JP2003089836A - Ｎｉ基合金および鍛造加工用金型 - Google Patents
Ｎｉ基合金および鍛造加工用金型Info
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- JP2003089836A JP2003089836A JP2001284055A JP2001284055A JP2003089836A JP 2003089836 A JP2003089836 A JP 2003089836A JP 2001284055 A JP2001284055 A JP 2001284055A JP 2001284055 A JP2001284055 A JP 2001284055A JP 2003089836 A JP2003089836 A JP 2003089836A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】鍛造加工用金型の寿命を長期化させることによ
って、鍛造加工に対する設備投資を低廉化するとともに
鍛造加工品の生産効率を向上させる。 【解決手段】鍛造加工用金型１０は、組成がインコネル
７１８（登録商標）相当のＮｉ基合金からなる。そし
て、このＮｉ基合金における金属組織中には、長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在する。この析出物の一部は、長径と短径の和
を２で除したものとして定義される平均径が２５ｎｍ〜
１μｍである大析出物が１０個／μｍ2以上の割合で存
在する。
って、鍛造加工に対する設備投資を低廉化するとともに
鍛造加工品の生産効率を向上させる。 【解決手段】鍛造加工用金型１０は、組成がインコネル
７１８（登録商標）相当のＮｉ基合金からなる。そし
て、このＮｉ基合金における金属組織中には、長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在する。この析出物の一部は、長径と短径の和
を２で除したものとして定義される平均径が２５ｎｍ〜
１μｍである大析出物が１０個／μｍ2以上の割合で存
在する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、優れた強度、硬度
および靱性を有するＮｉ基合金および該Ｎｉ基合金から
なる鍛造加工用金型に関する。
および靱性を有するＮｉ基合金および該Ｎｉ基合金から
なる鍛造加工用金型に関する。
【０００２】
【従来の技術】図４に、自動車の変速機等に用いられる
歯車１を示す。この歯車１は、大径部２と、該大径部２
に比して小径な小径部３とを有し、小径部３の側周壁部
には外歯４が設けられている。
歯車１を示す。この歯車１は、大径部２と、該大径部２
に比して小径な小径部３とを有し、小径部３の側周壁部
には外歯４が設けられている。
【０００３】この歯車１は、例えば、熱間鍛造加工によ
り製造されている。すなわち、ＳＣＲ４２０Ｈ、ＳＣＭ
４２０ＨまたはＨＮＣＭ（いずれもＪＩＳ規格）等から
なる図示しないリング状ワークが１１００〜１２００℃
程度に加熱された後に金型内に配置され、次に、パンチ
等で押圧されて歯車１に対応する形状に塑性変形され
る。この際には、金型に設けられた歯部形成部によっ
て、リング状ワークの外壁部に外歯４が形成される。熱
間鍛造加工には、ワークが再結晶により軟化するので加
工硬化がなく、このため、ワークの延性が大きくなるの
で容易に加工を施すことができるという利点がある。
り製造されている。すなわち、ＳＣＲ４２０Ｈ、ＳＣＭ
４２０ＨまたはＨＮＣＭ（いずれもＪＩＳ規格）等から
なる図示しないリング状ワークが１１００〜１２００℃
程度に加熱された後に金型内に配置され、次に、パンチ
等で押圧されて歯車１に対応する形状に塑性変形され
る。この際には、金型に設けられた歯部形成部によっ
て、リング状ワークの外壁部に外歯４が形成される。熱
間鍛造加工には、ワークが再結晶により軟化するので加
工硬化がなく、このため、ワークの延性が大きくなるの
で容易に加工を施すことができるという利点がある。
【０００４】このような熱間鍛造加工用の金型の原材料
としては、安価であることや様々な形状の金型を容易に
作製することができるということから、高速度工具鋼や
マルエージ鋼等のいわゆる熱間ダイス鋼が広く使用され
ている。
としては、安価であることや様々な形状の金型を容易に
作製することができるということから、高速度工具鋼や
マルエージ鋼等のいわゆる熱間ダイス鋼が広く使用され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
に歯車１を熱間鍛造加工で製造する場合、リング状ワー
クから金型に熱が伝達されるので、必然的に金型の温度
も上昇する。具体的には、７２５℃程度、瞬間的には１
１００℃程度まで到達することがある。
に歯車１を熱間鍛造加工で製造する場合、リング状ワー
クから金型に熱が伝達されるので、必然的に金型の温度
も上昇する。具体的には、７２５℃程度、瞬間的には１
１００℃程度まで到達することがある。
【０００６】このような状態で熱間鍛造加工をおよそ３
０００回ほど繰り返して行うと、金型に摩耗や欠けが発
生する。したがって、寸法が所定の基準に満たない不良
歯車が形成されてしまうので、鍛造加工装置を停止させ
た上で金型を新しいものに交換する必要がある。
０００回ほど繰り返して行うと、金型に摩耗や欠けが発
生する。したがって、寸法が所定の基準に満たない不良
歯車が形成されてしまうので、鍛造加工装置を停止させ
た上で金型を新しいものに交換する必要がある。
【０００７】しかしながら、この際、鍛造作業が中断さ
れるので、歯車１の生産効率が下降してしまう。また、
金型を頻繁に交換する必要があることから、熱間鍛造加
工に対する設備投資が高騰してしまうという不具合もあ
る。
れるので、歯車１の生産効率が下降してしまう。また、
金型を頻繁に交換する必要があることから、熱間鍛造加
工に対する設備投資が高騰してしまうという不具合もあ
る。
【０００８】以上から諒解されるように、一般的な熱間
鍛造加工用金型には、該金型の寿命が短いために鍛造加
工品の生産効率を向上させることが困難であり、しか
も、加工コストを上昇させてしまうという不具合が顕在
化している。そこで、長寿命な金型が希求されているも
のの、そのような金型は未だに得られていない。
鍛造加工用金型には、該金型の寿命が短いために鍛造加
工品の生産効率を向上させることが困難であり、しか
も、加工コストを上昇させてしまうという不具合が顕在
化している。そこで、長寿命な金型が希求されているも
のの、そのような金型は未だに得られていない。
