JP4512677B2 - Damping composite - Google Patents
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Description
本発明は、高強度高剛性でかつ高振動減衰能を有する制振性複合体に関するものである。 The present invention relates to a vibration-damping composite having high strength and high rigidity and high vibration damping ability.
従来から、自動車、精密機器、電子機器、医療機器及び加工の分野で、振動や騒音を軽減する機能を持つ制振性材料の提供が求められている。これに応えるものとして制振性のある材料として、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｍｇ−Ｚｒ合金、Ｍｇ−Ｎｉ合金、Ａｌ−Ｚｎ合金、Ｆｅ−Ｃｒ−Ａｌ合金、Ｎｉ−Ｔｉ合金、Ｃｕ−Ａｌ−Ｎｉ合金等が知られている。このような材料は、振動減衰能は優れているが、機械的性質が不良で特殊用途以外には使用が不可能であり、また高価な元素を多く含んでいるため合金材料に起因して価格上昇となり工業的用途が極めて制限されている。 Conventionally, in the fields of automobiles, precision equipment, electronic equipment, medical equipment, and processing, it has been demanded to provide a damping material having a function of reducing vibration and noise. As a material that responds to this, there are vibration-damping materials such as Mn-Cu alloy, Mg-Zr alloy, Mg-Ni alloy, Al-Zn alloy, Fe-Cr-Al alloy, Ni-Ti alloy, Cu-Al-Ni. Alloys and the like are known. Such materials have excellent vibration damping capability, but have poor mechanical properties and cannot be used for anything other than special applications, and because they contain many expensive elements, they are priced due to alloy materials. Increased and industrial applications are extremely limited.
このような問題を解決するために、機械的強度が高く、振動減衰能を有する材料として、高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。この特許には、Ｃｒ：９〜１５重量％、Ｍｎ：１８〜２６重量％、Ｆｅ：残部からなる素材を１０００〜１１５０℃の温度で溶体化熱処理した後に冷却し、１５〜８０％の冷間加工を加えることによって４０％以上のイプシロン・マルテンサイト相を発現させることを特徴とする高強度高減衰能Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金及びその製造方法が開示されている。上記Ｆｅ−Ｃｒ−Ｍｎ合金は、組成的にステンレス鋼をベースとしたものであり、従って、その機械的性質はステンレス鋼とほぼ同等であり、かつ、振動減衰能に優れているので、上記の問題点を解決する画期的な発明である（例えば、特許文献１参照）。 In order to solve such problems, a high-strength and high-damping capacity Fe—Cr—Mn alloy and a method for producing the same have been disclosed as materials having high mechanical strength and vibration damping capacity. In this patent, a material consisting of Cr: 9 to 15% by weight, Mn: 18 to 26% by weight, Fe: balance is subjected to solution heat treatment at a temperature of 1000 to 1150 ° C. and then cooled to 15 to 80% cold. A high-strength, high-damping capacity Fe-Cr-Mn alloy characterized by expressing 40% or more epsilon-martensite phase by processing and a method for producing the same are disclosed. The Fe-Cr-Mn alloy is compositionally based on stainless steel, and therefore its mechanical properties are almost the same as stainless steel and has excellent vibration damping capability. This is an epoch-making invention that solves the problem (for example, see Patent Document 1).
また、特許文献１によって開示された技術によれば、マンガン組成を１８〜２６重量％と主張しているが、この材料を溶製する場合、マンガン成分が蒸発し易いため添加するマンガン合金の歩留まりが悪く、かつマンガンは溶製時に用いられる耐火物の溶損を促進させるという難点があるので、マンガン成分を可能な限り低くすることが製造コストの点で求められている。 Further, according to the technique disclosed in Patent Document 1, the manganese composition is claimed to be 18 to 26% by weight. However, when this material is melted, the manganese component is easily evaporated, so the yield of the manganese alloy to be added. However, since manganese has a drawback that it promotes melting of a refractory used at the time of melting, it is required from the viewpoint of production cost to make the manganese component as low as possible.
本出願人は、上記の問題を解決するために、炭素０．０５重量％以下、マンガン１３重量％以上、１８重量％未満、クロム９重量％以上、１５重量％未満、ニッケル０．０１重量％以上、６重量％未満、アルミニウム０．０１重量％以上、０．０５重量％未満、窒素０．０１重量％以下、残部鉄からなり、イプシロン・マルテンサイト相が１０％以上であることを特徴とする高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金を提案している（特許文献２参照）。 In order to solve the above problem, the present applicant has made carbon 0.05% or less, manganese 13% or more, less than 18% by weight, chromium 9% or more, less than 15% by weight, nickel 0.01% by weight. Or more, less than 6% by weight, aluminum 0.01% by weight or more, less than 0.05% by weight, nitrogen 0.01% by weight or less, balance iron, and epsilon martensite phase is 10% or more. A high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy is proposed (see Patent Document 2).
