JP2021101036A - 磁性を有するCo基合金 - Google Patents
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Abstract
Description
質量%で、C:1.0%以上2.70%以下、Cr:15.0%以上25.0%以下、W:3.0%以上15.0%以下、Si:0.01%以上2.00%以下、Fe:1.0%以上25.0%以下、を含有し、残部は、Co及び不可避的不純物であるCo基合金であって、ビッカース硬さが380HV以上で、かつ磁性を有するCo基合金である。
なお、以下ではCo基合金の製造方法としてアトマイズ法を例に説明するが、他の製造法でも適宜作製することが可能である。
Coは、本発明の合金におけるマトリクスの主成分である。常温でのCo単体の安定結晶構造は六方最密充填構造(h.c.p.)である。690K以上の温度での、Co単体の安定結晶構造は、面心立方格子(f.c.c.)である。本発明に係る粉末では、マトリクス(常温)は、主としてγ相である。このマトリクスが、γ相と共に、ε相を有してもよい。γ相の結晶構造は、f.c.c.である。ε相の結晶構造は、h.c.p.である。
Cは、Cr及びWと結合して炭化物を形成する元素である。この炭化物は、合金の高硬度に寄与しうる。この観点から、Cの含有率は1.00%以上とする。より好ましいCの含有率は、1.30%以上であり、さらに好ましいCの含有率は、1.55%以上である。
他方、Cの含有率が過剰であると、合金の靱性が低下する。そこで、優れた靱性の観点からは、Cの含有率は2.70%以下とする。より好ましくはC,の含有率は1.90質量%以下である。さらに好ましくは、Cの含有率は、1.70質量%以下である。
Crは、Cと結合して炭化物を形成する元素である。この炭化物は、合金の常温硬さ、高温硬さ、耐摩耗性及び耐食性に寄与しうる。これらの観点から、Crの含有率は15.0%以上とする。好ましくはCrは17.0%以上である。さらに好ましくはCrは19.0%以上である。
他方、Crの含有率が過剰であると、合金の靱性が低下する。さらに、Crの含有率が過剰であると、非磁性となる。そこで、靱性及び磁性の観点から、Crの含有率は25.0%以下とする。好ましくは、Crは23.0%以下とする。より好ましくは、Crは22.5%以下とする。
Wは、Cと結合して炭化物を形成する元素である。この炭化物は、高硬度及び耐摩耗性に寄与しうる。これらの観点から、Wの含有率は3.0%以上とする。好ましくは、Wは4.0%以上である。より好ましくは、Wは7.5%以上である。
他方、Wの含有率が過剰であると、合金の靱性が低下する。靱性の観点から、Wの含有率は15.0%以下とする。好ましくは、Wは14.0%以下とする。より好ましくは、Wは13.0%以下とする。
Siは、合金の耐食性及び切削性に寄与しうる元素である。この観点から、Siの含有率は0.01%以上とする。好ましくは、Siは0.20%以上とする。より好ましくは、Siは0.50%以上とする。
他方、Siの含有率が過剰であると、合金の靱性が低下する。靱性の観点から、Siの含有率は2.00%以下とする。好ましくは、Siは1.90%以下とする。より好ましくは、Siは1.80%以下とする。
Feは、後述されるγ相を生成させる元素である。このγ相は、合金の靱性に寄与しうる。Feは磁性を有する。この観点から、Feの含有率は1.0%以上とする。好ましくは、Feは3.0%以上とする。より好ましくは、Feは4.0%以上とする。
他方、Feの含有率が過剰であると、合金の耐食性が低下する。耐食性の観点から、Feの含有率は25.0%以下とする。好ましくは、Feは23.0%以下とする。より好ましくは、Feは21.0%以下とする。
Niは、マトリクスに固溶し、合金の耐食性を高める元素である。Niは、後述されるγ相を生成させる。このγ相は、合金の靱性に寄与しうる。Niの含有率が過剰であると、合金の硬度が小さくなる。これらの観点から、Niの含有率は10.0%以下とする。好ましくは、Niは、9.0%以下とする。より好ましくは、Niは8.0%以下とする。
Moは、Cと結合して炭化物を形成する元素である。この炭化物は、高硬度及び耐摩耗性に寄与しうる。Wの含有率が過剰であると、合金の靱性が低下する。これらの観点から、Moの含有率は10.0%以下とする。好ましくは、Moは9.0%以下とする。より好ましくは、Moは8.0%以下とする。
