JPH06207246A - Carbide dispersed maraging steel - Google Patents

Carbide dispersed maraging steel

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Publication number
JPH06207246A
JPH06207246A JP1686393A JP1686393A JPH06207246A JP H06207246 A JPH06207246 A JP H06207246A JP 1686393 A JP1686393 A JP 1686393A JP 1686393 A JP1686393 A JP 1686393A JP H06207246 A JPH06207246 A JP H06207246A
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JP
Japan
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carbide
hardness
maraging steel
dispersed
maraging
Prior art date
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Application number
JP1686393A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hajime Kuromasa
肇 黒政
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Japan Steel Works Ltd
Original Assignee
Japan Steel Works Ltd
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Publication date
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Publication of JPH06207246A publication Critical patent/JPH06207246A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide the material for a tool easy in machining and excellent in wear resistance. CONSTITUTION:Carbide dispersed maraging steel in which the total content of carbides consists of 19.9 to 25.5% Ti, 3.7 to 7% Mo and 5 to 6.8% C and the matrix contains 21 to 24% Co, 11 to 14% Ni and one or more kinds among 0.6 to 1% Al, Ti and Nb, and the balance Fe with inevitable impuritiets is prepd. In this way, the hardness is suitable before maraging so that machining can easily be executed, and the hardness is sufficiently increased after maraging, so that the steel can be applied for a tool material requiring excellent wear resistance or the like.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高強度高靱性のマル
エージング鋼に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a high strength, high toughness maraging steel.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭素量を少なくするとともに、Ni 、C
o などを多量に含有させて焼戻しにより金属間化合物を
析出させるマルエージ鋼は、置換型合金元素を固溶する
極低炭素鉄マルテンサイト合金の時効硬化性を利用して
強靱性を持たせたものであり、高い強度と靱性が要求さ
れる機械構造用材料に広く利用されている。さらに最近
では、これらの特性を活用して、上記用途以外での利用
が望まれており、例えば冷間工具用材料としての利用が
検討されている。
2. Description of the Related Art Ni, C
Maraging steel that contains a large amount of o, etc. and precipitates intermetallic compounds by tempering is one that has toughness by utilizing the age-hardening property of an ultra-low carbon iron martensite alloy that forms a solid solution of substitutional alloying elements. It is widely used as a material for mechanical structures that requires high strength and toughness. Furthermore, recently, utilizing these characteristics, it is desired to use for a purpose other than the above applications, and for example, use as a material for a cold tool is under study.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】ところで工具用材料
は、使用環境の上で優れた耐摩耗性が必要とされるもの
であり、これに使用するマルエージ鋼にも当然に高い耐
摩耗性が要求される。しかし、マルエージ鋼の強化機構
は、上記したように金属間化合物の析出硬化を利用して
基地の強度を高めるものであり、金属間化合物自体が高
い硬度を有するものではなく耐摩耗性が格別に優れてい
るものではない。したがってマルエージ鋼は、工具用材
料としては耐摩耗性の性能が不十分であり、この点が工
具用材料としての利用を妨げる大きな要因となってい
る。
By the way, the materials for tools are required to have excellent wear resistance in the environment of use, and the maraging steel used for them is naturally required to have high wear resistance. To be done. However, the strengthening mechanism of maraging steel is to enhance the strength of the matrix by utilizing the precipitation hardening of the intermetallic compound as described above, and the intermetallic compound itself does not have high hardness, and the wear resistance is exceptional. It's not good. Therefore, maraging steel has insufficient wear resistance as a tool material, and this is a major factor that hinders its use as a tool material.

