JPS5842260B2 - High strength Fe-Cr amorphous alloy - Google Patents

High strength Fe-Cr amorphous alloy

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JPS5842260B2
JPS5842260B2 JP20001482A JP20001482A JPS5842260B2 JP S5842260 B2 JPS5842260 B2 JP S5842260B2 JP 20001482 A JP20001482 A JP 20001482A JP 20001482 A JP20001482 A JP 20001482A JP S5842260 B2 JPS5842260 B2 JP S5842260B2
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amorphous alloy
present
alloy
atomic
strength
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健 増本
正明 奈賀
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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TOHOKU DAIGAKU KINZOKU ZAIRYO KENKYU SHOCHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、耐熱性の優れた高力Fe−Cr 系アモルフ
ァス合金に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a high-strength Fe-Cr amorphous alloy with excellent heat resistance.

通常金属は固体状態では結晶状態にあるが、ある特殊な
条件(合金の組成、急冷凝固)下では、固体状態でも液
体に類似した結晶構造をもたない原子構造が得られ、こ
のような合金をアモルファス合金(又は非晶質合金)と
言っている。
Normally, metals are in a crystalline state in the solid state, but under certain special conditions (alloy composition, rapid solidification), even in the solid state, an atomic structure that does not have a crystalline structure similar to that of a liquid can be obtained. is called an amorphous alloy (or non-crystalline alloy).

このアモルファス合金は従来の実用金属材料に比し、著
しく高い強度を保有する。
This amorphous alloy has significantly higher strength than conventional practical metal materials.

一方、実用金属として使用される場合には、常温だけで
なく昇温状態でも使用されることがあり、アモルファス
合金はその組成に応じである温度で結晶性金属又は合金
に変化する結晶化温度をもっている。
On the other hand, when used as a practical metal, it may be used not only at room temperature but also at elevated temperatures, and amorphous alloys have a crystallization temperature at which they change to crystalline metals or alloys at a certain temperature depending on their composition. There is.

アモルファス合金が結晶化すると、アモルファス合金と
しての特性が失われることになる。
When an amorphous alloy crystallizes, it loses its properties as an amorphous alloy.

従ってこのような昇温状態で使用される場合には出来る
限りこの結晶化温度が高いことが必要である。
Therefore, when used under such elevated temperature conditions, it is necessary that the crystallization temperature is as high as possible.

本発明は、アモルファス合金の製造が容易で、耐熱性(
耐結晶化)を向上すると共に、更に機械的強度を向上し
たアモルファス鉄−クロム合金を提供せんとするもので
ある。
The present invention provides an amorphous alloy that is easy to manufacture and has high heat resistance (
The object of the present invention is to provide an amorphous iron-chromium alloy with improved crystallization resistance and further improved mechanical strength.

本発明は、Cr 1〜40原子%、C及びBを合計で2
〜35原子%と、P33原子%以下で、C1B及びPを
合計で7〜35原子%を含有し、残部Feからなる耐熱
性の優れた高力Fe−Cr系アモルファス合金に関する
The present invention contains 1 to 40 atom% of Cr and a total of 2 of C and B.
The present invention relates to a high-strength Fe-Cr-based amorphous alloy with excellent heat resistance, containing C1B and P in a total of 7 to 35 at%, the balance being Fe, with P33 at% or less.

本発明に至る以前の研究において本発明者はCr 1〜
40原子%、CおよびBの何れか1種を2原子%以上、
P55原子以上、CおよびBの何れか1種とPとの合計
15〜30原子%残部Feからなる合金を急冷凝固させ
ることにより完全なアモルファス合金とすることのでき
ることを知見した。
In previous research leading to the present invention, the inventors discovered that Cr 1~
40 atom%, 2 atom% or more of any one of C and B,
It has been found that a complete amorphous alloy can be obtained by rapidly solidifying an alloy consisting of 55 or more atoms of P, one of C and B, and P with a total of 15 to 30 at% balance Fe.

