JPH05214493A - Fe-cr-al alloy for strain gage and its manufacture as well as sensor device - Google Patents

Fe-cr-al alloy for strain gage and its manufacture as well as sensor device

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JPH05214493A
JPH05214493A JP4016597A JP1659792A JPH05214493A JP H05214493 A JPH05214493 A JP H05214493A JP 4016597 A JP4016597 A JP 4016597A JP 1659792 A JP1659792 A JP 1659792A JP H05214493 A JPH05214493 A JP H05214493A
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JP
Japan
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less
alloy
gauge
resistance
copper
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Withdrawn
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JP4016597A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoji Nakamura
直司 中村
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Research Institute of Electric and Magnetic Alloys
Research Institute for Electromagnetic Materials
Original Assignee
Research Institute of Electric and Magnetic Alloys
Research Institute for Electromagnetic Materials
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To develop an alloy for a strain gage having a high gage rate and a relatively low resistance temp. coefficient by meling an Fe-Cr-Al alloy having a specified compsn., casting the ingot at a specified temp. and thereafter finishing it into a disk shape or a fine wire. CONSTITUTION:The raw material metal of an Fe-Cr-Al alloy essentially consisting of, by weight, 65 to 85% Fe, 13 to 23% Cr and 2 to 15% Al and furthermore contg., as accesory components, total <=5.0% of one or >= two kinds among Ni, Cu, Co, Mo, W, Nb, Ta, V, Zr, Mn, Ti, Si, Mg, Ca and rare earth elements is heated to a one directly below the m.p. in vacuum to release the contained gas. After that, it is heated and melted in an atmosphere of an inert gas such as Ar to remove oxide slag and is cast. The obtd. ingot is cast at 1000 to 1200 deg.C and is worked into a disk shape or wire rod. This stock is cooled by air cooling or at 10 to 150 deg.C/min cooling rate to manufacture the objective alloy for a strain gage having 2 to 4 rage rate and +500 to -250X10<-6>/ deg.C resistance temp. coefficient.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、Fe−Cr−Al基ス
トレインゲージ用合金に関するものである。さらに詳し
くは、本発明は鉄(Fe)、クロム(Cr)およびアル
ミニウム(Al)を主成分とし、副成分としてニッケル
(Ni)、銅(Cu)、コバルト(Co)、モリブデン
(Mo)、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、タン
タル(Ta)、バナジウム(V)、ジルコニウム(Z
r)、マンガン(Mn)、チタン(Ti)、シリコン
(Si)、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)
および希土類元素の1種あるいは2種以上の合計5%以
下とからなるFe−Cr−Al基ストレインゲージ用合
金およびその製造方法に関するもので、その目的とする
ところは2〜4の高いゲージ率、+500 〜−250 ×10-6
/℃、好ましくは+100 〜−100 ×10-6/℃の比較的小
さい抵抗温度係数を有し、かつゲージ特性の安定性と高
温加工性が優れたストレインゲージ用Fe−Cr−Al
基合金を提供するにある。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an Fe-Cr-Al based strain gauge alloy. More specifically, the present invention contains iron (Fe), chromium (Cr) and aluminum (Al) as main components, and nickel (Ni), copper (Cu), cobalt (Co), molybdenum (Mo) and tungsten as sub-components. (W), niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), zirconium (Z
r), manganese (Mn), titanium (Ti), silicon (Si), magnesium (Mg), calcium (Ca)
And an alloy for a Fe-Cr-Al-based strain gauge consisting of one or more rare earth elements and 5% or less in total, and a method for producing the same, the object of which is a high gauge ratio of 2 to 4, +500 ~ -250 x 10 -6
Fe-Cr-Al for strain gauges, which has a relatively small temperature coefficient of resistance of / 100 ℃, preferably +100 to -100 × 10 -6 / ℃, and has excellent stability of gauge characteristics and high-temperature workability.
To provide base alloys.

【0002】また、本発明はさらに該合金を使用した高
感度ストレインゲージ、抵抗素子および各種センサ等を
提供するにある。
The present invention also provides a high-sensitivity strain gauge, a resistance element, various sensors and the like using the alloy.

【0003】[0003]

【従来の技術】ストレインゲージは、一般に弾性歪によ
ってゲージ細線またはゲージ箔の電気抵抗が変化する現
象を利用して、逆に抵抗変化を測定することによって歪
の量あるいは応力を計測したり歪みや応力の変換機器に
用いられる。例えば、生産工業におけるストレインセン
サ、重量計測、加速度計や各種機械量−電気量変換機
器、土木工業における土圧計、建築業・エネルギー関連
業における圧力計や撓み量計測、航空・宇宙・鉄道・船
舶における各種応力・歪計測ばかりでなく民生用として
の商用秤や各種セキュリティ機器等にも多く利用されて
いる。
2. Description of the Related Art Strain gauges generally use the phenomenon that the electrical resistance of a gauge wire or gauge foil changes due to elastic strain, and conversely measure the amount of strain or stress by measuring the change in resistance. Used for stress conversion equipment. For example, strain sensors in the production industry, weight measurement, accelerometers and various mechanical quantity-electricity conversion devices, earth pressure gauges in the civil engineering industry, pressure gauges and deflection measurement in the construction and energy related industries, aviation, space, railroads and ships. It is widely used not only for various stress / strain measurement in Japan, but also for commercial scales and various security devices for consumer use.

【0004】ストレインゲージ材料に課せられる条件
は、 1. ゲージ率が大きく、温度依存性が少ないこと 2. 比電気抵抗が大きいこと 3. 抵抗温度係数が小さいこと 4. 対銅熱起電力が小さいこと 5. 加工性がよく、機械的性質が良いこと 6. 安価なこと、 等に要約される。
The conditions imposed on the strain gauge material are: 1. Large gauge factor and low temperature dependence 2. Large specific electric resistance 3. Small resistance temperature coefficient 4. Small thermoelectromotive force against copper 5. Good workability and good mechanical properties 6. Inexpensive, etc.

【0005】ところで、ストレインゲージは、その構造
が金属細線(13〜25μm)または金属箔(3〜5μm)
をグリッド状あるいはロゼット状に配置してなり、また
その使用法としては前記ゲージを被測定物に接着剤で貼
付し、被測定物に生じた歪をゲージの抵抗変化から間接
的に測定するものである。
By the way, the structure of the strain gauge has a thin metal wire (13 to 25 μm) or a metal foil (3 to 5 μm).
Are arranged in a grid or rosette, and as a method of using them, the gauge is attached to the object to be measured with an adhesive, and the strain generated in the object to be measured is indirectly measured from the resistance change of the gauge. Is.

【0006】ストレインゲージの感度は、ゲージ率Kに
よって決まり、K(20℃)の値は一般に次の式で表され
る。
The sensitivity of the strain gauge is determined by the gauge factor K, and the value of K (20 ° C.) is generally expressed by the following equation.

