JPH0277556A - 大きい耐食性、耐摩耗性、じん性及び耐圧縮性を持つ部材を粉末冶金で製造するための鉄合金 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｃ産業上の利用分野】 本発明は、特に、非切削成形するためのプラスチック用
金型、ｎｍ部分及び工具用の、大きい耐食性と、大きい
耐摩耗性と、大きいじん性と、大きい耐圧縮性七を持つ
部材を粉末冶金製造するための、材料としての特殊組成
を持つ鉄合金の使用に関する。

〔従来の技術〕

特にプラスチック工業において、成形部材には、同時に
化学的及び摩耗的負荷にさらされており、これらの部材
は機械的負荷により、場合によっては大きい材料じん性
、大きい耐圧縮性及び特別の材料均質性を持たなければ
ならない。

このような要求は、例えば、繊維で強化された又は充填
材を含むプラスチックを圧縮成形するための装置へ装入
される材料に対して出される。

例えばスクリュなどのような機械部品及び特に腐食にさ
らされる変形及びプレス工具用に、オーステナイト鋼又
は約１８％のクロム含酊黴を持つクロム鋼、例えばＤＩ
Ｎ材料番号１．４５２８による合金、が使用される。こ
のよう７Ｊ材料は十分な耐食性を持っているが、しかし
摩耗特性は大抵の場合実際上の運転中瀾足できない。

鋼の耐摩耗性及び硬度を改善及び増加させるために、−
層大きい炭素含何ｍにより合金の炭化物割合を大きくす
ることも忰みられている。

これらの鋼、例えば約２％の炭素含有計及び約１２％の
クロム含Ｎ量を持つＤＩＮ材料番号１　、２０８０及び
材料番号１．２３７９による合金は、改善された耐摩耗
性を持っているが、しかし腐食には適しておらず、これ
らの部材は、場合によっては不利な炭化物組織により異
方性を持ち、ぜい性を持ち又は破壊傾向を持っており、
大抵の場合、熱処理の際に十分な形状安定性が得られな
い。

特に炭素含＊ｔａ、クロム含Ｎｍ及びバナジウム１１１
について、化学組成の点で非常に広い範囲限界を持つ鋼
を使用することも提案されているが、しかし大きい耐食
性及び大きい耐摩耗性並びに十分なしん性及び大きい耐
圧縮性を持つ合金がどのように構成されなければならな
いか、何ら指示されていない。当業者もそのことから、
要求される材料特性の組み合わせがどのようにかつ何に
よって得られるかの教示を察知することができていない
。

〔発明が解決しようとする課弯〕

この従来技術から出発して、本発明の基礎になっている
課題は、上述の欠点を回避し、そして特にプラスチック
加工産業用に、特定の製造方法を使用して特殊組成によ
って大きい朝食性、大きい耐摩耗性及び良好なしん住持
性における大きい耐圧縮性　を持つ、有利に使用可能な
材料を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この諜瑣は本発明によって解決される。従って本発明の
対象は、焼き入れ及び焼き戻し後の素地が少なくとも１
３％のクロム含有量を持ちかつ炭化物含有量が少なくと
も２５体積％であり、炭化物粒度が１４μ腸より小さく
かつ炭化物の少なくとも５体積％がＭＣ炭化物として形
成されているという条件つきで、特に、非切削成形する
だめのプラスチック用金型、機械部分及び工具用の、大
きい耐食性と、大きい＃ｌ摩耗性と、大きいしん性と、
大きい制圧縮性とを持つ部材を粉末冶金？！造するため
の、重）４％で表わされた組成が 珪素　　　　　　最大１．０ マンガン　　　　最大１．０ 部品　　　　　　最大０，０３ 燐　　　　　　　最大０．０３ クロム　　　　　１６．０〜２９−０ モリブデン　　　　０．４〜２．５ タングステン　　　０．３〜２．０ バナジウム　　　　３．０〜１０．０ チタン　　　　　５．０まで アルミニウム　　　１．０まで ニッケル　　　　最大０．８ コバルト　　　　最大０．８ 銅　　　　　　　最大０．５ 硼素　　　　　　０．０５まで 窒素　　　　　　０．Ｏ２Ｎ２．１８ ニオブ　　　　　５．０まで 鉄及び残部として製造による不純物 であり、 （％叶−＋３）＋４．４　Ｘ　＜％Ｖ−３）＋２Ｘ（％
Ｎｂ）−４−４，２Ｘ　（％Ｔｉｌから形成された値が
８．８より大きくかつ合金の最小炭素含有ｍが式 ％式％） による値を持ちかつ合金の最大炭素含有量が弐Ｃｍａｘ
　＝０．７　＋（％Ｃｒ−１３）　Ｘｏ、０６＋（２Ｘ
％Ｍｏ＋ｆ）Ｘｏ、０３＋（％ＶＸ０．２４）＋−（％
Ｎｂ　Ｘ　Ｏ，＋３）＋（％Ｔｉ＊−０，２５） に批る値を持つ、鉄合金の使用である。重量％で表わさ
れた合金割合が クロム　　　　　１８８０〜２５．０ モリブデン　　　　０．６〜１．７ タングステン　　　０．５〜１．５ バｔジウム　　　　３．５〜５．６ 窒素　　　　　　　０．０３〜０．１ ニオブ　　　　　５・０まで チタン　　　　　５．０まで ＧｊＩ老　　　　　　０．０３まで であり、他の実施例において材料が０．２ないし３．０
のニオブ含有量及び／又は帆２ないし３．５のチタン含
有量及び／又は０．００！ないし０．００２の硼素含ト
Ｉｔを持つ場合は、有利である。

