CN108291275A - 铜合金材料 - Google Patents
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Abstract
本发明的特征在于，具有如下组成：含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P、剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，存在含有Cr、Zr及P的Cr‑Zr‑P化合物，在组织观察中，所述Cr‑Zr‑P化合物的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内，所述Cr‑Zr‑P化合物采用针状或粒状的形态，最长边的长度设为100μm以下。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金材料，其适合于例如铸造用模具材料和接触片等焊接用部件等在高温环境下使用的部件。
本申请主张基于2015年11月9日于日本申请的专利申请2015-219851号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
以往，C18150等Cu-Cr-Zr系合金具备优异的耐热性及导电性，因此如专利文献1-3所示作为使用环境为高温的铸造用模具材料和焊接用部件的材料而被利用。
这种Cu-Cr-Zr系合金通常经过如下制造工序而制造：对Cu-Cr-Zr系合金铸块实施塑性加工，进行例如保持温度为950～1050℃且保持时间为0.5～1.5小时的固溶处理、以及例如保持温度为400～500℃且保持时间为2～4小时的时效处理，最后，由机械加工做成规定形状。并且，Cu-Cr-Zr系合金中的固溶处理工序也能够与塑性加工工序一并进行，也可以替换成与热轧加工同时进行固溶处理的所谓的流线式(inline)固溶处理而制造。
而且，在Cu-Cr-Zr系合金中，在固溶处理中将Cr及Zr固溶于Cu的母相中，并通过时效处理使Cr和Zr的析出物微细地分散，由此实现强度及导电率的提高。
专利文献1：日本特开昭62-182238号公报(A)
专利文献2：日本特开昭62-182239号公报(A)
专利文献3：日本特开平04-210438号公报(A)
上述Cu-Cr-Zr系合金虽然具有优异的耐热性，但是若暴露于峰值温度为500℃以上的使用环境下，则开始进行析出物的再固溶，随着该再固溶，强度及导电率降低，并且产生晶粒的粗大化。
在导致晶粒的粗大化的情况下，有可能龟裂的传播速度增大，产品寿命缩短。并且，由于局部产生晶粒的粗大化，因此存在强度及延伸率等力学性能显著地降低的问题。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种即使在500℃以上的高温环境下使用的情况下，也能够抑制晶粒的粗大化、性能稳定且使用寿命优异的铜合金材料。
为了解决上述课题，本发明的一方式的铜合金材料(以下，称为“本发明的铜合金材料”)的特征在于，具有如下组成：含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P、剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，存在含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物，在组织观察中，所述Cr-Zr-P化合物的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内，所述Cr-Zr-P化合物采用针状或粒状的形态，最长边的长度设为100μm以下。
该构成的铜合金材料的组成设为含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，因此通过时效处理而析出微细的析出物，由此能够提高强度(硬度)及导电率。
而且，在本发明的铜合金材料中，存在含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物，在组织观察中，所述Cr-Zr-P化合物的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内。含有该Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物即使在1000℃左右的高温条件下也不会消失，因此即使在高温环境下使用的情况下，通过由Cr-Zr-P化合物产生的晶界的钉住效应(pinning effect)而能够抑制晶粒的粗大化。
并且，Cr-Zr-P化合物采用针状或粒状的形态，且最长边的长度设为100μm以下，因此能够可靠地发挥上述钉住效应。