【数1】 [Equation 1]

【0007】ここで、Rはゲージ細線の全抵抗 σはゲージ細線のポアソン比 ρはゲージ細線の比電気抵抗 Lはゲージ細線の全長 である。この式でσは一般の金属・合金ではほぼ0.3 で
あるから、右辺第1項と第2項の合計は約1.6 で一定値
となる。したがってゲージ率を大きくするためには、上
式の右辺第3項の(Δρ/ρ)/(ΔL/L)が大きい
ことが必須条件である。すなわち、材料に引張り変形を
与えた時、材料の長さ方向の電子構造が大幅に変化し
て、電気抵抗の変化量Δρ/ρが増加することによる。
Here, R is the total resistance of the gauge thin wire, σ is the Poisson's ratio of the gauge thin wire, ρ is the specific electric resistance of the gauge thin wire, and L is the total length of the gauge thin wire. In this formula, σ is approximately 0.3 for general metals and alloys, so the sum of the first term and the second term on the right-hand side is about 1.6, which is a constant value. Therefore, in order to increase the gauge factor, it is an essential condition that (Δρ / ρ) / (ΔL / L) of the third term on the right side of the above equation is large. That is, when the material is subjected to tensile deformation, the electronic structure in the lengthwise direction of the material changes significantly, and the amount of change in electric resistance Δρ / ρ increases.

【0008】またゲージ率の温度依存性は、次式のゲー
ジ率差ΔKで評価する。
The temperature dependence of the gauge factor is evaluated by the gauge factor difference ΔK in the following equation.

【数2】 ΔK=K(60℃)−K(20℃) (2) 表1には、現在知られている主要なストレインゲージ素
子用材料のゲージ特性(ゲージ率K、比電気抵抗ρ、抵
抗温度係数Cf および対銅熱起電力Emf)が示してあ
る。
## EQU00002 ## .DELTA.K = K (60.degree. C.)-K (20.degree. C.) (2) Table 1 shows the gage characteristics (gauge factor K, specific electric resistance .rho., The temperature coefficient of resistance C f and the thermoelectromotive force with respect to copper Em f ) are shown.

【0009】[0009]

【表1】 [Table 1]

【0010】表1の内で現在最も多く使用されている材
料は、Cu−Ni合金である。この合金は、抵抗温度係
数Cf が極めて小さい特徴を有する反面、ゲージ率Kお
よび比電気抵抗ρが小さく、また対銅熱起電力Emfが大
きいために、高感度ストレインゲージ用材料としては使
用できない。また純ニッケルのKは−12〜−20で、その
絶対値はCu−Ni合金の6〜10倍で非常に大きいが、
比電気抵抗が非常に小さく、対銅熱起電力と抵抗温度係
数が大きい欠点があるだけでなく歪−抵抗特性が複雑で
あることから、ストレインゲージ素子材料には使用でき
ない。また純白金は、材料費が高価である。
The most frequently used material in Table 1 is Cu-Ni alloy. This alloy has a characteristic that the temperature coefficient of resistance C f is extremely small, but on the other hand, it has a small gauge factor K and a small specific electric resistance ρ, and has a large thermoelectromotive force Emf to copper, so it cannot be used as a material for a high-sensitivity strain gauge. .. Moreover, K of pure nickel is -12 to -20, and its absolute value is 6 to 10 times that of Cu-Ni alloy, which is very large.
It cannot be used as a strain gauge element material because it has a very small specific electric resistance, a large thermoelectromotive force with respect to copper and a large temperature coefficient of resistance, and also has complicated strain-resistance characteristics. Moreover, the material cost of pure platinum is high.

【0011】これらの材料の他に、ゲージ率が大きな材
料には半導体の炭素(C)、シリコン(Si)やゲルマ
ニウム(Ge)等が知られている〔中村直司:非破壊検
査、第40巻、第8号(1991)、p.546 〜551 〕。
In addition to these materials, semiconductors such as carbon (C), silicon (Si) and germanium (Ge) are known as materials having a high gauge factor [Naoji Nakamura: Nondestructive Inspection, Volume 40]. , No. 8 (1991), p. 546-551].

【0012】しかしこれら半導体の場合、ゲージ率が数
10〜170 の非常に大きな値を持つが、ゲージ率の異方性
が大きく、正および負の値をもつこと、安定性に欠ける
こと、および機械的強度が劣る等の欠点があるために、
特殊な小型圧力変換器に応用化されている程度である。
However, in the case of these semiconductors, the gauge factor is several.
Although it has a very large value of 10 to 170, it has drawbacks such as large anisotropy of gauge factor, positive and negative values, lack of stability, and poor mechanical strength.
It is only applied to special small pressure transducers.

【0013】また本発明者が以前発見したFe−Cr−
Co系やFe−Cr−Co−(Mo,W,Nb,Ta)
多元系合金等も優れた特徴を有している〔特公昭45−13
229号公報;特開昭61−15914 号公報;中村直司:非破
壊検査、第40巻、第8号(1991)、p.546 〜551 〕。こ
れらの合金は、高温で熱処理すると10以上の大きなゲー
ジ率が得られるが、唯一の欠点は、抵抗温度係数が1000
〜2500×10-6/℃で、非常に大きなことである。このよ
うに大きな抵抗温度係数を有する材料をストレインゲー
ジに使用すると、周辺の温度変化によって見掛けの歪が
発生する。通常は見掛けの歪に相当する出力が出ないよ
うにブリッジ回路に組み込む温度補償用抵抗体が必要で
ある。したがって、ダイナミックストレインゲージやス
トレインセンサ等への応用化が模索されている程度であ
る。
Further, Fe-Cr- which the present inventor has previously discovered
Co-based and Fe-Cr-Co- (Mo, W, Nb, Ta)
Multi-component alloys also have excellent features [Japanese Patent Publication No. 45-13
229; Japanese Patent Laid-Open No. 61-15914; Naoji Nakamura: Nondestructive Inspection, Volume 40, No. 8 (1991), p. 546-551]. When these alloys are heat-treated at high temperature, they have a large gauge factor of 10 or more, but the only drawback is that the temperature coefficient of resistance is 1000.
It is a very big thing at ~ 2500 × 10 -6 / ° C. When a material having such a large temperature coefficient of resistance is used for a strain gauge, an apparent strain occurs due to a change in temperature around the strain gauge. Usually, a temperature compensating resistor incorporated in the bridge circuit is required so that an output corresponding to apparent distortion is not output. Therefore, application to dynamic strain gauges, strain sensors, etc. is being sought.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】さてストレインゲージ
は、近年マイクロコンピューターの進歩に伴って、その
応用領域がますます拡大して超精密、小型化および高性
能化に向っており、特に高感度で安定性を必要とする圧
力変換器やロードセルの他、ロボットの触角センサや滑
りセンサ等の要求が高まってきた。
[Problems to be Solved by the Invention] Strain gages have been expanding their application fields with the advancement of microcomputers in recent years, toward ultra-precision, miniaturization and high performance. In addition to pressure transducers and load cells that require stability, there are increasing demands for tactile sensors and slip sensors for robots.

【0015】ところで、R. Bertodo〔Proc. Instrn. Me
chanical Engineers, Vol.178,No.34, (1964) p.907〜9
26 〕によると、Fe−Cr−Al三元系合金は比電気
抵抗が120 μΩ・cm以上、また抵抗温度係数が+164 〜
−205 ×10-6/℃であるために、高温用抵抗線ひずみ計
に有望であることを提案している。この合金は、ゲージ
率が1.88〜2.37で小さく、熱処理による変化が大きく不
安定であるばかりでなく、製造工程において酸化が著し
く、高温において加工割れを生じる等の欠点があるの
で、箔材や極細線等への加工は至難の業である。
By the way, R. Bertodo [Proc. Instrn. Me
chanical Engineers, Vol.178, No.34, (1964) p.907〜9
26], the Fe-Cr-Al ternary alloy has a specific electric resistance of 120 μΩ · cm or more and a temperature coefficient of resistance of + 164-
Since it is -205 × 10 -6 / ° C, it has been proposed as a promising high-temperature resistance strain gauge. This alloy has a small gauge factor of 1.88 to 2.37, changes greatly due to heat treatment and is not only unstable, but also has the drawback that it is significantly oxidized in the manufacturing process and causes work cracks at high temperatures. Processing into lines is a difficult task.