（＄Ｃｒ−１３）＋４．４Ｘ（％ｖ−３）モ２×（％Ｎ
ｂ）＋４．２Ｘ　（％Ｔｉ）から形成された値が少なく
とも１Ｏ１０である場合は、特に有利である。本発明に
よる合金又は本発明による材料から粉末冶金製造法によ
り製造された部材は、焼き入れ及び燗き戻し後に、素地
のすべての部材において少なくとも１３％のクロム濃度
を持たなければならない。

炭化物を形成する元素であるクロム、バナジウム、ニオ
ブ及びチタンの１１１度と相互志ゴする作用とを考慮し
かつ持に材料の耐）馴耗性を決める最小値以上の本発明
による合金が、妥い範囲に設定された特定の炭素含有量
においてかつ粉末冶金製造法の使用の際に、大きい耐食
性、大きい耐摩耗性、大きい耐圧縮性及び大きいしん性
を同時に持ちかつ、特にプラスチック用金型の製造のた
めに、有利に１吏用可能である材料を生ぜしめることが
分かったことは驚くべきことであり、この場合、焼き入
れ及び焼き戻しされた状態で素助のすべての範囲におけ
るクロム含有は及び炭化物の割合、組成及び粒度を本発
明により設定することができる。

合金又は合金元素の作用を以下に説明する。

脱酸剤としての珪濃は酸化物の組成に影搏を及ぼしかつ
小さい濃度において、合金から製造された部材の良好な
研摩性にとって有利であり得る。しかし１重１％以上の
含有１は凝固特性＆び場合によっては熱処理の際の変成
過程に不利に作用する。Ｉ　Ｂｉ　ｈｋ％までのマンガ
ン含有量は、場合によっては０．０３重１％までの硫の
含有：ｎにおいて硫＆を硫化物として結合しかつそれに
よって材料のしん性を改善するために重要である。燐は
もろくするように作用しかつ鋼中にできるだけ少なく、
シかし０．０３重世％以下で存在しなければならない。

