JP3567240B2

JP3567240B2 - Ｃｏ−Ｎｉ基高弾性合金及びその製造方法

Info

Publication number: JP3567240B2
Application number: JP09888696A
Authority: JP
Inventors: 修高橋
Original assignee: 株式会社エスアイアイ・マイクロパーツ
Priority date: 1996-04-19
Filing date: 1996-04-19
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2016-04-19
Also published as: JPH09287048A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は小型精密機器のばね、医療機器、半導体製造用特殊ガス供給用バルブのダイヤフラム等に用いられる。
【０００２】
【従来の技術】
従来高弾性合金としてＣｏ基合金、マルエージング鋼、析出硬化型ステンレス鋼等があった。
【０００３】
【本発明が解決しようとする課題】
高弾性合金の中でもＣｏ基合金は機械的強度が高く、疲労強度も高く、耐食性にも優れており、最高の性能を有することで知られているが、機器の小型化、使用条件の苛酷化に伴い、高弾性合金にも益々高い性能が要求されるようになってきた。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、次のような組成のＣｏ−Ｎｉ基合金とした。組成は重量比でＣｏ３１．０〜３７．３％、Ｎｉ３１．４〜３３．４％、Ｃｒ１９．５〜２０．５％、Ｍｏ９．５〜１０．５％、Ｍｎ０．１〜０．５％、Ｔｉ０．３〜０．７％、Ｆｅ１．１〜２．１％、Ｎｂ０．８〜１．２％、ミッシュメタル０．０１〜０．０７％、Ｂ０．００３〜０．０１％、Ｍｇ０．００３〜０．０１％、及び不可避不純物より成るＣｏ−Ｎｉ基合金である。
【０００５】
ここでＣｏはマトリクスを強化し、切欠けもろさを減じ疲労強度を高める効果があるが、３１．０％未満ではその効果が弱く、３７．３％を越えるとマトリクスが硬くなり過ぎて加工が困難となるため、３１．０〜３７．０％とした。Ｎｉはγ相を安定化し、加工性を維持し、耐食性を高める効果があり、３１．４〜３３．４％はその最適範囲を示している。
【０００６】
Ｃｒは耐食性を高め、また、機械的強度も高めるが、多過ぎると加工性が低下するので、１９．５〜２０．５％とした。Ｍｏも耐食性を高める効果があり、特にハロゲン系の水溶液やガスに対する耐食性向上に非常に有効であるが、多過ぎると硬くなり加工性が著しく低下することから、９．５〜１０．５％で好ましい特性が得られた。
【０００７】
Ｍｎは脱酸、脱硫剤としての効果及び溶体化処理に際してマトリクスの軟化を助けるが、多過ぎると耐食性、耐酸化性を劣化するので、０．１〜０．５％で好ましい特性が得られた。
Ｔｉは強い脱酸、脱窒、脱硫剤としての効果及び鋼塊組織の微細化の効果があり、０．３〜０．７％が最適範囲である。Ｆｅは不純物として１．１〜２．１％程度含まれる。
【０００８】
ＮｂはＮｉとの金属間化合物を形成し、微細板状析出により著しい硬化を示すが、多過ぎると加工性が低下し、０．８〜１．２％で好ましい特性が得られた。ミッシュメタルは合金の清浄度を向上し、熱間加工性を著しく改善する。２次的効果として靱性の向上、粒界腐食の改善の効果もある。最適範囲として０．０１〜０．０７％で好ましい特性が得られた。
【０００９】
Ｂは熱間加工性を著しく改善するが、多過ぎると逆に熱間加工性、靱性が低下するので、０．００３〜０．０１％で好ましい特性が得られた。
Ｍｇも熱間加工性を改善する効果があり、０．００３〜０．０１％が最適範囲である。この合金を用いて、最終的に冷間加工を施す。この合金は冷間加工により変形双晶ができ微細化して、著しく加工硬化するからである。冷間加工率が３０％以上になると変形双晶が現れ始め、加工硬化が顕著になる。この合金は冷間加工のままでも十分に高弾性であるが、この後、４００〜６００℃の温度で真空中または無酸化雰囲気中で時効処理することにより、更に高弾性にすることができる。
【００１０】
【作用】
このような手段により、機械的強度が高く、疲労強度も高く、耐食性に優れた高弾性合金を得ることができるため、精密機器の小型化や、長寿命によるメンテナンスフリー化等への対応が可能となる。
【００１１】
【実施例】
以下実施例に基づいて詳細に説明する。
本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金と比較材として代表的なＣｏ基合金とを用い、冷間圧延加工率の水準を取りながら冷間圧延加工により厚さ０．１３ｍｍの圧延材にして、その後、５００℃で２時間真空中で時効処理した。また、同様に線材においても冷間線引加工率の水準を取りながら冷間線引加工により線径０．４ｍｍの線材にして、その後、５００℃で２時間真空中で時効処理した。
【００１２】
表１に各合金の合金組成を重量比で示す。表２に冷間圧延加工率が８０％の場合の圧延材の時効処理後の引張強さ、硬度、ヤング率を示す。また、表３に冷間線引加工率が９８％の場合の線材の時効処理後の引張強さ、硬度を示す。
【００１３】
【表１】