一方、例えば、内径加工用ボーリングバーにおいて、加工穴深さが深いほど切削中の工具のたわみが大きくなりびびり振動が大きくなり、加工精度や加工効率が減退する。これを抑制する手段として、仕上面精度及び加工効率向上を目的として、ボーリングバーの内部に異種金属を接合、或いは、粘弾性体を封入する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。 On the other hand, for example, in a bore boring bar for inner diameter machining, as the machining hole depth is deeper, the deflection of the tool being cut increases and chatter vibration increases, resulting in a reduction in machining accuracy and machining efficiency. As means for suppressing this, for the purpose of improving the finished surface accuracy and processing efficiency, a method of joining different metals inside the boring bar or enclosing a viscoelastic body has been proposed (see, for example, Patent Document 3). .
更にまた、例えば、ボールねじにおいて、長ストロークかつ高速作動が要求される場合、ねじ軸の固有振動数が低くなり高速運転に限界が生じる。この対策として、ねじ軸の中空穴に制振質量体を勘合させて高速作動によって発生する振動を吸収することができる静音高速ボールねじが提案されている（例えば、特許文献４参照）。 Furthermore, for example, when a long stroke and high speed operation is required in a ball screw, the natural frequency of the screw shaft is lowered, and there is a limit to high speed operation. As a countermeasure, a silent high-speed ball screw that can absorb vibration generated by high-speed operation by fitting a damping mass body into a hollow hole of a screw shaft has been proposed (for example, see Patent Document 4).
しかしながら、特許文献２によって開示された技術は、制振性及び製造技術を解決しており、これを加工工具部材或いはボールねじに適用すると振動減衰能の点では有効であるが、部材としての材料の強度、剛性或いは耐摩耗性において単体では不十分である。この解決方法として、従来好適に使用されている部材と複合して制振性の機能を付加することによって、所望の高強度高剛性を維持した上で高振動減衰能の機能を持たせた高機能の切削、掘削加工用工具やボールねじの提供が求められている。 However, the technique disclosed in Patent Document 2 solves the vibration damping property and the manufacturing technique, and when this is applied to a processing tool member or a ball screw, it is effective in terms of vibration damping ability. In terms of strength, rigidity, or wear resistance, a single substance is insufficient. As a solution to this problem, by adding a vibration damping function in combination with members that have been used suitably in the past, it is possible to maintain a desired high strength and high rigidity while maintaining a high vibration damping function. There is a need to provide functional cutting and drilling tools and ball screws.
また、特許文献３によって開示された技術によれば、内径加工用ボーリングバーにおいて、切削中のびびり振動を抑制し、仕上面精度及び加工効率向上を目的として、ボーリングバーに異種金属を接合したり或いは液体を封入する方法が提案されているが、この異種金属は制振性の機能がないので、びびり軽減効果は不十分である。また、液体封入の方法はその信頼性において不十分である。 Further, according to the technique disclosed in Patent Document 3, in the boring bar for inner diameter machining, chatter vibration during cutting is suppressed, and different metals are joined to the boring bar for the purpose of improving the finished surface accuracy and machining efficiency. Alternatively, a method of enclosing a liquid has been proposed, but since this dissimilar metal does not have a vibration damping function, the effect of reducing chatter is insufficient. Moreover, the liquid sealing method is insufficient in its reliability.
更にまた、特許文献４において、ボールねじの軸部に伝わる振動を制振性物体とねじ部材とを接合して振動を吸収させることによって、静音高速ボールねじを提案しているが、制振性物体を特定していないので、具体的対策技術にはならない。 Furthermore, Patent Document 4 proposes a silent high-speed ball screw by absorbing vibration by joining a vibration-damping object and a screw member to vibration transmitted to the shaft portion of the ball screw. Since the object is not specified, it is not a specific countermeasure technique.