【0016】因に図1、図2、図3および図4は、それ
ぞれFe−Cr−Al三元系合金のゲージ率K、比電気
抵抗ρ(室温)、抵抗温度係数Cf (0〜50℃)および
対銅熱起電力Emfの等値曲線を示す。また図5は、Fe
−Cr−Al三元系合金の冷間および熱間加工が可能な
範囲を示す。
1, FIG. 2, FIG. 3 and FIG. 4 show the gauge factor K, the specific electric resistance ρ (room temperature) and the temperature coefficient of resistance C f (0 to 50) of the Fe-Cr-Al ternary alloy, respectively. C) and the copper electromotive force Emf with respect to Emf. Moreover, FIG.
2 shows the range in which cold and hot working of a --Cr--Al ternary alloy is possible.

【0017】すなわち、これらの図から分かるように、
大きなゲージ率を得るためには、抵抗温度係数が大きく
なり高感度ストレインゲージには利用できない。また抵
抗温度係数が小さい特性の合金は、逆にゲージ率が小さ
くなるだけでなく、高温加工後の冷間加工が困難となる
ので、この場合も高感度ストレインゲージには利用でき
ない。なお図5において、熱間加工可能の領域にある合
金であっても、Al量およびCr量が増すとともに酸化
が著しくなり、またσ相の析出による脆化が起こるため
に、時によっては冷間加工が全く困難となることも出て
くる。
That is, as can be seen from these figures,
In order to obtain a large gauge factor, the temperature coefficient of resistance becomes large and it cannot be used for a high-sensitivity strain gauge. On the other hand, an alloy having a small temperature coefficient of resistance not only has a small gauge factor but also has difficulty in cold working after high temperature working, and therefore cannot be used for a high-sensitivity strain gauge. It should be noted that, even in the alloy in the hot workable region in FIG. 5, as the Al amount and Cr amount increase, the oxidation becomes remarkable, and embrittlement occurs due to the precipitation of the σ phase. In some cases, it becomes difficult to process.

【0018】上述のFe−Cr−Al三元系合金をスト
レインゲージに応用化するためには、ゲージ率をできる
だけ大きくし、熱処理しても安定であり、しかも酸化に
よる弊害を少なくして高温加工性および冷間加工性を改
善することが重要である。特に酸化は、結晶粒間や構造
欠陥等に多く集中するので、結晶が微細であること、高
温加工における割れをなくすることが重要である。
In order to apply the above Fe-Cr-Al ternary alloy to a strain gauge, the gauge ratio should be made as large as possible and it should be stable even after heat treatment. It is important to improve workability and cold workability. In particular, since the oxidation concentrates a lot between crystal grains and structural defects, it is important that the crystals are fine and cracks during high temperature processing be eliminated.

【0019】本発明は、これらの問題点を克服するため
に鋭意なされたもので、比電気抵抗が120 μΩ・cm以
上、抵抗温度係数が+500 ×10-6/℃以下、ゲージ率が
2〜4、ゲージ特性が安定で、高温加工性が良好である
Fe−Cr−Al基合金、およびそれを使用した高感度
ストレインゲージ、抵抗素子および各種センサデバイス
を提供することにある。
The present invention has been made in earnest to overcome these problems, and has a specific electric resistance of 120 μΩ · cm or more, a temperature coefficient of resistance of + 500 × 10 −6 / ° C. or less, and a gauge factor of 2 to 2. 4. A Fe-Cr-Al-based alloy having stable gauge characteristics and good workability at high temperature, and a high-sensitivity strain gauge, a resistance element and various sensor devices using the same.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明は、これらの点に
鑑みなされたものであって、多くの実験と詳細な研究を
鋭意進め、上記Fe−Cr−Al三元系合金の改良を試
みた結果、本発明の知見を得たものである。
The present invention has been made in view of these points, and has made extensive efforts to carry out many experiments and detailed studies to improve the Fe-Cr-Al ternary alloy. As a result, the findings of the present invention have been obtained.

【0021】本発明の特徴とする所は、下記の点にあ
る。 第1発明 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、クロム13〜23%
およびアルミニウム2〜15%と、副成分としてニッケル
5%以下、銅5%以下、コバルト5%以下、モリブデン
2%以下、タングステン4%以下、ニオブ2%以下、タ
ンタル4%以下、バナジウム2%以下、ジルコニウム2
%以下、マンガン5.0 %以下、チタン2.0 %以下、シリ
コン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以下、カルシウム
0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下の1種あるいは
2種以上の合計5.0 %以下とからなり、ゲージ率が2〜
4および抵抗温度係数が+500 〜−250 ×10-6/℃を有
することを特徴とするストレインゲージ用Fe−Cr−
Al基合金。
The features of the present invention are as follows. 1st invention 65 to 85% iron and 13 to 23% chromium as main components by weight ratio
And aluminum 2 to 15%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less, vanadium 2% or less as auxiliary components. , Zirconium 2
% Or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0% or less, silicon 0.5% or less, magnesium 0.5% or less, calcium
It consists of 0.5% or less and one or more rare earth elements of 0.1% or less, or 5.0% or less in total.
4 and a temperature coefficient of resistance of +500 to −250 × 10 −6 / ° C. Fe-Cr- for strain gauges
Al-based alloy.

【0022】第2発明 重量比にて、主成分として鉄69〜80%、クロム13〜23%
およびアルミニウム4〜8%と、副成分としてニッケル
5%以下、銅5%以下、コバルト5%以下、モリブデン
2%以下、タングステン4%以下、ニオブ2%以下、タ
ンタル4%以下、バナジウム2%以下、ジルコニウム2
%以下、マンガン5.0 %以下、チタン2.0 %以下、シリ
コン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以下、カルシウム
0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下の1種あるいは
2種以上の合計5.0 %以下とからなり、ゲージ率が2〜
3および抵抗温度係数が+100 〜−100 ×10-6/℃を有
し、さらに高温加工性が優れたことを特徴とするストレ
インゲージ用Fe−Cr−Al基合金。
Second invention In the weight ratio, iron as a main component is 69 to 80% and chromium is 13 to 23%
And aluminum 4 to 8%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less, vanadium 2% or less as auxiliary components. , Zirconium 2
% Or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0% or less, silicon 0.5% or less, magnesium 0.5% or less, calcium
It consists of 0.5% or less and one or more rare earth elements of 0.1% or less, or 5.0% or less in total.
3 and a temperature coefficient of resistance of +100 to −100 × 10 −6 / ° C. and an excellent high-temperature workability, and an Fe—Cr—Al based alloy for strain gauges.

