專利名稱：鈹-銅鍛造塊體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鈹-銅鍛造塊體。
背景技術(shù)：
鈹-銅塊狀材料使用于要求耐久性和可靠性的機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件中，例如航空機(jī)用 軸承、海底電纜轉(zhuǎn)發(fā)器的箱體、船舶的轉(zhuǎn)子軸、油田挖掘鉆井裝置的軸環(huán)、注射成型用模具、 焊接電極的電極夾等。通常，在這些用途中，要求塊狀材料有機(jī)械切削性和高硬度或強(qiáng)度。鈹-銅與諸多高強(qiáng)度銅合金同樣，是析出硬化型銅合金，該塊狀材料經(jīng)過(guò)本領(lǐng)域 技術(shù)人員所熟知的鑄造_均質(zhì)化退火_熱加工_熔體化退火(固溶處理)_水中急冷_時(shí) 效硬化處理而制造。例如，在專利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了通過(guò)慎重選擇各處理?xiàng)l件而使晶粒微小 化至一定程度，能夠提高對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件來(lái)說(shuō)很重要的強(qiáng)度、改善疲勞壽命。在專利文獻(xiàn) 2中揭示了，通過(guò)反復(fù)研究鍛造方法和鍛造時(shí)的處理?xiàng)l件，能夠使晶粒微小化至以往所達(dá)不 到的程度。然而，專利文獻(xiàn)1及2所公開(kāi)的方法中，由于沒(méi)有注意水中急冷時(shí)的端部與內(nèi)部中 心的溫度差，難于被冷卻的內(nèi)部中心相比于端部強(qiáng)度(硬度)降低。據(jù)此，由所得的部件材 料通過(guò)切削加工為各種部件時(shí)，根據(jù)部件材料的位置不同而強(qiáng)度不平衡引起的殘余應(yīng)力被 釋放，在切削中存在部件變形的情況。另外，也存在疲勞壽命容易變短的問(wèn)題。如在JIS G4052(保證淬透性的結(jié)構(gòu)用鋼鐵材料)中所說(shuō)明的那樣，由于從端部向 內(nèi)部隨著塊狀材料的尺寸距離增大而表示的硬度值顯著降低，推測(cè)這是上述現(xiàn)象的原因。 從表面向著內(nèi)部硬度值降低的現(xiàn)象不僅僅在鋼鐵材料中，對(duì)于熱處理后經(jīng)過(guò)水中急冷而制 備的銅合金塊狀材料來(lái)說(shuō)也是共同的課題，塊狀材料的尺寸越大表現(xiàn)的越明顯。專利文獻(xiàn)1 特許第2827102號(hào)專利文獻(xiàn)2 特開(kāi)2005-096442號(hào)

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種鈹_銅鍛造塊體，該鈹_銅鍛造塊體從 表面至內(nèi)部能保持均勻的硬度、可靠性高、疲勞壽命優(yōu)異、不易發(fā)生加工變形。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式，提供一種鈹_銅鍛造塊體，其為至少含有Be和Cu的 鈹-銅鍛造塊體，中心部的硬度相比于表面的硬度硬0 10%、中心部的維氏硬度為240以 上，拉伸強(qiáng)度為800N/mm2以上、具有在任意方向的拉伸強(qiáng)度的測(cè)定值的偏差為5%以內(nèi)范圍 內(nèi)的均勻性。根據(jù)本發(fā)明，能夠提供一種從表面至內(nèi)部能夠保持均勻的硬度，可靠性高、疲勞壽 命優(yōu)異、不易發(fā)生加工變形的鈹-銅鍛造塊體。


圖1為顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的立體圖。
圖2為顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的制造方法的流程圖。圖3 (a)為表示在圖2的不連續(xù)實(shí)施固溶化處理和過(guò)時(shí)效處理的情況下處理時(shí)間 和溫度的關(guān)系的圖；圖3(b)為連續(xù)實(shí)施固溶化處理和過(guò)時(shí)效處理的情況下的處理時(shí)間和 溫度的關(guān)系的圖。圖4為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的壓下量與變形量的關(guān)系的表。圖5(a)為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的外觀圖，圖5(b)表示使壓 下量為18%的情況下反復(fù)加壓時(shí)的加壓力與累計(jì)變形量的關(guān)系，圖5(c)表示剛剛反復(fù)加 壓后的表面溫度的變化。圖6(a)為現(xiàn)有的鈹-銅鍛造塊體的外觀圖，圖6(b)表示使壓下量為33%的情況 下反復(fù)加壓時(shí)的加壓力與累計(jì)變形量的關(guān)系，圖6(c)表示剛剛反復(fù)加壓后的表面溫度的變化。