【0004】これに対し、工具用材料などとして実用化
されている超硬合金やサーメットは、特に優れた耐摩耗
性を有している。しかし、これらの材料は、非常に高い
硬度を有しているため、機械加工が殆ど不可能であり、
焼結時などの形状に制約されるという問題点がある。こ
の発明は、上記事情を背景としてなされたものであり、
最適な組成を有するマルエージング鋼に、適量の炭化物
を分散させることにより、時効硬化処理される前(例え
ば焼結まま、溶体化処理まま)の状態で、機械加工が可
能な硬さにし、さらに、その後の時効処理により十分に
硬化させて所定の硬さ、耐摩耗性が得られるようにする
ことを目的とする。ここで、工具鋼として望まれる機械
的性質の一例を示せば、時効硬化処理前にビッカース硬
さが600以下で、時効硬化処理後のビッカース硬さが
750以上、3点曲げ抗折力が150kgf/mm2
上である。
On the other hand, cemented carbides and cermets which have been put into practical use as materials for tools have particularly excellent wear resistance. However, these materials have very high hardness, making machining almost impossible,
There is a problem that the shape is restricted during sintering. The present invention has been made against the above circumstances.
By dispersing an appropriate amount of carbide in a maraging steel having an optimum composition, the hardness is set so that it can be machined before being age-hardened (for example, as-sintered or solution-treated). The purpose of the present invention is to sufficiently cure it by the subsequent aging treatment so that a predetermined hardness and wear resistance can be obtained. Here, if an example of mechanical properties desired as a tool steel is shown, the Vickers hardness before the age hardening treatment is 600 or less, the Vickers hardness after the age hardening treatment is 750 or more, and the three-point bending transverse strength is 150 kgf. / Mm 2 or more.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】すなわち、本願発明は、
炭化物をマトリックス中に分散させた炭化物分散マルエ
ージング鋼であって、炭化物は総量(重量%)で、Ti
:19.9〜25.5%、Mo :3.7〜7%、C:
5〜6.8%からなり、マトリックスは、Co :21〜
24%、Ni :11〜14%と、0.6〜1%のAl 、
Ti またはNb の1種以上とを含有し、残部がFe およ
び不可避不純物からなることを特徴とする。本願発明に
おける炭化物は、Ti炭化物とMo炭化物からなり、また
はこれらの複合炭化物が混在してマトリックス中に分散
している。これら炭化物の成分の総和が上記で規定され
ている。
That is, the invention of the present application is
A carbide-dispersed maraging steel in which carbide is dispersed in a matrix, wherein the total amount (% by weight) of carbide is Ti
: 19.9 to 25.5%, Mo: 3.7 to 7%, C:
5 to 6.8%, the matrix is Co: 21 to
24%, Ni: 11-14% and 0.6-1% Al,
At least one of Ti and Nb is contained, and the balance is Fe and inevitable impurities. The carbide in the present invention consists of Ti carbide and Mo carbide, or composite carbides of these are mixed and dispersed in the matrix. The sum of these carbide components is specified above.

【0006】本願発明のマルエージング鋼の製造方法は
特に限定されないが、一般には、炭化物粒子とマトリッ
クス粒子とを混合して焼結して製造する。炭化物粒子に
は、最終的に鋼に分散する炭化物と同一のものを用いる
他に、焼結中の反応を予測して、炭化物または金属粒子
として添加するものであってもよい。例えば、金属粒子
として添加されたMo は、炭素と反応してMo2Cにな
り、またTi との複合炭化物を生成する。これは、Mo
がCとの親和性が強く、焼結の際に、Ti とMoとの固
溶体炭化物を形成するためMo2C粒子を添加する場合と
同様の炭化物形態が得られるからである。このようにし
て得られたマルエージング鋼は、時効処理前に機械加工
し、その後、時効処理することにより、大きな形状制約
を受けることなく所望の成形物を得ることができる。
The method for producing the maraging steel of the present invention is not particularly limited, but generally, it is produced by mixing carbide particles and matrix particles and sintering them. As the carbide particles, the same carbide particles that are finally dispersed in the steel may be used, or the carbide particles may be added as carbide or metal particles by predicting the reaction during sintering. For example, Mo added as metal particles reacts with carbon to become Mo 2 C, and also forms a composite carbide with Ti. This is Mo
Has a strong affinity for C and forms a solid solution carbide of Ti and Mo during sintering, so that a carbide morphology similar to the case of adding Mo 2 C particles can be obtained. The maraging steel thus obtained is machined before the aging treatment and then subjected to the aging treatment, whereby a desired molded product can be obtained without being greatly restricted by the shape.

