JP2023107361A - Fe-based alloy for sintering - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、焼結に適したＦｅ基合金に関する。本発明はさらに、この合金を材質とする粉末に関する。 The present invention relates to Fe-based alloys suitable for sintering. The invention further relates to powders made from this alloy.
粉末から成形体を得る方法として、溶射法、三次元積層造形法、焼結法等が例示される。溶射法及び三次元積層造形法では、液相反応によって成形体が得られる。一方、焼結法では、固相反応によって成形体（焼結体）が得られる。焼結法として、放電プラズマ焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法、金属射出成形法等が挙げられる。特開２００６－１３１９５２公報には、焼結法に適したＦｅ基合金粉末が開示されている。このＦｅ基合金粉末から、高硬度な焼結体が得られうる。 Examples of methods for obtaining a compact from powder include a thermal spraying method, a three-dimensional layered manufacturing method, a sintering method, and the like. In the thermal spraying method and the three-dimensional additive manufacturing method, a compact is obtained by a liquid phase reaction. On the other hand, in the sintering method, a molded body (sintered body) is obtained by a solid phase reaction. Sintering methods include discharge plasma sintering, hot pressing, hot isostatic pressure, and metal injection molding. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2006-131952 discloses an Fe-based alloy powder suitable for sintering. A sintered body with high hardness can be obtained from this Fe-based alloy powder.
従来のＦｅ基合金の融点は、概して高い。この合金から焼結体が得られるには、粉末が高温で加熱される必要である。この加熱には、多量のエネルギーが必要である。さらにこの加熱には、高温に耐えうる設備（炉など）が必要である。比較的低い温度にて焼結されうるＦｅ基合金が、望まれている。 The melting points of conventional Fe-based alloys are generally high. To obtain a sintered body from this alloy, the powder must be heated to a high temperature. This heating requires a large amount of energy. Furthermore, this heating requires equipment (such as a furnace) that can withstand high temperatures. Fe-based alloys that can be sintered at relatively low temperatures are desired.
本発明の目的は、焼結が容易であり、かつ高硬度な焼結体が得られうる合金粉末の提供にある。 An object of the present invention is to provide an alloy powder that can be easily sintered and from which a sintered body with high hardness can be obtained.
本発明に係る焼結用Ｆｅ基合金は、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
The Fe-based alloy for sintering according to the present invention is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less. The balance is Fe and unavoidable impurities.
他の観点によれば、本発明は焼結用粉末に関する。この粉末の材質は、Ｆｅ基合金である。このＦｅ基合金は、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
According to another aspect, the invention relates to a sintering powder. The material of this powder is an Fe-based alloy. This Fe-based alloy is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less. The balance is Fe and unavoidable impurities.
さらに他の観点によれば、本発明は焼結体に関する。この焼結体の材質は、Ｆｅ基合金である。このＦｅ基合金は、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有する。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
In still another aspect, the invention relates to a sintered body. The material of this sintered body is an Fe-based alloy. This Fe-based alloy is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less. The balance is Fe and unavoidable impurities.
本発明に係るＦｅ基合金の固相線温度は、低い。このＦｅ基合金が材質である粉末から、高硬度な成形体が得られうる。 The solidus temperature of the Fe-based alloy according to the present invention is low. A compact having a high hardness can be obtained from the powder whose material is the Fe-based alloy.
本発明に係る焼結用粉末は、多数の粒子の集合である。これらの粒子の材質は、Ｆｅ基合金である。このＦｅ基合金は、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有している。残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
The sintering powder according to the present invention is an aggregate of many particles. The material of these particles is an Fe-based alloy. This Fe-based alloy is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.8% by mass or less,
and Cr: containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less. The balance is Fe and unavoidable impurities.
［金属組織］
本発明に係るＦｅ基合金では、「Ｆｅ２Ｂ＋αＦｅ」の共晶組織のマトリックスに、多数のＦｅ２Ｂ化合物が分散している。このＦｅ基合金の固相線温度は、低い。このＦｅ基合金は、易焼結性である。この粉末から、比較的低い温度で、焼結体が得られうる。この焼結体は、低エネルギーで得られうる。この焼結は、比較的簡便な炉でなされうる。
[Metal structure]
In the Fe-based alloy according to the present invention, a large number of Fe 2 B compounds are dispersed in the matrix of the eutectic structure of "Fe 2 B + αFe". The solidus temperature of this Fe-based alloy is low. This Fe-based alloy is easily sintered. Sintered bodies can be obtained from this powder at relatively low temperatures. This sintered body can be obtained with low energy. This sintering can be done in a relatively simple furnace.