Cuは、合金の耐食性を高める元素である。Cuの含有率が過剰であると、合金の硬度が小さくなる。硬度の観点から、Cuの含有率は10.0%以下とする。好ましくは、Cuは9.0%以下とする。より好ましくは、Cuは8.0%以下とする。
本発明のCo基合金において、Oは不可避的不純物である。合金の耐食性の観点から、Oの質量含有率は200ppm以下が好ましく、150ppm以下がより好ましく、100ppm以下が特に好ましい。
本発明における合金において、Alは不可避的不純物である。Alは、Ti又はNiと結合し、金属間化合物を形成しうる元素である。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Alの含有率は0.50%以下が好ましく、0.40%以下がより好ましく、0.35%以下が特に好ましい。
本発明における合金において、Tiは不可避的不純物である。Tiは、Al又はNiと結合し、金属間化合物を形成しうる元素である。この金属間化合物は、合金の靱性を損なう。靱性の観点から、Tiの含有率は0.50%以下が好ましく、0.40%以下がより好ましく、0.35%以下が特に好ましい。
本発明に係るCo基合金は、例えば、溶製法やアトマイズ法等によって製造されうる。アトマイズ法として、ガスアトマイズ法、水アトマイズ法及びディスクアトマイズ法が例示される。これらのうち、合金の酸素含有率が少ないとの観点から、好ましいアトマイズはガスアトマイズ法及びディスクアトマイズ法である。さらに合金の酸素含有率が少ないとの観点から、不活性ガス雰囲気でのアトマイズがより好ましい。
また量産性の観点からはガスアトマイズが好ましい。実施例におけるガスアトマイズは、アルミナ製坩堝を溶解に用い、坩堝下の直径5mm のノズルから合金溶湯を出湯し、これに高圧アルゴンを噴霧することで実施した。
[バルクの製作]
表1に示した各化学成分に基づき合金を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、不活性ガス雰囲気中でガスアトマイズに供し、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を500μm以下に調整した。調整後の粉末を、カプセルに充填し、このカプセルを密封した。次にこの粉末を熱間静水圧プレス処理(HIP)に供し、成形してバルクを得た。
硬さの評価方法として、バルクのビッカース硬さ試験を行った。条件として試験時の荷重を200gとした。
実用的な金属不純物の混入検査の観点から、磁性の評価方法として、図1に示すように、質量15gのバルク(1)をMn−Al磁石(2)に付け、磁石(2)がバルク(1)を持ち上げられるか否かで適切な磁性が付与されているか否かの評価を行った。磁石(2)がバルク(1)を持ち上げられた合金に対しては「合格」、持ち上げられなかった合金に対しては「不合格」とした。
もちろん、磁性の評価に関しては、所定のサイズの試験片を切り出し、振動試料型磁力計(VSM)によって飽和磁束密度を測定して確認してもよい。
比較例No.2に係る合金は、Cが過剰なので炭化物の体積率が大きく、磁性相が十分に得られなかった。
比較例No.4に係る合金は、Siが過剰なので、磁性相が十分に得られなかった。
比較例No.6に係る合金は、Crが過剰なので、磁性相が十分に得られなかった。
比較例No.8に係る合金は、Wが過剰なので、磁性相が十分に得られなかった。
比較例No.10に係る合金は、Feが過剰なので、十分な硬度が得られなかった。
Claims (2)
- 質量%で
C:1.0〜2.70%、
Cr:15.0%〜25.0%、
W:3.0〜15.0%、
Si:0.01〜2.00%、
Fe:1.0〜25.0%を含有し、
残部は、Co及び不可避的不純物であるCo基合金であって、
ビッカース硬さが380HV以上で、かつ磁性を有するCo基合金。 - 請求項1に記載の化学成分に加えて、さらに、選択的付加的成分として、質量%でNi:10.0%以下、Mo:10.0%以下、Cu:10.0%以下のいずれか1種または2種以上を添加し、残部が、Co及び不可避的不純物であるCo基合金であり、ビッカース硬さが380HV以上で、かつ磁性を有するCo基合金。
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