圖7(a)為表示測(cè)定鈹-銅鍛造塊體的硬度時(shí)的試驗(yàn)片的立體圖，圖7(b)為表示 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹塊體剛剛冷鐓(冷間鍛造)處理后從側(cè)端面向著中心方向的距 離和維氏硬度的關(guān)系的圖，圖7(c)為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹塊體剛剛時(shí)效硬化 處理后從側(cè)端面向中心方向的距離和維氏硬度的關(guān)系的圖。圖8為表示現(xiàn)有的鈹-銅鍛造塊體從側(cè)端面向中心方向的距離和維氏硬度的關(guān)系 的圖。圖9為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體與現(xiàn)有的鈹-銅鍛造塊體的 加工變形測(cè)定結(jié)果的模式圖。圖10為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的疲勞曲線的圖。圖11為表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹_銅鍛造塊體與現(xiàn)有的鈹_銅鍛造塊體 的超聲波探傷試驗(yàn)結(jié)果的一個(gè)例子的圖。圖12為表示比較例中的鈹-銅鍛造塊體內(nèi)的、橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織的觀察 結(jié)果的圖。
具體實(shí)施例方式接下來(lái)，參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明。在以下附圖中，對(duì)于相同或類似 部分標(biāo)記相同或類似的符號(hào)。以下所示的實(shí)施方式，只是用于例示將本發(fā)明的技術(shù)思想具 體化的裝置或方法，本發(fā)明的技術(shù)思想，其構(gòu)成部件的結(jié)構(gòu)、配置等不限于下述結(jié)構(gòu)、配置寸。鈹-銅鍛造塊體如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體1為含有鈹(Be)和銅(Cu)的 合金，為具有邊a、b、L的長(zhǎng)方體形狀的合金，所述邊a、b、L沿著相互垂直相交的3軸方向 (圖1的Z軸、X軸、Y軸)延伸。鈹-銅鍛造塊體1的邊a、b、L的長(zhǎng)度比沒(méi)有特殊的限制。例如，也可以是a b L =1:1: 1的立方體形狀。鈹-銅鍛造塊體1的大小也沒(méi)有特殊的限制。但是，邊a、b、 L的尺寸如果過(guò)大，由于鍛造時(shí)的來(lái)自鈹-銅鍛造塊體1的加工發(fā)熱等的影響，后述的制造 條件的控制變得困難。因此，作為鈹-銅鍛造塊體1的尺寸，例如可以使a、b、L為約50 500mm，優(yōu)選為80 400_的范圍。
鈹-銅鍛造塊體1，以(1)Cu100-(a+b)BeaCob(0. 4%^ a^ 2. 0%,0.8%, a+b ^ 3. 5 % )的重量比，或(2)Cu100_(a+b)BeaCob (0. 0%,0. 8%, a+b^ 3.5% )的重量比而構(gòu)成，優(yōu)選能將成為雜質(zhì)的Fe、S、P限制為重量比不足0.01%。在(1)中，使Be的重量比為0.4%以上的理由是通過(guò)使Be與Cu和/或Be與Co 所構(gòu)成的析出相而實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度。Be的重量比為2. 0%以下的理由是通過(guò)抑制Be與Co所 構(gòu)成的析出相的粗大化而實(shí)現(xiàn)提高強(qiáng)度。Co的重量比為0. 15%以上的理由是通過(guò)添加Co 而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高。Co的重量比為2. 8%以下的理由是抑制Be與Co所構(gòu)成的析出相的粗大 化。另一方面，鈹-銅鍛造塊體1的重量比為(2)的組合的理由是為了削減材料成本， 通過(guò)添加比Be廉價(jià)的Ni來(lái)降低Be的重量比。具體而言，Be的重量比為0. 05%以上的理 由是通過(guò)Be與Ni所構(gòu)成的析出相實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度的提高。Be的重量比為0. 6% 3以下的理由是 通過(guò)降低Be的重量比充分獲得削減成本的效果。Ni的重量比為1.0%以上的理由是通過(guò) 添加Ni以實(shí)現(xiàn)強(qiáng)度提高。Ni的重量比為2. 4%以下的理由是抑制由Cu基質(zhì)中所含有的Ni 引起的導(dǎo)電率的降低或熔點(diǎn)的上升。