分散しているＦｅ２Ｂ化合物の粒子径は、５μｍ程度である。共晶組織中のＦｅ２Ｂの粒子径は、１μｍ以下である。分散しているＦｅ２Ｂ化合物は、硬質である。共晶組織中のＦｅ２Ｂも、硬質である。合金が、互いにサイズが異なりかつ共に硬質である２種のＦｅ２Ｂを含むので、この合金から硬質な焼結体が得られうる。この組織ではさらに、ＣがαＦｅに固溶している。この固溶によっても、焼結体における大きい硬度が達成されうる。この焼結体の硬度は、一般的な鉄鋼材料の硬度に比べ、極めて大きい。この焼結体は、耐摩耗性に優れる。以下、このＦｅ基合金の組成が詳説される。 The particle size of the dispersed Fe 2 B compound is about 5 μm. The particle size of Fe 2 B in the eutectic structure is 1 μm or less. The dispersed Fe 2 B compound is hard. Fe 2 B in the eutectic structure is also hard. A hard sintered body can be obtained from this alloy because the alloy contains two types of Fe 2 B that are different in size from each other and both are hard. Further, in this structure, C is dissolved in αFe. This solid solution can also achieve high hardness in the sintered body. The hardness of this sintered body is much higher than that of general steel materials. This sintered body has excellent wear resistance. The composition of this Fe-based alloy will be described in detail below.
［ホウ素（Ｂ）］
Ｂの量が十分であるＦｅ基合金は、過度の亜共晶組織ではなく、共晶組織を有しうる。共晶組織を有するＦｅ基合金の融点は低い。換言すれば、Ｂの量が十分であるＦｅ基合金は、溶融性に優れる。さらにＢは、Ｆｅと結合してＦｅ２Ｂを生成させる。このＦｅ２Ｂは、硬質である。十分な量のＢを含むＦｅ基合金から、十分な量のＦｅ２Ｂを含む焼結体が得られうる。この焼結体は、耐摩耗性に優れる。Ｆｅ基合金の溶融性と、焼結体の耐摩耗性との観点から、Ｂの含有率は４．０質量％以上が好ましく、４．５質量％以上がより好ましく、４．８質量％以上が特に好ましい。
[boron (B)]
An Fe-based alloy with a sufficient amount of B may have a eutectic structure rather than an excessively hypoeutectic structure. An Fe-based alloy having a eutectic structure has a low melting point. In other words, an Fe-based alloy with a sufficient amount of B has excellent meltability. Furthermore, B combines with Fe to form Fe2B . This Fe 2 B is hard. A sintered body containing a sufficient amount of Fe 2 B can be obtained from an Fe-based alloy containing a sufficient amount of B. This sintered body has excellent wear resistance. From the viewpoint of the meltability of the Fe-based alloy and the wear resistance of the sintered body, the content of B is preferably 4.0% by mass or more, more preferably 4.5% by mass or more, and 4.8% by mass or more. is particularly preferred.
Ｂの量が過剰でないＦｅ基合金は、過度の過共晶ではなく、共晶組織を有しうる。共晶組織を有するＦｅ基合金の融点は低い。換言すれば、Ｂの量が過剰でないＦｅ基合金は、溶融性に優れる。過剰でないＢを含むＦｅ基合金から、適切な量のＦｅ２Ｂを含む焼結体が得られうる。この焼結体は、靱性に優れる。さらに、過剰でないＢを含むＦｅ基合金では、αＦｅからのＢの排出が抑制される。Ｂの排出が抑制された焼結体は、高硬度であり、耐摩耗性に優れる。Ｆｅ基合金の溶融性、並びに焼結体の靱性及び耐摩耗性の観点から、Ｂの含有率は７．０質量％以下が好ましく、６．５質量％以下がより好ましく、６．２質量％以下が特に好ましい。 Fe-based alloys without excessive amounts of B may have a eutectic structure rather than excessive hypereutectic. An Fe-based alloy having a eutectic structure has a low melting point. In other words, Fe-based alloys in which the amount of B is not excessive have excellent meltability. A sintered body containing an appropriate amount of Fe 2 B can be obtained from an Fe-based alloy containing B in a non-excess amount. This sintered body has excellent toughness. Furthermore, in Fe-based alloys containing not excessive B, the release of B from αFe is suppressed. A sintered body in which the discharge of B is suppressed has high hardness and excellent wear resistance. From the viewpoint of the meltability of the Fe-based alloy and the toughness and wear resistance of the sintered body, the B content is preferably 7.0% by mass or less, more preferably 6.5% by mass or less, and 6.2% by mass. The following are particularly preferred.
