铜合金伸展材、铜合金部件和铜合金伸展材的制造方法

摘要

本发明的目的在于提供一种铜合金伸展材，该铜合金伸展材的被切削性和伸展性优异、可减轻环境负荷、并且在需要高强度和高导电性的至少一种的用途中是最合适的。本发明的铜合金伸展材含有1.5质量%～7.0质量%的Ni、0.3质量%～2.3质量%的Si、0.02质量%～1.0质量%的S，进一步根据需要含有以总量计为0.05质量%～2.0质量%的选自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn组成的组中的至少一种，余量由Cu和不可避免的杂质形成，其中，该铜合金伸展材中分散了有助于被切削性提高的硫化物，该硫化物的平均直径为0.1μm～10μm，该硫化物的面积率为0.1%～10%；且所述铜合金伸展材的拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上。

说明书

技术领域

本发明涉及电子机器、精密机械、汽车等中所使用的金属部件，特别涉及由切削加工而制造得到的铜合金部件，进一步涉及适合于该铜合金部件的铜合金伸展材及其制造方法。

背景技术

作为制造金属部件的方法，有旋削、穿孔等切削加工。切削加工是一种在具有特别复杂形状的部件或要求高尺寸精度的部件的制造中有效的加工方法。在进行切削加工的情况下，被切削性常常成为问题。被切削性中有切削屑处理、工具寿命、切削阻力、切削面粗糙度等项目，为提高这些项目，需要对材料施以改良。

对于铜合金来说，出于强度高、导电性·热传导性优异、耐蚀性优异、色调优异等理由，将其用于大量的金属部件中。通过切削来进行的加工也多有实施，例如有自来水的水龙头、阀、齿轮、装饰品等用途，使用在黄铜(Cu-Zn系)、青铜(Cu-Sn系)、铝青铜(Cu-Al系)、锌白铜(Cu-Zn-Ni系)中添加有用于提高被切削性的铅而成的合金。另外，这些用途均无需高强度或高导电性。

在需要高强度或高导电性的用途中，例如在同轴接插件的销材等用途中，使用在磷青铜或铍铜中添加铅而成的易切削磷青铜(参见专利文献1)、易切削铍铜(参见专利文献2)。利用NC旋床等精密工作机械对这些材料进行切削加工，用于电子机器用途等可靠性高的部件中。

如此，为了提高铜合金的被切削性，一般添加铅。其原因在于，铅在铜合金中不会发生固溶，因而会微细地分散在材料内，在切削加工时在切削屑会在该部分变得容易断裂。但是，由于铅会对人体或环境造成影响，因而其使用正受到限制，对于以不含有铅的方式来提高被切削性的材料的要求正在提高。作为含有铅的铜合金的代替材料，已知有向黄铜或青铜中添加铋而成的铜合金(参照专利文献3、4)。另外还已知有，在黄铜中，通过提高锌浓度来形成铜-锌系化合物的β相或γ相、或添加硅来形成铜-硅系化合物的κ相，通过使这些化合物作为切削屑断裂起点发挥作用来提高被切削性(专利文献5、6)。此外还有在青铜中添加硫来形成硫化物，由此作为切削屑断裂起点使其发挥作用的方法(专利文献7)、在使硫化物为切削屑断裂起点来发挥作用的方法中，已知还有关于铜-锆系、铜-钛系时效析出合金的方法(专利文献8)。

【现有技术文献】

【专利文献】

专利文献1：日本特开昭50-066423号公报

专利文献2：日本特开昭52-117244号公报

专利文献3：日本特开2001-059123号公报

专利文献4：日本特开2000-336442号公报

专利文献5：日本特开2000-319737号公报

专利文献6：日本特开2004-183056号公报

专利文献7：日本特开2006-152373号公报

专利文献8：日本特开2001-240923号公报

专利文献9：日本特开2008-75172号公报

专利文献10：日本特开平6-212374号公报

专利文献11：日本特开平7-90520号公报

发明内容

【发明所要解决的课题】

但是，各专利文献所记载的技术具有下述课题。

在专利文献1、2所述的技术中，如上所述，作为用于提高被切削性的添加元素而使用了铅，担心其会对环境造成负担。特别是在专利文献2所记载的技术中，并未对作为用于提高易切削铍铜被切削性的添加元素的铅进行替换，并且铍本身也被认作是会对环境造成影响的元素之一，不仅希望有添加了铅的铜合金的代替材料、而且希望铍铜的代替材料的呼声也逐渐提高。

另外，在专利文献3、4所述的技术中，在添加铋时，被切削性得到改善，但加工中易于破裂，特别难以进行热加工。即，需要另外谋求热加工性的改善。由专利文献5、6中记载的合金所形成的化合物为黄铜系的特有物质，实际上难以适用于其它合金系中。专利文献7为关于铸件的技术，该技术适合于对铸件进行直接切削的情况，但并未公开将其作为用于得到棒材或板材等伸展材(经塑性加工而成的材料)的技术。采用专利文献8记载的技术所得到的材料的强度通常较低，例如在同轴接插件销材等需要高强度的用途中是不充分的，需要应用其它技术。

上述专利文献1～8所公开的并非为科森铜镍硅合金(Cu-Ni-Si系铜合金)，根本无法作为参考。在日本特开2008-75172号公报(上述专利文献9)中公开了在尽量不添加其它合金元素的情况下，却可提供兼具得到改善的导电率、强度、弯曲性和应力松弛特性的电子材料用Cu-Ni-Si系合金。但并没有关于兼顾伸展性与被切削性的公开，亦未触及有关硫浓度的调整。虽然在日本特开平6-212374号公报(上述专利文献10)、日本特开平7-90520号公报(上述专利文献11)中公开了考虑到伸展性的科森铜镍硅合金，但为此均将硫浓度限制在20ppm(0.002%)以下。

