銅合金和銅合金線的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了兼具高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的銅合金、以及銅合金線。該銅合金包含50質(zhì)量％至95質(zhì)量％的Cu以及5質(zhì)量％至50質(zhì)量％的Fe，余量為脫氧劑元素和不可避免的雜質(zhì)。該銅合金具有這樣的織構(gòu)，在對(duì)銅合金的截面進(jìn)行X射線衍射時(shí)，其織構(gòu)顯示出可歸為Cu的<111>面和Fe的<110>面的強(qiáng)衍射峰。其織構(gòu)的ICu(111)為0.70至1.0，IFe(110)為0.90至1.0，其中ICu(111)是指可歸為Cu的<111>面的衍射峰強(qiáng)度與Cu的全部衍射強(qiáng)度的強(qiáng)度比，并且IFe(110)是指可歸為Fe的<110>面的衍射峰強(qiáng)度與Fe的全部衍射強(qiáng)度的強(qiáng)度比?？煽刂扑鲢~合金的晶粒取向以形成上述特定織構(gòu)，由此使其兼具高強(qiáng)度以及50％IACS以上的高導(dǎo)電率。
【專利說明】銅合金和銅合金線
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用作接觸部件等的銅合金以及銅合金線。具體而言，本發(fā)明涉及兼具高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的銅合金。
【背景技術(shù)】
[0002]用于電氣.電子裝置與電線之間的電連接、電線之間的電連接等的接觸部件的例子包括連接器的接點(diǎn)部(插針、具有預(yù)定形狀的殼體等)和端子接頭、以及通過賦能力(energizing forces)維持接觸狀態(tài)的接觸彈簧(壓縮彈簧、斜圈彈簧、鋼板彈簧等)。接觸部件(例如，接觸彈簧)要求具有高導(dǎo)電率、高彈簧載荷(彈簧的賦能力)，并且難以應(yīng)力松弛。為了應(yīng)對(duì)這些要求，期望具有高導(dǎo)電率和高強(qiáng)度。
[0003]為了滿足上述要求，制備了銅合金，其中具有高導(dǎo)電率的銅(Cu)充當(dāng)基質(zhì)，并且含有多種添加元素。專利文獻(xiàn)I披露了其中添加有Fe作為主要添加元素的Cu-Fe合金。Fe在Cu中的固溶量低，因此Fe以分散在母相中的狀態(tài)存在于Cu-Fe合金中。因此，在對(duì)Cu-Fe合金鑄造材料進(jìn)行塑性成形(例如，拉絲或壓延)時(shí)，分散的Fe被拉制為纖維狀。這種纖維狀Fe增強(qiáng)了 Cu-Fe合金的強(qiáng)度，并且基于作為母相的主要成分的Cu，展現(xiàn)出了高導(dǎo)電率。
[0004]引用列表
[0005]專利文獻(xiàn)
[0006]專利文獻(xiàn)1:日本未審查專利申請(qǐng)公開N0.05-287417
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]技術(shù)問題
[0008]期望的是，上述接觸部件(例如，接觸彈簧)具有高導(dǎo)電率、導(dǎo)電率優(yōu)選滿足50%IACS以上，并且強(qiáng)度進(jìn)一步提高。
[0009]提高添加元素的含量，即提高合金濃度可有效提高強(qiáng)度。然而，在強(qiáng)度和導(dǎo)電率之間存在權(quán)衡關(guān)系，如果除Cu以外的添加元素增加，則充當(dāng)基質(zhì)的Cu的特性受損，從而造成導(dǎo)電率降低(參見專利文獻(xiàn)I中0019段的描述等)。因此，盡管取決于應(yīng)用的不同，但是有利的是，上述接觸部件兼具強(qiáng)度為700MPa以上且導(dǎo)電率為50% IACS以上，此外更優(yōu)選強(qiáng)度為750MPa以上且導(dǎo)電率為50% IACS以上，尤其優(yōu)選強(qiáng)度為900MPa以上且導(dǎo)電率為50%IACS以上。
