JPH06240391A - 高温強度に優れたニッケル−タングステン合金、その製造方法およびそれを用いた熱間加工用治具 - Google Patents

高温強度に優れたニッケル−タングステン合金、その製造方法およびそれを用いた熱間加工用治具

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JPH06240391A
JPH06240391A JP4875893A JP4875893A JPH06240391A JP H06240391 A JPH06240391 A JP H06240391A JP 4875893 A JP4875893 A JP 4875893A JP 4875893 A JP4875893 A JP 4875893A JP H06240391 A JPH06240391 A JP H06240391A
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JP
Japan
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alloy
nickel
hot working
jig
tungsten
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JP4875893A
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Inventor
Kazuya Tsujimoto
和也 辻本
Hiroshi Yamazoe
浩 山添
Hideo Koizumi
秀雄 小泉
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Toshiba Corp
Toshiba Electronics Engineering Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Toshiba Material Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 重量%で、タングステン40〜65%,クロ
ム2〜15%,残部ニッケルおよび不可避不純物よりな
ることを特徴とする高温強度に優れたニッケル−タング
ステン合金、または前記合金基地中に粒径200μm以
下のタングステンを基とする分散物を有することを特徴
とする高温強度に優れたニッケル−タングステン合金、
その製造方法およびそれを用いてなることを特徴とする
熱間加工用治具である。 【効果】 本発明は、高温強度に優れた合金、その製造
方法およびそれを用いた熱間加工用治具を提供すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、高温強度に優れたニッ
ケル−タングステン合金、その製造方法およびそれを用
いた熱間加工用治具に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、例えば鋼材の熱間加工においては
被加工材は1080〜1280℃という高温に加熱され
加工が行われるため、その加工に用いられる熱間加工用
ダイス自身もほぼ被加工材の加熱温度と同様の温度とな
る。
【0003】このような熱間加工に使用される熱間加工
用ダイスなどに用いられる熱間加工用治具の材質として
は、SKD4,SKD5,SKD61,SKD62,S
KD7,SKD8,SKT3,SKT4など各種の鉄を
基とする合金鋼が一般に使用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら、従来の合金鋼
を用いた熱間加工用治具は、高温強度が低く、さらに高
温における耐摩耗性などの特性が劣っており、熱間加工
のような高温での加工を行うと寿命が低く、熱間加工用
治具の交換頻度が高かった。このため、これら従来の合
金鋼を用いた熱間加工用治具のコストが高くなるという
問題があった。
【0005】これら合金鋼に代えて超硬合金の使用も可
能であり検討もされているが、熱間加工用治具への加工
性に劣っている、コストが高いなど、各種の問題点を有
している。
【0006】このため、本発明においては上記問題を解
消し、高温強度に優れた合金、その製造方法およびそれ
を用いた熱間加工用治具を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段と作用】本発明者らは、上
記問題点を解決するために従来の材質における問題点の
原因に関し種々検討した結果、例えば鋼材の熱間加工に
おいては被加工材は1080〜1280℃という高温に
加熱され加工が行われ、その加工に用いられる熱間加工
用ダイス自身もほぼ被加工材の加熱温度と同様の温度と
なるため、従来の合金鋼ではその焼なまし温度以上に加
熱されることになる。
【0008】このため、合金鋼の基地がオーステナイト
相になり硬度が低下すること、さらに合金鋼は鉄基であ
るため高温において酸化が著しくなるなどの原因によ
り、耐摩耗性が低下するとの知見を得た。
【0009】上記知見に基づいて、さらに本発明者らは
種々検討を重ねた結果、重量%で、タングステン(W)
40〜65%,クロム(Cr)2〜15%,残部ニッケ
ル(Ni)および不可避不純物よりなるNi−W合金
が、優れた高温強度を有することを初めて見出したので
ある。
【0010】さらに本発明においては、上記Ni−W合
金において、該合金の基地中に粒径200μm以下のW
を基とする分散物を有することを特徴とする。
【0011】上記本発明のNi−W合金は、該合金を1
200〜1350℃に加熱し、断面減少率15%以上の