在此，本发明的铜合金材料中，优选在实施1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径设为200μm以下。
该情况下，在实施1000℃下保持30分钟的热处理之后，晶粒也没有粗大化，即使在500℃以上的高温环境下使用的情况下，力学性能和导电率也稳定。
并且，在本发明的铜合金材料中，优选在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内还含有Co，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内。
该情况下，除了Cr及Zr以外，在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内还含有Co，因此存在CoP化合物及Co2P化合物，能够与上述Cr-Zr-P化合物一同发挥晶界的钉住效应，即使在高温环境下使用的情况下，也能够可靠地抑制晶粒的粗大化。
并且，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内，因此能够抑制剩余的Co和P固溶于母相中，能够抑制导电率降低。
进而，在含有Co的本发明的铜合金材料中，作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量优选设为0.10质量％以下。
该情况下，作为与P形成化合物的元素的Ti及Hf的合计含量被限制在0.10质量％以下，因此能够可靠地形成CoP化合物及Co2P化合物，能够有效地发挥晶界的钉住效应，并能够抑制晶粒的粗大化。
根据本发明，能够提供一种即使在500℃以上的高温环境下使用的情况下，也能够抑制晶粒的粗大化、性能稳定且使用寿命优异的铜合金材料。
附图说明
图1是本发明的一实施方式的铜合金材料的制造方法的流程图。
图2A是实施例的组织观察照片。表示本发明例2的组织观察照片。
图2B是实施例的组织观察照片。表示比较例1的组织观察照片。
图3A是实施在1000℃下保持30分钟的热处理之后的组织观察照片。表示本发明例2的热处理后的组织观察照片。
图3B是实施在1000℃下保持30分钟的热处理之后的组织观察照片。表示比较例1的热处理后的组织观察照片。
图4A是本发明例2的SEM图像。
图4B是本发明例2的EPMA(Cr)图像。
图4C是本发明例2的EPMA(Zr)图像。
图4D是比较例2的EPMA(P)图像。
图5A是比较例1的SEM图像。
图5B是比较例1的EPMA(Cr)图像。
图5C是比较例1的EPMA(Zr)图像。
图6是计算Cu-Zr-P化合物的面积比率时的SEM-EPMA图像的一例。
具体实施方式
以下，对本发明的一实施方式的铜合金材料进行说明。
本实施方式的铜合金材料使用于例如铸造用模具和焊接用部件等在高温环境下使用的部件。
本实施方式的铜合金材料具有如下组成：含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P，剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成。
另外，在本实施方式的铜合金材料中，根据需要，在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内还可以含有Co，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕可以设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内。并且，在含有Co的情况下，作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量优选为0.10质量％以下。
而且，在本实施方式的铜合金材料中，存在含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物(相)，在任意截面的组织观察中，Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内。并且，上述Cr-Zr-P化合物采用针状或粒状的形态，最长边的长度设为100μm以下。
“Cr-Zr-P化合物相”是指由一定含量的Cr-Zr-P化合物构成的相，且被晶界包围的相。
针状形态是指所述相的纵横比为5以上，粒状形态是指所述相的纵横比为1～3。
针状形态的Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度是通过测量针状形态的长边方向的长度而得到的。
粒状形态的Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度是通过在能够获得最长的长度的方向上测量粒状形态的长度而得到的。
