強度、導電率及彎曲加工性優異的鈦銅及其制造方法

專利名稱：強度、導電率及彎曲加工性優異的鈦銅及其制造方法
技術領域：
本發明涉及鈦銅合金及其制造方法，涉及適用于連接器、端子、繼電器、開關等的導電性彈性材料(K &材)的鈦銅合金及其制造方法。
背景技術：
近年來伴隨著電子儀器的小型化，要求電子儀器的連接器明顯地小型化、薄壁化， 另外對連接器實施一復雜的彎曲加工。因此，對在連接器中使用的金屬材料要求高的強度、 導電性及彎曲加工性。作為強度、導電性及彎曲加工性優異的連接器材料，使用了高鈹銅合金(JIS C1720)，但是鈹化合物有毒性，并且制造工序復雜成本高，因此尋求其替代材料。作為高鈹銅合金的替代材料，對于JIS C1990中代表性的含Ti銅合金(以下稱為鈦銅)的需求正在增高。通常，鈦銅是將鑄錠進行熱軋、冷軋、固溶處理后，進行時效處理，使 Cu-Ti系金屬間化合物析出而制造的。然而存在鈦銅的導電率(導電率)(約12%IACS)比高鈹銅合金(約20%IACS)差的問題。因此，報道了通過調整Cu-Ti系金屬間化合物的析出量來改善鈦銅的導電率的技術(專利文獻1)。另外，報道了在規定Ti濃度和Cu-Ti系金屬間化合物的大小等的同時，將平均結晶粒徑控制在IOym以下從而改善了導電率和彎曲加工性的鈦銅(專利文獻2)。另外，報道了在時效(析出)處理之后進行冷軋，從而確保高耐力和彎曲加工性的鈦銅(專利文獻3)。專利文獻1 日本專利3740474號公報專利文獻2 日本專利4210239號公報
專利文獻3 日本特開2010-U6777號公報。

發明內容
然而，在專利文獻1中記載的鈦銅的情況下，不能說充分改善了彎曲加工性。另夕卜，在專利文獻2中記載的鈦銅的情況下，屈服強度σ 0. 2 (0. 2%耐力)為850MPa以上、導電率為18%IACS以上時的MBR/t最小為1. 8，作為彎曲加工嚴苛的小型連接器用的材料是不足的。另一方面，在專利文獻3中記載的鈦銅的情況下，無法得到屈服強度σ 0. 2為 850MPa以上、且導電率為18%IACS以上的高強度、高導電率的鈦銅。如此，同時改善強度、導電率和彎曲加工性，且適用于小型連接器的鈦銅尚未開發出來。即，本發明是為了解決上述課題而作出的發明，其目的在于提供強度、導電率及彎曲加工性優異的鈦銅及其制造方法。本發明人等經過種種研究，結果發現僅僅通過在高溫下進行時效處理以使導電率提高，同時加快冷卻速度，可以使形成的晶界反應相比穩定相多，抑制由穩定相的粗大化導CN 102453810 A說明書2/8 頁
致的強度、彎曲加工性的降低。為了實現上述目的，本發明的鈦銅含有0. 5^4. 5質量％的Ti，剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成，Ti濃度為8. 5質量％以下的晶界反應相與Ti濃度超過15質量％的穩定相的面積比，即，(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)為14以上，屈服強度ο 0.2為 850MPa以上、導電率為18%IACS以上，在與壓延方向成直角的方向上進行JIS H 3130中規定的W彎曲試驗時，不產生裂紋的最小彎曲半徑(MBR，單位mm)與板厚(t，單位mm)之比 (MBR/t)為1以下。優選還含有總計為0. 0Γ0. 5質量％的選自i^e、Co、Ni、Si、Cr、Zr、B和P中的一種以上。本發明的鈦銅的制造方法，是上述鈦銅的制造方法，其中，將含有0.5、. 5質量％ 的Ti且剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成的鑄錠進行熱軋、冷軋、固溶處理后，在不進行冷軋的情況下進行時效處理后，進行冷軋，將前述固溶處理的溫度設為800°C以上，將上述時效處理的由最高到達溫度到300°C的冷卻速度設為1(T80°C /小時，將前述時效后冷軋的加工度設為10 30%。優選在上述時效后冷軋之后進行在30(T600°C下加熱5 300秒的消除應力退火。根據本發明，可以得到強度、導電率及彎曲加工性優異的鈦銅。