クロムは、素地中の約１３重世％の含有量以上で材料の
耐食性を生ぜしめる合金元素として作用する。同時にク
ロムは炭化物形成材であり、この炭化物形成材は炭素と
共に所定の炭素活性においてかつモリブデン及びバナジ
ウムの存在の下にＭ７Ｃ３炭化物のほかにＭ２３Ｃ６炭
化物も形成することができる。従って、洞が少なくとも
１６重爪形クロムを含むが、しかし多くても２９重世％
クロムの含有量を持つことが重要である。なぜならば−
層高いクロム濃度は材料のぜい弱化に至らせるからであ
る。０．４ないし２．５重世％の含有量のモリブデン及
び帆３ないし２゛、０重１％の含有量のタングステンは
、微細炭化物の形成による熱処理の際の二次硬度上昇を
引°き起こしかつ合金の炭素活性の調節のために重要で
ある。強力な炭化物形成材としてバナジウムは、特に０
．７以上３重Ａｔ　、％までの含有量でＭＣ炭化物の発
生を引き起こす。特に１０％以上の、−ｍ大きい含有ｍ
は、ｌｌ１ｉ１１８！耗性の改善に至らせるが、しかし
部材のしん性は著しく悪化される。５重４％までのチタ
ンは、待にＭＣ炭化物形成による、材料の耐摩耗性を改
善する。窒化物形成により、０．０１％以上の窒素含有
量は微粒化するように作用し又は高温における焼きなま
しの際の粒子成・長を防止し、それによって合金のしん
性の低下が回避される。さらに０．１８％までの窒素濃
度により、特に耐摩耗性を改善することができる。銅の
一層小さい酸素含有量を設定するためにかつ粒子成長を
回避するために、ｌ＠量％までの濃度で高い酸素親和力
及び高い窒素親和力を持つ元素としてアルミニウムを合
金することができ、その際、材料の変成特性及びじん性
に対する有利な作用も得られる。

さらに、？Ａ打の所望のＲ械的持性を設定するために、
炭化物及び窒化物を形成する元素であるクロム、タング
ステン、ニオブ、チタンの濃度及びこれらの元素の特定
の作用因子から形成された合金の最小値が必要であり、
その際、この値の増大により、僅かに低下するしん性に
おいて耐Ｉｇ耗性及び耐圧縮性の改善が引き起こされる
ことが明らかになった。さらに、部材の所望の特性を得
るために、炭素含有漬が、胴中の炭化物を形成する元素
の含有量及び所定の作用パラメータに関係して、狭い範
囲で調節されることが重要である。それによって、一方
では、素地硬化のためにかつ大きい調圧縮性を得るため
に、’７Ｃ３１Ｍ２３Ｃ６及びＭ６Ｃ炭化物が形成され
かつ高い耐摩耗性を設定するためにＭＣ炭化物が形成さ
れ、しかし他方では、耐食性のために必要な、１３％よ
り大きいクロム含町漬が、素地のすべての範囲に存在す
る。

部材の粉末冶金製造は重要である。なぜならばそれによ
ってこれらの部材の材料特性の等方性が著しく改善され
かつ析出又は金属開用の粒度を小さくすることができる
からである。１４μｍ以上の粒度を持つ炭化物は、部材
の機械的特性、特に曲げ強さを著しく悪化させる。粉末
製造をすべての適切な方法で、特にガスｍ霧法で行なう
ことができ、それによれば、場合によっては粉末の高温
均衡プレス及び／又は熱間変形によるコンパクト化を適
切な被覆の中で行なうことができる。

〔実施例〕

本発明を実施例について以下に詳細に説明する。

Ｗｆｌｊ１％で表わされた次のような含有量クロム　　
　　　２０・０ モリブデン　　　　１．０ タングステン　　　０・６ バナジウム　　　　４．０ 窒素　　　　　　０．０４ 及び適当に設定された１、９の炭素濃度並びに珪素　　
　　　　　０．３ マンガン　　　　　０．３５ ＠　　　　　　　　　Ｏ，Ｑ１２ 硫黄　　　　　　０．０１１ アルミニウム　　　０．００１ ニッケル　　　　　０・２ コバルト　　　　　０．１ 銅　　　　　　　　　　　　０．１２ 鉄及び残部として製造による不純物 を持つ浴温から、ガス噴射法で合金粉末が製造された。

直径２５０ｍ＋ｏの容器内への粉末の充填及びこの容器
の排気及び気密な閉鎖の後に、６倍の変形度を用いて１
１１０’Ｃで熱間変形が行なわれた。８８０ないし９６
０°Ｃにおける軟化焼きなまし及び遅い冷却の後に、鍛
造棒からプラスチック用金型が製造された。この材料の
硬度は約２８０ＨＢであ′つた。部材の規き入れは１１
４０°Ｃの温度への加熱後に高温浴における冷却により
行なわれ、それにより６１ＨＲＣの硬４度値が測定され
た。