【0023】第3発明 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、クロム13〜23%
およびアルミニウム2〜15%と、副成分としてニッケル
5%以下、銅5%以下、コバルト5%以下、モリブデン
2%以下、タングステン4%以下、ニオブ2%以下、タ
ンタル4%以下、バナジウム2%以下、ジルコニウム2
%以下、マンガン5.0 %以下、チタン2.0 %以下、シリ
コン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以下、カルシウム
0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下の1種あるいは
2種以上の合計5.0 %以下とからなる原料を、真空中に
おいて融点直下まで加熱して含有ガスを排気し、不活性
ガス中で溶解し、酸化物等を除滓後鋳造してインゴット
を得る工程と、インゴットを1000〜1200℃で鍛造した
後、空冷または10〜150 ℃/分で冷却して適当な大きさ
の板材あるいは線材とする工程と、さらにこれらの素材
から円盤あるいは細線等任意の形状に仕上げ加工を施す
工程とを特徴とするストレインゲージ用Fe−Cr−A
l基合金の製造方法。
Third invention In the weight ratio, the main components are iron 65 to 85%, chromium 13 to 23%
And aluminum 2 to 15%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less, vanadium 2% or less as auxiliary components. , Zirconium 2
% Or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0% or less, silicon 0.5% or less, magnesium 0.5% or less, calcium
A raw material consisting of 0.5% or less and one or more of rare earth elements of 0.1% or less and a total of 5.0% or less is heated in a vacuum to just below the melting point to exhaust the contained gas and dissolve it in an inert gas. A step of casting ingot after removing oxides and the like, and a step of forging the ingot at 1000 to 1200 ° C, and then air cooling or cooling at 10 to 150 ° C / min to obtain a plate or wire rod of an appropriate size. Fe-Cr-A for strain gauges, which is characterized by further performing a finishing process from these materials into an arbitrary shape such as a disc or a thin wire.
Method for producing l-based alloy.

【0024】第4発明 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、クロム13〜23%
およびアルミニウム2〜15%と、副成分としてニッケル
5%以下、銅5%以下、コバルト5%以下、モリブデン
2%以下、タングステン4%以下、ニオブ2%以下、タ
ンタル4%以下、バナジウム2%以下、ジルコニウム2
%以下、マンガン5.0 %以下、チタン2.0 %以下、シリ
コン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以下、カルシウム
0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下の1種あるいは
2種以上の合計5.0 %以下とからなるFe−Cr−Al
基合金の組成になるように、溶解、鋳造、鍛造して、板
材または線材に成形し、これをスパッター、蒸着あるい
はイオンプレーテング等適当な方法により薄膜となし、
グリッド状にパターニングすることを特徴とするストレ
インゲージ用Fe−Cr−Al基合金の製造方法。
Fourth invention In the weight ratio, as main components iron 65-85%, chromium 13-23%
And aluminum 2 to 15%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less, vanadium 2% or less as auxiliary components. , Zirconium 2
% Or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0% or less, silicon 0.5% or less, magnesium 0.5% or less, calcium
Fe-Cr-Al consisting of 0.5% or less and one or more of rare earth elements of 0.1% or less and a total of 5.0% or less.
Melting, casting, forging to form a base alloy composition, forming into a plate or wire, and forming a thin film by a suitable method such as sputtering, vapor deposition or ion plating,
A method for producing an Fe-Cr-Al based alloy for strain gauges, which comprises patterning in a grid pattern.

【0025】第5発明 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、クロム13〜23%
およびアルミニウム2〜15%と、副成分としてニッケル
5%以下、銅5%以下、コバルト5%以下、モリブデン
2%以下、タングステン4%以下、ニオブ2%以下、タ
ンタル4%以下、バナジウム2%以下、ジルコニウム2
%以下、マンガン5.0 %以下、チタン2.0 %以下、シリ
コン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以下、カルシウム
0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下の1種あるいは
2種以上の合計5.0 %以下とからなるFe−Cr−Al
基合金を使用し、溶解、鋳造および鍛造を成したことを
特徴とする高感度ストレインゲージ、抵抗素子および各
種センサ。
Fifth invention Iron 65 to 85% and chromium 13 to 23% as main components by weight ratio
And aluminum 2 to 15%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less, vanadium 2% or less as auxiliary components. , Zirconium 2
% Or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0% or less, silicon 0.5% or less, magnesium 0.5% or less, calcium
Fe-Cr-Al consisting of 0.5% or less and one or more of rare earth elements of 0.1% or less and a total of 5.0% or less.
A high-sensitivity strain gauge, a resistance element and various sensors characterized by being melted, cast and forged using a base alloy.

【0026】[0026]

【作用】以下、ストレインゲージ用Fe−Cr−Al基
合金の製造法について説明する。本発明合金を製造する
には、上記合金組成になるようにまず主成分のFe65〜
85%、Cr13〜23%およびAl2〜15%の各原料と、こ
れにさらに添加元素として、副成分のNi5%以下、C
u5%以下、Co5%以下、Mo2%以下、W4%以
下、Nb2%以下、Ta4%以下、V2%以下、Zr2
%以下、Mn5.0 %以下、Ti2.0 %以下、Si0.5 %
以下、Mg0.5 %以下、Ca0.5 %以下および希土類元
素0.1 %の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下の各
原料を、真空中において融点直下まで加熱して含有ガス
を排気し、不活性ガス中で溶解し、十分に攪拌し、組成
的に均一な溶融合金となす。
The operation of the Fe-Cr-Al based alloy for strain gauge will be described below. In order to produce the alloy of the present invention, the main component of Fe65-
85%, Cr 13 to 23% and Al 2 to 15% as raw materials, and as additional elements, additional elements of Ni 5% or less, C
u5% or less, Co5% or less, Mo2% or less, W4% or less, Nb2% or less, Ta4% or less, V2% or less, Zr2
% Or less, Mn 5.0% or less, Ti 2.0% or less, Si 0.5%
In the following, one or two or more kinds of Mg 0.5% or less, Ca 0.5% or less and rare earth element 0.1% or less and a total of 5.0% or less of each raw material is heated to a temperature just below the melting point in a vacuum to exhaust the contained gas, It is melted in an inert gas and sufficiently stirred to form a compositionally uniform molten alloy.

【0027】次にAl2 3 やCr2 3 等の酸化物等
を除滓後適当な形および大きさの鋳型に鋳造して健全な
インゴットを得る。ついで該インゴットを1000〜1200
℃、好ましくは1050〜1100℃で鍛造した後、空冷、好ま
しくは10〜150 ℃/分で冷却して適当な大きさの板材あ
るいは線材となし、さらに目的の形状のもの、例えば板
材からは厚さ0.02mmの箔材や厚さ2mm×直径105 mmのス
パッター用ターゲット材、また線材から線径0.15,0.06
または0.02mmの細線を、それぞれ仕上げ加工を施して成
形して目的の試料を得る。なお、上記工程の途中におい
て、真空中でゲッター法による酸化ガスの除去と同時に
行う軟化処理は、その後の加工性の向上やゲージ特性の
安定性に対して非常に有効な手段である。
Next, oxides such as Al 2 O 3 and Cr 2 O 3 are removed and then cast in a mold of an appropriate shape and size to obtain a sound ingot. Then the ingot is 1000-1200
After forging at ℃, preferably 1050-1100 ℃, air-cooling, preferably 10-150 ℃ / min to form a plate or wire of appropriate size, and the desired shape, for example from the plate thickness 0.02 mm thick foil material, 2 mm thick x 105 mm diameter sputter target material, and wire diameters of 0.15 and 0.06
Alternatively, a 0.02 mm thin wire is subjected to finishing processing and molded to obtain a target sample. In the middle of the above process, the softening treatment performed in vacuum at the same time as the removal of the oxidizing gas by the getter method is a very effective means for improving the subsequent workability and the stability of the gauge characteristics.

