DE60029260T2

DE60029260T2 - Automatenlegierung

Info

Publication number: DE60029260T2
Application number: DE2000629260
Authority: DE
Inventors: Kiyohito Ishida; Katsunari Oikawa; c/o Tohoku Tokushuko K.K. Takashi Ebata; Takayuki Inoguchi; Tetsuya Shimizu; Michio Okabe
Original assignee: Daido Steel Co Ltd; Tohoku Tokushuko KK; Tohoku Techno Arch Co Ltd; Japan Research Industries and Industrial Technology Association (JRIA)
Current assignee: Daido Steel Co Ltd; Tohoku Tokushuko KK; Tohoku Techno Arch Co Ltd; Japan Research Industries and Industrial Technology Association (JRIA)
Priority date: 1999-09-03
Filing date: 2000-09-01
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2020-09-02
Also published as: EP1431412A1; DE60029063D1; EP1085105A3; DE60029261D1; EP1431411A1; DE60030175D1; EP1085105B1; DE60029260D1; DE60029364D1; EP1085105A2; EP1431411B1; DE60029261T2; DE60030175T2; EP1431409A1; EP1431409B1; EP1431412B1; EP1431410B1; DE60029063T2; DE60029364T2; EP1431410A1

Description

Stand der Technik
Legierungen haben vielfältige Anwendungen aufgrund einer Vielzahl von Eigenschaften. Eine Automatenlegierung, welche ausgezeichnet hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit ist, wird in einem Fall ausgewählt für die Verbesserung der Produktivität. Um die maschinelle Bearbeitbarkeit zu verbessern wird beispielsweise eine Automatenlegierung, die ein die maschinelle Bearbeitbarkeit verbesserndes Element, wie S, Pb, Se oder Bi (nachstehend als das die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessernde Element bezeichnet) enthält, weitreichend verwendet. Insbesondere in einem Fall, in dem die maschinelle Bearbeitbarkeit aufgrund einer präzisen Endbehandlung in der Bearbeitung oder aus anderen Gründen besonders erforderlich ist, wird nicht nur der Gehalt eines solchen die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessernden Elements in einer Legierung erhöht, sondern die Elemente werden ebenso zu einer Legierung in Kombination zugesetzt.
Während S, welches für die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit weitreichend verwendet wurde, in vielen Fällen in der Form von MnS zugegeben wird, bedingt dessen Zugabe zu einer Legierung in einer großen Menge eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit, der Warmformbarkeit und der Kaltformbarkeit der Legierung. Darüber hinaus wird eine in die Legierung eingefügte Schwefelkomponente in die Umgebung in Form eines schwefelhaltigen Gases freigesetzt, welches in den Umgebungsgebieten der Teile leicht eine Schwefelkontamination hervorruft, wenn die Legierung Luft ausgesetzt wird. Daher besteht eine Notwendigkeit an der Verhinderung der Freisetzung von schwefelhaltigem Gas (nachstehend als die Verbesserung in der Abgasbeständigkeit bezeichnet). Elemente, wie S, Se und Te, verschlechtern jedoch die magnetischen Eigenschaften in einem elektromagnetischen Edelstahl oder ähnlichem sehr stark.
Daher wurden verschiedene Vorschläge unterbreitet: der Mn-Gehalt wird begrenzt, der Cr-Gehalt im Sulfid wird erhöht, oder, im Fall der Anwesenheit von S, wird Ti in Kombination mit S zugesetzt, um das Sulfid in Kugelform zu dispergieren (siehe beispielsweise die JP-A-98-46292 oder die JP-A-81-16653). Die Erhöhung des Cr-Gehalts im Sulfid kann jedoch zu einer starken Verminderung der maschinellen Bearbeitbarkeit und der Warmformbarkeit führen, und daher ist eine solche Legierung in vielen Fällen in ihrer Anwendung begrenzt.
Die JP 60155653 ermöglicht die Herstellung einer eisenbasierten Superlegierung mit ausgezeichneter Hochtemperaturbeständigkeit, Härte und Hochtemperaturduktilität durch Schmelzen eines Ni-Cr-Legierungsstahls in einer Vakuumatmosphäre, wodurch der Gehalt an Sauerstoff und Wasserstoff deutlich gesenkt wird und worin ein spezifisches Entschwefelungsmittel zur Verminderung des S-Gehalts zugegeben wird.
Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Automatenlegierung bereitzustellen, welche ausgezeichnet ist in der maschinellen Bearbeitbarkeit, die hervorragende Eigenschaften als Legierung zeigt, wie Korrosionsbeständigkeit, Warmformbarkeit und Kaltformbarkeit oder spezifische magnetische Eigenschaften, welche mit denen von konventionellen Legierungen vergleichbar sind.
Zusammenfassung der Erfindung
Um die obengenannte Aufgabe zu lösen, ist eine Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung durch eine Automatenlegierung nach Anspruch 1 gekennzeichnet. "(Ti, Zr)" bedeutet ein oder beide aus Ti und Zr.
Die maschinelle Bearbeitbarkeit einer Legierung kann durch Bilden der oben beschriebenen (Ti, Zr)-basierten Verbindung in einer Matrixmetallphase der Legierung verbessert werden. Darüber hinaus kann durch Bilden dieser Verbindung in der Legierung die Bildung von Verbindungen, wie MnS und (Mn,Cr)S, welche leicht die Korrosionsbeständigkeit und Warmformbarkeit der Legierung vermindern, verhindert oder diesem vorgebeugt werden, wodurch die Korrosionsbeständigkeit, Warmformbarkeit und Kaltformbarkeit auf einem ausreichend guten Niveau gehalten werden kann. Das bedeutet, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine Automatenlegierung realisiert werden kann, welche hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit ausgezeichnet ist, ohne dass nützliche Legierungseigenschaften, wie die Härte, Korrosionsbeständigkeit, Warmformbarkeit, Kaltformbarkeit und spezifische magnetische Eigenschaften, beeinträchtigt werden.
Darüber hinaus ist eine in der Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung gebildete (Ti, Zr)-basierte Verbindung in der Legierungsstruktur verteilt. Die maschinelle Bearbeitbarkeit einer Legierung kann weiter erhöht werden insbesondere durch Verteilen bzw. Dispergieren der Verbindung in einer Legierungsstruktur. Um diesen Effekt zu erhöhen liegt die Teilchengröße der (Ti, Zr)-basierten Verbindung, wie sie in der Struktur eines polierten Abschnitts der Legierung beobachtet wird, vorzugsweise beispielsweise ungefähr in dem Bereich von 0,1 bis 30 μm im Durchschnitt, und darüber hinaus liegt ein Flächenverhältnis der Verbindung in der Struktur vorzugsweise in dem Bereich von 1 bis 20%, worin die Teilchengröße durch den maximalen Abstand zwischen zwei parallelen Linien, welche ein zu betrachtendes Teilchen umgeben, definiert ist, wenn die parallelen Linien derartig gezeichnet sind, dass sie sich in einem Bereich einschließlich des zu betrachtenden Teilchens schneiden, während die Richtung der parallelen Linien geändert wird.
Die oben beschriebene (Ti, Zr)-basierte Legierung kann mindestens eine Verbindung einschließen, die gemäß der Zusammensetzungsformel (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂ (nachstehend ebenso als Carbosulfid/Selenid bezeichnet) ausgedrückt ist, worin ein oder mehrere von Ti und Zr in der Verbindung enthalten sein können und worin ein oder mehrere von S, Se und Te in der Verbindung enthalten sein können. Durch Ausbildung einer Verbindung in der Form der oben beschriebenen Zusammensetzungsformel kann nicht nur die maschinelle Bearbeitbarkeit einer Legierung verbessert werden, sondern ebenso die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden.