关于Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率，对铜合金材料的任意截面(例如与轧制方向平行的截面)进行微蚀刻之后，通过SEM等进行组织观察，进而，通过EPMA等对成为该观察对象的截面进行元素分析，由此得到Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率。
而且，在本实施方式的铜合金材料中，在实施1000℃下保持30分钟的热处理之后的平均晶粒直径设为200μm以下。
以下，对在本实施方式的铜合金材料中如上所述规定成分组成及晶体组织等的理由进行说明。
(Cr：0.1质量％以上且1.5质量％以下)
Cr是具有如下作用效果的元素：即通过时效处理在母相的晶粒内微细地析出Cr系的析出物，从而提高强度(硬度)及导电率。
在此，Cr的含量小于0.1质量％的情况下，时效处理时析出量不充分，有可能无法充分得到强度(硬度)提高的效果。并且，Cr的含量超过1.5质量％的情况下，有可能形成粗大的Cr结晶物质，加工性降低。
根据上述内容，在本实施方式中，将Cr的含量设定在0.1质量％以上且1.5质量％以下的范围内。另外，为了可靠地实现上述作用效果，优选将Cr的含量的下限设为0.3质量％以上，优选将Cr的含量的上限设为1.0质量％以下。
(Zr：0.05质量％以上且0.25质量％以下)
Zr是具有如下作用效果的元素：即通过时效处理在母相的晶粒内微细地析出Zr系的析出物，从而提高强度(硬度)及导电率。
在此，Zr的含量小于0.05质量％的情况下，时效处理时析出量不充分，有可能无法充分得到强度(硬度)提高的效果。并且，Zr的含量超过0.25质量％的情况下，导电率及导热率有可能下降。并且，即使含有超过0.25质量％的Zr时，也有可能无法得到进一步的强度提高的效果。
根据上述内容，本实施方式中，将Zr的含量设定为0.05质量％以上且0.25质量％以下的范围内。另外，为了可靠地实现上述作用效果，优选将Zr的含量的下限设为0.07质量％以上，优选将Zr的含量的上限设为0.15质量％以下。
(P：0.005质量％以上且0.10质量％以下)
通过在Cu-Cr-Zr合金中添加P而生成含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物(相)。该Cr-Zr-P化合物(相)在1000℃这样的高温条件下也不会消失，因此在高温环境下使用的情况下也发挥晶界的钉住效应，能够抑制晶体的粗大化。
在此，P的含量小于0.005质量％的情况下，有可能无法充分地形成上述Cr-Zr-P化合物(相)。另一方面，P的含量超过0.10质量％的情况下，导电率降低，并且Cr-Zr-P化合物(相)粗大化，钉住效应有可能无法充分地发挥。
根据上述内容，在本实施方式中，将P的含量设定在0.005质量％以上且0.10质量％以下的范围内。另外，为了可靠地发挥上述作用效果，优选将P的含量的下限设为0.01质量％以上，优选将P的含量的上限设为0.05质量％以下。
(Co：0.02质量％以上且0.15质量％以下)
通过添加Co而形成CoP化合物及Co2P化合物，通过这些CoP化合物及Co2P化合物和上述Cr-Zr-P化合物(相)而发挥晶界的钉住效应，即使在高温环境下使用的情况下，也能够可靠地抑制晶粒的粗大化。
在此，Co的含量小于0.02质量％的情况下无法充分地形成CoP化合物及Co2P化合物，尽管添加了Co也有可能无法实现钉住效应的进一步提高。另一方面，Co的含量超过0.15质量％的情况下，CoP化合物及Co2P化合物粗大化，尽管添加了Co也有可能无法实现钉住效应的进一步提高。
根据上述内容，在本实施方式中添加Co的情况下，将Co的含量设定在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内。另外，为了可靠地发挥上述作用效果，优选将Co的含量的下限设为0.03质量％以上，优选将Co的含量的上限设为0.1质量％以下。并且，在没有特意添加Co的情况下，作为杂质可以含有小于0.02质量％的Co。
(Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕：0.5以上且5.0以下)
并且，在添加Co的情况下，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内。通过如此规定Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕，能够抑制对形成CoP化合物及Co2P化合物没有贡献的剩余的Co和P固溶于母相中而使导电率降低的情况。另外，为了可靠地发挥上述作用效果，优选将Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕的下限设为1.0以上，优选将Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕的上限设为3.0以下。
(Ti、Hf的合计：0.10质量％以下)