[0010]因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供兼具高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的銅合金。此外，本發(fā)明的另一目的是提供兼具高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率的銅合金線。
[0011]問題的解決手段
[0012] 在具有高導(dǎo)電率以及高強(qiáng)度的銅合金的研發(fā)中，本發(fā)明人以作為兩相合金的Cu-Fe合金為對(duì)象,對(duì)合金的微觀織構(gòu)進(jìn)行了研究,其中在該Cu-Fe合金中，Cu和Fe這兩種元素為主要成分，并且Cu相和Fe相分離為兩相。[0013]一般而言，Cu柔軟且具有高層錯(cuò)能，因此不易于引入位錯(cuò)，由此無法引入一定程度以上的成形應(yīng)變。因而，即使提高諸如拉絲或壓延之類的塑性成形(冷成形)的程度，Cu的強(qiáng)度增加仍然有限。由此，在Cu-Fe合金中，將Fe用作提高強(qiáng)度的元素。隨著上述成形程度的提高，可將Fe拉制為纖維狀，可預(yù)期獲得由纖維強(qiáng)化帶來的強(qiáng)度增強(qiáng)效果。然而，隨著上述成形程度的提高，F(xiàn)e僅以最少量與Cu形成固溶體，從而造成導(dǎo)電率降低。
[0014]例如，在通過多道次(passes)進(jìn)行塑性成形的情況中，在成形中間進(jìn)行熱處理(在約300°C至500°C下進(jìn)行時(shí)效處理)，由此可使在熱處理前引入材料中的成形應(yīng)變變?yōu)榱愕臓顟B(tài)。即，在總成形度增加的同時(shí)，熱處理之間的道次的合計(jì)成形度(total成形度)、或者由最終熱處理至最終尺寸(線徑、厚度、截面積等)的合計(jì)成形度可降低。由此，認(rèn)為Fe的固溶量降低，從而可抑制導(dǎo)電率的降低。同時(shí)，當(dāng)對(duì)Cu-Fe合金進(jìn)行塑性成形(通常為冷成形)時(shí)，Cu形成主要沿〈111〉取向的織構(gòu)，而Fe形成主要沿〈110〉取向的織構(gòu)，并且如后面的試驗(yàn)例中所述，上述在成形中間進(jìn)行的熱處理對(duì)在該熱處理之前形成的織構(gòu)沒有影響。
[0015]通過上述發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明人關(guān)注于織構(gòu)，并且通過對(duì)由Cu-Fe合金制成的材料在各種條件下進(jìn)行諸如拉絲或壓延之類的塑性成形(冷成形)和熱處理，從而可調(diào)節(jié)Cu和Fe各自的取向。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在織構(gòu)中的Cu和Fe均滿足特定取向性的情況中，成形應(yīng)變有效施加于Cu-Fe合金，能夠提高強(qiáng)度，此外，能夠維持高導(dǎo)電率，即，可獲得兼具優(yōu)異的強(qiáng)度和導(dǎo)電率的銅合金。此外，令人驚訝的是，發(fā)現(xiàn)當(dāng)將織構(gòu)滿足上述特定取向性的的銅合金用作工件，并在熱處理后繼續(xù)進(jìn)行塑性成 形時(shí)，即使在該塑性成形度較小(例如，約50%)的情況中，也可展現(xiàn)出與塑性成形度較大(例如，約80%)的情況中相同的強(qiáng)度級(jí)別。一般而言，成形應(yīng)變會(huì)先被熱處理消除并且強(qiáng)度降低，然后強(qiáng)度通過該熱處理后的成形而提高。關(guān)于織構(gòu)滿足上述特定取向性的銅合金，其強(qiáng)度的提高程度高，即使在以較小的成形度進(jìn)行成形的情況中，也可獲得強(qiáng)度大于或等于熱處理之前的強(qiáng)度的銅合金。