Es sollte verstanden werden, dass die Identifizierung einer (Ti, Zr)-basierten Verbindung in einer Legierung mittels Röntgenbeugung (beispielsweise einem Diffraktometer-Verfahren), einem Elektronen-Sonden-Mikroanalyse-Verfahren (electron probe microanalysis method, EPMA) und einer ähnlichen Technik erfolgen kann. Beispielsweise kann die Anwesenheit oder Abwesenheit der Verbindung (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂ dadurch bestätigt werden, ob ein der Verbindung entsprechender Peak in dem durch ein Röntgendiffraktometer gemessenen Beugungsmuster auftritt oder nicht. Darüber hinaus kann ein Bereich in der Legierungsstruktur, in dem die Verbindung gebildet wird, ebenso durch Vergleich zwischen zweidimensionalen Mapping-Ergebnissen von charakteristischen Röntgenintensitäten von Ti, Zr, S, Se und C, die durch eine auf einer Abschnittsstruktur der Legierung durchgeführten Oberflächenanalyse durch EPMA erhalten werden, angegeben werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die 1 stellt einen Graph dar, welcher ein Röntgenbeugungsmuster eines Referenz-Stahlprüflings der Nummer 5 im Experiment des Beispiels 1 (Referenz) zeigt;
2 stellt einen Graph dar, welcher ein Beispiel eines Schaeffler-Diagramms zeigt;
3 ist eine optische Mikroskopaufnahme des Referenz-Stahlprüflings der Nummer 5 in Beispiel 1 (Referenz);
4 ist ein Graph, welcher die Abhängigkeiten der Löslichkeitsprodukte von der Temperatur der Komponenten von TiO, TiN, Ti₄C₂S₂, TiC, TiS und CrS in γ-Fe zeigt;
5 ist eine optische Mikroskopaufnahme eines fünften Auswahlerfindungs-Stahl-Prüfkörpers der Nummer 30 in Beispiel 2;
6 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen einem Bereich der Parameter von X und Y und den Evaluierungsergebnissen der Heißverarbeitung in Beispiel 2 zeigt; und
7 ist ein Graph, welcher die Beziehung zwischen der Drillbohrerzeit (drill boring time) und Y in Massen-% einer Legierung in Beispiel 2 zeigt.
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
Die vorliegende Erfindung kann ganz konkret vorzugsweise bei einer als Edelstahl konstituierten Legierung angewendet werden. In diesem Fall enthält solch eine Legierung vorzugsweise ein oder mehrere aus Ti und Zr, sodass W_Ti + 0,52W_Zr die Formel in Anspruch 1 erfüllt, worin W_Ti und W_Zr den jeweiligen Gehalt in Massen-% von Ti und Zr angeben; und ein oder mehrere aus S und Te, um eine (Ti, Zr)-basierte Verbindung ohne jegliche Verschlechterung in den Edelstahleigenschaften zu bilden. Es wird auf Anspruch 1 Bezug genommen.
Ti und Zr sind unverzichtbare Elemente zur Ausbildung einer (Ti, Zr)-basierten Verbindung, welche in der Ausübung des Effekts der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit einer Automatenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung eine zentrale Rolle spielt. Der obige Effekt, welcher sich zeigt, wenn Ti und Zr in eine Legierung eingefügt werden, wird durch die Summe der Anzahl der Atome (oder die Summe der Anzahl der Molzahlen) ohne Rücksicht auf die Arten der Metalle Ti oder Zr bestimmt. Da das Verhältnis zwischen den Atomgewichten annähernd 1:0,52 beträgt, zeigt Ti mit einem kleineren Atomgewicht einen größeren Effekt bei einer geringeren Masse. Folglich stellt der Wert von W_Ti + 0,52W_Zr einen Zusammensetzungsparameter dar, welcher die Summe der Atomzahlen von in einer Legierung enthaltendem Zr und Ti reflektiert.
Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung vorzugsweise für (Fe, Ni)-basierte elektromagnetische Legierungen, (Fe, Ni)-basierte wärmebeständige Legierungen und (Fe, Ni)-basierte Legierungen, wie Invar-Legierung, Elinvar-Legierung und ähnliches, mit einem kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, einen kleinen ther mischen Koeffizienten eines elastischen Moduls bei Raumtemperatur, zur Verwendung in Präzisionsmaschinenteilen (nachstehend als eine fünfte Auswahlerfindung bezeichnet) eingesetzt werden. In Ni-basierten elektromagnetischen Legierungen wird eine Legierung, welche 20 bis 80 Massen-% Ni enthält, im Allgemeinen verwendet. Als Beispiele für die Legierung können genannt werden; beispielsweise Legierungen, welche Permalloy oder Perminver genannt werden. Eine wärmebeständige Ni-Legierung, welche 40 bis 80 Massen-% Ni enthält, wird weitreichend verwendet.
Die fünfte Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung, welche als (Fe, Ni)-basierte elektromagnetische Legierung, (Fe, Ni)-basierte wärmebeständige Legierung oder ähnliches ausgebildet ist, kann 20 bis 82 Massen-% Ni enthalten; wobei der Rest im Wesentlichen aus ein oder mehreren aus Fe und Cr besteht; desweiteren enthält sie:
ein oder mehrere aus Ti und Zr in dem Bereich, sodass die Beziehung von 0,05 ≤ X ≤ 3 erfüllt ist (nachstehend als die Bedingung der Formel (1) bezeichnet),
ein oder mehrere aus S, Se und Te in dem Bereich, sodass die Beziehung von 0,01 ≤ Y ≤ 0,5X erfüllt ist (nachstehend als die Bedingung der Formel (2) bezeichnet),
C in dem Bereich liegt, dass eine Beziehung von 0,2Y ≤ Wc ≤ 0,3 erfüllt ist (nachstehend als eine Bedingung der Formel (3) bezeichnet), worin bei Bezeichnung eines Ti-Gehalts als W_Ti in Massen-%, eines Zr-Gehalts durch W_Zr in Massen-%, eines C-Gehalts durch W_C in Massen-%, eines S-Gehalts durch W_S in Massen-%, eines Se-Gehalts durch W_Se und Te-Gehalts durch W_Te die folgenden Formeln (1) und (2) angegeben sind, um X und Y zu definieren: X (Massen-%) = WTi + 0,52WZr (nachstehend als Formel (1) bezeichnet) und Y (Massen-%) = WS + 0,41WSe + 0,25WTe (nachstehend als Formel (2) bezeichnet) sowie
weiterhin ein oder mehrere aus Si, Mn und Al in den jeweiligen Bereichen von 1 Massen-% für Si; 1 Massen-% für Mn; und 1 Massen-% für Al.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass in einer (Fe, Ni)-basierten Legierung zur Verwendung in einem elektromagnetischen Material und/oder wärmebeständigen Material (beispielsweise Ni- oder Fe-basierter wärmebeständiger Legierung vom Feststofflösung/Mischkristall verstärkenden Typ) eine (Ti, Zr)-basierte Verbindung (beispielsweise eine Verbindung in der Form von (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂)) gebildet wird und dadurch die maschinelle Bearbeitbarkeit der Legierung verbessert wird. Darüber hinaus wurde gefunden, dass während einige der unverzichtbaren Elemente, die die (Ti, Zr)-basierte Verbindung ausmachen, einen schädlichen Einfluss, wie eine Verschlechterung der Leistungsfähigkeit des elektromagnetischen Materials und/oder des wärmebeständigen Materials, auf die Legierung ausüben, solch ein schädlicher Einfluss verhindert werden kann, wenn eine vorgeschriebene Bedingung hinsichtlich der Gehalte der unverzichtbaren Elemente der (Ti, Zr)-basierten Verbindung erfüllt wird, wodurch die maschinelle Bearbeitbarkeit verbessert wird, während eine ausgezeichnete Leistungsfähigkeit als elektromagnetisches Material und/oder als wärmebeständiges Material beibehalten wird.
