JPS62250141A

JPS62250141A - ほう化処理用Ｎｉ基合金

Info

Publication number: JPS62250141A
Application number: JP9381286A
Authority: JP
Inventors: Fukuhisa Matsuda; 松田　福久; Kazuhiro Nakada; 一博中田; Shigeru Kitani; 滋木谷
Original assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Current assignee: Nippon Stainless Steel Co Ltd
Priority date: 1986-04-23
Filing date: 1986-04-23
Publication date: 1987-10-31
Also published as: JPH0366379B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、Ｎ１基合金、特にほう化処理が可能なＮｉ基
合金に関する。

また、本発明は別の観点からは、Ｎｉ基合金のほう化処
理を促進させる方法に関する。

（従来の技術）各種の機械部品や工具は、硬さや耐摩耗性が要求される
ことが多く、このような要求に対応して材料の研究が行
われている。しかし、−ｉに硬くて耐摩耗性の良い材料
は加工が困難であるため、軟質材料を所定形状に成形加
工してから、加工後に表面硬化処理を施すことも研究さ
れている。

例えば、窒化鋼と呼ばれる特殊鋼は、成形加工の段階で
は硬化させずに、加工後にこれを窒化処理して表面硬化
させるごとにより耐摩耗性を向上させた機械部品が作ら
れている。また、ステンレス鋼を窒化させることによっ
ても、表面が著しく硬化することが知られている。これ
は、窒化鋼やステンレス鋼に含有されるＣ「やＡｔが窒
化処理によって窒化物となり、物品表面に硬い窒化層を
形成するためである。

しかし、窒化鋼やステンレス鋼のような鉄を主成分とす
る合金の場合は、合金中のＣｒが窒化物となって失われ
ることにより、窒化層直下の地金中のＣｒ４度が著しく
減少するため、耐食性が劣化し、鉄さびが発生しやすい
。

一方、金属ＮｉはＦｅに比べてはるかに耐食性が優れて
おり、大気、淡水および海水中ではほとんど腐食しない
。また、加工性も比較的良好であり、板、棒、綿などの
形に加工することができる。しかし、金＠　Ｎ　ｉは窒
化が極めて困難であるため、通常の方法では表面に窒化
物層を形成させることはできない。

また、金属Ｎｉは、ほう化処理によってその表面にほう
化物を含む硬化層を生成することも知られているが、そ
の硬さはｌｌｖ　８００程度であり、さらに硬度の高い
表面が得られれば、耐摩耗性向上にとって顕著な効果を
示すことはいうまでもない。

（発明が解決しようとする問題点）本発明者らは、金属Ｎｉが板、棒、線の形に加工可能な
こと、およびほう化処理により表面硬化してｌｌｖ　８
００以上の硬さが得られることに着目し、ほう化処理に
より非常に硬い表面を得ることができるＮｉ基合金の開
発に着手した。

（問題点を解決するための手段）ここに、未発明打らは、Ｔｉ、　Ｎｂ、　５ｉＳＺｒ、
ｌｌｆ、ＭｏおよびＴａの少なくとも１種を適γ添加す
ることにより、金属Ｎｉをほう化処理した場合に非常に
硬くなることを見出し、本発明を完成した。

よって、本発明の要旨とするところは、重量％で、Ｔｉ　：　０．１　＝１５％、　　Ｎｂ　：　０．２〜
２０％、Ｓｉ　：　０．２〜１０％、　　Ｚｒ：０．０
５〜５％、１１ｆ　：　０．０５〜５％、　　Ｍｏ　：
　０．２５〜２５％、およびＴａ　：　０．１〜１５％の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１種のみ
を含有する場合には、含有■の下限はそれぞれ、Ｔｉ　
：　０．２％、Ｎｂ：０．４％、Ｓ’ｔ：０．４％、２
「：０．１　％、ｎｒ：ｏ、ｔ％、Ｍｏ：０．５％、そ
してＴａ　：　０゜２％であり、残部実質的にＮｉから
成る、ほう化処理用Ｎｉ基合金である。

Ｔｉ、　Ｎｂ、　ＳＬ、　Ｚｒ、　Ｈｆ、　Ｍｏおよび
Ｔａはほう化物を形成することは公知であるが、本発明
によればその形成は母地がＮｉということから、著しく
容易となるばかりでなく、ほう素の拡散速度が大きいた
め、たとえばＴｉの場合のように母地がＦｅの場合と比
較してＮｉの場合には、その拡散はほとんど起こらず、
したがって、ほう化処理後も、ほう化物層直下にＴｉ欠
乏層の形成も行なわれない。