［炭素（Ｃ）］
ＣはＦｅのマトリックスに固溶することで、固溶強化に寄与する。十分なＣを含むＦｅ基合金から、高硬度で耐摩耗性に優れた焼結体が形成されうる。
[Carbon (C)]
C contributes to solid-solution strengthening by dissolving in the Fe matrix. A sintered body having high hardness and excellent wear resistance can be formed from an Fe-based alloy containing a sufficient amount of C.
本発明者が得た知見によれば、Ｃは意外にも、粉末製造時の材料歩留まりに寄与することが判明した。その理由は、Ｃによって合金の溶湯が脱酸等されてその粘性が下がり、炉壁の耐火物等への溶湯の付着が減るからであると、推測される。 According to the knowledge obtained by the present inventors, it was found that C unexpectedly contributes to the material yield during powder production. It is presumed that the reason for this is that C deoxidizes the molten alloy, lowers its viscosity, and reduces adhesion of the molten alloy to the refractories of the furnace wall.
粉末製造時には、合金溶湯中に溶け込んでいたガス成分が、凝固過程においてガス化する。このガス化が原因で、粒子の内部にポアが生じうる。ポアが存在する粉末から得られた焼結体では、このポアのガスが残存する。この粉末からは、緻密な焼結体は得られにくい。本発明者が得た知見によれば、Ｃは意外にも、このポアを抑制しうる。その理由は、Ｃによって合金の溶湯が脱酸等されて溶湯からガス成分が除去され、ポアの少ない粉末が得られるからであると、推測される。ポアの少ない粉末、つまりガスを多くは含まない粉末から、緻密な焼結体が形成されうる。 At the time of powder production, gas components dissolved in the molten alloy are gasified during the solidification process. This gasification can cause pores inside the particles. In a sintered body obtained from a powder in which pores exist, the gas in these pores remains. It is difficult to obtain a dense sintered body from this powder. According to the knowledge obtained by the present inventors, C can suppress these pores unexpectedly. It is presumed that the reason for this is that the molten alloy is deoxidized by C, gas components are removed from the molten alloy, and a powder with few pores can be obtained. A dense sintered body can be formed from a powder with few pores, that is, a powder that does not contain much gas.
これらの観点から、Ｃの含有率は０．０１質量％以上が好ましく、０．０３質量％以上がより好ましく、０．０５質量％以上が特に好ましい。 From these points of view, the C content is preferably 0.01% by mass or more, more preferably 0.03% by mass or more, and particularly preferably 0.05% by mass or more.
Ｃが過剰である焼結体は、靱性に劣る。靱性の観点から、Ｃの含有率は０．８０質量％以下が好ましく、０．５０質量％以下がより好ましく、０．３０質量％以下が特に好ましい。 A sintered body with an excessive amount of C is inferior in toughness. From the viewpoint of toughness, the C content is preferably 0.80% by mass or less, more preferably 0.50% by mass or less, and particularly preferably 0.30% by mass or less.
Ｃの含有率は、選択される原材料に影響される。安価であってＣを不純物としてある程度含有する原材料が用いられて合金が得られる場合であって、原料に含まれるＣだけで前述の含有率が達成されるときは、Ｃが意図的に添加されなくてよい。この原材料に含まれるＣのみでは前述の下限値に達しない場合、Ｃが意図的に添加されることで、前述の含有率が達成されうる。さらに、Ｃをほとんど含有しない原材料（一般的には高価な原材料）が用いられる場合も、Ｃが意図的に添加されることで、前述の含有率が達成されうる。Ｃのトータルの含有率が上記範囲内であれば、前述の作用効果が奏されうる。 The content of C is influenced by the raw materials selected. When an alloy is obtained by using a raw material that is inexpensive and contains a certain amount of C as an impurity, and when the above-mentioned content is achieved only by the C contained in the raw material, C is intentionally added. You don't have to. If the C contained in this raw material alone does not reach the above-mentioned lower limit, the above-mentioned content can be achieved by intentionally adding C. Furthermore, even when a raw material containing almost no C (generally an expensive raw material) is used, the above-mentioned content can be achieved by intentionally adding C. If the total content of C is within the above range, the above effects can be achieved.