將成為雜質(zhì)Fe、S、P的重量比限制為不足0. 01 %的理由是因?yàn)槿绻猩鲜鲈?0.01%以上，則易于在晶界發(fā)生偏析，在鍛造處理時(shí)易于發(fā)生制品的斷裂。圖1的鈹-銅鍛造塊體1具有微小的粒狀組織(平均粒徑< 2 μ m)，具有至少含 有從Cu析出的Be的析出相。此處，“平均粒徑”是指通過(guò)以下的測(cè)定方法所測(cè)定的平均粒徑。(A)采用SEM/EBSP (掃描電鏡/電子背散射衍射分析)法進(jìn)行結(jié)晶方位解析，以方 位差θ大于2°的界面為晶界來(lái)進(jìn)行計(jì)數(shù)，從而求得晶體粒徑分布。(B)確認(rèn)總體計(jì)數(shù)的平均方位差θ為15°以上。(C)從晶體粒徑分布算出平均粒徑。通常，只由具有方位差θ為0°彡θ <4°的界面的亞晶所構(gòu)成的組織不作為晶 粒進(jìn)行計(jì)數(shù)。然而，在本實(shí)施方式中，由于觀察結(jié)果是在變得超微小化的過(guò)程中捕捉了任意 瞬間的結(jié)果，因此，可以認(rèn)為只由具有方位差θ為0°彡θ <4°的界面的亞晶所構(gòu)成的 組織也是構(gòu)成該瞬間的整個(gè)組織的一部分。因此，以平均方位差為15°以上的組織作為晶 粒進(jìn)行計(jì)數(shù)。另外，鈹-銅鍛造塊體1是從端面向著內(nèi)部中心硬度為相同的(或慢慢變硬)的 合金，中心部的硬度與表面硬度相比硬0 10%，表面(端部)的維氏硬度(HV)為218 450，較優(yōu)選為273 450，內(nèi)部中心的維氏硬度為240 450、較優(yōu)選為300 450。需要說(shuō) 明的是，本實(shí)施方式中“維氏硬度”是表示，例如，如圖7(a)所示，在X-Z平面方向上平行地 切出平板2為試驗(yàn)片，平板2包括長(zhǎng)方體(立方體)狀的鈹-銅鍛造塊體1的中心，在試驗(yàn) 片上的任意點(diǎn)基于JISZ2244(維氏硬度試驗(yàn)-試驗(yàn)方法(對(duì)應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0/6507-l ； 1995 Metallic materials-Vickers hardness test-Part 1 ；Test Method)所測(cè)定的結(jié)果。另外，從根據(jù)后述的硬度、組織、超聲波探傷試驗(yàn)、EBSP法的晶粒觀察結(jié)果等可知， 鈹-銅鍛造塊體1為在結(jié)晶方位上沒(méi)有各向異性(隨機(jī)方向)的多晶體，拉伸強(qiáng)度為800N/ mm2以上，優(yōu)選為800 1500N/mm2，較優(yōu)選為1100 1500N/mm2，更優(yōu)選為1100 1300N/ mm2。如果拉伸強(qiáng)度小于800N/mm2，則存在機(jī)械強(qiáng)度、疲勞壽命降低，而不適合機(jī)械結(jié)構(gòu)用部件市場(chǎng)的情況。鈹鍛造塊體1的拉伸強(qiáng)度的值，在任意鍛造方向上、或在含有任意鍛造方向的平 面內(nèi)與該鍛造方向成45°的方向上為各向相同的(均勻的)，拉伸強(qiáng)度的測(cè)定值的偏差 (測(cè)定平均值)為5%以內(nèi)。拉伸強(qiáng)度的測(cè)定方法如下所示。首先，從鈹鍛造塊體1的中央切出含有Χ-Υ、Υ_Ζ、 X-Z平面的平板，將各平板機(jī)械加工成拉伸試驗(yàn)片，使得代表任意方向的6個(gè)方向(即X，Y， Z，X-Y間45度，Y-Z間45度，X-Z間45度)與拉伸軸一致。試驗(yàn)片是以JISZ2201為基準(zhǔn) 而制作的，但由于材料大小的制約使用了尺寸縮小了 1/2的試驗(yàn)片。將制作的試驗(yàn)片按照 JISZ2241 (金屬材料拉伸試驗(yàn)方法)進(jìn)行測(cè)定。以任意的方向而選擇6個(gè)方向的理由是，在由鈹_銅鍛造塊體1制作機(jī)械結(jié)構(gòu)用 物品的情況下，通常以鍛造方向?yàn)榉ň€的平面作為基準(zhǔn)而制作，Χ、γ、ζ方向上所施加的機(jī)械 拉伸應(yīng)力對(duì)于制品來(lái)說(shuō)是重要的。X、Y、Z應(yīng)力，理論上而言已知為起因于相對(duì)X、Y、Z方向呈45度方向的剪切強(qiáng)度 (堀內(nèi)良、金子純一、大冢正久共同翻譯『材料工學(xué)入門(mén)』(株)內(nèi)田老鶴圃、1990年第3版、 Ρ123-142 ；或參考原著Μ· F. Ashby and D. R. H. Jones,「Engineering MaterialsJPERGAMON PRESS ； 1980)。進(jìn)而，只要測(cè)定相對(duì)于X、Y、Z方向呈45度方向所施加的拉伸強(qiáng)度，則變?yōu)?測(cè)定由此進(jìn)一步呈45度方向(X、Y、Z方向)的剪切強(qiáng)度。