℃〜約１０００℃で、前記銅基合金に熱間減面加工（１２）を施す段階と、
減面率約５０％〜約９９％まで、前記銅基合金に冷間減面加工（１４）を施す段階と、
温度約９５０℃〜約１０００℃、約１５秒〜約１時間の溶体化焼鈍（１６）を前記銅基合金に施し、その後、周囲温度まで急冷する段階と、
減面率約４０％〜約６０％まで、前記銅基合金に冷間減面加工（２０）を施す段階と、
温度約４００℃〜６５０℃、約１時間〜約１０時間の時効焼鈍（２８）を前記銅基合金に施す段階と、
減面率約４０％〜約６０％まで、前記銅基合金に冷間減面加工（３０）を施す段階と、
前記第１回の時効焼鈍温度よりも低い温度約３７５℃〜約５５０℃、約１時間〜約３時間の第２回の時効焼鈍（３２）を前記銅基合金に施す段階と、
仕上げ寸法にするために、少なくとも約３０％の減面率で冷間減面加工（３４）を施す段階とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。
【請求項８】
前記最終冷間圧延段階（３４）の後、温度約１５０℃〜約６００℃、約１５秒〜約１０時間の焼鈍（２６）が前記銅基合金に施されることを特徴とする請求項７に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項９】
仕上げ寸法で、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度と、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記一次焼鈍（１６）、二次焼鈍（３２）および三次焼鈍（２６）が行なわれることを特徴とする請求項８に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項１０】
高降伏強度、中程度の強度、導電性の、改善された組合せを有する銅基合金の製造方法において、
実質的に、重量で、チタン：０．３５％〜１０％、Ｘ元素：０．００１％〜６％（ここで、Ｘ元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、ＣｒおよびＣｏおよび前記元素の組合せから選択される）、および残部としての銅と不可避不純物から成る銅基合金を鋳造（１０）する段階と、
前記銅基合金を約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延加工（１２）する段階と、
減面率約５０％〜約９９％までの冷間圧延加工（１４）を、前記銅基合金に施す段階と、
温度約９５０℃〜約１０００℃、約１０秒〜約１時間の溶体化焼鈍（１６）を前記銅基合金に施し、その後、周囲温度まで急冷（１８）する段階と、
減面率約４０％〜約６０％の冷間圧延加工（２０）を前記銅基合金に施す段階と、
温度約５００℃〜５７５℃、約１５秒〜約１０時間、または、温度約４２５℃〜４７５℃、約２．５時間〜約３．５時間の時効焼鈍（２８）を前記銅基合金に施す段階と、
減面率約４０％〜約６０％の冷間圧延加工（３０）を前記銅基合金に施す段階と、
温度約５００℃〜５５０℃、約１時間〜約４時間の第２回の時効焼鈍（３２）を前記銅基合金に施す段階（３２）と、
仕上げ寸法にするために、少なくとも約３０％の減面率で最終圧延加工（３４）を施す段階（３４）とによって特徴づけられる銅基合金の製造方法。
【請求項１１】
前記最終冷間圧延加工段階（３４）の後、温度約１５０℃〜約６００℃、約１５秒〜約１０時間の焼鈍（２６）を前記銅基合金に施すことを特徴とする請求項１０に記載された銅基合金の製造方法。
【請求項１２】
仕上げ寸法で、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度と、少なくとも５０％の導電性を前記銅基合金が有するようにするために有効な時間と温度で、前記焼鈍段階（１６，２８，３２，２６）が実行されることを特徴とする請求項１１に記載された銅基合金の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時効硬化性銅基合金およびこの合金から商業的に有用な製品を製造する方法に係わり、特に、銅合金、工程中の溶体化焼鈍および少なくとも１回の時効焼鈍を含む方法により、仕上げ寸法まで鍛錬される０．３５〜５重量％のチタンを含む銅合金に関するものである。結果として得られる製品は、５０％ＩＡＣＳを超える導電性および７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）を超える降伏強度を有する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書全体を通して、別段の指示がない限り、全ての組成は重量パーセントであり、全ての機械的および電気的試験は、室温（公称２２℃）で行った。「約」という用語は±１０％を意味し、「銅基」における「基」は、その合金が少なくとも５０重量％の特定された基本元素を含むことを意味する。「圧延加工」または「圧延加工された」という用語は、例えば、ワイヤ、ロッドまたは管の製造および処理の際に使用されるとおり、引き抜き加工すること、または、引き抜き加工されたこと、または、任意のその他の冷間減面加工を包含する。
