JP2555750B2 - 高靭性ＦｅＡｌ金属間化合物材料 - Google Patents
高靭性ＦｅＡｌ金属間化合物材料Info
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- JP2555750B2 JP2555750B2 JP2018010A JP1801090A JP2555750B2 JP 2555750 B2 JP2555750 B2 JP 2555750B2 JP 2018010 A JP2018010 A JP 2018010A JP 1801090 A JP1801090 A JP 1801090A JP 2555750 B2 JP2555750 B2 JP 2555750B2
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- Japan
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- feal
- intermetallic compound
- toughness
- compound material
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はFeAlに添加金属が固溶した高靱性FeAl金属間
化合物材料に係り、特に軽量、耐酸化性を損わず脆さを
克服したFeAl金属間化合物材料に関する。
化合物材料に係り、特に軽量、耐酸化性を損わず脆さを
克服したFeAl金属間化合物材料に関する。
従来は、耐熱材料として、ステンレスに代表されるNi
基、Co基、Fe基という高価な材料が使用されてきた。こ
れらの材料は、Niが含有されているため非常に高価であ
り、また重いという欠点を持っている。それに対してFe
Alは、金属間化合物であり軽量と言う利点があり、また
融点も第８図のFe〜Alの２元状態図に示したように1250
℃と言う比較的高い値であり、構造変化も少ないと言う
ことで研究され出している。
基、Co基、Fe基という高価な材料が使用されてきた。こ
れらの材料は、Niが含有されているため非常に高価であ
り、また重いという欠点を持っている。それに対してFe
Alは、金属間化合物であり軽量と言う利点があり、また
融点も第８図のFe〜Alの２元状態図に示したように1250
℃と言う比較的高い値であり、構造変化も少ないと言う
ことで研究され出している。
〔発明が解決しようとする課題〕 FeAl金属間化合物は上記の如く、軽量で高融点で構造
変化が少ない等の利点はあるが、本質的に脆い欠点を有
する。このためMaterials Science and Engineering77
（1986）103-113のThe Influence of Grain Sige and C
omposition on Slow Plastic Flow in FeAl between 11
00 and 1400Kに開示されているように急冷によって結晶
粒を微細化する方法も研究されている。しかし急冷であ
ると、作られる製品に限度がありさらに高温で使うと結
晶粒が成長してしまう欠点もある。
変化が少ない等の利点はあるが、本質的に脆い欠点を有
する。このためMaterials Science and Engineering77
（1986）103-113のThe Influence of Grain Sige and C
omposition on Slow Plastic Flow in FeAl between 11
00 and 1400Kに開示されているように急冷によって結晶
粒を微細化する方法も研究されている。しかし急冷であ
ると、作られる製品に限度がありさらに高温で使うと結
晶粒が成長してしまう欠点もある。
本発明は、その軽量、耐酸化性という特徴を損なわ
ず、脆さを克服したFeAlに添加金属が固溶した高靱性Fe
Al金属間化合物を提供することを目的とする。
ず、脆さを克服したFeAlに添加金属が固溶した高靱性Fe
Al金属間化合物を提供することを目的とする。
上記課題は本発明によればAl22〜32重量％;Cr,W及びM
oのうち少なくとも１種を含有し、しかもCr,W及びCoの
総和が３〜12重量％；残部Fe及び不可避的不純物からな
るFeAlに添加金属が固溶した高靱性FeAl金属間化合物材