【０００９】本発明は上記した問題を解決するためにな
されたもので、析出物の存在によって硬度、強度および
靱性が向上した析出硬化型のＮｉ基合金および鍛造加工
用金型を提供することを目的とする。
されたもので、析出物の存在によって硬度、強度および
靱性が向上した析出硬化型のＮｉ基合金および鍛造加工
用金型を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
めに、本発明は、５０〜５５質量％のＮｉ、１７〜２１
質量％のＣｒ、２．８〜３．３質量％のＭｏ、合計で
４．７５〜５．５質量％のＴａとＮｂ（ただしＴａは
０．１質量％以下）、０．６５〜１．１５質量％のＴ
ｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌを含有し、残部がＦｅ
および不可避的不純物であるＮｉ基合金であって、電子
線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型電子
顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在し、かつ前記析出物として、以下の式（１）
で定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物
が含まれていることを特徴とする。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
めに、本発明は、５０〜５５質量％のＮｉ、１７〜２１
質量％のＣｒ、２．８〜３．３質量％のＭｏ、合計で
４．７５〜５．５質量％のＴａとＮｂ（ただしＴａは
０．１質量％以下）、０．６５〜１．１５質量％のＴ
ｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌを含有し、残部がＦｅ
および不可避的不純物であるＮｉ基合金であって、電子
線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型電子
顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在し、かつ前記析出物として、以下の式（１）
で定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物
が含まれていることを特徴とする。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
【００１１】すなわち、このＮｉ基合金の組成は、イン
コネル７１８（登録商標）の主成分の組成に相当する。
なお、組成がインコネル７１８相当である市販Ｎｉ基合
金の金属組織中には、このような大析出物は認められな
い。
コネル７１８（登録商標）の主成分の組成に相当する。
なお、組成がインコネル７１８相当である市販Ｎｉ基合
金の金属組織中には、このような大析出物は認められな
い。
【００１２】このような析出物および大析出物が金属組
織中に含有されているＮｉ基合金では、熱応力が発生し
た場合や機械的応力が加えられた場合、これら析出物お
よび大析出物の存在によって伝播することが著しく抑制
される。このため、強度、硬度および靱性に優れるよう
になる。すなわち、本発明に係るＮｉ基合金は、いわゆ
る析出硬化型合金である。
織中に含有されているＮｉ基合金では、熱応力が発生し
た場合や機械的応力が加えられた場合、これら析出物お
よび大析出物の存在によって伝播することが著しく抑制
される。このため、強度、硬度および靱性に優れるよう
になる。すなわち、本発明に係るＮｉ基合金は、いわゆ
る析出硬化型合金である。
【００１３】なお、本発明に係るＮｉ基合金は、０．０
８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０
８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３
５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．
０１５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下の
Ｓをさらに含有するものであってもよい。
８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０
８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３
５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．
０１５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下の
Ｓをさらに含有するものであってもよい。
【００１４】大析出物は、１０個／μｍ2以上の割合で
金属組織中に存在することが好ましい。１０個／μｍ2
未満である場合、該大析出物によって応力の伝播を抑制
することが容易ではなくなるので、Ｎｉ基合金の諸特性
を向上させる効果に乏しくなる。
金属組織中に存在することが好ましい。１０個／μｍ2
未満である場合、該大析出物によって応力の伝播を抑制
することが容易ではなくなるので、Ｎｉ基合金の諸特性
を向上させる効果に乏しくなる。
【００１５】析出物および大析出物の組成は、主にＮｉ
3Ｎｂ、すなわち、γ”相である。インコネル７１８相
当のＮｉ基合金は、このγ”相により諸特性が向上す
る。勿論、Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）、すなわち、γ’相が
析出物または大析出物に含まれていてもよい。
3Ｎｂ、すなわち、γ”相である。インコネル７１８相
当のＮｉ基合金は、このγ”相により諸特性が向上す
る。勿論、Ｎｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）、すなわち、γ’相が
析出物または大析出物に含まれていてもよい。
【００１６】また、金属組織中の母材粒子の結晶粒度が
ＡＳＴＭ規格でＮｏ．８以上であることが好ましい。こ
こで、ＡＳＴＭ規格では、結晶粒度の数字が大きくなる
ほど結晶粒の平均断面積が小さくなる。本発明に係るＮ
ｉ基合金においては、金属組織中の母材粒子の結晶粒の
平均断面積が小さいことが好ましい。この場合、金属組
織中を応力が伝播することが一層困難となり、結局、上
記の諸特性をより向上させることができるからである。
具体的には、多くの場合、該Ｎｉ基合金におけるＣスケ
ールのロックウェル硬度が４０を超えるようになる。
ＡＳＴＭ規格でＮｏ．８以上であることが好ましい。こ
