JPS6350446A - 低熱膨張合金 - Google Patents
低熱膨張合金Info
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- JPS6350446A JPS6350446A JP61193384A JP19338486A JPS6350446A JP S6350446 A JPS6350446 A JP S6350446A JP 61193384 A JP61193384 A JP 61193384A JP 19338486 A JP19338486 A JP 19338486A JP S6350446 A JPS6350446 A JP S6350446A
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Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22C—ALLOYS
- C22C38/00—Ferrous alloys, e.g. steel alloys
- C22C38/08—Ferrous alloys, e.g. steel alloys containing nickel
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Soft Magnetic Materials (AREA)
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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。
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〕
本発明は一50〜120℃の温度下で1.5×10−’
/”C以下の平均熱膨張係数を示す低熱膨張合金に関す
るものである。
/”C以下の平均熱膨張係数を示す低熱膨張合金に関す
るものである。
近年加工を含む技術の微細化が進み、ミクロンもしくは
サブミクロンレベルの寸法管理を必要とするケースが増
えつつある。物質は一般に温度とともに膨張、収縮する
ので、サブミ・クロンレベルの寸法管理をするには、 (1)周囲の環境を恒温に保つ (2)広い温度域にわたり低熱膨張を維持する材料の使
用 のいずれか、もしくは両方の条件を満すことが必要とな
る。後者の例として、鉄系合金においては36Ni系の
通称インバー材と、これを改良した31Ni−5Co系
の通称スーパーインバー材が良く知られており、市販の
材料ではインバーでα。−8゜。
サブミクロンレベルの寸法管理を必要とするケースが増
えつつある。物質は一般に温度とともに膨張、収縮する
ので、サブミ・クロンレベルの寸法管理をするには、 (1)周囲の環境を恒温に保つ (2)広い温度域にわたり低熱膨張を維持する材料の使
用 のいずれか、もしくは両方の条件を満すことが必要とな
る。後者の例として、鉄系合金においては36Ni系の
通称インバー材と、これを改良した31Ni−5Co系
の通称スーパーインバー材が良く知られており、市販の
材料ではインバーでα。−8゜。
≦2 X 10−’/’C、スーパーインバーでα。、
。。
。。
≦I X 10−’/l’の平均熱膨張係数となってい
る。
る。
市販の鉄系合金中、最も低熱膨張率を示すスーパーイン
バー材は本部においても近年かなりの量が生産されてい
るが全て鍛圧材としての供給となっている。ところが用
途が拡がり生産量が増すにつれ、使用環境および生産性
の両面で問題点が出てきた。
バー材は本部においても近年かなりの量が生産されてい
るが全て鍛圧材としての供給となっている。ところが用
途が拡がり生産量が増すにつれ、使用環境および生産性
の両面で問題点が出てきた。
スーパーインバー材の安定な組織はオーステナイト単相
であるが、低熱膨張を示す化学成分組成が高温からの冷
却時マルテンサイト変態を生じる近傍の組成となってお
り、僅かの化学成分変動によってマルテンサイトが発生
する危険性を有している。
であるが、低熱膨張を示す化学成分組成が高温からの冷
却時マルテンサイト変態を生じる近傍の組成となってお
り、僅かの化学成分変動によってマルテンサイトが発生
する危険性を有している。
またNiとCoの成分バランスによりマルテンサイト化
する温度(MS点)がかなり変動し、通常は一70℃以
下とされているが、特に低Ni側の組成では氷点近くま
でM8点が上昇する場合がある。
する温度(MS点)がかなり変動し、通常は一70℃以
下とされているが、特に低Ni側の組成では氷点近くま
でM8点が上昇する場合がある。
通常の用途では問題ないが、用途が拡大するにつれ氷点
以下の温度で使用される例も増えており、さらに近年国
際化に呼応して物質の輸送は航空貨物を利用することが
増えているが、高空に於ては飛行機の貨物室は−40℃
近くまで下がることが通例であり、輸送中にマルテンサ
イト変態を起こし熱膨張率が極端に大きくなる事故も散
見される様になってきた。このため鍛工品においても一
層の狭いレンジでの成分管理が必要となってきた。
以下の温度で使用される例も増えており、さらに近年国
際化に呼応して物質の輸送は航空貨物を利用することが
増えているが、高空に於ては飛行機の貨物室は−40℃
近くまで下がることが通例であり、輸送中にマルテンサ
イト変態を起こし熱膨張率が極端に大きくなる事故も散
見される様になってきた。このため鍛工品においても一
層の狭いレンジでの成分管理が必要となってきた。
他方、生産性の面からみると、スーパーインバー材は柔
いが代表的な難削材の一つで、素形状から最終製品まで
の機械加工工数も需要が増すにつれ必然的に増加してき
ており、主要需要数の間では加工工数を下げることが需
要な課題となりつつある。この点に鑑み最終形状に近い
形までロストワックス鋳造法等の鋳造法にて素材を作る
ことが検討されているが、鍛工品に比べ鋳造品はミクロ
偏析が大きく、量産性を有する手段にて実用化されるに
至っていない。従来の鍛工品化学成分規格内で鋳造品を
作っても、特にオーステナイト安定化元素であるNiに
おいて偏析値が大きく、部分的なNi値値化化部は常温
にて既にマルテンサイトが発生し、スーパーインバー材
としての機能を失なう場合が多い。本発明者らの研究で
も微視的にみるとNi冨化の箇所とNi貧化の箇所では
Ni重量%でその差が2.0〜2.5%生じる場合もあ
ることが確認されており、偏析の殆んど無い鍛工品での
Ni重量%管理が、広(でも2%の範囲であることを考
えると、鋳造品にて常温もしくは氷点以下僅かの深冷で
の局部的なマルテンサイト変態を防ぐのは困難であると
思われる。
いが代表的な難削材の一つで、素形状から最終製品まで
の機械加工工数も需要が増すにつれ必然的に増加してき
ており、主要需要数の間では加工工数を下げることが需
要な課題となりつつある。この点に鑑み最終形状に近い
形までロストワックス鋳造法等の鋳造法にて素材を作る
ことが検討されているが、鍛工品に比べ鋳造品はミクロ
偏析が大きく、量産性を有する手段にて実用化されるに
至っていない。従来の鍛工品化学成分規格内で鋳造品を
作っても、特にオーステナイト安定化元素であるNiに
おいて偏析値が大きく、部分的なNi値値化化部は常温
にて既にマルテンサイトが発生し、スーパーインバー材
としての機能を失なう場合が多い。本発明者らの研究で
も微視的にみるとNi冨化の箇所とNi貧化の箇所では
Ni重量%でその差が2.0〜2.5%生じる場合もあ
ることが確認されており、偏析の殆んど無い鍛工品での
Ni重量%管理が、広(でも2%の範囲であることを考
えると、鋳造品にて常温もしくは氷点以下僅かの深冷で
の局部的なマルテンサイト変態を防ぐのは困難であると
思われる。
本発明はかかる点を改良し、鋳造性を損うことなく鋳造
でき、深冷後の熱膨張特性がスーパーインバーとインバ
ーの間をうめる新規の低熱膨張合金を提供するものであ
る。
でき、深冷後の熱膨張特性がスーパーインバーとインバ
ーの間をうめる新規の低熱膨張合金を提供するものであ
る。
本発明者はかかる問題点を解決すべく鋳造材にて実験を
行った結果、31Ni−5Co系鉄合金にCを添加する
ことによりNtの偏析を小さくし、低熱膨張を示す必要
Ni量を低Ni側に移行させると共にその範囲が拡がり
、−50℃深冷後も安定したオーステナイト単相組織を
示すことを見い出し本発明をなすに至ったものである。
行った結果、31Ni−5Co系鉄合金にCを添加する
ことによりNtの偏析を小さくし、低熱膨張を示す必要
Ni量を低Ni側に移行させると共にその範囲が拡がり
、−50℃深冷後も安定したオーステナイト単相組織を
示すことを見い出し本発明をなすに至ったものである。
具体的には重量%でNi30.5〜33.3%、Co4
.0〜6.0%、Mn0.005〜067%、St 0
.005〜0.5%残部実質的にFeからなる合金に0
.02〜0.25%のCを弐%CI!!′3、0285
〜0.09362%Niに従って含有せしめたこと゛を
特徴とする低熱膨張合金である。
.0〜6.0%、Mn0.005〜067%、St 0
.005〜0.5%残部実質的にFeからなる合金に0
.02〜0.25%のCを弐%CI!!′3、0285
〜0.09362%Niに従って含有せしめたこと゛を
