JPWO2020149787A5 - - Google Patents
Download PDFInfo
- Publication number
- JPWO2020149787A5 JPWO2020149787A5 JP2021541130A JP2021541130A JPWO2020149787A5 JP WO2020149787 A5 JPWO2020149787 A5 JP WO2020149787A5 JP 2021541130 A JP2021541130 A JP 2021541130A JP 2021541130 A JP2021541130 A JP 2021541130A JP WO2020149787 A5 JPWO2020149787 A5 JP WO2020149787A5
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- less weight
- weight
- temperature
- product
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 132
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 90
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 90
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 79
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 63
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 51
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims description 51
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 50
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 45
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 43
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 claims description 43
- LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N vanadium atom Chemical compound [V] LEONUFNNVUYDNQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 43
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 42
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 claims description 42
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 claims description 42
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims description 39
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 36
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 33
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 33
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 33
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 32
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 21
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 claims description 20
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 14
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 12
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 9
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 9
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims description 8
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 8
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 claims description 3
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000010421 standard material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000047 product Substances 0.000 description 111
- 239000000463 material Substances 0.000 description 48
- 150000001247 metal acetylides Chemical class 0.000 description 35
- 230000008569 process Effects 0.000 description 18
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 11
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 10
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 10
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 9
- 238000005496 tempering Methods 0.000 description 9
- 238000001878 scanning electron micrograph Methods 0.000 description 8
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 6
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 5
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 5
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 5
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 4
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical compound [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 229910000997 High-speed steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 3
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 description 3
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 3
- 238000004663 powder metallurgy Methods 0.000 description 3
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 2
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 2
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 2
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 2
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005098 hot rolling Methods 0.000 description 2
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 2
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 2
- 229910001105 martensitic stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000012768 molten material Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 2
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 2
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000005491 wire drawing Methods 0.000 description 2
- 229910000640 Fe alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007545 Vickers hardness test Methods 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 1
- -1 chromium carbides Chemical class 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 229910052681 coesite Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 229910052906 cristobalite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000445 field-emission scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 1
- 238000013100 final test Methods 0.000 description 1
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 1
- 238000007542 hardness measurement Methods 0.000 description 1
- 229910001385 heavy metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 1
- 238000000462 isostatic pressing Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000000847 optical profilometry Methods 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 1
- 238000010583 slow cooling Methods 0.000 description 1
- 239000002002 slurry Substances 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000010561 standard procedure Methods 0.000 description 1
- 229910052682 stishovite Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000011282 treatment Methods 0.000 description 1
- 229910052905 tridymite Inorganic materials 0.000 description 1
Description
本発明は、高硬度を有する鉄系合金の3D印刷製品に関する。3D印刷製品は、3D印刷から得られた製品が熱間等方圧加圧(Hot Isostatic Pressure:HIP)中に処理され、焼き入れられる炉を使用して硬化させる。 The present invention relates to 3D printed products of iron-based alloys with high hardness. 3D printed products are cured using a furnace in which the products resulting from 3D printing are treated during Hot Isostatic Pressure (HIP) and hardened.
今日、粉末冶金材料を作製する場合、いくつかの異なる手法が存在している。主要な方法の1つは、PM-HIP(粉末治金等方圧加圧)である。上記手法は、金属粉末を噴霧(造粒)し、この粉末を容器に入れ、この容器を封止すること、および、HIPのために封止された容器を、たとえば、標準プロセスにより、1120~1150℃、100MPaで典型的には3時間、曝すものである。その結果は、典型的には、さらに処理される必要がある固結材料ブロックである。 Several different approaches exist today for making powder metallurgy materials. One of the main methods is PM-HIP (Powder Metallurgy Isostatic Pressing). The above method involves spraying (granulating) a metal powder, placing the powder in a container, sealing the container, and converting the sealed container for HIP, for example, from 1120 to The exposure is typically 3 hours at 1150° C. and 100 MPa. The result is typically a block of consolidated material that needs to be further processed.
容器は、最終的な部分に必要な材料および形状に大きく依存する、異なる形状を有し得る。それは、材料がさらなる製造のための棒である場合には、標準的な円柱形状でもあり得る。 The container can have different shapes, largely depending on the material and shape required for the final part. It can also be a standard cylindrical shape, if the material is a rod for further manufacture.
後者の場合、たとえば、PM-HSS(粉末冶金高速鋼)の製造のために、材料ブロックは、その後、典型的には、最終の棒の寸法に鍛造されて圧延される。これらの棒は、その後、典型的には、軟化焼き戻しされ、その後、在庫へ輸送される。その後、それらは、歯車用ホブなどの必要な詳細の形状のために、ソフトマシニングが行われる作業場へ輸送される。しかし、ソフトマシニングの後、歯車用ホブの半加工品は、真空炉内で硬化させ、次いで、別の炉内で焼き戻される。そして最後に、硬化させた半加工品は、所望の表面公差を達成するための土台となり得る。 In the latter case, for example for the production of PM-HSS (powder metallurgy high speed steel), the material block is then typically forged and rolled to the final bar dimensions. These bars are then typically softened and tempered before being transported to inventory. They are then transported to the workshop where soft machining is carried out for the shape of the necessary details, such as gear hobs. However, after soft machining, the gear hob blank is hardened in a vacuum furnace and then tempered in another furnace. And finally, the hardened blank can serve as a basis for achieving the desired surface tolerances.