しかるに本発明の研究において、CおよびBを合計で2
〜35・原子%Pを33原子%以下でかつC,B及びP
を合計で7〜35%含有させることにより完全なアモル
ファス合金を製造することができると共に機械的特性を
より向上させることのできることを知った。
However, in the research of the present invention, a total of 2 C and B
~35 atomic%P is 33 atomic% or less and C, B and P
It has been found that by containing a total of 7 to 35%, it is possible to manufacture a completely amorphous alloy and to further improve the mechanical properties.

次に本発明のアモルファス合金を製造する方法について
図面により説明する。
Next, a method for manufacturing the amorphous alloy of the present invention will be explained with reference to the drawings.

図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一例を
示す概略図である。
The figure is a schematic diagram showing an example of an apparatus for producing the amorphous alloy of the present invention.

図において、1は下方先端に水平方向に噴出するノズル
2を有する石英管で、その中には原料金属3が装入され
、溶解される。
In the figure, 1 is a quartz tube having a nozzle 2 at its lower end that ejects water in a horizontal direction, into which raw metal 3 is charged and melted.

4は原料金属3を加熱するための加熱炉であり、5はモ
ーター6により高速度、例えば5000rpm で回
転される回転ドラムで、これは、ドラム回転による遠心
力負荷をできるだけ小さくするため、軽量で熱伝導性の
良い金属、例えばアルミニウム合金よりなり、内面には
更に熱伝導性の良い金属、例えば銅板7で内張すされて
いる。
4 is a heating furnace for heating the raw metal 3, and 5 is a rotating drum rotated by a motor 6 at a high speed, for example, 5000 rpm. It is made of a metal with good thermal conductivity, such as an aluminum alloy, and the inner surface is further lined with a metal with good thermal conductivity, such as a copper plate 7.

8は石英管1を支持して上下に移動するためのエアピス
トンである。
8 is an air piston for supporting the quartz tube 1 and moving it up and down.

原料金属は、先ず石英管1の送入口1aより流体搬送等
により装入され加熱炉4の位置で加熱溶解され、次いで
エアピストン8によりノズル2が回転ドラム5の内面に
対向する如く石英管1が図に示す位置に下降され、次い
で上昇を開始するとほぼ同時に溶融金属3にガス圧が加
えられて、金属が回転ドラムの内面に向って噴流される
The raw metal is first charged through the inlet port 1a of the quartz tube 1 by fluid conveyance, heated and melted in the heating furnace 4, and then transferred to the quartz tube 1 by the air piston 8 so that the nozzle 2 faces the inner surface of the rotating drum 5. is lowered to the position shown in the figure, and then, at about the same time as it begins to rise, gas pressure is applied to the molten metal 3, causing the metal to be jetted against the inner surface of the rotating drum.

石英管内部へは金属3の酸化を防ぐため絶えず不活性ガ
ス、例えばアルゴンガス9を送入し不活性雰囲気として
おくものとする。
In order to prevent oxidation of the metal 3, an inert gas such as argon gas 9 is constantly fed into the quartz tube to create an inert atmosphere.

3回転ドラム内面に噴流された金属は高速回転による遠
心力のため、回転ドラム内面に強(接触せしめられるこ
とによって、超高速冷却が与えられてアモルファス合金
となる。
The metal jetted onto the inner surface of the three-rotation drum is brought into strong contact with the inner surface of the rotating drum due to the centrifugal force caused by the high-speed rotation, and is cooled at an ultra-high speed, turning into an amorphous alloy.

このような方法により、本発明のFe−Cr−P系アモ
ルファス合金は、例えば厚さ0.1 mm、幅約10關
の長いテープ状線として得られる。
By such a method, the Fe-Cr-P amorphous alloy of the present invention can be obtained in the form of a long tape-like wire having a thickness of, for example, 0.1 mm and a width of about 10 mm.

本発明の研究において、第1表に示す組成のアモルファ
ス合金を図に示した装置および前記方法により厚さ0.
05mm、幅0.5mmの条に作成した。
In the research of the present invention, an amorphous alloy having the composition shown in Table 1 was prepared using the apparatus shown in the figure and the method described above to a thickness of 0.
It was made into strips of 0.05 mm and width of 0.5 mm.

これを重量%に換算すると第1表の2の通りである。When converted to weight percent, it is as shown in Table 1, 2.