塑性加工を施すことにより、意図する特性を得ることが
できる。
【0012】以下に、まず本発明の合金組成に関し詳述
する。
【0013】まずWは、高温における合金の硬度あるい
はその他の高温強度を向上させるために必須の元素であ
る。
【0014】Wの量が余り少ないと合金の効果が得られ
ず、また逆にその量が余り多いと加工性が低下するため
に、その量を40〜65重量%とした。好ましくは40
〜50重量%、さらに好ましく44〜46重量%であ
る。
【0015】次にCrは、高温における耐酸化性を向上
させるために必須の元素である。
【0016】Crの量が余り少ないと合金の効果が得ら
れず、また逆にその量が余り多いと加工性が低下するた
めに、その量を2〜15重量%とした。好ましくは2〜
8重量%、さらに好ましくは4〜6重量%である。
【0017】残部のNiは、高温における耐酸化性を向
上させるために必須の元素である。
【0018】本発明においては、上記W,CrおよびN
i以外に、重量%で、マンガン(Mn)1.5%以下,
シリコン(Si)1%以下および炭素(C)0.1%以
下を含有しても良い。
【0019】ここでMnは、合金の脱酸元素として添加
されるものである。
【0020】しかし、Mnを余り多量に含有すると高温
における耐酸化性が低下するため、その合金中の含有量
を1.5重量%以下とした。好ましくは0.5重量%以
下、さらに好ましくは0.3重量%以下である。
【0021】次にSiは、Mnと同様に合金の脱酸元素
として添加されるものである。
【0022】しかし、Siを余り多量に含有すると強度
および靭性が低下するため、その合金中の含有量を1重
量%以下とした。好ましくは0.5重量%以下、さらに
好ましくは0.3重量%以下である。
【0023】次にCは、MnおよびSiと同様に合金の
脱酸元素として添加されるものである。
【0024】しかし、Cを余り多量に含有すると靭性が
低下するため、その合金中の含有量を0.1重量%以下
とした。好ましくは0.05重量%以下である。
【0025】本発明においては、上記元素の他に、M
g,Ti,Al,La,Ce,Y,Zr,Nb,Moお
よびVなどを総量で5重量%以下含有することは何ら問
題はない。
【0026】さらに本発明においては、上記合金におけ
る基地中に粒径200μm以下のWを基とする分散物を
有することを特徴とする。
【0027】これは、合金の基地中の分散物の粒径が余
り大きいと合金の熱間加工時に、前記析出物を起点とし
た割れを生じると共に、前記分散物は硬度が高いために
前記合金を例えば熱間加工用治具として使用した場合
に、被加工材にキズをつけるなど、被加工材の品質が低
下するためである。
【0028】好ましい分散物の大きさは、200μm以
下、より好ましくは100μm以下である。
【0029】ここで、Wを基とする分散物とは、製造時
の晶出物あるいは析出物など各種の合金の分散物が対象
となり、例えば純WあるいはWNi4 などの分散物であ
り、その粒径とは分散物を囲む最小円の直径をいう。
【0030】さらに本発明においては、上記分散物の適
切な粒径の範囲と適切な個数を規定することにより、よ
り優れたNi−W合金を得ることができる。
【0031】本発明のNi−W合金は、例えば以下の製
造方法により製造することができる。
【0032】まず、上記合金を得るためには、本発明組
成の合金を溶解,鋳造することにより鋳塊を製造、ある
いは粉末冶金法によって本発明の各成分の粉末を混合,
成形後焼結することにより焼結体を製造する。
【0033】次に上記合金を、1200〜1350℃に
加熱し、断面減少率15%以上の塑性加工を施すことに
より、意図する合金を得ることができるのである。
【0034】上記塑性加工は、意図する製品を得るため
の加工であると共に、合金製造時に発生した脆弱なデン
ドライト相を消失させ、かつ粗大な結晶粒を細かい結晶
粒とする、あるいは細かい気孔を無くすための加工であ
り、鍛造加工あるいは圧延加工など各種の加工方法が採
用できる。さらに、焼結体の場合はその焼結密度を向上
させるための加工である。
【0035】ここで、塑性加工時の加熱温度(熱間加工
温度)は、その温度が余り低いと合金の強度が高く意図
する加工率を得ることができず、また逆にその温度が余
り高いと粒界において酸化が激しくなる、いわゆるバー
ニングを起こし粒界割れを発生し易くなり、熱間割れの
原因となるため、その加熱温度を1200〜1350℃
とした。好ましい加熱温度は1250〜1350℃であ
り、さらに好ましくは1300〜1350℃である。
【0036】さらに塑性加工時の断面減少率は、余り断
面減少率が低いとデンドライト相が消失されず、かつ細
かい結晶粒を得ることができず、合金、さらにはそれに
より得られた製品の信頼性が低下するため、断面減少率
を15%以上とした。好ましい断面減少率は20%以
上、さらに好ましくは25%以上である。
【0037】上記塑性加工は、1回または複数回加熱お
よび加工を行うものであり、その断面減少率は全断面現
象率を表している。
【0038】以上説明した本発明のNi−W合金の用途
は、高温強度が要求される用途であれば何ら限定される
ものではないが、例えば高温における強度および耐摩耗
性などが要求される熱間加工用治具として有効である。
さらに前記熱間加工用治具の中でも具体的には熱間加工
用ダイスとして有効である。
【0039】
【実施例】表1に示す各組成の合金を高周波真空誘導炉
で溶解,鋳造し、鋳塊を得た。
【0040】ここで、試料No.9の合金は従来熱間加
工用治具として用いられている合金鋼であるSKD61
である。
【0041】
【表1】 上記表1において、本発明組成の合金である試料No.
