JP2022180747A - 多元系合金からなる粉末及び成形体 - Google Patents
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Abstract
【課題】混合のエントロピーΔＳｍｉｘが高い合金からなり、かつ、硬さ、強さ、延伸性及び耐摩耗性のバランスに優れた粉末成形体の提供。【解決手段】成形体は、粉末から得られる。この成形体の材質は、多元系合金である。この多元系合金は、Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、及びＶ：０．１原子％以上２０原子％以下を含有する。この多元系合金は、Ｏをさらに含有する。Ｏの含有率は、２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下である。この多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、１．３０Ｒ以上である。この合金の価電子濃度ＶＥＣは、７．８４以上である。【選択図】なし
Description
本発明は、混合のエントロピーΔＳｍｉｘが大きい多元系合金からなる、粉末及び成形体に関する。
混合のエントロピーΔＳｍｉｘが高い多元系合金が、着目されている。このような合金として、ミディアムエントロピー合金及びハイエントロピー合金が、知られている。ミディアムエントロピー合金のエントロピーΔＳｍｉｘは、気体定数Ｒの１．０倍以上である。ハイエントロピー合金のエントロピーΔＳｍｉｘは、気体定数Ｒの１．５倍以上である。これらの多元系合金は、特徴的な力学特性を示す。
特開２０１９－１６３５３５公報には、主要元素としてＣｒ、Ｆｅ及びＶを含む多元系合金が開示されている。この合金はさらに、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｍｏ、Ｔｉ又はＮｉを含有する。この合金は、耐食性に優れる。
特表２０２１－５００４６９公報には、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ及びＮｉを含む多元系合金が提案されている。この合金は、極低温での特性に優れている。
一般的な多元系合金は、耐摩耗性に劣る。耐摩耗性の改善が、望まれている。特開２０１９－１６３５３５公報に開示された合金は、多量のＶを含有する。Ｖは、耐摩耗性に寄与しうる。しかしこの合金では、Ｖが脆性相を析出させる。この合金の伸びは、不十分である。
特表２０２１－５００４６９公報に開示された合金でも、Ｖが耐摩耗性に寄与しうる。しかしこの合金では、Ｆｅの含有量が多い。この合金の硬さは不十分である。
本発明の目的は、混合のエントロピーΔＳｍｉｘが高い合金からなり、かつ、硬さ、強さ、延伸性及び耐摩耗性のバランスに優れた粉末成形体の提供にある。
本発明に係る粉末の材質は、多元系合金である。この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有する。この多元系合金は、Ｏをさらに含有する。Ｏの含有率は、質量基準で２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下である。この多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、１．３０Ｒ以上である。合金の価電子濃度ＶＥＣは、７．８４以上である。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有する。この多元系合金は、Ｏをさらに含有する。Ｏの含有率は、質量基準で２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下である。この多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、１．３０Ｒ以上である。合金の価電子濃度ＶＥＣは、７．８４以上である。
他の観点によれば、本発明に係る粉末成形体の材質は、多元系合金である。この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有する。この多元系合金は、Ｏをさらに含有する。この成形体の金属組織は、マトリックスとこのマトリックスに分散する多数の酸化物とを含む。この酸化物の最大サイズＤｍａｘは、１０．０μｍ以下である。この酸化物の面積率Ｐｏは、０．５％以上７．０％以下である。この多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、１．３０Ｒ以上である。この合金の価電子濃度ＶＥＣは、７．８４以上である。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