特徴とする低熱膨張合金である。
本発明において、CはM5点を下げオーステナイトを安
定化させるとともに、Niのミクロ偏析値を小さくし、
低熱膨張率を示す必要Nilの範囲を拡げながら低Ni
側に移行させる役目をしているが、0.02重量%未満
ではその効果がほとんど無いことと、0.25重重量を
越えると溶解中にCの沸騰が発生し易く溶解作業自体が
困難になり、且つ部分的に黒鉛の析出がみられることか
らその範囲を0.02〜0.25重量%とした。
定化させるとともに、Niのミクロ偏析値を小さくし、
低熱膨張率を示す必要Nilの範囲を拡げながら低Ni
側に移行させる役目をしているが、0.02重量%未満
ではその効果がほとんど無いことと、0.25重重量を
越えると溶解中にCの沸騰が発生し易く溶解作業自体が
困難になり、且つ部分的に黒鉛の析出がみられることか
らその範囲を0.02〜0.25重量%とした。
以下その他の合金成分の限定理由およびその効果につい
て具体的に説明する。
て具体的に説明する。
まずNiを30.5〜33.3重量%に限定したのは、
Niが30.5%未満ではオーステナイト相が不安定で
常温で既に部分的なマルテンサイト変態がみられること
と、C添加によりオーステナイト相の安定化を画っても
一50℃深冷にて安定した組織を示すのがC=0.25
重量%とC規制の上限値にあることによるNiが33.
3%を越えると他の化学成分の配合比にかかわらず平均
熱膨張係数α、。〜1□。
Niが30.5%未満ではオーステナイト相が不安定で
常温で既に部分的なマルテンサイト変態がみられること
と、C添加によりオーステナイト相の安定化を画っても
一50℃深冷にて安定した組織を示すのがC=0.25
重量%とC規制の上限値にあることによるNiが33.
3%を越えると他の化学成分の配合比にかかわらず平均
熱膨張係数α、。〜1□。
が1.5 x 10−”/lより大きくなるので上限は
33.3%に規制した。
33.3%に規制した。
Coは低熱膨張を示す範囲を拡大させる効果を有すが、
4.0未満であれば効果が薄く、またCoを4、0%未
満とすると必要Ni値は33.5%以上となり低熱膨張
率が期待できず、6.0%を越えると逆に合金が不安定
になることから4.0〜6.0重量%とじた。
4.0未満であれば効果が薄く、またCoを4、0%未
満とすると必要Ni値は33.5%以上となり低熱膨張
率が期待できず、6.0%を越えると逆に合金が不安定
になることから4.0〜6.0重量%とじた。
Siは増加するにつれ熱膨張率を悪化させ、低熱膨張か
ら高熱膨張に移る変位点も下ってくるので含有量として
は少ない方が好ましいが鋳造品の見地からは脱酸剤とし
て少量添加すべきであり、同時に渦流れを改善する目的
からも熱膨張率に悪影響をおよぼさない0.50%以下
とした。0.005%未満は不可避不純物の範晴に入る
ものでもあり、前記本合金の製造条件から実用的でない
。
ら高熱膨張に移る変位点も下ってくるので含有量として
は少ない方が好ましいが鋳造品の見地からは脱酸剤とし
て少量添加すべきであり、同時に渦流れを改善する目的
からも熱膨張率に悪影響をおよぼさない0.50%以下
とした。0.005%未満は不可避不純物の範晴に入る
ものでもあり、前記本合金の製造条件から実用的でない
。
MnもSiと同様変位点を低下させるとともに熱膨張率
を悪化させるが、その割合はStより小さく、熱膨張率
におよぼす影響がSi0.5重量%に相当する0、70
重量%で上限を規制した。下限を0.005重景0とし
たのはMnもSi同様脱酸剤として少量の添加をするの
が好ましく、また脱硫剤としての効果も期待できること
から0.005%未満は製造上実用的でないことによる
。
を悪化させるが、その割合はStより小さく、熱膨張率
におよぼす影響がSi0.5重量%に相当する0、70
重量%で上限を規制した。下限を0.005重景0とし
たのはMnもSi同様脱酸剤として少量の添加をするの
が好ましく、また脱硫剤としての効果も期待できること
から0.005%未満は製造上実用的でないことによる
。
以下本発明を実施例により説明する。
第1表に示す組成の合金を高周波誘導溶解炉にて溶解し
、ロストワックス精密鋳造法により製作した鋳型に鋳造
した。木表で、Δ印は%Cの式を満足しないものである
。鋳型には 15xlOO鶴の試験片が採取できるよう
にし、鋳造ののち鋳型材を除去し、ついで個々の試験片
の湯口を切断、研摩にて仕上げたものを1050℃×1
時間保持後空冷処理、並びに−50℃のドライアイス+
エチルアルコール中に20分間浸漬する深冷処理を施し
た。この状態から熱膨張測定用試験片と、ミクロ!織観