こで、ＡＳＴＭ規格では、結晶粒度の数字が大きくなる
ほど結晶粒の平均断面積が小さくなる。本発明に係るＮ
ｉ基合金においては、金属組織中の母材粒子の結晶粒の
平均断面積が小さいことが好ましい。この場合、金属組
織中を応力が伝播することが一層困難となり、結局、上
記の諸特性をより向上させることができるからである。
具体的には、多くの場合、該Ｎｉ基合金におけるＣスケ
ールのロックウェル硬度が４０を超えるようになる。
【００１７】また、本発明は、Ｎｉ基合金からなる鍛造
加工用金型であって、前記Ｎｉ基合金は、５０〜５５質
量％のＮｉ、１７〜２１質量％のＣｒ、２．８〜３．３
質量％のＭｏ、合計で４．７５〜５．５質量％のＴａと
Ｎｂ（ただしＴａは０．１質量％以下）、０．６５〜
１．１５質量％のＴｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌを
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、電子
線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型電子
顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在し、かつ前記析出物には、以下の式（１）で
定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物が
含まれていることを特徴とする。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
加工用金型であって、前記Ｎｉ基合金は、５０〜５５質
量％のＮｉ、１７〜２１質量％のＣｒ、２．８〜３．３
質量％のＭｏ、合計で４．７５〜５．５質量％のＴａと
Ｎｂ（ただしＴａは０．１質量％以下）、０．６５〜
１．１５質量％のＴｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌを
含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物であり、電子
線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型電子
顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径が
０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上の
割合で存在し、かつ前記析出物には、以下の式（１）で
定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物が
含まれていることを特徴とする。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
【００１８】すなわち、本発明に係る鍛造加工用金型
は、上記したＮｉ基合金から構成されている。換言すれ
ば、この金型は、強度、硬度および靱性に優れ、このた
めに鍛造加工を繰り返し行っても摩耗や欠けが発生し難
い。したがって、金型の交換頻度が著しく減少するので
金型に要するコストが低廉化し、結局、鍛造加工に対す
る設備投資を低廉化することができる。また、鍛造作業
を中断する頻度も減少するので、鍛造加工製品の生産効
率も向上する。
は、上記したＮｉ基合金から構成されている。換言すれ
ば、この金型は、強度、硬度および靱性に優れ、このた
めに鍛造加工を繰り返し行っても摩耗や欠けが発生し難
い。したがって、金型の交換頻度が著しく減少するので
金型に要するコストが低廉化し、結局、鍛造加工に対す
る設備投資を低廉化することができる。また、鍛造作業
を中断する頻度も減少するので、鍛造加工製品の生産効
率も向上する。
【００１９】なお、本発明に係る鍛造加工用金型を構成
するＮｉ基合金には、上記した成分に加え、０．０８質
量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０８質
量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３５質
量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．０１
５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下のＳが
さらに含有されていてもよい。
するＮｉ基合金には、上記した成分に加え、０．０８質
量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０８質
量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３５質
量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．０１
５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下のＳが
さらに含有されていてもよい。
【００２０】上記したように、応力の伝播を確実に抑制
することができるということから、大析出物が１０個／
μｍ2以上の割合で存在することが好ましい。
することができるということから、大析出物が１０個／
μｍ2以上の割合で存在することが好ましい。
【００２１】また、この金型の諸特性が優れている理由
は、析出物および大析出物にγ”相が含まれていること
による。勿論、γ’相が含まれていてもよい。
は、析出物および大析出物にγ”相が含まれていること
による。勿論、γ’相が含まれていてもよい。
【００２２】そして、この金型を構成するＮｉ基合金に
おける金属組織中の母材粒子の結晶粒度は、ＡＳＴＭ規
格でＮｏ．８以上であることが好ましい。この場合、金
型の諸特性が一層優れたものとなるからである。例え
ば、該金型におけるＣスケールのロックウェル硬度が４
０を超えるようになることがある。
おける金属組織中の母材粒子の結晶粒度は、ＡＳＴＭ規
格でＮｏ．８以上であることが好ましい。この場合、金
型の諸特性が一層優れたものとなるからである。例え
ば、該金型におけるＣスケールのロックウェル硬度が４
０を超えるようになることがある。
【００２３】なお、この金型は、好適には熱間鍛造加工
において使用することができる。この場合、Ｎｉ基合金
の金属組織中に新たな析出物が析出することに伴って該
金型の諸特性が維持され、これにより金型の寿命が長期
化するからである。
において使用することができる。この場合、Ｎｉ基合金
の金属組織中に新たな析出物が析出することに伴って該