更具體而言，關(guān)于該銅合金，當(dāng)確定在拉絲或壓延之類的塑性成形(冷成形)中間施加的預(yù)定熱處理之前的成形度與強(qiáng)度的相關(guān)性(下文稱作成形度-強(qiáng)度相關(guān)性(前))、以及該預(yù)定熱處理之后的成形度與強(qiáng)度的相關(guān)性(下文稱作成形度-強(qiáng)度相關(guān)性(后))時(shí)，表示成形度-強(qiáng)度相關(guān)性(后)程度的斜率(inclinat1n)大于表示成形度-強(qiáng)度相關(guān)性(前)程度的斜率。此外，由于成形度小，因而獲得了具有更高導(dǎo)電率的銅合金。本發(fā)明基于上述發(fā)現(xiàn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的銅合金為這樣的Cu-Fe合金，其含有50質(zhì)量％以上95質(zhì)量％以下的Cu、5質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下的Fe，并且余量由脫氧劑元素和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成。在對(duì)本發(fā)明的銅合金的截面進(jìn)行X射線衍射時(shí)，其織構(gòu)的Icumi)為0.70以上1.0以下且Ipe(HO)為0.90以上1.0以下。上述ICu(111)規(guī)定為Cu的〈111〉取向的衍射峰與Cu的全部衍射線的強(qiáng)度的強(qiáng)度比，并且IFe(11。)規(guī)定為Fe的〈110〉取向的衍射峰與Fe的全部衍射線的強(qiáng)度的強(qiáng)度比。
[0017]在本發(fā)明的銅合金的織構(gòu)中，Cu和Fe均滿足所述特定取向性，因此具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電率，其拉伸強(qiáng)度滿足為700MPa以上，并且導(dǎo)電率滿足為50% IACS以上。
[0018]作為本發(fā)明的一種形態(tài)，可列舉的有上述Icuan)為0.75以上的形態(tài)，或者上述
Icu(Ill)
為0.90以上的形態(tài)。
[0019]在其中上述衍射峰強(qiáng)度比Ieuan)較大的上述形態(tài)中，強(qiáng)度更為優(yōu)異。例如，在一些情況中，ICu(111)≥0.75的本發(fā)明銅合金的拉伸強(qiáng)度滿足為750MPa以上且導(dǎo)電率滿足為50% IACS以上，并且在一些情況中，ICu(m)≥0.90的本發(fā)明銅合金的拉伸強(qiáng)度滿足為900MPa以上且導(dǎo)電率滿足為50% IACS以上。
[0020]作為本發(fā)明的一種形態(tài)，可列舉其中所述銅合金的拉伸強(qiáng)度為900MPa以上并且導(dǎo)電率為50% IACS以上的形態(tài)。
[0021 ] 在上述形態(tài)中，顯示出了高導(dǎo)電率，并且強(qiáng)度更為優(yōu)異。
[0022]基于塑性成形的不同，本發(fā)明的銅合金呈現(xiàn)出多種形態(tài)。例如，在進(jìn)行拉制(拉絲)作為塑性成形的情況中，可制得由本發(fā)明的銅合金形成的線棒(本發(fā)明的銅合金線)。本發(fā)明的銅合金線具有高強(qiáng)度和高導(dǎo)電率，因此可有利地用作(例如)接觸彈簧的工件。該接觸彈簧由高強(qiáng)度工件(織構(gòu)滿足上述特定取向性的線棒)形成，因此可長期保持預(yù)定彈簧載荷，此外，應(yīng)力不易于松弛。本發(fā)明的有益效果
[0023]根據(jù)本發(fā)明的銅合金和銅合金線具有高強(qiáng)度和優(yōu)異的導(dǎo)電率。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面將更詳細(xì)地說明本發(fā)明。在此方面，在下面的闡述中，所有“組成”的含量均為“質(zhì)量比例”。