【0007】[0007]

【作用】本願発明によれば、時効処理前には、機械加工
できる程度の硬度であり、この状態では、所望の形状に
容易に機械加工することができる。そして、時効硬化処
理をすることにより十分に硬度が増し、所望の機械的性
質が得られる。さらに、マトリックス中に分散した適当
な炭化物により、機械加工性を損なうことなく耐摩耗性
を向上させることができる。以下に、本願発明の成分限
定理由を具体的な作用とともに説明する。
According to the present invention, the hardness is such that it can be machined before the aging treatment, and in this state, it can be easily machined into a desired shape. Then, the age hardening treatment sufficiently increases the hardness to obtain desired mechanical properties. In addition, the appropriate carbides dispersed in the matrix can improve wear resistance without compromising machinability. Below, the reasons for limiting the components of the present invention will be explained together with specific actions.

【0008】(炭化物)Ti :19.9〜25.5% Ti は、硬質の炭化物として、球状でかつ非常に高い硬
さを有するTiCを生成する。Ti が19.9%未満で
あると炭化物量が少なすぎて十分な硬度が得られず、時
効硬化後の硬さも目標のHv750に達するのが困難に
なる。また、上限を超えると、時効硬化前の硬度が高す
ぎて、Hv600以下という目標値を超えて機械加工が
困難になるため上記範囲とする。
(Carbide) Ti: 19.9 to 25.5% Ti forms spherical TiC having a very high hardness as a hard carbide. If Ti is less than 19.9%, the amount of carbide is too small to obtain sufficient hardness, and it becomes difficult to reach the target hardness of Hv750 after age hardening. On the other hand, if the upper limit is exceeded, the hardness before age hardening will be too high, exceeding the target value of Hv 600 or less and making machining difficult, so the above range is set.

【0009】Mo :3.7〜7% マルエージング鋼に上記したTiCだけを分散させた場
合、TiCとマトリックスとのぬれ性が悪く、ポアが残
留し易い。そこでMo をそのままやMo2Cの形で添加す
ることにより、Ti との間で固溶炭化物が形成されてぬ
れ性が改善され、ポアが殆ど残留しない正常な合金が得
られる。このMo が3.7%未満であると、ぬれ性の改
善が不十分である。ぬれ性が悪いと、拡散速度が小さく
なるため、Ti とMo との固溶炭化物が十分に形成され
ず、それぞれ単独で微細なTi 炭化物やMo 炭化物を生
成して、これらが素地中に混在する。このため、硬さが
必要以上に高くなり、時効前の機械加工が困難になる。
したがって、Mo の含有量を上記範囲とする。C:5〜6.8% Cは、Ti およびMo の炭化物生成に必要な量が含有さ
れる。
Mo: 3.7-7% When only the above TiC is dispersed in the maraging steel, the wettability between the TiC and the matrix is poor and the pores tend to remain. Therefore, by adding Mo as it is or in the form of Mo 2 C, a solid solution carbide is formed with Ti to improve the wettability, and a normal alloy in which pores hardly remain can be obtained. If this Mo is less than 3.7%, the improvement of wettability is insufficient. If the wettability is poor, the diffusion rate will be low, so that solid solution carbides of Ti and Mo will not be sufficiently formed, and fine Ti carbides and Mo carbides will individually be formed, respectively, and these will be mixed in the matrix. . For this reason, the hardness becomes unnecessarily high, and it becomes difficult to perform machining before aging.
Therefore, the content of Mo is set to the above range. C: 5 to 6.8% C is contained in an amount necessary for carbide formation of Ti and Mo.