料によって解決される。
oのうち少なくとも１種を含有し、しかもCr,W及びCoの
総和が３〜12重量％；残部Fe及び不可避的不純物からな
るFeAlに添加金属が固溶した高靱性FeAl金属間化合物材
料によって解決される。
本発明ではFeAl金属間化合物にCr,W,Moを所定量添加
した成分を有しており、Al量を22〜32重量％とした理由
はAlが22重量％未満であるとFeAlの性質が弱まり、FeAl
からFe3Alに変化し耐熱性が劣下し、一方Alが32重量％
を超えると脆くなり実用不可能になる。靱性の面からは
Feが多いことが好ましく22〜28重量％が特に好ましい。
またCr,W及びMoの総和を３〜12重量％とした理由は３重
量％未満では衝撃特性が低下し、12重量％を超えるとFe
Al本来の軽量、耐酸化性が低下するためである。なお本
成分に更にＢ（ボロン）を0.1〜1.5重量％添加により靱
性の向上を図れる。また不可避的不純物とはS,C,P,Ni,M
n,Ti等である。更に上記課題は本発明によればAl22〜32
重量;Cr2〜12重量％;W,Moのうち少なくとも１種を含有
しＷとMoの総和が１〜５重量％；残部Fe及び不可避的不
純物からなるFeAlに添加金属が固溶した高靱性FeAl金属
間化合物材料によって解決される。
した成分を有しており、Al量を22〜32重量％とした理由
はAlが22重量％未満であるとFeAlの性質が弱まり、FeAl
からFe3Alに変化し耐熱性が劣下し、一方Alが32重量％
を超えると脆くなり実用不可能になる。靱性の面からは
Feが多いことが好ましく22〜28重量％が特に好ましい。
またCr,W及びMoの総和を３〜12重量％とした理由は３重
量％未満では衝撃特性が低下し、12重量％を超えるとFe
Al本来の軽量、耐酸化性が低下するためである。なお本
成分に更にＢ（ボロン）を0.1〜1.5重量％添加により靱
性の向上を図れる。また不可避的不純物とはS,C,P,Ni,M
n,Ti等である。更に上記課題は本発明によればAl22〜32
重量;Cr2〜12重量％;W,Moのうち少なくとも１種を含有
しＷとMoの総和が１〜５重量％；残部Fe及び不可避的不
純物からなるFeAlに添加金属が固溶した高靱性FeAl金属
間化合物材料によって解決される。
本成分中Alの制限は上記と同様であるがＷとMoの総和
を１〜５重量％とした理由は熱膨張を下げ、しかもある
程度軽量化を図るためであり、Cr量を２〜12重量％とし
た理由は靱性を確保するためである。本成分にＢを0.1
〜1.5重量％添加することは上記と同様に靱性向上のた
めに好ましい。
を１〜５重量％とした理由は熱膨張を下げ、しかもある
程度軽量化を図るためであり、Cr量を２〜12重量％とし
た理由は靱性を確保するためである。本成分にＢを0.1
〜1.5重量％添加することは上記と同様に靱性向上のた
めに好ましい。
本発明では比重が小さく融点が高いFeAl金属間化合物
に、Cr,W,Mo及びＢを所定量添加することによりFe−Al
共有結合を減少させ金属結合を増大させることができる
ので靱性を向上させることができる。
に、Cr,W,Mo及びＢを所定量添加することによりFe−Al
共有結合を減少させ金属結合を増大させることができる
ので靱性を向上させることができる。
まず金属間化合物FeAl材料の脆性を改良するためFeAl
にいくつかの元素を添加して実験したので説明する。
にいくつかの元素を添加して実験したので説明する。
その実験の結果脆性を解消する成分として周期律表第
6A属元素のCr,Mo,W、さらにＢ（ボロン）の添加が効果
のあることがわかった。第表１にその結果を示す。本実
験のFeAl材料の靱性の確認は、官能的に行い、靱性を×
×〜◎で評価した。
6A属元素のCr,Mo,W、さらにＢ（ボロン）の添加が効果
のあることがわかった。第表１にその結果を示す。本実
験のFeAl材料の靱性の確認は、官能的に行い、靱性を×
×〜◎で評価した。
FeAlの脆さは、Fe−Alの共有結合の強さが影響すると
思われる。このため6A属元素を添加すると、この第6A属
元素がFeAlのAl側に置換しFe−Al共有結合を弱め、金属
結合を増加させる働きをすることで、靱性が向上すると
思われる。
思われる。このため6A属元素を添加すると、この第6A属
元素がFeAlのAl側に置換しFe−Al共有結合を弱め、金属
