JPWO2019044093A1 - 低温安定性に優れる低熱膨張合金、その製造方法、低熱膨張合金粉末、および積層造形部材 - Google Patents
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Abstract
Description
C:0.05%以下、
Si:0.4%以下、
Mn:0.5%以下、
Ni:32.5〜34.5%、
Co:2.0〜4.5%を含有し、
かつNi+0.78Co:35.5〜36.5%であり、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、デンドライト2次アーム間隔が5μm以下である凝固組織を有し、10〜40℃の平均熱膨張係数が0±0.5ppm/℃の範囲で、かつMs点が−100℃以下である、低熱膨張合金。
上記特許文献3に記載されるように、Fe-Ni-Co系低熱膨張合金のMs点を決定する最大の要因はNiの含有量であるが、それを事実上支配するのはNi負偏析部である。すなわち、Niの負偏析部はオーステナイト相が不安定になり、その部分のMs点が平均組成の合金より高温側に変化するため、Ni負偏析部が優先的にマルテンサイトを生成する。
本発明は、このような知見に基づいて完成されたものである。
なお、以下の説明において、特に断わらない限り成分における%表示は質量%、αは10〜40℃の平均熱膨張係数である。
C:0.05%以下
Cは低熱膨張合金のαを著しく増加させる元素であり、Cは低いことが望ましい。従来合金のSIでは0.02%以下のCとする例が多いが、後述する製造条件によれば0.05%までのCを許容することができる。しかし、それを超えて含有すると、後述する製造条件によってもαが0±0.5ppm/℃の範囲を超えるため、C含有量を0.05%以下とする。
Siは合金中の酸素を低減する目的で添加する元素である。しかし、その含有量が0.4%超ではCと同様にαの増加が無視できなくなる。したがって、Si含有量を0.4%以下とする。
MnはSiと同様に脱酸に有効な元素であるが、その含有量が0.5%を超えるとαの増加が大きくなる。したがって、Mn含有量を0.5%以下とする。
Niは合金の基本的なαを決定する元素である。αを0±0.5ppm/℃の範囲にするためには、Co量に応じて後述の範囲に調整する必要がある。またNiは本発明の低熱膨張合金のMs点を決定する上で最も重要な元素である。Niが32.5%未満、または34.5%超では、Co量に応じた範囲および後述する製造条件によってもαが0±0.5ppm/℃の範囲でかつ、Ms点を−100℃以下にすることは困難である。したがって、Niの含有量を32.5〜34.5%の範囲とする。
CoはNiとともにαを決定する重要な元素であり、しかもNi単独添加の場合より小さなαを得るためには不可欠な元素である。しかし、2.0%未満、または4.5%超では後述のNi量とCo量を調整してもαが0±0.5ppm/℃の範囲を超える。したがって、Coの含有量を2.0〜4.5%の範囲とする。
Fe−Ni−Co合金は、前記のNi量、Co量の範囲でかつ、Ni+0.78×Coで表されるNi当量(Nieq.)が一定範囲において顕著な低熱膨張性が得られる。Ni当量は、35.5%未満でも、36.5%超でも、αが0±0.5ppm/℃の範囲の低熱膨張性が得られなくなる。したがって、Ni当量であるNi+0.78Coを35.5〜36.5%の範囲とする。
本発明の低熱膨張合金の製造方法は、DASが5μm以下の凝固組織が得られる溶融・凝固条件を実現できれば、いずれの方法も適用可能である。
E=P/(V×S×T)
P:ビーム出力(W)、V:スキャン速度(mm/sec.)、S:走査ピッチ(mm)、T:積層厚さ(mm)
表1に示す化学成分および組成の合金について、積層造形、ならびに、砂型および純銅型への鋳造を行い試料を作製した。
R=(DAS/709)1/-0.386 ・・・(1)
R:冷却速度(℃/min.)、DAS:デンドライト2次アーム間隔(μm)
文献1:「鋳鋼の生産技術」P378、素形材センタ―
文献2:「鋳物」、第63巻(1991)第11号、P915
文献3:「鋳造工学」、第68巻(1996)第12号、P1076
文献4:「素形材」、Vol.54(2013)No.1、P13
Claims (6)
- 質量%で、
C:0.05%以下、
Si:0.4%以下、
Mn:0.5%以下、
Ni:32.5〜34.5%、
Co:2.0〜4.5%を含有し、
かつNi+0.78Co:35.5〜36.5%であり、
残部がFeおよび不可避不純物からなり、デンドライト2次アーム間隔が5μm以下である凝固組織を有し、10〜40℃の平均熱膨張係数が0±0.5ppm/℃の範囲で、かつMs点が−100℃以下である、低熱膨張合金。 - 請求項1に記載の組成を有する低熱膨張合金の粉末を準備する工程と、
前記粉末をレーザーまたは電子ビームによって、溶融・凝固させて積層造形する工程と、
を有する、低熱膨張合金の製造方法。 - エネルギー密度350J/mm3以上で溶融、凝固させることを特徴とする請求項2に記載の低熱膨張合金の製造方法。
- 請求項1に記載の組成を有する合金粉末であって、レーザーまたは電子ビームによって、溶融・凝固させて積層造形することにより、デンドライト2次アーム間隔が5μm以下である凝固組織を有し、10〜40℃の平均熱膨張係数が0±0.5ppm/℃の範囲で、かつMs点が−100℃以下である、低熱膨張合金が製造される、合金粉末。
- 請求項1に記載の低熱膨張合金で構成された、積層造形部材。
- 請求項1に記載の組成を有する低熱膨張合金の粉末を、レーザーまたは電子ビームによって、溶融・凝固させて積層造形してなる、積層造形部材。
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