[0025][銅合金]
[0026](組成)
[0027]根據(jù)本發(fā)明的銅合金為二元合金，其中，基質(zhì)為Cu，主要添加元素為Fe，Cu含量限定為50%以上95%以下，F(xiàn)e含量限定為5%以上50%以下。由于Cu含量為50%以上，因此導(dǎo)電率高，由于Fe含量為5%以上，因此強(qiáng)度高。Cu含量升高，因而導(dǎo)電率高；Fe含量升高，因而強(qiáng)度高。更優(yōu)選的是，F(xiàn)e含量為5%以上30%以下，并特別優(yōu)選為10%以上20%以下。
[0028]在根據(jù)本發(fā)明的銅合金中，將除Cu和Fe以外的余物限定為脫氧劑元素和不可避免的雜質(zhì)。脫氧劑元素的例子包括Mn、Al、Si和P。脫氧劑元素為制造中添加的脫氧劑的殘余物。不可避免的雜質(zhì)的例子包括制造中所使用的制造設(shè)備(坩堝、模具、壓延輥等)的構(gòu)成成分以及潤滑劑。
[0029](織構(gòu))
[0030]根據(jù)本發(fā)明的銅合金具有這樣的織構(gòu)，其中Cu和Fe均具有特定取向。具體而言，Cu沿〈I11>取向，并且Fe沿〈I 10>取向。此外，Cu滿足上述的衍射峰強(qiáng)度比Icumi)為0.70以上，F(xiàn)e滿足上述的衍射峰強(qiáng)度比IFe(11Q)為0.90以上。對(duì)于Cu和Fe這二者，隨著取向性提高(上述衍射峰強(qiáng)度比變大)，強(qiáng)度趨于增加，優(yōu)選的是，Iaimi)為0.75以上，更優(yōu)選為0.85以上，尤其為0.90以上；并且IFe(11Q)優(yōu)選為0.92以上，更優(yōu)選為0.95以上，尤其為
0.98以上。ICu(111)和IFe(11(l)主要取決于成形度，隨著成形度升高，IcuaiD和IFe(_趨于變大。然而，在對(duì)織構(gòu)滿足Iaimi)≥0.70且IFe(11(l)≥0.90的工件進(jìn)行熱處理并進(jìn)一步進(jìn)行塑性成形的情況中，經(jīng)過小成形度(例如，約50% )的成形的銅合金的
Icu(Ill)和 IFe(IlO) 與經(jīng)過
大成形度(例如，約80% )的成形的銅合金的


Icu(Ill)和 IFe(IlO) 處于相同級(jí)別。
[0031]在此方面，通過獲取本發(fā)明銅合金的截面并對(duì)該截面進(jìn)行X射線衍射，從而檢測(cè)衍射峰。在本發(fā)明的銅合金為線棒或板材的情況中，對(duì)與成形方向(拉制方向、壓延方向等，通常為長度方向)正交的截面(橫截面)進(jìn)行X射線衍射。
[0032](形態(tài))
[0033]本發(fā)明的銅合金根據(jù)塑性成形類型的不同而呈不同的形態(tài)。典型的例子包括:進(jìn)行拉制的情況中的線棒(在本發(fā)明中為銅合金線)；進(jìn)行壓延情況中的板材、帶材(相對(duì)較長)、條帶(相對(duì)較長)、和箔(厚度相對(duì)較小)。
[0034]取決于拉絲?；蚶z輥的形狀，線棒可具有多種截面形狀，通常列舉的有圓形截面(圓線)和矩形截面(扁線)。此外，還可列舉具有橢圓形截面、多邊形截面等的異形線棒等。
[0035]板材被切割至預(yù)定形狀，因此在平面圖中觀察時(shí)，其具有各種形狀。一般而言，切割前的形狀為矩形。
[0036](尺寸)
[0037]上述線棒的直徑(截面積)以及上述板材的厚度?寬度和長度不太重要。可選擇成形度，或者可進(jìn)行切割至預(yù)定長度，從而確保預(yù)定尺寸(直徑、厚度等)符合用途，該尺寸不太重要。例如，可以列舉直徑為0.1mm以上1.2mm以下的具有圓形截面的圓線，以及厚度為0.1mm以上0.5mm以下的片材或帶材。 [0038](長度)