典型的には、軟化焼き戻しされた鋼棒のマシニング後、材料の硬化が行われる。PM-HSSの最も一般的な硬化プロセスの1つは、1180℃まで加熱し、保持時間中に、その温度のままであり、その後に25~50℃まで冷却し、最小冷却速度が、1000℃と800℃との間で7℃/sであることを保証するものである。その際に、硬化の後に焼き戻しが行われ、材料は、1時間(h)を超える保持時間で560℃まで繰り返し加熱され、繰り返しの間で25℃未満まで冷却される。 Typically, machining of the softened and tempered steel bar is followed by hardening of the material. One of the most common curing processes for PM-HSS is heating to 1180 °C, remaining at that temperature during the holding time, and then cooling to 25-50 °C, with a minimum cooling rate of 1000 °C. This guarantees a rate of 7°C/s between 800°C and 800°C. In this case, hardening is followed by tempering, and the material is repeatedly heated to 560° C. with holding times of more than 1 hour (h) and cooled to less than 25° C. between repetitions.
温度は当然、合金のタイプ、および硬度の目標に依存する。さらに、高精度ソフトマシニングが行われている場合に、応力緩和ステップ(通常、2時間(h)における600~700℃、および500℃までの徐冷、その後に、25℃までの冷却)を加えることが可能である。 The temperature will of course depend on the type of alloy and the hardness goal. In addition, if high-precision soft machining is being performed, a stress relaxation step (typically 600-700°C for 2 hours (h) and slow cooling to 500°C, followed by cooling to 25°C) is added. Is possible.
PM-HIPプロセスの結果は、粉末品質、組成、鍛造および圧延以外には、したがって、温度、圧力および時間の効果である。 The result of the PM-HIP process, besides powder quality, composition, forging and rolling, is therefore an effect of temperature, pressure and time.
HIPプロセスは、3D印刷された(付加製造された)金属合金に対しても、利用され得る。当該プロセスは、その場合、3D印刷プロセスによって結果として生じる孔を閉鎖する手法としての役割を果たし得る。プロセスは、その場合、全密度成分を保証する役割を果たす。3D印刷製品のHIPプロセスの後に、従来の硬化プロセスが、その後に、使用され得る。 The HIP process can also be utilized for 3D printed (additively manufactured) metal alloys. The process may then serve as a means to close the holes resulting from the 3D printing process. The process then serves to guarantee the total density component. After the HIP process of the 3D printed product, a conventional curing process may subsequently be used.
3D印刷、HIPおよび硬化プロセスの結果は、その場合、粉末品質、組成および3D印刷パラメータに加えて、さらに、温度、圧力および時間の結果である。それでもなお、この複数ステップのプロセスは、時間がかかる。 The outcome of 3D printing, HIP and curing processes is then a result of powder quality, composition and 3D printing parameters, as well as of temperature, pressure and time. Nevertheless, this multi-step process is time consuming.
本発明の目的は、従来技術の欠点を解消することである。したがって、本発明は、HIPおよび硬化が統合され、得られた材料が、予想外に、従来の手法でHIPおよび硬化させた材料と比較して、改善された機械的性質を有する方法を提供する。本発明は、より均一な炭化物サイズまたは炭化物面積分布を有する材料または製品を提供することをも目的とする。たとえば、材料の硬度は12%まで改善され、摩耗研究は7.5%、より低い摩耗率を明らかにした。さらに、硬度が増加しても、靭性は、従来の手法で処理されたサンプルと同様なままであった。これは、より高い炭素含有量を有する合金の場合に、より顕著である。 The aim of the invention is to overcome the drawbacks of the prior art. The present invention therefore provides a method in which HIP and curing are integrated and the resulting material unexpectedly has improved mechanical properties compared to materials HIPed and cured by conventional methods. . The present invention also aims to provide a material or product with a more uniform carbide size or carbide area distribution. For example, the hardness of the material was improved by 12%, and wear studies revealed a 7.5% lower wear rate. Furthermore, even though the hardness increased, the toughness remained similar to the conventionally processed samples. This is more pronounced for alloys with higher carbon content.
第1の態様では、本発明は、請求項1に記載の3D印刷製品に関する。 In a first aspect, the invention relates to a 3D printed product according to claim 1.
