JPH0881730A - 高温圧縮強度にすぐれるCr基酸化物分散強化合金 - Google Patents

高温圧縮強度にすぐれるCr基酸化物分散強化合金

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JPH0881730A
JPH0881730A JP21875794A JP21875794A JPH0881730A JP H0881730 A JPH0881730 A JP H0881730A JP 21875794 A JP21875794 A JP 21875794A JP 21875794 A JP21875794 A JP 21875794A JP H0881730 A JPH0881730 A JP H0881730A
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JP
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compressive strength
powder
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extrusion
sintered
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JP21875794A
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Akira Onishi
杲 大西
Isamu Otsuka
勇 大塚
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Kubota Corp
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Kubota Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 機械的合金化によりCr基金属のマトリック
ス中に微細な酸化物を略均一に分散させた粉末の焼結合
金について、高温圧縮強度のさらなる向上を図る。 【構成】 結晶粒が一定の方向に整列した組織とする。
この組織は、原料粉末を鋼缶に充填し、脱気密封の後、
6.4以上の押出比で熱間押出加工することにより得るこ
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、Cr基酸化物分散強化
焼結合金の改良に関する。
【0002】
【従来技術】公知のCr基酸化物分散強化焼結合金は、
Cr基金属粉末とY23の如き酸化物粉末の混合粉末を
アトライタ装置(高エネルギー型ボールミル)の中で攪拌
して機械的合金化(メカニカルアロイング)処理を施すこ
とによって、Cr基金属のマトリックス中に平均粒径約
0.1μm以下の微細なY23が0.2〜2.0重量%略均一に分
散した組織を有する粉末を作製し、該粉末を適当な金属
カプセルに充填した後、脱気密封し、約1000〜1300℃の
温度にて、約1000〜2000kgf/cm2の圧力下で熱間静水圧
処理(HIP)することにより得られる。
【0003】これは、いわゆるカプセルHIP焼結法と
いわれるもので、このカプセルHIP焼結法によって、
略完全に緻密な焼結品を製造することができる。Cr基
酸化物分散合金粉末の焼結にカプセルHIP法を採用す
るのは、高圧エネルギーを付加することによって焼結を
促進し、焼結温度の低温化を図るためである。Cr基酸
化物分散合金の場合、焼結温度が約1500℃を超えると、
Cr基金属のマトリックス中に略均一に分散していた微
細酸化物が凝集してしまい、微細酸化物の分散による強
度向上効果を得ることができなくなるからである。
【0004】このHIP焼結によって得られた合金は、
金属基地に分散したY23が転位の運動を阻止する効果
(ピンニング効果)を有しており、この効果を高温まで維
持することにより高温圧縮強度の向上が達成される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】このCr基酸化物分散
強化焼結合金は、例えばウォーキングビーム式加熱炉用
スキッドボタンの材料として好適であるが、操業条件の
高温化、苛酷化に伴ない、高温圧縮強度のより一層の改
善が望まれている。ところで、HIP焼結の場合、カプ
セル缶内の粉体に対して等方圧が作用しながら成形され
るから、得られる焼結品の結晶粒組織は網目状の均一な
組織となる(図2参照)。しかし、スキッドボタンのよう
に、被加熱材から一定方向の荷重を受ける製品の場合、
結晶粒組織は、網目状よりも、荷重を受ける方向に整列
している方が、高温圧縮強度の点で有利である。本発明
の目的は、結晶粒組織の調整により、Cr基酸化物分散
強化焼結合金の高温圧縮強度を改善することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係るCr基酸化
物分散強化合金は、結晶粒が細長い形状で一定方向に整
列した組織を有するようにしたものである。
【0007】本発明に係るCr基酸化物分散強化合金
は、Cr基金属のマトリックス中に平均粒径約0.1μm以
下の微細なY23を約0.2〜2.0重量%均一に分散させた
粉末を機械的合金化により作り、該粉末をカプセル缶に
充填して脱気密封した後、これを約1100℃〜1200℃の温
度にて、6.4以上の押出比で熱間押出加工することによ
り得ることができる。
【0008】なお、Cr基金属として、(a)実質的にC
rからなる金属、又は(b)Fe:20%以下、及び残部実
質的にCrからなる金属、又は(c)Al、Mo、W、N
b、Ta、Hf及びAl−Tiから構成される群から選
択される少なくとも一種が合計量で10%以下、及び残部
実質的にCrからなる金属、又は(d)Fe:20%以下、
Al、Mo、W、Nb、Ta、Hf及びAl−Tiから
構成される群から選択される少なくとも一種が合計量で
10%以下、及び残部実質的にCrからなる金属、を挙げ
ることができる。これらの金属は、高温においてすぐれ
た耐酸化性を発揮することができる。
【0009】
【作用】原料粉末を充填したカプセルに熱間押出し加工
を施すことにより、押出成形品の結晶粒はダイスから押
し出される際、押出方向に長く伸びて、押出方向に整列
した組織となる(図1参照)。なお、熱間押出加工は、11
00℃〜1200℃の温度にて、6.4以上の押出比で行なう必