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Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有する。この多元系合金は、Ｏをさらに含有する。この成形体の金属組織は、マトリックスとこのマトリックスに分散する多数の酸化物とを含む。この酸化物の最大サイズＤｍａｘは、１０．０μｍ以下である。この酸化物の面積率Ｐｏは、０．５％以上７．０％以下である。この多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、１．３０Ｒ以上である。この合金の価電子濃度ＶＥＣは、７．８４以上である。
多元系合金が、Ｖ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素を含有してもよい。好ましくは、これらの元素の合計含有率は、２０原子％以下である。
多元系合金が、Ｓｉを含有してもよい。好ましくは、Ｓｉの合計含有率は、２０原子％以下である。
本発明に係る成形体では、合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘが大きい。しかもこの成形体は、硬さ、強さ、延伸性及び耐摩耗性のバランスに優れる。
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態に基づいて本発明が詳細に説明される。
本発明に係る粉末は、多数の粒子の集合である。これらの粒子の材質は、多元系合金である。この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
及び
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
を含有する。この多元系合金は、
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
をさらに含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。この粉末から、後に詳説される焼結により、成形体が得られる。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
及び
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
を含有する。この多元系合金は、
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
をさらに含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。この粉末から、後に詳説される焼結により、成形体が得られる。
この多元系合金は、複数の元素をベースとして含有する。本実施形態では、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＮｉは、ベース元素である。本実施形態では、Ｖもベース元素たり得る。それぞれのベース元素の原子含有率（ａｔ％）は、十分に大きい。従ってこの多元系合金の金属組織は、単一の元素のみがベースである合金の金属組織とは、明確に異なる。この合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、十分に大きい。
混合のエントロピーΔＳｍｉｘは、下記の数式によって算出されうる。
この数式においてＣｉは、各元素のモル分率である。
この合金におけるベース元素の原子含有率が等量に近いほど、この合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘが大きい。このエントロピーΔＳｍｉｘが大きい合金では、混合状態が安定である。このエントロピーΔＳｍｉｘが大きい合金では、複雑かつ微細な金属組織が得られうる。この金属組織は、緩和拡散に優れる。このエントロピーΔＳｍｉｘが大きい合金では、原子半径差に起因する格子歪みが大きい。大きな格子歪みによって変形抵抗が増大されるので、この合金から得られた成形体は高硬度である。これらの観点から、混合のエントロピーΔＳｍｉｘは１．３０Ｒ以上が好ましく、１．４０Ｒ以上がより好ましく、１．５０Ｒ以上が特に好ましい。ここでＲは、気体定数を表す。気体定数Ｒの具体的な値は、８．３１４Ｊ・Ｋ－１・ｍｏｌ－１である。
Ｃｏ、Ｃｒ、Ｆｅ及びＮｉのそれぞれの原子含有率は、大きなエントロピーΔＳｍｉｘが得られるよう、５原子％以上３５原子％以下の範囲で調整される。この含有率は１０原子％以上がより好ましく、１５原子％以上が特に好ましい。この含有率は３０原子％以下がより好ましく、２５原子％以下が特に好ましい。
ベース元素のうち、原子含有率が最大である元素の原子含有率Ｐｍａｘと、原子含有率が最小である元素の原子含有率Ｐｍｉｎとの差（Ｐｍａｘ－Ｐｍｉｎ）は、１５原子％以下が好ましく、１０原子％以下がより好ましく、５原子％以下が特に好ましい。