【０００３】
多くの種類の電気コネクタは、銅基合金で形成される。電気コネクタにとって重要な特性としては、降伏強度、曲げ成形性、耐応力緩和性、縦弾性係数、極限引張り強さ、および導電性等がある。
【０００４】
これらの特性の目標値およびこれら特性の相対的重要性は、前記銅合金から製造された製品の目的とする用途によって異なる。以下の、特性に関する説明は、多くの目的とする用途に対する一般的なものであるが、目標値は、自動車のボンネット下で使用する場合には特定の値になる。
【０００５】
降伏強度は、応力と歪みのバランスから、材料が、指定された逸脱（通常０．２％のずれである）を示す応力である。これは、弾性変形との関係で塑性変形が支配的になる応力を示す。コネクタとして使用する銅合金の場合、少なくとも７２４ＭＰａの降伏強度を有することが望ましい。
【０００６】
応力緩和は、コネクタとして折曲された後でストリップに負荷がかけられた場合のように、使用中の金属ストリップに外部応力が加えられた場合に明らかに生じる。金属は、反対方向の等しい内部応力を生じさせることによって反応する。金属を歪んだ状態に保持すると、内部応力は時間および温度の関数として減少する。このような現象が起こるのは、微小な塑性流によって金属中の弾性歪みが塑性歪みまたは永久歪みに変わるからである。
【０００７】
銅基電気コネクタは、良好な電気接続を行うために、長時間係合部材上で閾値接触力を超える接触力を維持しなければならない。応力緩和は、接触力を閾値未満に低下させ、その結果回路が開く。コネクタ用銅合金は、温度１０５℃に１０００時間曝露された時に、初期応力の少なくとも９５％を維持することが望ましく、また温度１５０℃に１０００時間曝露された時、初期応力の少なくとも８５％を維持することが望ましい。
【０００８】
ヤング率として知られる縦弾性係数は、金属の剛性または剛さの測定値であり、弾性域内での対応する歪みに対する応力の比率である。縦弾性係数は、材料の剛さの測定値であるので、１４０ＧＰａ（２０×１０３ｋｓｉ）程度の高い係数であることが望ましい。
【０００９】
折曲性は、折曲部の外径部分に沿って破断を起こさずに、金属ストリップ内にどれだけ小さな折曲部を形成することができるのかを示す最小曲げ半径（ＭＢＲ）を決定する。ＭＢＲは、各種角度で曲げることにより種々の形に形成しなければならないコネクタの重要な特性である。
【００１０】
曲げ成形性は、ＭＢＲ／ｔで表すことができる。ここで、ｔは金属ストリップの厚さである。ＭＢＲ／ｔは、金属ストリップを首尾よく曲げることのできる、ストリップ厚さに対するマンドレルの最小曲率半径の比である。「マンドレル」試験については、「金属材料の延性用のセミガイド曲げ試験のための標準試験方法」（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉ−Ｇｕｉｄｅｄ  Ｂｅｎｄ  Ｔｅｓｔ  ｆｏｒ  Ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｍｅｔａｌｌｉｃ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ）と題するＡＳＴＭ（米国材料試験協会）分類Ｅ２９０−９２で規定されている。
【００１１】
ＭＢＲ／ｔは、金属ストリップの圧延方向に対して直角である「良方向」曲げ軸線、および、金属ストリップの圧延方向に対して平行である「悪方向」曲げ軸線について、ほぼ等方的で類似値を有することが望ましい。ＭＢＲ／ｔは、９０度曲げに対して約１．５以下、１８０度曲げに対して約２以下であることが望ましい。
【００１２】
代替法として、９０度曲げに対する曲げ成形性は、Ｖ形凹部を有するブロックと、所望半径を有する加工表面を含むパンチを用いて評価することができる。「Ｖブロック」法の場合には、試験対象である調質状態の銅合金ストリップが、ブロックとパンチの間に置かれ、パンチが凹部に押し込まれた時に、所望の曲げがストリップに形成される。
【００１３】
Ｖブロック法に関連して、円筒形加工表面を有するパンチが、銅合金ストリップを１８０度曲げるために使用される１８０度「成形パンチ」法がある。
【００１４】
Ｖブロック法および成形パンチ法の両者について、「銅合金ばね材料の成形性に関する曲げ試験のための標準試験方法」（Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｔｅｓｔ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｂｅｎｄ  Ｔｅｓｔ  ｆｏｒ  Ｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ  ｏｆ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ａｌｌｏｙ  Ｓｐｒｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ）と題するＡＳＴＭ分類Ｂ８２０−９８で規定されている。
【００１５】
所定の金属試料に対して、両方法は、定量化可能な曲げ結果を示し、いずれの方法も相対曲げ成形性を測定するために使用できる。