【0010】(マトリックス)Co :21〜24%、Ni :11〜14% 上記元素およびFe は、マトリックス相の性質を決定す
る重要な元素であり、Co−Ni−Fe の3元系がその基
本組成となる。このCo、Ni、Fe の適当な組成比によ
り時効処理前(焼結ままや溶体化処理まま)に機械加工
が可能な硬さを有し、その後の熱処理により最適な時効
硬化性を示すようになる。本発明では、その最適な組成
として35%Co−20%Ni−45%Fe にあることを
見いだし、この組成比を基礎として、時効処理前の硬度
および時効処理後の硬度と抗折力を考慮して各元素の適
正範囲を定めた。
(Matrix) Co: 21-24%, Ni: 11-14% The above elements and Fe are important elements that determine the properties of the matrix phase, and the Co-Ni-Fe ternary system is the basic element. It becomes the composition. With an appropriate composition ratio of Co, Ni and Fe, it has a hardness that can be machined before aging treatment (as-sintered or solution-treated), and after heat treatment it exhibits optimum age-hardenability. Become. In the present invention, the optimum composition is found to be 35% Co-20% Ni-45% Fe, and based on this composition ratio, the hardness before aging treatment and the hardness and transverse rupture strength after aging treatment are considered. Then, the proper range of each element was defined.

【0011】Al、Ti、Nb の1種以上:各々0.6〜
1% 時効硬化性を顕著にするために、1種以上を添加する。
下限未満の添加では効果がなく、また、上限を超えると
時効硬化後の靱性が低下するので上記範囲とした。上記
元素以外には、不可避的な不純物が含有されており、例
えば、炭化物で規定した炭素量以外にもマトリックス中
には不純物として炭素が含有されている。
One or more of Al, Ti and Nb: 0.6 to 0.6
One or more kinds are added in order to make 1% age hardening remarkable.
If the addition amount is less than the lower limit, there is no effect, and if it exceeds the upper limit, the toughness after age hardening decreases, so the above range was made. In addition to the above elements, unavoidable impurities are contained. For example, in addition to the amount of carbon specified by the carbide, carbon is contained as an impurity in the matrix.

【0012】[0012]

【実施例】表1に示す配合比(重量%)で、TiC粉末
(粒径1〜2μm)、Mo2C粉末(平均粒径約3μ
m)、Co 粉末(平均粒径約1.5μm)、Ni 粉末
(3〜7μm)、Fe 粉末(4〜6μm)、Al 粉末
(平均粒径約10μm)、Ti 粉末(44μm以下)の
各原料粉末を配合し、2−プロパノールを溶媒として湿
式ボールミルで24時間の混合を行った。この混合粉末
を15(t)×30(w)×150(L)mmの空間を有するゴ
ムモールドに充填・封止し、1500kgf/cm2
圧力でCIP成形した。このCIP体を真空下で142
0℃×6時間で加熱して、真空焼結を行った。次いで、
得られた焼結体(供試材)に850℃×4時間の溶体化
処理を施し、さらに、500℃×6時間の時効処理を行
った。
[Examples] With the compounding ratio (% by weight) shown in Table 1, TiC powder (particle size 1-2 μm), Mo 2 C powder (average particle size about 3 μm)
m), Co powder (average particle size of about 1.5 μm), Ni powder (3 to 7 μm), Fe powder (4 to 6 μm), Al powder (average particle size of about 10 μm), Ti powder (44 μm or less) The powders were blended and mixed with 2-propanol as a solvent in a wet ball mill for 24 hours. This mixed powder was filled and sealed in a rubber mold having a space of 15 (t) × 30 (w) × 150 (L) mm, and CIP molding was performed at a pressure of 1500 kgf / cm 2 . This CIP body is put under vacuum 142
Vacuum sintering was performed by heating at 0 ° C. for 6 hours. Then
The obtained sintered body (test material) was subjected to solution treatment at 850 ° C. for 4 hours, and further subjected to aging treatment at 500 ° C. for 6 hours.