Ｖは、本発明に係る多元系合金において、極めて重要な元素である。本発明者が得た知見によれば、本発明に係る合金では、ＶがＯと結合して酸化物を形成する。この酸化物は、マトリックスに分散している。この合金から得られる成形体では、多元系合金の特徴である緩和拡散効果と、酸化物によるピン止め効果との重畳効果により、結晶粒の成長が抑制される。この成形体は、高温での軟化抵抗に優れる。
十分な酸化物が析出するとの観点から、Ｖの含有率は０．１原子％以上が好ましく、５原子％以上がより好ましく、１０原子％以上が特に好ましい。過剰のＶは、脆性相の生成を招来する。脆性相は、成形体の熱間加工性を阻害する。熱間加工性の観点から、Ｖの含有率は２０原子％以下が好ましく、１８原子％以下がより好ましく、１６原子％以下が特に好ましい。
Ｏは、本発明に係る多元系合金において、極めて重要な元素である。本発明者が得た知見によれば、本発明に係る合金では、ＶがＯと結合して酸化物を形成する。この酸化物は、マトリックスに分散している。この合金から得られる成形体では、多元系合金の特徴である緩和拡散効果と、酸化物によるピン止め効果との重畳効果により、結晶粒の成長が抑制される。この成形体は、高温での軟化抵抗に優れる。一般的な鉄鋼材料では、Ｏは破壊の起点となる等の理由で、極力除去される。本発明に係る多元系合金では、酸化物によるピン止め効果が重視されるので、ある程度のＯの残留は好ましい。Ｏは、原材料に由来して、多元系合金に含有されうる。酸素ガスがある程度存在する雰囲気中で精錬されることによっても、Ｏが多元系合金に含有されうる。
十分な酸化物が析出するとの観点から、粉末におけるＯの含有率（質量基準）は２０ｐｐｍｗ以上が好ましく、１５０ｐｐｍｗ以上がより好ましく、２００ｐｐｍｗ以上が特に好ましい。過剰のＯは、過剰の酸化物の生成を招来する。過剰の酸化物は、成形体の延伸性を阻害する。延伸性の観点から、Ｏの含有率は１０００ｐｐｍｗ以下が好ましく、８００ｐｐｍｗ以下がより好ましく、６００ｐｐｍｗ以下が特に好ましい。
不可避的不純物として、Ｐ、Ｓ、Ｓｎ及びＮが例示される。Ｐの含有率は、０．１０質量％以下が好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましい。Ｓの含有率は、０．１０質量％以下が好ましく、０．００２質量％以下が特に好ましい。Ｓｎの含有率は、０．１０質量％以下が好ましく、０．０２質量％以下が特に好ましい。Ｎの含有率は、０．５０質量％以下が好ましく、０．０１質量％以下が特に好ましい。
成形体の金属組織では、前述の通り、マトリックスに多数の酸化物が分散している。マトリックスの好ましい結晶構造は、面心立方格子（ｆｃｃ）である。混合のエントロピーΔＳｍｉｘが大きいｆｃｃ型の合金において、酸化物が高硬度と耐摩耗性とに寄与しうることを、本発明者は見出した。
好ましい他の実施形態によれば、多元系合金は、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素を含む。Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎの合計含有率は、２０原子％以下である。すなわち、この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下、
並びに
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下、
並びに
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ又はＭｎを含む多元系合金から得られる成形体では、マトリックス中にこれらの元素のいずれかを含む微細化合物が析出する。典型的な微細化合物は、酸化物である。Ｖの酸化物に比べれば劣るものの、この微細化合物も、結晶粒をピン止めする。この成形体は、軟化抵抗に優れる。軟化抵抗の観点から、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎの原子含有率が大きいことが好ましい。脆性相の生成が抑制されて優れた熱間加工性が達成されるとの観点からは、この原子含有率が小さいことが好ましい。
軟化抵抗及び熱間加工性の観点から、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ及びＡｌの合計含有率は１原子％以上１６原子％以下がより好ましく、３原子％以上９原子％以下が特に好ましい。Ｍｎの含有率は１０原子％以下がより好ましく、１．００原子％以下が特に好ましい。
好ましいさらに他の実施形態によれば、多元系合金は、Ｓｉを含有する。Ｓｉの含有率は、１０原子％以下である。すなわち、この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｓｉ：１０原子％以下、
及び
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｓｉ：１０原子％以下、
及び
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。