好ましい実施形態では、本発明は、金属マトリックス、および金属マトリックスに組み込まれる炭化物粒子を備える鉄系合金で形成される3D印刷製品であって;
上記合金が
炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;
鉄:バランス;
を含み、
上記合金は、
タングステン:2以上および13以下の重量%;
コバルト:7以上および18以下の重量%;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;
の元素のうちの少なくとも2つをさらに含み;
上記合金は、不可避的な微量の不純物を含み;
最大炭化物面積が、8μm2未満であり、平均炭化物面積が2μm2未満であり;
および/または
炭化物面積分布が、1.90μm2以下のd90値とd10値との差分を有し;
および/または
炭化物面積分布が、2.20μm2以下のd90値を有する、3D印刷製品に関する。
In a preferred embodiment, the invention is a 3D printed article formed of a ferrous alloy comprising a metal matrix and carbide particles incorporated into the metal matrix;
Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
Iron: Balance;
including;
The above alloy is
Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
Cobalt: 7 or more and 18 or less weight %;
Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
further comprising at least two of the elements;
The above alloy contains unavoidable trace impurities;
the maximum carbide area is less than 8 μm 2 and the average carbide area is less than 2 μm 2 ;
and/or the carbide area distribution has a difference between the d90 value and the d10 value of 1.90 μm 2 or less;
and/or the carbide area distribution has a d90 value of 2.20 μm 2 or less.
第2の態様では、本発明は、3D印刷製品を作製する方法であって、
a. 鉄系合金の粉末を提供するステップであって、鉄系合金が、炭素および不可避的な量の不純物をさらに含む、鉄系合金の粉末を提供するステップ;
b. チャンバを有する自由成形装置において鉄系合金から製品を3D印刷するステップであって、3D印刷が真空中で行われる、製品を3D印刷するステップ;
c. ステップbにおいて得られる製品を、
i. 製品を炉内に配置するステップ;
ii. 製品を少なくとも850℃の第1の温度まで加熱し、炉内の圧力を少なくとも80MPaの第1の圧力まで増加させ、製品を第1の保持時間中に第1の温度および第1の圧力に保持するステップ;
iii. 製品を少なくとも950℃の第2の温度まで加熱し、製品を第2の保持時間中、第2の温度に、および第2の圧力に保持するステップ;
iv. 製品を第3の温度まで焼き入れ、炉内の圧力を第3の圧力まで減少させ、製品を第3の保持時間中に第3の温度および第3の圧力に保持するステップ;
v. 製品を第4の温度まで加熱し、炉内の圧力を第4の圧力まで増加させ、製品を第4の保持時間中に第4の温度および第4の圧力に保持することにより、その後に、製品の温度を第5の温度まで減少させることにより、温度サイクルを行うステップ
によって処理するステップ
を含む、3D印刷製品を作製する方法に関する。
In a second aspect, the invention provides a method of making a 3D printed product, comprising:
a. providing a powder of an iron-based alloy, the iron-based alloy further comprising carbon and an unavoidable amount of impurities;
b. 3D printing a product from a ferrous alloy in a free-forming device having a chamber, the 3D printing being performed in a vacuum;
c. The product obtained in step b,
i. placing the product in the oven;
ii. heating the product to a first temperature of at least 850° C., increasing the pressure in the furnace to a first pressure of at least 80 MPa, and holding the product at the first temperature and first pressure during a first holding time; step;
iii. heating the product to a second temperature of at least 950°C and maintaining the product at the second temperature and at a second pressure for a second holding time;
iv. quenching the product to a third temperature, reducing the pressure in the furnace to the third pressure, and holding the product at the third temperature and the third pressure for a third holding time;
v. by heating the product to a fourth temperature, increasing the pressure in the furnace to the fourth pressure, and holding the product at the fourth temperature and the fourth pressure for a fourth holding time; The present invention relates to a method of making a 3D printed product, the method comprising: temperature cycling the product by reducing the temperature of the product to a fifth temperature.
第3の態様では、本発明は、本発明の方法によって得られる、製品に関する。 In a third aspect, the invention relates to a product obtainable by the method of the invention.
一実施形態では、本発明の方法によって得られた製品は、第1の温度が、1120~1150℃であり、第1の圧力が、約100MPaである方法によって得られる。好ましくは、第1の保持時間は、好ましくは3時間(h)である。 In one embodiment, the product obtained by the method of the invention is obtained by a method in which the first temperature is between 1120 and 1150° C. and the first pressure is about 100 MPa. Preferably, the first holding time is preferably 3 hours (h).
別の実施形態では、本発明によって得られた製品は、SS-EN ISO 6507に準拠した、SiC P4000での仕上げ研削による標準的な材料分析方法により、研削および研磨されるサンプルに対して、2kgビッカース圧子を使用して測定される硬度を有する。 In another embodiment, the product obtained according to the invention has a 2 kg It has a hardness measured using a Vickers indenter.
本発明の利点は、得られる製品が、従来のHIPおよび熱処理を使用して処理される、対応する3D印刷製品よりも、少なくとも5%高い硬度(HV2kg)、好ましくは7%高い硬度、より好ましくは10%高い硬度を有するということである。 An advantage of the present invention is that the resulting product has at least 5% higher hardness (HV2kg), preferably 7% higher hardness, more preferably has 10% higher hardness.