此處，如果在從X、Y、Z方向只偏離特定的角度α、β、Y的方向上具有各向異性 (特別是強(qiáng)度低的特定方向)的情況下，既然鈹_銅鍛造塊體1是多晶體，就應(yīng)該能夠確認(rèn) 到6個(gè)方向的哪個(gè)方向的異常值。然而，在本實(shí)施方式中對(duì)上述6個(gè)方向進(jìn)行測(cè)定的情況 下的拉伸強(qiáng)度值的偏差為5%以內(nèi)，沒(méi)有測(cè)得異常值。因此，就本實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊 體1而言，在任意的任一方向上的拉伸強(qiáng)度具有各向同性(均勻性)并且其值為幾乎相同 程度的值。鈹-銅鍛造塊體的制造方法接下來(lái)，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的制造方法，使用圖2、圖3(a)及 圖3(b)所示的流程圖進(jìn)行說(shuō)明。首先，在圖2的步驟SlO的均質(zhì)處理中，使Be (或Be化合物)在Cu基質(zhì)中固溶， 生成晶粒中未發(fā)生位錯(cuò)的銅合金。具體而言，使以Cu100_(a+b)BeaCob(0.0%,0.8%, a+b ^ 3. 5 % )的重量比、或 Cu1QQ_(c+d)BecNid(0.05%< c ^ 0. 6 %, 1. 0 % ^ d ^ 2.4%, c+d^3.0%)的重量比所構(gòu)成的銅合金通過(guò)高頻熔爐而熔融，從而制備鑄塊。此時(shí)，優(yōu)選 將成為雜質(zhì)的Fe、S、P限制為重量比不足0.01%。將所得的鑄塊在固溶溫度區(qū)間(700°C 1000°C范圍內(nèi))加熱保持既定的保持時(shí)間(1小時(shí) 24小時(shí))，據(jù)此除去鑄造時(shí)非平衡地生 成的偏析等會(huì)引發(fā)對(duì)后續(xù)步驟的不良影響的不均勻組織，從而進(jìn)行均質(zhì)化。在步驟Sll的鍛造處理中，對(duì)SlO所得的銅合金進(jìn)行鍛造，加工成所需大小的長(zhǎng)方 體狀銅合金。將板狀銅合金的表面所形成的氧化膜通過(guò)切削除去。在步驟S12的固溶化處理中，將步驟Sll所得的銅合金在固溶溫度區(qū)間(700°C 1000°C范圍內(nèi))加熱保持既定的固溶保持時(shí)間(1小時(shí) 24小時(shí))，使Be(或Be化合物) 固溶于Cu基質(zhì)中。
在步驟S13的過(guò)時(shí)效處理中，將步驟S12所得的銅合金在過(guò)時(shí)效溫度區(qū)間(550 650°C范圍內(nèi))保持既定的時(shí)間(2 6小時(shí))。據(jù)此，在此過(guò)程中解析了析出粒子產(chǎn)生期 待效果的機(jī)理，還能使銅合金的析出粒子成長(zhǎng)至對(duì)步驟S13以后的各制造步驟不產(chǎn)生不良 影響程度的大小(例如平均粒徑Iym左右)。需要說(shuō)明的是，步驟S12的固溶化處理和步 驟S13的過(guò)時(shí)效處理，如圖3(a)所示，可以如圖3(a)所示分別獨(dú)立地(不連續(xù))處理，也 可以如圖3(b)所示連續(xù)地進(jìn)行處理。在步驟S14的冷卻處理中，將步驟S13所得的銅合金通過(guò)水冷、空冷、或放置冷 卻，使銅合金的表面溫度冷卻至例如20°C以下。冷卻速度根據(jù)塊體的大小而不同，但優(yōu)選 為-100°C s—1以上(較優(yōu)選為_(kāi)200°C s—1以上)。在步驟S15的冷鐓處理中，將冷卻后的銅合金在冷卻散熱的同時(shí)進(jìn)行鍛造。分別 從長(zhǎng)方體的相互垂直相交的X軸、Y軸、Z軸方向進(jìn)行鍛造。鍛造的順序，優(yōu)選從銅合金所具 有的邊中最長(zhǎng)邊所對(duì)應(yīng)的軸方向依次施加壓力。具體而言，首先在步驟S151中，通過(guò)鍛造裝置等對(duì)冷卻后的銅合金從Z軸方向施 加壓力。加壓時(shí)的銅合金的表面溫度，優(yōu)選使其保持在120°C以下(較優(yōu)選為20 100°C 范圍內(nèi))。表面溫度超過(guò)120°C，則由于易于發(fā)生橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織從而發(fā)生斷裂 或破損等而不能維持加工前的形狀。加壓壓力優(yōu)選為1200MPa以下。加上過(guò)時(shí)效條件等如 果加壓壓力超過(guò)1200MPa，則在銅合金中存在由于易于發(fā)生橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織從 而發(fā)生斷裂或破損的危險(xiǎn)性。優(yōu)選使步驟S151的處理1次的壓下量(加工率(％))在18 30%范圍內(nèi)、施加 于銅合金的塑性應(yīng)變的量(應(yīng)變量；O在0. 