本発明が提供する制振性複合体は、炭素０．０５重量％以下、マンガン１３重量％以上、１８重量％未満、クロム９重量％以上、１５重量％未満、ニッケル０．０１重量％以上、６重量％未満、アルミニウム０．０１重量％以上、０．０５重量％未満、窒素０．０１重量％以下、残部鉄及び不可避不純物からなり、イプシロン・マルテンサイト相が１０％以上である高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とを接合してなることを特徴とする。
更に、本発明が提供する制振性複合体は、上記の高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と該合金より高強度高剛性である異種高強度高剛性金属（１２）とを接合してなることを特徴とする（以下、第１の発明という）。
即ち、「第１の発明」は、「特許請求の範囲」の「請求項１」に記載した事項により特定される。
［請求項１］
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）、
即ち、
炭素０．０５重量％以下、
マンガン１３重量％以上１８重量％未満、
クロム９重量％以上１５重量％未満、
ニッケル０．０１重量％以上６重量％未満、
アルミニウム０．０１重量％以上０．０５重量％未満、
窒素０．０１重量％以下、
残部鉄及び不可避不純物
からなり、
イプシロン・マルテンサイト相が１０％以上
である高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金
と
異種高強度高剛性金属（１２）、
即ち、
前記高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金と比較して高強度高剛性であり、前記高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金とは異種の金属
とを接合したものであることを特徴とする制振性複合体。
The vibration-damping composite provided by the present invention includes carbon 0.05% by weight or less, manganese 13% by weight or more and less than 18% by weight, chromium 9% by weight or more, less than 15% by weight, nickel 0.01% by weight or more, High damping capacity consisting of less than 6% by weight, aluminum 0.01% by weight or more, less than 0.05% by weight, nitrogen 0.01% by weight or less, balance iron and inevitable impurities, and epsilon martensite phase is 10% or more It is characterized by joining an Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and a dissimilar high strength and high rigidity metal (12) .
Furthermore, the vibration-damping composite provided by the present invention includes the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) and a dissimilar high-strength high-rigidity metal (12) having higher strength and rigidity than the alloy. (Hereinafter referred to as the first invention).
That is, the “first invention” is specified by the matters described in “Claim 1” of “Claims”.
[Claim 1]
High damping Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11),
That is,
0.05% by weight or less of carbon,
13% by weight or more and less than 18% by weight of manganese,
9% by weight or more and less than 15% by weight of chromium,
Nickel 0.01 wt% or more and less than 6 wt%,
Aluminum 0.01 wt% or more and less than 0.05 wt%,
Nitrogen 0.01 wt% or less,
Remaining iron and inevitable impurities
Consists of
More than 10% epsilon-martensite phase
High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy
When
Dissimilar high strength high rigidity metal (12),
That is,
Compared with the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy, it has higher strength and rigidity and is different from the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy.
A vibration-damping composite characterized by being bonded to each other.
更に、本発明が提供する制振性複合体は、引張強度が７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下、ＪＩＳＧ０６０２に定められた試験方法によって測定した振動減衰能（以下、損失係数（η）という。）が０．００５以上である高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とを接合してなることを特徴とする（以下、第２の発明という）。
即ち、「第２の発明」は、「特許請求の範囲」の「請求項２」に記載した事項により特定される。
［請求項２］
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）が、
引張強度が７００ＭＰａ以上、
１２００ＭＰａ以下、
損失係数（η）が０．００５以上
であることを特徴とする請求項１に記載した制振性複合体。
Furthermore, the vibration damping composite material provided by the present invention, tensile strength is more than 700 MPa, 1200 MPa or less, the vibration damping capacity was measured by the test method specified in JISG0602 (hereinafter, referred to as loss factor (η).) 0 0.005 or more of a high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and a dissimilar high strength and high rigidity metal (12) are joined (hereinafter referred to as the second invention).
That is, the “second invention” is specified by the matter described in “Claim 2” of “Claims”.
[Claim 2]
High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11)
Tensile strength is 700 MPa or more,
1200 MPa or less,
Loss coefficient (η) is 0.005 or more
The vibration-damping composite according to claim 1, wherein
更に、本発明が提供する制振性複合体は、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）の素材に１０％以上、６０％以下の冷間加工を施すことによって得た、引張強度が７００ＭＰａ以上、１２００ＭＰａ以下、ＪＩＳＧ０６０２に定められた試験方法によって測定した振動減衰能（以下、損失係数（η）という。）が０．００５以上である高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とを接合してなることを特徴とする（以下、第３の発明という）。
即ち、「第３の発明」は、「特許請求の範囲」の「請求項３」に記載した事項により特定される。
［請求項３］
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）が、
素材としての高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金に、
１０％以上、６０％以下の冷間加工
を施すことによって得られたものであることを特徴とする
請求項１又は２に記載した制振性複合体。
Furthermore, the vibration-damping composite provided by the present invention is a tensile material obtained by subjecting a material of a high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) to cold work of 10% or more and 60% or less. High damping ability Fe—Mn—Cr—Ni alloy having a strength of 700 MPa or more and 1200 MPa or less and vibration damping ability (hereinafter referred to as loss factor (η)) measured by a test method defined in JIS G0602 is 0.005 or more. (11) and a dissimilar high-strength high-rigidity metal (12) are joined (hereinafter referred to as a third invention).
That is, the “third invention” is specified by the matter described in “Claim 3” of “Claims”.
[Claim 3]
High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11)
To the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy as a material,
The vibration-damping composite according to claim 1 or 2 , wherein the vibration-damping composite is obtained by performing cold working of 10% or more and 60% or less.