本明細書に記載の実施形態はすべて、特に別途明記していない限り、すべての態様に適用可能である。本発明の好ましい実施形態は、従属項において規定している。 All embodiments described herein are applicable to all aspects unless expressly stated otherwise. Preferred embodiments of the invention are defined in the dependent claims.
本出願では、3次元印刷もしくは3D印刷または自由成形もしくは付加製造との語は、同じことを表し、および同義に使用される。 In this application, the terms three-dimensional printing or 3D printing or free-forming or additive manufacturing refer to the same thing and are used interchangeably.
本出願では、「炭化物サイズ」との語は、炭化物または炭化物クラスタの断面積の最も広い部分を表す。 In this application, the term "carbide size" refers to the widest part of the cross-sectional area of a carbide or carbide cluster.
本出願では、「炭化物面積」との語は、炭化物の断面積を表す。 In this application, the term "carbide area" refers to the cross-sectional area of carbides.
本出願では、「炭化物クラスタ面積」との語は、炭化物クラスタの断面積を表す。炭化物クラスタは、1つの大きな炭化物として機能するように、互いに接近して配置される個々の炭化物である。 In this application, the term "carbide cluster area" refers to the cross-sectional area of a carbide cluster. Carbide clusters are individual carbides placed close together to function as one large carbide.
本出願では、「平均炭化物面積」との語は、炭化物の平均断面積を表す。 In this application, the term "average carbide area" refers to the average cross-sectional area of carbides.
本出願では、「平均炭化物クラスタ面積」との語は、炭化物クラスタの平均断面積を表す。 In this application, the term "average carbide cluster area" refers to the average cross-sectional area of carbide clusters.
本出願では、「最大炭化物面積」との語は、炭化物の、10%の最大値が、好ましくは5%の最大値が、より好ましくは1%の最大値が、この面積以上を有することを表す。 In this application, the term "maximum carbide area" means that a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, more preferably a maximum of 1% of the carbides have this area or more. represent.
本出願では、「最大炭化物サイズ」との語は、炭化物の、10%の最大値が、好ましくは5%の最大値が、より好ましくは1%の最大値が、このサイズ以上を有することを表す。 In this application, the term "maximum carbide size" means that a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, more preferably a maximum of 1%, of the carbides have this size or more. represent.
3D印刷製品
本発明の目的は、高硬度を有し、良好な高い温度特性を有する鉄系合金で形成されるか、またはそれを含む3次元(3D)印刷物を提供することである。合金は、金属マトリックス、および金属マトリックス内に組み込まれた炭化物粒子を含む。合金は、鉄(バランスFe)系であり、炭素およびクロムを含み、さらに、タングステン、コバルト、バナジウム、モリブデン、および炭素を含み得る。好ましくは、合金は非常に低い酸素含有量、好ましくは重量で100ppm以下の、より好ましくは重量で50ppm未満の酸素含有量を有する。
3D Printed Product It is an object of the present invention to provide a three-dimensional (3D) printed product made of or comprising a ferrous alloy with high hardness and good high temperature properties. The alloy includes a metal matrix and carbide particles embedded within the metal matrix. The alloy is iron (balance Fe) based and includes carbon and chromium, and may also include tungsten, cobalt, vanadium, molybdenum, and carbon. Preferably, the alloy has a very low oxygen content, preferably less than 100 ppm by weight, more preferably less than 50 ppm by weight.
本発明の合金は、炭素、クロム、および(バランスの)鉄、ならびに、タングステン、コバルト、モリブデン、およびバナジウムのうちの少なくとも2つを含む。好ましい実施形態では、合金は、タングステン、モリブデン、およびバナジウムを含む。別の好ましい実施形態では、合金は、タングステン、コバルト、モリブデン、およびバナジウムを含む。 The alloys of the present invention include carbon, chromium, and (balance) iron, and at least two of tungsten, cobalt, molybdenum, and vanadium. In a preferred embodiment, the alloy includes tungsten, molybdenum, and vanadium. In another preferred embodiment, the alloy includes tungsten, cobalt, molybdenum, and vanadium.
クロム(Cr)含有量は、2.0以上および22以下の重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は3~10であり、好ましくは3.5~4.5重量%である。好ましい別の実施形態では、クロム含有量は、18~22重量%であり、より好ましくは約20重量%である。 The chromium (Cr) content is greater than or equal to 2.0 and less than or equal to 22% by weight. In one preferred embodiment, the content is between 3 and 10, preferably between 3.5 and 4.5% by weight. In another preferred embodiment, the chromium content is between 18 and 22% by weight, more preferably about 20% by weight.
タングステン(W)含有量は、2以上および13以下の重量%である。好ましい一実施形態では、タングステン含有量は、4~12重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、好ましくは6~11重量%である。 The tungsten (W) content is greater than or equal to 2 and less than or equal to 13% by weight. In one preferred embodiment, the tungsten content is between 4 and 12% by weight. In one preferred embodiment, the content is preferably 6-11% by weight.
