JP2001192791A - Fiber-reinforced metal, composite material using the same, and manufacturing method - Google Patents

Fiber-reinforced metal, composite material using the same, and manufacturing method

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JP2001192791A
JP2001192791A JP2000338171A JP2000338171A JP2001192791A JP 2001192791 A JP2001192791 A JP 2001192791A JP 2000338171 A JP2000338171 A JP 2000338171A JP 2000338171 A JP2000338171 A JP 2000338171A JP 2001192791 A JP2001192791 A JP 2001192791A
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Shuichi Hamauzu
修一 濱渦
Yoshihiro Hirata
好洋 平田
Shuichi Sueyoshi
秀一 末吉
Sumihiko Kurita
澄彦 栗田
Soichiro Samejima
宗一郎 鮫島
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fiber-reinforced metal for plastic working, including a roll excellent in resistance to wear, seizure and crack at hot working and cold working, and a composite material using the fiber-reinforced metal. SOLUTION: The composite material is manufactured by preparing a lamina formed by using an iron-base alloy powder consisting of Fe, C, Cr, Mo, W, Co and one or more elements among V, Nb, Ti, Ta, Zr and Hf, alternately laminating the above lamina and oxide- or nitride-ceramics long fiber and long fiber yarn, and subjecting the resultant laminated materials to pressure sintering. By optimizing the volume fraction and fiber-to-fiber distance of the ceramic long fiber and specifying the particle size of the powder, an excellent wear-, seizure-, and crack-resisting effect can be provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ロールやシームレ
ス圧延、押出し、鍛造、切削加工等のプラグ、ガイドシ
ュー、金型、ガイド、バイト等に使用される熱間及び冷
間加工用複合繊維金属および複合材とその製造方法に関
し、さらに詳しくは、耐摩耗性、耐焼付き性、耐クラッ
ク性に優れた複合材とその製造方法に関するものであ
る。
The present invention relates to a composite fiber metal for hot and cold working used in rolls, plugs for seamless rolling, extrusion, forging, cutting, etc., guide shoes, dies, guides, cutting tools and the like. More particularly, the present invention relates to a composite material having excellent wear resistance, seizure resistance, and crack resistance, and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の熱間及び冷間加工用繊維強化金属
或いは複合材、特にロール材は、図6(a)、(b)に
示すように鋼製のロール軸部4或いはロール胴部5の回
りに外層部6として耐摩耗性に優れた高炭素高バナジウ
ム鋳鉄を溶着させた複合ロールが鋼材圧延用ロールとし
て多量に使用されている。
2. Description of the Related Art As shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b), a conventional fiber-reinforced metal or composite material for hot and cold working, particularly a roll material, is made of a steel roll shaft 4 or a roll body. A large number of composite rolls in which high carbon high vanadium cast iron having excellent wear resistance is welded as outer layer 6 around 5 are used as steel material rolls.

【0003】このロールの外層部の組織は、いわゆる高
速度鋼の基地組織にVC等のMC炭化物やMo、Cr、
Wの複合炭化物が分散した組織であるためにハイスロー
ルと呼ばれている。このロールは耐摩耗性は極めて優れ
ている反面、耐クラック性に問題があり、ロール寿命
は、このクラックの進行によってほぼ決定付けられてい
る。併せて耐焼き付き性の向上も望まれている。ロール
寿命の延長を図るためには、耐摩耗性を犠牲にすること
なく、クラックの進行をいかに抑制するかが問題になっ
ている。同様に、シームレス圧延におけるプラグ、ガイ
ドシューや熱押でのダイス、マンドレル、鍛造における
金型、ガイド等においても耐摩耗性の向上、靭性および
耐焼付き性の向上が望まれている。
[0003] The structure of the outer layer portion of this roll is formed by adding MC carbide such as VC, Mo, Cr, or the like to a base structure of a so-called high-speed steel.
It is called high-sroll because it has a structure in which the composite carbide of W is dispersed. Although this roll has extremely excellent wear resistance, it has a problem in crack resistance, and the life of the roll is almost determined by the progress of the crack. At the same time, improvement in seizure resistance is also desired. In order to extend the roll life, there is a problem how to suppress the progress of cracks without sacrificing wear resistance. Similarly, improvement of wear resistance, improvement of toughness and seizure resistance are desired for plugs, guide shoes, dies and mandrels for hot pressing, dies and guides for forging in seamless rolling.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる問題に
鑑みてなされたもので、耐摩耗性のさらなる向上および
耐焼付き性を向上するとともに、なおかつクラックの進
展を抑制する効果のある新しい繊維強化金属とロール材
をはじめとする熱間及び冷間加工用複合材を提供するも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and a new fiber reinforcement having an effect of further improving abrasion resistance and seizure resistance and suppressing the progress of cracks. An object of the present invention is to provide a composite material for hot and cold working, including a metal and a roll material.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために示されたものであり、その要旨は次のとおり
である。 (1)質量%で、C:0.7〜3.5%、Cr:2〜7
%、MoおよびWの1種または2種を2%≦2Mo+W
≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hfから選ば
れた1または2種以上を3〜15%含有し、残部実質的
にFeからなる鉄基合金粉末より作成した1枚または2
枚以上の薄シートと、複数本の酸化物或いは窒化物セラ
ミック長繊維フィラメントで構成された長繊維ヤーン
を、交互に積層して構成したことを特徴とする繊維強化
金属。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to achieve the above object, and the gist thereof is as follows. (1) In mass%, C: 0.7 to 3.5%, Cr: 2 to 7
%, One or two of Mo and W are 2% ≦ 2Mo + W
≦ 20%, one or two prepared from an iron-based alloy powder containing 3 to 15% of one or more selected from V, Nb, Ti, Ta, Zr, and Hf and the balance substantially consisting of Fe
A fiber-reinforced metal comprising at least one thin sheet and a plurality of long fiber yarns composed of oxide or nitride ceramic long fiber filaments, which are alternately laminated.

【0006】(2)質量%で、C:0.7〜3.5%、
Cr:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%
≦2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、
Hfから選ばれた1または2種以上を3〜15%、C
o:10%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鉄
基合金粉末より作成した1枚または2枚以上の薄シート
と、複数本の酸化物或いは窒化物セラミック長繊維フィ
ラメントで構成された長繊維ヤーンを、交互に積層して
構成したことを特徴とする繊維強化金属。
(2) C: 0.7-3.5% by mass%
Cr: 2 to 7%, 2% of one or two of Mo and W
≦ 2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr,
3 to 15% of one or more selected from Hf, C
o: composed of one or more thin sheets containing 10% or less, the balance being substantially made of iron-based alloy powder composed of Fe, and a plurality of oxide or nitride ceramic filament fibers. A fiber-reinforced metal comprising long fiber yarns alternately laminated.

【0007】(3)前記鉄基合金粉末が、粒径:1〜2
5μmであることを特徴とする(1)または、(2)記
載の繊維強化金属。 (4)前記セラミック長繊維フィラメントの含有率が1
0〜90vol%であり、かつ前記セラミック長繊維フ
ィラメント同士の間の平均距離が1〜500μmである
ことを特徴とする(1)〜(3)のいずれかの項に記載
の繊維強化金属。
(3) The iron-based alloy powder has a particle size of 1-2.
The fiber-reinforced metal according to (1) or (2), which has a thickness of 5 μm. (4) The content of the ceramic long fiber filament is 1
The fiber reinforced metal according to any one of (1) to (3), wherein the fiber length is 0 to 90 vol% and the average distance between the ceramic long fiber filaments is 1 to 500 μm.