［クロム（Ｃｒ）］
Ｃｒは、焼結体の耐食性に寄与する。Ｃｒは、焼結体に耐食性が必要な場合に、合金に添加される。従って、Ｃｒは必須の元素ではない。換言すれば、クロムの含有率がゼロであってよい。耐食性の観点から、Ｃｒの含有率は１．０質量％以上が好ましく、３．０質量％以上がより好ましく、５．０質量％以上が特に好ましい。過剰のＣｒは、粉末製造時の作業性を損なう。具体的には、過剰のＣｒは、アトマイズ時のノズル閉塞を招来する。作業性の観点から、Ｃｒの含有率は２０．０質量％以下が好ましく、１５．０質量％以下がより好ましく、１２．０質量％以下が特に好ましい。
[Chromium (Cr)]
Cr contributes to the corrosion resistance of the sintered body. Cr is added to the alloy when the sintered body requires corrosion resistance. Therefore, Cr is not an essential element. In other words, the chromium content may be zero. From the viewpoint of corrosion resistance, the Cr content is preferably 1.0% by mass or more, more preferably 3.0% by mass or more, and particularly preferably 5.0% by mass or more. Excessive Cr impairs workability during powder production. Specifically, excessive Cr causes nozzle clogging during atomization. From the viewpoint of workability, the Cr content is preferably 20.0% by mass or less, more preferably 15.0% by mass or less, and particularly preferably 12.0% by mass or less.
［鉄（Ｆｅ）］
本発明に係る合金の主成分は、Ｆｅである。Ｃが固溶したＦｅは、熱処理によってマルテンサイト変態を起こしうる。この熱処理後の焼結体は、高硬度である。この焼結体ではさらに、αＦｅが靱性に寄与しうる。硬度及び靱性の観点から、Ｆｅ基合金におけるＦｅの含有率は６５質量％以上が好ましく、７０質量％以上がより好ましく、７５質量％以上が特に好ましい。Ｆｅ基合金が十分な量のＢ、Ｃ及びＣｒを含みうるとの観点から、Ｆｅの含有率は９５質量％以下が好ましい。
[Iron (Fe)]
The main component of the alloy according to the invention is Fe. Fe in which C forms a solid solution can cause martensitic transformation by heat treatment. The sintered body after this heat treatment has high hardness. In this sintered body, αFe can further contribute to toughness. From the viewpoint of hardness and toughness, the Fe content in the Fe-based alloy is preferably 65% by mass or more, more preferably 70% by mass or more, and particularly preferably 75% by mass or more. From the viewpoint that the Fe-based alloy can contain sufficient amounts of B, C and Cr, the Fe content is preferably 95% by mass or less.
［粉末の製造］
粉末は、好ましくは、アトマイズ法によって得られうる。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、遠心アトマイズ法等が、採用されうる。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により、Ｆｅ基合金に共晶組織が生じうる。共晶組織を有するＦｅ基合金では、固相線温度は低く、かつ液相線温度が低い。
[Production of powder]
The powder can preferably be obtained by an atomizing method. A gas atomization method, a disc atomization method, a water atomization method, a centrifugal atomization method, etc. can be employed. Preferred atomization methods are gas atomization and disc atomization. The powder obtained by atomization may be subjected to mechanical milling or the like. A eutectic structure can occur in the Fe-based alloy due to rapid cooling during atomization. An Fe-based alloy having a eutectic structure has a low solidus temperature and a low liquidus temperature.
［焼結法］
焼結体は、放電プラズマ焼結法、ホットプレス法、熱間静水圧法、金属射出成形法等によって形成されうる。皮膜状の焼結体が、形成されてもよい。皮膜状の焼結体の製造では、その材質がＦｅ基合金である多数の粒子が、ベースの上に敷き詰められる。これらの粒子が、加熱される。粒子がＦｅ基合金の固相線温度よりも高い温度に達することで、Ｆｅ基合金は固液混合状態となる。その後にＦｅ基合金が凝固し、焼結体が形成される。本発明に係るＦｅ基合金は共晶組織を含有しているので、固相線温度は低い。従って、焼結温度は低くたり得る。この焼結法では、熱に起因するベースの損傷が、抑制されうる。さらにこの焼結法では、低コストで焼結体が形成されうる。
[Sintering method]
The sintered body can be formed by a spark plasma sintering method, a hot press method, a hot isostatic pressure method, a metal injection molding method, or the like. A film-like sintered body may be formed. In the production of a film-like sintered body, a large number of particles whose material is an Fe-based alloy are spread over a base. These particles are heated. When the particles reach a temperature higher than the solidus temperature of the Fe-based alloy, the Fe-based alloy enters a solid-liquid mixed state. The Fe-based alloy is then solidified to form a sintered body. Since the Fe-based alloy according to the present invention contains a eutectic structure, the solidus temperature is low. Therefore, the sintering temperature can be low. In this sintering method, thermally induced damage to the base can be suppressed. Furthermore, this sintering method can form a sintered body at low cost.