【0028】ここで本発明合金を、以下の4種類のグル
ープに分けて説明する。 1. グループA:主成分(Fe,Cr,Al)+副成分
(Ni,Cu,Co) 2. グループB:主成分(Fe,Cr,Al)+副成分
(Mo,W,Nb,Ta,V,Zr) 3. グループC:主成分(Fe,Cr,Al)+副成分
(Mn,Ti,Si,Mg,Ca,希土類元素) 4. グループD:主成分(Fe,Cr,Al)+副成分
(Ni,Cu,Co,Mo,W,Nb,Ta,V,Z
r,Mn,Ti,Si,Mg,Ca,希土類元素)
Here, the alloy of the present invention will be described in the following four groups. 1. Group A: Main components (Fe, Cr, Al) + subcomponents (Ni, Cu, Co) 2. Group B: Main components (Fe, Cr, Al) + subcomponents (Mo, W, Nb, Ta,) V, Zr) 3. Group C: Main component (Fe, Cr, Al) + Subcomponent (Mn, Ti, Si, Mg, Ca, rare earth element) 4. Group D: Main component (Fe, Cr, Al) + Subcomponents (Ni, Cu, Co, Mo, W, Nb, Ta, V, Z
r, Mn, Ti, Si, Mg, Ca, rare earth element)

【0029】次に本発明合金を上記の方法で製造した極
細線(線径0.06mm、加工率75%)のゲージ特性を測定し
た結果、表2(グループA)、表3(グループB)、表
4(グループC)および表5(グループD)に示す特性
が得られた。
Next, as a result of measuring the gage characteristics of the ultrafine wire (wire diameter 0.06 mm, processing rate 75%) produced from the alloy of the present invention by the above method, Table 2 (Group A), Table 3 (Group B), The characteristics shown in Table 4 (Group C) and Table 5 (Group D) were obtained.

【0030】[0030]

【表2】 [Table 2]

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】[0032]

【表4】 [Table 4]

【0033】[0033]

【表5】 [Table 5]

【0034】これらの結果から、ゲージ率K:2〜4、
対銅熱起電力Emf:±5μV/℃以下、比電気抵抗ρ:
80μΩ・cmおよび抵抗温度係数Cf :+500 〜−250 ×
10-6/℃の特性を有し、かつゲージ率Kの温度依存性が
非常に少なく安定しており、高温加工性が良好な特徴を
有するストレインゲージ用Fe−Cr−Al基合金が得
られることが分かる。
From these results, the gauge factor K: 2 to 4,
Thermoelectromotive force for copper Emf: ± 5 μV / ° C or less, specific electrical resistance ρ:
80 μΩ · cm and temperature coefficient of resistance C f : +500 to −250 ×
An Fe-Cr-Al-based alloy for strain gauges is obtained which has characteristics of 10 -6 / ° C, stability of gauge factor K with very little temperature stability, and high temperature workability. I understand.

【0035】本発明において、合金の成分組成、製造工
程における熱処理等の数値を限定した理由について次に
述べる。
In the present invention, the reasons for limiting the numerical values of the alloy composition and heat treatment in the manufacturing process will be described below.

【0036】[0036]

【表6】 [Table 6]

【0037】表6は、主成分であるAl,CrおよびF
eの各組成範囲に対するゲージ特性および高温加工性の
評価を示す。ここで記号◎は非常に良好、○は良好、△
はやや良好、×不可および−は変化がない等である。な
お高温加工性の評価法は、図6に示す方法で行なった。
すなわち直径35mmのインゴットを厚さ5mmの円盤とな
し、これを3枚重ねて1050℃で据え込み鍛造を行なった
後、厚さが鍛造前の1/2になった時の円盤の変形状態
や表面の割れの発生状況等を観察して決定した。また図
7は、鍛造後の円盤を観察したスケッチ図であり、それ
ぞれの評価を上記の記号で示した。
Table 6 shows the main components Al, Cr and F.
The evaluation of the gauge characteristics and the high temperature workability for each composition range of e is shown. Here, the symbol ◎ is very good, ○ is good, △
Somewhat good, x not possible and-no change. The evaluation method of the high temperature workability was performed by the method shown in FIG.
That is, an ingot with a diameter of 35 mm is formed into a disc with a thickness of 5 mm, three discs are stacked, and upset forging is performed at 1050 ° C. It was decided by observing the occurrence of surface cracks. Further, FIG. 7 is a sketch diagram in which the disc after forging is observed, and each evaluation is indicated by the above symbols.

【0038】ここで、本発明合金の高温加工性の一例に
ついて、前述のグループCの場合の評価結果を示したの
が図8である。図8では、副成分としてMn0.1 %、S
i0.1 %、Ti0.05%およびCe0.0015%を含有してい
る。図8の結果を図5と比較すると冷間加工および熱間
加工が可能な組成範囲が拡大するだけでなく、熱間加工
後の冷間加工性も極めて良好となることが明らかになっ
た。
Here, FIG. 8 shows the evaluation results in the case of the above-mentioned group C as an example of the high temperature workability of the alloy of the present invention. In FIG. 8, Mn 0.1% and S as auxiliary components
It contains i0.1%, Ti0.05% and Ce0.0015%. Comparing the results of FIG. 8 with FIG. 5, it was revealed that not only the composition range in which cold working and hot working are possible is expanded, but also cold workability after hot working becomes extremely good.

【0039】図7において、(イ)は、疵や割れがなく
健全な円盤で、材料としては非常に良好である<判断基
準:強冷間加工可(◎)>。(ロ)は、円盤周辺に加工
皺と若干の小さい割れが発生しているが、使用には問題
ない<判断基準:冷間加工可、熱間加工一部可(○)
>。(ハ)は、円盤がやや変形して、周辺の加工割れが
内部に入り込んでいるが、加工率を下げれば解決できる
<判断基準:熱間加工可(△)>。また(ニ)は、円盤
全体が脆くなり、加工割れが全面に発生して、形状を維
持できないので、材料としては使用できない<判断基
準:加工困難(×)>。表6の評価から判断すると、A
l,CrおよびFeの組成範囲が、それぞれ2〜15%、
13〜23%および65〜85%では、ゲージ特性および高温加
工性が良好となるが、これらの組成から外れると、本発
明の要求条件を満たさない。
In FIG. 7, (a) is a sound disk having no flaws or cracks, which is a very good material <Judgment criteria: strong cold workable (⊚)>. In (b), there are wrinkles and some small cracks around the disk, but there is no problem in use. <Judgment criteria: cold work possible, hot work partially acceptable (○)
>. In (c), the disk is slightly deformed and the surrounding work cracks are inside, but it can be solved by lowering the work rate <Judgment criteria: Hot work possible (△)>. In addition, (d) cannot be used as a material because the entire disk becomes brittle and processing cracks occur on the entire surface and the shape cannot be maintained. <Judgment criteria: processing difficulty (x)>. Judging from the evaluation of Table 6, A
The composition ranges of 1, Cr and Fe are 2 to 15%,
When the content is 13 to 23% and 65 to 85%, the gauge characteristics and the high temperature workability are good, but if the composition is out of these compositions, the requirements of the present invention are not satisfied.