コバルト(Co)含有量は、9以上および18以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは10~17重量%である。 The cobalt (Co) content is greater than or equal to 9 and less than or equal to 18% by weight. In one embodiment, the content is preferably 10-17% by weight.
バナジウム(V)含有量は、3以上および8以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは4~7重量%である。 The vanadium (V) content is greater than or equal to 3 and less than or equal to 8% by weight. In one embodiment, said content is preferably 4-7% by weight.
モリブデン(Mo)含有量は、1以上および10以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは2~8重量%、より好ましくは5~7重量%である。 The molybdenum (Mo) content is greater than or equal to 1 and less than or equal to 10% by weight. In one embodiment, the content is preferably 2-8% by weight, more preferably 5-7% by weight.
炭素(C)含有量は、1.0以上および5.0以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは1.4以上および3.0以下の重量%であり、より好ましくは2.20~2.60重量%であり、より好ましくは2.30~2.50重量%である。 The carbon (C) content is greater than or equal to 1.0 and less than or equal to 5.0% by weight. In one embodiment, the content is preferably 1.4 to 3.0% by weight, more preferably 2.20 to 2.60% by weight, more preferably 2.30 to 2% by weight. .50% by weight.
不可避的な不純物以外に、合金の残余は、鉄、すなわちFeバランスである。バランスの鉄の量は、他の成分の量に依存する。通常、鉄の量は、50~70重量%であり、好ましくは60~65重量%である。3D印刷製品中の酸素含有量は、できる限り低い状態にあるべきである。本発明では、酸素含有量は、好ましくは、30ppm以下または20ppm以下である。 Besides the inevitable impurities, the remainder of the alloy is iron, or Fe balance. The amount of iron in the balance depends on the amounts of other ingredients. Usually the amount of iron is 50-70% by weight, preferably 60-65% by weight. Oxygen content in 3D printed products should be as low as possible. In the present invention, the oxygen content is preferably 30 ppm or less or 20 ppm or less.
合金は、他の複数の元素の不可避的な量の不純物、または微量の不純物をさらに含み得る。これらの元素は、限定でないが、ニオブ、ニッケル、マンガン、ケイ素、ホウ素、タンタル、またはそれらの組み合わせであり得る。上記他の複数の元素または不純物の総量は、好ましくは1未満の重量%、0.5未満の重量%、または0.05未満の重量%である。 The alloy may further contain unavoidable amounts of impurities of other elements, or trace impurities. These elements can be, but are not limited to, niobium, nickel, manganese, silicon, boron, tantalum, or combinations thereof. The total amount of the other elements or impurities is preferably less than 1% by weight, less than 0.5% by weight, or less than 0.05% by weight.
好ましい実施形態では、上記合金は、
炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;
鉄:バランス;
を含み、
上記合金は、
タングステン:2以上および13以下の重量%;
コバルト:7以上および18以下の重量%;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;
の元素のうちの少なくとも2つをさらに含み;
上記合金は、不可避的な微量の不純物を含む。
In a preferred embodiment, the alloy comprises:
Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
Iron: balance;
including;
The above alloy is
Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
Cobalt: 7 or more and 18 or less weight %;
Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
further comprising at least two of the elements;
The above alloy contains unavoidable trace amounts of impurities.
本発明の一利点は、それがいかなる有機系結合剤または接着剤の使用も必要とせず、したがって、3D印刷製品は通常、95以上の重量%である、鉄、バナジウム、モリブデン、炭素、タングステン、クロム、およびコバルトの混合含有量(combined content)を備える。本発明の一実施形態では、鉄、バナジウム、モリブデン、炭素、タングステン、クロム、およびコバルトの混合含有量は、97以上の重量%である。好ましくは、鉄、バナジウム、モリブデン、炭素、タングステン、クロム、およびコバルトの混合含有量は、98以上の重量%である。より好ましくは、鉄、バナジウム、モリブデン、炭素、タングステン、クロム、およびコバルトの混合含有量は99以上の重量%である。最も好ましくは、鉄、バナジウム、モリブデン、炭素、タングステン、クロム、およびコバルトの混合含有量は、99.9以上の重量%である。本発明の一実施形態では、3D印刷製品中の有機化合物の量は0.1重量%以下である。好ましくは、3D印刷製品中の有機化合物の量は、0.05重量%以下である。本発明の一実施形態では、製品は、基本的には、いかなる有機化合物もない。製品中の炭素は、主にタングステンおよびクロム炭化物などの炭化物の形態で存在するが、元素の炭素および元素のタングステンは、マトリックス中に存在している場合もある。 One advantage of the present invention is that it does not require the use of any organic binders or adhesives, and therefore 3D printed products typically contain more than 95% by weight of iron, vanadium, molybdenum, carbon, tungsten, with a combined content of chromium and cobalt. In one embodiment of the invention, the mixed content of iron, vanadium, molybdenum, carbon, tungsten, chromium, and cobalt is greater than or equal to 97% by weight. Preferably, the mixed content of iron, vanadium, molybdenum, carbon, tungsten, chromium and cobalt is greater than or equal to 98% by weight. More preferably, the mixed content of iron, vanadium, molybdenum, carbon, tungsten, chromium, and cobalt is greater than or equal to 99% by weight. Most preferably, the mixed content of iron, vanadium, molybdenum, carbon, tungsten, chromium, and cobalt is greater than or equal to 99.9% by weight. In one embodiment of the invention, the amount of organic compounds in the 3D printed product is 0.1% by weight or less. Preferably, the amount of organic compounds in the 3D printed product is 0.05% by weight or less. In one embodiment of the invention, the product is essentially free of any organic compounds. Carbon in the product is primarily present in the form of carbides such as tungsten and chromium carbides, although elemental carbon and elemental tungsten may also be present in the matrix.
多相合金は、主に鉄、炭素、およびクロムのマトリックスを含むが、コバルト、タングステン、および/またはモリブデンも備え得る。マトリックス中に存在する、クロム、バナジウム、モリブデン、およびタングステン、すなわち、CrC型、VCおよびWC、またはW/Mo6Cの炭化物が存在している。合金組成に応じて、本発明の炭化物は、主にW/Mo6CおよびVCである場合があり、上記炭化物の総量は、20~30体積%、好ましくは22~28体積%である。3D印刷製品の炭化物は、均一に分布し(良好に分散し)、サイズ分布は、表3中に見られ、図10に概略的に示され、図12~14に示されるように狭い。マトリックスは、バナジウムまたは窒素豊化炭化物/窒化物をさらに含み得る。3D印刷され、硬化された製品の最大炭化物サイズは、10μm以下である。一実施形態では、最大炭化物サイズは、8μm以下であり、5μm以下であり、好ましくは3μm以下である。平均炭化物サイズは、通常5μm以下であり、または3μm以下であり、もしくは1μm以下である。平均炭化物面積は、好ましくは5μm2以下であり、より好ましくは2μm2以下であり、さらにより好ましくは1μm2以下である。一実施形態では、平均炭化物面積は、0.025μm2以上であるが、好ましくは0.25μm2以上である。これは、狭い炭化物サイズ分布が、本発明の製品中に見られることを示す。最大炭化物面積は、好ましくは10μm2以下であり、好ましくは8μm2以下、または5μm2以下、もしくは4μm2以下である。本発明による製品の小さな炭化物サイズ、炭化物面積、および最大炭化物面積は、部分的には、本発明による方法の結果である。炭化物面積分布は、好ましくは2.20μm2以下の、好ましくは2.0μm2以下の、より好ましくは1.8μm2以下の、より好ましくは1.6μm2以下のd90値を有する。一実施形態では、d90とd10値との差分は、1.90μm2以下であり、好ましくは1.70μm2以下であり、より好ましくは1.50μm2以下である。 Multiphase alloys primarily include a matrix of iron, carbon, and chromium, but may also include cobalt, tungsten, and/or molybdenum. There are carbides of chromium, vanadium, molybdenum, and tungsten, ie of the CrC type, VC and WC, or W/Mo 6 C, present in the matrix. Depending on the alloy composition, the carbides of the present invention may be mainly W/Mo 6 C and VC, the total amount of said carbides being 20-30% by volume, preferably 22-28% by volume. The carbides of the 3D printed product are uniformly distributed (well dispersed) and the size distribution is narrow as seen in Table 3, schematically shown in Figure 10 and shown in Figures 12-14. The matrix may further include vanadium or nitrogen enriched carbides/nitrides. The maximum carbide size of the 3D printed and cured product is 10 μm or less. In one embodiment, the maximum carbide size is 8 μm or less, 5 μm or less, preferably 3 μm or less. The average carbide size is usually 5 μm or less, or 3 μm or less, or 1 μm or less. The average carbide area is preferably 5 μm 2 or less, more preferably 2 μm 2 or less, even more preferably 1 μm 2 or less. In one embodiment, the average carbide area is greater than or equal to 0.025 μm 2 , preferably greater than or equal to 0.25 μm 2 . This indicates that a narrow carbide size distribution is found in the products of the invention. The maximum carbide area is preferably 10 μm 2 or less, preferably 8 μm 2 or less, or 5 μm 2 or less, or 4 μm 2 or less. The small carbide size, carbide area, and maximum carbide area of the products according to the invention are, in part, a result of the method according to the invention. The carbide area distribution preferably has a d90 value of 2.20 μm 2 or less, preferably 2.0 μm 2 or less, more preferably 1.8 μm 2 or less, more preferably 1.6 μm 2 or less. In one embodiment, the difference between the d90 and d10 values is 1.90 μm 2 or less, preferably 1.70 μm 2 or less, more preferably 1.50 μm 2 or less.