2の合金を用い、グリーブル試験(高温高速引張り試
験)を行い、塑性加工時の適切な加熱温度(熱間加工温
度)範囲を調査した。その結果を下記表2に示す。な
お、一般には絞り値50%以上の範囲を熱間加工温度と
するが、本発明においては絞り値40%以上を最適熱処
理温度とした。
【0042】
【表2】 上記表2より明らかなように、本発明の塑性加工時の加
熱温度(熱間加工温度)は、1200〜1350℃が好
ましい。
【0043】また、上記と同様に本発明組成の合金であ
る試料No.2の合金を用い、加熱温度1300℃と
し、断面減少率を0%(鋳塊),10%,20%と種々
変化させた合金を作成し、その結晶組織を観察した。そ
の結晶組織写真を各々図1(断面減少率0%),図2
(断面減少率10%),図3(断面減少率20%)に示
す。倍率は50倍である。
【0044】図1乃至図3より明らかなように、断面減
少率0%および10%の図1および図2はデンドライト
相が存在しているが、断面減少率20%の図3はデンド
ライト相が分断されている。このことより、本発明にお
ける断面減少率は15%以上が好ましい。
【0045】表1の試料No1〜8の鋳塊を、1300
℃,70%の熱間鍛造加工を施し、直径13mmの棒材と
した。得られた合金の組織を調査したところ、粒径20
0μm以下のWを基とする分散物が析出していた。
【0046】また、試料No.9の合金(SKD61)
は、1200℃,70%の熱間鍛造加工を施し、直径1
3mmの棒材とした。
【0047】得られた各棒材を、大気中、1300℃で
2時間のソーキングを施し、常温における硬度(H
R B)測定した。その結果を表3に示す。
【0048】また、本発明合金である試料No.2およ
び従来の合金である試料No.9の合金の各温度におけ
る高温強度を測定した。その結果を図4に示す。図4に
おいて、縦軸は0.2%耐力および引張強さ(kgf/m
m2 )であり、横軸は温度(℃)を示している。
【0049】図4より明らかなように、本発明合金であ
る試料No.2は約600℃以上において従来の合金で
ある試料No.9に比較し、0.2%耐力および引張強
さいずれの特性においても優れている。
【0050】また、前記試料No.1〜9の合金より熱
間加工用ダイスを各3個づつ作成し、比較的加工性が悪
いといわれるステンレス(SUS304)の熱間スエー
ジ加工を行い、使用不可能となるまでの回数を測定する
寿命試験を行った。各試料の平均値の結果を併せて表3
に示す。
【0051】
【表3】 上記表3および図4より明らかなように、本発明の合金
は硬度が高く、高温強度が高く、かつ熱間加工用治具と
しての寿命も長い。
【0052】
【発明の効果】本発明は、高温強度に優れた合金、その
製造方法およびそれを用いた熱間加工用治具を提供する
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明組成の合金の断面減少率0%の結晶組織
写真である。
【図2】本発明組成の合金の断面減少率10%の結晶組
織写真である。
【図3】本発明組成の合金の断面減少率20%の結晶組
織写真である。
【図4】合金の0.2%耐力および引張強さと温度との
関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── 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 C22F 1/18 B (72)発明者 小泉 秀雄 神奈川県横浜市磯子区新杉田町8番地 株 式会社東芝横浜事業所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 重量%で、タングステン40〜65%,
    クロム2〜15%,残部ニッケルおよび不可避不純物よ
    りなることを特徴とする高温強度に優れたニッケル−タ
    ングステン合金。
  2. 【請求項2】 重量%で、タングステン40〜65%,
    クロム2〜15%,残部ニッケルおよび不可避不純物よ
    りなり、基地中に粒径200μm以下のタングステンを
    基とする分散物を有することを特徴とする高温強度に優
    れたニッケル−タングステン合金。
  3. 【請求項3】 重量%で、タングステン40〜65%,
    クロム2〜15%,残部ニッケルおよび不可避不純物よ
    りなるニッケル−タングステン合金を、1200〜13
    50℃に加熱し、断面減少率15%以上の塑性加工を施
    すことを特徴とする高温強度に優れたニッケル−タング
    ステン合金の製造方法。
  4. 【請求項4】 請求項1および請求項2に記載の高温強
    度に優れたニッケル−タングステン合金を用いてなるこ
    とを特徴とする熱間加工用治具。
JP4875893A 1993-02-16 1993-02-16 高温強度に優れたニッケル−タングステン合金、その製造方法およびそれを用いた熱間加工用治具 Pending JPH06240391A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104723049A (zh) * 2015-03-20 2015-06-24 深圳市圆梦精密技术研究院 合金材料加工刀具制造工艺
CN114107774A (zh) * 2021-11-29 2022-03-01 中国科学院兰州化学物理研究所 一种航空发动机用高温低摩擦抗磨损宽温域运动配副材料

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