2 0. 36范圍內(nèi)。需要說(shuō)明的是，“壓下量” 是指將加工變形量除以原來(lái)的高度的比例(加工率)，應(yīng)變由ln(l_加工率)表示。壓下量 和應(yīng)變的關(guān)系例示于圖4。在步驟S152中，使步驟S151所得的銅合金冷卻。冷卻方法可以是空冷、水冷、放 置冷卻等任意一種方法，但考慮到重復(fù)操作的效率性與效能，優(yōu)選為通過(guò)水冷進(jìn)行冷卻。優(yōu) 選進(jìn)行冷卻使由于加壓發(fā)生熱的銅合金的銅合金表面溫度為20°C以下。在步驟S153中，通過(guò)鍛造裝置等對(duì)冷卻后的銅合金在Y軸方向施加壓力。加壓時(shí) 優(yōu)選使銅合金的表面溫度保持為120°C以下。優(yōu)選使步驟S153處理1次的壓下量(加工率 (%))為18 30%范圍內(nèi)，使施加于銅合金的塑性應(yīng)變的量(應(yīng)變量；O為0.2 0.36 范圍內(nèi)。此后，在步驟S154中，冷卻步驟S153所得的銅合金。優(yōu)選進(jìn)行冷卻使銅合金的表 面溫度為20°C以下。在步驟S155中，通過(guò)鍛造裝置等對(duì)冷卻后的銅合金在X軸方向施加壓力。加壓時(shí) 優(yōu)選使銅合金的表面溫度保持為120°C以下。優(yōu)選使步驟S155處理1次的壓下量(加工率 (%))為18 30%范圍內(nèi)，使施加于銅合金的塑性應(yīng)變的量(應(yīng)變量；O為0.2 0.36 范圍內(nèi)。此后，在步驟S156中，冷卻步驟S155所得的銅合金。優(yōu)選進(jìn)行冷卻使銅合金的表 面溫度為20°C以下。在步驟S157中，操作人員判斷通過(guò)鍛造裝置對(duì)銅合金的加壓次數(shù)是否達(dá)到既定 的加壓次數(shù)。此處，“加壓次數(shù)”是指從各軸(X軸、Y軸、Z軸)方向的任一方向向銅合金施 加壓力的情況下計(jì)為1次而進(jìn)行計(jì)數(shù)的次數(shù)?！凹榷ǖ募訅捍螖?shù)”是指在銅合金上所施加的 塑性應(yīng)變量的累計(jì)值(累計(jì)變形量；ε total)為例如1. 8以上的次數(shù)。當(dāng)加壓次數(shù)沒(méi)有達(dá)到既定加壓次數(shù)的情況下，重復(fù)進(jìn)行步驟S151 S156的處理。加壓次數(shù)到達(dá)既定的加壓次 數(shù)的情況下，進(jìn)行步驟S16。在步驟S16(時(shí)效硬化處理)中，通過(guò)使步驟S15所得的銅合金在析出溫度區(qū)間 (200°C 550°C范圍內(nèi))將矩形銅合金保持經(jīng)過(guò)既定的時(shí)效硬化時(shí)間(1小時(shí) 24小時(shí))， 使銅合金中所含的Be (或Be化合物)析出硬化。據(jù)此，能夠制造圖1所示的鈹_銅鍛造塊 體。根據(jù)本實(shí)施方式的鈹_銅鍛造塊體的制造方法，在步驟S15的冷鐓步驟中，冷卻放 熱的同時(shí)鍛造銅合金，使冷卻后的銅合金的表面溫度保持在120°C以下。據(jù)此，使鍛造時(shí)的 銅合金的加工發(fā)熱的影響減小的同時(shí)，能夠增加施加于銅合金的塑性應(yīng)變量，因此能夠制 造具有均勻的微小的晶粒、從表面至內(nèi)部保持同一硬度的鈹_銅鍛造塊體。根據(jù)現(xiàn)有鈹-銅鍛造塊體1的尺寸，如果在步驟S12的固溶化步驟后只施加步驟 S14的冷卻處理，存在從表面至內(nèi)部中心不能以足夠的速度均勻地冷卻的情況。特別是，想 使鈹-銅鍛造塊體1尺寸變大時(shí)，如果通過(guò)水淬等僅冷卻表面，則不能夠急冷內(nèi)部中心。如 果在直至內(nèi)部中心未被充分冷卻的狀態(tài)下進(jìn)行步驟S15的冷鐓處理，制品的變形變得不均 勻，易于發(fā)生破損或加工時(shí)的斷裂、翹曲等。在此，在本實(shí)施方式中，不是進(jìn)行如現(xiàn)有技術(shù)的急冷，在步驟S13中特意控制處理 條件，使固溶化處理后的銅合金非高效地緩慢的冷卻。即，在步驟S13中，通過(guò)使固溶化處 理后的銅合金在過(guò)時(shí)效溫度(550 650°C )進(jìn)行既定時(shí)間(過(guò)時(shí)效時(shí)間2 6小時(shí))的 處理，適度析出的粒子適宜地運(yùn)動(dòng)，從而獲得直至內(nèi)部有效地均勻地變形的效果。據(jù)此發(fā)現(xiàn) 了，抑制了橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織的生成，從而不會(huì)發(fā)生斷裂或破損等，因此能夠獲得 從表面直至內(nèi)部能夠保持同一硬度、疲勞壽命優(yōu)異、難以發(fā)生加工變形的銅鈹塊體。如果步驟S13中的過(guò)時(shí)效溫度不足550°C，難以使析出的粒子生長(zhǎng)，如果高于 650°C則Be固溶于Cu中，故而不優(yōu)選。