JP2019173049A - 金型用粉末 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.25質量%以上0.45質量%以下、
Si:0.01質量%以上1.20質量%以下、
Mn:1.50質量%以下、
Cr:2.0質量%以上5.5質量%以下
及び
V:0.2質量%以上2.1質量%以下
を含む。この合金はさらに、
Mo:3.0質量%以下、
W:9.5質量%以下
及び
Co:4.5質量%以下
のいずれか1種又は2種以上を含有する。この合金は、下記数式を満たす。
(Mn%)3 / S% > 6.7
この数式において、Mn%はMnの含有率(質量%)を表し、S%はSの含有率(質量%)を表す。この合金の残部は、Fe及び不可避的不純物である。この合金では、P、S及びBの含有率は、合計で0.020質量%以下である。
Cは、Feに固溶して合金の強度を高める。さらにCは、VとMC型炭化物を形成し、Cr、Mo等とM6C型炭化物又はM7C型炭化物を形成する。これらの炭化物は、高温環境下での合金の強さを高める。これらの観点から、Cの含有率は0.25質量%以上が好ましく、0.28質量%以上がより好ましく、0.30質量%以上が特に好ましい。Cの含有率が過剰であると、炭化物が結晶粒界に連続的に析出する。この析出は、結晶粒界の脆弱化を招来し、かつ結晶粒界の靱性の劣化を招来する。これらの観点から、Cの含有率は0.45質量%以下が好ましく、0.43質量%以下がより好ましく、0.41質量%以下が特に好ましい。
Siは、合金の成分調整時に脱酸材として添加される。Siは、Feに固溶して合金の強度を高める。この観点から、Siの含有率は0.01質量%以上が好ましく、0.15質量%以上がより好ましく、0.25質量%以上が特に好ましい。Siの含有率が過剰であると、高温環境下での合金の耐酸化性が阻害される。この観点から、Siの含有率は1.20質量%以下が好ましく、1.10質量%以下がより好ましく、1.00質量%以下が特に好ましい。
MnはSと共にMnSを形成する。このMnSは、高融点化合物である。MnSの形成は、Sを含む低融点化合物の析出量を低減し、凝固割れを抑制する。この観点から、Mnの含有率は0.20質量%以上が好ましく、0.25質量%以上がより好ましく、0.30質量%以上が特に好ましい。Mnの含有率が過剰であると、高温環境下での合金の耐酸化性が阻害される。この観点から、Mnの含有率は1.50質量%以下が好ましく、1.45質量%以下がより好ましく、1.40質量%以下が特に好ましい。
Crは、Feに固溶して合金の強度を高める。さらにCrは、合金の耐酸化性に寄与する。これらの観点から、Crの含有率は2.0質量%以上が好ましく、2.3質量%以上がより好ましく、2.5質量%以上が特に好ましい。Crの含有率が過剰であると、高温環境下での合金の強度が阻害される。この観点から、Crの含有率は5.5質量%以下が好ましく、5.3質量%以下がより好ましく、5.1質量%以下が特に好ましい。
Vは、金型の焼き戻しによる二次硬化に寄与する。さらにVは、高温環境下での合金の強度に寄与する。これらの観点から、Vの含有率は0.2質量%以上が好ましく、0.3質量%以上がより好ましく、0.4質量%以上が特に好ましい。合金のコストの観点から、Vの含有率は2.1質量%以下が好ましく、1.5質量%以下がより好ましく、1.0質量%以下が特に好ましい。
前述の通り、Cは合金の強度に寄与する。一方、過剰なCの含有は、合金の靱性を阻害する。合金が、適量なCと共にMo、W又はCoを含有することにより、強度と靱性とが両立されうる。合金が、Moを含有し、W及びCoを含有しなくてもよい。合金が、Wを含有し、Co及びMoを含有しなくてもよい。合金が、Coを含有し、Mo及びWを含有しなくてもよい。合金が、Mo及びWを含有し、Coを含有しなくてもよい。合金が、W及びCoを含有し、Moを含有しなくてもよい。合金が、Co及びMoを含有し、Wを含有しなくてもよい。合金が、Mo、W及びCoを含有してもよい。