【００１４】
【表２】

【００１５】
【表３】

【００１６】
図１、図２と図３、図４に夫々本発明Ｃｏ−Ｎｉ基合金と比較材Ｃｏ基合金の冷間圧延加工率と引張強さの関係、冷間線引加工率と引張強さの関係のグラフを示す。これらから圧延材、線材共に、本発明Ｃｏ−Ｎｉ基合金が比較材Ｃｏ基合金に比べ機械的強度や弾性率が高いことがわかる。更に、厚さ０．１３ｍｍの圧延材を１０５０℃で３時間焼鈍した後、粒度１０００番のサンドペーパーで表面を研磨した試料を用いて、各種薬液（濃度１０％、液温６０℃）に浸漬し、単位時間、単位面積当たりの腐食減量（ｍｇ／ｃｍ^２・Ｈ）を調べた。その結果を表４に示す。
【００１７】
【表４】

【００１８】
本発明Ｃｏ−Ｎｉ基合金は比較材Ｃｏ基合金に比べ腐食減量が小さく、耐食性に優れていることがわかる。
【００１９】
次に図５、図６に夫々本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金と比較材Ｃｏ基合金の冷間圧延加工率６０％、厚さ０．１３ｍｍの圧延材の両振り曲げ疲労試験のＳ−Ｎ曲線を示す。本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金の疲労限は、時効処理後で１００ｋｇｆ／ｍｍ^２と比較材Ｃｏ基合金の時効処理後の疲労限７５ｋｇｆ／ｍｍ^２に比べて高く、疲労強度に優れていることがわかる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金は機械的強度、弾性率が高く、疲労強度も高く、耐食性に優れている高弾性合金なので、小型精密機器用ばね、医療機器、半導体製造用特殊ガス供給用バルブのダイヤフラム等、高負荷、高信頼性を必要とする機器に利用して有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金の圧延材の冷間加工率と引張強さの関係を示す図である。
【図２】比較材のＣｏ−Ｎｉ基合金の圧延材の冷間加工率と引張強さの関係を示す図である。
【図３】本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金の線材の冷間加工率と引張強さの関係を示す図である。
【図４】比較材のＣｏ−Ｎｉ基合金の線材の冷間加工率と引張強さの関係を示す図である。
【図５】本発明のＣｏ−Ｎｉ基合金の６０％圧延加工率圧延材のＳ−Ｎ曲線を示す図である。
【図６】比較材のＣｏ−Ｎｉ基合金の６０％圧延加工率圧延材のＳ−Ｎ曲線を示す図である。
【符号の説明】
１、５冷間加工のままの圧延方向の冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
２、６冷間加工のままの圧延直角方向の冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
３、７５００℃で２時間時効処理後の圧延方向の冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
４、８５００℃で２時間時効処理後の圧延直角方向の冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
９、１１冷間加工のままの冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
１０、１２５００℃で２時間時効処理後の冷間加工率と引張強さの関係を示す曲線
１３、１５冷間加工のままのＳ−Ｎ曲線
１４、１６５００℃で時効処理後のＳ−Ｎ曲線

Claims

組成は重量比でＣｏ３１．０〜３７．３％、Ｎｉ３１．４〜３３．４％、Ｃｒ１９．５〜２０．５％、Ｍｏ９．５〜１０．５％、Ｍｎ０．１〜０．５％、Ｔｉ０．３〜０．７％、Ｆｅ１．１〜２．１％、Ｎｂ０．８〜１．２％、ミッシュメタル０．０１〜０．０７％、Ｂ０．００３〜０．０１％、Ｍｇ０．００３〜０．０１％、及び不可避不純物より成ることを特徴とするＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金。
請求項１記載のＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金において、冷間加工率を３０％以上とすることを特徴とするＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金。
請求項１または請求項２記載のＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金において、４００〜６００℃で真空中または無酸化雰囲気中で時効処理されることを特徴とするＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金。
Ｃｏ−Ｎｉ基高弾性合金の製造工程において、組成は重量比でＣｏ３１．０〜３７．３％、Ｎｉ３１．４〜３３．４％、Ｃｒ１９．５〜２０．５％、Ｍｏ９．５〜１０．５％、Ｍｎ０．１〜０．５％、Ｔｉ０．３〜０．７％、Ｆｅ１．１〜２．１％、Ｎｂ０．８〜１．２％、ミッシュメタル０．０１〜０．０７％、Ｂ０．００３〜０．０１％、Ｍｇ０．００３〜０．０１％、及び不可避不純物より成るＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金を準備する工程と、加工率３０％以上で冷間加工する工程と、４００〜６００℃で真空中または無酸化雰囲気中で時効処理する工程とを有することを特徴とするＣｏ−Ｎｉ基高弾性合金の製造方法。