［再溶融処理］
焼結体に、再溶融処理が施されてもよい。再溶融処理では、固相線温度以上の温度に達するまで、焼結体が加熱される。この加熱により、焼結体に液相が発生する。焼結体は、固液混合状態となる。この液相が凝固して、焼結体が再形成される。再溶融処理により、焼結体の緻密性が高められる。本発明に係るＦｅ基合金は共晶組織を含有しているので、比較的低い加熱温度にて、液相が生じうる。従って、熱に起因するベースの損傷が、抑制されうる。
[Remelting treatment]
The sintered body may be subjected to remelting treatment. In the remelting process, the sintered body is heated until it reaches a temperature equal to or higher than the solidus temperature. This heating generates a liquid phase in the sintered body. The sintered body is in a solid-liquid mixed state. This liquid phase solidifies to reform the sintered body. The remelting treatment increases the density of the sintered body. Since the Fe-based alloy according to the present invention contains a eutectic structure, a liquid phase can be generated at a relatively low heating temperature. Therefore, thermal damage to the base can be suppressed.
［焼結体の硬度］
本実施形態に係るＦｅ基合金から、ビッカース硬さ（ＨＶ）が９００以上である焼結体が得られうる。従来の代表的な鉄鋼材料の硬さは、以下の通りである。
一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）：１００ＨＶから１６０ＨＶ
オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）：約２００ＨＶ
Ｍｏ添加オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）：約２００ＨＶ
粉末ハイス鋼：６００ＨＶから８５０ＨＶ
これらの鉄鋼材料の硬さに比べ、本実施形態に係るＦｅ基合金から得られた焼結体の硬さ（９００ＨＶ以上）は、格段に大きい。
[Hardness of sintered body]
A sintered body having a Vickers hardness (HV) of 900 or higher can be obtained from the Fe-based alloy according to the present embodiment. The hardness of conventional typical steel materials is as follows.
General structural rolled steel (SS400): 100HV to 160HV
Austenitic stainless steel (SUS304): about 200HV
Mo-added austenitic stainless steel (SUS316): about 200HV
Powdered high-speed steel: 600HV to 850HV
Compared with the hardness of these iron and steel materials, the hardness (900 HV or more) of the sintered body obtained from the Fe-based alloy according to the present embodiment is remarkably large.
焼結体の高硬度は、マルテンサイト組織によって達成されうる。このマルテンサイト組織が存在する理由は、下記の（１）及び（２）の内のいずれか一方又は両方であると推測される。
（１）アトマイズ時のマルテンサイト変態で生じた組織が、焼結体に残存している。
（２）焼結体形成時又は再溶融処理時の徐冷で、焼結体にマルテンサイト変態が生じる。
従来のＦｅ－Ｃ系合金において、急冷によりマルテンサイト変態が生じて高硬度が達成されうることは、当業者において知られている。本発明では、焼入れのような急冷処理が施されることなく、焼結体の高硬度が達成されうる。このことは、本発明者が新たに見出した知見である。
A high hardness of the sintered body can be achieved by the martensite structure. The reason why this martensitic structure exists is presumed to be one or both of the following (1) and (2).
(1) A structure generated by martensite transformation during atomization remains in the sintered body.
(2) Slow cooling during formation of the sintered body or remelting treatment causes martensite transformation in the sintered body.
It is known to those skilled in the art that in conventional Fe--C based alloys, rapid cooling can cause a martensite transformation to achieve high hardness. In the present invention, high hardness of the sintered body can be achieved without performing a rapid cooling treatment such as quenching. This is a finding newly discovered by the inventor.