炭化物を含む金属化合物は、材料をより脆化させるクラスタ、ストリンガ、樹状または網状構造を炭化物が形成することを生じることがある。典型的には、これらの種類の、特に高クロムおよび炭素を有する合金では、クロムは、(Cr7C3およびCr23C6、しかし、さらに他の化学量論量のタイプなどの)炭化物を形成する。これらの炭化物は、典型的には、凝固段階において急速に成長し、これは、サイズ100~1000μmの寸法を有する、大きく、かつ、長いストリンガをもたらす。これらの大きな炭化物は、材料中のマクロ破壊靭性および疲労抵抗を低下させる。したがって、本発明の利点の1つは、3D製品が、概して、従来技術において見られるものよりも小さく、マトリックス中に良好に分散する炭化物または炭化物粒子を含んでいることである。これは、本発明による方法の結果である。 Metal compounds containing carbides can cause the carbides to form clusters, stringers, dendritic or network structures that make the material more brittle. Typically, in these types of alloys, especially those with high chromium and carbon, the chromium has carbides (such as Cr 7 C 3 and Cr 23 C 6 , but also other stoichiometric types). Form. These carbides typically grow rapidly during the solidification stage, resulting in large and long stringers with dimensions of 100-1000 μm in size. These large carbides reduce macrofracture toughness and fatigue resistance in the material. Thus, one of the advantages of the present invention is that the 3D article contains carbide or carbide particles that are generally smaller and better dispersed in the matrix than those found in the prior art. This is the result of the method according to the invention.
本発明の一利点は、3D印刷製品の改善された機械的性質の実現である。(1180℃でオーステナイト化され、その後に1時間(h)で、560℃での3回焼き戻しされ、および次いで、温度段階間の温度は25°未満で空冷された)硬化させた製品の硬度は、少なくとも1075HV2kg、もしくは少なくとも1100HV2kg、または少なくとも1125HV2kgなどの、少なくとも1050HV2kg(HV2)であり得る。いくつかの実施形態では、硬度は、1075~1175HV2kgまたは1100~1150HV2kgである。硬度は、2kgビッカース押し込み(HV2)を使用することで、決定されている。 One advantage of the present invention is the realization of improved mechanical properties of 3D printed products. Hardness of the cured product (austenitized at 1180°C, followed by 3 times tempering at 560°C for 1 hour (h), and then air cooled with temperature between temperature steps less than 25°) can be at least 1050 HV2 kg (HV2), such as at least 1075 HV2 kg, or at least 1100 HV2 kg, or at least 1125 HV2 kg. In some embodiments, the hardness is 1075-1175 HV2 kg or 1100-1150 HV2 kg. Hardness is determined using a 2 kg Vickers indentation (HV2).
理論に拘束されるものでないが、本発明の機械的性質は、製品の微細構造の結果であると考えられる。3D印刷製品は、基本的には炭化物の樹状構造がない。複数の炭化物は、サイズが小さく、それらは、図で分かるように、マトリックス内に均一に分布する。3D印刷され、硬化させた製品の合金が通常備える15μm以上のサイズを有する炭化物は、何らないか、または非常に少ないに過ぎない。その代わりに、炭化物の平均サイズは、10μm以下または5μm以下である。 Without wishing to be bound by theory, it is believed that the mechanical properties of the present invention are a result of the product's microstructure. 3D printed products are essentially free of carbide dendritic structures. The carbides are small in size and they are evenly distributed within the matrix as can be seen. The alloys of 3D printed and hardened products usually have no or very few carbides with a size of 15 μm or more. Instead, the average size of the carbides is less than 10 μm or less than 5 μm.
本発明は、改善された機械的性質を有する製品および成分の作製を容易にするのみならず、高度または複雑な3次元の形状および形態を有する製品を作製することも可能にする。製品は、複数のキャビティ、複数のチャネル、または複数の穴を備える場合があり、製品は、湾曲した複数の部分または複数のらせん状形態を有する場合がある。これらの形状または形態は、いずれかの任意の後処理以外に、合金のいかなる除去もなしで作製される。複数のキャビティ、複数の穴、または複数のチャネルは、湾曲している場合がある、すなわち、これらの表面は、湾曲しているか、つるまき状か、またはらせん状等であり得る。いくつかの実施形態では、製品は、キャビティが封止されているキャビティを含んでいるか、または開口の径または幅が、下にあるキャビティの径または幅未満である開口を有する。製品は、ミリングカッター、シェーパカッター、パワースカイビングカッター、ドリル、ミリング工具等などの切削工具、押出ヘッド、伸線ダイ、熱間圧延用ロール等などの成形工具、または、ポンプもしくはバルブ構成要素、滑りもしくは転がり軸受リング等などの摩耗構成要素であり得る。 The present invention not only facilitates the creation of products and components with improved mechanical properties, but also allows the creation of products with highly or complex three-dimensional shapes and morphologies. The product may include cavities, channels, or holes, and the product may have curved sections or a helical configuration. These shapes or forms are made without any removal of the alloy other than any optional post-treatment. The cavities, holes, or channels may be curved, ie, their surfaces may be curved, helical, spiral, etc. In some embodiments, the article includes a cavity where the cavity is sealed or has an opening where the diameter or width of the opening is less than the diameter or width of the underlying cavity. The products include cutting tools such as milling cutters, shaper cutters, power skiving cutters, drills, milling tools, etc., forming tools such as extrusion heads, wire drawing dies, hot rolling rolls, etc., or pump or valve components, It may be a wearing component such as a sliding or rolling bearing ring or the like.