【0008】(5)(1)〜(4)のいずれかの項に記
載の繊維強化金属を表層部に有することを特徴とする熱
間および冷間加工用ロールまたは工具用複合材。 (6)質量%で、C:0.7〜3.5%、Cr:2〜7
%、MoおよびWの1種または2種を2%≦2Mo+W
≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hfから選ば
れた1または2種以上を3〜15%含有し、残部実質的
にFeからなる鉄基合金粉末より作成した1枚または2
枚以上の薄シートと、複数本の酸化物或いは窒化物セラ
ミック長繊維フィラメントで構成された長繊維ヤーン
を、交互に積層し、次いで加圧焼結することを特徴とす
る繊維強化金属の製造方法。
(5) A composite material for a roll for hot or cold working or a tool, comprising the fiber-reinforced metal according to any one of (1) to (4) in a surface layer portion. (6) In mass%, C: 0.7 to 3.5%, Cr: 2 to 7
%, One or two of Mo and W are 2% ≦ 2Mo + W
≦ 20%, one or two prepared from an iron-based alloy powder containing 3 to 15% of one or more selected from V, Nb, Ti, Ta, Zr, and Hf and the balance substantially consisting of Fe
A method for producing a fiber reinforced metal, comprising alternately laminating at least one thin sheet and long fiber yarns composed of a plurality of oxide or nitride ceramic long fiber filaments, and then sintering under pressure. .

【0009】(7)質量%で、C:0.7〜3.5%、
Cr:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%
≦2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、
Hfから選ばれた1または2種以上を3〜15%、C
o:10%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鉄
基合金粉末より作成した1枚または2枚以上の薄シート
と、複数本の酸化物或いは窒化物セラミック長繊維フィ
ラメントで構成された長繊維ヤーンを、交互に積層し、
次いで加圧焼結することを特徴とする繊維強化金属の製
造方法。
(7) C: 0.7-3.5% by mass%
Cr: 2 to 7%, 2% of one or two of Mo and W
≦ 2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr,
3 to 15% of one or more selected from Hf, C
o: composed of one or more thin sheets containing 10% or less, the balance being substantially made of iron-based alloy powder composed of Fe, and a plurality of oxide or nitride ceramic filament fibers. Long fiber yarns are alternately laminated,
Then, pressure sintering is carried out.

【0010】(8)前記鉄基合金を溶解・冷却して炭化
物を晶出させたものを粉砕して粉末化するか、あるいは
前記鉄基合金の溶湯をアトマイズして粉末化することに
より、粒径:1〜25μmの鉄基合金粉末を作成するこ
とを特徴とする(6)または(7)に記載の繊維強化金
属の製造方法。 (9)前記1枚または2枚以上の薄シートと前記セラミ
ック長繊維ヤーンを積層後、加圧焼結するに際し、本焼
結前に加圧下で1100〜1400℃で加熱する前処理
を行い、次いで加圧焼結することを特徴とする(6)〜
(8)のいずれかの項に記載の繊維強化金属の製造方
法。
(8) Melting and cooling the iron-based alloy to crystallize carbides may be pulverized and pulverized, or the molten iron-based alloy may be atomized and pulverized. The method for producing a fiber-reinforced metal according to (6) or (7), wherein an iron-based alloy powder having a diameter of 1 to 25 μm is prepared. (9) After laminating the one or two or more thin sheets and the ceramic long fiber yarn, when performing pressure sintering, perform a pretreatment of heating at 1100 to 1400 ° C. under pressure before main sintering, Then, pressure sintering is performed (6)-
(8) The method for producing a fiber-reinforced metal according to any one of the above (8).

【0011】(10)前記鉄基合金を溶解し炭化物を晶
出・凝固後、粉砕により粉末化する際に、直径:10〜
50mmの粉砕ボールを少なくとも2種類以上の異なる
直径の粉砕ボールを組み合わせて用いることを特徴とす
る(8)または(9)に記載の繊維強化金属の製造方
法。 (11)前記鉄基合金を粉砕後、湿式ミリングし、更に
不活性ガス雰囲気中で乾式ミリングして粉末を製造する
ことを特徴とする(8)〜(10)のいずれかの項に記
載の繊維強化金属の製造方法。
(10) When the iron-based alloy is melted and carbide is crystallized and solidified, and then pulverized into powder, the diameter is 10 to 10.
The method for producing a fiber-reinforced metal according to (8) or (9), wherein a 50 mm grinding ball is used in combination with at least two or more kinds of grinding balls having different diameters. (11) The powder according to any one of (8) to (10), wherein the iron-based alloy is pulverized, wet-milled, and further dry-milled in an inert gas atmosphere to produce a powder. Manufacturing method of fiber reinforced metal.

【0012】(12)(6)〜(11)のいずれかの項
に記載の繊維強化金属を、熱間および冷間加工用ロール
軸または工具表面に交互に積層貼付し、次いで乾燥後カ
プセル処理し、更に加圧焼結した積層表層部を作成する
ことを特徴とする複合材の製造方法。
(12) The fiber-reinforced metal according to any one of (6) to (11) is alternately laminated and stuck to a hot or cold working roll shaft or a tool surface, and then dried and then subjected to a capsule treatment. And producing a pressure-sintered laminated surface layer.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明は、その外層の少なくとも
表層部が、W、Moの少なくとも1種以上の炭化物と、
V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hfの1種或いは2種以
上よりなる炭化物を含む鉄基合金とセラミック長繊維と
から構成された繊維強化金属とすることにより、耐摩耗
性、耐焼付き性及びクラックの進行を防止するものであ
り、この繊維強化金属は、鉄基合金の基地にアスペクト
比( 繊維長さ/繊維径) が1000以上のセラミック長
繊維フィラメントを500〜1000本束ねたヤーンを
交互に積層し、最終的にヤーンを構成する繊維フィラメ
ント1本毎の間に鉄基合金粉末を侵入させることによ
り、長繊維が分散した組織を有する熱間および冷間加工
用ロール又は工具用の複合材を提供するものである。上
記の繊維強化金属は、本発明の目的のためには少なくと
もロール材或いは工具等に用いられる前記複合材の使用
限界寸法内に積層させることにより達成することができ
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION According to the present invention, at least the surface layer of the outer layer comprises at least one carbide of W and Mo;
Abrasion resistance and seizure resistance by using a fiber-reinforced metal composed of an iron-based alloy containing a carbide of one or more of V, Nb, Ti, Ta, Zr, and Hf and a ceramic long fiber The fiber-reinforced metal is a base made of an iron-based alloy, and has an aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of a bundle of 500 to 1,000 ceramic filament fibers having a length of 1,000 or more. By alternately laminating and infiltrating the iron-based alloy powder between every fiber filament constituting the final yarn, a roll or tool for hot or cold working having a structure in which long fibers are dispersed is used. A composite material is provided. The fiber reinforced metal described above can be achieved for the purpose of the present invention by laminating at least the usable dimensions of the composite material used for a roll material or a tool.

【0014】W、Moの少なくとも1種以上の炭化物
と、V、Nb、Ti、Ta、Zr、Hfの1種或いは2
種以上よりなる炭化物を含む鉄基合金の基地を得るに
は、一般には、これらの元素および炭素を含む鉄基合金
を溶解し、冷却して炭化物を晶出させたものを粉砕して
粉末化するか、あるいは溶湯をアトマイズして粉末化し
て得られた粉末を加圧焼結することにより得ることがで
きる。一方、セラミック長繊維からなる繊維強化金属を
得る方法としては、複数本の長繊維フィラメントからな
るセラミック長繊維ヤーンを予め配向したものに上記鉄
基合金粉末を充填して加圧焼結することにより得られる
が、粉末の充填、特に長繊維フィラメント間への充填が
非常に困難となる。本発明においては、図1(a)、
(b)に示すように、上記鉄基合金粉末をスラリー状に
した後、ドクターブレード法等にて薄シート1に成形し
たものに複数本の長繊維フィラメントからなるセラミッ
ク長繊維ヤーン2を複数本を並べた複合シートを作成
し、さらに前記複合シートを複数枚積層し、加圧焼結す
ることにより得ることができる。この場合、加圧焼結法
としては、ホットプレスや熱間静水圧成形(ヒップ)を
利用すればよい。
At least one or more carbides of W and Mo and one or two of V, Nb, Ti, Ta, Zr and Hf
In order to obtain a base of an iron-based alloy containing carbides composed of more than one kind, generally, an iron-based alloy containing these elements and carbon is melted, cooled, and the crystallized carbide is pulverized into powder. Alternatively, the powder can be obtained by atomizing a molten metal and pulverizing the powder to obtain a powder. On the other hand, as a method of obtaining a fiber reinforced metal consisting of ceramic long fibers, by filling the iron-based alloy powder into a pre-oriented ceramic long fiber yarn consisting of a plurality of long fiber filaments and sintering under pressure. Although it can be obtained, it becomes very difficult to fill the powder, especially between the filament fibers. In the present invention, FIG.
As shown in (b), after the above-mentioned iron-based alloy powder is made into a slurry, a plurality of ceramic long fiber yarns 2 composed of a plurality of long fiber filaments are formed on a thin sheet 1 formed by a doctor blade method or the like. Are prepared, and a plurality of the composite sheets are laminated and pressure-sintered to obtain a composite sheet. In this case, hot pressing or hot isostatic pressing (hip) may be used as the pressure sintering method.

【0015】セラミック長繊維の種類は、Al23
SiO2 、ZrO2 、ムライト(Al23 +SiO
2 )等の酸化物系やSi34 、BN等の窒化物系いづ
れの種類も使用できる。セラミック長繊維ヤーン2を構
成するフィラメントの径は3μm〜30μmのものを用
いることができる。なお、長繊維ヤーンを使用する場合
は、繊維を束ねるために使用しているバインダーを使用
に先立ち低温加熱等により除去してもよい。
The types of ceramic long fibers are Al 2 O 3 ,
SiO 2 , ZrO 2 , mullite (Al 2 O 3 + SiO
Any of oxides such as 2 ) and nitrides such as Si 3 N 4 and BN can be used. The filament constituting the ceramic long fiber yarn 2 may have a diameter of 3 μm to 30 μm. When a long fiber yarn is used, the binder used to bundle the fibers may be removed by low-temperature heating or the like before use.

【0016】薄シート1の作成に使用する鉄基合金粉末
の粒径は、セラミック長繊維をヤーン状態で複合する場
合、加圧焼結時にそのヤーンを構成する長繊維フィラメ
ント間に鉄基合金粉末が入り込む必要があり、種々の粒
径について検討した結果、1〜25μmの粒径の鉄基合
金を使用する必要があることがわかった。長繊維ヤーン
を使用する場合の鉄基合金粉末粒径の下限を1μmとし
たのは、粒径が小さいほど長繊維フィラメント間に粉末
が侵入しやすくなるが、本発明による鉄基合金粉末の場
合1μm以下の粉末を得ることは至難であり、工業上製
造可能な1μmを下限とした。また、前記鉄基合金粉末
の粒径が25μm以上ではフィラメントとの間に干渉を
起こし、複合材としての強度が得られなくなる。この粉
末に有機溶媒とバインダーを加えてスラリー状にした
後、ドクターブレード法等により薄シートを製作すれば
よい。有機溶媒としては、トルエン、エチレングリコー
ルやポリエチレングリコール、バインダーとしてはメチ
ルセルロース、ニトロセルロース、アクリル酸エステ
ル、澱粉等を使用することが好ましい。
The particle size of the iron-based alloy powder used to form the thin sheet 1 is as follows. When ceramic long fibers are combined in a yarn state, the iron-based alloy powder is interposed between the long fiber filaments constituting the yarn during pressure sintering. It was found that it was necessary to use an iron-based alloy having a particle size of 1 to 25 μm. The reason why the lower limit of the particle diameter of the iron-based alloy powder when the long fiber yarn is used is set to 1 μm is that the smaller the particle diameter is, the easier the powder enters between the long fiber filaments. It is extremely difficult to obtain a powder having a size of 1 μm or less, and the lower limit was set at 1 μm which can be industrially produced. If the particle diameter of the iron-based alloy powder is 25 μm or more, interference occurs between the iron-based alloy powder and the filament, and the strength as a composite material cannot be obtained. After adding an organic solvent and a binder to the powder to form a slurry, a thin sheet may be manufactured by a doctor blade method or the like. It is preferable to use toluene, ethylene glycol or polyethylene glycol as the organic solvent, and to use methyl cellulose, nitrocellulose, acrylate, starch or the like as the binder.

【0017】薄シートはスラリーに可塑剤等を添加する
ことにより厚みが50〜1000μmの柔軟なシートを
得ることができ、またコイル状に巻き取ることも可能で
ある。加圧焼結時にセラミック長繊維ヤーン中の長繊維
フィラメント間に鉄基合金粉末を侵入させるには、上述
したように25μm以下の粒径が必要となるが、アトマ
イズ粉で25μm以下の粉末が得られる場合はそれを利
用すれば良いが、それが出来ない場合は、ボールミル或
いはアトライタ等の粉砕機で微細な粒径にする必要があ
る。本発明者らは、鉄基合金粉末を微細化する方法を検
討し、ボールミル或いはアトライタ等の粉砕機で使用す
るボール径を一種類の径で行うよりも2種類以上のボー
ル径を使用した場合の方が短時間かつより微細になるこ
とを見いだした。粉砕用のボール材質としては、特殊
鋼、アルミナ、SiC等を使用すればよく、ボール径と
しては粒径が大きいほど粉砕エネルギーが高くなると言
われているが、粉砕時に扁平状になりやすい鉄基合金ハ
イス粉末の場合、直径が10〜50mmで異なる直径の
粉砕ボールを2種類以上組み合わせて用いることが効果
的である。直径が10mm未満では粉砕エネルギーが不
十分であり、50mmを越えるとある程度の粒径まで細
かくすることはできるが、最終の粉末粒径25μm以下
への粉砕は困難である。
The thin sheet can be obtained as a flexible sheet having a thickness of 50 to 1000 μm by adding a plasticizer or the like to the slurry, and can be wound into a coil. In order to allow the iron-based alloy powder to penetrate between the long fiber filaments in the ceramic long fiber yarn during pressure sintering, a particle size of 25 μm or less is required as described above. If this is not possible, it can be used, but if that is not possible, it is necessary to reduce the particle size with a crusher such as a ball mill or attritor. The present inventors have studied a method of refining an iron-based alloy powder, and when using two or more types of ball diameters rather than performing one type of ball diameter in a crusher such as a ball mill or an attritor. Was found to be finer in a shorter time. Special steel, alumina, SiC, etc. may be used as the ball material for grinding, and it is said that the larger the particle size, the higher the grinding energy. In the case of alloy high-speed steel powder, it is effective to use two or more types of pulverized balls having diameters of 10 to 50 mm and different diameters. If the diameter is less than 10 mm, the pulverizing energy is insufficient, and if it exceeds 50 mm, the particle size can be reduced to a certain level, but it is difficult to pulverize the powder to a final particle size of 25 μm or less.

【0018】さらに、ミリング時間の短縮を目指して、
ミリング雰囲気の影響を検討した結果、エタノールを用
いた湿式でのミリングは粒径が大きい場合の微細化には
効果的であるが、粒径が細かくなると粉末の表面積が大
きくなり表面が酸化されるため、加圧焼結時に十分な焼
結反応が得られないことが判った。これを防止するに
は、アルゴン等の不活性ガス雰囲気での乾式ミリングが
必要である。但し、最初から乾式ミリングで行うと微細
化までに長時間を要するため、少なくとも30μm程度
の粒径までは湿式ミリングで行い、その後、不活性ガス
雰囲気での乾式ミリングを行うのが効果的である。
Further, aiming at shortening the milling time,
After examining the effect of the milling atmosphere, wet milling using ethanol is effective for finer particles when the particle size is large, but when the particle size is small, the surface area of the powder increases and the surface is oxidized. Therefore, it was found that a sufficient sintering reaction could not be obtained during pressure sintering. To prevent this, dry milling in an inert gas atmosphere such as argon is required. However, since dry milling from the beginning takes a long time to achieve fineness, it is effective to perform wet milling at least up to a particle size of about 30 μm and then dry milling in an inert gas atmosphere. .

【0019】本発明者らはさらに、焼結時に鉄基合金粉
末(鉄基合金ハイス粉末)を長繊維ヤーン中の長繊維フ
ィラメント間へ容易に侵入する方法を検討した。その結
果、焼結に先立ち、1100〜1400℃の温度範囲で
前処理を行う方法、つまり少なくとも2段以上の焼結パ
ターンを採用することにより、鉄基合金ハイス粉末を長
繊維フィラメント間に容易に侵入させることができるこ
とが明らかになった。この場合、圧力としては10〜8
0MPa程度でよいが、処理温度が低いほど圧力は高め
で、一方、温度が高くなるほど圧力は低めの条件で前記
ハイス粉末を侵入させることができる。なお、温度が1
100℃未満では、その効果は十分でなく、1400℃
を越えると繊維自体が劣化するため適用できない。ま
た、処理時間は1時間以内で十分である。この前処理を
施した後、鉄基合金ハイス粉末を950〜1100℃の
温度範囲で加圧焼結処理を行う。
The present inventors further studied a method of easily injecting an iron-based alloy powder (iron-based alloy high-speed steel powder) between long fiber filaments in a long fiber yarn during sintering. As a result, prior to sintering, a method of performing pretreatment in a temperature range of 1100 to 1400 ° C., that is, employing a sintering pattern of at least two or more stages, allows the iron-based alloy high-speed powder to be easily interposed between the filament fibers. It turned out that it could be penetrated. In this case, the pressure is 10 to 8
The pressure may be about 0 MPa, but the higher the processing temperature, the higher the pressure, while the higher the temperature, the lower the pressure. When the temperature is 1
If the temperature is lower than 100 ° C., the effect is not sufficient, and 1400 ° C.
If it exceeds, the fiber itself is deteriorated and cannot be applied. In addition, processing time within one hour is sufficient. After this pretreatment, the iron-based alloy high-speed steel powder is subjected to pressure sintering in a temperature range of 950 to 1100 ° C.

【0020】加圧焼結後の繊維強化金属の複合組織の長
繊維含有率は10〜90Vol%の範囲が好ましい。な
お、焼結後の焼結密度は理論密度に対して99%以上確
保することが望ましく、前記の長繊維含有率であれば、
ほぼこの焼結密度を確保できる。10%未満では耐摩耗
性および靭性の向上が不十分であり、90%を超える場
合は十分な焼結密度が得られなくなる。また、複合組織
中の繊維フィラメント間の距離は、ミクロ組織を観察し
たときのある断面内の繊維と繊維の距離の平均値で1〜
500μmが好ましい。繊維フィラメント間の距離は熱
間および冷間加工の際の圧延面に垂直に配向させて使用
する場合、特に問題となり、繊維間距離が1μm以下で
は繊維と基地ハイスとの接合性が十分でなく、500μ
mを超えると耐焼付き性が悪くなり、セラミック繊維の
効果を十分に発揮できない。
The long fiber content of the composite structure of the fiber-reinforced metal after pressure sintering is preferably in the range of 10 to 90% by volume. It is desirable that the sintered density after sintering be at least 99% of the theoretical density.
Almost this sintering density can be secured. If it is less than 10%, the improvement in wear resistance and toughness is insufficient, and if it exceeds 90%, a sufficient sintered density cannot be obtained. In addition, the distance between the fiber filaments in the composite structure is 1 to the average value of the distance between the fibers in a certain cross section when observing the microstructure.
500 μm is preferred. The distance between the fiber filaments is particularly problematic when used while being oriented perpendicular to the rolled surface during hot and cold working. If the distance between the fibers is 1 μm or less, the bondability between the fiber and the base high-speed steel is not sufficient. , 500μ
If it exceeds m, the seizure resistance deteriorates, and the effect of the ceramic fiber cannot be sufficiently exhibited.

【0021】薄シートに積層するセラミック長繊維ヤー
ンは、図1(a)、(b)および図2(a)、(b)、
(c)に例示するように1枚または2枚以上の薄シート
上の一方向に並べてバインダーで固定したり、一方向と
それに角度を持たせた方向に交互に重ねてバインダーで
固定した状態で、或いは織物状のヤーンをバインダーで
固定した状態で1枚または2枚以上の薄シートとセラミ
ック長繊維ヤーンとを交互に積層して作成する。また、
積層時の長繊維ヤーンの角度としては一方向に対して1
0〜90度で十分である。この場合、目的の繊維体積率
に合わせて、薄シートを複数枚重ねたものに繊維ヤーン
を交互に積層してもよい。
The ceramic long fiber yarn to be laminated on the thin sheet is shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b) and FIGS. 2 (a) and 2 (b).
As illustrated in (c), one or two or more thin sheets are arranged in one direction and fixed with a binder, or alternately overlapped in one direction and a direction at an angle to the direction and fixed with a binder. Alternatively, one or more thin sheets and ceramic long fiber yarns are alternately laminated with the woven yarns fixed with a binder. Also,
The angle of the long fiber yarn at the time of lamination is 1 for one direction.
0-90 degrees is sufficient. In this case, fiber yarns may be alternately laminated on a plurality of thin sheets stacked in accordance with the desired fiber volume ratio.