これらの条につき、機械特性の試験を行なった結果を第
2表に示す。
Table 2 shows the results of tests on mechanical properties of these strips.

なお比較のため高Cr系ステンレス405鋼(13%C
r1 機械特注を415に掲げる。
For comparison, high Cr stainless steel 405 steel (13%C
r1 Machinery special orders are listed in 415.

0.2%Al )の 第2表より判る如く、/I61〜14試料中Bを20原
子%と多く含有するA、 14試料は、10原子%と同
−Cr含有量の試料中降伏強さが400kg/maと最
高であり、硬さも1050Hvと最高であり、従来の鋼
における最大強さを持つピアノ線より優れている。
As can be seen from Table 2 of /I61-14 samples, A and 14 samples, which contain as much B as 20 at %, have the same yield strength as -Cr content of 10 at %. It has the highest hardness of 400 kg/ma and the highest hardness of 1050 Hv, which is superior to piano wire, which has the highest strength among conventional steels.

第3表は前記第1表に示す本発明の各種合金の結晶化温
度(℃)を示すが、Crを含有しないFe −C−P系
、およびFe −B−P系のアモルファス合金では結晶
化温度は410℃位であるのに比し、本発明の合金にあ
っては、Cr含有量が多くなると共に上昇し、Cr40
原子%では510℃に達する。
Table 3 shows the crystallization temperature (°C) of various alloys of the present invention shown in Table 1 above. The temperature is about 410°C, whereas in the alloy of the present invention, it increases as the Cr content increases, and the temperature reaches Cr40°C.
At atomic %, it reaches 510°C.

本発明の合金において成分を限定する理由を以下に述べ
る。
The reasons for limiting the components in the alloy of the present invention will be described below.

Crはアモルファス合金の機械特性および、耐熱性を改
善する効果をもち、■原子%未満ではその効果が小さく
、一方40原子%を越えると急冷凝固させてもアモルフ
ァス合金を得ることが困難である。
Cr has the effect of improving the mechanical properties and heat resistance of an amorphous alloy, and if it is less than 2 atomic %, the effect is small, while if it exceeds 40 atomic %, it is difficult to obtain an amorphous alloy even if it is rapidly solidified.

Pを33原子%以下含有させるとアモルファス組織とな
し得るC及びBの合計量の組成範囲の下限をさらに低く
することができることが判った。
It has been found that by containing P at 33 atomic % or less, the lower limit of the composition range of the total amount of C and B that can form an amorphous structure can be further lowered.

この場合C及びBの合計量を2〜35原子%に限定する
理由はC及びBの合計量が2原子%未満においてアモル
ファス合金を得ることができず、前記両元素の合計量が
35原子%を越えるとまたアモルファス合金を得ること
ができない。
In this case, the reason why the total amount of C and B is limited to 2 to 35 at.% is that an amorphous alloy cannot be obtained when the total amount of C and B is less than 2 at.%, and the total amount of both elements is 35 at.%. If the value exceeds 100%, an amorphous alloy cannot be obtained.

Pが33原子%を越えるとアモルファス合金を得ること
ができない。
If P exceeds 33 atomic %, an amorphous alloy cannot be obtained.

C,B及びPの合計量を7〜35原子%と限定するが、
この合計量が7原子%未満においてはアモルファス合金
を得ることができず、また前記合計量が35原子%を越
えると同様にアモルファス合金を得ることができない。
The total amount of C, B and P is limited to 7 to 35 at%,
If the total amount is less than 7 at %, an amorphous alloy cannot be obtained, and if the total amount exceeds 35 at %, an amorphous alloy cannot be obtained.

次に本発明の実施例について述べる。Next, embodiments of the present invention will be described.

実施例 I C5原子%、B55原子、P20原子%、Cr10原子
%、残部Feよりなる配合素材を原料とし、前記製造方
法によって完全なアモルファス組織を有する合金を得る
ことができた。
Example I Using a blended material consisting of 5 atomic % C, 55 atomic % B, 20 atomic % P, 10 atomic % Cr, and the balance Fe as raw materials, an alloy having a completely amorphous structure could be obtained by the above manufacturing method.