本发明是鉴于这样的问题而提出的，其课题在于提供一种铜合金伸展材，其被切削性和伸展性优异、可减轻环境负荷、并且在需要高强度或高导电性的用途中是最适合的。本发明进一步的课题在于提供铜合金部件以及上述伸展材的制造方法，所述铜合金部件是通过对上述铜合金伸展材进行切削加工而得到的。

【解决课题的手段】

本发明人进行了深入研究，结果发现，通过在特定组成的时效析出型铜合金中对硫化物的尺寸(平均直径)与面积率进行控制，可得到伸展性(热·冷加工性)和被切削性优异、并且强度和导电性优异的铜合金伸展材。另外发现了用于得到上述硫化物的组成和铸造方法，进一步发现了热加工性、冷加工性也优异的组成、组织、铸造方法。

本发明人另外进行了深入研究，结果发现，通过在特定组成的时效析出型铜合金的基体中形成硫化物、且使该硫化物的40%以上存在于与伸展方向平行的截面的基体晶粒内、使平行于伸展方向的截面的纵横比为1：1～1：100的硫化物分散于基体中，由此可得到伸展性(热·冷加工性)和被切削性优异、以及强度和导电性优异的铜合金伸展材。并且发现了用于得到上述硫化物的组成和制造方法、进一步发现了热加工性、冷加工性也优异的组成、组织、制造方法。

本发明是基于这些见解而完成的。

即，本发明提供以下解决手段。

(1)一种铜合金伸展材，其含有1.5质量%～7.0质量%的Ni、0.3质量%～2.3质量%的Si、0.02质量%～1.0质量%的S，余量由Cu和不可避免的杂质形成，该铜合金伸展材的特征在于，其分散有硫化物，该硫化物的尺寸(平均直径)为0.1μm～10μm、该硫化物的面积率为0.1%～10%；且该铜合金伸展材的拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上。

(2)如(1)所述的铜合金伸展材，其特征在于，其进一步含有以总量计为0.05质量%～2.0质量%的选自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn组成的组中的至少一种。

(3)如(1)或(2)所述的铜合金伸展材，其中，上述硫化物为选自由Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S以及Zn-S组成的组中的至少一种。

(4)一种铜合金部件，其是对(1)～(3)的任一项所述的铜合金伸展材进行切削加工而形成的。

(5)如(4)所述的铜合金部件，其用于电子机器部件、结构部件或要素部件。

(6)一种铜合金伸展材的制造方法，其为(1)～(3)的任一项所述的铜合金伸展材的制造方法，该方法的特征在于，使铸造时的冷却速度为0.1℃/秒～50℃/秒。

(7)一种铜合金伸展材，其含有1.5质量%～7.0质量%的Ni、0.3质量%～2.3质量%的Si、0.02质量%～1.0质量%的S，余量由Cu和不可避免的杂质形成，该铜合金伸展材的特征在于，硫化物分散在基体中，该铜合金伸展材的拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上；所述硫化物中，平行于伸展方向的截面中面积率40%以上的硫化物存在于基体结晶内，平行于伸展方向的截面中的纵横比为1：1～1：100。

(8)如(7)所述的铜合金伸展材，其特征在于，该铜合金伸展材进一步含有以总量计为0.05质量%～2.0质量%的选自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn组成的组中的至少一种。

(9)如(7)或(8)所述的铜合金伸展材，其中，上述硫化物选自Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S和Zn-S系的任意硫化物中的一种以上。

(10)一种铜合金部件，其是对(7)～(9)的任一项所述的铜合金伸展材进行切削加工而形成的。

(11)如(10)所述的铜合金部件，其用于电子机器部件、结构部件、要素部件等要求强度、导电性、热传导性、耐磨耗性的用途中。

(12)一种铜合金伸展材的制造方法，其为(7)～(9)任一项所述铜合金伸展材的制造方法，该制造方法的特征在于：在对含有1.5质量%～7.0质量%的Ni、0.3质量%～2.3质量%的Si、0.02质量%～1.0质量%的S、余量由Cu和不可避免的杂质形成的铜合金组合物进行加工时，实施(a)、(b)中的任一工序，其后施以0%～95%的断面收缩加工，使平行于伸展方向的截面中分散在基体中的硫化物的总面积的40%以上存在于基体结晶内、使平行于伸展方向的截面中的纵横比为1：1～1：100的硫化物分散在基体中，并对如此得到的材料进行时效处理。

(a)在热加工后进行急冷。

(b)在热加工后，反复进行1次以上的冷加工以及温度600℃～1000℃的热处理，在最终冷加工前施以固溶处理。

(13)如(12)所述的铜合金伸展材的制造方法，其特征在于，该铜合金伸展材进一步含有以总量计为0.05质量%～2.0质量%的选自由Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P和Zn组成的组中的至少一种。

此处，所谓“平行于伸展方向的截面中面积率40%以上的硫化物存在于基体结晶内”是指，分散在基体中的硫化物中40%以上在晶界内。另外，所谓“平行于伸展方向的截面中的硫化物以纵横比为1：1～1：100进行分散”是指，分散在基体中的全部硫化物的纵横比为1：1～1：100的范围。此处，所谓基体指的是合金组织中被晶界所包围的各个区域或其集合，典型地为被晶界所包围，各自以任意形态彼此相邻的岛状而存在。

【发明的效果】

本发明的铜合金伸展材的强度和导电性优异，并且未利用铅或铍等环境负荷物质、被切削性和伸展性优异。例如，为了防止接插件销材所要求的插拔力的降低，可通过使拉伸强度增高至与铍铜同等程度来抑制插拔力的降低。本发明能够以500MPa以上的拉伸强度而与铍铜同等程度地抑制插拔力的降低。并且，在要求拉伸强度或导电性的电子机器等的部件中，本发明的铜合金伸展材的导电率为25%IACS以上，因此相比于铍铜，导电性优异，所以是占优势的。另外，本发明的铜合金伸展材作为利用切削加工而制造得到的电子机器等的部件用材料是适宜的。本发明的铜合金部件可通过切削加工来精度良好地进行制造，且充分具有作为电子机器等的部件所需要的特性。