Das bedeutet, dass eine Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung mit der folgenden Zusammensetzung ausgezeichnet ist hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit und Warmformbarkeit ohne eine Verschlechterung der ausgezeichneten Leistung als elektromagnetisches Material und/oder wärmebeständiges Material, wobei die Zusammensetzung lautet:
ein oder mehrere aus Ti und Zr liegen in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,05 ≤ X ≤ 3 erfüllt (nachstehend als die Bedingung der Formel (1) bezeichnet),
ein oder mehrere aus S, Se und Te liegen in dem Bereich, welcher die Bedingung 0,01 ≤ Y ≤ 0,5X erfüllt (nachstehend als die Bedingung der Formel (2) bezeichnet),
C liegt in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,2Y ≤ Wc ≤ 0,3 erfüllt (nachstehend als die Bedingung der Formel (3) bezeichnet), worin ein Ti-Gehalt durch W_Ti in Massen-% angegeben ist, ein Zr-Gehalt durch W_Zr in Massen-% angegeben ist, ein C-Gehalt durch W_C in Massen-% angegeben ist, ein S-Gehalt durch W_S in Massen-% angegeben ist, ein Se-Gehalt durch W_Se in Massen-% angegeben ist und ein Te-Gehalt durch W_Te angegeben ist, wobei die folgenden Formeln (1) und (2) angegeben sind, um X und Y zu definieren: X (Massen-%) = WTi + 0,52WZr (nachstehend als Formel (1) bezeichnet) und Y (Massen-%) = WS + 0,41WSe + 0,25WTe (nachstehend als Formel (2) bezeichnet).
Nachstehend wird der Grund beschrieben, warum die Elemente, deren Gehalte und die Bedingungen der Formeln ausgewählt und bestimmt werden:
(1) 20 bis 82 Massen-% Ni
Eine Automatenlegierung der fünften Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung umfasst eine (Fe, Ni)-basierte elektromagnetische Legierung und (Fe, Ni)-basierte wärmebeständige Legierung. Dementsprechend ist Ni ein unverzichtbares Element der Automatenlegierung der fünften Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung. Darüber hinaus werden (Fe, Ni)-basierte elektromagnetische Legierungen und (Fe, Ni)-basierte wärmebeständige Legierungen weit verbreitet mit einem Gehalt in dem Bereich von 20 bis 82 Massen-% Ni eingesetzt und, da die Legierungen einschließlich Ni mit einem Gehalt in diesem Bereich hinsichtlich der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit besonders gefordert werden, wird der Ni-Gehalt auf diesen Bereich beschränkt.
(2) Ein oder mehrere aus Ti und Zr in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,05 ≤ X ≤ 3 (nachstehend als die Bedingung der Formel (1) bezeichnet) erfüllt
Wenn Ti und Zr in dem oben angegebenen Bereich zusammen mit C, S, Se und Te zugegeben werden, werden (Ti, Zr)-basierte Verbindungen, beispielsweise hauptsächlich (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂ und/oder eine geringe Menge an (Ti,Zr)(S,Se,Te), gebildet, und daher sind Ti und Zr nützlich zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit. Da darüber hinaus die Bildung von (Mn,Cr,Ni)S, insbesondere NiS, unterdrückt wird, sind Ti und Zr ebenso nützlich zur Verhinderung des Brechens beim Warmformen. Folglich kann die Automatenlegierung der fünften Auswahlerfindung ausgezeichnete Eigenschaften als (Fe, Ni)-basierte elektromagnetische Legierung oder (Fe, Ni)-basierte wärmebeständige Legierung, wie einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, eine Elastizitätskonstante, magnetische Eigenschaften oder Hochtemperaturfestigkeit, beibehalten. Während Ti und Zr in dem Bereich von 0,05 Massen-% oder höher in X eines Zusammensetzungsparameter enthalten sein müssen, um eine Wirkung hinsichtlich der Verbesserung der Bearbeitbarkeit zu erzielen, ist X oberhalb von 3 Massen-% nicht bevorzugt, da im Falle von X oberhalb von 3 Massen-% ein spezifisches Veredelungsverfahren erforderlich ist, was mit einer verschlechterten Produktivität einhergeht. Dementsprechend wird der Bereich des Parameters X vorzugsweise in dem Bereich von 0,05 bis 3 Massen-% und besonders bevorzugt in dem Bereich von 0,1 bis 0,5 Massen-% eingestellt. Darüber hinaus können entweder eines von Ti und Zr oder beide Ti und Zr eingeschlossen sein, wenn Ti und Zr in dem Bereich enthalten sind, welcher die Bedingung der Formel (1) erfüllt.
(3) Ein oder mehrere von S, Se und Te erfüllen hinsichtlich ihrer Gehalte eine Beziehung von 0,01 ≤ Y ≤ 0,5X (nachstehend als die Bedingung der Formel (2) bezeichnet)
S, Se und Se sind unverzichtbare Elemente zur Bildung der oben beschriebenen (Ti, Zr)-basierten Verbindung. Daher sind die Elemente unverzichtbare Komponenten für die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit und müssen in dem Bereich von 0,01 Massen-% oder mehr im Bezug auf den Parameter Y enthalten sein. Wenn die Elemente im Überschuss zugesetzt werden, wird eine für die Verbesserung der ma schinellen Bearbeitbarkeit nicht nützliche Verbindung gebildet. In dem Fall kann die Leistung der Legierung verschlechtert sein. Wenn die Parameter X und Y derartig miteinander in Beziehung stehen, dass sie die oben beschriebene Bedingung der Formel (2) erfüllen, d.h. wenn der Parameter Y, welcher der Gesamtzahl von S-, Se- und Te-Atomen entspricht, die Hälfte des Parameters X, welcher der Gesamtzahl der Ti- und Zr-Atome entspricht, darstellt, liegt daher eine zusätzliche Menge von ein oder mehreren aus S, Se und Te nicht im Überschuss vor, sondern fällt in den angemessenen Mengenbereich. Daher kann die Bildung einer für die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nicht nützlichen Verbindung unterdrückt werden und der Verschlechterung der Leistung der Legierung kann vorgebeugt werden bzw. diese kann verhindert werden. Solange S, Se und Te in den die Bedingung der Formel (2) erfüllenden Bereichen enthalten sind kann/können entweder nur eines von diesen oder zwei oder mehr von diesen in die Legierung eingeschlossen werden.