圖1是表示本發明的鈦銅的組織的SEM圖像的圖。
具體實施例方式以下，對本發明的實施方式所涉及的銅合金進行說明。應予說明，本發明中，只要沒有特別說明，則“％”表示質量％。首先，對本發明的技術思想進行說明。通常，鈦銅是將鑄錠進行熱軋、冷軋后，進行固溶處理，在Cu基體中使Ti固溶，進而在其后進行時效處理，使Cu-Ti系金屬間化合物析出而制造的，由此得到高的強度及導電率。并且，為了改善鈦銅的導電率，可以提高時效溫度，促進Cu-Ti系金屬間化合物的析出。然而，如果為了獲得高導電率而提高時效溫度，則作為金屬間化合物的穩定相 (TiCu3)粗大化，強度和彎曲加工性劣化。由此可見，鈦銅的強度和彎曲加工性的提高與導電率的提高是相反的，難以將它們全部改善。從這種觀點出發，本發明人等對鈦銅的Cu-Ti系化合物的析出狀態與強度、導電率和彎曲加工性之間的關系進行了深入研究。結果發現，僅僅通過在固溶后不進行冷軋而在高溫下進行時效處理以使導電率提高，同時加快冷卻速度，由此可以增大晶界反應相，抑制強度、彎曲加工性的降低。圖1是表示本發明的鈦銅的組織的SEM圖像。圖1的符號B是晶界反應相，是沿著晶界生長的格紋狀的相。晶界反應相的Ti濃度為8. 5%以下，與母相的Ti濃度相比相差 0. O廣3%左右。另一方面，符號A是穩定相，是由Ti和Cu的金屬間化合物粒子(TiCu3等) 構成的相。穩定相的Ti濃度超過15%。通常，穩定相在時效處理時析出，晶界反應相在時效后的冷卻時析出。
穩定相是硬質且脆的金屬間化合物，如果粗大化則位錯積聚，容易形成裂痕的發生源，所以導致強度及彎曲加工性的降低。另一方面，晶界反應相的延展性比穩定相高，所以即使粗大化也難以對強度和彎曲加工性造成不良影響。從這點來看，如果(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)所表示的面積比在14以上，則可以抑制強度、彎曲加工性的降低。接下來，對本發明的鈦銅的組成及其他規定進行說明。(1)組成
鈦銅含有0. 5^4. 5質量％的Ti。鈦銅通過固溶處理，使Ti向Cu基體中固溶，通過時效處理使細微的析出物分散在合金中，由此提高強度及導電率。如果Ti濃度低于0. 5質量％，則析出物的析出變得不充分，無法獲得所需的強度。 另一方面，如果Ti濃度超過4. 5質量％，則熱軋時發生裂紋，生產性顯著變差。進而，通過含有總計為0. 0Γ0. 5質量％的選自Fe、Co、Ni、Si、Cr、Zr、B和P中的一種以上，可以進一步提高強度。如果它們的總計含量低于0.01質量％，則無法獲得強度提高的效果，如果總計含量超過0. 5質量％，則有時導電率降低。(2)屈服強度σ 0. 2及導電率
如果提高屈服強度ο 0. 2，則作為連接器使用時，觸點部的觸點壓力(接圧)增高，接觸電阻降低。如果屈服強度σ 0.2為850MPa以上，則觸點壓力與高鈹銅合金達到同等水平， 所以作為高鈹銅合金的替代材料發揮功能。更優選屈服強度σθ.2為900MPa以上。如果提高導電率，則在作為連接器使用時，在觸點部的接觸電阻和伴隨通電的發熱量減少。如果導電率達到18%IACS以上，則接觸電阻、發熱量達到與高鈹銅合金同等水平，所以作為高鈹銅合金的替代材料發揮功能。更優選導電率為20%IACS以上。(3)晶界反應相和穩定相的面積比
如上所述，通過規定(晶界反應相的面積)/(穩定相的面積)所表示的面積比為14以上， 晶界反應相的比例多于穩定相，即使在高溫下進行時效處理，穩定相也不會粗大化，在晶粒內和晶界較均一地析出析出物，所以可以使強度、導電率及彎曲加工性一并提高。通過像這樣規定鈦銅，在與壓延方向成直角的方向上進行JIS H 3130中規定的W 彎曲試驗時，可以使不產生裂紋的最小彎曲半徑(MBR，單位mm)與板厚(t，單位mm)之比 (MBR/t)為1以下，尤其適合作為小型連接器用材料。(4)平均結晶粒徑