本发明的上述及其它特征和优点根据下述记载及所附附图可更为明确。

附图说明

图1为示意性示出与伸展方向平行地对铜合金棒进行观察所观察到的侧面(a)和截面(b)的图。

图2示意性示出了利用电子显微镜(SEM)与伸展方向平行地对铜合金棒进行观察所观察到的截面组织，其为晶界与硫化物的整体像。

图3示意性示出了利用电子显微镜(SEM)与伸展方向平行地对铜合金棒进行观察所观察到的截面组织，其为除去了图2中位于晶界上的硫化物而示出的图。

图4为说明将图2的一部分放大后所示出的硫化物的纵横比的图。

图5为示意性示出实施例1-3、2-3中制作的接插件销件(ピン)的一种形状的侧面图。

图6为示意性示出实施例1-3、2-3中制作的接插件销件的其它形状的侧面图。

具体实施方式

关于本发明铜合金伸展材的优选实施方式，大致分为第1实施方式与第2实施方式来详细说明。其中，在第2实施方式中，对于与第1实施方式的共通点有时会省略其说明。这两个实施方式具有相同或相应的特定技术特征，形成了单一的发明概念。需要说明的是，在本说明书中，所谓“铜合金”指的是不包括形状概念的物质，所谓“铜合金材料”或“铜合金伸展材”等指的是包括形状概念的物质。

[第1实施方式]

<Ni、Si>

本实施方式的铜合金伸展材的优选实施方式中的镍(Ni)和硅(Si)是为了如下目的而添加的，即，通过控制Ni与Si的含量比而在金属基质(生地，基体)中形成Ni-Si析出物(Ni₂Si)，由此来进行析出强化，使铜合金伸展材的强度和导电性得到提高。该Ni-Si析出物(Ni₂Si：用于析出强化的析出物)在被切削性的提高中并未发挥出太大的作用。

在本实施方式的铜合金伸展材的优选实施方式中，通过硫(S)的添加而在基体中形成有助于被切削性提高的硫化物。该硫化物作为进行切削加工时的切削屑断裂起点而发挥作用，从而使切削屑容易细小地产生断裂，使被切削性提高。另外，通过控制铸造时的冷却速度来控制硫化物的尺寸(平均直径)与面积率，从而提高切削屑断裂性，进一步因不会损害热加工性和冷加工性，从而能够进行挤出、压延、拉伸等伸展加工。

本实施方式中的铜合金可以在镍(Ni)与硅(Si)发生固溶的状态下、或形成有Ni-Si析出物的状态下施以热或冷加工，但无论在哪一种状态下伸展加工性通常均较差，在加工中容易产生破裂、破损等。若在该铜合金中形成硫化物，则伸展加工性进一步恶化，难以进行加工。硫化物的尺寸(平均直径)与面积率会对伸展加工性造成影响，因而在本实施方式中对硫化物的尺寸(平均直径)与面积率进行了规定。由此，可使Cu-Ni-Si系中难以兼具的伸展加工性与切削性同时得到提高。

Ni的含量为1.5质量%～7.0质量%(质量%)、优选为1.7质量%～6.5质量%。Ni量若过少，则基于Ni-Si析出物的析出固化量小、强度不足。Ni量若过多，则因过剩而不仅不会增加有助于强度提高的Ni-Si析出物量，而且还会在溶解铸造时大量形成Ni-Si结晶物，从而使热加工性和冷加工性(即伸展性)恶化，因而不优选。

在Ni-Si析出物(Ni₂Si)的形成中，若以质量%来计算，则需要使Si含量为Ni含量的约1/5～1/3的量。由此，本实施方式中，Si的含量为0.3质量%～2.3质量%、优选为0.34质量%～2.2质量%。

<S>

本实施方式的铜合金伸展材中，需要使存在的硫化物的尺寸(平均直径)为0.1μm～10μm、硫化物的面积率为0.1%～10%。因此，S的含量为0.02质量%～1.0质量%、优选为0.03质量%～0.8质量%。若过少，则硫化物的面积率小，无法得到充分的切削屑断裂性。S的含量若过多，则热加工性和冷加工性(即伸展性)恶化。

以往，将科森铜镍硅合金中的S量限制为极微量是已知的(上述专利文献10、11)。在本实施方式中，特意使其大幅增加并使其它添加元素为特定范围、优选在特定的条件下进行其加工处理，从而可制成硫化物在伸展方向具有特定纵横比的铜合金伸展材，达成被切削性与伸展性的兼顾。

进一步地，在本实施方式的铜合金伸展材中，可以含有锡(Sn)、锰(Mn)、钴(Co)、锆(Zr)、钛(Ti)、铁(Fe)、铬(Cr)、铝(Al)、磷(P)、锌(Zn)中的1种或2种以上。这些元素通过固溶或形成析出物来提高Cu-Ni-Si合金的强度，或者通过形成硫化物来提高被切削性。在含有这些元素的情况下，优选以总量计含有0.05质量%～2.0质量%的选自Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P、Zn的中的1种或2种以上。含量少于0.05质量%的情况下，强度提高或被切削性改善的效果与不含有这些元素的情况无异。另外，含量多于2.0质量%的情况下，不仅强度和被切削性提高的效果会达到饱和，而且导电率也会降低，因而并非上策。作为硫化物成分，有Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S系等，Cu-S系硫化物是特别有效的。进一步还存在不可避免的杂质与S的硫化物。