要がある。押出比が6.4よりも小さいと、完全緻密体に
対する相対密度が99%以上の緻密な焼結品は得られない
からである。また、結晶粒の伸びが生じず、押出方向に
整列した結晶粒組織を得ることができない。押出比と
は、熱間押出加工機のダイス断面積に対する、原料粉末
を充填したカプセル断面積の比率で表わされる。
【0010】
【実施例】Cr−Fe合金粉末(Cr:90重量%、F
e:10重量%)を100重量部と、Y23粉末0.5重量部
を、アトライタ装置(高エネルギーボールミル)の中に投
入し、鋼球と共に約72時間激しく攪拌してメカニカルア
ロイング処理を行ない、Cr基金属のマトリックス中に
微細なY23が略均一に分散した粉末を得た。このよう
にして得られた粉末を鋼缶(肉厚約30mm)に充填し施蓋し
た後、脱気密封して供試体を得た。粉末が充填された供
試体の寸法は、外径170mm、長さ500mmである。
【0011】このように粉末試料が充填された供試体を
1200℃の温度に加熱した後、図3に示す如く、ライナー
(2)を敷設したコンテナ(1)の中に装入する。粉末試料
(6)は、ラム(3)から加圧板(4)を通じて圧力が加えられ
て焼結し、焼結品(8)はダイスホルダー(7)に保持された
ダイス(5)の開口を通じて缶(9)と共に前方に押し出され
る。その後、切削加工等により缶(9)を除去することに
より、棒状の焼結品が得られる。押出比の条件を変える
ために、ダイス(5)の直径を種々変更して熱間押出加工
を実施した(供試No.1〜No.9)。
【0012】従来の焼結品と比較するために、HIP焼
結法に基づいて焼結品を作製した(供試No.10)。HIP
焼結条件は、圧力媒体にアルゴンガスを用い、温度1250
℃×圧力118MPa×2時間で行なった。
【0013】得られた供試焼結品の各々について、ロッ
クウエル硬度計による硬度測定、焼結密度の測定、高温
繰返し圧縮試験を行なった。
【0014】密度測定は、焼結品の表面に付着した酸化
被膜を除去した後、アルキメデス法に基づいて行なっ
た。なお、焼結品の相対密度は、完全緻密体の密度を7.
2g/cm3とみなして算出した。
【0015】高温繰返し圧縮試験は、1350℃の電気炉の
中で、ラムの昇降により、圧縮荷重9.8MPaを反復負荷し
て行なった。荷重反復パターンは、荷重9.8MPaの負荷を
5秒間、無負荷5秒間(負荷状態から無負荷状態への移行1
秒、無負荷状態3秒、無負荷状態から負荷状態への移行1
秒)の10秒サイクルである。変形量は、試験前の長さを
L1、試験後の長さをL2としたとき、次式により求め
た。 圧縮変形量(%) = (L1−L2)/L1 × 100
【0016】熱間押出加工におけるダイス径、押出比及
び押出ラムに作用する荷重(参考値)、並びに、焼結品
の硬度測定、密度測定、高温圧縮強度試験結果を表1に
示す。
【0017】
【表1】
【0018】表1の結果から明らかなように、供試N
o.1及びNo.2は、押出比が6.4に満たないため、99%
以上の焼結密度が得られず、高温圧縮試験における変形
量が大きい。
【0019】供試No.2乃至No.8は、押出比が6.4以上
であり、完全緻密体に対する相対密度が99%以上の緻密
な焼結品が得られる。これら焼結品の高温圧縮試験結果
は、変形量が1%未満であり、非常にすぐれた高温圧縮
強度を有していることがわかる。
【0020】供試No.10は、No.2乃至No.8と同じよう
に略完全に緻密な焼結品といえるが、高温圧縮強度試験
における変形量は2.0%であり、本発明の実施例よりも
劣っている。この違いは、本発明の焼結品の結晶粒が、
押出し方向に細長く伸びた組織であるのに対し、供試N
o.10は等方圧加圧による網目状の結晶粒組織であること
による。つまり、本発明の焼結品は、結晶粒の整列方向
に繰返し荷重を受けるとき、結晶粒組織の構造的な効果
が、Cr金属基地に分散したY23のピンニング効果に
付加されて、高温圧縮強度が著しく向上するのである。
【0021】なお、供試No.9に示される如く、押出比
が17.4に達すると押詰り状態となり、押出加工が不能と
なる。このため、熱間押出加工の押出比は、供試No.8
に示される如く、17.0以下で行なう必要がある。
【0022】
【発明の効果】本発明の合金は、高温圧縮強度に非常に
すぐれているから、特に、ウォーキングビーム式加熱炉
のスキッドボタン用材料として好適であり、耐久性の向
上、メインテナンスの軽減等の諸効果をもたらすことが
できる。なお、本発明の合金は、前記スキッドボタン以
外にも、高温での耐酸化性及び圧縮強度が要求される他
の用途に用いることができることは勿論である。また、
HIP焼結では、大掛かりな設備を必要とし、焼結時間
も長いから製造コストが高くつくのに対し、熱間押出し
は、設備、焼結時間等の点でHIP焼結よりもコスト的
に有利であり、特に長尺の棒部材の成形に適している。
長さの短い円柱状製品の場合、適宜切断することによ
り、所定長さの製品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】押出比6.4以上で熱間押出加工して得られた焼
結合金の押出方向の結晶粒組織(約200倍)の説明図であ
る。
【図2】HIP焼結法により得られた焼結合金の結晶粒
組織(約200倍)の説明図である。
【図3】熱間押出し工程の説明図である。
【符号の説明】
(5) ダイス (6) 粉末試料 (8) 焼結品 (9) 缶

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 機械的合金化によりCr基金属のマトリ
    ックス中に微細な酸化物を略均一に分散させた粉末の焼
    結合金において、結晶粒が一定の方向に整列した組織を
    有することを特徴とする、高温圧縮強度にすぐれるCr
    基酸化物分散強化合金。
JP21875794A 1994-09-13 1994-09-13 高温圧縮強度にすぐれるCr基酸化物分散強化合金 Withdrawn JPH0881730A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015156038A1 (ja) * 2014-04-08 2015-10-15 矢崎総業株式会社 カーボンナノチューブ複合材料及びその製造方法

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