【0013】上記供試材は、焼結後にビッカース硬さを
測定し、さらに時効処理後にもビッカース硬さを測定す
るとともに3点曲げ試験を行った。その結果は表2に示
す。表から明らかなように、本発明鋼は、焼結後の硬さ
がいずれもHv600以下であり、機械加工が可能な硬
さとなっている。そして、時効処理後の硬さは、Hv7
50以上となっており、十分な硬さが得られている。ま
た、3点曲げ試験においても、十分に高い抗折力が示さ
れている。これに対し、本発明の範囲を外れる比較鋼
は、No.5、6で、時効処理後の硬さは十分にあるも
のの、焼結後の硬さが高すぎて機械加工が困難である。
また、比較鋼No.7は、焼結後の硬さは、機械加工が
できる程度であるが、時効処理後においても硬度が不十
分である。また、これらの比較鋼は、いずれも抗折力の
点において発明鋼よりも劣っている。
The above test materials were subjected to a three-point bending test while measuring the Vickers hardness after sintering and the Vickers hardness after the aging treatment. The results are shown in Table 2. As is clear from the table, the hardness of the steel of the present invention after sintering is Hv 600 or less, which is a hardness that enables machining. The hardness after aging treatment is Hv7.
It is 50 or more, and sufficient hardness is obtained. In addition, a sufficiently high transverse rupture strength is also shown in the three-point bending test. On the other hand, the comparative steels outside the scope of the present invention are No. In Nos. 5 and 6, the hardness after the aging treatment was sufficient, but the hardness after sintering was too high and the machining was difficult.
In addition, comparative steel No. In No. 7, the hardness after sintering is such that it can be machined, but the hardness is insufficient even after the aging treatment. All of these comparative steels are inferior to the invention steels in the transverse rupture strength.

【0014】[0014]

【表1】 [Table 1]

【0015】[0015]

【表2】 [Table 2]

【0016】[0016]

【発明の効果】以上説明したように本願発明の炭化物分
散マルエージング鋼によれば、炭化物をマトリックス中
に分散させた炭化物分散マルエージング鋼であって、炭
化物は総量(重量%)で、Ti :19.9〜25.5
%、Mo :3.7〜7%、C:5〜6.8%からなり、
マトリックスは、Co :21〜24%、Ni :11〜1
4%と、0.6〜1%のAl 、Ti またはNb の1種以
上とを含有し、残部がFeおよび不可避不純物からなる
ので、時効処理前に機械加工が容易であり、加工により
種々の形状の材料に使用することができる。そして、時
効処理後に十分に硬度が増すので、優れた耐摩耗性が要
求される工具材料などへの応用も可能になる。
As described above, the carbide-dispersed maraging steel of the present invention is a carbide-dispersed maraging steel in which carbide is dispersed in a matrix, and the total amount (% by weight) of carbide is Ti: 19.9 to 25.5
%, Mo: 3.7-7%, C: 5-6.8%,
The matrix is Co: 21-24%, Ni: 11-1
4% and 0.6 to 1% of one or more of Al, Ti or Nb, and the balance Fe and unavoidable impurities, so that it is easy to machine before aging treatment. It can be used for shape materials. Since the hardness is sufficiently increased after the aging treatment, it can be applied to a tool material or the like which requires excellent wear resistance.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 炭化物をマトリックス中に分散させた炭
化物分散マルエージング鋼であって、炭化物は総量(重
量%)で、Ti :19.9〜25.5%、Mo :3.7
〜7%、C:5〜6.8%からなり、マトリックスは、
Co :21〜24%、Ni :11〜14%と、0.6〜
1%のAl 、Ti またはNb の1種以上とを含有し、残
部がFe および不可避不純物からなることを特徴とする
炭化物分散マルエージング鋼
1. A carbide-dispersed maraging steel in which carbide is dispersed in a matrix, wherein the total amount (% by weight) of carbide is Ti: 19.9 to 25.5%, Mo: 3.7.
.About.7%, C: 5 to 6.8%, and the matrix is
Co: 21-24%, Ni: 11-14%, 0.6-
Carbide-dispersed maraging steel containing 1% of Al, Ti or Nb, and a balance of Fe and inevitable impurities.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10995395B2 (en) 2018-04-06 2021-05-04 Rolls-Royce Plc Maraging steel

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