<关于硫化物的规定>

作为硫化物成分，有Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S等。硫化物优选为选自由Cu-S、Mn-S、Zr-S、Ti-S、Fe-S、Al-S、Cr-S、Zn-S组成的组中的至少一种，Cu-S是特别有效的。进一步还存在不可避免的杂质与S的硫化物。需要说明的是，此处的“Cu-S”意味着Cu₂S、CuS等由Cu与S形成的硫化物的总称，“Mn-S”等也是同样的。

接下来，对于作为有助于被切削性提高的化合物的硫化物的尺寸(平均直径)与面积率的规定以及特征进行叙述。硫化物具有使切削加工时所产生的切削屑细小地发生断裂的作用，由此来提高被切削性。然而，若硫化物的尺寸(平均直径)小于0.1μm，则得不到较大的效果。并且，即便具有尺寸(平均直径)为0.1μm以上的硫化物，若总面积率小，也无法使切削屑细小地发生断裂。具体地说，若0.1μm以上尺寸(平均直径)的硫化物以面积率计未以0.1%～10%的密度进行分布，则无法使切削屑充分断裂。需要说明的是，硫化物较软，因此有时会对应于热加工或冷加工的加工度而在长度方向上被拉伸，此时只要使硫化物的尺寸(平均直径)与面积率在垂直于伸展材长度方向的截面(横截面)上满足上述条件即可。另外，所谓硫化物的尺寸(平均直径)为如下的值：利用电子显微镜观察其横截面，对100个以上的硫化物颗粒进行圆形换算，对其直径取平均值，将该值作为硫化物的尺寸。所谓硫化物的面积率为如下的值：利用电子显微镜进行观察，对1个视野中所见的硫化物数进行统计，对各硫化物进行圆形换算，求出其直径并进行平均，由其平均直径求出面积，然后乘以硫化物的数量，求出硫化物在每1个视野中的总面积，并除以1个视野的总面积，所得的值为硫化物的面积率。

另一方面，硫化物使材料的热和冷加工性变差。硫化物易于在晶界形成、使晶界强度降低，因此若硫化物的尺寸(平均直径)过大、或面积率过大，则在实施热加工或冷加工时会产生破裂，无法作为伸展材来使用。因而，需要使硫化物的尺寸(平均直径)为10μm以下、使硫化物的面积率为10%以下。

该硫化物的尺寸(平均直径)会随着铸造时的冷却速度而发生变化。若冷却速度缓慢，则硫化物会变大；反之，若冷却速度快，则硫化物会变小。优选的冷却速度为0.1℃/秒～50℃/秒、更优选为0.3℃/秒～40℃/秒。

<机械性能和制造条件>

接下来，对本发明第1实施方式的优选实施方式中的铜合金伸展材的机械性能进行叙述。

本实施方式中的铜合金伸展材的目的在于代替含有铅的磷青铜或铍铜、即代替含有环境负荷物质的铜合金，并且需要与这些合金的伸展材为同等强度。因此，作为实用上不会出现问题的强度和导电性，需要使拉伸强度为500MPa以上、导电率以IACS(International Annealed Copper Standard，国际退火铜标准)计为25%IACS以上。本实施方式中的铜合金为时效析出型，如上所述，通过形成Ni₂Si，其强度、导电性得到提高，因此需要含有1.5质量%～7.0质量%的Ni、0.3质量%～2.3质量%的Si。并且，制造工序中的固溶处理时的温度优选在750℃～1000℃的范围，时效处理时的温度优选在350℃～600℃的范围。

本实施方式中，在铜合金伸展材的制造方法中，除了使铸造时的冷却速度在上述范围来调节硫化物的尺寸(平均直径)以外，并无特别限制。例如，对于铸块(饼坯或钢坯)横截面的面积，只要大于伸展材横截面的面积即可。本实施方式的铜合金伸展材为时效析出型铜合金的伸展材，因而至少在铜合金原料的溶解铸造工序之后必须进行时效热处理工序，除了用于得到铜合金伸展材的工序之外，还可根据需要进行热加工工序、退火工序、固溶处理工序。例如，对于热加工工序来说，钢坯的热挤出、铸块的热锻造、或者连续铸造等制造方法均可制造本实施方式的铜合金伸展材。另外，对于制品的形状也并无特别限制，优选为通过作为后工序的切削工序易于得到最终形态的铜合金部件的形状。即，根据铜合金部件的用途，以线、棒、条、板、管等特定形状的铜合金伸展材的方式进行制造、并进行区分使用即可。例如，最终形态的铜合金部件为螺钉或铆钉等的情况下，优选铜合金伸展材的形状为圆棒状。

作为铜合金部件，可以举出：目前使用含铅的磷青铜或铍铜的同轴接插件的销钉(オスピン)、销母(メスピン)；IC插座或电池端子接插件中所使用的探针的筒管及柱塞材；音响电缆的接插件端子等的电子机器部件；天线的铰链、扣件、轴承、导轨、电阻焊接机；钟表等的结构部件或齿轮、轴承；金属模具的顶针等要素部件等之类的要求强度、导电性、热传导性、耐磨耗性且以复杂的形状主要通过切削加工而制造的部件。本实施方式的“铜合金部件”也可包括利用切削加工而制造得到的铜合金部件的一部分。

[第2实施方式]

