JP2009525400A - 鉄−ニッケル−コバルト合金 - Google Patents

鉄−ニッケル−コバルト合金 Download PDF

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Abstract

(質量%で)Ni30〜35%、Co3〜6%、Al0.001〜0.1%、Mn0.005〜0.5%、Si0.005〜0.5%、Cが最大で0.1%、残分はFe、および製造条件による不純物を有するCFKの型部材中での鉄−ニッケル−コバルト合金の使用であって、その際、該合金は20〜200℃の温度範囲で2.0×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する。

Description

本発明は鉄−ニッケル−コバルト合金の使用に関する。
安全性に関する製品のためにも、例えば航空機建造において、構造部材は炭素繊維強化プラスチック(CFK)からますます製造される。この種類の構造部材の生産には、工具(型)が必要であり、該工具中で粘性の樹脂−炭素繊維の不織布(Gelege)は約180℃の温度で硬化される。いわゆるRTM(樹脂注入成形)法の場合、炭素繊維織布を型に装入し、その型を真空にし、かつ引き続いて樹脂を型に注入する。約180℃での硬化後、構造部材は工具から取り外される。材料としては、これらの型のためにC鋼か、または典型的には1.6〜2.5×10-6-1の間の平均熱膨張率を有する、僅少な膨張率を有する合金(36%のニッケルを有する鉄、Ni36)が使用される。
硬化後に構造部材を型から再び外すのが困難であり、かつその上、該構造部材をその機能に関する要求に適合させるためには、構造部材を高コストの後処理にさらさねばならないので、このRTMの型の使用は、困難性および著しいコストと結びついている。
従って本発明は、これらの型のために前述の困難性を容易に克服することができる合金を提供することを基礎におく。
この課題は、CFKの型構造中での(質量%で)
Ni 30〜35%
Co 3〜6%
Al 0.001〜0.1%
Mn 0.005〜0.5%
Si 0.005〜0.5%
C 最大0.1%
残分はFe、および製造条件による不純物、
を有する鉄−ニッケル−コバルト合金の使用によって解決され、
その際該合金は20〜200℃の温度範囲で、2.0×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する。
本発明による対象の、有利な他の態様は、従属請求項から読み取ることができる。
適用範囲に応じてそれぞれ、Ni含有率は32〜34.5の範囲、必要に応じて32.5%〜33.5%に調整することができる。
好ましい合金は、(質量%での)以下の組成
Ni 32.5〜34.5%
Co >3.0〜5.5%
Al 0.001〜0.5%
Mn 0.005〜0.1%
Si 0.005〜0.1%
C 0.005〜0.05%
残分はFe、および製造条件による不純物によって特徴付けられ、
その際該合金は20〜200℃の温度範囲で、1.5×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する。
使用されるべき合金における付随元素(Begleitelement)に関しては、有利には以下の最大含有率を有する、下記の元素
Cr 最大0.1%
Mo 最大0.1%
Cu 最大0.1%
Ti 最大0.1%
Mg 最大0.005%
B 最大0.005%
N 最大0.006%
O 最大0.003%
S 最大0.005%
P 最大0.008%
Ca 最大0.005%
Zr 最大0.05%
を有することができる。
使用されるべきさらに有利な合金は、(質量%で)以下の化学組成
Ni 32.5%〜34.5%
Co >3.5%〜<4.5%
Mo 最大0.05%
Cr 最大0.05%
C 最大0.009%
Mn 最大0.04%
Si 最大0.03%
S 最大0.003%
N 最大0.004%
Ti 最大0.01%
Cu 最大0.05%
P 最大0.005%
Al 0.001〜0.05%
Mg 最大0.0008%
Ca 最大0.001%
Zr 最大0.03%
O 最大0.006%
残分はFe、および製造条件による不純物によって特徴付けられ、
その際該合金は20〜200℃の温度範囲で、1.3×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する。
有利には型を、熱成形された(鍛造された、または圧延された)、または鋳造された中実材料からフライス部材として完成させ、かつ引き続き焼鈍する。また合金を鋼線材料の形態で、とりわけ溶接添加剤として型の製造の際使用することができる。
合金のための好ましい適用事例は航空機建造に見られ、その際該合金は型構造部材として、とりわけRTM技術を用いたCFKの補強材の製造に使用することができる。同様にCFKの軽量構造物として実施することができる他の航空機構造部材は、提案された合金からなる構造部材を用いて、同様に製造することができる。
硬化過程後の型の熱収縮が比較的僅少なため、これまで使用されたNi36ベースの合金とは逆に、構造部材はこの合金の型から容易に取り外すことができる。型の適切な構成によって構造部材を取り外すことができ、その結果、その機能を後処理無しで適合させることができる。
型からの構造部材のより容易な取り外しによってさらには、型から構造部材を外すために鋭角的な工具を使用する必要がなくなるので、型の耐用期間が高められる。
表1には、本発明による鉄−ニッケル−コバルト合金(E1、E2、E3、E4、E5、E6)のための模範的な化学組成が、別の試験される鉄−ニッケル−コバルト合金(T1、U1)と比較して列挙されている。
Figure 2009525400
本発明による合金E1〜E3ならびにE6は、20〜200℃の温度範囲で、1.5×10-6より大きく、2.0×10-6/K未満の範囲内の熱膨張率を達成する。
本発明による合金E4、およびE5は、20℃〜200℃の温度範囲で約1.3×10-6/Kの比較的低い膨張率を達成し、その結果合金E4、およびE5を用いて同時に低い熱膨張における向上された強度の組み合わせを達成した。