金型の諸特性が維持され、これにより金型の寿命が長期
化するからである。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る鍛造加工用金
型につき該金型を構成するＮｉ基合金との関係で好適な
実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明す
る。
型につき該金型を構成するＮｉ基合金との関係で好適な
実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明す
る。
【００２５】本実施の形態に係る鍛造加工用金型（以
下、単に金型ともいう）の概略縦断面斜視図を図１に示
すとともに、該図１の平面図を図２に示す。略円筒体で
あるこの金型１０は、図４に示される歯車１を形成する
ためのものであり、好ましくは熱間鍛造加工において使
用される。
下、単に金型ともいう）の概略縦断面斜視図を図１に示
すとともに、該図１の平面図を図２に示す。略円筒体で
あるこの金型１０は、図４に示される歯車１を形成する
ためのものであり、好ましくは熱間鍛造加工において使
用される。
【００２６】図１および図２に示すように、この金型１
０の中央部には、該金型１０の下端面で開口した大径の
大貫通孔１２と、該大貫通孔１２に比して小径の小貫通
孔１４とが上下に連通して設けられている。そして、金
型１０の上端面には、図示しない鍛造加工装置に該金型
１０を取り付けるための円柱状凹部１６が形成されてい
る。
０の中央部には、該金型１０の下端面で開口した大径の
大貫通孔１２と、該大貫通孔１２に比して小径の小貫通
孔１４とが上下に連通して設けられている。そして、金
型１０の上端面には、図示しない鍛造加工装置に該金型
１０を取り付けるための円柱状凹部１６が形成されてい
る。
【００２７】このうち、小貫通孔１４の内周壁部下端に
は、複数個の歯部形成用溝１８が互いに等間隔で離間し
て設けられている。歯車１（図４参照）の外歯４は、リ
ング状ワークの肉がこの歯部形成用溝１８（図１および
図２参照）内に塑性流動することによって成形される。
は、複数個の歯部形成用溝１８が互いに等間隔で離間し
て設けられている。歯車１（図４参照）の外歯４は、リ
ング状ワークの肉がこの歯部形成用溝１８（図１および
図２参照）内に塑性流動することによって成形される。
【００２８】ここで、この金型１０は、組成がインコネ
ル７１８に相当するＮｉ基合金からなる。すなわち、該
金型１０を構成するＮｉ基合金には、５０〜５５質量％
のＮｉ、１７〜２１質量％のＣｒ、２．８〜３．３質量
％のＭｏ、合計で４．７５〜５．５質量％のＴａとＮｂ
（ただしＴａは０．１質量％以下）、０．６５〜１．１
５質量％のＴｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌ、０．０
８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０
８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３
５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．
０１５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下の
Ｓが含有されており、かつ残部はＦｅおよび不可避的不
純物である。そして、このＮｉ基合金を構成する金属組
織中には、電子顕微鏡等の観察結果から、母材粒子中に
分散した析出物が存在することが認められる。
ル７１８に相当するＮｉ基合金からなる。すなわち、該
金型１０を構成するＮｉ基合金には、５０〜５５質量％
のＮｉ、１７〜２１質量％のＣｒ、２．８〜３．３質量
％のＭｏ、合計で４．７５〜５．５質量％のＴａとＮｂ
（ただしＴａは０．１質量％以下）、０．６５〜１．１
５質量％のＴｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌ、０．０
８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．０
８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．３
５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、０．
０１５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以下の
Ｓが含有されており、かつ残部はＦｅおよび不可避的不
純物である。そして、このＮｉ基合金を構成する金属組
織中には、電子顕微鏡等の観察結果から、母材粒子中に
分散した析出物が存在することが認められる。
【００２９】このうち、母材粒子の結晶粒度は、ＡＳＴ
Ｍ（American Society for Testingand Materials）規
格でＮｏ．８である。すなわち、結晶粒の平均断面積が
０．０００４９ｍｍ2程度のものである。
Ｍ（American Society for Testingand Materials）規
格でＮｏ．８である。すなわち、結晶粒の平均断面積が
０．０００４９ｍｍ2程度のものである。
【００３０】一方、析出物は、本実施の形態では、長径
が０．５ｎｍ以上であるものが金属組織中に約１１００
個／μｍ2の割合で存在している。この割合は、市販品
であるインコネル７１８相当のＮｉ基合金における析出
物が約２１００個／μｍ2の割合で存在しているのに比
してやや少ない。
が０．５ｎｍ以上であるものが金属組織中に約１１００
個／μｍ2の割合で存在している。この割合は、市販品
であるインコネル７１８相当のＮｉ基合金における析出
物が約２１００個／μｍ2の割合で存在しているのに比
してやや少ない。
【００３１】ここで、析出物の割合は、透過型電子顕微
鏡での観察結果から求められる。すなわち、この割合
は、Ｎｉ基合金のサンプルを透過型電子顕微鏡にて観察
する際に、二次元平面である視野中に現れた金属組織に
おける析出物の密度から算出されたものである。
鏡での観察結果から求められる。すなわち、この割合
は、Ｎｉ基合金のサンプルを透過型電子顕微鏡にて観察
する際に、二次元平面である視野中に現れた金属組織に
おける析出物の密度から算出されたものである。
【００３２】析出物の密度は、サンプルの厚みにより変
動する。この理由は、サンプルの厚さ方向（電子線の透
過方向）において互いに異なる高さに位置する析出物が
全て視野に現れるからである。例えば、サンプルの厚み
が２倍となると、析出物の密度も２倍となる。