更に、本発明が提供する高強度高剛性でかつ高振動減衰能を有する制振性複合体は、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）との接合面に垂直な横断面において、上記異種高強度高剛性金属の全横断面積に対する面積比率が１０％以上、７０％以下であることを特徴とする（以下、第４の発明という）。
即ち、「第４の発明」は、「特許請求の範囲」の「請求項４」に記載した事項により特定される。
［請求項４］
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）との接合面に垂直な横断面における全横断面積を基準として、
異種高強度高剛性金属（１２）の面積比率が、
１０％以上７０％以下
であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した制振性複合体。
Furthermore, the high-strength, high-rigidity and vibration-damping composite provided by the present invention includes a high-damping ability Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and a different high-strength high-rigidity metal (12). The area ratio of the dissimilar high-strength high-rigidity metal to the total cross-sectional area is 10% or more and 70% or less (hereinafter referred to as the fourth invention).
That is, the “fourth invention” is specified by the matter described in “Claim 4” of “Claims”.
[Claim 4]
Based on the total cross-sectional area in the cross section perpendicular to the joint surface of the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) and the dissimilar high-strength high-rigidity metal (12),
The area ratio of the dissimilar high strength high rigidity metal (12) is
10% to 70%
The vibration-damping composite according to any one of claims 1 to 3, wherein
更にまた、本発明が提供する高強度高剛性でかつ高振動減衰能を有する制振性複合体は、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とが焼きばめ、冷やしばめ、溶接、又は、圧接によって接合されていることを特徴とする（以下、第５の発明という）。
即ち、「第５の発明」は、「特許請求の範囲」の「請求項５」に記載した事項により特定される。
［請求項５］
接合が、焼きばめ、冷やしばめ、溶接、ロー付け、又は、圧接によって接合されたものであることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載した制振性複合体。
Furthermore, the high-strength, high-rigidity and vibration-damping composite provided by the present invention includes a high-damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and a dissimilar high-strength, high-rigidity metal (12 ) Are joined by shrink fitting , cold fitting, welding, or pressure welding (hereinafter referred to as the fifth invention).
That is, the “fifth invention” is specified by the matters described in “Claim 5” of “Claims”.
[Claim 5]
The damping composite according to any one of claims 1 to 4, wherein the joint is joined by shrink fitting, cold fitting, welding, brazing, or pressure welding.
本発明は、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とを複合することによって、所望の高強度高剛性を維持した上で高振動減衰能の機能を持つ高機能の制振性複合体を提供し、例えば、切削、掘削加工用工具やボールねじ等の高機能化を可能とする。 The present invention combines a high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) and a dissimilar high strength and high rigidity metal (12) to maintain a desired high strength and high rigidity while maintaining a high vibration damping capacity. A high-performance vibration-damping composite having the following functions is provided, and, for example, it is possible to enhance the functionality of cutting and excavation tools, ball screws, and the like.
以下、本発明の実施形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.
（第１の発明の実施形態）
第１発明において、炭素含有量を０．０５重量％以下とするのは、振動減衰能を発現するγ／ε相間の相互作用に悪影響を及ぼす不純物元素、特に、炭素の上限を定めることによって振動減衰能の向上及び安定を計るためであり、炭素含有量が０．０５重量％を越えると振動減衰能を示す損失係数（η）が低下しかつ不安定になるためである。また、炭素と同様の影響を及ぼす窒素については、鋼中の窒素量を０．０１重量％以下にして、かつ、アルミニウム含有量を０．０１重量％以上、０．０５重量％以下とすることによって鋼中の窒素をＡｌＮの大きい介在物の形にすることによって、溶解製造時に大気中より不可避的に混入する固溶窒素による振動減衰能を低下させる害を無くすためである。即ち、アルミニウム含有量が０．０１重量％未満であると上記の鋼中窒素と結合するに必要なアルミニウム含有量が不足する場合がり、０．０５重量％を越えると過剰のアルミニウムによって合金の表面や内部にＡｌ2Ｏ3系の欠陥が発生しやすくなるためである。また、鋼中の窒素が０．０１重量％を越えると、これと結合するアルミニウム含有量が多く必要となるため、アルミニウムによるＡｌ2Ｏ3系の欠陥が増大するためである。
(Embodiment of the first invention)
In the first invention, the carbon content is set to 0.05% by weight or less because the impurity element that adversely affects the interaction between the γ / ε phases expressing the vibration damping ability, in particular, the vibration is determined by setting the upper limit of carbon. This is because the damping capacity is improved and stabilized, and when the carbon content exceeds 0.05% by weight, the loss coefficient (η) indicating the vibration damping capacity is lowered and becomes unstable. For nitrogen, which has the same effect as carbon, the amount of nitrogen in steel is 0.01% by weight or less, and the aluminum content is 0.01% by weight or more and 0.05% by weight or less. This is to eliminate the harm of reducing the vibration damping ability due to solid solution nitrogen inevitably mixed in the atmosphere during melting production by making the nitrogen in the steel into the form of inclusions with a large AlN. That is, if the aluminum content is less than 0.01% by weight, the aluminum content necessary for bonding with nitrogen in the steel may be insufficient. If the aluminum content exceeds 0.05% by weight, the surface of the alloy is caused by excess aluminum. This is because Al 2 O 3 type defects are likely to occur inside. Further, if the nitrogen content in the steel exceeds 0.01% by weight, a large amount of aluminum combined with this is required, so that Al 2 O 3 type defects due to aluminum increase.