［Ｆｅ基合金の液相線温度］
Ｆｅ基合金の液相線温度は、１２５０℃以下が好ましい。従来の代表的な鉄鋼材料の融点は、以下の通りである。
一般構造用圧延鋼（ＳＳ４００）：約１５００℃
オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）：約１４００℃
Ｍｏ添加オーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６）：約１３７０℃
粉末ハイス鋼：約１３５０℃
これらの鉄鋼材料の融点に比べ、本実施形態に係るＦｅ基合金の液相線温度は低い。その差は、１００℃以上である。このＦｅ基合金から、皮膜６が容易に形成されうる。この観点から、Ｆｅ基合金の液相線温度は１２００℃以下がより好ましく、１１８０℃以下が特に好ましい。本発明に係る合金は、従来の自溶性合金の特性と従来の鉄鋼材料の特性とを、併せ持ち、１１００℃～１２００℃程度の液相線温度を示す。Ｆｅ基合金の液相線温度が、１１００℃以下であってもよい。液相線温度が１１００℃以下であるＦｅ基合金の熱処理温度は、低い。従って、このＦｅ基合金の製造コストは、低い。
[Liquidus temperature of Fe-based alloy]
The liquidus temperature of the Fe-based alloy is preferably 1250° C. or lower. The melting points of conventional typical steel materials are as follows.
Rolled steel for general structure (SS400): about 1500°C
Austenitic stainless steel (SUS304): about 1400°C
Mo-added austenitic stainless steel (SUS316): about 1370°C
Powdered high-speed steel: about 1350°C
The liquidus temperature of the Fe-based alloy according to the present embodiment is lower than the melting points of these steel materials. The difference is 100° C. or more. The coating 6 can be easily formed from this Fe-based alloy. From this point of view, the liquidus temperature of the Fe-based alloy is more preferably 1200° C. or lower, particularly preferably 1180° C. or lower. The alloy according to the present invention has both the characteristics of conventional self-fluxing alloys and the characteristics of conventional steel materials, and exhibits a liquidus temperature of about 1100°C to 1200°C. The liquidus temperature of the Fe-based alloy may be 1100° C. or lower. The heat treatment temperature of the Fe-based alloy having a liquidus temperature of 1100° C. or lower is low. Therefore, the manufacturing cost of this Fe-based alloy is low.
このように、本発明に係る合金の固相線温度及び液相線温度は、低い。しかも、この合金からなる焼結体は、高硬度である。この合金は、耐摩耗性及び耐久性が求められる分野に、活用されうる。例えば、航空機、自動車、ボイラー、農業機械等の部品の一部として、この合金は使用されうる。 Thus, the solidus and liquidus temperatures of the alloys according to the invention are low. Moreover, a sintered body made of this alloy has a high hardness. This alloy can be utilized in fields where wear resistance and durability are required. For example, the alloy can be used as part of parts for aircraft, automobiles, boilers, agricultural machinery, and the like.
［他の材料との併用］
本発明に係るＦｅ基合金の粉末と他の粉末とが混合されて、焼結法等に供されてもよい。焼結体の意図された特性が得られるように、適正な他の粉末が選択される。例えば、焼結体の靱性の観点から、適正な他の粉末が選択される。他の粉末として、フラックス粉末、Ｎｉ基合金の粉末、Ｃｏ基合金の粉末及び高分子材料の粉末が、例示される。本発明に係るＦｅ基合金の粉末と他の粉末とが混合される場合、両者の質量比Ｒ１は、４０／６０以上９５／５以下が好ましい。なお、他の粉末との混合は、必須ではない。つまり、質量比Ｒ１が１００／０であってもよい。
[Use with other materials]
The powder of the Fe-based alloy according to the present invention and other powders may be mixed and subjected to a sintering method or the like. Appropriate other powders are selected to obtain the intended properties of the sintered body. For example, other appropriate powders are selected from the viewpoint of toughness of the sintered body. Examples of other powders include flux powders, Ni-based alloy powders, Co-based alloy powders, and polymeric material powders. When the powder of the Fe-based alloy according to the present invention and other powder are mixed, the mass ratio R1 of the two is preferably 40/60 or more and 95/5 or less. Note that mixing with other powders is not essential. That is, the mass ratio R1 may be 100/0.
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。 The effects of the present invention will be clarified by examples below, but the present invention should not be construed in a limited manner based on the description of these examples.