動する。この理由は、サンプルの厚さ方向（電子線の透
過方向）において互いに異なる高さに位置する析出物が
全て視野に現れるからである。例えば、サンプルの厚み
が２倍となると、析出物の密度も２倍となる。
【００３３】そこで、本実施の形態では、この密度を、
サンプルの厚さ、すなわち、電子線の透過厚さを１０ｎ
ｍに標準化して換算する。例えば、サンプルの厚さが１
５ｎｍである場合、透過型電子顕微鏡の視野に現れた金
属組織中における析出物の密度を１．５で除すことによ
って上記した析出物の割合が算出される。同様に、電子
線の透過厚さが２０ｎｍである場合、金属組織中におけ
る析出物の密度を２で除せばよい。
サンプルの厚さ、すなわち、電子線の透過厚さを１０ｎ
ｍに標準化して換算する。例えば、サンプルの厚さが１
５ｎｍである場合、透過型電子顕微鏡の視野に現れた金
属組織中における析出物の密度を１．５で除すことによ
って上記した析出物の割合が算出される。同様に、電子
線の透過厚さが２０ｎｍである場合、金属組織中におけ
る析出物の密度を２で除せばよい。
【００３４】なお、ここでいう長径とは、図３に示すよ
うに、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて写真撮影された
析出物の長手方向における両端部を２本の平行線Ｌ１、
Ｌ２で挟んだ際に最大距離となるときの間隔ｘを測定倍
率で除したものとして定義される。一方、図３における
ｙは、前記平行線Ｌ１、Ｌ２に直交する平行線Ｍ１、Ｍ
２で析出物を挟んだ際に最大距離となるときの間隔であ
り、このｙを測定倍率で除したものが短径である。
うに、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）にて写真撮影された
析出物の長手方向における両端部を２本の平行線Ｌ１、
Ｌ２で挟んだ際に最大距離となるときの間隔ｘを測定倍
率で除したものとして定義される。一方、図３における
ｙは、前記平行線Ｌ１、Ｌ２に直交する平行線Ｍ１、Ｍ
２で析出物を挟んだ際に最大距離となるときの間隔であ
り、このｙを測定倍率で除したものが短径である。
【００３５】そして、この析出物の一部は、以下の式
（１）で定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大
析出物である。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
（１）で定義される平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大
析出物である。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１）
【００３６】この場合、大析出物は、金属組織中に約１
５個／μｍ2の割合で存在する。なお、平均径が１μｍ
を超える巨大析出物は、金型の諸特性の向上にはさほど
寄与しない。
５個／μｍ2の割合で存在する。なお、平均径が１μｍ
を超える巨大析出物は、金型の諸特性の向上にはさほど
寄与しない。
【００３７】大析出物の粒度分布は、比較的狭い。換言
すれば、大析出物の平均径は互いに略同等であり、バラ
ツキが少ない。
すれば、大析出物の平均径は互いに略同等であり、バラ
ツキが少ない。
【００３８】平均径がこのように大きな大析出物は、イ
ンコネル７１８相当のＮｉ基合金からなる市販品には全
く認められない。すなわち、本実施の形態に係る金型１
０を構成するＮｉ基合金の金属組織には、一般的なＮｉ
基合金における金属組織中には認められない大析出物が
高い割合で含有されている。
ンコネル７１８相当のＮｉ基合金からなる市販品には全
く認められない。すなわち、本実施の形態に係る金型１
０を構成するＮｉ基合金の金属組織には、一般的なＮｉ
基合金における金属組織中には認められない大析出物が
高い割合で含有されている。
【００３９】これら析出物および大析出物の大部分の組
成は、Ｎｉ3Ｎｂ、すなわち、γ”相である。なお、組
成がＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）として表されるγ’相からな
るものが析出物および大析出物に含まれていてもよい。
成は、Ｎｉ3Ｎｂ、すなわち、γ”相である。なお、組
成がＮｉ3（Ａｌ，Ｔｉ）として表されるγ’相からな
るものが析出物および大析出物に含まれていてもよい。
【００４０】このように、本実施の形態に係る金型１０
は、市販品における析出物に比して大きく成長し、かつ
主にγ”相からなる析出物を金属組織中に含有するＮｉ
基合金から構成されている。換言すれば、このＮｉ基合
金は、析出物によって硬化された析出硬化型合金であ
り、優れた硬度、強度および靱性を兼ね備えている。な
お、上記したように、該Ｎｉ基合金において析出物が金
属組織中を占める割合は、市販品に比してやや低い。
は、市販品における析出物に比して大きく成長し、かつ
主にγ”相からなる析出物を金属組織中に含有するＮｉ
基合金から構成されている。換言すれば、このＮｉ基合
金は、析出物によって硬化された析出硬化型合金であ
り、優れた硬度、強度および靱性を兼ね備えている。な
お、上記したように、該Ｎｉ基合金において析出物が金
属組織中を占める割合は、市販品に比してやや低い。
【００４１】このように構成された金型１０のＣスケー
ルのロックウェル硬度（以下、ＨＲＣとも表記する）
は、母材粒子の結晶粒度がＡＳＴＭ規格でＮｏ．８未満
であるもの、換言すれば、粒度密度が大きいものに比し
て高くなる。具体的には、後者のＨＲＣが最大でも４０
であるのに対し、本実施の形態に係る金型１０のＨＲＣ
は４０を超える。このように硬度が高い金型は耐摩耗性
が良好であるので、長寿命なものとなる。
ルのロックウェル硬度（以下、ＨＲＣとも表記する）
は、母材粒子の結晶粒度がＡＳＴＭ規格でＮｏ．８未満
であるもの、換言すれば、粒度密度が大きいものに比し
て高くなる。具体的には、後者のＨＲＣが最大でも４０
であるのに対し、本実施の形態に係る金型１０のＨＲＣ
は４０を超える。このように硬度が高い金型は耐摩耗性
が良好であるので、長寿命なものとなる。
【００４２】このようなＮｉ基合金は、例えば、ＡＳＴ
Ｍ規格での結晶粒度がＮｏ．８でありかつインコネル７
１８相当の組成を有する非熱処理Ｎｉ基合金に対し、約
９８０℃での溶体化処理を２時間ほど行った後、約６３
０℃で８時間ほどの第１次時効処理と、約７４０℃で８
時間ほどの第２次時効処理とを施すことにより得ること
ができる。すなわち、このＮｉ基合金は、インコネル７
１８相当の組成のＮｉ基合金に対する一般的な時効処理
順序、すなわち、７２０℃で８時間の第１次時効処理、