この第１の発明を以下の実施例１によって更に詳しく説明する。 The first invention will be described in more detail with reference to Example 1 below.
［本発明例］
組成が本発明の範囲内である、炭素０．０２重量％、マンガン１７重量％、クロム１２重量％、ニッケル３重量％、アルミニウム０．０３重量％、窒素０．００５重量％、残部鉄からなる組成を高周波溶解炉で溶解・鋳造し、５ｋｇのインゴットを得た。得られたインゴットを表面切削加工した後、１１００℃×１時間加熱処理した後、熱間圧延によって板厚５．０ｍｍの板にした後に、酸洗によって表面の酸化層を除去した後に冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、９００℃にて溶体化熱処理を行ったのち３０％の冷間加工の振動減衰能を付与する処理を行いこれを本発明例とした。
［比較例１］
[Example of the present invention]
The composition is within the scope of the present invention, consisting of 0.02% carbon, 17% manganese, 12% chromium, 3% nickel, 0.03% aluminum, 0.005% nitrogen and the balance iron. The composition was melted and cast in a high frequency melting furnace to obtain a 5 kg ingot. The resulting ingot was surface machined after heat treatment 1100 ° C. × 1 hour, after the sheet of thickness 5.0mm by hot rolling, cold rolling after removal of the oxide layer of the surface by pickling After obtaining a 1.0 mm plate, solution heat treatment was performed at 900 ° C., and then a treatment for imparting 30% cold work vibration damping capability was performed, and this was used as an example of the present invention.
[Comparative Example 1]
炭素０．０６重量％、マンガン１７重量％、クロム１２重量％、ニッケル３重量％、アルミニウム０．０３重量％、窒素０．００５重量％、残部鉄からなる合金を高周波溶解炉で溶解・鋳造し、５ｋｇのインゴットを得た。得られたインゴットを表面切削加工した後、１１００℃×１時間加熱処理し熱間圧延によって板厚５．０ｍｍにした後に、酸洗によって表面の酸化層を除去した後に冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、９００℃にて溶体化熱処理を行った後、３０％の冷間加工の振動減衰能を付与する処理を行いこれを比較例１とした。
［比較例２］
An alloy consisting of carbon 0.06% by weight, manganese 17% by weight, chromium 12% by weight, nickel 3% by weight, aluminum 0.03% by weight, nitrogen 0.005% by weight and the balance iron is melted and cast in a high frequency melting furnace. A 5 kg ingot was obtained. The resulting ingot was surface cutting a, 1 performed after the plate thickness 5.0mm by heat treatment and hot rolled 1100 ° C. × 1 hour, the cold rolling after removal of the oxide layer of the surface by pickling. After obtaining a 0 mm plate, solution heat treatment was performed at 900 ° C., and then a treatment for imparting 30% cold work vibration damping capability was performed, and this was designated as Comparative Example 1.
[Comparative Example 2]
炭素０．０２重量％、マンガン１７重量％、クロム１２重量％、ニッケル３重量％、アルミニウム０．００５重量％、窒素０．０１０重量％、残部鉄からなる合金を高周波溶解炉で溶解・製造し、５ｋｇのインゴットを得た。得られたインゴットを表面切削加工した後、１１００℃×１時間加熱処理し熱間圧延によって板厚５．０ｍｍにした後に、酸洗によって表面の酸化層を除去した後に冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、９００℃にて溶体化熱処理を行った後、３０％の冷間加工の振動減衰能を付与する処理を行いこれを比較例２とした。
［比較例３］
An alloy consisting of carbon 0.02% by weight, manganese 17% by weight, chromium 12% by weight, nickel 3% by weight, aluminum 0.005% by weight, nitrogen 0.010% by weight and the balance iron is melted and manufactured in a high-frequency melting furnace. A 5 kg ingot was obtained. The resulting ingot was surface cutting a, 1 performed after the plate thickness 5.0mm by heat treatment and hot rolled 1100 ° C. × 1 hour, the cold rolling after removal of the oxide layer of the surface by pickling. After obtaining a 0 mm plate, solution heat treatment was performed at 900 ° C., and then a treatment for imparting 30% cold work vibration damping capability was performed, which was designated as Comparative Example 2.
