JPH04180542A

JPH04180542A - 低熱膨張高強度材料

Info

Publication number: JPH04180542A
Application number: JP30787990A
Authority: JP
Inventors: Yuji Ito; 裕司伊藤; Toshio Okuno; 奥野　利夫
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 1990-11-14
Filing date: 1990-11-14
Publication date: 1992-06-26

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】〔産業上の利用分野〕ＩＣモールド金型材などに超硬や高耐摩耗工具材料を用
いた場合のホルダ材、あるいは高精度を要求される精密
板ガラス成形用ロール材などに使用される低熱膨張高強
度材料に関するものである。

〔従来の技術〕

ＩＣの基板を樹脂でモールドするＩＣモールド用金型に
は、耐摩耗性が要求され、樹脂と直接接触する部分には
超硬合金等の耐摩耗性に優れた合金が使用されている。

このようなＩＣモールド用金型は、通常５ＫＤＩＩ等の
冷間工具鋼よりなるホルダ材に組み込まれて使用される
。

また、精密板ガラス成形用ロールは、耐酸化性の目的で
２５　Ｃｒ−２０Ｎ　ｉの５ＵＳ３１０Ｓなどの材料が
使用されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

最近、ＩＣモールド用金型に対しての高精度の要求が高
まり、ＩＣモールド用金型と組み合わされるホルダ材と
金型との熱膨張係数の違いに起因する成形精度が問題に
なっている。

また、精密板ガラス成形用ロールに対しても成形時のロ
ールの膨張に起因する成形精度の低下が問題となってい
る。

このような理由により、低熱膨張で高強度である材料の
要求が高まってきている。

従来、熱膨張係数が低い材料としては、Ｆ　ｅ−３６％
Ｎｉで代表されるインバー合金、Ｆ　ｅ−４２％Ｎｉで
代表される４２ニッケル合金、Ｆ　ｅ−２９％Ｎ　１−
１７％Ｃｏのコバール合金等が知られているが、これら
の合金は常温および高温での強度が小さいため、ＩＣモ
ールド用金型、成形ロールといった強度を要求される部
品には用いることができない。

また、特開昭６１−２６４１６１号公報には、Ｆ　ｅ−
Ｎ　ｉ系合金にＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂ等の析出強化元素を添
加して、Ｎｉ、（Ａｌ、　Ｔｉ、　Ｎｂ）の金属間化合
物を析出させ、高温強度を付与した材料が記載されてい
る。

上記のＦｅ−Ｎｉ系合金に析出強化元素を添加した合金
は、低熱膨張係数を有し、高強度を有する材料であるが
、耐酸化性が劣り成形ロール等には適用できない。

また、上述したＩＣモールド用金型のホルダ材として使
用するには、熱膨張係数を金型のものに適合させる必要
があるが、Ｆｅ−Ｎｉ系合金で熱膨張係数を調整するた
めに、Ｎｌ量を変化させるとＮｉ量に対し著しく熱膨張
係数が変動するという問題点がある。そこで、Ｎｉ量が
特定の値に一定でも熱膨張係数を容易に調整できる低膨
張でかつ高強度を有する材料が望まれていた。

本発明の目的は、低熱膨張係数を有し、高強度でありな
がら、耐酸化性に優れた低熱膨張高強度材料を提供する
ことである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、Ｆｅ−Ｎｉ系合金にＡｌ、Ｔｉ、Ｎｂを添加
し、これらの元素・とＮｉとの金属間化合物を析出させ
ることにより高強度、低熱膨張を示す合金に対して、さ
らにＣｒを添加すると熱膨張係数が緩やかに減じ、しか
も耐酸化性の向上に効果があることを見出し、本発明に
到達した。

すなわち本発明は、重量％でＣ０．２％以下、Ｓｉ２．
０％以下、Ｍｎ２．０％以下、Ｎ　ｉ　３５．０−５０
．０％、Ｃｒ１２．０％以下、　Ａｌ　０．２〜１．０
％、Ｔｉ　０．５〜２．０％、Ｎｂ２．０〜６．０％、
残部Ｆｅおよび不可避的不純物からなる低熱膨張高強度
材料である。