【0040】すなわち、Al量が2〜15%では、ゲージ
特性および高温加工性が非常に良好であり、本発明の目
的とするストレインゲージ用材料としては好ましい。し
かしAl量が2%未満では、抵抗温度係数が非常に大き
くなり、対銅熱起電力もかなり大きい欠点を有している
ので、本発明の目的から外れる。またAl量が15%超過
では、比電気抵抗が著しく大きくなり、抵抗温度係数や
対銅熱起電力もかなり小さいが、高温加工性が困難とな
り本発明の目的から外れる。
That is, when the amount of Al is 2 to 15%, the gauge characteristics and the high temperature workability are very good, and it is preferable as the material for the strain gauge which is the object of the present invention. However, if the amount of Al is less than 2%, the temperature coefficient of resistance becomes very large, and the thermoelectromotive force with respect to copper is also considerably large, which is outside the scope of the present invention. On the other hand, when the Al content exceeds 15%, the specific electric resistance is remarkably increased, the temperature coefficient of resistance and the thermoelectromotive force with respect to copper are considerably small, but the high temperature workability becomes difficult, which is outside the object of the present invention.

【0041】また、Cr量が13〜23%では、抵抗温度係
数が非常に小さくなり、その他のゲージ特性も大きな変
化がなく、高温加工性も良好であるので、本発明の目的
とするストレインゲージ用材料としては好ましい。しか
しCr量が13%未満では、高温加工性が良好であるが、
抵抗温度係数が大きくなり、本発明の目的から外れる。
またCr量が23%超過では、抵抗温度係数が大きくな
り、高温加工が困難となり本発明の目的から外れる。
When the Cr content is 13 to 23%, the temperature coefficient of resistance becomes very small, other gauge characteristics do not change significantly, and the high temperature workability is good, so the strain gauge of the present invention is desired. It is preferable as a material. However, when the amount of Cr is less than 13%, the high temperature workability is good,
The temperature coefficient of resistance becomes large and deviates from the object of the present invention.
On the other hand, if the amount of Cr exceeds 23%, the temperature coefficient of resistance becomes large, making high temperature processing difficult and deviating from the object of the present invention.

【0042】さらに、Fe量が65〜85%では、比電気抵
抗が大きく、抵抗温度係数および対銅熱起電力が小さ
く、しかも高温加工性が比較的良好であるので、本発明
の目的とするストレインゲージ用材料としては好まし
い。しかしFe量が65%未満では、比電気抵抗が非常に
大きく、その他のゲージ特性も適当であるが、高温加工
が困難であるので、本発明の目的から外れる。またFe
量が85%超過では、高温加工性が非常に良好であるが、
抵抗温度係数が大きいので、本発明の目的から外れる。
Further, when the amount of Fe is 65 to 85%, the specific electric resistance is large, the temperature coefficient of resistance and the thermoelectromotive force for copper are small, and the high temperature workability is relatively good. It is preferable as a strain gauge material. However, when the Fe content is less than 65%, the specific electric resistance is very large and other gauge characteristics are suitable, but it is difficult to perform high temperature processing, which is outside the scope of the present invention. Also Fe
When the amount exceeds 85%, the high temperature workability is very good,
The large temperature coefficient of resistance deviates from the object of the present invention.

【0043】次に前記副成分の元素の種類および組成の
数値限定の理由を述べる。副成分にNi,CuおよびC
oを選んだのは、表2からも分かるようにゲージ特性、
特にゲージ率の温度変化(ゲージ率差)が改善されるこ
と、熱処理に対する安定性が良好となること、およびσ
相の析出を抑制して加工性を向上するからである。
Next, the reasons for limiting the numerical values of the types and compositions of the sub-components will be described. Ni, Cu and C as subcomponents
As you can see from Table 2, we chose o.
In particular, temperature change of gauge ratio (difference in gauge ratio) is improved, stability against heat treatment is improved, and σ
This is because the precipitation of phases is suppressed and the workability is improved.

【0044】また副成分にMo,W,Nb,Ta,Vお
よびZrを選んだのは、表3からも分かるようにゲージ
特性、特に電気的特性が改善されるだけでなく、結晶の
微細化によって酸化を防止する効果があるからである。
Further, Mo, W, Nb, Ta, V and Zr were selected as the sub-components, as shown in Table 3, not only the gauge characteristics, especially the electrical characteristics were improved but also the crystal was refined. This is because it has an effect of preventing oxidation.

【0045】さらに副成分にMn,Ti,Si,Mg,
Caおよび希土類元素を選んだのは、これらの元素が溶
解工程において脱酸効果が顕著で、しかも合金内部の欠
陥を少なくして高温加工における加工割れを防止するの
で、その後の冷間加工性が非常に改善されるからであ
る。
Furthermore, Mn, Ti, Si, Mg, and
Ca and rare earth elements are selected because these elements have a remarkable deoxidizing effect in the melting process and further reduce defects inside the alloy to prevent work cracking during high temperature working, so that the subsequent cold workability is improved. This is because it will be greatly improved.

【0046】次に副成分合計を5%以下としたのは、こ
の範囲内では、上記各元素の添加による効果が顕著であ
るが、5%を超えると諸特性が悪化したり、あるいは過
度の添加により熱間加工性が損なわれ、本発明の目的か
ら外れるからである。
Next, the reason why the total amount of subcomponents is set to 5% or less is that the effect of the addition of the above-mentioned respective elements is remarkable within this range, but if it exceeds 5%, various characteristics are deteriorated or excessive. This is because the addition deteriorates the hot workability and deviates from the object of the present invention.

【0047】また本発明合金の製造工程において、鍛造
温度を1000〜1200℃に限定した理由は、高温の加工性が
非常に良好で、鍛造による加工割れが全く生じないから
である。しかし温度が1000℃より低い場合では、材料が
非常に硬く、しかも延性がなく無理に強度の加工を行う
と加工割れを生じ本発明の目的から外れる。また逆に12
00℃より高い温度で鍛造すると、材料表面の酸化膜が剥
離して内部の亀裂部分が酸化され、延性を失い脆くなり
所望の形状が得られないので、本発明の目的から外れる
からである。
In the manufacturing process of the alloy of the present invention, the reason for limiting the forging temperature to 1000 to 1200 ° C. is that the workability at high temperature is very good and no work cracking occurs during forging. However, if the temperature is lower than 1000 ° C., the material is very hard, and if it is forcibly processed with strength without ductility, it will be out of the object of the present invention. Vice versa
This is because if forging is performed at a temperature higher than 00 ° C., the oxide film on the surface of the material peels off, the cracked portion inside is oxidized, loses ductility and becomes brittle, and the desired shape cannot be obtained, which is outside the object of the present invention.

【0048】また鍛造後の冷却速度を、空冷としたのは
再結晶粒の成長が促進しないので、その後の冷間加工が
良好となるからである。特に10〜150 ℃/分の冷却速度
は、σ相の生成を抑制して、冷間加工性が向上するから
である。しかしこれらの冷却速度以外では、酸化が進
み、また延性がなくなるので本発明の目的から外れる。
The cooling rate after forging is air-cooling because the growth of recrystallized grains is not promoted and the subsequent cold working is good. Especially, the cooling rate of 10 to 150 ° C./min suppresses the generation of the σ phase and improves the cold workability. However, at a cooling rate other than these, the oxidation proceeds and the ductility is lost, so that it is out of the object of the present invention.

【0049】[0049]

【実施例】以下、本発明の実施例について述べる。実施例1〜実施例8 EXAMPLES Examples of the present invention will be described below. Examples 1 to 8

【0050】主成分の原料の純度は、電解Feが99.99
%、テルミットCrが99.9%以上および電解Alが99.9
9 %である。また他の原料も99.99 %の純度であった
が、CeはFeCe(1%Ce)母合金を使用した。
The purity of the main component raw material is 99.99% for electrolytic Fe.
%, Thermite Cr 99.9% or more and electrolytic Al 99.9%
9%. Further, although other raw materials had a purity of 99.99%, FeCe (1% Ce) master alloy was used as Ce.