[Comparative Example 3]
炭素０．０６重量％、マンガン２２重量％、クロム１２重量％、ニッケル０．０１重量％、アルミニウム０．００５重量％、窒素０．０１０重量％、残部鉄からなる合金を高周波溶解炉で溶解製造し、５ｋｇのインゴットを得た。得られたインゴットを表面切削加工した後、１１００℃×１時間加熱処理し熱間圧延によって板厚５．０ｍｍにした後に、酸洗によって表面の酸化層を除去した後に冷間圧延を行い１．０ｍｍの板を得て後、１０５０℃にて溶体化熱処理を行った後、３０％の冷間加工の振動減衰能を付与する処理を行いこれを比較例３とした。
［比較例４］
An alloy consisting of 0.06% carbon, 22% manganese, 12% chromium, 0.01% nickel, 0.005% aluminum, 0.010% nitrogen and the balance iron is melted and manufactured in a high-frequency melting furnace. And 5 kg of ingot was obtained. The resulting ingot was surface cutting a, 1 performed after the plate thickness 5.0mm by heat treatment and hot rolled 1100 ° C. × 1 hour, the cold rolling after removal of the oxide layer of the surface by pickling. After obtaining a 0 mm plate, solution heat treatment was performed at 1050 ° C., and then a treatment for imparting 30% cold work vibration damping capability was performed.
[Comparative Example 4]
比較例４として、同板厚の市販のＳＵＳ３０４の板を用いた。 As Comparative Example 4, a commercially available SUS304 plate having the same thickness was used.
表１．に各々の供試材の組成を示す。さらに、本発明材、比較材１、２、３及び４より試験片を採取して、振動減衰能を示す損失係数（η）を測定した結果を表２に示す。本発明材は良好な損失係数（η）を示す。これに対して、比較材１、２、３及び４は、圧延及び冷間加工のプロセスは同じであるが、損失係数（η）は大幅に低く、かつ、部位によりバラツキがある。比較材４は、当然のことながら市販品ＳＵＳ３０４なので振動減衰能は極めて低い。これは、比較材１の場合、炭素含有量が０．０６％と過大なためによるものである。また、比較材２の場合は、鋼の精錬過程で不可避的に混入溶解した固溶Ｎ（０．０１０重量％）がアルミニウムによって固定されていない為にγ／ε相間の振動減衰能効果を阻害しているものと考えられる。これに対して、本発明材は、全ての窒素（０．０１０重量％）はアルミニウムによってＡｌＮの大型の介在物となっているために、固溶窒素の害は無くなっている。また、比較材３の場合は、比較材２と同様に、固溶窒素がγ／ε相間の振動減衰能を阻害しているものと考えられる。以上の実施例は、本発明が、振動減衰能の安定に効果を発揮していることを示している。
（第２の発明の実施形態）
第２の発明において、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）の素材に１０％以上、６０％以下の冷間加工を施すのは、これによって引張強度が７００ＭＰａ以上１２００ＭＰａ以下及び損失係数（η）が０．００５以上にするためであり、引張強度が７００ＭＰａ未満、損失係数（η）が０．００５未満であると、制振性の良好な制振性複合体を製造できないためであり、また、６０％を越えると引張強度が１２００ＭＰａを越えて機械的性質が著しく劣化するためである。
(Embodiment of the second invention)
In the second invention, the material of the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) is subjected to cold working of 10% or more and 60% or less, whereby the tensile strength is 700 MPa or more and 1200 MPa or less and the loss. This is because the coefficient (η) is 0.005 or more, and when the tensile strength is less than 700 MPa and the loss coefficient (η) is less than 0.005, a vibration-damping composite with good vibration damping cannot be produced. Further, if it exceeds 60%, the tensile strength exceeds 1200 MPa, and the mechanical properties are remarkably deteriorated.
実施例２は、第２の発明の実施例である。
本発明になる高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）について、冷間加工率と損失係数（η）、引張強さ及び伸び値との関係を実験によって求めた。即ち、本発明になる高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）の素材に５、１０、２０、３０、５０、６０及び７０％の冷間加工を施し、損失係数（η）、引張強さ及び伸び値を測定した。その結果を表３．に示す。これによると、５％の冷間加工率では、損失係数（η）及び引張強さともに不十分である。１０〜６０％の冷間加工率では、損失係数（η）、引張強さ及び伸び値ともに良好である。７０％の冷間加工率では、伸び値が極めて悪くもはや材料としての延性を失っている。即ち、本発明になる高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）は、冷間加工率とともに損失係数（η）、引張強さが共に向上するという優れた材料特性を有することが明らかである。そして、用途に応じて最適の冷間加工率を選択することができる。
With respect to the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) according to the present invention, the relationship between the cold work rate, the loss factor (η), the tensile strength, and the elongation value was obtained by experiments. That is, the material of the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) according to the present invention is subjected to cold working of 5, 10, 20, 30, 50, 60 and 70% to obtain a loss factor (η), Tensile strength and elongation values were measured. The results are shown in Table 3. Shown in According to this, at a cold work rate of 5%, both the loss factor (η) and the tensile strength are insufficient. At a cold work rate of 10 to 60%, the loss factor (η), tensile strength and elongation value are all good. At a cold working rate of 70%, the elongation value is extremely poor and the ductility as a material is lost. That is, it is clear that the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) according to the present invention has excellent material properties that both the cold work rate and the loss factor (η) and tensile strength are improved. It is. And the optimal cold work rate can be selected according to a use .