また本発明は重量％でＣ０．２％以下、Ｓｉ２．０％以
下、Ｍｎ２．０％以下、Ｎ　ｉ　３５．０−５０．０％
、Ｃｒ　１２．０％以下、Ａｔ　０．２〜１．０％、Ｔ
ｉ　０．５−２，０％、Ｎｂ　２．、ｏ−６，０％、さ
らにＢ　０．０２％以下とＺｒ０．２％以下から選ばれ
る１種または２種、残部Ｆｅおよび不可避的不純物から
なる低熱膨張高強度材料である。

〔作用Ｊ次に本発明材料の各成分の限定理由を詳細に説明する。

Ｃは、炭化物を形成し、結晶粒の成長を抑える目的で添
加するが、過度に添加すると時効硬化性を減じ、また熱
膨張を増大させるので０．２％以下とする。

Ｓｉ、Ｍｎは、本発明材料の脱酸剤として、またＳｉに
ついては耐酸化性を高めるためにも含まれているが、多
量の添加は必要なく、多すぎると熱間加工性を低下させ
るので２．０％以下とする。

Ｎｉは、本発明材料の熱膨張を下げるための重要な元素
である。また、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂと結合して、金属間化
合物を形成して析出することにより、高強度、高硬度を
付与している。３５．０％より少なくまた５０．０％よ
りも多い場合、熱膨張が高くなるので３５．０〜５０．
０％とする。

Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｂは、Ｎ１とともに金属間化合物を形成
し、本発明材料の強度を高めるために添加する。少なす
ぎると、添加の効果がなく、多すぎると熱膨張を高めた
り、基地中に偏析し靭性を低下させるのでＡＣｏ、２〜
１．０％、Ｔｉ：０．５〜２．０％、Ｎｂ：２．０〜６
．０％とする。

Ｃｒは、添加量の増加とともに徐々に本発明材料の熱膨
張係数を緩やかに上昇でき、超硬あるいは各耐摩耗性工
具鋼と同等の熱膨張係数を任意に得るための重要な元素
である。また、Ｃｒは耐酸化性を向上させる作用がある
。しかし、添加しすぎると熱膨張係数が高くなりすぎる
ので１２％以下とした。

本発明において、ＢおよびＺｒは粒界を強化し、本発明
材料の高温における延性を高める作用があるが、過度に
添加させると熱間加工性を劣化させるので、添加する場
合にはそれぞれ０．０２％以下および０．２０％以下に
限定する８〔実施例〕（実施例１）まず、本発明材料のＦ　ｅ−Ｎ　ｉ３５．０−５５．０
％におけるＣｒ添加が熱膨張係数に及ぼす影響を調べた
。

組成がＣ０．０２％、Ｓｉ０．０２％、Ｍｎ０．０１％
、ＮＩＸ％、Ｃｒ　Ｙ％１．ｍこで（Ｘ、ＹはｌぞしＮ
　ｉ　。

Ｃｒの含有量を示すが、Ｘ、Ｙは以下の説明のように変
化させている）、Ａｌ　０．４８％、Ｔｉ　１．２５％
、Ｎｂ　４．０５％、残部Ｆｅの合金を溶製し、鍛伸後
９５０℃の固溶化処理を行い、その後７２０’ＣＸ８ｈ
および６２０℃Ｘ８ｈの時効処理を行い試料とした。

Ｎ１ｊｌＸ、Ｃｒ量Ｙを変化させた時の試料の２５℃な
いし２００℃の平均熱膨張係数を第１図に示す。

第１図より、たとえば本実施例でＮｉ４３％の場合は、
Ｃｒ量を０〜１０ｗｔ％に変えることにより、熱膨張係
数を約４Ｘ１０′／℃〜１１　ＸＩＯ’　／’Ｃまで任
意のものが選択できることがわかる。このように第１図
から、本発明材料系における任意のＮ１含有量の場合に
、必要な熱膨張係数に対応するＣｒ含有量か選択できる
。また、Ｎｉ、Ｃｒ・量か決まれば熱膨張係数が推定で
きるものである。

（実施例２）第１表に示す組成の試料を溶製し鍛伸後、９５０℃の固
溶化処理後、７２０℃ｘｓｈ、および６２０℃Ｘ８ｈの
時効処理を行ったものを本発明材料Ａ−Ｎとした。また
、比較材として５ＫＤＩＩ、５ＵＳ３１０Ｓ相当をそれ
ぞれ比較材料Ｒ，Ｓとし、本発明材料に対しＣｒを添加
しないものをＴとした。