[0039]根據(jù)本發(fā)明的銅合金由上述特定織構(gòu)形成，并且具有滿足為700MPa以上的高拉伸強(qiáng)度。隨著拉伸強(qiáng)度升高，可獲得特別的效果。例如，可進(jìn)行小型化.輕量化，可提高彈簧載荷，易于維持大的彈簧載荷，應(yīng)力松弛性能優(yōu)異，并且不易發(fā)生斷裂。因此，優(yōu)選的是，拉伸強(qiáng)度為750MPa以上，更優(yōu)選為800MPa以上，尤其優(yōu)選為900MPa以上。一般而言，拉伸強(qiáng)度取決于取向性，隨著Cu和Fe這二者的取向性(強(qiáng)度比
Icu(Ill)和 IFe(IlO) )的升高，拉伸
強(qiáng)度趨于變大。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的銅合金具有滿足為50% IACS以上的高導(dǎo)電率?？筛鶕?jù)組成和成形度的不同列舉其中導(dǎo)電率為55% IACS以上或60% IACS以上的形態(tài)。
[0041][制造方法]
[0042]通?？赏ㄟ^熔融一鑄造一冷成形(適當(dāng)?shù)臒崽幚?來制備本發(fā)明的銅合金。冷成形的例子包括通過利用拉絲?；蚶z輥進(jìn)行拉制(拉絲)；以及通過使用壓延輥進(jìn)行壓延?？赏ㄟ^考慮直至由進(jìn)行冷成形而獲得最終尺寸時(shí)的總成形度(在拉制情況中，成形度=面積的減少率；在壓延情況中，成形度=壓下率)，從而適當(dāng)選取進(jìn)行冷成形的工件尺寸。
[0043]優(yōu)選的是，在冷成形之前、或者在冷成形過程中進(jìn)行熱處理。將冷成形之前或冷成形過程中的熱處理限定為時(shí)效處理，其中Fe被有利地分離，并且恢復(fù)了韌性和導(dǎo)電率。此外，成形過程中的熱處理可除去合金中過度引入的成形應(yīng)力。關(guān)于該熱處理?xiàng)l件，可列舉加熱溫度為300°C以上500°C以下，保持時(shí)間為I分鐘以上3小時(shí)以下(根據(jù)形狀而適當(dāng)選擇)。如果該熱處理的加熱溫度低于300°C，則Fe分離不充分，此外，無法充分除去上述成形應(yīng)力。如果上述加熱溫度高于500°C，則會(huì)大量形成氧化銅，會(huì)發(fā)生變色，此外，在成形中會(huì)發(fā)生缺陷性變形，并且制品的導(dǎo)電率易于下降。具體而言，優(yōu)選當(dāng)達(dá)到最終尺寸時(shí)進(jìn)行熱處理，即，將該熱處理后的塑性成形限定為最終成形，并且以降低該最終成形的成形度的方式進(jìn)行該熱處理。由于該最終成形的成形度較小，因此易于提高導(dǎo)電率。優(yōu)選的是，這樣選取實(shí)施上述熱處理的時(shí)機(jī)，以使得最終成形的成形度為約60%以上80%以下。[0044]下面將參照試驗(yàn)例對(duì)本發(fā)明的銅合金進(jìn)行說明。在下述所有試驗(yàn)中，對(duì)由Cu-Fe合金制得的工件進(jìn)行熱處理，隨后進(jìn)行塑性成形，由此制得了塑性成形材料。對(duì)于所得的塑性成形材料，測(cè)量Cu和Fe的取向性、拉伸強(qiáng)度(MPa)以及導(dǎo)電率IACS)。
[0045][試驗(yàn)例I]
[0046]在試驗(yàn)例I中，改變塑性成形的成形度，并制得具有不同最終線徑的銅合金。
[0047]如此制備原料，從而獲得了具有表1中所示組成的Cu-Fe合金，進(jìn)行熔融和鑄造，并對(duì)所得鑄造材料進(jìn)行冷壓延，由此制得直徑為5.0mm的壓延線棒作為工件。在鑄造中，使用了 Mn作為脫氧劑。對(duì)所制得的工件進(jìn)行熱處理450°C X3小時(shí)，由此使通過在該熱處理之前進(jìn)行的塑性成形(此處為冷壓延)引入的成形應(yīng)力變?yōu)榱?成形度為0% )。
[0048]利用拉絲模，以表1所示的成形度(面積減少率，％ )對(duì)經(jīng)過上述熱處理的工件進(jìn)行拉制，由此以不同的成形度制得了多種線棒。