結合を増加させる働きをすることで、靱性が向上すると
思われる。
Alの量としては、第１表で分かるように、33重量％以
上であると、脆く実際の使用には耐えない。化学量論組
成よりFeリッチ側の方が靱性をもつようになり望まし
い。しかし22重量％以下であるとFeAlの性質が弱まりFe
3Alになり、耐熱性が劣る。22重量％以下であると第１
図に示すように耐酸化性が低下する。従って、Al量とし
て22〜32重量％とした。靱性の面から望ましく22〜28重
量％である。これは、Feリッチであると、FeAlの共有結
合性が低下する為と考えられる。
上であると、脆く実際の使用には耐えない。化学量論組
成よりFeリッチ側の方が靱性をもつようになり望まし
い。しかし22重量％以下であるとFeAlの性質が弱まりFe
3Alになり、耐熱性が劣る。22重量％以下であると第１
図に示すように耐酸化性が低下する。従って、Al量とし
て22〜32重量％とした。靱性の面から望ましく22〜28重
量％である。これは、Feリッチであると、FeAlの共有結
合性が低下する為と考えられる。
Cr,W,Moの量は、第１表に示すように、ある程度添加
すると効果が顕著になる。このためCr＋Mo＋Ｗの量で評
価することにし衝撃値で評価した。その結果を第２図に
示す。この値は、Al28重量％で、B0.5重量％添加した値
である。第２図に示すように、３重量％以下では効果が
少ない。また12重量％以上であるとFeAl本来の軽量、耐
酸化性が損なわれる。このため３〜12重量％に規定し
た。
すると効果が顕著になる。このためCr＋Mo＋Ｗの量で評
価することにし衝撃値で評価した。その結果を第２図に
示す。この値は、Al28重量％で、B0.5重量％添加した値
である。第２図に示すように、３重量％以下では効果が
少ない。また12重量％以上であるとFeAl本来の軽量、耐
酸化性が損なわれる。このため３〜12重量％に規定し
た。
尚、耐熱性を高める方法の一つに熱膨張率の低下があ
るが、単体の熱膨張率はW,Moが低く、このためW,Moをあ
るていど添加した方がよい。しかし、W,Moは比重が重
く、このため余り入れると軽量化の効果が妨げられる。
このため、Ｗ＋Mo＝１〜５重量％に設定する。なお靱性
を確保するためにCrの量として２〜12重量％程度が望ま
しい（第３図）。
るが、単体の熱膨張率はW,Moが低く、このためW,Moをあ
るていど添加した方がよい。しかし、W,Moは比重が重
く、このため余り入れると軽量化の効果が妨げられる。
このため、Ｗ＋Mo＝１〜５重量％に設定する。なお靱性
を確保するためにCrの量として２〜12重量％程度が望ま
しい（第３図）。
さらに、粒界に偏析して粒界破壊を防止すると思われ
このためＢを添加する実験を実施した。Ｂを添加すると
さらに靱性を向上できることがわかった。第４図はAl28
重量％、Cr5重量％、Mo1重量％にＢを添加したときの結
果である。0.1重量％以下では、靱性効果が上がらず、
また、1.5重量％以上では靱性効果はほゞ変化しない。
このため、Ｂは0.1〜1.5重量％が望ましい。
このためＢを添加する実験を実施した。Ｂを添加すると
さらに靱性を向上できることがわかった。第４図はAl28
重量％、Cr5重量％、Mo1重量％にＢを添加したときの結
果である。0.1重量％以下では、靱性効果が上がらず、
また、1.5重量％以上では靱性効果はほゞ変化しない。
このため、Ｂは0.1〜1.5重量％が望ましい。
実施例１ 本発明材料を用いて自動車部品ディーゼルチャンバー
を試作した。
を試作した。
この部品は、従来ステンレス鋳鋼で作られており、ま
た一部にセラミック（Si3N4）も使用されていた。この
ディーゼルチャンバーはディーゼルエンジンの燃焼火炎
が吹き出すところであり、特に耐熱性と、耐熱疲労性が
必要とされる。また、ディーゼルエンジンは低温での始
動性も重要であり、低温での断熱性が必要となる。
た一部にセラミック（Si3N4）も使用されていた。この
ディーゼルチャンバーはディーゼルエンジンの燃焼火炎
が吹き出すところであり、特に耐熱性と、耐熱疲労性が
必要とされる。また、ディーゼルエンジンは低温での始
動性も重要であり、低温での断熱性が必要となる。
本実施例の成分はAl;25重量％、Cr;8重量％、W;1重量
％、Mo;1重量％、B;1重量％、残部Fe及び不可避的不純