另外，如果過(guò)時(shí)效時(shí)間不足2小時(shí)，析出的粒子不能 長(zhǎng)至一定程度的大小。相反，即使長(zhǎng)于6小時(shí)，由于析出的粒子的生長(zhǎng)已經(jīng)某種程度上完成 了因此效率不高。因此，作為過(guò)時(shí)效溫度在550 650°C、優(yōu)選為570 630°C范圍內(nèi)，作為 過(guò)時(shí)效處理時(shí)間在2 6小時(shí)，較優(yōu)選為3 5小時(shí)。需要說(shuō)明的是，在圖2所示的鈹_銅鍛造塊體1的制造方法中，在從Z軸方向、Y軸 方向及X軸方向的所有方向?qū)︺~合金施加壓力后，雖然在步驟S157中判斷加壓次數(shù)是否達(dá) 到既定的加壓次數(shù)，但并不限于此，也可以在銅合金上施加壓力時(shí)判斷加壓次數(shù)是否到達(dá) 既定的加壓次數(shù)。在圖2所示的鈹-銅鍛造塊體1的制造方法中，在步驟S152、S154、S156所表示的 冷卻步驟中每次向各軸方向的鍛造(步驟S151、S153、S155)結(jié)束后，就將鍛造后的銅合金 冷卻。但是，由于只要使成為加工對(duì)象的銅合金的表面溫度保持在120°C以下的同時(shí)進(jìn)行鍛 造既可以達(dá)到目的，根據(jù)需要也可以省略步驟S152、S154、S156所表示的各冷卻步驟。需要說(shuō)明的是，在步驟S15中，作為使銅合金的表面溫度保持在120°C以下的方 法，并不限于如上所述，在預(yù)先充分冷卻使得銅合金的表面溫度為20°C以下后，使用通常的 鍛造裝置進(jìn)行鍛造的情況。例如，在鍛造中的銅合金表面安裝熱電偶等溫度測(cè)定機(jī)構(gòu)，在一直監(jiān)測(cè)溫度測(cè)定 機(jī)構(gòu)的測(cè)定結(jié)果的同時(shí)，控制銅表面的溫度使其總是不為120°C以上，在銅合金的表面溫度超過(guò)120°C的情況下中斷操作，或者也可以使銅合金水冷、空冷卻或放置冷卻等。實(shí)施例下面，對(duì)根據(jù)上述制造方法制造的鈹_銅鍛造塊體1的評(píng)價(jià)結(jié)果參考附圖進(jìn)行說(shuō) 明。圖5(a)為實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的模式圖，圖5(b)為在一定的壓下量 下重復(fù)進(jìn)行加壓時(shí)的加壓壓力和累計(jì)變形量的關(guān)系，圖5(c)表示在剛進(jìn)行重復(fù)加壓 后的表面溫度的變化?？刂剖沟弥貜?fù)加壓時(shí)的1次的壓下量為18%、加壓壓力不超過(guò) IOOOMPa( < 1200MPa)。其結(jié)果，如圖5(a)所示，所得的鈹-銅鍛造塊體1在外觀上沒(méi)有發(fā) 現(xiàn)斷裂或不均勻變形。圖6(a) 圖6(c)為表示通過(guò)現(xiàn)有方法，即對(duì)于在經(jīng)過(guò)步驟S12后的銅合金未進(jìn) 行過(guò)時(shí)效處理(圖2的步驟S13)及冷卻處理(步驟S152、S154、S156)來(lái)制造鈹-銅鍛造 塊體的情況下的結(jié)果的一個(gè)例子。在現(xiàn)有方法中控制壓下量為33% (變形量0. 40)，使得累 計(jì)變形量為0.3 0.7的范圍。如圖6(b)所示，加壓壓力變?yōu)?300MPa左右(> 1200MPa) 程度，如圖6(c)所示，剛剛重復(fù)加壓后的表面溫度達(dá)到130°C左右(> 130°C )。其結(jié)果，所 得的鈹-銅鍛造塊體，如圖6(a)的模式圖所示，發(fā)生外觀上不均勻的變形、破損。觀察此時(shí) 的內(nèi)部組織的話，如圖12所示，可知產(chǎn)生了橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織。圖7(a) 圖7(c)為表示實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的硬度的測(cè)定方法的圖。 如圖7(a)所示，測(cè)定中，準(zhǔn)備使用一邊為IOOmm的立方體形狀的鈹-銅鍛造塊體1，切 出含有立方體中心部和表面部分(側(cè)端面)的平板2作為試驗(yàn)片。將該試驗(yàn)片以基于 JISZ2244(維氏硬度試驗(yàn)-試驗(yàn)方法(相應(yīng)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IS0/DIS6507-1 ；1995 Metallic materials-Vickers hardness test-Part 1 ；TestMethod)的力夕去 胃。圖 7 (b) ^ 剛剛結(jié)束圖2的步驟S15的鍛造處理后的銅合金的硬度的測(cè)定結(jié)果，圖7(c)表示剛剛結(jié)束 圖2的步驟S16的時(shí)效處理后作為最終形狀的鈹_銅鍛造塊體的硬度的測(cè)定結(jié)果。