【0022】特に、繊維強化金属を適用した複合ロール
の場合は、図3に示すように鉄基合金粉末のスラリー7
をエンドレスベルト8に流下させ、前記エンドレスベル
ト8上に設けたドクターブレード9で薄シート状にし、
次いで、エンドレスベルト8を覆う乾燥炉10で乾燥
後、ロール軸5の周りに薄シート1間に複数のセラミッ
ク長繊維ヤーン2の強化長繊維を間に挿入しながらコイ
ル状に巻き取り成形することにより複合ロール4とした
り、或いは図4に示すような、ロール軸4の周りに薄シ
ート1とセラミック長繊維ヤーン2を複合したもの貼付
して、ロール状に形成したスリーブを、カプセル処理を
行うことにより加圧焼結を行い、最終的にカプセル除去
および表面研削仕上を行うことで製造できる。なお、図
4に示すように貼付する場合はロール表面に垂直に長繊
維を配向させ、薄シートを円形にし、その上に放射状に
セラミック長繊維ヤーンを配向させながら薄シートと交
互に積層して製造する。
Particularly, in the case of a composite roll to which fiber-reinforced metal is applied, as shown in FIG.
Flows down to the endless belt 8 and is made into a thin sheet by a doctor blade 9 provided on the endless belt 8,
Next, after drying in a drying furnace 10 covering the endless belt 8, winding and forming into a coil shape while inserting the reinforcing filaments of the plurality of ceramic filament fibers 2 between the thin sheets 1 around the roll shaft 5 is performed. 4 or a composite of the thin sheet 1 and the ceramic long fiber yarn 2 attached around the roll shaft 4 as shown in FIG. In this way, pressure sintering is performed, and finally, capsules can be removed and the surface can be ground by finishing. As shown in FIG. 4, when sticking, the long fibers are oriented perpendicular to the roll surface, the thin sheet is made circular, and the ceramic long fiber yarns are radially oriented thereon and alternately laminated with the thin sheet. To manufacture.

【0023】前記薄シートの鉄基合金の成分は、質量%
で、0.7〜3.5%のC、2〜7%のCr、Mo、W
を2≦2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Z
r、Hfから選ばれた1種あるいは2種以上の元素を3
〜15%含有し、残部実質的にFeからなる組成、或い
は、さらに10%以下のCoを添加した組成が好まし
い。なお、以下の説明において鉄基合金の成分はいずれ
も質量%である。
The composition of the iron-based alloy in the thin sheet is
0.7 to 3.5% C, 2 to 7% Cr, Mo, W
Of 2 ≦ 2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Z
one or more elements selected from r and Hf
It is preferable to use a composition containing about 15% and the balance substantially consisting of Fe, or a composition further containing 10% or less of Co. In the following description, all the components of the iron-based alloy are mass%.

【0024】Cは、炭化物形成のため必要で、0.7%
未満では晶出炭化物が少なく耐摩耗性の点で十分でな
く、3.5%を越えると炭化物が均一に分散しないため
に強靱性、耐肌荒れ性の点で問題が起こる。V、Nb、
Ti、Ta、Zr、Hfから選ばれた1種あるいは2種
以上の元素の量の和が3%未満では、Cとのバランス
で、炭化物量が少なく、ハイス本来の特性である耐摩耗
性を十分に達成できない。また、15%以上では大きな
初晶炭化物が晶出して肌荒れの問題が発生する。V、N
b、Ti、Ta、Zr、HfはMC系炭化物を形成する
ほか、これらの金属は鉄基合金とセラミック繊維の濡れ
性改善に効果があり、本発明では必須元素である。
C is required for carbide formation, and is 0.7%
When the amount is less than the above, the amount of the precipitated carbides is small and the wear resistance is not sufficient. When the amount exceeds 3.5%, the carbides are not uniformly dispersed, so that a problem occurs in terms of toughness and surface roughening resistance. V, Nb,
If the sum of the amounts of one or more elements selected from Ti, Ta, Zr, and Hf is less than 3%, the amount of carbides is small in balance with C, and wear resistance, which is a characteristic of HSS, is reduced. Not enough. On the other hand, if it is 15% or more, a large primary crystal carbide is crystallized and a problem of rough skin occurs. V, N
b, Ti, Ta, Zr, and Hf form MC-based carbides, and these metals are effective in improving the wettability between the iron-based alloy and the ceramic fibers, and are essential elements in the present invention.

【0025】Crは、2%未満では焼入性に劣り、7%
を越えるとCr系炭化物が過多となり靱性、耐摩耗性が
低下する。Mo、Wは、焼入性と高温硬さを得るために
必要である。また、それらのうち1種または2種の合計
量を2%≦2Mo+W≦20%の範囲に限定する。2%
未満では十分な高温硬さを確保できず、20%を越える
と靱性、耐肌荒れ性の点で好ましくない。
If the content of Cr is less than 2%, the hardenability is poor, and 7%
If it exceeds, the amount of Cr-based carbides becomes excessive and the toughness and wear resistance decrease. Mo and W are necessary for obtaining hardenability and high-temperature hardness. Further, the total amount of one or two of them is limited to the range of 2% ≦ 2Mo + W ≦ 20%. 2%
If it is less than 30%, sufficient high-temperature hardness cannot be secured, and if it exceeds 20%, it is not preferable in terms of toughness and resistance to rough skin.

【0026】さらに、本発明では焼戻し軟化抵抗と二次
硬化のためにCoを添加しても良い。Coを添加する場
合は、上限の10%を越えると焼入性が悪くなる。必要
に応じて、Niを5%以下添加しても良い。Niは焼入
性を向上させる元素であるが、5%を越えると残留オー
ステナイトが多くなり割れや圧延中の肌荒れを起こし好
ましくない。
Further, in the present invention, Co may be added for tempering softening resistance and secondary hardening. When Co is added, if it exceeds the upper limit of 10%, hardenability deteriorates. If necessary, 5% or less of Ni may be added. Ni is an element that improves the hardenability, but if it exceeds 5%, retained austenite increases and cracks and roughening during rolling occur, which is not preferable.

【0027】加圧成形後は、各工具の使用条件において
要求される硬度、表面粗度を得るように、熱処理条件、
研磨条件を選定して処理すればよい。本発明を表層のみ
に適用する複合ロールの場合のロールの軸としては鋼、
鋳鋼、鍛鋼、強靱鋳鉄等が使用できる。本発明の複合ロ
ールは、外層に相当する部分の少なくとも表層部を本発
明で規定した繊維強化金属の単層或いは複層にしたスリ
ーブとし、内層との接合は溶接、焼結、溶融等の接合方
法の他、焼嵌め、嵌合等の方法によって接合し、複合ロ
ールとしても使用できる。ロール以外の複合工具におい
ても、少なくとも表層部に該複合材を適用すればよい。
After the pressure forming, heat treatment conditions, so as to obtain the hardness and surface roughness required under the use conditions of each tool,
What is necessary is just to select a polishing condition and process. The roll axis in the case of a composite roll in which the present invention is applied only to the surface layer is steel,
Cast steel, forged steel, tough cast iron, etc. can be used. The composite roll of the present invention is a sleeve in which at least the surface layer portion corresponding to the outer layer is a single layer or a multiple layer of the fiber reinforced metal defined in the present invention, and the inner layer is joined by welding, sintering, melting, etc. In addition to the method, it can be joined as a composite roll by shrink fitting, fitting, or the like, and used as a composite roll. In a composite tool other than a roll, the composite material may be applied to at least the surface layer.

【0028】[0028]

【実施例】(実施例1)鉄基合金成分が表1の粉末を使
用し、図3に示すドクターブレード法にて約150μm
厚みの薄シートを作成し、平均繊維径10μmのアルミ
ナ長繊維を体積率で約30%になるように並べながら薄
シートと交互に積層し、カプセルに封入したのち、熱間
静水圧成形(HIP)にて温度1100℃で加圧焼結
し、組織および長繊維フィラメント間への侵入状況を調
査した。表2に炭化物晶出状況、繊維間への侵入状況、
焼結密度を示した。
(Example 1) The powder of the iron-based alloy used in Table 1 was used and the powder of about 150 μm was obtained by the doctor blade method shown in FIG.
A thin sheet having a thickness is prepared, and alumina long fibers having an average fiber diameter of 10 μm are alternately laminated with the thin sheet while being arranged so as to have a volume ratio of about 30%, encapsulated in a capsule, and then subjected to hot isostatic pressing (HIP). ), Pressure sintering was performed at a temperature of 1100 ° C., and the structure and the infiltration state between the long fiber filaments were examined. Table 2 shows the state of carbide crystallization, the state of penetration between fibers,
The sintering density is shown.

【0029】[0029]

【表1】 [Table 1]

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】表1および表2から分かるように、鉄基合
金の平均粉末粒径が20μm以下であれば、繊維間へ充
填しており、理論密度に対する焼結密度も99.0%以上確
保可能である。また、C値が本発明の下限以下では炭化
物の晶出がほとんどなく、ハイス材相当の耐摩耗性の確
保は困難であることが分かる。 (実施例2)表1の材質番号2の材料と同じ組成の平均
粒径10μmの粉末およびセラミック長繊維として平均
繊維フィラメント径10μmのアルミナ長繊維及び平均
繊維径15μmのSi34 長繊維を適宜切断して長繊
維強化金属を試作した。
As can be seen from Tables 1 and 2, if the average powder particle diameter of the iron-based alloy is 20 μm or less, the space between the fibers is filled, and the sintered density with respect to the theoretical density can be maintained at 99.0% or more. . When the C value is lower than the lower limit of the present invention, carbide is hardly crystallized, which indicates that it is difficult to secure wear resistance equivalent to a high-speed steel material. (Example 2) Powder having an average particle diameter of 10 µm having the same composition as the material of material No. 2 in Table 1 and alumina long fiber having an average fiber filament diameter of 10 µm and Si 3 N 4 long fiber having an average fiber diameter of 15 µm were used as ceramic long fibers. A long fiber reinforced metal was prototyped by cutting as appropriate.

【0032】薄シートの製造は、図3に示すドクターブ
レード法にて製作した。この薄シートと繊維の体積率と
平均繊維間距離を種々変更しながら、複数本の長繊維を
並べたものを交互に積層し、ホットプレスにより105
0℃、40MPaで加圧焼結した。最終的に熱処理によ
り硬度をショア硬度で80〜85に調整した。このサン
プルを円盤状の試験片に表面の繊維方向を変えながら埋
め込み、図5に示すような転動摩耗試験機にて摩耗・焼
付き性を評価した。
The thin sheet was manufactured by the doctor blade method shown in FIG. While variously changing the volume ratio of the thin sheet and the fiber and the average inter-fiber distance, a plurality of long fibers arranged alternately are laminated, and hot-pressed to 105
Pressure sintering was performed at 0 ° C. and 40 MPa. Finally, the hardness was adjusted to 80 to 85 Shore hardness by heat treatment. This sample was embedded in a disk-shaped test piece while changing the fiber direction of the surface, and the wear and seizure were evaluated using a rolling wear tester as shown in FIG.

【0033】摩耗・焼付き・クラック試験条件 (1) 試験片サイズ:外径80mm、厚み10mm 試験片の周方向の幅20mmに長繊維強化材を埋込ん
だ。 (2) 加熱片サイズ:外径160mm、厚み15mm、
7.5Rクラウン付摩耗試験時は材質S45C、焼付き
試験時はSUS430 (3) 摩耗試験条件:加熱片温度900℃、すべり率11
%、荷重50N摩耗量は1万回転動後の試験前後の摩耗
深さを測定して比較した。
Abrasion, seizure and crack test conditions (1) Specimen size: outer diameter 80 mm, thickness 10 mm A long fiber reinforced material was embedded in the circumferential width 20 mm of the specimen. (2) Heating piece size: outer diameter 160 mm, thickness 15 mm,
7.5R material S45C for crown wear test, SUS430 for seizure test (3) Wear test conditions: heated piece temperature 900 ° C, slip rate 11
% And a load of 50N were compared by measuring the wear depth before and after the test after 10,000 rotations.

【0034】なお、すべり率は定義は次のように定義し
た。 {( 加熱片速度−試験片速度) /試験片速度}×100
(%) (4) 焼付き試験:加熱片900℃、荷重20N すべり率を上げていき、焼付きが発生するすべり率(限
界すべり率) を比較した。この値が高いほど耐焼き付き
性に優れる。
The slip ratio was defined as follows. {(Heating piece speed-test piece speed) / test piece speed} × 100
(%) (4) Seizure test: The sliding rate at which the seizure occurs (critical slip rate) was compared by increasing the sliding rate at 900 ° C. under heating and a load of 20 N. The higher the value, the better the seizure resistance.

【0035】(5) クラック試験:試験片を600℃に加
熱後水冷し2000回繰り返した時のクラック深さをク
ラックメータで測定した。表3に試験を行った材料の仕
様を、表4に摩耗・焼付き・クラック試験した結果を示
す。なお、耐摩耗性・耐焼付き性・耐クラック性いずれ
も比較材として鋳造ハイス材についても同時に行い、ハ
イス材との比で比較した。つまり、摩耗比=試験材料の
摩耗深さ/ハイス材の摩耗深さ、耐焼付き比=試験材料
の限界すべり率/ハイス材の限界すべり率、クラック長
さ比=試験材のクラック長さ/ハイス材のクラック長さ
で表現した。
(5) Crack test: The test piece was heated to 600 ° C., then water-cooled, and repeated 2,000 times, and the crack depth was measured with a crack meter. Table 3 shows the specifications of the tested materials, and Table 4 shows the results of the wear, seizure and crack tests. In addition, abrasion resistance, seizure resistance, and crack resistance were simultaneously performed on a cast high-speed steel as a comparative material, and compared with the high-speed steel. That is, abrasion ratio = abrasion depth of test material / abrasion depth of high speed material, seizure resistance = critical slip ratio of test material / critical slip ratio of high speed material, crack length ratio = crack length of test material / high speed Expressed by the crack length of the material.