物とした。溶解は、Ar雰囲気中で高周波溶解炉により実
施し、鋳造は、精密鋳造により行なった。鋳造時の注湯
温度は1530℃であった。
％、Mo;1重量％、B;1重量％、残部Fe及び不可避的不純
物とした。溶解は、Ar雰囲気中で高周波溶解炉により実
施し、鋳造は、精密鋳造により行なった。鋳造時の注湯
温度は1530℃であった。
第５図に、この成分の熱伝導度を示す。第５図に示す様
に、低温では熱伝導が低く高温で高くなる特殊な形態で
あり、このことにより低温では速く温度が上昇し低温始
動性が向上し、高温では熱が逃げて、過熱が避けられる
ことになる。
に、低温では熱伝導が低く高温で高くなる特殊な形態で
あり、このことにより低温では速く温度が上昇し低温始
動性が向上し、高温では熱が逃げて、過熱が避けられる
ことになる。
この部品は耐熱性が向上し、さらに性能も向上した。コ
ストの点でも耐熱性が高いセラミックは非常に高価であ
り、それよりも大幅に安く、また金属製の物と比べても
Niを使用していないためコストも低減できた。
ストの点でも耐熱性が高いセラミックは非常に高価であ
り、それよりも大幅に安く、また金属製の物と比べても
Niを使用していないためコストも低減できた。
実施例２ ガソリンエンジンのエキゾウストマニホールド（エキ
マニ）を製作した。成分はAl;28重量％、Cr;5重量％、
W;1重量％、B;0.5重量％、残部Fe及び不可避的不純物で
ある。この部品も耐熱性が要求される。また大物部品で
あり、軽量化の要求も高い。
マニ）を製作した。成分はAl;28重量％、Cr;5重量％、
W;1重量％、B;0.5重量％、残部Fe及び不可避的不純物で
ある。この部品も耐熱性が要求される。また大物部品で
あり、軽量化の要求も高い。
本成分の比重は、6.0であり普通の鋳鋼の7.9に比べて
軽量であり、本部品では、1200gの軽量化となった。
軽量であり、本部品では、1200gの軽量化となった。
また、耐熱性も向上して950℃にも耐えられるため、
燃費、馬力が向上した。
燃費、馬力が向上した。
耐酸化性を調べたデータを、第６図に示す。空気中10
00℃で100hのデータである。
00℃で100hのデータである。
本部品の一部の金属組織写真を第７図に示す。
以上説明した様に本発明によれば下記イ）〜ホ）： イ）従来のステンレス鋼に比べてNiを含まないために大
幅な低コストになる。
幅な低コストになる。
ロ）比重が5.3〜6.2程度であり20〜30％の軽量化にな
る。
る。
ハ）熱伝導度が低温で低く、高温で高いために、暖まり
やすく、過熱されにくい特性を持つ。
やすく、過熱されにくい特性を持つ。
ニ）従来の金属材に比べて改良はされても脆い欠点を持
つ。しかしセラミックに比べると格段に、靱性が優れて
いる。
つ。しかしセラミックに比べると格段に、靱性が優れて
いる。
ホ）耐熱性がNi基耐熱合金とほぼ同様である。
の効果が得られる。
第１図はFe−5Cr−0.5B化合物のAl量と酸化増量の関係
を示す図であり、 第２図はFeAl化合物のCr＋Ｗ＋Moの添加重量％と衝撃値
の関係を示す図であり、 第３図は熱間割れに関してCr添加重量％とＷ＋Moの添加
重量％との関係を示す図であり、 第４図はFeAl化合物に関してＢ（ボロン）添加重量％と
衝撃値との関係を示す図であり、 第５図は本発明に係るFe−Al化合物の熱伝導度を示す図
であり、 第６図は実施例２のFeAl化合物の耐酸化性を調べたデー
タであり、 第７図は実施例２のFeAl化合物の金属組織写真であり、 第８図はFe〜Alの２元状態図である。
を示す図であり、 第２図はFeAl化合物のCr＋Ｗ＋Moの添加重量％と衝撃値
の関係を示す図であり、 第３図は熱間割れに関してCr添加重量％とＷ＋Moの添加
重量％との関係を示す図であり、 第４図はFeAl化合物に関してＢ（ボロン）添加重量％と
衝撃値との関係を示す図であり、 第５図は本発明に係るFe−Al化合物の熱伝導度を示す図
であり、 第６図は実施例２のFeAl化合物の耐酸化性を調べたデー
タであり、 第７図は実施例２のFeAl化合物の金属組織写真であり、 第８図はFe〜Alの２元状態図である。
Claims (4)
- 【請求項１】Al22〜32重量％;Cr,W及びMoのうち少なく
とも１種を含有し、しかもCr,Mo及びＷの総和が３〜12