(4) Der C-Gehalt erfüllt die Beziehung 0,2Y ≤ W_C ≤ 0,3 (nachstehend als die Bedingung der Formel (3) bezeichnet)
C bildet die (Ti, Zr)-basierte Verbindung in Koexistenz mit Ti und Zr sowie S, Se und Te und stellt ein unverzichtbares Element zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit dar. Darüber hinaus wirkt C nützlich bei der Vorbeugung des Auftretens von Brüchen bei der Warmformbarkeit. Insbesondere ist die Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit durch C wirksamer, da C die Bildung von (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂, welches stabiler ist als (Ti,Zr)(S,Se,Te), beschleunigt. Es ist notwendig, dass C derartig vorhanden ist, sodass die Bedingung der Formel (3) erfüllt ist, um die Wirkungen zu erzielen. Das bedeutet, dass C im Bereich von mindestens mehr als 0,2-mal dem Parameter Y (ein Parameter, welcher die Gesamtzahl von S-, Se- und Te-Atomen widerspiegelt) vorhanden sein muss. Wenn der C-Gehalt W_C < Y/5 beträgt, ist der C-Gehalt außerordentlich gering, weshalb die Wirkung der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit nicht erzielt werden kann. Auf der anderen Seite ist eine Überschusszugabe von C nicht bevorzugt, da solch ein C-Gehalt eine Verschlechterung hinsichtlich der Leistung von Ni-basierten elektromagnetischen Legierungen sowie von Ni-basierten wärmebeständigen Legierungen bedingt. Dementsprechend ist der C-Gehalt W_C vorzugsweise auf 0,3 Massen-% oder weniger begrenzt. Wenn der C-Gehalt 0,3 Massen-% überschreitet, wird der Leistungsverlust von Ni-basierten Legierungen groß. Der C-Gehalt ist vorzugsweise in dem Bereich von Y/4 bis 0,2 Massen-% und besonders bevorzugt in dem Bereich von Y/4 bis Y/2 Massen-% eingestellt.
Die fünfte Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung, welche als (Fe, Ni)-basierte Legierung ausgebildet ist, enthält ein oder mehrere aus Si, Mn und Al in den jeweiligen Bereichen von 1 Massen-% oder weniger für Si; 1 Massen-% oder weniger für Mn; und 1 Massen-% oder weniger für Al. Nachstehend wird der Grund beschrieben, warum diese Elemente und deren Gehalte ausgewählt werden:
(5) 1 Massen-% oder weniger Si
Si ist ein als Deoxidationsmittel nützliches Element und zusätzlich zum Einstellen der Härte und des elektrischen Widerstands und wird entsprechend gemäß den Erfordernissen zugesetzt. Jedoch ist die Härte nach der Wärmebehandlung für die Feststofflösung/den Mischkristall außerordentlich hoch, wenn die zusätzliche Menge an Si im Überschuss vorliegt, was nachteilhafterweise eine schlechte Bearbeitbarkeit mit sich bringt. Die Eigenschaften, wie die thermische Ausdehnung, die Elastizitätskonstante, die magnetischen Eigenschaften, die Wärmebeständigkeit (Hochtemperaturfestigkeit) und ähnliches, sind in einigen Fällen verschlechtert. Dementsprechend ist der Si-Gehalt auf 1 Massen-% als obere Grenze beschränkt und, wenn die Kaltverarbeitung als ein wichtiges Erfordernis angesehen wird, ist der Si-Gehalt vorzugsweise auf 0,5 Massen-% oder weniger eingestellt.
(6) 1 Massen-% oder weniger Mn
Mn ist ein als Deoxidationsmittel nützliches Element, und Mn wird darüber hinaus zu der Legierung gemäß den Erfordernissen zugesetzt, insbesondere wenn die Bearbeitung als wichtig erachtet wird, da Mn eine in der Bearbeitung in Koexistenz mit S und Se ausgezeichnete Verbindung bildet. Der Mn-Gehalt ist bevorzugt auf 0,1 Massen-% oder mehr eingestellt, um einen deutlicheren Effekt zu erzielen. Auf der anderen Seite sind die Korrosionsbeständigkeit und Kaltverarbeitung verschlechtert, und gelegentlich kommt es zu einer Verschlechterung der Eigenschaften, wie der thermischen Ausdehnung, der Elastizitätskonstante, der magnetischen Eigenschaften, der Wärmebeständigkeit (Hochtemperaturfestigkeit) und ähnlichem, wenn es im Überschuss zugesetzt wird. Dementsprechend ist der Mn-Gehalt vorzugsweise auf 1 Massen-% oder weniger und besonders bevorzugt auf 0,5 Massen-% oder weniger beschränkt.
(7) 1 Massen-% oder weniger Al
Al ist ein als Deoxidationsmittel nützliches Element und wird zu der Legierung notwendigerweise zugesetzt, da Al für die Einstellung der Härte und des elektrischen Widerstands wirksam ist. Jedoch tritt gelegentlich eine Verschlechterung der Eigenschaften, wie der thermischen Ausdehnung, der Elastizitätskonstante, der magnetischen Eigenschaften, der Wärmebeständigkeit (Hochtemperaturfestigkeit) und ähnlichem auf, wenn es in Überschuss eingesetzt wird. Dementsprechend ist der Al-Gehalt auf 1 Massen-% oder weniger begrenzt.
Darüber hinaus kann die oben beschriebene Automatenlegierung, welche als Basis eine (Fe, Ni)-basierte Legierung einsetzt, Mo oder Cu in den Bereichen von 7 Massen-% oder weniger für Mo; und 7 Massen-% oder weniger für Cu enthalten. Nachstehend wird der Grund angegeben, warum die Elemente und deren Gehalte entsprechend ausgewählt sind:
(8) 7 Massen-% oder weniger Mo
Mo ist ein zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und Festigkeit nützliches Element. Wenn die Effekte deutlich erwünscht sind, wird Mo vorzugsweise in dem Bereich von 0,2 Massen-% oder mehr eingeschlossen. Auf der anderen Seite, wenn es im Überschuss eingesetzt wird, wird nicht nur die Warmformbarkeit verschlechtert, sondern es kommt ebenso zu einem Kostenanstieg. Darüber hinaus tritt gelegentlich eine Verschlechterung der Eigenschaften, wie der thermischen Ausdehnung, der Elastizitätskonstante, der magnetischen Eigenschaften, der Wärmebeständigkeit (Hochtemperaturfestigkeit) und ähnliches, auf. Dementsprechend ist der Mo-Gehalt vorzugsweise auf 1 Massen-% oder weniger und besonders bevorzugt auf 0,7 Massen-% oder weniger beschränkt.
(9) 7 Massen-% oder weniger Cu
Cu ist nicht nur zur Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in der Umgebung einer reduzierenden Säure, nützlich, sondern ebenso in der Verbesserung der Formbarkeiten, der Verminderung der Härtbarkeit des Erzeugnisses wirksam. Darüber hinaus kann Cu der Legierung gemäß den Erfordernissen zugesetzt werden, da eine antibakterielle Eigenschaft ebenso durch die Wärmebehandlung oder eine ähnliche Verarbeitung verbessert werden kann. Da jedoch bei überschüssigem Einsatz die Warmformbarkeit abnimmt, wird der Cu-Gehalt vorzugsweise auf 7 Massen-% oder weniger eingestellt. Insbesondere wenn die Warmformbarkeit als wichtig erachtet wird, wird der Cu-Gehalt vorzugsweise auf 4 Massen-% oder weniger gedrückt.