（作用）本発明において、Ｎｉへの各添加元素の添加ｍを上述の
ように数値限定した理由は次の通りである。

前記添加元素はいずれもほう化処理によってほう化物を
形成して表面硬化を促進する作用を有するものであるが
、その他それぞれについて追加的特性の改善が行なわれ
るのであって、実際の合金組成の決定に当ワては、表面
硬化の程度とその他の特性改善の効果とを考慮するので
ある。なお、本明細書中において、％は特に指定のない
限り重量％である。

ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（ｌｌｆ）　：Ｚｒ
およびＨＥはＮｉ基合金を著しくほう化されやすくする
働きをする元素である。添加量が多いほどその効果が大
きくなる傾向を示すが、それぞれ５％より多くなると合
金の加工性が著しく劣化する。また、単独添加で０．１
％未満、複合添加で０．０５％未満では、添加の効果が
認め難い。

好ましくは０．５〜３．０％である。

チタン（Ｔｉ）、タンクル（Ｔａ）　：Ｔｉ、　Ｔａは
Ｚ「、Ｈｆと同様の働きをする。ＴｉおよびＴａは添加
量が１５％を超えると加工性の劣化が著しく、またそれ
ぞれ単独添加で０．２％未満、複合添加で０，１％未満
では所望の効果が得られない。好ましくはそれぞれ１．
０〜１０．０％である。

ニオブ（Ｎｂ）　：Ｎｂは表面硬化ばかりでなく、母地の耐食性、強度の改
善作用を示す、ただし、Ｎｂ、Ｂ独で０．４％未満、複
合添加で０．２％未満ではその効果が認められず、また
２０％を超えるＮｂは加工性の劣化を招く。好ましくは
２．０〜１５．０　　％である。

ケイ素（Ｓｉ）　：Ｓｌは、表面硬化とともに母地の耐熱性改善の働きをす
る。この効果を得るには、単独で０．４％以上、複合添
加で０．２％以上のＳｉが必要であり、一方、１０％を
超えるＳｉは加工性の劣化を引き起こす。好ましくは２
．０〜７．０％である。

モリブデン（Ｍｏ）　：ＭｏはＮｉ基合金のほう化処理性を向上させるとともに
、耐食性をさらに向上させる効果もあるが、その効果を
十分に発揮するには単独で０．５％以上、複合添加では
０．２５％以上のＭｏを添加する必要がある。しかし、
２５％を超えるＭｏを添加すると加工性が劣化し、コス
ト高にもなるので、上限を２５％とした。好ましくは３
．０〜２０．０％である。

本発明にあっては、上述の各合金元素の少なくとも１種
が添加されるが、それ以外の元素についても、コスト低
減の目的でＦｅ、　Ｃｕｓ　Ｍｎをそれぞれ２０％以下
の世で含有させることができる。ただし、これらの元素
は表面硬化に対する効果は少なく、添加によって加工性
や耐食性に著しい悪影響をおよぼさないように配慮が必
要である。さらに、ＶおよびＣｏも表面硬化の効果を示
すので、それぞれ２０％以下および３０％以下含存させ
てもよい。しかし、この星を超えると、加工性が劣化す
る。

また、鋳塊の気孔（ブローホール）発生防止の目的で加
えられるＡ１やＳｉが酸化物などの非金属介在物の形で
倣尾に残存する場合や、原材料や炉材材中のｒ＞、ｓ、
ｃが混入した場合も、本発明にあってその範囲に含まれ
ることはいうまでもない。

本発明で「ほう化処理用」と呼んでいるのは、ほう化処
理によってほう化されやすいことを意味しており、羊に
表面がほう化されて硬くなることだけでなく、ほう素が
表面から内部へ拡散し、その結果として材料の硬度や強
度が上昇することも含んでいる。

したがって、本発明はその態様として、重量％で、Ｔｉ　：　０．１　”１５％、　　Ｎｂ　：　０．２〜
２０％、Ｓｉ　：　０．２〜１０％、　　Ｚｒ　：　０
．０５〜５　％、１１ｆ　：　０．０５〜５％、　　門
ｏ：ｏ、２５〜２５％、およびＴａ　：　０．１〜１５
％の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１種のみ
を含有する場合には、含有量の下限はそれぞれ、Ｔｉ　
：　０．２％、Ｎｂ　：　０．４％、Ｓｉ　：　０．４
％、Ｚｒ：０．１％、Ｈｆ：０．１％、Ｍｏ：０．５％
、そしてＴａ　：　０゜２％であり、残部実質的にＮｉ
から成る組成のＮｉ基合金を、所定物品の形状に成形後
、その表面からほう素を浸透、拡散させる、ほう化処理
方法をも包含する。