第２表に本発明材料Ａ〜Ｑおよび比較材料Ｒ９Ｓ、Ｔの
２５℃から１００℃、２００℃、３００℃および４００
℃の各温度までの平均熱膨張係数（ＩＸＩＯ”／’Ｃ）
の値を示す。また、第２表に試料の硬さ測定値も同時に
示す。

第２表通常のインバー合金は硬さＨｖ１２５．　　Ｆｅ−４２
Ｎ　ｉ合金は硬さＨｖ１３４、コパール合金の硬さＨｖ
１６（ｌ程度であるのに対し、第２表より、本発明材料
Ａ−ＱはＨＲＣ４０以上の高硬度を有していることがわ
かる。

また、２００℃までの熱膨張係数は、４．３　Ｘ　１０
’　７℃から１１，０ＸＩＯ″′′７℃までの熱膨張係
数が選べ２００℃付近で使用される超硬合金（５ＸＩＯ
’／’Ｃ）から耐摩耗性合金工具鋼（１０Ｘ　１０’　
／’Ｃ（ＳＫＨ５７））までの材料の熱膨張係数に適合
することができ、特に２００　　　・℃付近で使用され
るＩＣモールド金型ホイレダに適することがわかる。

また、ガラス成形用ロールは、使用時に４００℃程度ま
で加熱されており、従来用いられている５Ｕ５３１０５
は熱膨張量が大きく、４００℃で１８．５　Ｘ　１０’
　７℃の熱膨張係数を示すが、それに比較して本発明材
料は明らかに低熱膨張であることがわかる。よって、本
発明材料は精密成形を必要とするガラス成形用ロールに
も適合できるものであることがわかる。

（実施例３）第３表に第１表に示すＢ、　Ｅ、　Ｇ、　Ｋ、　Ｌ、　
０およびＲ，Ｓ、Ｔの材料に対して、大気中で６００℃
に１００時間保持したときの酸化減量を指数で示す。こ
の指数は比較材料Ｔの酸化減量を１００として指数で表
している。

第　　３　　表本発明材料Ｂ、Ｅ、Ｇ、に、Ｌ、Ｏは比較材料Ｔに比較
して耐酸化性に優れており、また、比較材料Ｒ，Ｓと同
等の耐酸化性を示す。特にＣｒ。

Ｓｉ含有量の多い、本発明材料り、Ｇは酸化減量が少な
く、耐酸化性に優れている。

また、第４表に本発明材料Ｃ，Ｆおよび比較材料Ｔの引
張試験の結果を示す。この結果より、本発明材料は比較
材料とほぼ同等またはそれ以上の高強度を有しているこ
とがわかる。

第４表〔発明の効果〕本発明材料は、ＩＣモールド用金型や板ガラス成形ロー
ルとして従来使用されている５ＫＤ１１．５ＵＳ３１０
Ｓに比較して低熱膨張の特性を示し、かつその値を組成
的に任意に調整できるので、用途に応じて適正な低熱膨
張係数とすることが可能である。

また、本発明材料はＨＲＣ４０以上の高硬度を有し、引
張強さも大きくて耐酸化性にも優れている。したがって
、超硬、セラミックスや炭化物を富化した耐摩耗性工具
の熱膨張係数と同等の熱膨張係数の材料であり、ＩＣモ
ールド用金型のホルダ材、ガラス成形用ロール等の用途
に適合するものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＣｒおよびＮｉ含有量の熱膨Ｘ＝第１図３０　　４０　　５０　　６ＯＮｉ含有量（ｗｔ％）＝ｘ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）重量％でＣ０．２％以下、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
ｎ２．０％以下、Ｎｉ３５．０〜５０．０％、Ｃｒ１２
．０％以下、Ａｌ０．２〜１．０％、Ｔｉ０．５〜２．
０％、Ｎｂ２．０〜６．０％、残部Ｆｅおよび不可避的
不純物からなる低熱膨張高強度材料。
（２）重量％でＣ０．２％以下、Ｓｉ２．０％以下、Ｍ
ｎ２．０％以下、Ｎｉ３５．０〜５０．０％、Ｃｒ１２
．０％以下、Ａｌ０．２〜１．０％、Ｔｉ０．５〜２．
０％、Ｎｂ２．０〜６．０％、さらにＢ０．０２％以下
とＺｒ０．２％以下から選ばれる１種または２種、残部
Ｆｅおよび不可避的不純物からなる低熱膨張高強度材料
。