【0051】試料の製造方法は、まづ所定の配合になる
ように秤量した原料をアルミナ坩堝に入れ、溶解点以下
まで十分に脱ガスを行い、その後アルゴン量を1/10気
圧に保ち高周波溶解炉により溶解した。溶融合金をよく
攪拌して残滓を除去した後、鋳造して直径10mmおよび長
さ150 mmのインゴットを得る。次にインゴット表面の酸
化物や疵等を取り除いた後、1050℃で鍛造を行った。さ
らに1050℃で30分加熱した後、100 ℃/分の速度で急冷
して直径5mmの丸棒となす。次いで丸棒の表面を研磨し
た後、冷間スエージングおよび冷間線引により線径0.5
mmの細線となす。この細線に通電赤熱して冷却中の収縮
を利用して酸化膜を除去した後、最後に冷間線引により
加工率50〜97%で線径0.1 〜0.06mmの極細線を作製す
る。この極細線について、300 〜800 ℃で30分ないし5
時間加熱して試料とする。得られた試料の加工率を熱処
理条件に対応したゲージ特性について、評価の一部を示
すと表7の通りである。
The method for producing the sample is as follows. First, the raw materials weighed so as to have a predetermined composition are put in an alumina crucible and sufficiently degassed to a temperature below the melting point, and then the amount of argon is maintained at 1/10 atmospheric pressure and high frequency melting is performed. Melted in a furnace. The molten alloy is thoroughly stirred to remove the residue, and then cast to obtain an ingot having a diameter of 10 mm and a length of 150 mm. Next, after removing oxides and flaws on the surface of the ingot, forging was performed at 1050 ° C. After further heating at 1050 ° C for 30 minutes, it is rapidly cooled at a rate of 100 ° C / minute to form a round bar having a diameter of 5 mm. Then, after polishing the surface of the round bar, the wire diameter is 0.5 by cold swaging and cold drawing.
Make it with a thin line of mm. The thin wire is heated by applying red heat to remove the oxide film by utilizing the shrinkage during cooling, and finally cold drawing is performed to produce an ultrafine wire with a working rate of 50 to 97% and a wire diameter of 0.1 to 0.06 mm. About this ultra-thin wire at 300-800 ℃ for 30 minutes to 5
Heat for a sample to make a sample. Table 7 shows a part of the evaluation of the gauge characteristics of the obtained sample corresponding to the heat treatment conditions.

【0052】[0052]

【表7】 [Table 7]

【0053】実施例9〜実施例11 使用した原料の純度は、実施例1〜実施例8と同様であ
った。試料の製造方法は、まづ所定の配合からなる原料
800 gを高純度アルミナ坩堝に入れ、高周波溶解炉を使
用して、10-5Torrの真空中高温にて脱ガス後、高純
度アルゴンガス中で溶解し、除滓後鋳造してインゴット
を得る。このインゴットを1150℃で鍛造して、直径105
mmおよび厚さ3mmの円盤状に加工する。次いで旋盤によ
り、精密加工して直径105 mmおよび厚さ2mmの円盤を作
製する。最後に銅製電極にボンデングしてスパッター用
ターゲットとする。
Examples 9 to 11 The purity of the raw materials used was the same as in Examples 1 to 8. The method of sample preparation is based on the raw material consisting of a prescribed composition.
Put 800 g in a high-purity alumina crucible, use a high-frequency melting furnace, degas at a high temperature in a vacuum of 10 -5 Torr, melt in high-purity argon gas, cast after slag removal to obtain an ingot. .. This ingot was forged at 1150 ° C and had a diameter of 105
mm into a disk shape with a thickness of 3 mm. Next, a lathe is used for precision processing to produce a disc having a diameter of 105 mm and a thickness of 2 mm. Finally, the copper electrode is bonded to form a sputtering target.

【0054】これらのターゲットから厚さ1μmの薄膜
を作製する。次いでマスキングを施しエッチングにより
ゲージパターンとし、電極を取り付けてゲージを作製す
る。ゲージをAr雰囲気中200 〜500 ℃で30分〜5時間
加熱して試料とする。これらの試料の熱処理条件に対応
した特性の一部を示すと、表8の通りである。
A thin film having a thickness of 1 μm is produced from these targets. Next, masking is performed to form a gauge pattern by etching, electrodes are attached, and a gauge is manufactured. The gauge is heated in an Ar atmosphere at 200 to 500 ° C. for 30 minutes to 5 hours to prepare a sample. Table 8 shows a part of the characteristics of these samples corresponding to the heat treatment conditions.

【0055】[0055]

【表8】 [Table 8]

【0056】[0056]

【発明の効果】以上実験結果が示すように、本発明はゲ
ージ特性および熱間加工性が向上し、また比電気抵抗が
120 μΩ・cm以上、抵抗温度係数が+500 ×10-6/℃以
下、ゲージ率が2〜4で温度依存性が極めて少なく安定
性に優れたストレインゲージ用Fe−Cr−Al基合金
が得られることから、高感度ストレインゲージを提供で
きるだけでなく、抵抗素子あるいは各種センサデバイス
等でも本発明合金の良好な諸特性を発揮することがわか
った。
As shown in the above experimental results, the present invention has improved gauge characteristics and hot workability, and has a specific electric resistance of
Fe-Cr-Al based alloy for strain gauge with 120 μΩ · cm or more, resistance temperature coefficient of +500 × 10 -6 / ° C or less, gage factor of 2 to 4 and extremely low temperature dependency and excellent stability can be obtained. Therefore, it was found that not only a high-sensitivity strain gauge can be provided, but also the resistance element, various sensor devices, and the like can exhibit various excellent characteristics of the alloy of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、Fe−Cr−Al三元系合金のゲージ
率Kの等値曲線を示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing an equivalent curve of a gauge factor K of an Fe—Cr—Al ternary alloy.

【図2】図2は、Fe−Cr−Al三元系合金の比電気
抵抗ρの等値曲線を示す特性図である。
FIG. 2 is a characteristic diagram showing an isoelectric curve of a specific electric resistance ρ of a Fe—Cr—Al ternary alloy.

【図3】図3は、Fe−Cr−Al三元系合金の抵抗温
度係数Cf の等値曲線を示す特性図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram showing an iso-value curve of a temperature coefficient of resistance C f of a Fe—Cr—Al ternary alloy.

【図4】図4は、Fe−Cr−Al三元系合金の対銅熱
起電力Emfの等値曲線を示す特性図である。
FIG. 4 is a characteristic diagram showing an iso-value curve of a thermoelectromotive force Emf with respect to copper of an Fe—Cr—Al ternary alloy.

【図5】図5は、Fe−Cr−Al三元系合金の冷間お
よび熱間加工と組成との関係を示す特性図である。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing a relationship between cold and hot working and composition of a Fe—Cr—Al ternary alloy.

【図6】図6は、本発明の据え込み鍛造による熱間加工
性の評価法を示す概略図である。
FIG. 6 is a schematic view showing an evaluation method of hot workability by upsetting forging according to the present invention.

【図7】図7は、本発明の円盤状試料の観察スケッチ図
である。
FIG. 7 is an observation sketch diagram of the disc-shaped sample of the present invention.