<Ni、Si>

在本实施方式的铜合金伸展材中，也对Ni与Si的含量比进行控制。其宗旨与第1实施方式相同。

在本实施方式的铜合金伸展材的优选实施方式中，通过硫(S)的添加而在基体中形成有助于被切削性提高的硫化物。该硫化物作为进行切削加工时的切削屑断裂起点而发挥作用，从而使切削屑容易细小地断裂，使被切削性提高；在这一点上其与上述第1实施方式是相同的。硫化物在铸造时形成，但在形成时大多存在于晶界中，会使热加工性和冷加工性(即伸展性)恶化。因此，对于铸块(饼坯或钢坯)中形成的硫化物，通过进行伸展加工和热处理，使平行于伸展方向的截面中面积率40%以上的硫化物存在于基体结晶内，使得在平行于伸展方向的截面的从伸展方向所见的纵横比为1：1～1：100的硫化物、优选纵横比为1：1～1：50的硫化物分散在基体中，由此来提高切削屑断裂性，进一步通过不损害热和冷加工性，从而可进行挤出、压延、拉伸等伸展加工。本实施方式的铜合金可以在镍(Ni)与硅(Si)发生了固溶的状态下或者形成了Ni-Si析出物的状态下施以热或冷加工，但在任一状态下其伸展加工性通常均较差，在加工中容易产生破裂、破损等。若在该铜合金中形成硫化物，则伸展加工性会进一步恶化，难以进行加工。硫化物的存在位置会对伸展加工性产生较大影响，通过使硫化物大多存在于结晶内，会使伸展性变得良好。在本实施方式中，对于硫化物在晶粒内存在的面积率进行了规定。

Ni的含量为1.5质量%～7.0质量%(质量%)、优选为1.7质量%～6.5质量%。Ni量若过少，则基于Ni-Si析出物的析出固化量小、强度不足。Ni量若过多，则因过剩而不仅不会增加有助于强度提高的Ni-Si析出物量，而且还会在溶解铸造时大量形成Ni-Si结晶物，从而会使热加工性和冷加工性(即伸展性)恶化，因而不优选。

在Ni-Si析出物(Ni₂Si)的形成中，若以质量%来计算，则需要使Si含量为Ni含量的约1/5～1/3的量。由此，本实施方式中，Si的含量为0.3质量%～2.3质量%、优选为0.34质量%～2.2质量%。

<S>

本实施方式的铜合金伸展材中，需要使所形成的硫化物中面积率40%以上硫化物存在于平行于伸展方向的截面基体结晶内，并使平行于伸展方向的截面中的硫化物的纵横比为上述比例。为了达成该条件，使S的含量为0.02质量%～1.0质量%、优选为0.03质量%～0.8质量%。若其过少，则得不到充分的切削屑断裂性。若S的含量过多，则热加工性和冷加工性(即伸展性)恶化。优选使形成并分散的硫化物中面积率的50%以上的硫化物存在于基体结晶内。本实施方式中，也是超过现有通常的规定量而以上述积极添加量来含有S的，在这一点上，其与第1实施方式是相同的。

<其它添加元素>

在本实施方式的铜合金伸展材中，可以含有锡(Sn)、锰(Mn)、钴(Co)、锆(Zr)、钛(Ti)、铁(Fe)、铬(Cr)、铝(Al)、磷(P)、锌(Zn)中的1种或2种以上。其作用以及优选含量范围等与上述第1实施方式相同。

<关于硫化物的规定>

接下来，对于作为有助于提高被切削性的化合物的硫化物在平行于伸展方向的截面中的基体结晶内的存在比例与硫化物纵横比的规定以及特征进行叙述。硫化物具有使切削加工时所产生的切削屑细小地发生断裂的作用，由此来提高被切削性。但是，硫化物的存在位置对伸展性(热加工性、冷加工性)有较大影响。硫化物在基体晶粒内的存在比例为如下得到的值：利用电子显微镜对平行于伸展方向的截面进行观察，统计在1个视野内观察到的全部硫化物的数量，对该各硫化物进行圆形换算，求出其直径并进行平均，由该平均直径求出面积，乘以硫化物数，求得1个视野中所见到的全部硫化物的总面积，之后仅对晶粒内与跨过晶界的硫化物数进行统计，对该各硫化物进行圆形换算，求出其直径并进行平均，由该平均直径求出面积，乘以硫化物数，求得晶粒内和跨过晶界的硫化物的总面积，除以1个视野中所见到的全部硫化物的总面积，所得的值为硫化物在基体晶粒内的存在比例。对于该比例，只要晶粒内与跨过晶界的硫化物为40%以上即可。若为40%以下，则伸展性变差。需要说明的是，此时的硫化物面积率处于0.1%～20%、优选处于0.1%～10%的范围。硫化物的面积率为1个视野中所见到的硫化物总面积除以1个视野的总面积所得到的值。

硫化物较软，因此会对应于热加工或冷加工的加工度而在长度方向上伸长，且会发生断裂并分散在基体中。所分散的硫化物的纵横比是指下述比：利用电子显微镜对该截面进行观察，将与伸展方向垂直的方向的长度t₁设为1时，平行于伸展方向地进行伸长的硫化物长度t₂的比(t₂/t₁)。该比超过1：100时，可能无法满足规定的S含量，在切削加工时，切削屑不会细小地断裂。需要说明的是，硫化物在伸展方向上并非为直线状的情况下，上述的定义并无变化，如图4所示，求出占据该区域部分的伸展方向的长度t₂以及与其正交的方向的长度t₁，进行评价。

硫化物的测定例

图1(a)为与伸展方向R平行地对铜合金棒10进行观察的正面图，图1(b)为截面图，10a表示截面；其为示意性示出的图。

图2为与伸展方向平行地进行截面的电子显微镜观察的示意图，其示出了在1个视野中观察到的晶界21与硫化物状态；图中，21表示晶界、22表示处于晶界的硫化物、23表示晶粒内硫化物。此处，求出在1个视野中观察到的全部硫化物的总面积。

接下来，图3中示意性示出了利用电子显微镜(SEM)与伸展方向平行地对铜合金棒进行观察所观察到的截面组织，其为晶界、以及除去了位于图2的晶界的硫化物的位于晶粒内的硫化物。求出该图所示的位于晶粒内的硫化物的总面积、求得在1个视野中所见到的硫化物与位于晶粒内的硫化物的比例。这种情况下，位于晶粒内的硫化物的面积率为61%。

硫化物的纵横比是指，如图4所示，将硫化物的与伸展方向垂直的方向的长度t₁设为1时，与此相对应的与伸展方向平行地伸长的硫化物长度t₂的比(图中下方例的情况下为13)。