【００１６】
極限引張り強さは、引っ張り試験において破断を起こす前にストリップが耐えることのできる最大負荷をストリップの初期横断面積で割った比である。望ましい極限引張り強さは約７６０ＭＰａである。
【００１７】
導電性は、％ＩＡＣＳ（国際焼鈍銅規格）で表される。この規格では、合金でない銅は、２０℃において１００％ＩＡＣＳの導電性を有するものとして定義される。
【００１８】
とりわけ、米国特許第４６０１８７９号および４６１２１６７号に、チタンを含む銅基合金が開示されている。米国特許第４６０１８７９号に、０．２５％〜３．０％のニッケル、０．２５％〜３．０％の錫、および０．１２％〜１．５％のチタンを含む銅基合金が開示されている。例示としての合金は、４８．５％〜５１．４％ＩＡＣＳの導電性を有し、５６８．８ＭＰａ〜５７９．２ＭＰａ（８２．５ｋｓｉ〜８４ｋｓｉ）の降伏強度を有する。
【００１９】
米国特許第４６１２１６７号は、０．８％〜４．０％のニッケル、および０．２％〜４．０％のチタンを含む銅合金を開示している。例示合金は、５１％ＩＡＣＳの導電性および６６３．３ＭＰａ〜６７９．２ＭＰａ（９６．２ｋｓｉ〜９８．５ｋｓｉ）の降伏強度を有する。
【００２０】
ＡＭＡＸ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｃ．（Ｇｒｅｅｎｗｉｃｈ，ＣＴ）は、Ｃｕ−２％Ｎｉ−１％Ｔｉ、およびＣｕ−５％Ｎｉ−２．５％Ｔｉの公称組成を有する銅−ニッケル−チタン合金を市販している。同社が発表したＣｕ−２％Ｎｉ−１％Ｔｉ合金の特性は、降伏強度が４４１．３ＭＰａ〜５５１．６ＭＰａ（６４〜８０ｋｓｉ）であり、極限引張り強さが５０３．３ＭＰａ〜６５５．０ＭＰａ（７３〜９５ｋｓｉ）であり、伸び率が９％であり、導電性が５０〜６０％ＩＡＣＳである。報告されているＣｕ−５％Ｎｉ−２．５％Ｔｉ合金の特性は、降伏強度が６２０．６ＭＰａ〜６８９．５ＭＰａ（９０〜１００ｋｓｉ）、極限引張り強さが７４４．７ＭＰａ（１０８ｋｓｉ）ＵＴＳ、伸び率が１０％であり、導電性が４０〜５３％ＩＡＣＳである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２１】
【特許文献１】米国特許第４６０１８７９号明細書
【特許文献２】米国特許第４６１２１６７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２２】
これら銅合金の多くの現在および将来の用途は、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性と、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度を必要とする。必要なレベルの導電性と強度を達成することのできる銅−チタン合金およびその製造方法に対する必要性が依然としてある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
本発明は、時効硬化性銅基合金と、高降伏強度および中程度の導電性を必要とするあらゆる用途の商業上有用な製品を作るための前記銅基合金の処理方法とを提供するものである。斯かる製品の通常の形態は、ストリップ、プレート、ワイヤ、箔、管、粉末または鋳造品を含む。このような合金を本発明方法によって処理した場合には、少なくとも７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）の降伏強度と、５０％ＩＡＣＳの導電性が得られ、もって、前記銅基合金は電気コネクタおよび相互接続用として特に適する。
【００２４】
前記銅基合金は、実質的に、重量で、チタン：０．３５％〜５％、Ｘ元素：０．００１％〜１０％、ここで、Ｘは、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、ＣｒおよびＣｏおよび上記元素の組合せから選択され、および残部としての銅および不可避不純物から成る。この合金は少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性および少なくとも１０５ｋｓｉの降伏強度を有する。
【００２５】
本発明の好適形態では、銅基合金は、実質的に、チタン：０．３５％〜２．５％、ニッケル：０．５％〜５．０％、鉄、コバルトおよびこれらの混合物：０．５％〜０．８％、マグネシウム：０．０１％〜１．０％、Ｃｒ、Ｚｒ、Ａｇおよびこれらの組合せ：最大１％から成り、残部は銅および不可避不純物である。
【００２６】
ベリリウムを含まない場合、前記銅基合金は、強度と導電性の同様な組合せを有し、現在のベリリウム銅合金に付随する潜在的に危険な健康問題を避ける。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明銅合金を処理するための第１方法のフローチャート。
【図２】本発明銅合金を処理するための第２方法のフローチャート。
【図３】本発明銅合金を処理するための第３方法のフローチャート。
【実施例】
【００２８】