なお、本発明の実施例では、ほう化処理の方法として、
ほう素粉末と一緒に過熱する「固体法」のみを例示して
いるが、本発明にかかるＮｉ基合金はほう素含有塩によ
る「溶融塩浴法」や、Ｂｃ＋。

ガスなどによる「気体法」によってもほう化されやすい
ことは言う゛までもない。これは、ほう化反応が合金成
分とほう素との反応であり、かつ合金内部へのほう素の
拡散の速さもその合金固有のものであるところから、ほ
う化のされやすさは、ほう素の供給形態にかかわらず、
はとんどその合金固有の性質に依存するからである。

次に実施例により本発明をさらに説明する。

実施例高周波有効加熱真空溶解法により第１表に示す組成の合
金を溶製し、鍛造により厚さｌＱｓｍの板としたのち、
９００℃で１５分間熱処理し、空冷した。

これより、厚さ２ｍｓ×長さ１０ｍｍＸ幅１０ｍｍの試
験片を切り出して、黒鉛るつぼ中の非晶質ポロン粉末中
に埋め込み、Ａｒガスを流しながら９５０℃で３時間加
熱しζほう化処理した。ほう化処理終了後、黒鉛るつぼ
を加熱炉から出して冷却し、試験片を取り出して切断し
、ほう化層の硬さを、マイクロビッカース硬度計を用い
て荷重２５０ｇで測定することにより調べた。耳割れは
、最大割れ長さ５１１１１１以下の場合を八、最大割れ
長さｌ（１ｗｍ以下の場合をＢで評価したが、いずれの
場合にも実用上は支障のないものであった。

ほう化層の硬さの試験結果も第１表に併せて示ず。Ｔｉ
、　Ｎｂ、　Ｓｉ、　Ｚｒ、１１「および−〇の少な（
とも１種を添加した本発明合金（Ｎａ　１−１８）は、
これらの合金元素を含まない比較合金（Ｎ１１９〜２０
）に比べてほう化層の硬さが大きいことが示された。

Ｔｉ、Ｎｂなどの添加量が多い比較合金（Ｉｋ２１〜２
７）は、加工性が極めて悪く、鍛造による加工ができず
、ほう化処理の試験片が作れなかった。

次に、上述の各添加元素について、前述のほう化処理を
くり返して、その添加量と表面硬化の関係を求めた。

ほう化層の硬さは添加元素の量が増すほど増加するが、
その程度は元素によって異なり、これを図示すると第１
図にようになる。

第１表第１表　（続き）（発明の効果）以上詳述したように、本発明はほう化処理用のＮｉ基合
金を提供するものであり、本発明によれば、次のような
利益がＩ）られる。

（１）　Ｎｉ金属のもつ加工性の良さが十分に発揮され
て、管、線にはもちろん、複雑な形状の物品にも成形で
きるとともに、その物品の所要箇所に耐摩耗性を改良す
る処理をすることができる。

（２）上記物品についてもその添加成分を適宜選ぶこと
により、すぐれた耐摩耗性とともに改善された耐食性あ
るいは強度等を組合せて備えたものが得られる。

（３）ほう化処理した場合、ほう素の拡散速度が早いた
め、表面部において添加成分の欠乏した層の形成が十分
阻止され、たとえ仮りに形成しても、基地のＮｉ金属に
よって耐食性、高温強度は補償される。

（４）その他、強度上昇や振動特性の改善等も考えられ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、Ｎｉへの各種合金元素の添加量とほう化層の
硬さの関係を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】重量％で、Ｔｉ：０．１〜１５％、Ｎｂ：０．２〜２０％、Ｓｉ：
０．２〜１０％、Ｚｒ：０．０５〜５％、Ｈｆ：０．０
５〜５％、Ｍｏ：０．２５〜２５％、およびＴａ：０．
１〜１５％の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１種のみ
を含有する場合には、含有量の下限はそれぞれ、Ｔｉ：
０．２％、Ｎｂ：０．４％、Ｓｉ：０．４％、Ｚｒ：０
．１％、Ｈｆ：０．１％、Ｍｏ：０．５％、そしてＴａ
：０．２％であり、残部実質的にＮｉから成る、ほう化
処理用Ｎｉ基合金。