【0036】[0036]

【表3】 [Table 3]

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】材質番号19の材料は焼結密度が低く、十
分な強度もないことから試験は行っていない。材質番号
9、10の材料では通常のハイス材に比べて耐焼付き性
・耐クラック性を十分に改善できないが、本発明の材質
番号11〜18の材料では耐摩耗性の30%以上の大幅
改善、耐焼付き性は約1.5倍から4倍、耐クラック性
も大幅な改善がみられるなどその効果は大きい。 (実施例3)表1の材質番号4の材料と同じ組成で粉末
の平均粒径が75μm粉末100gを表5の条件にて、
ボールミルにて粉砕した。同じく表6に50時間後、1
00時間後、150時間後の粉末粒径を示す。
The material No. 19 has not been tested because it has a low sintered density and does not have sufficient strength. The materials Nos. 9 and 10 cannot sufficiently improve the seizure resistance and cracking resistance as compared with the normal high-speed steel, but the materials Nos. 11 to 18 of the present invention have a significantly improved abrasion resistance of 30% or more. The seizure resistance is about 1.5 to 4 times, and the crack resistance is greatly improved. (Example 3) 100 g of powder having the same composition as the material No. 4 in Table 1 and having an average particle diameter of 75 μm was obtained under the conditions shown in Table 5.
It was pulverized with a ball mill. Also in Table 6 after 50 hours, 1
The powder particle diameters after 00 hours and 150 hours are shown.

【0039】10〜50mmのボール径で、それぞれ径
の異なる2種類以上のボールを組合せることにより、単
独径の場合よりも大幅に時間短縮が可能となる。また、
ボール径が10mm未満或いは50mmを越えると最終
の粉末粒径25μm以下を確保することが困難となる。
なお、粉砕時間は100時間での粒径を基準にした。
By combining two or more kinds of balls having different diameters with a ball diameter of 10 to 50 mm, the time can be greatly reduced as compared with the case of a single diameter. Also,
If the ball diameter is less than 10 mm or more than 50 mm, it is difficult to secure a final powder particle size of 25 μm or less.
The pulverization time was based on the particle size at 100 hours.

【0040】[0040]

【表5】 [Table 5]

【0041】[0041]

【表6】 [Table 6]

【0042】[0042]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明による繊維
強化金属は耐摩耗性、耐焼付き性、耐クラック性に優れ
るため、ロールをはじめとする熱間加工用工具材や冷間
加工用工具材等への適用が可能となる。
As described in detail above, the fiber-reinforced metal according to the present invention is excellent in wear resistance, seizure resistance and crack resistance. Application to tool materials and the like becomes possible.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による繊維強化金属を製造する1例とし
て、鉄基合金薄シートとセラミック長繊維ヤーンを交互
に積層する状態を示す図であり、(a)は薄シート1枚
とセラミック長繊維ヤーンを(b)は薄シート複数枚と
して2枚とセラミック長繊維ヤーンを積層する状態を示
す図である。
FIG. 1 is a diagram showing, as an example of producing a fiber-reinforced metal according to the present invention, a state in which iron-based alloy thin sheets and ceramic long-fiber yarns are alternately laminated, and FIG. (B) is a figure which shows the state which laminated | stacks two sheets and a ceramic long fiber yarn as a thin sheet | seat plural sheets.

【図2】本発明による繊維強化金属を製造する際のセラ
ミック長繊維ヤーンの方向を変えた例として、(a)は
鉄基合金薄シート間に長繊維を直角に交叉させながら挿
入する場合の例、(b)、(c)は鉄基合金薄シート間
の長繊維の配向を変えた場合の例を示す図である。
FIG. 2 shows an example in which the direction of a ceramic long fiber yarn is changed when producing a fiber reinforced metal according to the present invention. FIG. 2 (a) shows a case where long fibers are inserted between iron-based alloy thin sheets while intersecting at right angles. Examples (b) and (c) are diagrams showing examples in which the orientation of long fibers between iron-based alloy thin sheets is changed.

【図3】本発明の繊維強化金属により複合ロールを製造
する場合の例で、ロール胴の周りに鉄基合金薄シートに
セラミック長繊維ヤーンを挟みながら、コイル状に成形
する製造例の1例を示す図である。
FIG. 3 is an example of a case where a composite roll is manufactured by using the fiber-reinforced metal of the present invention. FIG.

【図4】本発明の繊維強化金属により複合ロールを製造
する場合で、ロール胴の周りに鉄基合金薄シートおよび
セラミック長繊維ヤーンを、或いはセラミック長繊維ヤ
ーンを含有した鉄基合金薄シートを適当な大きさで貼付
しながら複合ロールを製造する例を示す図である。
FIG. 4 shows a method for producing a composite roll using the fiber-reinforced metal of the present invention, wherein an iron-based alloy thin sheet and a ceramic long fiber yarn or an iron-based alloy thin sheet containing a ceramic long fiber yarn are provided around a roll drum. It is a figure which shows the example which manufactures a composite roll while sticking by a suitable magnitude | size.

【図5】転動摩耗試験機の設備概要を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an outline of equipment of a rolling wear tester.

【図6】(a)、(b)は従来の複合ロールの断面構造
を示す図である。
6 (a) and 6 (b) are views showing a cross-sectional structure of a conventional composite roll.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 濱渦 修一 福岡県北九州市小倉南区新曽根5−1 三 島光産株式会社機工事業部内 (72)発明者 平田 好洋 鹿児島県鹿児島市郡元1丁目21番40号 鹿 児島大学工学部内 (72)発明者 末吉 秀一 鹿児島県鹿児島市郡元1丁目21番40号 鹿 児島大学工学部内 (72)発明者 栗田 澄彦 佐賀県杵島郡山内町宮野91の114 (72)発明者 鮫島 宗一郎 鹿児島県鹿児島市郡元1丁目21番40号 鹿 児島大学工学部内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shuichi Hamazuzu 5-1 Nisone, Kokura Minami-ku, Kitakyushu-shi, Fukuoka Prefecture Machinery Division, Mishima Kosan Co., Ltd. (72) Inventor Yoshihiro Hirata Korimoto, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture 1-21-40 Kagoshima University Faculty of Engineering (72) Inventor Shuichi Sueyoshi 1-21-40 Korimoto Kagoshima City Kagoshima Pref. Kagoshima University Faculty of Engineering (72) Inventor Sumihiko Kurita 91 No. 114 (72) Inventor Soichiro Samejima 1-21-40 Gunmoto, Kagoshima City, Kagoshima Prefecture Kagoshima University Faculty of Engineering