[0049]獲取所得各樣品的線棒中與拉制方向垂直的截面(橫截面)，并通過X射線衍射XRD檢測(cè)主要成分Cu和Fe的取向性。測(cè)量條件如下所述。
[0050]所用裝置:SmartLab-2D-PILATUS(Rigaku Corporat1n)
[0051]所用X 射線:Cu-Ka
[0052]激勵(lì)條件:45kV、200mA
[0053]所用準(zhǔn)直器:Φ 0.3_
[0054]測(cè)量方法:Θ -2 Θ法
[0055]在該試驗(yàn)中，對(duì)樣品進(jìn)行X射線衍射，其中將橫截面中心附近的中心部分指定為測(cè)量面。測(cè)定測(cè)量面中Cu的全部衍射線的強(qiáng)度^total以及Cu的〈111〉取向的衍射峰ICu(111)peek,并確定〈111〉取向的衍射峰Ic；u(m)peek與全部衍射線的強(qiáng)度Ic^total的強(qiáng)度比ICu(111)peek/ICutotal = Icuan)。此外，測(cè)定測(cè)量面中Fe的全部衍射線的強(qiáng)度IFetotal以及Fe的〈110〉取向的衍射峰IFe(11Q)peek,并確定〈111〉取向的衍射峰IFe(11Q)peek與全部衍射線的強(qiáng)度IFetotal的強(qiáng)度比IFe(11Q)peek/IFetotal = IFe(11Q)。表1示出了各樣品的上述中心部分中的Iaimi)和IFe(lltl)。在此方面中，在樣品的線徑較大的情況下，在上述橫截面中，可將樣品表面附近(表面距中心約50 μ m處的位置)的衍射峰和上述中心部分的衍射峰的平均值用作 Icu(Ill)和 IFe(IlO) ? 在樣品為細(xì)線棒的情況中，如本發(fā)明實(shí)施例中那樣，如上所述，通過將中心部分指定為測(cè)量面從而容易地進(jìn)行測(cè)量。
[0056]基于JIS Z224K2011)的規(guī)定測(cè)量所得各樣品的線棒的拉伸強(qiáng)度，并且由通過四探針法測(cè)得的電阻來計(jì)算導(dǎo)電率。其結(jié)果示于表1中。
[0057][表 1]
[0058]
【權(quán)利要求】
1.一種銅合金，包含: 50質(zhì)量％以上95質(zhì)量％以下的Cu、5質(zhì)量％以上50質(zhì)量％以下的Fe的組成、余量由脫氧劑元素和不可避免的雜質(zhì)構(gòu)成；并且 Icu(Hi)為0.70以上1.0以下且IFe(11Q)為0.90以上1.0以下的織構(gòu)， 其中，Icu(Hi)表示在對(duì)截面進(jìn)行X射線衍射時(shí)，Cu的〈111〉取向的衍射峰與Cu的全部衍射線的強(qiáng)度的強(qiáng)度比，并且 Ipe(I1)表示Fe的〈110〉取向的衍射峰與Fe的全部衍射線的強(qiáng)度的強(qiáng)度比。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅合金，其中所述Iaimi)為0.75以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的銅合金，其中所述Icuan)為0.90以上。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅合金，其中所述銅合金的拉伸強(qiáng)度為900MPa以上，并且所述銅合金的導(dǎo)電率為50% IACS以上。
5.一種銅合金線， 其由根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項(xiàng)所述的銅合金制得。
【文檔編號(hào)】C22C9/00GK104039994SQ201280066675
【公開日】2014年9月10日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月11日
【發(fā)明者】泉田寬, 清水健一, 高村伸榮 申請(qǐng)人:住友電氣工業(yè)株式會(huì)社, 住友電工鋼線株式會(huì)社