強度と導電性の組合せを有し、また優れた成形性と耐応力緩和性を有する銅合金は、多くの電流搬送用として需要が多い。例示としての２つの用途は、自動車のボンネット下での使用、および、マルチメディア用（コンピュータ、ＤＶＤプレーヤ、ＣＤリーダ等）がある。
【００２９】
自動車用の場合、優れた成形性、少なくとも５０％ＩＡＣＳの導電性、および最高２００℃までの耐応力緩和性を有する銅合金に対する需要が多い。マルチメディアの相互接続用の場合、約１００℃での優れた耐応力緩和性を特徴とする７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）を超える降伏強度、５０％ＩＡＣＳを超える導電性、および室温および若干高い動作温度での機械的安定性を有する銅合金に対する需要が多い。
【００３０】
この合金の組成は、本発明の方法で処理した場合、驚くべきことに、自動車用およびマルチメディア用の両方およびその他の電気的および電子的用途の需要に適合する特性の最適な組合せを提供する。この合金は、高い導電性と一緒に中程度の強度を供給することができ、非常に高い強度と一緒に中程度の導電性を供給することができる。
【００３１】
本発明合金は、Ｃｕ−Ｔｉ−Ｘを含む組成を有する。ここで、Ｘ元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｒ、Ｃｏおよび前記元素の組合せから選択される。チタン量は０．３５％〜５％であり、「Ｘ」元素の合計量は０．００１％〜１０％である。
【００３２】
Ｘ元素を、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ａｇ、およびこれらの混合物から成る群から選択した場合に、強度と導電性が最大になる。
【００３３】
酸素、硫黄および炭素は、電解（カソード）銅、または再溶融銅、または銅合金スクラップ中に通常含まれる量だけ、本発明銅基合金中に存在してよい。通常、これら各元素の量は、約２ｐｐｍ〜約５０ｐｐｍの範囲にあり、好適には、それぞれ２０ｐｐｍ未満であることが好ましい。
【００３４】
合金の特性に影響を与えるその他の添加物を含んでもよい。このような添加物は、ビスマス、鉛、テルリウム、硫黄およびセレン等、合金の快削性を改善するための添加物を含む。快削性を向上するために添加した場合、これら添加物の量は最大２％である。好適には、快削性添加物の全量は約０．８％〜１．５％である。
【００３５】
銅合金、特に再使用した銅またはスクラップ銅から成る銅合金に含まれる通常の不純物の量は、合計で最大約１％である。このような不純物としては、マグネシウム、アルミニウム、銀、珪素、カドミウム、ビスマス、マンガン、コバルト、ゲルマニウム、砒素、金、プラチナ、パラジウム、ハフニウム、ジルコニウム、インジウム、アンチモン、クローム、バナジウム、およびベリリウム等があるがこれらに限定されない。各不純物の量は０．３５％未満でなければならず、好適には０．１％未満であることが好ましい。
【００３６】
前記不純物のうちの幾つか、または、その他の不純物について、前記不純物範囲に重畳する量が、本発明銅合金に有利な効果を有する場合のあることを認識すべきである。例えば、強度または打抜き加工性を改善することができる。本発明は、このような少量の添加物を含む。
【００３７】
本発明のより好ましい実施形態の場合、チタン量は０．３５％〜２．５％であり、最も好ましい実施形態の場合、チタン量は０．８％〜１．４％である。
【００３８】
チタンが銅合金マトリックス中に固溶していると、導電性は大きく低下する。それ故、「Ｘ」元素は、時効焼鈍中に固溶体から効果的にチタンを析出させるものであることが好ましい。このような析出を向上させるための「Ｘ」に適する元素は、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｓｎ、Ｐ、Ａ１、Ｓｉ、Ｓ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｃｏ、およびこれら元素の組合せを含む。
【００３９】
一つの好適な添加物はニッケルである。ＮｉとＴｉの組合せはＣｕＮｉＴｉから成る析出物を作り、ＦｅとＴｉの存在はＦｅ２Ｔｉから成る析出物を作る。
【００４０】
別の好適添加物はマグネシウムである。Ｍｇを添加すると、仕上げ寸法、および調質品の耐応力緩和性および耐軟化性が増す。また、Ｍｇは、製造過程での時効焼鈍熱処理中に耐軟化性を与える。
【００４１】
低水準で存在する場合、Ｃｒ、Ｚｒおよび／またはＡｇを添加すると、導電性を不当に低下させずに強度が増す。
【００４２】
中程度の曲げ成形性と共に、改善された組合せの、降伏強度、導電性、耐応力緩和性を有する本発明による好適合金は、実質的に、
ニッケル：約０．５〜５．０％、
チタン：約０．３５〜２．５％、
鉄またはコバルト：約０．５〜０．８％、
マグネシウム：約０．０１〜１．０％、
選択元素としての１種以上のＳｎ、Ｐ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｉ、Ｐｂ、Ｂｉ、Ｓ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｂｅ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ａｇ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｚｒ、Ｂ、Ｃｒ、および