５４００Ｃの温度における焼き戻し後に、材料硬度は５
９ＨＲＣであった。変形方向に対して直角の、平均曲げ
破壊強さは３５００　Ｎ／ｍｍ２であり、従って比較の
対像になり得る硬度を持つ、従来技術ゞで製造された部
材で測定された値よりはるかに高かった。耐圧縮性を検
知するために０．２％の圧縮限界が用いられ、この値は
２０１５　Ｎ／ｍｍ２であった。部材の摩、耗特注の試
験は研摩ディスク試ｐで行なわれ、この研摩ディスク試
験の際にコランダム−水混合物の中で銅円板が回転し、
この銅円板へ試料が押し付けられる。下下記の摩耗条件
が適用された。

試料の抑圧力　　　　　　３０　Ｎ 研摩ディスク材料　　　　Ｃ１０ 研摩ディスクの硬度　　　＋２６　（ｏｖ＋ｏ）研摩デ
ィスクの幅　　　　１５ｍｍ 研摩ディスクの直径　　　１６８ｍｍ 研摩ディスクの回転数　　５０回／分 試料の大きさ　　　　　　２０　Ｘ　２０　Ｘ　８Ａｚ
２ｏ３スラリ　　　（固体成分／Ｈ２０）　＝　ＩＡＩ
＋２０３粒度　　　　　　　０．７１１ｍ試験の際に、
１００秒の時間後に、２００％の（２，３％Ｃ，１２，
５％Ｃｒｔ１．１％Ｍｏ＋４．０％Ｖの組成を持つ、ｉ
ｆ＋ｔ［Ｉ純性が大きいが、しかし耐食性が小さい材料
に対する）比摩耗が、ｌ０００時間後に１２８％の比摩
耗がそして１０．０００時間後に１２０９／）の比摩耗
がそれぞれ検知された。材料の腐食特性は塩ｌｋ、噴霧
試験で検知され、その際、％で表わされた、腐食し１こ
表面は４８０分後に５０という値を生ぜしめた。２４時
間にわたる２０９６酢酸での腐食特性の更なる試験は、
６．９８ｇ／ｍ２の値をもたらした。

金＆ｊＳＭｉ職、電子顕微鏡及びＸ線分析検査から、炭
化物割合が約３９体積％になり、そのうち約ＩＯ体積％
がＭＣ炭化物として存在し、その際溌大炭化物粒度が１
０μｍを示すことが分かった。