<机械性质和制造条件>

接下来，对本实施方式的优选实施方式中的铜合金伸展材的机械性能进行叙述。本实施方式中的铜合金的目的在于代替含有铅的磷青铜或铍铜、即代替含有环境负荷物质的铜合金，需要与这些合金为同等强度；这与上述第1实施方式是同样的。因此，在实用上的要求特性(拉伸强度、导电率)的优选范围等也与上述第1实施方式是同样的。

本实施方式铜合金伸展材的制造方法的主要特征在于，对于铸造时大量存在于晶界的硫化物，利用伸展加工和热处理，使得平行于伸展方向的截面中的硫化物中以面积率计的40%以上的硫化物存在于基体结晶内、使平行于伸展方向的截面中的硫化物以纵横比为1：1～1：100的范围进行分散。

作为上述伸展加工和热处理的优选例，可以举出以下示例。

(a)在热加工后进行急冷，并施以0%～95%(进一步优选为30%～90%)的断面收缩加工，进行最终时效处理。

(b)在热加工后，反复进行1次以上的冷加工与温度为600℃～1000℃的热处理，在最终冷加工前施以固溶处理，其后施以0%～95%(进一步优选为30%～90%)的断面收缩加工，进行最终时效处理。

此处，冷加工与温度为600℃～1000℃的热处理分别进行1次的情况下，使冷加工为最终冷加工、温度为600℃～1000℃的热处理为固溶处理。

另外，断面收缩加工为冷加工，0%的断面收缩加工意味着不进行断面收缩加工。并且，最终时效处理时的温度优选为350℃～600℃、更优选为400℃～550℃。

并且，温度为600℃～1000℃的热处理的目的在于提高伸展材的加工性。上述温度域优选为800℃～1000℃、更优选为900℃～1000℃。另外，热处理的时间优选为1小时至3小时。并且，冷却条件实际上是任意的，可以为缓冷、也可以为急冷。冷却速度只要在0.1℃/秒～1000℃/秒的范围即为充分。

从使平行于伸展方向的截面的硫化物纵横比接近于1：1、适当地通过断面收缩加工来进行硫化物的形状和分散状态的控制的方面来考虑，优选即将进行上述断面收缩加工之前的工序为热加工或固溶处理。在这种情况下，热加工或固溶处理的温度优选为750℃～1000℃、更优选为850℃～1000℃、进一步优选为900℃～1000℃。

需要说明的是，通过在刚完成热加工(热压延、热伸线、热挤出等)后马上进行急冷(水中淬火等)，可以得到与固溶处理同等的效果。

本实施方式的铜合金伸展材为时效析出型铜合金的伸展材，因而前提为至少在铜合金原料的溶解铸造工序之后适当地采用时效处理工序；除了用于得到铜合金伸展材的工序之外，也可以根据需要进行热加工工序、退火工序、固溶处理工序、温度600℃～1000℃的热处理工序。例如，对于热加工工序来说，钢坯的热挤出、铸块的热锻造、或者连续铸造等制造方法中的任意一种均可制造本实施方式的铜合金伸展材。

此外，对于制品的形状及铜合金部件，作为其优选情况，可以举出与上述第1实施方式同样的情况。

【实施例】

下面基于实施例进一步对本发明进行详细说明，但本发明并不限定于此。

(实施例1)

(实施例1-1)

利用高频熔炉对于由表1-1合金成分所示的组成的铜合金进行溶解，以冷却速度0.5℃/秒～5℃/秒铸造各钢坯。使钢坯的直径为200mm。在950℃的温度下对上述钢坯进行热挤出，立即进行水中淬火，得到直径20mm的圆棒。接下来对上述圆棒进行冷拉伸，制造直径10mm的圆棒，进一步在450℃的温度下进行2小时的时效热处理。

对于如此得到的各铜合金伸展材(圆棒)样品，按下述方法进行[1]拉伸强度、[2]导电率、[3]被切削性的调查。各评价项目的测定方法如下。

[1]拉伸强度

依据JIS Z 2241，对3根铜合金伸展材进行测定，给出其平均值(MPa)。

[2]导电率

采用四端子法，在控制为20℃(±1℃)的恒温槽中，对各试样按每2根进行测定，给出其平均值(%IACS)。

[3]被切削性

使用通用旋床进行圆棒外径的分段切削加工，制作粗径部的直径为9.6mm、细径部的直径为8mm的铆钉，观察所产生的切削屑的形态。将切削屑断裂为长度5mm以下的情况作为良、将切削屑断裂但其长度为5mm以上10mm以下的情况作为可、将切削屑呈螺旋状的情况作为不良。实用上不会产生问题的情况为良和可。另外，对于切削条件，设转速为1010rpm、进给速度为每1次旋转0.1mm、切入量(切り込み代)为0.2mm。切削刀具使用超硬制刀具，不使用切削油。

另外，硫化物的尺寸(平均直径)与面积率如下来求得：对于直径10mm的圆棒样品的任意3处横截面，使用扫描型电子显微镜(SEM)分别对3个视野进行组织观察，由此来求得硫化物的尺寸(平均直径)与面积率。硫化物的尺寸(平均直径)如下求得：对每1视野中的100个以上的硫化物进行圆形换算，将其直径平均，从而求得硫化物的尺寸。硫化物的面积率如下求得：统计1个视野中所见到的硫化物的数量，并乘以假定硫化物为圆而由平均直径求出的面积，由此来求得硫化物在每1视野中的总面积，除以1个视野的面积，由此来求出硫化物的面积率。另外，硫化物成分是使用SEM附带的能量分散型荧光X射线分析装置(EDX)来调查的。