而且，在添加Co的情况下，作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量优选设为0.10质量％以下。这些Ti、Hf元素容易生成与Co的化合物，因此有可能无法充分地形成CoP化合物及Co2P化合物。因此，通过如上所述规定作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量，能够可靠地形成CoP化合物及Co2P化合物，并能够发挥钉住效应。另外，为了可靠地发挥上述作用效果，优选将作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量设为0.03质量％以下。
(其他不可避免的杂质：0.05质量％以下)
另外，除了上述Cr、Zr、P、Co、Ti、Hf以外，作为其他不可避的杂质，可以举出B、Al、Fe、Sn、Zn、Si、Mg、Ag、Ca、Te、Mn、Ni、Sr、Ba、Sc、Y、V、Nb、Ta、Mo、W、Re、Ru、Os、Se、Rh、Ir、Pd、Pt、Au、Cd、Ga、In、Li、Ge、As、Sb、Tl、Pb、Be、N、H、Hg、Tc、Na、K、Rb、Cs、Po、Bi、镧系、O、S、C等。这些不可避免的杂质有可能会降低导电率及导热率，因此优选设为总量0.05质量％以下。
(Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率：0.5％以上且5.0％以下)
上述Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率小于0.5％的情况下，由Cr-Zr-P化合物(相)产生的晶界的钉住效应变得不充分，有可能无法抑制晶粒的粗大化。另一方面，若Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率超过5.0％，则加工性有可能降低。
根据上述内容，在本实施方式中，将Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率规定为0.5％以上且5.0％以下。另外，Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率的下限优选设为1.0％以上，Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率的上限优选设为3.0％以下。
(针状、粒状的Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度：100μm以下)
呈针状、粒状形态的Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度超过100μm的情况下，有可能无法充分地发挥上述钉住效应。
根据上述内容，在本实施方式中，将Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度规定为100μm以下。另外，Cr-Zr-P化合物(相)的最长边的长度的上限优选设为80μm以下。
(在实施1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径：200μm以下)
在1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径设为200μm以下，由此可靠地抑制例如在500℃以上的高温环境下使用时晶粒的粗大化，且强度等性能变得稳定。
根据上述内容，在本实施方式中，将在实施1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径设为200μm以下。
接着，参考图1的流程图对本发明的一实施方式所涉及的铜合金材料的制造方法进行说明。
(熔炼、铸造工序S01)
首先，将由铜的纯度为99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料装入碳坩埚，利用真空熔炼炉进行熔炼而得到铜熔液。接着，在所得到的熔液中添加前述添加元素以成为规定的浓度，并进行制备成分而得到铜合金熔液。
在此，作为添加元素的Cr、Zr、P的原料使用纯度高的原料，例如Cr的原料使用纯度99.99质量％以上的原料，Zr的原料使用纯度99.95质量％以上的原料，P的原料使用纯度99.99质量％以上的原料。并且根据需要添加Co。另外，作为Cr、Zr、Co、P的原料，可以使用与Cu的母合金。
而且，将经制备成分而成的铜合金熔液注入铸模中而得到铸块。
(均质化处理工序S02)
接着，为了所得到的铸块的均质化而进行热处理。
具体而言，在大气气氛下、950℃以上且1050℃以下、1小时以上的条件下对铸块进行均质化处理。
(热加工工序S03)