在本發明的鈦銅中，優選在平行于壓延方向的截面的平均結晶粒徑為15μπι以上。接下來對本發明的鈦銅的制造方法進行說明。本發明的鈦銅的制造方法為，將含有0. 5^4. 5質量％的Ti且剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成的鑄錠進行熱軋、冷軋、固溶處理后，不進行冷軋而進行時效處理，之后進行冷軋。(i)固溶處理
為了使Ti充分地固溶，設為800°C以上。在Ti濃度超過H時，如果固溶溫度低于 800°C，則時效處理時穩定相粗大化，(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)所表示的比值低于14，會導致強度、彎曲加工性的降低。這是由于如果在低于800°C的低溫進行固溶，則 Ti無法充分地固溶，在固溶處理中殘留的化合物在時效處理時容易粗大化。為了提高鈦銅的強度、導電率及彎曲加工性，在450°C以上進行時效處理，將從其最高到達溫度到300°C的冷卻速度設為1(T80°C /小時。如果時效溫度低于450°C，則導電率降低。另外，如果上述的冷卻速度低于10°C / 小時，則時效處理時間變長，生產率降低。例如，在550°C下進行時效處理后，如果以10°C/ 小時的冷卻速度進行冷卻，則冷卻時間約為1天(25小時)，但是在5°C /小時的冷卻速度的情況下，達到50小時，在工業生產方面不優選。另一方面，如果上述的冷卻速度超過80°C /小時，則晶界反應相不生長，(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)所表示的比值低于14，導致強度、彎曲加工性的降低。另外，優選將時效處理時間設為5 20小時。如果時效處理時間不足5小時，則有時導電率降低，如果時效處理時間超過20小時，則有時強度和彎曲加工性降低。另外，如果在時效處理前進行壓延，則會促進時效處理導致的析出，穩定相粗大化，所以無法兼顧強度、導電率及彎曲加工性。因此，在本發明中，在固溶處理和時效處理之間不進行壓延。(iii)冷軋
為了提高強度，在時效處理后進行冷軋(稱為時效后冷軋)。為了使屈服強度ο 0.2 在850MPa以上，有必要使時效后冷軋的加工度為1(Γ30%。更優選時效后冷軋的加工度為 1(Γ25%。如果時效后冷軋的加工度低于10%，則無法獲得所需的強度，如果超過30%，則彎曲加工性顯著變差。(二)消除應力退火
為了改善在時效后冷軋中下降的彈性(彈性極限值(限界値))，可以在時效后冷軋后進行消除應力退火。消除應力退火的溫度設為30(T600°C，退火時間設為5 300秒。更優選消除應力退火的溫度為40(T550°C，退火時間為5 100秒。如果消除應力退火的溫度低于 300°C或者退火時間不足5秒，則有時不能改善彈性。另一方面，如果退火時間超過300秒， 則有時強度降低，如果消除應力退火的溫度超過600°C，則有時強度和導電率降低。認為該導電率的降低是由于目視無法確認的低于0. 1 μ m2的細微的析出物在進行高溫退火時向母相固溶的緣故。
實施例以電解銅為原料，用高頻真空熔解爐鑄造表1中示出的各種錠料(寬60mmX厚 30mm)，在850°C下進行熱軋直到厚度為8mm，將表面的氧化皮進行刮削后，進行冷軋。之后， 在表1所示的溫度下進行固溶處理。進而，將從時效溫度(最高到達溫度)到300°C的冷卻速度及時間設為表1所示那樣進行時效處理后，以表1中示出的加工度進行時效后冷軋，使最終板厚為0. 1mm。對如上獲得的各鈦銅試樣進行諸特性的評價。屈服強度σ 0.2使用拉伸試驗機按照JIS Ζ2241進行測定。導電率按照JIS Η0505進行測定。彈性(彈性極限值)按照JIS Η3130進行測定。彎曲加工性是如下測定的，即，在與壓延方向成直角的方向上進行JIS Η3130中記載的W彎曲試驗時，求出不產生裂紋的最小彎曲半徑(MBR，單元mm)，測定其與板厚(t，單位mm)之比(MBR/t)。