６２０℃で８時間の第２次時効処理とは逆に、第２次時
効処理時の温度を高くすることによって得ることができ
る。
Ｍ規格での結晶粒度がＮｏ．８でありかつインコネル７
１８相当の組成を有する非熱処理Ｎｉ基合金に対し、約
９８０℃での溶体化処理を２時間ほど行った後、約６３
０℃で８時間ほどの第１次時効処理と、約７４０℃で８
時間ほどの第２次時効処理とを施すことにより得ること
ができる。すなわち、このＮｉ基合金は、インコネル７
１８相当の組成のＮｉ基合金に対する一般的な時効処理
順序、すなわち、７２０℃で８時間の第１次時効処理、
６２０℃で８時間の第２次時効処理とは逆に、第２次時
効処理時の温度を高くすることによって得ることができ
る。
【００４３】本実施の形態に係る金型１０は、基本的に
は以上のように構成されるものであり、次にその作用効
果について説明する。
は以上のように構成されるものであり、次にその作用効
果について説明する。
【００４４】この金型１０が取り付けられた鍛造加工装
置を使用しての熱間鍛造加工は、以下のようにして遂行
される。すなわち、まず、ＳＣＲ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２
０ＨまたはＨＮＣＭ等からなるリング状ワーク（図示せ
ず）を１１００〜１２００℃程度に加熱した後、該リン
グ状ワークを金型１０の大貫通孔１２内に配置する。こ
の際、リング状ワークは、大貫通孔１２の底部に載置さ
れる。
置を使用しての熱間鍛造加工は、以下のようにして遂行
される。すなわち、まず、ＳＣＲ４２０Ｈ、ＳＣＭ４２
０ＨまたはＨＮＣＭ等からなるリング状ワーク（図示せ
ず）を１１００〜１２００℃程度に加熱した後、該リン
グ状ワークを金型１０の大貫通孔１２内に配置する。こ
の際、リング状ワークは、大貫通孔１２の底部に載置さ
れる。
【００４５】次に、リング状ワークをパンチ（図示せ
ず）で押圧する。この押圧により、リング状ワークの肉
が塑性流動して小貫通孔１４に流入するとともに、小貫
通孔１４に流入した肉の一部が歯部形成用溝１８内に分
岐して流入する。なお、肉の塑性流動は、小貫通孔１４
内に挿入された図示しないピンにより堰き止められる。
ず）で押圧する。この押圧により、リング状ワークの肉
が塑性流動して小貫通孔１４に流入するとともに、小貫
通孔１４に流入した肉の一部が歯部形成用溝１８内に分
岐して流入する。なお、肉の塑性流動は、小貫通孔１４
内に挿入された図示しないピンにより堰き止められる。
【００４６】この際、鍛造加工装置内において近接した
支持部材により周囲が囲繞された金型１０に対し、リン
グ状ワークから熱が伝達される。このため、金型１０に
は熱応力が発生する。しかしながら、この金型１０を構
成するＮｉ基合金における金属組織には、上記したよう
に、平均径が互いに略同等である大析出物が分散してい
る。しかも、該金属組織中には、析出物が適度な密度で
含有されている。したがって、Ｎｉ基合金、すなわち、
金型１０中で熱応力が伝播することは、これら析出物お
よび大析出物（主にγ”相）によって著しく抑制され
る。
支持部材により周囲が囲繞された金型１０に対し、リン
グ状ワークから熱が伝達される。このため、金型１０に
は熱応力が発生する。しかしながら、この金型１０を構
成するＮｉ基合金における金属組織には、上記したよう
に、平均径が互いに略同等である大析出物が分散してい
る。しかも、該金属組織中には、析出物が適度な密度で
含有されている。したがって、Ｎｉ基合金、すなわち、
金型１０中で熱応力が伝播することは、これら析出物お
よび大析出物（主にγ”相）によって著しく抑制され
る。
【００４７】要するに、本実施の形態に係る金型１０
は、金属組織中に析出物および大析出物を含有すること
に起因して硬度、強度および靱性が向上したＮｉ基合金
から構成されている。このため、熱応力に対する抵抗力
が高く、摩耗や欠けが発生し難い金型となる。具体的に
は、１４７００回程度の熱間鍛造加工を繰り返し行うこ
とができる。すなわち、本実施の形態に係る金型１０
は、従来技術に係る金型に比して約５倍の寿命を有す
る。
は、金属組織中に析出物および大析出物を含有すること
に起因して硬度、強度および靱性が向上したＮｉ基合金
から構成されている。このため、熱応力に対する抵抗力
が高く、摩耗や欠けが発生し難い金型となる。具体的に
は、１４７００回程度の熱間鍛造加工を繰り返し行うこ
とができる。すなわち、本実施の形態に係る金型１０
は、従来技術に係る金型に比して約５倍の寿命を有す
る。
【００４８】さらに、熱間鍛造加工が行われている最
中、リング状ワークから熱が伝達されることにより金型
１０の温度が上昇する。上記したように、本実施の形態
に係る金型１０を構成するＮｉ基合金は、約６３０℃で
８時間ほどの第１次時効処理と、約７４０℃で８時間ほ
どの第２次時効処理とを施すことにより得られるもので
あるので、析出物の析出が不完全である。このため、熱
間鍛造加工の最中、Ｎｉ基合金の金属組織中にさらなる
析出物が新たに析出する。この新たに析出した析出物に
よりＮｉ基合金の硬度、強度および靱性がさらに向上す
ることも、金型１０の寿命が著しく長期化する理由の１
つであると考えられる。
中、リング状ワークから熱が伝達されることにより金型
１０の温度が上昇する。上記したように、本実施の形態
に係る金型１０を構成するＮｉ基合金は、約６３０℃で
８時間ほどの第１次時効処理と、約７４０℃で８時間ほ
どの第２次時効処理とを施すことにより得られるもので
あるので、析出物の析出が不完全である。このため、熱
間鍛造加工の最中、Ｎｉ基合金の金属組織中にさらなる
析出物が新たに析出する。この新たに析出した析出物に
よりＮｉ基合金の硬度、強度および靱性がさらに向上す
ることも、金型１０の寿命が著しく長期化する理由の１
つであると考えられる。
【００４９】また、この金型１０は、ＨＲＣが４０を超
えることに起因して耐摩耗性が高いので、寿命が一層長
期化する。
えることに起因して耐摩耗性が高いので、寿命が一層長
期化する。
【００５０】このように、本実施の形態に係る金型１０
は摩耗や欠けが発生し難いものであるので、交換頻度が
著しく少なくなる。このため、予備の金型を多数用意し
ておく必要がないので、鍛造加工に要するコストを低廉
化することができる。
は摩耗や欠けが発生し難いものであるので、交換頻度が
著しく少なくなる。このため、予備の金型を多数用意し
ておく必要がないので、鍛造加工に要するコストを低廉
化することができる。
【００５１】また、交換頻度が少ないので、鍛造作業を
中断する頻度も少なくなる。したがって、歯車１の生産
効率が向上するという利点もある。
中断する頻度も少なくなる。したがって、歯車１の生産