Darüber hinaus kann eine Automatenlegierung gemäß der vorliegenden Erfindung 12 Massen-% oder weniger Cr und darüber hinaus 18 Massen-% oder weniger Co enthalten. Beispielsweise in einer 30–40 Ni-Fe-Legierung wirkt Magnetostriktion derartig, dass das Volumen reduziert wird zusammen mit einer Reduktion in der spontanen Magnetisierung, welche die thermische Expansion im herkömmlichen Sinne aufhebt. Insbesondere 36 Atom-% Ni-Fe-Legierung wird im Allgemeinen als Invar-Legierung bezeichnet, und der thermische Ausdehnungskoeffizient in der Nähe von Umgebungstemperatur ist äußerst gering, was zum Auffinden einer praktisch wichtigen Anwendung der Legierung führt. Die Legierung wird in vielen Fällen in Präzisionsmaschinenmaterial, wie für eine Feder eines Messinstruments, verwendet. Durch Zugabe von Cr oder Co zu solch einer Legierung ist es möglich, den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und die Elastizitätskonstante wirksam zu steuern bzw. zu regulieren. Auf diese Weise kann die gewünschte Leistung, welche für die vorgesehene Anwendung erforderlich ist, erzielt werden. Während Cr zur Steuerung der Elastizitätskonstante wirksamer ist und Co zur Steuerung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten wirksamer ist, sind die Elemente keinesfalls zur Verwendung in diesen Steuerungen begrenzt. Wenn Cr oder Co im Überschuss der jeweiligen oben angegebenen Bereiche zugesetzt werden, kommt es zu wenig wünschenswerten großen Änderungen in den Zusammensetzungsbedingungen der Elemente Ti, Zr, S, Se, Te und C in Verbindung mit der Bildung von (Ti,Zr)₄(S,Se,Te)₂C₂. Dementsprechend werden die Cr- und Co-Gehalte auf jeweils 12 Massen-% oder weniger und 18 Massen-% oder weniger eingestellt.
Materialien, auf die die vorliegende Erfindung angewendet werden kann, sind auf konkrete Weise beispielhaft genannt in Form von Handelsnamen, unter anderem Permalloy, welches allgemein als Hochpermeabilitätsmaterial verwendet wird, Perminvar, welches als isopermeables magnetisches Material verwendet wird, und funktionelle Materialien, wie Legierungen, die ausgezeichnet hinsichtlich der Invar-Eigenschaften sind, dargestellt durch Invar, und zusätzlich wärmebeständige Materialien vom Feststofflösungs- bzw. mischkristallverstärkenden Typ. Es sollte verstanden werden, dass in dem Fall von Edelstahl eine Legierungszusammensetzung eine Zusammensetzung bedeutet, worin ein Teil von Fe und Ni als Hauptkomponenten durch die Elemente Ti, Cr, S, Se und C und ähnliche, welche zur Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit wirksam sind, in den in der vorliegenden Erfindung definierten Zusammensetzungsbereichen ersetzt sind. Während Handelsnamen eingesetzt werden, bedeuten dementsprechend Legierungen gemäß den Handelsnamen Legierungen, welche für die vorliegende Erfindung spezifisch sind und aus den Legierungen der Zusammensetzungen unter den Produktspezifikationen nur als Grundlage aufgebaut sind (es sollte verzeichnet werden, dass die Legierungszusammensetzungen, die den Produkten unter spezifischen Handelsnamen inhärent sind, in der Literatur beschrieben sind (überarbeitete 3. Version Kinzoku (Metal) Data Book, veröffentlicht von Maruzen, Seite 223); daher wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen):

(1) Hochpermeabilitätsmaterialien, einschließlich 78-Permalloy, 45-Permalloy, Hipernik, Monimax, Sinimax, Radiometal, 1040 Alloy, Mumetal, Cr-Permalloy, Mo-Permalloy, Supermalloy, Hardperm, 36-Permalloy und Deltamax;
(2) Isopermeabilitätslegierung, einschließlich 25-45 Perminvar, 7-70 Perminvar, 7-25-45 Perminvar, Isoperm und Senperm;
(3) Invar-Legierung, einschließlich Invar, Superinvar, Stainlessinvar, Nobinite-Legierung und LEX-Legierung;
(4) Elinvar-Legierung, einschließlich Elinvar, EL-1, EL-3, Iso-elastic, Metelinvar, Elinvar Extra, Ni-Span C-902, Y Nic, Vibralloy, Nivarox CT, Durinval I, Co-Elinvar und Elcoloy IV;
(5) Fe-basierte superwärmebeständige Legierung, einschließlich Haynes 556, Incoloy 802, S-590, 16-25-6 und 20-CB3; und
(6) Ni-basierte wärmebeständige Legierung, einschließlich Hastelloy-C22, Hastelloy-C276, Hastelloy-G30, Hasteolloy X, Inconel 600 und KSN.

Beispiele
Die folgenden Experimente wurden durchgeführt, um die Effekte der vorliegenden Erfindung zu bestätigen. Es sollte verstanden werden, dass in der folgenden Beschreibung die Testlegierung, welche sich auf die vorliegende Erfindung bezieht, als erfindungsgemäßer Stahl oder erfindungsgemäße Legierung oder als Auswahlerfindungsstahl oder Auswahlerfindungslegierung bezeichnet ist.
Beispiel 1: Ferrit-haltiger Edelstahl (lediglich Referenz)
Die Effekte einer Automatenlegierung, welche als Ferrit-haltiger Edelstahl ausgebildet ist (ein Referenzstahl), wurden durch das folgende Experiment bestätigt. Zuerst wurden 50 kg Stahlblöcke mit entsprechenden Zusammensetzungen in Massen-%, wie sie in Tabelle 1 gezeigt sind, in einem Hochfrequenzinduktionsofen geschmolzen, und aus den geschmolzenen Blöcken hergestellte Barren wurden von bei einer Temperatur in dem Bereich von 1050 bis 1100°C erwärmt, und die Barren wurden in heißem Zustand zu Stäben mit kreisförmigem Querschnitt von 20 mm Durchmesser geformt. Die Stäbe wurden weiter bei 800°C 1 Stunde lang erwärmt, gefolgt von Luftkühlung (Ausglühen bzw. Härten) als eine Quelle für Teststücke.
Tabelle 1
Während die Haupteinschlüsse eines Referenzstahls (Ti,Zr)₄(S,Se)₂C₂ waren, wurden andere Einschlüsse, wie (Ti,Zr)S und (Ti,Zr)S₃, in der Matrix lokal beobachtet. Darüber hinaus wurde in dem Prüfling der Nummer 7 mit einem hohen Mn-Gehalt (Mn, Cr)S beobachtet, wenn auch nur in Spurenmengen. Ein Identifikationsverfahren für die Einschlüsse wurde auf die folgende Art und Weise durchgeführt: Ein Teststück in angemessener Menge wurde aus jedem der Stäbe gewonnen. Ein Metallmatrixteil des Teststücks wurde durch Elektrolyse unter Verwendung einer Methanollösung einschließlich Tetramethylammoniumchlorid und Acetalaceton bei 10% als elektrolytische Lösung gelöst. Die elektrolytische Lösung wurde nach der Elektrolyse einer Filtration unterzogen, und nicht in dem Stahl gelöste Verbindungen wurden aus dem Filtrat extrahiert. Der Extrakt wurde getrocknet und einer chemischen Analyse durch ein Röntgenbeugungsverfahren mit einem Diffraktometer unterzogen. Eine Verbindung wurde auf der Basis der Peaks des Beugungscharts bzw. Beugungsmusters identifiziert. Eine Zusammensetzung eines Verbindungsteilchens in der Stahlstruktur wurde getrennt durch EPMA analysiert, und eine Verbindung mit einer Zusammensetzung entsprechend einer durch Röntgenbeugung beobachteten Verbindung wurde auf der Basis der Bildung von zweidimensionalen Mappingergebnissen bestätigt. Die 1 zeigt ein Röntgenbeugungsmuster eines Referenzstahls der Nummer 5 mittels eines Diffraktometers, und die 3 ist eine optische Mikroskopaufnahme eines Referenzstahlprüflings der Nummer 5. Darüber hinaus sind die Prüflinge der Nummern 1 bis 14 in Tabelle 1 Stahlarten, welche dem Referenzstahl entsprechen, und die Prüflinge der Nummern 15 bis 28 sind Stahlarten von Vergleichsbeispielen.
Die folgenden Experimente wurden bei den oben beschriebenen Teststücken durchgeführt:
1) Warmformbarkeitstest
Die Beurteilung der Warmformbarkeit wurde auf der Basis der optischen Betrachtung durchgeführt, je nach dem ob Defekte, wie Brüche, beim Warmformen auftreten oder nicht. [O] gibt an, dass im Wesentlichen kein Defekt beim Warmformen auftritt, [x] gibt an, dass Brüche im großen Maßstab beim Warmformen beobachtet wurden, und [Δ] gibt an, dass kleine Brüche beim Warmformen auftraten.
2) Beurteilung der maschinellen Bearbeitbarkeit
Die Beurteilung der maschinellen Bearbeitbarkeit wurde kollektiv durchgeführt auf der Basis des Schnittwiderstands bei der maschinellen Bearbeitung, der fertigen Oberflächenrauhigkeit und der Chipformen. Ein Schneidewerkzeug, welches aus Cermet hergestellt ist, wurde zur Durchführung der maschinellen Bearbeitung unter trocknen Bedingungen bei einer Umdrehungsgeschwindigkeit von 150 m/Min, einer Schneidetiefe pro Umdrehung von 0,1 mm und einer Zugaberate pro Umdrehung von 0,05 mm verwendet. Der Schnittwiderstand in N als Einheit wurde durch Messung der bei der maschinellen Bearbeitung gebildeten Schnittkraft bestimmt. Die fertige Oberflächenrauhigkeit wurde durch ein in der JIS B 0601 angegebenen Messverfahren gemessen, und der Wert daraus war die Rauhigkeit (in μm Ra) auf der Teststückoberfläche nach der maschinellen Bearbeitung als arithmetisches Mittel. Darüber hinaus wurden die Chipformen optisch betrachtet und, wenn die Zerreibbarkeit bzw. Friabilität gut war, ist das Ergebnis als [G] angegeben, und, wenn die Zerreibbarkeit bzw. Friabilität schlecht war und sämtliche Chips nicht getrennt sondern teilweise verbunden waren, sind die Ergebnisse als [B] angegeben. Wenn die Beurteilung der Chipformen zwischen [G] und [B] lag, ist das Ergebnis als [I] angegeben.
3) Beurteilung der Abgasbeständigkeit
Die Beurteilung der Abgasbeständigkeit wurde durch Bestimmung der Menge an freigesetztem S durchgeführt. Ganz konkret hatten die verwendeten Teststücke eine Form eines rechteckigen Prismas von 15 mm Länge, 25 mm Breite und 3 mm Dicke, und die Gesamtoberfläche wurde jeweils mit Schmirgelpapier der Nummer 400 poliert. Ein Teststück wurde in ein verschlossenes Gefäß mit einem Innenvolumen von 250 cm³ zusammen mit einer Silberfolie mit einer Größe von 10 mm in der Länge, 5 mm in der Breite und 0,1 mm in der Dicke und 0,5 cm³ reinem Wasser gegeben, und die Temperatur in dem Gefäß wurde 20 Stunden lang bei 85°C gehalten. Der S-Ge halt W_S0 in der Silberfolie nach dem Verfahren wurde für das Teststück durch ein Infrarotabsorptionsanalyseverfahren vom Verbrennungstyp gemessen.
4) Kaltformbarkeitstest
Die Beurteilung der Kaltformbarkeit wurde durch Messung der Grenzstauchung bzw. Grenzdruckverformung in einem Stauchungs- bzw. Drucktest der Prüflinge der Nummern 1 bis 5 und 13 durchgeführt. Die Teststücke für die Stauchung besaßen jeweils die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 15 mm und einer Höhe von 22,5 mm, wobei ein jedes Stück durch eine 600 Tonnen Ölhydraulikpresse gestaucht wurde, um die Grenzstauchung zu erhalten, worin die Grenzstauchung definiert ist als ln(H0/H) oder den natürlichen Logarithmus von H0/H, wobei H0 die Anfangshöhe des Teststückes darstellt und H die Grenzhöhe ist, welche die maximale Höhe darstellt, bei der kein Brechen auftrat. Die Referenzlegierungen der Prüflinge der Nummern 1 bis 5 besaßen bestätigtermaßen hohe Grenzstauchungsverhältnisse, welche fast gleich waren mit dem Vergleichstahlprüfling der Nummer 15 und ungefähr 20% höher als der Vergleichsstahlprüfling der Nummer 16. Ferner wiesen sie ebenso eine gute Kaltformbarkeit auf.
5) Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit
Die Beurteilung der Korrosionsbeständigkeit wurde durch einen Salzsprühtest durchgeführt. Die Teststücke wurden jeweils derartig präpariert, dass sie die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 10 mm und einer Höhe von 50 mm aufwiesen. Die gesamte Oberfläche eines jeden Teststücks wurde mit Schmirgelpapier der Nummer 400 poliert und gereinigt. Ein Teststück wurde einer Nebelatmosphäre mit 5 Massen-%iger wässriger NaCl-Lösung 96 Stunden lang bei 35°C ausgesetzt. Die endgültige Beurteilung erfolgte visuell mit dem bloßen Auge. Als Ergebnis wurde bestätigt, dass der erfindungsgemäße Stahl der vorliegenden Erfindung eine gute Korrosionsbeständigkeit behielt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
Tabelle 2
Es wurde gemäß Tabelle 2 gefunden, dass der Referenzstahl hinsichtlich der Warmformbarkeit, Kaltformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit mit herkömmlichem Ferrit-haltigem Edelstahl vergleichbar ist und darüber hinaus hinsichtlich der maschinellen Bearbeitbarkeit besser ist als herkömmlicher Ferrit-haltiger Edelstahl. Darüber hinaus wurde gemäß Tabelle 2 gefunden, dass beim Vergleich mit den Ver gleichsstahlprüflingen der Nummern 16 und 18 der Referenzstahl hinsichtlich W_S0 kleiner ist und in der Abgasbeständigkeit besser ist. Der Grund, warum die Stahlarten der Vergleichslegierungsprüflinge der Nummern 16 und 18 jeweils einen hohen W_S0 aufwiesen, scheint darin zu liegen, dass ein Carbosulfid schwer gebildet wird, da die Stahlarten weder Ti noch Zr aufweisen, wohingegen ein S-Anteil in der Matrix außerordentlich hoch ist. In dem Vergleichslegierungsprüfling der Nummer 18 ist die Warmformbarkeit schlecht, und daher wurde die Evaluierung der maschinellen Bearbeitbarkeit nicht durchgeführt.
Beispiel 2: (Fe, Ni)-basierte Legierung
Eine Automatenlegierung der vorliegenden Erfindung, welche als Ni-basierte Legierung ausgebildet ist und als (Fe, Ni)-basiertes elektromagnetisches Material und (Fe, Ni)-basiertes wärmebeständiges Material (die fünfte Auswahlerfindung) verwendet wird, wurde auf die folgende Art und Weise zur Anwendung in den Tests hergestellt: Zuerst wurden die Testlegierungen der verschiedenen Zusammensetzungen in Massen-%, wie sie in den Tabellen 3, 4 und 5 gezeigt sind, die 7 kg-Blöcke darstellten, in einem Hochfrequenzofen in einem Ar-Strom geschmolzen, wodurch sie in Barren mit 80 mm Durchmesser geformt wurden. Anschließend wurden die Barren in einer Heißform bei einer Temperatur in dem Bereich von 950 bis 1100°C zu Stäben mit einem kreisförmigen Querschnitt und einem Durchmesser von 24 mm verarbeitet. Anschließend wurden die Stäbe zu einem Durchmesser von 23 mm bearbeitet, gefolgt von Kaltwalzen zu einem Durchmesser von 22 mm, wodurch die Testlegierungen erhalten wurden.
Darüber hinaus erfolgte die Identifikation der Einschlüsse in der Struktur mittels eines Verfahrens ähnlich wie in Beispiel 1 (Referenz). Während der Haupteinschluss in dem erfindungsgemäßen Stahl der vorliegenden Erfindung (Ti,Zr)₄(S,Se)C₂ war, wurden Einschlüsse, wie (Ti,Zr)S und (Ti,Zr)S₃, lokal beobachtet. In jedem der Prüflinge der Nummern 2, 14, 19, 29, 36, 39, 49 und 55, die alle einen hohen Mn-Gehalt aufwiesen, wurde eine Spur an (Mn,Cr)S beobachtet. Eine optische Mikroskopaufnahme des Prüflings der Nummer 30 einer Legierung der dritten Auswahlerfindung ist in 5 gezeigt.
Tabelle 3
Tabelle 4
Tabelle 5
Folglich wurden die erhaltenen Ni-basierten Legierungen der Zusammensetzungen nicht nur hinsichtlich der Warmformbarkeit und maschinellen Bearbeitbarkeit evaluiert, sondern ebenso hinsichtlich der für eine Ni-Legierung erforderlichen Eigenschaften, wie der magnetischen Eigenschaften, dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten und der Elastizitätskonstante.
Die Bestimmungsmethoden für die jeweiligen Eigenschaften lauten wie folgt:
1) Warmformbarkeitstest
Die Beurteilung der Warmformbarkeit wurde auf der Basis der optischen Betrachtung durchgeführt, je nachdem ob Defekte, wie Brüche, beim Warmformen auftreten oder nicht. [O] gibt an, dass im Wesentlichen kein Defekt beim Warmformen auftritt, [x] gibt an, dass Brüche im großen Maßstab beim Warmformen beobachtet wurden, und [Δ] gibt an, dass derartig kleine Brüche während des Warmformens auftraten, dass sie durch Schleifen entfernt werden konnten. Die Beziehung zwischen den Bereichen der Parameter von X und Y ist durch die Formeln (1) und (2) definiert, und die Evaluierungsergebnisse der Warmformbarkeit ist in 6 gezeigt.
2) Maschinelle Bearbeitbarkeit
Die maschinelle Bearbeitbarkeit wurde wie folgt bestimmt: ein SKH-51-Bohrer mit einem Durchmesser von 5 mm wurde bei einem Stahlteststück zur Bearbeitung bei einer Anzahl von Umdrehungen von 915 U/Min. unter einer Last von 415 N auf einer Schnittkante davon verwendet, und die Zeit in Sekunden, welche zum Bohren eines Lochs von 10 mm Tiefe in dem Stahl benötigt wurde, wurde gemessen. Die maschinelle Bearbeitbarkeit wurde durch die Zeitdauer bestimmt. Die Beziehung zwischen dem Parameter Y in Massen-% und der Bohrzeit ist in 7 angegeben.
3) Magnetische Eigenschaften
Die Teststücke wurden jeweils in der Form eines Rings mit einem Außendurchmesser von 10 mm, einem Innendurchmesser von 4,5 mm und einer Dicke von 5 mm zur Messung der magnetischen Eigenschaften hergestellt. Ein Teststück wurde einem magnetischen Härten bei 1000°C unterzogen, und anschließend wurden die Gleichspannungsmagneteigenschaften, einschließlich der Flussdichte, der maximalen Mag netpermeabilität und der Gleichstromkoerzitivkraft, mittels eines B-H-Loop Tracers (Schleifenablaufverfolgers), die Flussdichte B1 (T) bei einem magnetischen Feld von 1 Oe, die Flussdichte B5 (T) bei einem magnetischen Feld von 5 Oe und die Flussdichte B10 (T) bei einem magnetischen Feld von 10 Oe, die maximale magnetische Permeabilität (μm) und die Gleichstromkoerzitivkraft Hc (A/cm) gemessen.
4) Die Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten und des Temperaturkoeffizienten des Young-Moduls
Die Bestimmung des thermischen Ausdehnungskoeffizienten wurde bei den Testlegierungsstücken durchgeführt, welche jeweils in der Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 50 mm vorlagen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient wurde bei Temperaturen im Bereich von 0 bis 80°C gemessen, nachdem die Stücke bei 830°C geglüht bzw. gehärtet wurden. Zur Messung des Temperaturkoeffizienten des Young-Moduls (Elastizitätsmoduls) wurden die Testlegierungsstücke jeweils in die Form eines Zylinders mit einem Durchmesser von 5 mm und einer Höhe von 80 mm gebracht. Anschließend wurden sie in einer Lösungsbehandlung bei 1000°C, gefolgt von schnellem Abkühlen bearbeitet. Nach dem schnellen Abkühlen wurde ein Legierungszylinder als Intermediat einer Alterungswärmebehandlung bei Temperaturen von 580 bis 590°C zur Bildung eines fertigen Testlegierungsstücks unterzogen. Der Young-Modul (Elastizitätsmodul) wurde bei den Testlegierungsstücken bei Temperaturen im Bereich von 20 bis 100°C unter Verwendung eines freien Resonanzelastizitätsmodul-Testapparats gemessen. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 6 und 7 angegeben.
Tabelle 6
Tabelle 7
Die Daten der Bestimmung der Warmformbarkeit sind durch Auftragen der Markierungen O, Δ und x angegeben. Die Gerade 1 ist eine Grenzlinie (Y = 0,5X) der Bedingung der Formel (2), und die Gerade 2 ist eine Grenzlinie (0,2Y = W_C) der Bedingung der Formel (3). Im Stand der Technik wurde angenommen, dass bei Anwesenheit einer großen Menge an Ni die Warmformbarkeit stark verschlechtert ist, wenn S als Automatenelement zugesetzt ist. Jedoch zeigt sich beim Vergleich der Prüflinge der Nummern 1 bis 20 der Legierungen der fünften Auswahlerfindung der Zusammensetzungen, wie sie in den Tabellen 3, 4 und 5 gezeigt sind, mit den Prüflingen der Nummern 71 bis 75 der Referenz-Legierungen und den Prüflingen der Nummern 66 bis 70 der Vergleichslegierung, dass die Legierung der fünften Auswahlerfindung eine Warmformbarkeit aufweist, die besser ist als die der Vergleichslegierungen und der Referenzlegierungen, unabhängig der Höhe der Gehalte der zusätzlichen Elemente Si, Mn, Al und Mo, die jeweils im Bereich von 1% oder weniger vorliegen. Als Grund dafür wird angenommen, dass unter solchen Bedingungen die Bildung von (Mn,Cr,Ni)S, die eine Ursache für das Brechen während der Warmverarbeitung darstellt, gesteuert wird, da ein Prozentsatz der Einschlüsse von Carbosulfid auf der Basis von (Ti,Zr)₄C₂(S,Se,Te)₂, das unter den Sulfid-basierten Einschlüssen besonders stabil ist, hoch ist. Dieser Mechanismus wurde durch die eigentliche Analyse der Komponenten der Einschlüsse bestätigt. Mit anderen Worten wurde gefunden, dass die maschinelle Bearbeitbarkeit in der erfindungsgemäßen Legierung der vorliegenden Erfindung verbessert ist, und darüber hinaus nicht nur die maschinelle Bearbeitbarkeit, sondern ebenso die Warmformbarkeit in der Legierung der fünften Auswahlerfindung verbessert sind.