結晶粒徑是將與壓延方向平行的截面的組織通過蝕刻(水(IOOmL) -FeCl3 (5g)-HCl (IOmL))而顯現，按照切斷法(JIS H0501)進行的。晶界反應相與穩定相的面積比如下來求得。首先，將各試樣的壓延面進行電解拋光(電解液磷酸(67vol%)+硫酸(10 vol%)+純水，11A，1分鐘)后，使用FE-SEM (日本FEI 公司制XL30SFEG)以倍數為1000倍對11600 μ m2視野的反射電子圖像進行觀察。在該圖像中，通過EDX分析對圖1的符號A所表示的球狀的組織的Ti濃度進行測定，結果超過15質量％，將該球狀的組織視為穩定相。另外，符號B所表示的格紋組織的Ti濃度是8. 5質量％ 以下，將其視為晶界反應相。因此，以目視來識別觀察視野(11600 μ m2)中的球狀和格紋狀的組織，在這些識別出的組織中，使用圖像分析裝置求出0. Iym2以上的穩定相和晶界反應相的面積。此處所謂面積為，例如在觀察視野中觀察到10個穩定相時，是指它們的總面積。 需要說明的是，析出物的個數和面積是對10個視野觀察后的平均值，由此求出觀察視野內的面積比。面積比是指(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)所表示的比值。所得的結果示于表1、表2。
權利要求
1.鈦銅，其中，含有0. 5^4. 5質量％的Ti，剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成，Ti濃度為8. 5質量％以下的晶界反應相與Ti濃度超過15質量％的穩定相的面積比， 艮口，(晶界反應相的面積)/ (穩定相的面積)為14以上，屈服強度σ0. 2為850MPa以上且導電率為18%IACS以上，在與壓延方向成直角的方向上進行JIS H 3130中規定的W彎曲試驗時，不產生裂紋的最小彎曲半徑MBR與板厚t之比 MBR/t為1以下，MBR和t的單位是mm。
2.根據權利要求1所述的鈦銅，其中，進一步含有總計為0.0Γ0. 5質量％的選自Fe、 Co、Ni、Si、Cr、Zr、B 和 P 中的一種以上。
3.權利要求1所述的鈦銅的制造方法，其中，將含有0. 5、. 5質量％的11且剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成的鑄錠進行熱軋、 冷軋、固溶處理后，不進行冷軋而進行時效處理，之后進行冷軋，將前述固溶處理的溫度設為800°C以上，在450°C以上進行前述時效處理，將從其最高到達溫度到300°C的冷卻速度設為 10^800C / 小時，將前述時效后冷軋的加工度設為1(Γ30%。
4.根據權利要求3所述的鈦銅的制造方法，其中，在前述時效后冷軋之后進行在 30(T60(TC下加熱5 300秒的消除應力退火。
全文摘要
本發明提供強度、導電率及彎曲加工性優異的鈦銅及其制造方法。該鈦銅含有0.5~4.5質量%的Ti，剩余部分由Cu和不可避免的雜質構成，Ti濃度為8.5質量%以下的晶界反應相與Ti濃度超過15質量%的穩定相之間的面積比，即，(晶界反應相的面積)/(穩定相的面積)為14以上，屈服強度σ0.2為850MPa以上、導電率為18%IACS以上，在與壓延方向成直角的方向進行JISH3130中規定的W彎曲試驗時，不產生裂紋的最小彎曲半徑(MBR，單位mm)與板厚(t，單位mm)之比(MBR/t)為1以下。
文檔編號C22F1/08GK102453810SQ201110316289
公開日2012年5月16日 申請日期2011年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者川崎由記, 新見壽宏 申請人:Jx日礦日石金屬株式會社