察用の試料を削り出したのち両者同時に120℃×4時
間加熱保持後空冷の処理を行った。
、ロストワックス精密鋳造法により製作した鋳型に鋳造
した。木表で、Δ印は%Cの式を満足しないものである
。鋳型には 15xlOO鶴の試験片が採取できるよう
にし、鋳造ののち鋳型材を除去し、ついで個々の試験片
の湯口を切断、研摩にて仕上げたものを1050℃×1
時間保持後空冷処理、並びに−50℃のドライアイス+
エチルアルコール中に20分間浸漬する深冷処理を施し
た。この状態から熱膨張測定用試験片と、ミクロ!織観
察用の試料を削り出したのち両者同時に120℃×4時
間加熱保持後空冷の処理を行った。
熱膨張率は一20℃から120”Cまで3°C/分の昇
温スピードにて測定し、その間の平均熱膨張係数として
計算により求めた。その結果を第2表に示す。なお、第
1表と第2表において試料迎はそれぞれ対応する。
温スピードにて測定し、その間の平均熱膨張係数として
計算により求めた。その結果を第2表に示す。なお、第
1表と第2表において試料迎はそれぞれ対応する。
ミクロ組織は検鏡面をパフ研摩し、王水酢酸にて腐食し
たものを100倍の倍率で観察し、マルテンサイト発生
の有無を調べその結果を第2表に示した。またミクロ組
織観察後、同テストピースをEPMAにてNiのライン
分析と微小部の定量分析を行いNiの偏析量を測定した
。その結果も第2表に併記する。
たものを100倍の倍率で観察し、マルテンサイト発生
の有無を調べその結果を第2表に示した。またミクロ組
織観察後、同テストピースをEPMAにてNiのライン
分析と微小部の定量分析を行いNiの偏析量を測定した
。その結果も第2表に併記する。
木表のうち重量%でSi0.10〜0.20%・Mn0
.15〜0.25%、Co5.0〜5.30%のものを
抽出し、図面上にCおよびNiの影響をまとめた。ここ
で直線aは一50℃の深冷処理によるマルテンサイト生
成の境界を示すもので、%C≧3.0285−0.09
36x%Niで表される。
.15〜0.25%、Co5.0〜5.30%のものを
抽出し、図面上にCおよびNiの影響をまとめた。ここ
で直線aは一50℃の深冷処理によるマルテンサイト生
成の境界を示すもので、%C≧3.0285−0.09
36x%Niで表される。
第2表および図から、本発明材は従来の鍛圧材に比し、
Ni値のミクロ偏析量が小さくなり、且つ低熱膨張を示
すNt成分範囲が低Ni側に移行するとともに拡大する
ことが判る(すなわち線すおよびCが左に高い傾斜を有
する)。図より従来の鍛圧材の成分範囲における鋳造材
では一50℃深冷後も組織が安定で且つα−2゜〜1□
。≦lXl0−’を満足するNi範囲が範囲gで示すよ
うに僅か約0.3%しかないが、本発明鋳造材では代表
c(Jo、15%でみると範囲りで示すように前記熱膨
張係数を満足するNi範囲は約1.0%と拡大すること
が判る。
Ni値のミクロ偏析量が小さくなり、且つ低熱膨張を示
すNt成分範囲が低Ni側に移行するとともに拡大する
ことが判る(すなわち線すおよびCが左に高い傾斜を有
する)。図より従来の鍛圧材の成分範囲における鋳造材
では一50℃深冷後も組織が安定で且つα−2゜〜1□
。≦lXl0−’を満足するNi範囲が範囲gで示すよ
うに僅か約0.3%しかないが、本発明鋳造材では代表
c(Jo、15%でみると範囲りで示すように前記熱膨
張係数を満足するNi範囲は約1.0%と拡大すること
が判る。
更にα−2゜〜1□。≦1.5 X 10−b/’Cま
で熱膨張係数の仕様を緩めると従来材で1.0%Niの
範囲であるが、0.15 C%においては2.0%まで
拡大し、量産で充分管理が可能なレベルとなることが判
る。
で熱膨張係数の仕様を緩めると従来材で1.0%Niの
範囲であるが、0.15 C%においては2.0%まで
拡大し、量産で充分管理が可能なレベルとなることが判
る。
以上説明したように本発明合金は、31Ni−5Co系
の鉄合金に適量のCを添加することにより、Niのミク
ロ偏析を減少させ、低熱膨張率を示すNiの成分範囲を
実質的に量産できる水準まで拡げる利点を有し、特に鋳
造材に量産性を付与したことで従来の鍛圧素材にとって
かわるものとして、低熱膨張合金の量産、低コスト化を
推進する見地から工業上顕著な効果を有するものである
。しかし本発明の合金は、鋳造材としても、添加Ni量
の低減、成分狙い範囲の拡大等の利益を持たらすもので
ある。
の鉄合金に適量のCを添加することにより、Niのミク
ロ偏析を減少させ、低熱膨張率を示すNiの成分範囲を
実質的に量産できる水準まで拡げる利点を有し、特に鋳
造材に量産性を付与したことで従来の鍛圧素材にとって
かわるものとして、低熱膨張合金の量産、低コスト化を
推進する見地から工業上顕著な効果を有するものである
。しかし本発明の合金は、鋳造材としても、添加Ni量
の低減、成分狙い範囲の拡大等の利益を持たらすもので
ある。
第1図は、実験に供した本発明合金および関連合金を、
その%C1%Niについてプロットするとともに、それ
らの深冷処理によるマルテンサイト生成状況、熱膨張係
数の関係を併せて表示したものである。 N i I ”/s□ 手続補正書(目側 昭和62年11 月13 日
その%C1%Niについてプロットするとともに、それ
らの深冷処理によるマルテンサイト生成状況、熱膨張係
数の関係を併せて表示したものである。 N i I ”/s□ 手続補正書(目側 昭和62年11 月13 日
Claims (1)
- 重量%にて、Ni30.5〜33.3%、Co4.0〜
6.0%、Mn0.005〜0.70%、Si0.00
5〜0.50%残部実質的にFeよりなる合金に、Cを
0.02〜0.25%で、かつ%C≧3.0285−0
.0936×%Niの相関式を満足するように含有せし
めたことを特徴とする低熱膨張合金(ただし%Cおよび
%NiはそれぞれCおよびNiの重量%)。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61193384A JPS6350446A (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 低熱膨張合金 |
US07/160,782 US4832908A (en) | 1986-08-19 | 1988-02-19 | Low thermal expansion cast alloy |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP61193384A JPS6350446A (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 低熱膨張合金 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6350446A true JPS6350446A (ja) | 1988-03-03 |
Family
ID=16307034
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP61193384A Pending JPS6350446A (ja) | 1986-08-19 | 1986-08-19 | 低熱膨張合金 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4832908A (ja) |
JP (1) | JPS6350446A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005207869A (ja) * | 2004-01-22 | 2005-08-04 | Mitsubishi Electric Corp | 赤外線検出器 |
US7404733B2 (en) | 2004-03-03 | 2008-07-29 | Lg Electronics Inc. | Device and method for coupling a battery to a mobile terminal |
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JP2016027188A (ja) * | 2014-07-02 | 2016-02-18 | 新報国製鉄株式会社 | 低熱膨張鋳鋼品及びその製造方法 |
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-
1986
- 1986-08-19 JP JP61193384A patent/JPS6350446A/ja active Pending
-
1988
- 1988-02-19 US US07/160,782 patent/US4832908A/en not_active Expired - Lifetime
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Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US4832908A (en) | 1989-05-23 |
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