効率が向上するという利点もある。
【００５２】上記の鍛造加工過程において、小貫通孔１
４に流入した肉が小径部３となり、かつ歯部形成用溝１
８に流入した肉が外歯４となる。また、大貫通孔１２内
において、該大貫通孔１２の直径にまで拡径された大径
部２が成形される。これにより、製品としての歯車１が
得られるに至る。
４に流入した肉が小径部３となり、かつ歯部形成用溝１
８に流入した肉が外歯４となる。また、大貫通孔１２内
において、該大貫通孔１２の直径にまで拡径された大径
部２が成形される。これにより、製品としての歯車１が
得られるに至る。
【００５３】なお、上記した実施の形態においては、金
型１０を熱間鍛造加工用のものとして使用したが、冷間
鍛造加工に使用するようにしてもよい。
型１０を熱間鍛造加工用のものとして使用したが、冷間
鍛造加工に使用するようにしてもよい。
【００５４】また、この実施の形態では、Ｎｉ基合金を
金型１０に適用した場合を例示して説明したが、該Ｎｉ
基合金でタービンブレード等の構造材料やその他のもの
を構成するようにしてもよいことはいうまでもない。
金型１０に適用した場合を例示して説明したが、該Ｎｉ
基合金でタービンブレード等の構造材料やその他のもの
を構成するようにしてもよいことはいうまでもない。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るＮｉ
基合金によれば、長径が０．５ｎｍ以上である析出物の
一部として、平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物
が金属組織中に含まれている。これら析出物および大析
出物の存在によって金属組織中で応力が伝播することが
著しく抑制されるので、市販されているＮｉ基合金に比
して強度、硬度および靱性が優れたものとなるという効
果が達成される。
基合金によれば、長径が０．５ｎｍ以上である析出物の
一部として、平均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物
が金属組織中に含まれている。これら析出物および大析
出物の存在によって金属組織中で応力が伝播することが
著しく抑制されるので、市販されているＮｉ基合金に比
して強度、硬度および靱性が優れたものとなるという効
果が達成される。
【００５６】また、本発明に係る鍛造加工用金型によれ
ば、上記のＮｉ基合金から構成されているので、例え
ば、熱間鍛造加工を繰り返して行っても摩耗や欠けが発
生し難い。このため、一般的な鍛造加工用金型に比して
著しく寿命が長期化する。したがって、金型の交換頻度
が著しく減少するので、鍛造加工に対する設備投資を低
廉化することができるとともに、鍛造加工製品の生産効
率を向上させることができるという効果が達成される。
ば、上記のＮｉ基合金から構成されているので、例え
ば、熱間鍛造加工を繰り返して行っても摩耗や欠けが発
生し難い。このため、一般的な鍛造加工用金型に比して
著しく寿命が長期化する。したがって、金型の交換頻度
が著しく減少するので、鍛造加工に対する設備投資を低
廉化することができるとともに、鍛造加工製品の生産効
率を向上させることができるという効果が達成される。
【図１】本実施の形態に係る鍛造加工用金型の概略縦断
面斜視図である。
面斜視図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】析出物（大析出物）の長径および短径の定義を
説明する説明図である。
説明する説明図である。
【図４】小径部に外歯を有する歯車の概略全体斜視図で
ある。
ある。
１…歯車 ４…外歯
１０…鍛造加工用金型 １８…歯部形成用
溝
溝
Claims (13)
- 【請求項１】５０〜５５質量％のＮｉ、１７〜２１質量
％のＣｒ、２．８〜３．３質量％のＭｏ、合計で４．７
５〜５．５質量％のＴａとＮｂ（ただしＴａは０．１質
量％以下）、０．６５〜１．１５質量％のＴｉ、０．２
〜０．８質量％のＡｌを含有し、残部がＦｅおよび不可
避的不純物であるＮｉ基合金であって、 電子線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型
電子顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径
が０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上
の割合で存在し、 かつ前記析出物として、以下の式（１）で定義される平
均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物が含まれている
ことを特徴とするＮｉ基合金。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１） - 【請求項２】請求項１記載のＮｉ基合金において、０．
０８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下のＢ、０．
０８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下のＣ、０．
３５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下のＭｎ、
０．０１５質量％以下のＰ、および０．０１５質量％以
下のＳをさらに含有することを特徴とするＮｉ基合金。 - 【請求項３】請求項１または２記載のＮｉ基合金におい
て、前記大析出物が１０個／μｍ2以上の割合で存在す
ることを特徴とするＮｉ基合金。 - 【請求項４】請求項１〜３のいずれか１項に記載のＮｉ
基合金において、前記析出物および前記大析出物には少
なくともγ”相が含まれていることを特徴とするＮｉ基
合金。 - 【請求項５】請求項１〜４のいずれか１項に記載のＮｉ
基合金において、前記金属組織中の母材粒子の結晶粒度
がＡＳＴＭ規格でＮｏ．８以上であることを特徴とする
Ｎｉ基合金。 - 【請求項６】請求項５記載のＮｉ基合金において、Ｃス
ケールのロックウェル硬度が４０を超えることを特徴と
するＮｉ基合金。 - 【請求項７】Ｎｉ基合金からなる鍛造加工用金型であっ
て、 前記Ｎｉ基合金は、５０〜５５質量％のＮｉ、１７〜２
１質量％のＣｒ、２．８〜３．３質量％のＭｏ、合計で
４．７５〜５．５質量％のＴａとＮｂ（ただしＴａは
０．１質量％以下）、０．６５〜１．１５質量％のＴ
ｉ、０．２〜０．８質量％のＡｌを含有し、残部がＦｅ
および不可避的不純物であり、 電子線の透過厚さを１０ｎｍに標準化するとき、透過型
電子顕微鏡にて二次元的に観察される金属組織中に長径
が０．５ｎｍ以上である析出物が７００個／μｍ2以上