これらの混合物：最大約１．０％、および
残部である銅と不純物から成る。
【００４３】
好適には、選択元素は、Ｃｒ、ＺｒおよびＡｇのうちの１種以上を最大１％含む。
【００４４】
この合金の更に好適な範囲は、
ニッケル：約０．８〜１．７％、
チタン：約０．８〜１．４％、
鉄またはコバルト：約０．９０〜１．１０％、
マグネシウム：約０．１０〜０．４０％、
１種以上のＣｒ、Ｚｒ、ＡｇまたはＳｎ、およびこれらの混合物：最大約１．０％、および
残部である銅と不純物である。
【００４５】
本発明の第１形態では、前記合金組成と処理方法によれば、降伏強度は少なくとも約７９３ＭＰａ（１１５ｋｓｉ）になるが、少なくとも降伏強度約８２７ＭＰａ（１２０ｋｓｉ）が好ましい。この例では、導電性が最高約４０％ＩＡＣＳである。本発明の第２形態では、前記合金組成と処理方法によれば、降伏強度が約７２４ＭＰａ（１０５ｋｓｉ）を超えるが、最大約７９３ＭＰａ（１１５ｋｓｉ）になることが好ましい。この第２形態では、合金の導電性は、好適には、約４５％〜約５５％ＩＡＣＳである。第３形態では、前記合金組成と処理方法によれば、降伏強度が約５５２ＭＰａ（８０ｋｓｉ）〜約６９０ＭＰａ（１００ｋｓｉ）であり、導電性は約５５％〜約６５％ＩＡＣＳである。
【００４６】
図１は、本発明方法の第１形態によるフローチャートである。本発明合金は、従来方法によって溶解、鋳造される（段階１０）。鋳造された合金は、温度約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延される（段階１２）。酸化物を除去するためにフライス削りを行った後で、合金は、約５０％〜約９９％に、圧延方向を横断する方向の横断面で減面するために冷間圧延加工される（段階１４）。次いで、合金は、約１０秒〜約１時間の間、溶体化焼鈍温度約８５０〜約１０００℃で溶体化処理される（段階１６）。その後、平均結晶粒径約５〜２０μｍの等軸晶を得るために、焼入れ（段階１８）されるか、または環境温度までの急冷が行われる。その後、減面率最大８０％（好適には、約３０％〜約８０％）まで、第１回冷間圧延加工を行うことができる（段階２０）。第１回冷間圧延（段階２０）の後、温度約４００℃〜約６５０℃（好適には約４５０℃〜約６００℃）で、約１分〜約１０時間（好適には約１〜約８時間）、一次焼鈍が行われる（段階２２）。次に、仕上げ寸法にするために、合金に対して減面率約１０％〜約５０％の第２回冷間圧延加工が行われる（段階２４）。第２回冷間圧延の後、温度約１５０℃〜約６００℃（好適には約２００℃〜約５００℃）で、約１５秒〜約１０時間、二次焼鈍が行われる（段階２６）。
【００４７】
代替法として、本発明の別形態によれば、銅基合金が、製造過程中の溶体化熱処理を行なわずに仕上げ寸法に処理される。すなわち、銅基合金を、より低い温度での焼鈍処理と中間冷間加工の反復で処理して仕上げることができる。この代替法は、より高い導電性レベルを有する製品を製造するために特に有用である。
【００４８】
図２は、別の本発明方法のフローチャートである。本発明合金は、従来方法によって溶解、鋳造される（段階１０）。鋳造された合金は、温度約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延加工され（段階１２）、次いで、焼入れされるか、急冷される。酸化物を除去するためにフライス削りを行った後で、熱間圧延加工された合金は、減面率約５０％〜約９９％を得るために冷間圧延加工される（段階１４）。次に、焼鈍温度約４００℃〜約６５０℃で、約１５秒〜約１０時間、合金に対して一次焼鈍を施す（段階２８）。そうしたい場合には、必要に応じて、冷間圧延段階および一次焼鈍段階を反復して行うことができる。次に、合金を、減面率約４０％〜約８０％を得るために冷間圧延加工され（段階３０）、その後、約４００℃〜６５０℃（好適には約４５０℃〜約６００℃）で、約１〜約１０時間、合金に対して二次焼鈍を施す（段階３２）。次に、合金を仕上げ寸法にする目的で、減面率約１０％〜約５０％を得るために冷間圧延加工が行われる（段階３４）。この後、そうしたい場合には、約１５０℃〜約６００℃（好適には約２００℃〜約５００℃）で、約１５秒〜約１０時間、三次焼鈍を行う（段階２６）。
【００４９】