重量％；残部Fe及び不可避的不純物からなるFeAlに添加
金属が固溶した高靱性FeAl金属間化合物材料。 - 【請求項２】さらにB0.1〜1.5重量％を含有することを
特徴とする特許請求の範囲第１項記載の高靱性FeAl金属
間化合物材料。 - 【請求項３】Al22〜32重量％;Cr2〜12重量％;W,Moのう
ち少なくとも１種を含有しＷとMoの総和が１〜５重量
％；残部Fe及び不可避的不純物からなるFeAlに添加金属
が固溶した高靱性FeAl金属間化合物材料。 - 【請求項４】さらにB0.1〜1.5重量％を含有することを
特徴とする特許請求の範囲第３項記載の高靱性FeAl金属
間化合物材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018010A JP2555750B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 高靭性ＦｅＡｌ金属間化合物材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2018010A JP2555750B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 高靭性ＦｅＡｌ金属間化合物材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03226547A JPH03226547A (ja) | 1991-10-07 |
| JP2555750B2 true JP2555750B2 (ja) | 1996-11-20 |
Family
ID=11959708
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2018010A Expired - Fee Related JP2555750B2 (ja) | 1990-01-30 | 1990-01-30 | 高靭性ＦｅＡｌ金属間化合物材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2555750B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012201893A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Yokohama National Univ | 耐食性材料 |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH08100243A (ja) | 1994-08-05 | 1996-04-16 | Toyota Motor Corp | 高耐熱性鉄基合金 |
| CN1140379C (zh) * | 2001-09-26 | 2004-03-03 | 上海康阜实业有限公司 | 耐高温耐磨蚀的管状焊丝 |
| KR100742689B1 (ko) * | 2005-08-03 | 2007-07-25 | 나태엽 | 내열강 합금소재 제조방법 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4478791A (en) * | 1982-11-29 | 1984-10-23 | General Electric Company | Method for imparting strength and ductility to intermetallic phases |
-
1990
- 1990-01-30 JP JP2018010A patent/JP2555750B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012201893A (ja) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Yokohama National Univ | 耐食性材料 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03226547A (ja) | 1991-10-07 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |