JP7036381B2 - Fe基合金及びその製造方法並びに回転軸部材 - Google Patents
Fe基合金及びその製造方法並びに回転軸部材 Download PDFInfo
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下記式(1)で表される指数R1が12.0以上であり、
下記式(2)で表される指数R2が9.0以上である化学成分を有し、
230GPa以上のヤング率を有している、Fe基合金にある。
式(1):R1=0.2[Cr]+1.2[C]+1.2[B]+0.8[W]+0.5[Mo]
式(2):R2=[B]+[W]
(但し、上記式(1)及び式(2)における[M]は元素Mの含有量(at%)である。)
前記Fe基合金は、必須成分として、Crを含有している。Crは、Fe母相を強化する作用を有している。Fe基合金中のCrの含有量を前記特定の範囲とすることにより、Fe母相のヤング率を向上させ、ひいてはFe基合金の剛性を向上させることができる。また、この場合には、Fe基合金の強度を向上させることもできる。
前記Fe基合金は、必須成分として、Bを含有している。Bは、他の元素とともにFe母相中に析出し、Fe基合金を強化する作用を有している。Fe基合金中のBの含有量を前記特定の範囲とすることにより、Fe母相のヤング率を向上させ、ひいてはFe基合金の剛性を向上させることができる。
前記Fe基合金は、任意成分として、Mo及びWのうち少なくとも1種を含有していてもよい。これらの元素は、他の元素とともにFe母相中に析出し、Fe基合金を強化する作用を有している。Fe基合金中のMoの含有量及びWの含有量をそれぞれ前記特定の範囲とすることにより、Fe基合金の強度をより向上させることができる。なお、前述した「Mo:7.0at%以下」という概念には、Moの含有量が0%である場合が包含される。同様に、「W:3.5at%以下」という概念には、Wの含有量が0%である場合が包含される。Moの含有量またはWの含有量が前記特定の範囲を超える場合には、これらの元素を含む析出物の析出量が過度に多くなり、かえってFe基合金の被削性の低下を招くおそれがある。
前記Fe基合金は、任意成分として、Siを含有していてもよい。Siは、Fe母相中に固溶し、Fe基合金を強化する作用を有している。Fe基合金中のSiの含有量を前記特定の範囲とすることにより、Fe基合金の強度をより向上させることができる。なお、前述した「Si:7.0at%以下」という概念には、Siの含有量が0%である場合が包含される。Siの含有量が前記特定の範囲を超える場合には、Fe基合金が過度に強化され、かえって靭性の低下を招くおそれがある。
前記Fe基合金は、任意成分として、Cを含有していてもよい。Cは、Bと同様に、他の元素とともにFe母相中に析出し、Fe基合金を強化する作用を有している。Fe基合金中のCの含有量を前記特定の範囲とすることにより、Fe母相のヤング率をより向上させ、ひいてはFe基合金の剛性をより向上させることができる。また、この場合には、Fe基合金の強度をより向上させることもできる。なお、前述した「C:4.0at%以下」という概念には、Cの含有量が0%である場合が包含される。Cの含有量が4.0at%を超える場合には、Cを含む析出物の析出量が過度に多くなり、かえってFe基合金の被削性の低下を招くおそれがある。
前記Fe基合金は、任意成分として、Tiを含有していてもよい。しかし、Tiは、他の元素とともにFe母相中に析出しやすい。Tiの含有量が過度に多くなると、Fe母相中にTiを含む析出物が多数形成され、Fe基合金の被削性の著しい低下を招くおそれがある。Tiの含有量を2.5at%未満に規制することにより、かかる問題を回避することができる。同様の観点から、Tiの含有量は、2.0at%以下とすることがより好ましく、1.0at%以下とすることがさらに好ましく、0.5at%以下とすることがさらに好ましく、0.05at%以下とすることが特に好ましい。なお、前述した「Ti:2.5at%未満」という概念には、Tiの含有量が0%である場合が包含される。
前記Fe基合金中には、剛性、被削性、強度及び靭性を損なわない範囲であれば、前述した元素以外の元素が含まれていてもよい。通常、Fe基合金中の元素の含有量が不可避的不純物としての量を超えない程度であれば、Fe基合金の剛性、被削性、強度及び靭性が損なわれることはない。
前記Fe基合金は、前述したように各元素の含有量を規定した上で、更に、前記式(1)で表される指数R1が12.0以上であり、前記式(2)で表される指数R2が9.0以上である化学成分を有している。
式(1):R1=0.2[Cr]+1.2[C]+1.2[B]+0.8[W]+0.5[Mo]
式(2):R2=[B]+[W]