本合金の機械的特性のうち降伏強さは350kg/mi
、破壊強さ400kg/mA、伸び0.01%、硬さく
Hv)950であり、高Cr系ステンレス鋼に比し、極
めて優れた機械特性を有し、かつ結晶化温度は480℃
で優れた耐熱性を有していた。
Among the mechanical properties of this alloy, the yield strength is 350 kg/mi
, fracture strength 400 kg/mA, elongation 0.01%, hardness Hv) 950, and has extremely superior mechanical properties compared to high Cr stainless steel, and crystallization temperature is 480 ° C.
It had excellent heat resistance.

以上、本発明のFe−Cr 系アモルファス合金は、ク
ロムの添加によって強度が上昇するばかりでなく、しか
も耐熱性も上昇する利点を有する。
As described above, the Fe-Cr based amorphous alloy of the present invention has the advantage that the addition of chromium not only increases the strength but also increases the heat resistance.

一方C及びBの添加はアモルファス合金にするために必
要であり、さらにこれらにPを添加することによって、
C及びBの合計量の含有範囲の下限を拡大させることが
できる。
On the other hand, the addition of C and B is necessary to make an amorphous alloy, and by further adding P to these,
The lower limit of the content range of the total amount of C and B can be expanded.

一方CとP、またはBとPを添加した場合に比し、ある
程度急冷凝固条件を緩和できることは工業的生産におい
て特に有利である。
On the other hand, compared to the case where C and P or B and P are added, it is particularly advantageous in industrial production that the rapid solidification conditions can be relaxed to some extent.

すなわち本発明の組成範囲で機械的強度の優れたアモル
ファス合金が得られる。
That is, an amorphous alloy with excellent mechanical strength can be obtained within the composition range of the present invention.

本発明のアモルファス合金は細い条として製造可能であ
り、従来の実用金属材料では得られない高い強度を有す
る。
The amorphous alloy of the present invention can be manufactured as thin strips and has high strength that cannot be obtained with conventional practical metal materials.

従って本発明のアモルファス合金は、高い強度、耐熱性
を要求される製品、例えば車輪用タイヤ、ベルトなどの
ゴム、プラスチック製品に埋込まれる補強用コード、コ
ンクリート埋込用コードなどに適するものであり、又フ
ィルター、スクリーン、繊維との混紡用フィラメントな
どの用途に適する。
Therefore, the amorphous alloy of the present invention is suitable for products that require high strength and heat resistance, such as rubber for wheels, belts, reinforcing cords embedded in plastic products, cords embedded in concrete, etc. It is also suitable for uses such as filters, screens, and filaments for blending with fibers.

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

図は本発明のアモルファス合金を製造する装置の一例を
示す概略図である。 1・・・・・・石英管、2・・・・・・ノズル、3・・
・・・・原料金属、4・・・・・・加熱炉、5・・・・
・・回転ドラム、6・・・・・・モータ、7・・・・・
・銅板、8・・・・・・エアピストン、9・・・・・・
アルゴンガス。
The figure is a schematic diagram showing an example of an apparatus for producing the amorphous alloy of the present invention. 1...Quartz tube, 2...Nozzle, 3...
... Raw metal, 4 ... Heating furnace, 5 ...
...Rotating drum, 6...Motor, 7...
・Copper plate, 8... Air piston, 9...
argon gas.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 原子%として、Cr 1〜40%、C及びBをそれ
ぞれ0.01%以上合計で2〜35%、P33%以下を
含有し、かつC,B及びPの合計で7〜35%を含有し
、残部Feからなる耐熱性の優れた高力Fe−Cr系ア
モルファス合金。
1 In terms of atomic %, contains 1 to 40% of Cr, 0.01% or more of each of C and B and 2 to 35% in total, and 33% or less of P, and contains 7 to 35% of C, B, and P in total. A high-strength Fe-Cr-based amorphous alloy with excellent heat resistance, the balance being Fe.
JP20001482A 1982-11-15 1982-11-15 High strength Fe-Cr amorphous alloy Expired JPS5842260B2 (en)

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