異種高強度高剛性金属（１２）とは、従来好適に使用されている材料で、該高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金によって振動減衰の機能を付与されるべき材料であり、超硬合金や耐摩耗性Ｃｒ−Ｍｏ鋼等である。 The heterogeneous high strength and high rigidity metal (12), a material which is conventionally preferably used, a material to be provided with a function of vibration damping by the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy, super Hard alloys, wear-resistant Cr-Mo steel, and the like.
（第３と第４の発明の実施形態）
図１及び２は、第３と第４の発明に関する制振性複合体の形態、即ち、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）の構成関係を示しているが、用途に応じて使分けることができる。図１は、切削加工用シャンクの略円形の断面である。異種高強度高剛性金属（１２）としては、ハイス或いは超硬合金を使い、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）のシャンクに必要な剛性、強度の不足を補う役目を果している。図２は、例えば、ボールねじの軸部の断面を示しており、この場合の異種高強度高剛性金属（１２）としては、ねじ軸部表面は転動ボールに直接に接するので耐摩耗性に優れた、例えば、Ｃｒ−Ｍｏ鋼等が考えられる。即ち、軸芯部に制振性の優れた高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）を配することによって転動するボールによって発生する振動を有効に吸収し、かつねじ軸としての耐摩耗性は良好である。これらの両材料の接合方法は、焼きばめ或いは冷やしばめによって接合される。
(Embodiments of the third and fourth inventions)
1 and 2 show the form of a damping composite relating to the third and fourth inventions, that is, the structure of a high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) and a dissimilar high strength high rigidity metal (12). Although the relationship is shown, it can be used according to the application. FIG. 1 is a substantially circular cross section of a cutting shank. As the dissimilar high-strength and high-rigidity metal (12), high-speed steel or cemented carbide is used, and it plays a role of compensating for the lack of rigidity and strength necessary for the shank of the high damping Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11). . FIG. 2 shows, for example, a cross section of a shaft portion of a ball screw. In this case, as the dissimilar high strength and high rigidity metal (12), since the surface of the screw shaft portion is in direct contact with the rolling ball, the wear resistance is improved. Excellent, for example, Cr-Mo steel can be considered. That is, by arranging a high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) having excellent damping performance in the shaft core portion, it effectively absorbs vibrations generated by the rolling ball and serves as a screw shaft. Wear resistance is good. The joining method of both these materials is joined by shrink fitting or cold fitting.
図３は、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）を円柱状の横断面で接合した例である。この場合は、異種高強度高剛性金属（１２）は切削、掘削用超硬合金等の刃先部と考えることができる。この場合の接合方法は、溶接、ロー付け或いは圧接によって好適に施行できる。 FIG. 3 is an example in which a high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and a dissimilar high strength and high rigidity metal (12) are joined in a cylindrical cross section. In this case, the dissimilar high-strength high-rigidity metal (12) can be considered as a cutting edge portion of a cemented carbide for cutting and excavation. The joining method in this case can be suitably implemented by welding, brazing or pressure welding.
更に、実施例３は、第４の発明の実施例である。 Furthermore, Example 3 is an example of the fourth invention.
図１の場合について、制振性複合体を構成する該高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）としての超硬合金の構成比率を変えて機械的性質と損失係数（η）を測定した結果を表４に示す。基本的には用途に応じた所望の強度、剛性と振動減衰能とのバランスを勘案して最適な両者の構成比率を選択することが肝要である。望ましくは、１０％以上、７０％以下が推奨される。 In the case of FIG. 1, the composition ratio of the cemented carbide as the different high-strength high-rigidity metal (12) and the high-damping ability Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) constituting the damping composite is changed. Table 4 shows the results of measurement of mechanical properties and loss factor (η). Basically, it is important to select the optimum component ratio in consideration of the balance between desired strength, rigidity, and vibration damping capacity according to the application. Desirably, 10% to 70% is recommended.