本発明方法の第２の好適代替形態では、好適な組成範囲の合金を用いる。この方法は、約７５８ＭＰａ（１１０ｋｓｉ）ＹＳと約５０％ＩＡＣＳ導電性の公称特性を有する本発明合金を製造できる。図３について説明すると、合金は、従来方法によって溶解、鋳造される（段階１０）。鋳造された合金は、温度約７５０℃〜約１０００℃で熱間圧延加工される（段階１２）。酸化物を除去するためにフライス削りを行った後で、熱間圧延加工された合金は、減面率約５０％〜約９９％を得るために冷間圧延加工される（段階１４）。次に、合金は、約１５秒から約１時間の間、約９５０℃〜１０００℃の温度で溶体化処理される（段階１６）。次に、合金は、面積を約４０％〜約６０％低減するために冷間圧延加工され（段階２０）、次に、温度約４００℃〜約６５０℃（好適には、約４５０℃〜約６００℃）で、約１〜約１０時間（好適には、約１〜約３時間）、一次焼鈍が行われる（段階２８）。一次焼鈍（段階２８）の後で、減面率約４０％〜約６０％を得るために冷間圧延加工が行われる（段階３０）。次に、一次焼鈍（段階２８）よりも低い温度で、二次焼鈍が合金に施される（段階３２）。二次焼鈍は、温度約３７５℃〜約５５０℃で、約１〜約３時間行われる。次に、２回焼鈍された合金は、仕上げ寸法にする目的で少なくとも約３０％面積を低減するために冷間圧延加工される（段階３４）。この場合、温度約１５０℃〜約６００℃（好適には約２００℃〜約５００℃）で、約１〜約３時間、合金に対して３回目の焼鈍が施される（段階２６）。
【００５０】
本発明合金および本発明方法は、以下の例により、さらによく理解できるだろう。
【００５１】
実施例
以下の例では、方法関連の記載、特性および単位のうちのあるものは略語で行う。例えば、「”」＝インチ、ＷＱ＝水焼入れ、スラッシュ記号「／」＝「に対して」、ＳＡ＝溶体化焼鈍、ＣＲ＝「冷間圧延加工された」または「冷間減面加工された」、ＹＳ＝降伏強度、ＴＳ＝引張り強さ、ＥＬ＝伸び率、％ＩＡＣＳ＝導電性、ＭＢＲ／ｔ＝ストリップの厚さで割った最小曲げ半径、ＳＲ＝耐応力緩和性、Ｇｓ＝結晶粒径、μｍ＝ミクロンまたはマイクロメートル、ｂｅｇ＝開始、ｒｅｃｒ＝「再結晶化された」、ｎ．ｃ．ｒ．＝「完全には再結晶化されていない」、ｓｅｃ．またはｓ＝秒、ｈｒｓまたはｈ＝時間、ＭＳ／ｍ＝メートル当たりのメガ・ジーメンス、ｋｓｉ＝平方インチ当たりの数千ポンド。
【００５２】
例１
図１の工程により、表１の分析組成の一連の４．５ｋｇ（１０ポンド）の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Ｄｕｒｖｉｌｌｅ鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ×４．４５ｃｍ（４インチ×４インチ×１．７５インチ）であった。９５０℃で３時間均熱処理した後、インゴットを３回熱間圧延加工して２．８ｃｍ（１．１インチ）とし、９５０℃で１０分間再加熱し、さらに３回熱間圧延加工して１．２７ｃｍ（０．５０インチ）とし、水焼入れを行った。結果として得られた熱間圧延板を、１０００℃で２時間均熱処理して拡散焼鈍を行い、その後、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）とした。次に、９５０℃で６０秒間の溶体化処理を施した合金Ｊ３４６を除いて、温度１０００℃、２０〜６０秒間の溶体化処理を合金に施した。溶体化処理および焼入れの後、合金を５０％冷間圧延加工して０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）とし、５５０℃で３時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工し、２７５℃で２時間の応力除去焼鈍を行って０．３２ｍｍ（０．０１２５インチ）とし、表２に示す特性を測定した。
【００５３】
表２のデータは、６２１ＭＰａ〜７６５ＭＰａ（９０ｋｓｉ〜１１１ｋｓｉ）の降伏強度、および３８．２％ＩＡＣＳ〜６３．８％ＩＡＣＳの導電性の高い値が得られたことを示す。得られた耐応力緩和性は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｔｉ−Ｆｅ合金Ｊ３４５およびＪ３４６に対して、１０５℃で１０００時間の後、９５％の所望値に近いものであった。所望値はＣｕ−Ｎｉ−Ｔｉ−Ｍｇ合金Ｊ３５４により得られた。
【表１】
2010275640.tif 000003
【表２】
2010275640.tif 000004
【００５４】
例２
図２の工程により、表１の合金を熱間圧延加工したプレート寸法で、均質化熱処理を通して例１のように処理した。この例の場合、合金を製造過程中溶体化熱処理を行わないで仕上げ寸法に処理した。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工して２．５４ｍｍ（０．１００インチ）にし、５５０℃で３時間の一次時効焼鈍を行った。次に、合金を７０％冷間圧延加工し、０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）とし、５２５℃で３時間の二次時効焼鈍を行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工して、０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）の寸法とし、２７５℃で２時間の応力除去焼鈍を行い、この条件で表３に示す特性を測定した。
【００５５】
表２のデータが示すように、この例の合金は６７６ＭＰａ〜７３８ＭＰａ（９８ｋｓｉ〜１０７ｋｓｉ）の高い降伏強度の組合せを有していたが、導電性はもっと高く４９．９％ＩＡＣＳ〜６９．７％ＩＡＣＳであった。ベースであるＣｕ−Ｎｉ−Ｔｉ合金にＦｅまたはＭｇを添加すると、強化した耐応力緩和性が得られた。表３のデータは、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｔｉ合金にＭｇを添加した場合に最も高い耐応力緩和性が得られたことを示す。合金Ｊ３５４と合金Ｊ３５１と比較した。