如圖7(b)所示，可知即使在剛剛結(jié)束鍛造處理后的銅合金，從側(cè)端面向著中心部 硬度上升。如圖7(c)所示，通過(guò)在鍛造處理后施加時(shí)效處理，提高整體的硬度值的同時(shí)，使 得中心與內(nèi)部的硬度差為10%以內(nèi)。圖8為表示不實(shí)施步驟S13、S15的處理的現(xiàn)有例的鈹-銅鍛造塊體的硬度測(cè)定結(jié) 果的圖。從圖8可知，現(xiàn)有的鈹-銅鍛造塊體，從端面越向中心部硬度越大幅降低。圖9表示鈹_銅鍛造塊體的加工變形測(cè)定結(jié)果的例子。在圖9中，將從長(zhǎng)方體狀 的現(xiàn)有的鈹_銅鍛造塊體切出的平板2a (紙面左側(cè))和從本實(shí)施方式的長(zhǎng)方體狀的鈹_銅 鍛造塊體1切出的平板2b (紙面右側(cè))置于同一平面上，表示分別比較平板2a、2b的翹曲 的高度的結(jié)果?，F(xiàn)有的平板2a產(chǎn)生了約Imm以上的翹曲，本實(shí)施方式的平板2a幾乎沒(méi)發(fā) 生翹曲。圖10表示本實(shí)施方式的鈹_銅鍛造塊體1與現(xiàn)有鈹_銅鍛造塊體的疲勞壽命測(cè) 定結(jié)果的例子。使用2-8號(hào)試驗(yàn)片，在室溫大氣中基于JISZ2274的旋轉(zhuǎn)彎曲疲勞試驗(yàn)進(jìn)行 測(cè)定。各點(diǎn)表示疲勞斷裂點(diǎn)。根據(jù)本實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體，與現(xiàn)有的塊體相比可知 疲勞壽命變長(zhǎng)。圖11(a)及圖11(b)為表示本發(fā)明實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體的超聲波探傷試驗(yàn) 結(jié)果的例子。在圖11(a)及圖11(b)中，切削一邊為IOOmm的立方體形狀的鈹-銅鍛造塊體的表面層，加工成每邊為70mm的立方體后，向加工后的鈹_銅鍛造塊體發(fā)送超聲波。如圖11(a)所示，通過(guò)現(xiàn)有方法制造的鈹-銅鍛造塊體中，出現(xiàn)了厚度70mm的底 面聲波的峰值，如虛線所圈的區(qū)域所表示的，在厚度140mm附近，沒(méi)有出現(xiàn)多重反射的聲波 的峰值(峰值消失)。這表示根據(jù)現(xiàn)有方法鈹-銅鍛造塊體的內(nèi)部組織粗大而不均勻。另 外，圖11(a)的實(shí)線所圈的區(qū)域中可見(jiàn)，從波形中出現(xiàn)很多噪音也可推測(cè)塊體的內(nèi)部組織 粗大且不均勻。另一方面，如圖11(b)所示，可知對(duì)本實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體進(jìn)行試驗(yàn)的情 況下，出現(xiàn)厚度為70_的底面聲波的峰值的同時(shí)，在140_附近由于二次反射也出現(xiàn)了聲 波的峰值。這表示超聲波沒(méi)有由于鈹-銅鍛造塊體的內(nèi)部組織而發(fā)生散射或衰減。與圖 11(a)所示的情況相比，從整個(gè)波形中沒(méi)有出現(xiàn)噪音，可以推測(cè)與現(xiàn)有的鈹_銅鍛造塊體相 比內(nèi)部組織變得更加致密且均勻。表1及表2中顯示了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的鈹-銅鍛造塊體和比較例(現(xiàn)有 例)的鈹-銅鍛造塊體的特性的不同。作為表1 中所用材料，預(yù)備由 Cu·—(a+b)BeaCob(0. 4 % ^ a ^ 2. 0 %,0. 15 %
3. 5% )重量比所構(gòu)成的銅合金。由高頻熔爐分別溶解銅合金從而制 造鑄塊，對(duì)所得的鑄塊進(jìn)行均質(zhì)化。對(duì)所得的鑄塊通過(guò)鍛造處理進(jìn)行加工，將表面所形成的 氧化膜通過(guò)切削除去，形成每邊為IOOmm的立方體形狀，從而得到樣品構(gòu)件Al A7、Bl B7.A101 A105、B101 B105、C101 C103。對(duì)于該樣品構(gòu)件Al A7、B1 B7、A101 A105、B101 B105、C101 C103，以 表1所表示的條件，進(jìn)行圖2的步驟S12 S15所示的處理(過(guò)時(shí)效處理、冷卻處理、冷鐓處 理)。表1的“過(guò)時(shí)效處理”欄中的“不連續(xù)/連續(xù)”是意味著，如圖3(a)及圖3(b)所示， 步驟S12的固溶化處理和步驟S13的過(guò)時(shí)效處理獨(dú)立不連續(xù)地實(shí)施的情況和連續(xù)實(shí)施的情 況的不同。“過(guò)時(shí)效處理”的欄的“加壓前最高溫度”表示在即將實(shí)施步驟S15的冷鐓工程 之前所測(cè)定的銅合金的表面溫度的最高值。