［実施例１］
原料の金属を、耐火物製の坩堝に投入した。この原料をアルゴンガス中で溶解し、溶湯を得た。坩堝のノズルからこの溶湯を出し、これに高圧窒素ガスを噴霧して、多数の微小粒子を得た。これらの粒子を篩によって分級し、粒子径を２５０μｍ以下に調整して、実施例１に係る粉末を得た。この粉末の材質は、Ｆｅ基合金である。このＦｅ基合金の組成が、下記の表１に示されている。このＦｅ基合金の、表１に示された成分の残部は、Ｆｅ及び不可避的不純物である。
[Example 1]
A raw material metal was put into a refractory crucible. This raw material was dissolved in argon gas to obtain a molten metal. This molten metal was discharged from the nozzle of the crucible and sprayed with high-pressure nitrogen gas to obtain a large number of fine particles. These particles were classified by a sieve to adjust the particle diameter to 250 μm or less, and the powder according to Example 1 was obtained. The material of this powder is an Fe-based alloy. The composition of this Fe-based alloy is shown in Table 1 below. The rest of the components shown in Table 1 of this Fe-based alloy are Fe and unavoidable impurities.
［実施例２－１１並びに比較例１－４及び６］
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２－１１並びに比較例１－４及び６の粉末を得た。
[Examples 2-11 and Comparative Examples 1-4 and 6]
Powders of Examples 2-11 and Comparative Examples 1-4 and 6 were obtained in the same manner as in Example 1 except that the compositions were as shown in Tables 1 and 2 below.
［実施例１２］
組成を下記の表１に示される通りとした他は実施例１と同様にして、Ｆｅ基合金の粉末を得た。この粉末に、他の粉末としてフラックス粉末を添加し、混合粉末を得た。Ｆｅ基合金の粉末とフラックス粉末との質量比Ｒ１は、６２／３８であった。
[Example 12]
An Fe-based alloy powder was obtained in the same manner as in Example 1, except that the composition was as shown in Table 1 below. Flux powder was added as another powder to this powder to obtain a mixed powder. The mass ratio R1 between the Fe-based alloy powder and the flux powder was 62/38.
［実施例１３－１５及び比較例５］
他の粉末の種類と質量比Ｒ１とを下記の表１及び２に示される通りとした他は実施例１２と同様にして、混合粉末を得た。
[Examples 13-15 and Comparative Example 5]
A mixed powder was obtained in the same manner as in Example 12, except that the types of other powders and the mass ratio R1 were as shown in Tables 1 and 2 below.
［液相線温度］
熱分析装置（ＤＴＡ）を用い、下記の条件にて粉末の液相線温度を測定した。
粉末の量：２０ｍｇ
雰囲気：真空引きし後に、アルゴンガスを２００ｃｍ３／分でフロー
昇温速度：２０℃／分
開始温度：室温
到達温度：１５００℃（５分保持）
冷却中のＤＴＡ信号に見られる発熱ピークのうち、最も高温で吸熱が終了する温度が液相線温度である。この結果が、下記の表１及び２に示されている。
[Liquidus temperature]
Using a thermal analyzer (DTA), the liquidus temperature of the powder was measured under the following conditions.
Amount of powder: 20mg
Atmosphere: After evacuating, argon gas flowed at 200 cm 3 /min Heating rate: 20°C/min Starting temperature: Room temperature Final temperature: 1500°C (held for 5 minutes)
Among the exothermic peaks seen in the DTA signal during cooling, the temperature at which the endothermic end is the highest is the liquidus temperature. The results are shown in Tables 1 and 2 below.
［硬さ］
Ｆｅ基合金粉末又は混合粉末を、その直径が２０ｍｍであるガラス管内に最密に充填した。このガラス管を、大気雰囲気下で、室温から、１０℃／ｍｉｎの速度で昇温させた。温度が１１８０℃に達した後、２０分保持した。その後に室温まで炉冷を行い、成形体を得た。この成形体から試験片を切り出し、断面を研磨した。この断面の、荷重が２．９４Ｎであるときのビッカース硬さを、測定した。５回の測定結果の平均値が、下記の表１及び２に示されている。
[Hardness]
The Fe-based alloy powder or mixed powder was packed in a glass tube having a diameter of 20 mm. This glass tube was heated from room temperature at a rate of 10° C./min under an air atmosphere. After the temperature reached 1180°C, it was held for 20 minutes. After that, furnace cooling was performed to room temperature to obtain a compact. A test piece was cut out from this compact and the cross section was polished. The Vickers hardness of this cross section was measured under a load of 2.94N. The average values of 5 measurements are shown in Tables 1 and 2 below.