接着，在900℃以上且1000℃以下的温度范围内对铸块进行加工率50％以上且99％以下的热轧而得到轧材。另外，热加工的方法也可以是热锻。该热加工后，立即通过水冷进行冷却。
(固溶处理工序S04)
接着，在920℃以上且1050℃以下、0.5小时以上且5小时以下的条件下，对热加工工序S03中所得到的轧材实施加热处理，并进行固溶处理。加热处理例如在大气或惰性气体气氛下进行，加热后的冷却通过水冷进行。
另外，通过进行流线式固溶处理，可以同时进行热加工工序S03和固溶处理工序S04。
具体而言，在900℃以上且1000℃以下的温度范围内，对铸块进行加工率为50％以上且99％以下的热轧，并且通过水冷从920℃以上且1050℃以下的温度立即进行冷却，由此进行固溶处理。
(时效处理工序S05)
接着，在固溶处理工序S04之后，实施时效处理，微细地析出Cr系析出物及Zr系析出物等的析出物，从而得到时效处理材料。
在此，时效处理例如在400℃以上且530℃以下、0.5小时以上且5小时以下的条件下进行。
另外，时效处理时的热处理方法没有特别限定，但优选在惰性气体气氛下进行。并且，加热处理后的冷却方法没有特别限定，但优选通过水冷进行。
通过这种工序而制造出本实施方式的铜合金材料。
根据设为如上所述构成的本实施方式所涉及的铜合金材料，由于被设为含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P、剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成的组成，因此通过时效处理而析出微细的析出物，由此能够提高强度(硬度)及导电率。
而且，在本实施方式中，存在含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物(相)，在组织观察中，Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内，因此在高温环境下使用的情况下，Cr-Zr-P化合物(相)也不会消失，通过该Cr-Zr-P化合物(相)的钉住效应而能够抑制晶粒的粗大化。
并且，在本实施方式中，Cr-Zr-P化合物(相)采用针状或粒状形态，最长边的长度设为100μm以下，因此能够可靠地发挥上述钉住效应。
而且，在本实施方式中，在实施1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径设为200μm以下，因此，即使在500℃以上的高温环境下使用的情况下，晶粒也不会粗大化，力学性能和导电率也稳定。
并且，在本实施方式中，在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内还含有Co，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内的情况下，形成CoP化合物及Co2P化合物，与上述Cr-Zr-P化合物(相)一同能够发挥晶界的钉住效应，即使在高温环境下使用的情况下，也能够可靠地抑制晶粒的粗大化。并且，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内，因此能够抑制剩余的Co、P固溶于母相中，能够抑制导电率降低。
而且，在含有Co的情况下，不可避免的杂质即Ti、Hf的合计含量设为0.10质量％以下，由此能够可靠地形成CoP化合物及Co2P化合物，使晶界的钉住效应有效地发挥，能够有效地抑制晶粒的粗大化。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，在不脱离该发明的技术思想的范围内能够适当变更。
实施例
以下，对为了确认本发明的效果而进行的确认实验的结果进行说明。
准备由纯度99.99质量％以上的无氧铜构成的铜原料，将其装入碳坩埚，并在真空熔炼炉(真空度10-2Pa以下)中熔炼而得到铜熔液。在所得到的铜熔液内添加各种添加元素而制备成表1所示的成分组成，保持5分钟之后，将铜合金熔液注入铸铁制的铸模而得到铸块。铸块的大小为宽度约80mm、厚度约50mm、长度约130mm。
另外，作为添加元素的Cr的原料使用纯度99.99质量％以上的原料，Zr的原料使用纯度为99.95质量％以上的原料。
接着，在大气气氛下以1000℃、1小时的条件进行均质化处理之后，实施了热轧。将热轧时的轧制率设为80％，得到了宽度约100mm×厚度约10mm×长度约520mm的热轧材料。
另外，在本实施例中，热轧结束时通过以表1所示的冷却速度进行冷却而兼做固溶处理，实施了所谓的流线式固溶。
接着，在500(±15)℃且3小时的条件下实施了时效处理。由此得到了铜合金材料。
对所得到的铜合金材料进行时效处理后的铜合金材料的组织观察，对Cr-Zr-P化合物(相)进行了评价。并且，测定出时效处理后的铜合金材料的导电率及抗拉强度。
而且，对时效处理后的铜合金材料实施在1000℃下保持30分钟后的热处理，之后进行水冷，对由此得到的铜合金材料的平均晶粒直径及抗拉强度进行了评价。