特許出願人　ベーレル・ゲゼルシャフト・ミツト・ベシ
ュレンクテル・ハツトラング

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　焼き入れ及び焼き戻し後の素地が少なくとも１３％
   のクロム含有量を持ちかつ炭化物含有量が少なくとも２
   ５体積％であり、炭化物粒度が１４μｍより小さくかつ
   炭化物の少なくとも５体積％がＭＣ炭化物として形成さ
   れているという条件つきで、特に、非切削成形するため
   のプラスチック用金型、機械部分及び工具用の、大きい
   耐食性と、大きい耐摩耗性と、大きいじん性と、大きい
   耐圧縮性とを持つ部材を粉末冶金製造するための、重量
   ％で表わされた組成が 珪素最大１．０ マンガン最大１．０ 硫黄最大０．０３ 燐最大０．０３ クロム１６．０〜２９．０ モリブデン０．４〜２．５ タングステン０．３〜２．０ バナジウム３．０〜１０．０ チタン５．０まで アルミニウム１．０まで ニッケル最大０．８ コバルト最大０．８ 銅最大０．５ 硼素０．０５まで 窒素０．０１〜０．１８ ニオブ５．０まで 鉄及び残部として製造による不純物であり、 （％Ｃｒ−１３）＋４．４×（％Ｖ−３）＋２×（％Ｎ
   ｂ）＋４．２×（％Ｔｉ） から形成された値が８．８より大きくかつ合金の最小炭
   素含有量が式 Ｃｍｉｎ＝０．３＋（％Ｃｒ−１３）×０．０６＋（２
   ×％Ｍｏ＋Ｗ）×０．０３＋（％Ｖ×０．２４）＋（％
   Ｎｂ×０．１３）＋（％Ｔｉ×０．２５） による値を持ちかつ合金の最大炭素含有量が式 Ｃｍａｘ＝０．７＋（％Ｃｒ−１３）×０．０６＋（２
   ×％Ｍｏ＋Ｗ）×０．０３＋（％Ｖ×０．２４）＋（％
   Ｎｂ×０．１３）＋（％Ｔｉ×０．２５） による値を持つ、鉄合金の使用。 ２　焼き入れ及び焼き戻し後の素地が少なくとも１３％
   のクロム含有量を持ちかつ炭化物含有量が少なくとも２
   ５体積％であり、炭化物粒度が１４μｍより小さくかつ
   炭化物の少なくとも５体積％がＭＣ炭化物として形成さ
   れているという条件つきで、特に、非切削成形するため
   のプラスチック用金型、機械部分及び工具用の、大きい
   耐食性と、大きい耐摩耗性と、大きいじん性と、大きい
   耐圧縮性とを持つ部材を粉末冶金製造するための、重量
   ％で表わされた組成が 珪素最大０．６ マンガン最大０．６ 硫黄最大０．０１５ 燐最大０．０２ クロム１８．０〜２５．０ モリブデン０．６〜１．７ タングステン０．５〜１．５ バナジウム３．５〜５．６ チタン５．０まで アルミニウム１．０まで ニッケル最大０．５ コバルト最大０．５ 銅最大０．４ 硼素０．０３まで 窒素０．０３〜０．１ ニオブ５．０まで 鉄及び残部として製造による不純物であり、 （％Ｃｒ−１３）＋４．４×（％Ｖ−３）＋２×（％Ｎ
   ｂ）＋４．２×（％Ｔｉ） から形成された値が８．８より大きくかつ合金の最小炭
   素含有量が式 Ｃｍｉｎ＝０．３＋（％Ｃｒ−１３）×０．０６＋（２
   ×％Ｍｏ＋Ｗ）×０．０３＋（％Ｖ×０．２４）＋（％
   Ｎｂ×０．１３）＋（％Ｔｉ×０．２５） による値を持ちかつ合金の最大炭素含有量が式 Ｃｍａｘ＝０．７＋（％Ｃｒ−１３）×０．０６＋（２
   ×％Ｍｏ＋Ｗ）×０．０３＋（％Ｖ×０．２４）＋（％
   Ｎｂ×０．１３）＋（％Ｔｉ×０．２５） による値を持つ、鉄合金の使用。 ３　（％Ｃｒ−１３）＋４．４×（％Ｖ−３）＋２×（
   ％Ｎｂ）＋４．２×（％Ｔｉ） から形成された値が１０．０より大きいことを特徴とす
   る、請求項１又は２に記載の鉄合金の使用。 ４　重量％で表わされたニオブ含有量が０．２ないし３
   ．０であることを特徴とする、請求項１ないし３のうち
   １つに記載の鉄合金の使用。 ５　チタン含有量が０．２ないし３．５であることを特
   徴とする、請求項１ないし４のうち１つに記載の鉄合金
   の使用。 ６　硼素含有量が０．００１ないし０．００２であるこ
   とを特徴とする、請求項１ないし５のうち１つに記載の
   鉄合金の使用。 ７　素地のクロム含有量が少なくとも１３％でありかつ
   炭化物含有量が少なくとも２５％であり、炭化物粒度が
   １４μｍより小さくかつ炭化物の少なくとも５％がＭＣ
   炭化物として形成されていることを特徴とする、請求項
   １ないし６のうち１つに記載の、焼き入れ及び焼き戻し
   された鉄合金の使用。 ８　重量％で表わされた炭素含有量が少なくとも１．８
   であり、しかし多くても６．２であることを特徴とする
   、請求項１ないし７のうち１つに記載の鉄合金の使用。 ９　プラスチック用金型を粉末冶金製造するための材料
   として使用されることを特徴とする、請求項１ないし８
   のうち１つに記載の鉄合金の使用。