P、S及びBは、不可避的不純物である。本発明にかかる金型用合金において、P、S及びBは、凝固時に低融点の液相を生じさせる。急速溶融急冷凝固を伴うプロセスによって金型が成形されるとき、結晶粒界に、P、S又はBに起因する低融点共晶組織が偏析する。この偏析は、凝固割れを助長する。凝固割れ抑制の観点から、P、S及びBの含有率の合計は、0.020質量%以下が好ましく、0.017質量%以下がより好ましく、0.015質量%以下が特に好ましい。
(Mn%)3 / S% > 6.7
この数式において、Mn%はMnの含有率(質量%)を表し、S%はSの含有率(質量%)を表す。
粉末の平均粒径D50は、10μm以上150μm以下が好ましい。平均粒径D50が10μm以上である粉末は、流動性に優れる。この観点から、平均粒径は20μm以上がより好ましく、30μm以上が特に好ましい。平均粒径D50が150μm以下である粉末は、容器への充填率が高い。従ってこの粉末から、密度が大きい金型が得られうる。この観点から、平均粒径D50は120μm以下がより好ましく、90μm以下が特に好ましい。
粉末の製造方法として、水アトマイズ法、単ロール急冷法、双ロール急冷法、ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法及び遠心アトマイズ法が例示される。好ましい製造方法は、単ロール冷却法、ガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。粉末に、メカニカルミリング等が施されてもよい。ミリング方法として、ボールミル法、ビーズミル法、遊星ボールミル法、アトライタ法及び振動ボールミル法が例示される。
金型は、粉末に急速溶融急冷凝固プロセスを伴う造形法が施されることで得られる。この造形法として、三次元積層造形法、溶射法、レーザーコーティング法及び肉盛法が例示される。典型的には、金型は、三次元積層造形法によって成形される。
真空中にて、アルミナ製坩堝で、所定の組成を有する原料を高周波誘導加熱で加熱し、溶解した。坩堝下にある直径が5mmのノズルから、溶湯を落下させた。この溶湯に、高圧アルゴンガス又は高圧窒素ガスを噴霧し、粉末を得た。各粉末の組成の詳細が、下記の表1に示されている。表1において、No.1からNo.9の粉末は本発明例であり、No.10からNo.17の粉末は比較例である。
この粉末を原料として、3次元積層造形装置(EOS−M290)による積層造形法を実施し、成形体を得た。成形体の形状は立方体であり、一辺の長さは10mmであった。
成形体を、造形方向に対して平行に切断した。この断面を、光学顕微鏡にて、倍率100倍で観察した。5視野についての顕微鏡画像を撮影し、画像解析によって割れの数をカウントした。この結果が、下記の表1に示されている。
成形体の空気中での重量、水中での重量、及び水の密度を用いて、この成形体の密度を算出した(アルキメデス密度測定法)。この密度を、粉末成分から算出される理論密度で除して、相対密度を算出した。この結果が、下記の表1に示されている。
Claims (2)
- その材質が、
C:0.25質量%以上0.45質量%以下、
Si:0.01質量%以上1.20質量%以下、
Mn:1.50質量%以下、
Cr:2.0質量%以上5.5質量%以下
及び
V:0.2質量%以上2.1質量%以下
を含有し、さらに、
Mo:3.0質量%以下、
W:9.5質量%以下
及び
Co:4.5質量%以下
のいずれか1種又は2種以上を含有し、残部がFe及び不可避的不純物であり、
下記数式を満たし、
(Mn%)3 / S% > 6.7
(この数式において、Mn%はMnの含有率(質量%)を表し、S%はSの含有率(質量%)を表す。)
P、S及びBの含有率が合計で0.020質量%以下である合金である、金型用粉末。 - 上記粉末の、平均粒径D50が10μm以上150μm以下であり、90%粒径D90が200μm以下である請求項1に記載の金型用粉末。
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