Auf der Basis der Tabellen 6 und 7 wird gefunden, dass die maschinelle Bearbeitbarkeit stark verbessert ist im Vergleich zu den Eigenschaften von Permalloy B-Legierung, welche als Prüfling der Nummer 60 einer Vergleichslegierung angegeben ist, wohingegen die magnetischen Eigenschaften der Prüflinge der Nummern 9 bis 12 der Legierungen der fünften Auswahlerfindung mit Permalloy B als Basis-Komponente annähernd unbeeinträchtigt sind. Während die thermischen Ausdehnungskoeffizienten der Prüflinge der Nummern 5 bis 8 der Legierung der fünften Auswahlerfindung mit einer Legierung des Prüflings der Nummer 59 einer Vergleichslegierung, ähnlich zu Invar-Legierung, als Basiszusammensetzung mit einer niedrigen Ausdehnung annähern unbeeinträchtigt sind, ist die maschinelle Bearbeitbarkeit davon stark verbessert. Das bedeutet, dass die Legierung der fünften Auswahlerfindung der vorliegenden Erfindung, zu der Ti und Zr sowie S, Se und Te derartig zugesetzt sind, dass sie die Bedingungen der Formeln (1) bis (3) erfüllen, keine Verminderung der Warmformbarkeit zeigen und darüber hinaus fast keine Verschlechterung hinsichtlich der funktionellen Leistung aufweisen, welche von der Basislegierung bereitgestellt werden.
Es wurde gefunden, dass in den Prüflingen der Nummern 17 bis 26 der Legierungen der fünften Auswahlerfindung ein Effekt der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit erzielt werden kann, auch wenn Cr mit 12 Massen-% als obere Grenze zugesetzt wird. Beispielsweise besitzen die Prüflinge der Nummern 20 bis 23 der Legierung der fünften Auswahlerfindung mit dem Prüfling der Nummer 61 einer Vergleichslegierung als Basiszusammensetzung, welche eine Legierung mit konstantem Modul darstellt, deren elastische Eigenschaften in der Umgebung von Raumtemperatur konstant sind, nicht nur eine gute Warmformbarkeit, sondern ebenso eine stark verbesserte maschinelle Bearbeitbarkeit. Zusätzlich ist der Temperaturkoeffizient des Young-Moduls annähernd ebenso unbeeinträchtigt, wodurch die Verwendung als Legierung mit konstantem Modul in angemessener Weise ermöglicht wird.
Es wurde gefunden, dass in den Prüflingen der Nummern 27 bis 36 der Legierungen der fünften Auswahlerfindung eine gute Warmformbarkeit erzielt werden kann und der Effekt der Verbesserung der maschinellen Bearbeitbarkeit erhalten werden kann, auch wenn Co mit 18% als obere Grenze zugesetzt wird. Die thermischen Koeffizienten der Prüflinge der Nummern 30 bis 33 der Legierungen der fünften Auswahlerfindung mit einem Glassperrmittel einer Vergleichslegierung als Basiszusammensetzung erfahren ebenso annähernd keinen Einfluss. Vielmehr verbessern die Prüflinge der Nummern 30 bis 33 die maschinelle Bearbeitbarkeit in großem Ausmaß. Auf diese Weise ändert sich keiner der Effekte der vorliegenden Erfindung, auch wenn Co in dem Bereich von 18% oder weniger zugesetzt wird, und die Legierung der fünften Auswahlerfindung kann vorzugsweise als Invar-Legierung verwendet werden, welche ausgezeichnet ist in maschineller Bearbeitbarkeit. Der Effekt des Gehalts an Cr oder Co kann erzielt werden, wenn beide Elemente ebenso koexistieren.
Die 7 ist ein Graph, welcher durch Auftragen einer Drehbohrzeit bei der Legierung im Beispiel 2 gegen Y in Massen-% erhalten wird. Wie in dem Graph ersichtlich ist, neigt die Bohrzeit zu einer Beschleunigung dieses Anstiegs, wenn Y weniger als 0,01 Massen-% beträgt.
Tabelle 2

* bedeutet "außerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung"

Tabelle 6
Tabelle 7

Claims

Automatenlegierung, enthaltend: 20 bis 82 Massen-% Ni; ein oder mehrere aus Ti und Zr in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,05 ≤ X ≤ 3 erfüllt; ein oder mehrere aus S, Se und Te in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,01 ≤ Y ≤ 0,5X erfüllt; C in dem Bereich, welcher die Beziehung 0,2Y ≤ W_C ≤ 0,3 erfüllt, worin ein Ti-Gehalt durch W_Ti in Massen-% angegeben ist, ein Zr-Gehalt durch W_Zr in Massen-% angegeben ist, ein C-Gehalt durch W_C in Massen-% angegeben ist, ein S-Gehalt durch W_S in Massen-% angegeben ist, ein Se-Gehalt durch W_Se in Massen-% angegeben ist und ein Te-Gehalt durch W_Te in Massen-% angegeben ist, wobei die folgenden Formeln angegeben sind, um X und Y zu definieren: X (Massen-%) = WTi + 0,52WZr und Y (Massen-%) = WS + 0,41WSe + 0,25WTe;und weiterhin enthaltend: ein oder mehrere aus Si, Mn und Al in den jeweiligen Bereichen von 1 Massen-% oder weniger für Si; 1 Massen-% oder weniger für Mn; und 1 Massen-% oder weniger für Al; wahlweise weiterhin enthaltend: ein oder mehrere aus Mo und Cu in den jeweiligen Bereichen von 7 Massen-% oder weniger für Mo und 7 Massen-% oder weniger für Cu; 12 Massen-% oder weniger Cr; 18 Massen-% oder weniger Co, wobei der Rest Fe und unvermeidbare Verunreinigungen sind; und worin eine (Ti, Zr)-basierte Verbindung, enthaltend ein oder mehrere aus Ti und Zr als eine Metall-Element-Komponente, wobei C ein unvermeidbares Element als Bindungs-Komponente mit der Metall-Element-Komponente darstellt, und ein oder mehrere aus S, Se und Te, wobei die Verbindung in der Matrix-Metallphase dispergiert ist.
Automatenlegierung nach Anspruch 1, worin der C-Gehalt in dem Bereich von Y/4 bis 0,2 Massen-% eingestellt ist.
Automatenlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, worin der C-Gehalt in dem Bereich von Y/4 bis Y/2 Massen-% eingestellt ist.
Automatenlegierung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin eine Teilchengröße der (Ti, Zr)-basierten Verbindung, wie sie in der Struktur eines polierten Abschnitts der Legierung beobachtet wird, in dem durchschnittlichen Bereich von 0,1 bis 30 μm liegt und worin weiterhin ein Flächenverhältnis der Verbindung in der Struktur in dem Bereich von 1 bis 20% liegt.