Ｓｉを含む多元系合金から得られる成形体では、マトリックス中にＳｉを含む微細化合物が析出する。この微細化合物が結晶粒をピン止めするので、この成形体は軟化抵抗に優れる。軟化抵抗の観点から、Ｓｉの原子含有率が大きいことが好ましい。脆性相の生成が抑制されて優れた熱間加工性が達成されるとの観点から、この原子含有率が小さいことが好ましい。軟化抵抗及び熱間加工性の観点から、Ｓｉの含有率は０．５原子％以上８原子％以下がより好ましく、１．０原子％以上５原子％以下が特に好ましい。
多元系合金が、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素を含み、さらにＳｉを含んでもよい。すなわち、この多元系合金は、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下、
Ｓｉ：１０原子％以下、
並びに
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｎ及びＳｉの合計含有率は、２０原子％以下が好ましい。
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
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Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下、
Ｓｉ：１０原子％以下、
並びに
Ｏ：２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下
を含有する。好ましくは、残部は不可避的不純物である。Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｍｎ及びＳｉの合計含有率は、２０原子％以下が好ましい。
この多元系合金の価電子濃度（Ｖａｌｅｎｃｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ（ＶＥＣ））は、７．８４以上が好ましい。価電子濃度ＶＥＣが７．８４以上である多元系合金では、脆性相の生成が抑制されうる。この合金ではさらに、結晶構造がｆｃｃである相が、安定して形成されうる。これらの観点から、価電子濃度ＶＥＣは７．８７以上がより好ましく、７．９０以上が特に好ましい。
合金の価電子濃度ＶＥＣは、この合金の結晶構造が予測されうる指標である。価電子濃度ＶＥＣは、下記の数式によって算出されうる。
この数式において、Ｃｉは各元素のモル分率であり、ＶＥＣｉは、各元素における、ｄ電子を含む価電子帯の電子数である。
前述の通り、成形体の金属組織は、マトリックスとこのマトリックスに分散する多数の酸化物とを含んでいる。酸化物のサイズは、成形体の延伸性と相関する。延伸性の観点から、成形体における酸化物の最大サイズＤｍａｘは１０．０μｍ以下が好ましく、７．０μｍ以下がより好ましく、５．０μｍ以下が特に好ましい。最大サイズＤｍａｘは、０．１μｍ以上が好ましい。
最大サイズＤｍａｘの測定では、走査型電子顕微鏡によって成形体の研磨面の反射電子像が撮影される。撮影によって得られた画像に存在するそれぞれの酸化物の、円相当径Ｄが、算出される。画像に存在する全ての酸化物の、円相当径Ｄの最大値が、最大サイズＤｍａｘである。換言すれば、最大サイズＤｍａｘは、成形体における酸化物の円相当径Ｄの最大値である。酸化物の円相当径Ｄは、当該酸化物の面積Ｓと同じ面積を有する真円の直径である。円相当径Ｄは、下記の数式によって算出されうる。
Ｄ ＝ （４ × Ｓ ／ π）０．５
Ｄ ＝ （４ × Ｓ ／ π）０．５
成形体における酸化物の面積率Ｐｏは、０．５％以上７．０％以下が好ましい。この面積率Ｐｏが０．５％以上である成形体は、軟化抵抗に優れる。この観点から、この面積率Ｐｏは１．０％以上がより好ましく、２．０％以上が特に好ましい。この面積率Ｐｏが７．０％以下である成形体は、延伸性に優れる。この観点から、この面積率Ｐｏは６．０％以下がより好ましく、５．０％以下が特に好ましい。
面積率Ｐｏの測定では、走査型電子顕微鏡によって成形体の研磨面の反射電子像が撮影される。撮影によって得られた画像に存在するそれぞれの酸化物の面積が、測定される。画像に存在する全ての酸化物の合計面積に基づき、面積率Ｐｏが算出される。
この成形体は、粉末冶金法によって製造されうる。換言すれば、本発明に係る成形体は、粉末成形体である。粉末冶金法に供される粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られる。ガスアトマイズ法、ディスクアトマイズ法、水アトマイズ法、単ロール急冷法、双ロール急冷法及び遠心アトマイズ法が、採用される。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。アトマイズによって得られた粉末に、メカニカルミリング等が施されてもよい。アトマイズにおける急冷凝固により、微細なＶ酸化物が得られうる。この酸化物の、結晶粒をピン止めする効果は、大きい。この酸化物を含む成形体は、軟化抵抗に優れる。アトマイズにおける急冷凝固はさらに、酸化物の微細化に寄与する。微細酸化物を含む成形体は、延伸性に優れる。
この粉末を固化させる典型的な方法は、焼結である。この焼結では、粉末が加圧処理に供される。典型的な加圧処理は、熱間静水圧加圧処理である。焼結で得られた焼結体に熱間鍛造等の塑性加工が施され、本発明に係る成形体が得られる。
以下、実施例によって本発明の効果が明らかにされるが、この実施例の記載に基づいて本発明が限定的に解釈されるべきではない。
［実施例１］
表１に示された組成の金属を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、アルミナ製坩堝に投入した。この坩堝のノズルから溶湯を出し、これに高圧アルゴンを噴霧して、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を３００μｍ以下に調整した。この粉末をカプセルに充填し、このカプセルを密封した。この粉末を１１７０℃の熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）に供し、燒結体を得た。この燒結体を、１１００℃に加熱した。この成形体に鍛造加工を施して空冷し、実施例１の粉末成形体を得た。
表１に示された組成の金属を溶解し、溶湯を得た。この溶湯を、アルミナ製坩堝に投入した。この坩堝のノズルから溶湯を出し、これに高圧アルゴンを噴霧して、粉末を得た。この粉末を分級に供し、粒子径を３００μｍ以下に調整した。この粉末をカプセルに充填し、このカプセルを密封した。この粉末を１１７０℃の熱間静水圧プレス処理（ＨＩＰ）に供し、燒結体を得た。この燒結体を、１１００℃に加熱した。この成形体に鍛造加工を施して空冷し、実施例１の粉末成形体を得た。
［実施例２－１４及び比較例１－１４］
組成を下記の表１及び２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－１４及び比較例１－１４の粉末成形体を得た。
組成を下記の表１及び２に示される通りとした他は実施例１と同様にして、実施例２－１４及び比較例１－１４の粉末成形体を得た。
［比較例１５］
アーク溶解法により、インゴットを得た。このインゴットを、１１００℃に加熱した。このインゴットに鍛造加工を施して空冷し、成形体を得た。
アーク溶解法により、インゴットを得た。このインゴットを、１１００℃に加熱した。このインゴットに鍛造加工を施して空冷し、成形体を得た。
［Ｄｍａｘ、Ｐｏ］
成形体から、試験片を切り出した。この試験片のサイズは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍであった。この試験片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、４０００倍の反射電子像を得た。この電子像から、画像処理により、酸化物の円相当径の最大値Ｄｍａｘを算出した。さらにこの電子像から、画像処理により、酸化物の面積率Ｐｏを算出した。この結果が、下記の表１及び２に示されている。
成形体から、試験片を切り出した。この試験片のサイズは、１０ｍｍ×１０ｍｍ×１０ｍｍであった。この試験片を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察し、４０００倍の反射電子像を得た。この電子像から、画像処理により、酸化物の円相当径の最大値Ｄｍａｘを算出した。さらにこの電子像から、画像処理により、酸化物の面積率Ｐｏを算出した。この結果が、下記の表１及び２に示されている。
［ロックウェル硬さ（ＨＲＢ）］
成形体の硬さＨ１を、測定した。この成形体を８７０℃に加熱し、１時間保持して徐冷した。この成形体の硬さＨ２を、測定した。硬さＨ１及びＨ２の測定は、ロックウェルハードネススケールＢで行った。さらに、硬さの差（Ｈ１－Ｈ２）を算出した。これらの結果が、下記の表１及び２に示されている。１０以下である差（Ｈ１－Ｈ２）が、好ましい。
成形体の硬さＨ１を、測定した。この成形体を８７０℃に加熱し、１時間保持して徐冷した。この成形体の硬さＨ２を、測定した。硬さＨ１及びＨ２の測定は、ロックウェルハードネススケールＢで行った。さらに、硬さの差（Ｈ１－Ｈ２）を算出した。これらの結果が、下記の表１及び２に示されている。１０以下である差（Ｈ１－Ｈ２）が、好ましい。
［引張り試験］
成形体から、「ＪＩＳ １４Ａ号 φ５試験片（φ５×ＧＬ２５ｍｍ）」を切り出した。この試験片を室温での引張り試験に供し、引張強さと伸びを測定した。これらの結果が、下記の表１及び２に示されている。７５０ＭＰａ以上の引張強さが、好ましい。１５％以上の伸びが、好ましい。
成形体から、「ＪＩＳ １４Ａ号 φ５試験片（φ５×ＧＬ２５ｍｍ）」を切り出した。この試験片を室温での引張り試験に供し、引張強さと伸びを測定した。これらの結果が、下記の表１及び２に示されている。７５０ＭＰａ以上の引張強さが、好ましい。１５％以上の伸びが、好ましい。
［比摩耗量］
成形体から、試験片を切り出した。この試験片のサイズは、１９ｍｍ×４１ｍｍ×６ｍｍであった。この試験片を大越式摩耗試験機にセットし、比摩耗量を測定した。測定条件は、以下の通りである。
相手材：ＳＣＭ４２０
摩耗速度：２．３８ｍ／ｓｅｃ
摩耗距離：２００ｍ
最終荷重：２０．６Ｎ
潤滑：なし
温度：室温
試験で得られた摩耗痕幅を測定し、摩耗体積を計算した。この摩耗体積を摩耗距離と最終荷重の積で除すことで、比摩耗量を算出した。この結果が、下記の表１及び２に示されている。６．０×１０－６ｍｍ２／ｋｇ以下である比摩耗量が、好ましい。
成形体から、試験片を切り出した。この試験片のサイズは、１９ｍｍ×４１ｍｍ×６ｍｍであった。この試験片を大越式摩耗試験機にセットし、比摩耗量を測定した。測定条件は、以下の通りである。
相手材：ＳＣＭ４２０
摩耗速度：２．３８ｍ／ｓｅｃ
摩耗距離：２００ｍ
最終荷重：２０．６Ｎ
潤滑：なし
温度：室温
試験で得られた摩耗痕幅を測定し、摩耗体積を計算した。この摩耗体積を摩耗距離と最終荷重の積で除すことで、比摩耗量を算出した。この結果が、下記の表１及び２に示されている。６．０×１０－６ｍｍ２／ｋｇ以下である比摩耗量が、好ましい。
表１及び２には、粉末の段階での組成が示されている。但し、比較例１５に係る成形体では、インゴットの段階での組成が示されている。各合金は、表１又は２に示された元素以外に、不可避的不純物を含む。
比較例１に係る粉末は、Ｖを含有していない。この粉末から得られた成形体は、硬度、軟化抵抗、引張強さ及び耐摩耗性に劣る。比較例２に係る粉末は、過剰のＶを含有する。この粉末から得られた成形体は、延伸性に劣る。比較例３に係る粉末では、混合のエントロピーΔＳｍｉｘが小さい。この粉末から得られた成形体は、硬度に劣る。比較例４に係る粉末から得られた成形体では、酸化物の面積率Ｐｏが過少である。この成形体は、軟化抵抗及び耐摩耗性に劣る。比較例５に係る粉末から得られた成形体では、酸化物の面積率Ｐｏが過剰である。この成形体は、延伸性に劣る。比較例６－１４に係る粉末では、ＶＥＣが過小である。これらの粉末から得られた成形体は、延伸性に劣る。比較例１５に係る成形体は、粗大な酸化物を含む。この成形体は、軟化抵抗及び延伸性に劣る。
それぞれの実施例に係る粉末から得られた成形体は、硬さ、強さ、延伸性及び耐摩耗性のバランスに優れている。
これらの評価結果から、本発明の優位性は明らかである。
以上説明された多元系合金は、強靱性及び耐摩耗性が要求される種々の用途に適している。
Claims (6)
- その材質が多元系合金であり、
上記多元系合金が、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有しており、
上記多元系合金が、Ｏをさらに含有しており、
Ｏの含有率が質量基準で２０ｐｐｍｗ以上１０００ｐｐｍｗ以下であり、
上記多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘが、１．３０Ｒ以上であり、
上記合金の価電子濃度ＶＥＣが７．８４以上である粉末。 - 上記多元系合金が、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下
をさらに含有する請求項１に記載の粉末。 - 上記多元系合金が、
Ｓｉ：１０原子％以下
をさらに含有する請求項１又は２に記載の粉末。 - その材質が多元系合金であり、
上記多元系合金が、
Ｃｏ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｃｒ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｆｅ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｎｉ：５原子％以上３５原子％以下、
Ｖ：０．１原子％以上２０原子％以下
及び
不可避的不純物
を含有しており、
上記多元系合金が、Ｏをさらに含有しており、
その金属組織が、マトリックスとこのマトリックスに分散する多数の酸化物とを含んでおり、
上記酸化物の最大サイズＤｍａｘが１０．０μｍ以下であり、
上記酸化物の面積率Ｐｏが０．５％以上７．０％以下であり、
上記多元系合金の混合のエントロピーΔＳｍｉｘが、１．３０Ｒ以上であり、
上記合金の価電子濃度ＶＥＣが７．８４以上である粉末成形体。 - 上記多元系合金が、
Ｍｏ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ及びＭｎからなる群から選択された１又は２以上の元素：２０原子％以下
をさらに含有する請求項４に記載の粉末成形体。 - 上記多元系合金が、
Ｓｉ：１０原子％以下
をさらに含有する請求項４又は５に記載の粉末成形体。
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