【図8】図8は、本発明のFe−Cr−Al系合金の冷
間および熱間加工と組成との関係を示す特性図である。
FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between cold and hot working and composition of the Fe—Cr—Al alloy according to the present invention.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01C 7/00 D 9069−5E // G01B 7/00 M 9106−2F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical indication H01C 7/00 D 9069-5E // G01B 7/00 M 9106-2F

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、
クロム13〜23%およびアルミニウム2〜15%と、副成分
としてニッケル5%以下、銅5%以下、コバルト5%以
下、モリブデン2%以下、タングステン4%以下、ニオ
ブ2%以下、タンタル4%以下、バナジウム2%以下、
ジルコニウム2%以下、マンガン5.0%以下、チタン2.0
%以下、シリコン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以
下、カルシウム0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下
の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下とからなり、
ゲージ率が2〜4および抵抗温度係数が+500 〜−250
×10-6/℃を有することを特徴とするストレインゲージ
用Fe−Cr−Al基合金。
1. Iron 65 to 85% as a main component in a weight ratio,
Chromium 13-23% and aluminum 2-15%, with nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less as auxiliary components. , Vanadium 2% or less,
Zirconium 2% or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0
% Or less, 0.5% or less of silicon, 0.5% or less of magnesium, 0.5% or less of calcium and 0.1% or less of a rare earth element, or 5.0% or less in total.
Gauge factor is 2 to 4 and resistance temperature coefficient is +500 to -250
An Fe-Cr-Al-based alloy for strain gauges, which has x10 -6 / ° C.
【請求項2】 重量比にて、主成分として鉄69〜80%、
クロム13〜23%およびアルミニウム4〜8%と、副成分
としてニッケル5%以下、銅5%以下、コバルト5%以
下、モリブデン2%以下、タングステン4%以下、ニオ
ブ2%以下、タンタル4%以下、バナジウム2%以下、
ジルコニウム2%以下、マンガン5.0%以下、チタン2.0
%以下、シリコン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以
下、カルシウム0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下
の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下とからなり、
ゲージ率が2〜3および抵抗温度係数が+100 〜−100
×10-6/℃を有し、さらに高温加工性が優れたことを特
徴とするストレインゲージ用Fe−Cr−Al基合金。
2. Iron as a main component in a weight ratio of 69 to 80%,
Chromium 13 to 23% and aluminum 4 to 8%, and nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less as auxiliary components. , Vanadium 2% or less,
Zirconium 2% or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0
% Or less, 0.5% or less of silicon, 0.5% or less of magnesium, 0.5% or less of calcium and 0.1% or less of a rare earth element, or 5.0% or less in total.
Gauge factor is 2 to 3 and temperature coefficient of resistance is +100 to -100
Fe-Cr-Al based alloy for strain gauges, which has x10 -6 / ° C and is excellent in hot workability.
【請求項3】 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、
クロム13〜23%およびアルミニウム2〜15%と、副成分
としてニッケル5%以下、銅5%以下、コバルト5%以
下、モリブデン2%以下、タングステン4%以下、ニオ
ブ2%以下、タンタル4%以下、バナジウム2%以下、
ジルコニウム2%以下、マンガン5.0%以下、チタン2.0
%以下、シリコン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以
下、カルシウム0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下
の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下とからなる原
料を、真空中において融点直下まで加熱して含有ガスを
排気し、不活性ガス中で溶解し、酸化物等を除滓後鋳造
してインゴットを得る工程と、インゴットを1000〜1200
℃で鍛造した後、空冷または10〜150 ℃/分で冷却して
適当な大きさの板材あるいは線材とする工程と、さらに
これらの素材から円盤あるいは細線等任意の形状に仕上
げ加工を施す工程とを特徴とするストレインゲージ用F
e−Cr−Al基合金の製造方法。
3. Iron as a main component in a weight ratio of 65 to 85%,
Chromium 13-23% and aluminum 2-15%, with nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less as auxiliary components. , Vanadium 2% or less,
Zirconium 2% or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0
% Or less, 0.5% or less of silicon, 0.5% or less of magnesium, 0.5% or less of calcium, and 0.1% or less of a rare earth element, or a total of 5.0% or less of two or more kinds, and heated to a temperature just below the melting point in a vacuum. Evacuating the contained gas, dissolving it in an inert gas, removing oxides etc. and then casting to obtain an ingot, and the ingot is 1000-1200
After forging at ℃, air-cooling or cooling at 10 ~ 150 ℃ / min to make a plate or wire of appropriate size, and the step of finishing from these materials into any shape such as a disk or fine wire F for strain gauges characterized by
Method for producing e-Cr-Al based alloy.
【請求項4】 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、
クロム13〜23%およびアルミニウム2〜15%と、副成分
としてニッケル5%以下、銅5%以下、コバルト5%以
下、モリブデン2%以下、タングステン4%以下、ニオ
ブ2%以下、タンタル4%以下、バナジウム2%以下、
ジルコニウム2%以下、マンガン5.0%以下、チタン2.0
%以下、シリコン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以
下、カルシウム0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下
の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下とからなるF
e−Cr−Al基合金の組成になるように、溶解、鋳
造、鍛造して、板材または線材に成形し、これをスパッ
ター、蒸着あるいはイオンプレーテング等適当な方法に
より薄膜となし、グリッド状にパターニングすることを
特徴とするストレインゲージ用Fe−Cr−Al基合金
の製造方法。
4. Iron 65 to 85% as a main component in a weight ratio,
Chromium 13-23% and aluminum 2-15%, with nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less as auxiliary components. , Vanadium 2% or less,
Zirconium 2% or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0
% Or less, 0.5% or less of silicon, 0.5% or less of magnesium, 0.5% or less of calcium and 0.1% or less of a rare earth element, or a total of 5.0% or less of F or less.
Melt, cast, and forge into a composition of an e-Cr-Al-based alloy to form a plate or wire, which is then formed into a thin film by a suitable method such as sputtering, vapor deposition, or ion plating, and formed into a grid. A method for producing a Fe-Cr-Al based alloy for strain gauge, which comprises patterning.
【請求項5】 重量比にて、主成分として鉄65〜85%、
クロム13〜23%およびアルミニウム2〜15%と、副成分
としてニッケル5%以下、銅5%以下、コバルト5%以
下、モリブデン2%以下、タングステン4%以下、ニオ
ブ2%以下、タンタル4%以下、バナジウム2%以下、
ジルコニウム2%以下、マンガン5.0%以下、チタン2.0
%以下、シリコン0.5 %以下、マグネシウム0.5 %以
下、カルシウム0.5 %以下および希土類元素0.1 %以下
の1種あるいは2種以上の合計5.0 %以下とからなるF
e−Cr−Al基合金を使用し、溶解、鋳造および鍛造
を成したことを特徴とする高感度ストレインゲージ、抵
抗素子および各種センサ。
5. Iron as a main component in a weight ratio of 65 to 85%,
Chromium 13-23% and aluminum 2-15%, with nickel 5% or less, copper 5% or less, cobalt 5% or less, molybdenum 2% or less, tungsten 4% or less, niobium 2% or less, tantalum 4% or less as auxiliary components. , Vanadium 2% or less,
Zirconium 2% or less, manganese 5.0% or less, titanium 2.0
% Or less, 0.5% or less of silicon, 0.5% or less of magnesium, 0.5% or less of calcium and 0.1% or less of a rare earth element, or a total of 5.0% or less of F or less.
A high-sensitivity strain gauge, a resistance element, and various sensors, which are obtained by melting, casting, and forging using an e-Cr-Al-based alloy.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100380629B1 (en) * 2000-12-28 2003-04-18 한국전기연구원 Fe-Cr-Al alloy for heat resistance wire
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