图2A及图2B中分别示出上述时效处理后、在进行1000℃下保持30分钟之后的热处理之前的、本发明例2及比较例1的铜合金材料的组织观察照片。
同样地，图3A及图3B中分别示出上述时效处理后、在进行1000℃下保持30分钟之后的热处理后的、本发明例2及比较例1的铜合金材料的组织观察照片。
(组成分析)
所得到的铜合金材料的成分组成根据ICP-MS分析而测定。将测定结果示于表1中。
(Cr-Zr-P化合物(相))
在所得到的铜合金材料的板厚上，从板宽度中心部切出10mm×15mm的试样，在对轧制方向(RD方向)的表面进行研磨之后进行了微蚀刻。
对该试样进行SEM观察，在SEM-EPMA图像(250μm×250μm的视场)中，将Cr、Zr、P的浓度比母相高的区域判断为“Cr-Zr-P化合物(相)”，并测定出最长边的长度。而且，通过下式求出Cu-Zr-P化合物的面积比率。
面积比率＝(Cr-Zr-P化合物(相)所占面积)/(250μm×250μm)
图4A～图4D中示出本发明例2的SEM-EPMA图像，图5A～图5C中示出比较例1的SEM-EPMA图像。并且，图6中示出计算Cu-Zr-P化合物的面积比率时的SEM-EPMA图像(250μm×250μm的视场)的一例。
(平均晶粒直径)
在铜合金材料的板厚上，从板宽度中心部切出10mm×15mm的试样，在对轧制方向(RD方向)的表面进行研磨之后进行了微蚀刻。
观察该试样，并通过JIS H 0501中所规定的切割法测定出平均晶粒直径。
(导电率)
使用FOERSTER JAPAN LIMITED.制造的SIGMA TEST D2.068(探头直径φ6mm)，测定3次10×15mm样品的截面中心部，并求出其平均值。
(抗拉强度)
将轧制方向设为拉伸方向，采用JIS Z 2241 2号试验片，并使用100kN拉伸试验机提供于试验中。
[表1]
[表2]
如以图2A及图3A中所代表的那样，在本发明例1～6中，在置于高温环境下之后也抑制了晶粒的粗大化。
另一方面，如以图2B及图3B中所代表的那样，在比较例1～3及比较例5中，在置于高温环境下之后晶粒发生了粗大化。比较例4中未发现晶粒的粗大化，但与本发明例1～6相比导电率降低(后述)。
并且，在未添加P的比较例1中不生成针状、粒状的Cr-Zr-P化合物(相)，因此在1000℃且30分钟的热处理之后，抗拉强度大幅降低。
在针状、粒状的Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率超过本发明的范围的比较例2中，在1000℃且30分钟的热处理之后，抗拉强度大幅降低。
Zr的含量超过本发明的范围的比较例3中，导电率低，在1000℃且30分钟的热处理之后，抗拉强度大幅降低。
Co的含量超过本发明的范围的比较例4中，导电率降低。
针状、粒状的Cr-Zr-P化合物(相)的面积比率比本发明的范围少的比较例5中，在1000℃且30分钟的热处理之后，抗拉强度大幅降低。
相对于此，在本发明例1-6中，导电率高，并且在1000℃且30分钟的热处理之后，抗拉强度没有大幅降低。并且，在1000℃且30分钟的热处理后的晶粒直径为200μm以下的本发明例3-6中，进一步抑制在1000℃且30分钟的热处理后的抗拉强度降低。
由上述内容确认到，根据本发明例，即使在500℃以上的高温环境下使用的情况下，也能够提供能够抑制晶粒的粗大化、性能稳定且使用寿命优异的铜合金材料。
产业上的可利用性
能够抑制由Cu-Cr-Zr系合金构成的部件在高温环境下的性质劣化，并能够延长铸造用模具材料和焊接用部件等产品的寿命。
Claims (4)
1.一种铜合金材料，其特征在于，
具有如下组成：含有0.1质量％以上且1.5质量％以下的Cr、0.05质量％以上且0.25质量％以下的Zr、0.005质量％以上且0.10质量％以下的P、剩余部分由Cu及不可避免的杂质构成，
存在含有Cr、Zr及P的Cr-Zr-P化合物，在组织观察中，所述Cr-Zr-P化合物的面积比率设在0.5％以上且5.0％以下的范围内，
所述Cr-Zr-P化合物采用针状或粒状的形态，最长边的长度设为100μm以下。
2.根据权利要求1所述的铜合金材料，其特征在于，
在实施1000℃下保持30分钟的热处理后的平均晶粒直径为200μm以下。
3.根据权利要求1或2所述的铜合金材料，其特征在于，
在0.02质量％以上且0.15质量％以下的范围内还含有Co，Co和P的原子比〔Co〕/〔P〕设在0.5≤〔Co〕/〔P〕≤5.0的范围内。
4.根据权利要求3所述的铜合金材料，其特征在于，
作为不可避免的杂质的Ti、Hf的合计含量设为0.10质量％以下。
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Cited By (1)
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