表４の備考欄に示した代表例について、パルス加振後の振動減衰曲線を図５に示す。
最適な構成比を選択することによって、高強度高剛性と高振動減衰能を兼備した合目的の制振性複合体を得ることができる。
By selecting the optimum composition ratio, a combined damping structure having high strength and high rigidity and high vibration damping ability can be obtained.
（第５の発明の実施形態）
第５の発明において、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）とが焼きばめ或いは冷やしばめによって接合されていることを特徴とするのは、これによって接合時に発生する内部応力が、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）の金属組織中のイプシロン・マルテンサイトの振動減衰能を高める効果があるからである。即ち、焼きばめ或いは冷やしばめによって２種金属を接合するのは、熱変化によって発生する極めて大きい応力によってその接合力が維持されている。上記の接合方法が有効なのは、高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）における制振性の発現は、このような応力によって助長されるものであるからである。
(Embodiment 5)
In the fifth invention, the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) and the dissimilar high strength and high rigidity metal (12) are joined by shrink fitting or cold fitting. This is because the internal stress generated at the time of joining has the effect of increasing the vibration damping capacity of epsilon martensite in the metal structure of the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11). In other words, the joining of the two kinds of metals by shrink fitting or cold fitting is maintained by the extremely large stress generated by the thermal change. The above bonding method is effective because the development of damping properties in the high damping capacity Fe—Mn—Cr—Ni alloy (11) is promoted by such stress.
本発明が提供する制振性複合体は、例えば、高強度高剛性と高振動減衰能を兼備した高機能の切削、掘削加工工具部材、ボールねじ等を提供する。図５〜７にそれらの具体的形態を示す。 The vibration-damping composite provided by the present invention provides, for example, high-performance cutting, excavation tool members, ball screws and the like having both high strength and high rigidity and high vibration damping capability. The specific form is shown in FIGS.
１１ 高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金
１２ 異種高強度高剛性金属
１３ 刃先
１４ ワーク面
11 High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy 12 Dissimilar high strength and high rigidity metal 13 Cutting edge 14 Work surface
Claims (5)
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）、
即ち、
炭素０．０５重量％以下、
マンガン１３重量％以上１８重量％未満、
クロム９重量％以上１５重量％未満、
ニッケル０．０１重量％以上６重量％未満、
アルミニウム０．０１重量％以上０．０５重量％未満、
窒素０．０１重量％以下、
残部鉄及び不可避不純物
からなり、
イプシロン・マルテンサイト相が１０％以上
である高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金
と
異種高強度高剛性金属（１２）、
即ち、
前記高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金と比較して高強度高剛性であり、前記高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金とは異種の金属
とを接合したものであることを特徴とする制振性複合体。
High damping Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11),
That is,
0.05% by weight or less of carbon,
Manganese 13 wt% or more than 1 8 wt%,
Chromium 9 wt% or more than 1 5% by weight,
Nickel less than 0.01 wt% or more 6 wt%,
Aluminum 0.01 wt% or more 0. Less than 05% by weight,
Nitrogen 0.01 wt% or less,
Consists of balance iron and inevitable impurities,
High Damping Fe-Mn-Cr-Ni alloy Epsilon martensite phase Ru der least 10%
When
Dissimilar high strength high rigidity metal (12),
That is,
Compared with the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy, it has higher strength and rigidity and is different from the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy.
A vibration-damping composite characterized by being bonded to each other .
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）が、
引張強度が７００ＭＰａ以上、
１２００ＭＰａ以下、
損失係数（η）が０．００５以上
であることを特徴とする請求項１に記載した制振性複合体。
High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11)
Tensile strength is 700 MPa or more,
1200 MPa or less,
Loss factor (eta) is braking Fusei complexes according to claim 1 you wherein a is 0.005 or more.
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）が、
素材としての高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金に、
１０％以上、６０％以下の冷間加工
を施すことによって得られたものであることを特徴とする
請求項１又は２に記載した制振性複合体。
High damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11)
To the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy as a material,
The vibration-damping composite according to claim 1 or 2 , wherein the vibration-damping composite is obtained by performing cold working of 10% or more and 60% or less.
高減衰能Ｆｅ−Ｍｎ−Ｃｒ−Ｎｉ合金（１１）と異種高強度高剛性金属（１２）との接合面に垂直な横断面における全横断面積を基準として、
異種高強度高剛性金属（１２）の面積比率が、
１０％以上７０％以下
であることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載した制振性複合体。
Based on the Contact Keru total cross-sectional area in the cross section perpendicular to the junction surface between the high damping capacity Fe-Mn-Cr-Ni alloy (11) and the heterologous high-strength and high-rigidity metal (12),
The area ratio of the dissimilar high strength high rigidity metal (12) is
Braking Fusei complexes according to any one of claims 1 to 3, characterized in that 1 or less 0% more than on 70%.
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