［緻密率］
硬さの評価で得られた成形体から試験片を切り出し、断面を研磨した。この断面を、倍率が２００倍であるＳＥＭで観察した。焼結体の最外周から４ｍｍから５ｍｍ内側の地点で、５つのＳＥＭ画像を得た。それぞれの画像は、正方形であり、その一辺の長さは６００μｍであった。この画像を、パブリックドメインの画像処理ソフトである「ＩｍａｇｅＪ １．４５」を用いて，粉末充填部分と空隙部分とに二値化した。このイメージにて空隙部分の面積ＡＶ（μｍ２）を測定し、下記の数式に従って緻密率Ｐ１（％）を算出した。
Ｐ１ ＝ １００ ・ （３６００００－ ＡＶ） ／ ３６００００
５つのＳＥＭ画像の緻密率Ｐ１の平均が、下記の表１及び２に示されている。
[Density]
A test piece was cut out from the molded article obtained in hardness evaluation, and the cross section was polished. This cross section was observed with an SEM with a magnification of 200 times. Five SEM images were obtained at points 4 mm to 5 mm inward from the outermost circumference of the sintered body. Each image was a square with a side length of 600 μm. This image was binarized into powder-filled portions and void portions using ImageJ 1.45, which is public domain image processing software. Based on this image, the area AV (μm 2 ) of the void portion was measured, and the compactness P1 (%) was calculated according to the following formula.
P1 = 100 (360000-AV) / 360000
The average compactness P1 of the five SEM images is shown in Tables 1 and 2 below.
［靱性］
硬さの評価で得られた成形体から試験片を切り出し、断面を研磨した。この試験片に４．９Ｎの荷重を加えた。この試験片を目視で観察し、下記の基準に従って格付けした。
Ａ：クラックがない。
Ｂ：クラックがある。
この結果が、下記の表１及び２に示されている。
[Toughness]
A test piece was cut out from the molded article obtained in hardness evaluation, and the cross section was polished. A load of 4.9 N was applied to this test piece. This test piece was visually observed and graded according to the following criteria.
A: No cracks.
B: There are cracks.
The results are shown in Tables 1 and 2 below.
［耐食性］
硬さの評価で得られた成形体から、試験片を切り出した。この試験片の形状は立方体であり、一辺の長さは４ｍｍであった。この試験片に、下記の条件で、高温高湿試験を施した。
温度：７０℃
湿度：９５％ＲＨ
時間：９６時間
試験後の試験片を目視で観察し、以下の基準に従って格付けした。
Ａ：発銹がない
Ｂ：発銹が一部に見られる
Ｃ：発銹が全体に見られる
この結果が、下記の表１及び２に示されている。
[Corrosion resistance]
A test piece was cut out from the molded article obtained in hardness evaluation. The shape of this test piece was a cube, and the length of one side was 4 mm. This test piece was subjected to a high-temperature, high-humidity test under the following conditions.
Temperature: 70°C
Humidity: 95% RH
Time: 96 hours After the test, the test pieces were visually observed and graded according to the following criteria.
A: No rusting B: Some rusting C: Whole rusting The results are shown in Tables 1 and 2 below.
表１及び２に示される通り、各実施例に係るＦｅ基合金は、諸性能に優れている。これらの評価結果から、本発明の優位性は明らかである。 As shown in Tables 1 and 2, the Fe-based alloys according to each example are excellent in various properties. From these evaluation results, the superiority of the present invention is clear.
本発明に係るＦｅ基合金は、易溶融性が要求される種々の用途に適している。 The Fe-based alloy according to the present invention is suitable for various uses requiring easy meltability.
Claims (3)
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有しており、残部がＦｅ及び不可避的不純物である焼結用Ｆｅ基合金。 B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: an Fe-based alloy for sintering containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
上記Ｆｅ基合金が、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有しており、残部がＦｅ及び不可避的不純物である焼結用粉末。 The material is Fe-based alloy,
The Fe-based alloy is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: a sintering powder containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less, with the balance being Fe and unavoidable impurities.
上記Ｆｅ基合金が、
Ｂ：４．０質量％以上７．０質量％以下、
Ｃ：０．０１質量％以上０．８０質量％以下、
及び
Ｃｒ：０質量％以上２０．０質量％以下
を含有しており、残部がＦｅ及び不可避的不純物である焼結体。 The material is Fe-based alloy,
The Fe-based alloy is
B: 4.0% by mass or more and 7.0% by mass or less,
C: 0.01% by mass or more and 0.80% by mass or less,
and Cr: a sintered body containing 0% by mass or more and 20.0% by mass or less, the balance being Fe and unavoidable impurities.
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