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 質量%で、C:0.7〜3.5%、C
r:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%≦
2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、H
fから選ばれた1または2種以上を3〜15%含有し、
残部実質的にFeからなる鉄基合金粉末より作成した1
枚または2枚以上の薄シートと、複数本の酸化物或いは
窒化物セラミック長繊維フィラメントで構成された長繊
維ヤーンを、交互に積層して構成したことを特徴とする
繊維強化金属。
1. A mass% of C: 0.7 to 3.5%, C
r: 2 to 7%, one or two of Mo and W are 2% ≦
2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr, H
f) contains 3 to 15% of one or more selected from f.
1 made from iron-based alloy powder consisting essentially of Fe
A fiber reinforced metal comprising a plurality of thin sheets and two or more thin sheets and long fiber yarns formed of a plurality of oxide or nitride ceramic long fiber filaments, which are alternately laminated.
【請求項2】 質量%で、C:0.7〜3.5%、C
r:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%≦
2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、H
fから選ばれた1または2種以上を3〜15%、Co:
10%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鉄基合
金粉末より作成した1枚または2枚以上の薄シートと、
複数本の酸化物或いは窒化物セラミック長繊維フィラメ
ントで構成された長繊維ヤーンを、交互に積層して構成
したことを特徴とする繊維強化金属。
2. In mass%, C: 0.7-3.5%, C
r: 2 to 7%, one or two of Mo and W are 2% ≦
2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr, H
3-15% of one or more selected from f, Co:
One or two or more thin sheets made from an iron-based alloy powder containing 10% or less and the balance substantially consisting of Fe;
A fiber reinforced metal comprising a plurality of long fiber yarns composed of a plurality of oxide or nitride ceramic long fiber filaments alternately laminated.
【請求項3】 前記鉄基合金粉末が、粒径:1〜25μ
mであることを特徴とする請求項1または、2記載の繊
維強化金属。
3. The iron-based alloy powder has a particle size of 1 to 25 μm.
3. The fiber-reinforced metal according to claim 1, wherein m is m.
【請求項4】 前記セラミック長繊維フィラメントの含
有率が10〜90vol%であり、かつ前記セラミック
長繊維フィラメント同士の間の平均距離が1〜500μ
mであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかの項
に記載の繊維強化金属。
4. The ceramic filament filament content is 10 to 90 vol%, and the average distance between the ceramic filament filaments is 1 to 500 μm.
The fiber reinforced metal according to any one of claims 1 to 3, wherein m is m.
【請求項5】 請求項1〜4のいずれかの項に記載の繊
維強化金属を表層部に有することを特徴とする熱間およ
び冷間加工用ロールまたは工具用複合材。
5. A roll or tool composite for hot and cold working, comprising the fiber reinforced metal according to claim 1 in a surface layer.
【請求項6】 質量%で、C:0.7〜3.5%、C
r:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%≦
2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、H
fから選ばれた1または2種以上を3〜15%含有し、
残部実質的にFeからなる鉄基合金粉末より作成した1
枚または2枚以上の薄シートと、複数本の酸化物或いは
窒化物セラミック長繊維フィラメントで構成された長繊
維ヤーンを、交互に積層し、次いで加圧焼結することを
特徴とする繊維強化金属の製造方法。
6. C: 0.7 to 3.5% by mass, C
r: 2 to 7%, one or two of Mo and W are 2% ≦
2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr, H
f) contains 3 to 15% of one or more selected from f.
1 made from iron-based alloy powder consisting essentially of Fe
A fiber reinforced metal comprising alternately laminating one or more thin sheets and long fiber yarns composed of a plurality of oxide or nitride ceramic long fiber filaments, and then sintering under pressure. Manufacturing method.
【請求項7】 質量%で、C:0.7〜3.5%、C
r:2〜7%、MoおよびWの1種または2種を2%≦
2Mo+W≦20%、V、Nb、Ti、Ta、Zr、H
fから選ばれた1または2種以上を3〜15%、Co:
10%以下を含有し、残部実質的にFeからなる鉄基合
金粉末より作成した1枚または2枚以上の薄シートと、
複数本の酸化物或いは窒化物セラミック長繊維フィラメ
ントで構成された長繊維ヤーンを、交互に積層し、次い
で加圧焼結することを特徴とする繊維強化金属の製造方
法。
7. C: 0.7 to 3.5% by mass%, C:
r: 2 to 7%, one or two of Mo and W are 2% ≦
2Mo + W ≦ 20%, V, Nb, Ti, Ta, Zr, H
3-15% of one or more selected from f, Co:
One or two or more thin sheets made from an iron-based alloy powder containing 10% or less and the balance substantially consisting of Fe;
A method for producing a fiber reinforced metal, comprising alternately laminating long fiber yarns composed of a plurality of oxide or nitride ceramic long fiber filaments, and then sintering under pressure.
【請求項8】 前記鉄基合金を溶解・冷却して炭化物を
晶出させたものを粉砕して粉末化するか、あるいは前記
鉄基合金の溶湯をアトマイズして粉末化することによ
り、粒径:1〜20μmの鉄基合金粉末を製造すること
を特徴とする請求項6または7に記載の繊維強化金属の
製造方法。
8. A method in which the iron-based alloy is melted and cooled to crystallize carbides and then crushed and powdered, or the molten iron-based alloy is atomized and powdered to obtain a particle size. 8. The method for producing a fiber-reinforced metal according to claim 6, wherein an iron-based alloy powder of 1 to 20 μm is produced.
【請求項9】 前記1枚または2枚以上の薄シートと前
記セラミック長繊維ヤーンを積層後、加圧焼結するに際
し、本焼結前に加圧下で1100〜1400℃で加熱す
る前処理を行い、次いで加圧焼結することを特徴とする
請求項6〜8のいずれかの項に記載の繊維強化金属の製
造方法。
9. After laminating the one or more thin sheets and the ceramic long-fiber yarn and performing pressure sintering, a pre-treatment of heating at 1100 to 1400 ° C. under pressure before main sintering is performed. 9. The method for producing a fiber reinforced metal according to claim 6, wherein the sintering is performed and then pressure sintering is performed.
【請求項10】 前記鉄基合金を溶解し炭化物を晶出・
凝固後、粉砕により粉末化する際に、直径:10〜50
mmの粉砕ボールを少なくとも2種類以上の異なる直径
の粉砕ボールを組み合わせて用いることを特徴とする請
求項8または9に記載の繊維強化金属の製造方法。
10. A method for dissolving the iron-based alloy to crystallize carbides.
After coagulation, when pulverizing by pulverization, the diameter: 10 to 50
The method for producing a fiber-reinforced metal according to claim 8, wherein at least two types of grinding balls having different diameters are used in combination with each other.
【請求項11】 前記鉄基合金を粉砕後、湿式ミリング
し、更に不活性ガス雰囲気中で乾式ミリングして粉末を
製造することを特徴とする請求項8〜10のいずれかの
項に記載の繊維強化金属の製造方法。
11. The powder according to claim 8, wherein the iron-based alloy is pulverized, wet-milled, and further dry-milled in an inert gas atmosphere to produce a powder. Manufacturing method of fiber reinforced metal.
【請求項12】 請求項6〜11のいずれかの項に記載
の繊維強化金属を、熱間および冷間加工用ロール軸また
は工具表面に交互に積層貼付し、次いで乾燥後カプセル
処理し、更に加圧焼結した積層表層部を作成することを
特徴とする複合材の製造方法。
12. The fiber-reinforced metal according to claim 6 is alternately laminated and stuck on a roll shaft for hot and cold working or on the surface of a tool, followed by drying and encapsulation. A method for producing a composite material, comprising forming a laminated surface layer portion subjected to pressure sintering.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110541122A (en) * 2019-10-24 2019-12-06 东莞市中瑞金属材料有限公司 novel alloy steel and manufacturing process thereof
CN111910136A (en) * 2020-06-23 2020-11-10 西安理工大学 Three-dimensional fiber skeleton toughened metal ceramic and preparation method thereof

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