【表３】
2010275640.tif 000005
【００５６】
例３
図１の工程により、表４の分析組成の一連の４．５ｋｇ（１０ポンド）の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Ｄｕｒｖｉｌｌｅ鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ×４．４５ｃｍ（４インチ×４インチ×１．７５インチ）であった。９５０℃で３時間均熱処理した後で、３回熱間圧延加工し、９５０℃で１０分間再加熱して２．８ｃｍ（１．１インチ）とし、さらに熱間圧延加工して厚さを１．２７ｃｍ（０．５０インチ）とし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）とした。
【００５７】
次に、Ｊ４７７を除いて、温度１０００℃で２５秒の間溶体化熱処理を合金に施し、その後、直径１２〜２４μｍの制御された微細な再結晶化した粒径を得るために水焼入れを行った。合金Ｊ４７７を２５秒＋ＷＱ間９５０℃で溶体化熱処理し、結晶粒径９μｍを得た。
【００５８】
次に、すべての合金を５０％冷間圧延加工して厚さ０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）とし、マトリックスを不当に軟化させずに、導電性を最大にするために有効な時間の間、５５０℃で時効焼鈍を行った。表５は５５０℃での時効焼鈍時間を示す。次に、合金を５０％冷間圧延加工して０．３２ｍｍ（０．０１２５インチ）の寸法にし、２７５℃で２時間の応力除去焼鈍を行った。この条件で表５の特性を測定した。
【００５９】
表５のデータは、ベース合金Ｊ４７７は、６３４ＭＰａ（９２ｋｓｉ）ＹＳおよび５８．１％ＩＡＣＳ導電性の優れた特性の組合せを有しているが、Ｆｅを添加すると、導電性は若干低下するが、ベース合金の強度（Ｊ４８３対Ｊ４７７）が６９０ＭＰａ（１００ｋｓｉ）に増大することを示す。さらにＭｇ添加の利点は、Ｎｉ、ＴｉおよびＦｅの量を一定に維持しながら、合金Ｊ４８１と合金Ｊ４９１を比較すれば分かるように、１０５℃で耐応力緩和性が増大することである。合金Ｊ４９１の特性（表５）を表２の合金Ｊ３４５およびＪ３４６と比較するとＭｇの利点も分かる。
【表４】
2010275640.tif 000006
【表５】
2010275640.tif 000007
【００６０】
例４
図２の工程により、表４の合金を製造過程中溶体化熱処理を行わないで処理して仕上げ寸法にした。酸化物皮膜を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、熱間圧延加工した合金を冷間圧延加工して０．０５０インチ（１．２７mm）の寸法にし、導電性を最大にするのに効果がある表６の温度および時間で一次時効焼鈍を行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工し、０．０２５インチ（０．６３５mm）の寸法にし、マトリックスを不当に軟化させることなく導電性を最大にするために選択した、表６に示す温度および時間で二次時効焼鈍を行った。表６は、各合金に対して行った特定の時効焼鈍を示す。次に、合金を５０％冷間圧延加工して、０．０１２５インチ（０．３２mm）の寸法とし、２７５℃で２時間の応力除去焼鈍を行い、この条件で表７に示す特性を測定した。このプロセスにより、添加物ＦｅおよびＭｇを含む合金は、もっと高い導電性と優れた耐応力緩和性とともに低いが依然として優れた強度を有する。
【表６】
2010275640.tif 000008
【表７】
2010275640.tif 000009
【００６１】
例５
図３の工程により、表８の分析組成の一連の４．５ｋｇ（１０ポンド）の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Ｄｕｒｖｉｌｌｅ鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ×４．４５ｃｍ（４インチ×４インチ×１．７５インチ）であった。９５０℃で３時間均熱処理した後で、インゴットを３回熱間圧延加工して２．８ｃｍ（１．１インチ）の厚さにし、１０分間９５０℃で再加熱し、さらに、３回熱間圧延して１．２７ｃｍ（０．５０インチ）の寸法にし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延して２．５４ｍｍ（０．１００インチ）の厚さにし、９５０℃で４０秒間、炉内で溶体化熱処理し、８．０〜１２μｍの制御された再結晶化された微細粒径を得るために水焼入れを行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工して１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）の寸法にし、マトリックスを不当に軟化させないで、導電性を最大にするように設計された温度５６５℃で３時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工して０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）の寸法にし、４１０℃で２時間の二次時効焼鈍を行い、冷間圧延加工して０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）とした。この後、２５０℃で２時間の応力除去焼鈍を行った。この条件で表９の特性を測定した。