前記Fe基合金は、230GPa以上のヤング率を有している。そのため、前記Fe基合金の剛性をより向上させることができる。それ故、前記Fe基合金からなる回転軸部材を高速で回転させた際に、遠心力による振れや共振をより効果的に抑制することができる。回転軸部材の振れや共振をより効果的に抑制する観点からは、前記Fe基合金は、235GPa以上のヤング率を有していることがより好ましく、240GPa以上のヤング率を有していることがさらに好ましい。
前記Fe基合金は、700MPa以上の耐力を有していることが好ましい。この場合には、前記Fe基合金の強度をより向上させることができる。それ故、前記Fe基合金からなる回転軸部材を高速で回転させた際に、遠心力による塑性変形をより効果的に抑制することができる。回転軸部材の塑性変形をより効果的に抑制する観点からは、前記Fe基合金は、740MPa以上の耐力を有していることがより好ましく、780MPa以上の耐力を有していることがさらに好ましい。
前記Fe基合金は、1.0%以上の伸びを有していることが好ましい。この場合には、前記Fe基合金の被削性及び使用中の信頼性をより向上させることができる。回転軸部材の被削性及び使用中の信頼性をより向上させる観点からは、前記Fe基合金は、2.0%以上の伸びを有していることがより好ましく、3.0%以上の伸びを有していることがさらに好ましい。
前記Fe基合金は、超硬合金からなる切削工具を用いてSCM453からなる基準合金の切削加工を行った際の前記切削工具における逃げ面の摩耗量を基準とした場合における、前記Fe基合金の切削加工を行った際の前記逃げ面の比摩耗量が30倍以下となる被削性を有していることが好ましい。この場合には、切削加工時の加工コストの増加を抑制することができる。回転軸部材の被削性をより向上させる観点からは、前記Fe基合金における比摩耗量は基準合金における摩耗量の28倍以下であることがより好ましく、25倍以下であることがさらに好ましい。
前記鋳塊に熱間加工を施す熱間加工工程と、を有する、Fe基合金の製造方法により作製することができる。
試験材に切削加工を施し、長さ60.0±0.05mm、幅10.0±0.05mm、厚み2.0±0.05mmの板状試験片を作製した。この板状試験片のヤング率を共振法によって測定した。なお、ヤング率の測定は、室温下において行った。各試験材のヤング率は、表1に示す通りであった。
試験材に切削加工を施し、図2に示す形状を有する引張試験片1を作製した。引張試験片1の全長Ltは40mmであり、その両端に、M8×1.25の雄ネジが切られた雄ネジ部11を有している。各雄ネジ部11の長さは8mmである。
各試験材に切削加工を施し、直径12mm、長さ125mmの円柱状試験片2を作製した。次いで、超硬合金製のチップを備えた切削工具を用い、図3に示すように円柱状試験片2の先端21から長さ95mmの範囲に亘って切削加工を行い、切削部22を形成した。切削部22の直径が6mmに達した時点で切削加工を終了した。そして、図4に一例を示すように、チップ3の逃げ面31を電子顕微鏡により観察した。
2 円柱状試験片
Claims (6)
- Cr:10.0~20.0at%、W:3.5at%以下、Si:7.0at%以下、C:4.0at%以下、B:5.5~15.0at%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ、
下記式(1)で表される指数R1が12.0以上であり、
下記式(2)で表される指数R2が9.0以上である化学成分を有し、
230GPa以上のヤング率を有している、Fe基合金。
式(1):R1=0.2[Cr]+1.2[C]+1.2[B]+0.8[W]+0.5[Mo]
式(2):R2=[B]+[W]
(但し、上記式(1)及び式(2)における[M]は元素Mの含有量(at%)である。) - 700MPa以上の耐力を有している、請求項1に記載のFe基合金。
- 1.0%以上の伸びを有している、請求項1または2に記載のFe基合金。
- 超硬合金からなる切削工具を用いてSCM453からなる基準合金の切削加工を行った際の前記切削工具における逃げ面の摩耗量を基準とした場合における、前記Fe基合金の切削加工を行った際の前記逃げ面の比摩耗量が30倍以下となる被削性を有している、請求項1~3のいずれか1項に記載のFe基合金。
- 請求項1~4のいずれか1項に記載のFe基合金からなる回転軸部材。
- Cr:10.0~20.0at%、W:3.5at%以下、Si:7.0at%以下、C:4.0at%以下、B:5.5~15.0at%を含み、残部がFe及び不可避的不純物からなり、かつ、下記式(1)で表される指数R1が12.0以上であり、下記式(2)で表される指数R2が9.0以上である化学成分を有する溶湯から鋳塊を作製する鋳造工程と、
前記鋳塊に熱間加工を施す熱間加工工程と、を有する、Fe基合金の製造方法。
式(1):R1=0.2[Cr]+1.2[C]+1.2[B]+0.8[W]+0.5[Mo]
式(2):R2=[B]+[W]
(但し、上記式(1)及び式(2)における[M]は元素Mの含有量(at%)である。)
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