Claims (12)

  1. CFKの型構造中での(質量%で)
    Ni 30〜35%
    Co 3〜6%
    Al 0.001〜0.1%
    Mn 0.005〜0.5%
    Si 0.005〜0.5%
    C 最大0.1%
    残分はFe、および製造条件による不純物を有する鉄−ニッケル−コバルト合金の使用であって、
    その際前記合金が20〜200℃の温度範囲で、2.0×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する、鉄−ニッケル−コバルト合金の使用。
  2. (質量%で)32.0〜34.5%のNi含有率を有する、請求項1に記載の使用。
  3. (質量%で)32.5〜33.5%のNi含有率を有する、請求項1に記載の使用。
  4. (質量%での)以下の組成
    Ni 32.5〜34.5%
    Co >3.0〜5.5%
    Al 0.001〜0.5%
    Mn 0.005〜0.1%
    Si 0.005〜0.1%
    C 0.005〜0.05%
    残分はFe、および製造条件による不純物によって特徴付けられ、
    その際前記合金が20〜200℃の温度範囲で、1.5×10-6/K未満の平均熱膨張率を有することを特徴とする、請求項1から3までのいずれか1項に記載の使用。
  5. 付随元素に関する、(質量%での)以下の最大含有率
    Cr 最大0.1%
    Mo 最大0.1%
    Cu 最大0.1%
    Ti 最大0.1%
    Mg 最大0.005%
    B 最大0.005%
    N 最大0.006%
    O 最大0.003%
    S 最大0.005%
    P 最大0.008%
    Ca 最大0.005%
    Zr 最大0.05%
    を有する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の使用。
  6. (質量%での)以下の組成
    Ni 32.5%〜33.5%
    Co >3.5%〜<4.5%
    Mo 最大0.05%
    Cr 最大0.05%
    C 最大0.009%
    Mn 最大0.04%
    Si 最大0.03%
    S 最大0.003%
    N 最大0.004%
    Ti 最大0.01%
    Cu 最大0.05%
    P 最大0.005%
    Al 0.001%〜0.05%
    Mg 最大0.0008%
    Ca 最大0.003%
    Zr 最大0.05%
    O 最大0.005%
    残分はFe、および製造条件による不純物を有し、
    その際前記合金が20〜200℃の温度範囲で、1.3×10-6/K未満の平均熱膨張率を有する、請求項1から5までのいずれか1項に記載の使用。
  7. 必要に応じて付加的に、0.001〜0.1%の含有率で(質量%で)Nbを含む、請求項1から6までのいずれか1項に記載の使用。
  8. 大型の半製品を板状材料、帯状材料、または管状材料に使用する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
  9. 鋼線をとりわけ溶接添加材料の形態で使用する、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
  10. 炭素繊維強化プラスチックからなる航空機構造部材の製造のための型構造部材としての、請求項1から8までのいずれか1項に記載の使用。
  11. 鍛造部材としての、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
  12. 鋳造構造部材としての、請求項1から7までのいずれか1項に記載の使用。
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