【表８】
2010275640.tif 000010
【表９】
2010275640.tif 000011
【００６２】
ベースライン合金Ｊ６９４をジルコニウムを含む合金Ｊ６９８と比較した結果、少量のジルコニウムが、導電性に影響を与えることなく降伏強度を増大することが分かった。合金Ｊ６９４を銀を含む合金Ｊ６９９と比較すると、少量の銀は降伏強度と導電性両方を増大することが分かる。合金Ｊ６９４をクロームを含む合金Ｊ７００と比較すると、少量のクロームは導電性を若干低減するが、降伏強度を若干増大することが分かる。
【００６３】
例６
図３の工程により、表１０の分析組成の一連の４．５ｋｇ（１０ポンド）の実験室インゴットをシリカ坩堝内で溶融し、Ｄｕｒｖｉｌｌｅ鋳造して鋼製モールドにした。湯口後のインゴット寸法は、１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ×４．４５ｃｍ（４インチ×４インチ×１．７５インチ）であった。９５０℃で３時間均熱処理した後、インゴットを３回熱間圧延加工して２．８ｃｍ（１．１インチ）の厚さにし、１０分間９５０℃で再加熱し、さらに、３回熱間圧延して１．２７ｃｍ（０．５０インチ）の厚さにし、水焼入れを行った。酸化物皮膜を除去するために、トリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工を行って２．５４ｍｍ（０．１００インチ）の寸法にし、２５〜３５秒間１０００℃で炉内で溶体化熱処理を行い、その後で６〜１２μｍの制御された微細な再結晶化した粒径を得るために水焼入れを行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工し、１．２７ｍｍ（０．０５０インチ）の寸法にし、５５０〜６００℃で３〜４時間の時効焼鈍を行った。次に、合金を５０％冷間圧延加工して０．６４ｍｍ（０．０２５インチ）の寸法にし、再度２時間の間４１０〜４２５℃で時効焼鈍を行い、その後で冷間圧延加工を行い０．２５ｍｍ（０．０１０インチ）とし、２５０〜２７５℃で２時間の応力除去焼鈍を行った。
【００６４】
表１１の仕上げ寸法における特性は、Ｍｇを添加することにより降伏強度も導電性も増大し（Ｊ６０３と比較した場合のＪ６０４）、および／またはジルコニウムを添加したことにより降伏強度も導電性も増大する（Ｊ６０３と比較した場合のＪ６４４）ことを示している。
【００６５】
Ｍｇの添加がなければ、Ｃｒの添加は、それ自体有効ではない（表１１（列Ｄ）におけるＪ６４６の低い強度を、表９におけるＪ７００の高い強度と比較せよ）。また、表１１から、Ｍｇの添加（添加量：０、０．１６、０．２５、０．３１重量％）が、どのように降伏強度（および引張り強さ）値を向上させるか（７０３（７５８）、７１０（７７２）、７４５（７７２）、７４５（８００）、７５８（８１４）ＭＰａ［１０２（１１０）、１０３（１１２）、１０８（１１６）、１１０（１１８）ｋｓｉ］）について留意されたし。
【表１０】
2010275640.tif 000012
【表１１】
2010275640.tif 000013
【００６６】
例７
この例は、降伏強度および導電性への組成および処理の影響を示す。表１２の組成を有する合金Ｊ６９４およびＪ７０９を９５０℃で３時間均熱処理し、１．２７ｃｍ（０．５０インチ）に熱間圧延加工し、その後で水焼入れを行うことにより、１０．１６ｃｍ×１０．１６ｃｍ×４．４５ｃｍ（４インチ×４インチ×１．７５インチ）インゴットから処理した。酸化物を除去するためにトリミングおよびフライス削りを行った後で、合金を冷間圧延加工して２．５４ｍｍ（０．１０インチ）とし、１０００℃で３５秒間溶体化熱処理し、水焼入れを行った。次に、合金を冷間圧延加工して１．２７ｍｍ（０．０５インチ）とし、９５０℃で３５秒間溶体化処理し、水焼入れを行った。さらに表１３に示す処理を行い、表１４に示す特性を得た。
【表１２】
2010275640.tif 000014
【表１３】
2010275640.tif 000015
【００６７】
今まで本発明の１つまたはそれ以上の実施形態について説明してきた。しかし、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、種々の修正を行うことができることを理解することができるだろう。それ故、他の実施形態も特許請求の範囲に入る。
【図１】
2010275640.tif 000016
【図２】
2010275640.tif 000017
【図３】
2010275640.tif 000018