の割合で存在し、 かつ前記析出物として、以下の式（１）で定義される平
均径が２５ｎｍ〜１μｍである大析出物が含まれている
ことを特徴とする鍛造加工用金型。 平均径＝（長径＋短径）／２ …（１） - 【請求項８】請求項７記載の金型において、前記Ｎｉ基
合金が０．０８質量％以下のＣｏ、０．０１質量％以下
のＢ、０．０８質量％以下のＣｕ、０．０８質量％以下
のＣ、０．３５質量％以下のＳｉ、０．３５質量％以下
のＭｎ、０．０１５質量％以下のＰ、および０．０１５
質量％以下のＳをさらに含有することを特徴とする鍛造
加工用金型。 - 【請求項９】請求項７または８記載の金型において、前
記大析出物が１０個／μｍ2以上の割合で存在すること
を特徴とする鍛造加工用金型。 - 【請求項１０】請求項７〜９のいずれか１項に記載の金
型において、前記析出物および前記大析出物には少なく
ともγ”相が含まれていることを特徴とする鍛造加工用
金型。 - 【請求項１１】請求項７〜１０のいずれか１項に記載の
金型において、前記金属組織中の母材粒子の結晶粒度が
ＡＳＴＭ規格でＮｏ．８以上であることを特徴とする鍛
造加工用金型。 - 【請求項１２】請求項１１記載の金型において、Ｃスケ
ールのロックウェル硬度が４０を超えることを特徴とす
る鍛造加工用金型。 - 【請求項１３】請求項７〜１２のいずれか１項に記載の
金型において、熱間鍛造加工用のものであることを特徴
とする鍛造加工用金型。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001284055A JP2003089836A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | Ｎｉ基合金および鍛造加工用金型 |
| CA002403545A CA2403545C (en) | 2001-09-18 | 2002-09-17 | Ni based alloy, method for producing the same, and forging die |
| US10/245,220 US6997994B2 (en) | 2001-09-18 | 2002-09-17 | Ni based alloy, method for producing the same, and forging die |
| EP02256464A EP1293583B1 (en) | 2001-09-18 | 2002-09-18 | Ni based alloy, method for producing the same, and forging die |
| CNB021545103A CN1179059C (zh) | 2001-09-18 | 2002-09-18 | Ni基合金，Ni基合金的制备方法及锻模 |
| HK03106398.2A HK1054056B (zh) | 2001-09-18 | 2003-09-09 | Ni基合金，ni基合金的製備方法及鍛模 |
| US11/288,788 US20060081315A1 (en) | 2001-09-18 | 2005-11-29 | Method for producing Ni based alloy and forging die |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001284055A JP2003089836A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | Ｎｉ基合金および鍛造加工用金型 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003089836A true JP2003089836A (ja) | 2003-03-28 |
Family
ID=19107443
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001284055A Pending JP2003089836A (ja) | 2001-09-18 | 2001-09-18 | Ｎｉ基合金および鍛造加工用金型 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2003089836A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013089218A1 (ja) | 2011-12-15 | 2013-06-20 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ニッケル基耐熱超合金 |
| JP2018012123A (ja) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | ジヤトコ株式会社 | パーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10265878A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-10-06 | Hitachi Metals Ltd | 高靭性Ｎｉ基合金およびその製造方法 |
-
2001
- 2001-09-18 JP JP2001284055A patent/JP2003089836A/ja active Pending
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH10265878A (ja) * | 1997-03-24 | 1998-10-06 | Hitachi Metals Ltd | 高靭性Ｎｉ基合金およびその製造方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013089218A1 (ja) | 2011-12-15 | 2013-06-20 | 独立行政法人物質・材料研究機構 | ニッケル基耐熱超合金 |
| US9945019B2 (en) | 2011-12-15 | 2018-04-17 | National Institute For Materials Science | Nickel-based heat-resistant superalloy |
| JP2018012123A (ja) * | 2016-07-21 | 2018-01-25 | ジヤトコ株式会社 | パーキングギヤ付きプーリシャフトの製造方法 |
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