表1-1中示出了结果。本发明例1-1～1-25中，成分为本发明的范围内，均满足拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上。并且，硫化物的尺寸(平均直径)满足0.1μm～10μm、硫化物的面积率满足0.1%～10%，材料加工中无破裂、也满足被切削性。

比较例1-1～1-9为成分处于本发明范围外的示例。比较例1-1和1-3中，Ni浓度和Si浓度低，拉伸强度差。比较例1-2中，Ni浓度和Si浓度高，导电率差。比较例1-4中，Ni浓度和Si浓度高，在冷加工时发生破裂。比较例1-5中，S浓度低、硫化物的面积率小，被切削性差。比较例1-6和1-7中，S浓度高、硫化物的面积率增加，在热加工时发生破裂。比较例1-8和1-9中，Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P、Zn的总量超过2.0质量%，导电率差。

现有例1-1、1-2为易切削磷青铜和易切削铍铜。本发明例的铜合金伸展材在不含有如现有例1-1、1-2的材料那样的环境负荷物质的情况下，仍可得到与现有例1-1、1-2同等以上的特性。

【表1-1】

(实施例1-2)

利用表1-1的本发明例1-6和本发明例1-16的合金成分，使用实验用小型铸模(25mm×25mm×300mm)，通过改变铸模的预热温度等来改变铸造时的冷却速度，由此来制作小型铸块。将所得到的铸块在950℃的温度进行热压延并立即进行水中淬火，得到直径20mm的圆棒。接下来对上述圆棒进行冷拉伸，制造直径10mm的圆棒，进一步在450℃的温度进行2小时的时效热处理。对于如此得到的各铜合金伸展材(圆棒)的样品，按照与上述实施例1-1相同的方法进行[1]拉伸强度、[2]导电率、[3]被切削性的调查，硫化物的尺寸(平均直径)与面积率也同样按上述方法来求出。结果示于表1-2中。

【表1-2】

表1-2的本发明例1-26～1-29与本发明例1-6为相同合金成分、本发明例1-30～1-33与本发明例1-16为相同合金成分，为冷却速度在本发明的范围内进行变化的示例。若冷却速度增大，则硫化物的尺寸(平均直径)倾向于减小，但均在本发明的范围内；得到了优异的被切削性。表1-2的比较例1-10、1-11与本发明例1-6为相同合金成分、比较例1-12、1-13与本发明例1-16为相同合金成分，为冷却速度处于本发明范围外的示例。在冷却速度慢的情况下(比较例1-10和1-12)，硫化物的尺寸(平均直径)变大，在冷或热加工中发生破裂。在冷却速度快的情况下(比较例1-11和1-13)，硫化物的尺寸(平均直径)小于0.1μm，被切削性不良。

(实施例1-3)

利用表1-1的本发明例1-6和本发明例1-16的合金成分，由经实施例1-1的方法得到的直径10mm的圆棒来制作和的圆棒。对于这些圆棒，使用NC旋床来制作图5和图6所示那样的接插件销件各1000个。其结果，进行部件的加工时，切削屑并未绕附在加工部件上，且没有因工具磨耗而产生尺寸变化。另外，对于切削条件，在外径加工中，将转速设为3000rpm、将进给速度设为每1旋转0.02mm；在钻孔加工中，将转速设为2500rpm、将进给速度设为每1旋转0.03mm、使用切削油。图5中，50表示接插件销件、51表示狭缝。图6中，60表示另一方式的接插件销件，61表示狭缝，62表示锥形部。

对于图5形状的接插件销件，进行作为销材特性所必须的插拔性的评价。评价方法如下：将的销规插入到加工后的销件中来测定插拔力(初期值T0)，接着对该销件反复进行500次抽出插入，之后再次测定插拔力(T1)，求出相对于初期值的比例T1/T0。T1/T0大则插拔力的降低小，可以说作为接插件销件的性能良好。对5根销件进行评价，求出平均值。为进行比较，对于表1-1的现有例1-1和1-2的材料也进行了评价。结果示于表1-3中。

由表1-3可知，本发明例为优异的接插件销件，与现有例1-2的易切削铍铜显示出了同等的插拔性。现有例1-1的易切削磷青铜的插拔性劣于本发明例，在长期使用时可能会接触不良。

【表1-3】

  名称  插拔性评价(T1/T0)  本发明例1-6  0.86  本发明例1-16  0.80  现有例1-1  0.53  现有例1-2  0.85

(实施例2)

(实施例2-1)

使用表2-1的合金成分所示组成的铜合金，与上述实施例1-1同样地得到试样。各特性的测定方法和条件也与上述实施例1-1是同样的。

平行于伸展方向的截面中的硫化物存在于基体结晶内的面积率如下求得：对于直径10mm圆棒样品的任意3处平行于伸展方向的截面，使用扫描型电子显微镜(SEM)分别对3个视野进行组织观察，由此求得上述面积率。统计1个视野中观察到的全部硫化物数，对该各硫化物进行圆形换算，求出其直径，进行平均，由其平均直径求得面积，乘以硫化物数，求出在1个视野中见到的全部硫化物的总面积，之后仅对晶粒内与跨过晶界的硫化物数进行统计，对该各硫化物进行圆形换算，求出其直径，取平均值，由其平均直径求出面积，乘以硫化物数，求出晶粒内与跨过晶界的硫化物的总面积，除以在1个视野中见到的全部硫化物总面积，从而求得所述面积率。另外，对于硫化物成分，使用SEM附带的能量分散型荧光X射线分析装置(EDX)进行调查。另外，尽管表中未示出，但本发明例的伸展材中，平行于伸展方向的截面中的纵横比均处于1：1～1：100的范围，且伸展材的横截面中的硫化物的面积率满足0.1%～10%。

表2-1中示出了结果。本发明例2-1～2-25中，成分在本发明的范围内，均满足拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上。并且，平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内，材料在加工中无破裂、被切削性也得到满足。