表1的“加壓處理”欄的“最高加壓壓力”表示鍛造裝置對(duì)銅合金施加的壓力的最 大值?！凹訅汉笞罡邷囟取北硎倦S著重復(fù)加壓漸漸變高的銅合金的表面溫度的最高值。表1的“鍛造加工結(jié)果”欄中，經(jīng)過(guò)圖2的步驟S15所示冷鐓處理后，將塊體放置于 平面上，塊體自身能夠直立的情況下判定為〇、不能直立判定為X?！坝袩o(wú)斷裂、破損”是指 通過(guò)肉眼判斷有無(wú)斷裂或破損發(fā)生。“硬度的均勻性”，以基于JISZ2244的測(cè)定方法在包含 塊體的中心部的平面內(nèi)對(duì)于至少任意25點(diǎn)判定維氏硬度，以硬度值從表面向內(nèi)部為10% 以內(nèi)增大的情況判定為〇、此外判定為X。需要說(shuō)明的是，加工后的斷裂、破損存在的情況 下，由于不能測(cè)定硬度，記為“不能評(píng)價(jià)”。表1的“時(shí)效后硬度”表示，在315°C進(jìn)行2h的時(shí)效硬化處理后回到室溫后對(duì)測(cè)定 25點(diǎn)的結(jié)果的平均值。表2的“拉伸強(qiáng)度”為基于JISZ2241進(jìn)行上述6個(gè)方向的拉伸試驗(yàn)的結(jié)果、以及 研究其平均值與6個(gè)數(shù)值是否在士5%內(nèi)的結(jié)果。拉伸試驗(yàn)所用的試驗(yàn)片，從圖1的鈹-銅 鍛造塊體1的中央切出包含X-Y、Y-Z、X-Z平面的平板，機(jī)械加工試驗(yàn)片，使得各平板的6 個(gè)方向(即X，Y，Z軸方向，X-Y間45度，Y-Z間45度，X-Z間45度)與拉伸軸一致，按照 JISZ2241(金屬材料拉伸試驗(yàn)方法)進(jìn)行測(cè)定。
表2的“有無(wú)剪切帶組織”為將如上所述切出的平板的一部分通過(guò)500倍光學(xué)顯微 鏡進(jìn)行觀察時(shí)，評(píng)價(jià)是否觀察到類似于圖12的剪切帶組織的結(jié)果。觀察前，如本領(lǐng)域技術(shù) 人員所周知的那樣，繼平板表面的機(jī)械研磨后由適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)溶液進(jìn)行腐蝕。“剪切帶組織” 是指以某面為界，原子(晶粒)的配列位置的位相發(fā)生偏差，稱作變化的剪切帶組織，特別 是指如本試驗(yàn)的在發(fā)生變形的方向上發(fā)生帶狀的位相偏差的組織。
權(quán)利要求
一種鈹 銅鍛造塊體，至少含有Be和Cu，其特征在于，中心部的硬度與表面硬度相比硬0～10％，所述中心部的維氏硬度為240以上，所述鈹 銅鍛造塊體的拉伸強(qiáng)度為800N/mm2以上，且具有任意方向的拉伸強(qiáng)度的測(cè)定值的偏差在5％以內(nèi)范圍內(nèi)的程度的均勻性。
2.如權(quán)利要求1所述的鈹_銅鍛造塊體，其特征在于，相互垂直相交的3個(gè)鍛造方向所 測(cè)得的所述拉伸強(qiáng)度、以及在含有相互垂直相交的2個(gè)鍛造方向的平面內(nèi)與所述2個(gè)鍛造 方向呈45度方向上所測(cè)得的所述拉伸強(qiáng)度為1100N/mm2以上。
3.如權(quán)利要求1或2所述的鈹-銅鍛造塊體，其特征在于，以CUl(l(l_(a+b)BeaCOb(0.4% ^ a ^ 2. O %, 0. 15 % ^ b ^ 2. 8 %, a+b ^ 3. 5 % )的重量比、或 Cu1QQ_(。+d)Be。Nid(0. 05% 彡c彡0.6%,1.0%^ d^ 2.4%,c+d^ 3.0% )的重量比構(gòu)成，使成為雜質(zhì)的Fe、S、P限 制為重量比不足0.01%。
4.如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)所述的鈹-銅鍛造塊體，其特征在于，所述中心部的維氏 硬度為240 450，所述拉伸強(qiáng)度為1100 1500N/mm2。
5.如權(quán)利要求1至4的任一項(xiàng)所述的鈹_銅鍛造塊體，其特征在于，具有平均粒徑為 2ym以下的晶粒，所述晶粒為不包含橫截多個(gè)晶粒的剪切帶組織的形狀穩(wěn)定的晶粒，具有 包含從所述Cu析出的所述Be的析出相。全文摘要
本發(fā)明提供一種鈹-銅鍛造塊體，其中心部的硬度與表面硬度相比硬0～10％，所述中心部的維氏硬度為240以上，所述鈹-銅鍛造塊體的拉伸強(qiáng)度為800N/mm2以上，且具有任意方向的拉伸強(qiáng)度的測(cè)定值的偏差在5％以內(nèi)范圍內(nèi)的程度的均勻性。
文檔編號(hào)C22C9/00GK101981211SQ200980111010
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月28日
發(fā)明者村松尚國(guó) 申請(qǐng)人:日本礙子株式會(huì)社