比较例2-1～2-9为合金组成处于本发明范围外的示例。比较例2-1和2-3中，Ni浓度和Si浓度过低，因而仅得到了拉伸强度不充分的合金。比较例2-2中，Ni浓度和Si浓度过高，导电率差。比较例2-4中，Ni浓度和Si浓度过高，在冷加工时发生破裂。比较例2-5中，S浓度低，虽然平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内，但被切削性差。比较例2-6和2-7中，S浓度高，但并未使平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内，在热加工时发生破裂。比较例2-8和2-9中，Sn、Mn、Co、Zr、Ti、Fe、Cr、Al、P、Zn的总量超过2.0质量%，导电率差。

现有例2-1、2-2为易切削磷青铜和易切削铍铜。本发明例的铜合金伸展材在不含有如现有例2-1、2-2的材料那样的环境负荷物质的情况下，仍可得到与现有例2-1、2-2同等以上的特性。

【表2-1】

＊破裂材的晶粒内、硫化物的面积率

(实施例2-2)

利用高频熔炉对表2-1的本发明例2-1、2-6、2-16与比较例2-5组成的铜合金进行溶解，以冷却速度1℃/秒铸造直径300mm的各钢坯。在温度950℃下对上述钢坯进行热挤出，立即进行水中淬火，得到直径30mm的圆棒。其后通过冷拉伸加工，加工至直径为20mm，在温度950℃下进行固溶处理，得到直径20mm的圆棒。

对该圆棒进行断面收缩加工，分别制造直径20mm(断面收缩加工0%)、直径16mm(断面收缩加工36.0%)、直径10mm(断面收缩加工75.0%)、直径4.5mm(断面收缩加工94.9%)、直径3.5mm(断面收缩加工96.9%)的圆棒。进一步地，对于直径20mm，在500℃进行2小时的时效处理；对于直径16mm，在480℃进行2小时的时效处理；对于直径10mm，在450℃进行2小时的时效处理；对于直径4.5mm和3.6mm，在430℃进行2小时的时效处理。对于如此得到的各铜合金伸展材(圆棒)的样品，按照与上述实施例1相同的方法进行[1]拉伸强度、[2]导电率的调查，按照下述方法进行[3]被切削性的研究。

[3]被切削性

使用通用旋床对各直径的材料进行外削加工，制造直径3mm的圆棒，进行圆棒外径的分段切削加工。对所产生的切削屑的形态进行观察，将切削屑断裂成长度5mm以下的情况作为良、将切削屑断裂但其长度为5mm以上10mm以下的情况作为可、将切削屑呈螺旋状的情况作为不良。实用上不会产生问题的情况为良和可。另外，对于切削条件，将转速设为1010rpm、将进给速度设为每1次旋转0.1mm，将切入量设为0.2mm。切削刀具使用超硬制刀具，不使用切削油。

平行于伸展方向的截面中的硫化物存在于基体结晶内的面积率如下求得：对于直径20、16、10、4.5、3.5mm的圆棒样品的任意3处平行于伸展方向的截面，使用扫描型电子显微镜(SEM)分别对3个视野进行组织观察，通过上述方法来求得该面积率。另外，对于硫化物的纵横比，将通过上述电子显微镜观察到的硫化物的伸展方向的垂直方向设为1，由与伸展方向平行地伸长的硫化物的长度的比来求得该纵横比。

【表2-2】

表2-2的本发明例2-26～2-37与本发明例2-1、2-6、2-16为相同合金成分，为实施了本发明范围内的断面收缩加工的示例。均满足拉伸强度为500MPa以上、导电率为25%IACS以上。并且，平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内、平行于伸展方向的截面中的硫化物以纵横比为1：1～1：100进行分散，材料在加工中未发生破裂、被切削性也得到满足。

比较例2-10～2-12为本发明范围内的合金组成，但断面收缩加工率为本发明的范围外，在冷加工时发生破裂。比较例2-13～2-16与比较例2-5为相同合金成分。比较例2-13～2-15为本发明范围内的断面收缩加工，但S浓度低，因而尽管平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内，但被切削性差。比较例2-16为本发明范围外的断面收缩加工，平行于伸展方向的截面中的硫化物的40%以上存在于基体结晶内，未发生破裂；但平行于伸展方向的截面中的硫化物以纵横比超过1：100而分散，被切削性差。

(实施例2-3)

利用表2-1的本发明例2-6和本发明例2-16的合金组成，与实施例1-3同样地对接插件的插拔性进行评价。由示出其结果的表2-3可知，本发明例为优异的接插件销件，与现有例2-2的易切削铍铜显示出了同等的插拔性。现有例2-1的易切削磷青铜的插拔性劣于本发明例。

【表2-3】

  名称  相对于插拔力初期值的比例  本发明例2-6  0.86  本发明例2-16  0.80  现有例2-1  0.53  现有例2-2  0.85

采用该实施方式对本发明进行了说明，但应认为，只要申请人并无特别指定，则本申请发明并不限于所说明的任何细部，应在不违反所付权利要求所示的发明精神与范围的条件下进行宽泛解释。

本申请主张基于2010年12月16日在日本进行专利提交的日本特愿2010-280946的优先权、2010年9月17日在日本进行专利提交的日本特愿2010-210201的优先权、2010年6月24日在日本进行专利提交的日本特愿2010-143420的优先权、以及2010年4月7日在日本进行专利提交的日本特愿2010-88228的优先权，本申请参考上述各专利申请的内容，将其内容作为本说明书记载的一部分插入至本申请中。

【符号的说明】

10铜合金棒

10’在伸展方向进行切断的铜合金棒

10a与伸展方向平行的截面

R 伸展方向

21 晶界

22 处于晶界的硫化物

23 晶粒内硫化物

24 与硫化物的伸展方向垂直的方向的长度

25 与硫化物的伸展方向平行的方向的长度

50,60 接插件销件

51,61 狭缝

62 锥形部