方法
本方法は図11に概略的に示す。
本発明は、統合型のHIPおよび硬化(combined HIP and hardening)プロセスを含む、3D印刷製品を合金粉末から作製する方法にも関する。合金は、炭素、および不可避的な量の不純物をさらに含む鉄系合金(Feバランス)である。合金は、クロム、タングステン、コバルト、バナジウム、およびモリブデンのうちの少なくとも1つをさらに備え得る。好ましい一実施形態では、鉄系合金は、炭素、クロム、バナジウム、およびモリブデンを含む。好ましい別の実施形態では、鉄系合金は、炭素、タングステン、クロム、コバルト、バナジウム、およびモリブデンを含む。好ましいさらに別の実施形態では、鉄系合金は、炭素、タングステン、クロム、バナジウム、およびモリブデンを含む。
Method The method is illustrated schematically in FIG.
The invention also relates to a method of making 3D printed products from alloy powders, including a combined HIP and hardening process. The alloy is an iron-based alloy (Fe balance) further containing carbon and an unavoidable amount of impurities. The alloy may further include at least one of chromium, tungsten, cobalt, vanadium, and molybdenum. In one preferred embodiment, the iron-based alloy includes carbon, chromium, vanadium, and molybdenum. In another preferred embodiment, the iron-based alloy includes carbon, tungsten, chromium, cobalt, vanadium, and molybdenum. In yet another preferred embodiment, the iron-based alloy includes carbon, tungsten, chromium, vanadium, and molybdenum.
好ましいさらに別の実施形態では、合金は、上記に定義されたようなものである。合金は、鉄系(Feバランス)であり、炭素およびクロムを備え、ならびに、タングステン、コバルト、バナジウム、モリブデン、および炭素をさらに備え得る。一実施形態では、合金は、鉄系(Feバランス)であり、炭素およびクロムを備え、ならびに、合金は、タングステン、コバルト、バナジウム、およびモリブデンの複数の元素のうちの少なくとも2つをさらに備える。好ましくは、合金は、非常に低い酸素含有量、好ましくは重量で100ppm以下の、より好ましくは重量で50ppm未満の酸素含有量を有する。 In yet another preferred embodiment, the alloy is as defined above. The alloy is iron-based (Fe balance), comprises carbon and chromium, and may further comprise tungsten, cobalt, vanadium, molybdenum, and carbon. In one embodiment, the alloy is iron-based (Fe balance) and comprises carbon and chromium, and the alloy further comprises at least two of the following elements: tungsten, cobalt, vanadium, and molybdenum. Preferably, the alloy has a very low oxygen content, preferably less than 100 ppm by weight, more preferably less than 50 ppm by weight.
鉄系合金の炭素含有量は、0.2以上および5以下の重量%であり得る。一実施形態では、炭素含有量は、2.20以上および2.60以下の重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、2.30~2.50重量%である。一実施形態では、炭素(C)含有量は、1.0以上および5.0以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは1.4以上および3.0以下、より好ましくは2.20~2.60重量%であり、より好ましくは2.30~2.50重量%である。 The carbon content of the iron-based alloy may be greater than or equal to 0.2 and less than or equal to 5% by weight. In one embodiment, the carbon content is 2.20 or more and 2.60 or less by weight. In one preferred embodiment, the content is between 2.30 and 2.50% by weight. In one embodiment, the carbon (C) content is 1.0 or more and 5.0 or less by weight. In one embodiment, the content is preferably 1.4 or more and 3.0 or less, more preferably 2.20 to 2.60% by weight, more preferably 2.30 to 2.50% by weight. be.
クロム含有量は、2以上および30以下の重量%であり得る。一実施形態では、クロム(Cr)含有量は、2.0以上および22以下の重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、3.8~4.4重量%であり、好ましくは3.9~4.3重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、3~10重量%であり、好ましくは3.5~4.5重量%である。好ましい別の実施形態では、クロム含有量は、18~22重量%であり、より好ましくは約20重量%である。 The chromium content can be greater than or equal to 2 and less than or equal to 30% by weight. In one embodiment, the chromium (Cr) content is greater than or equal to 2.0 and less than or equal to 22% by weight. In one preferred embodiment, the content is between 3.8 and 4.4% by weight, preferably between 3.9 and 4.3% by weight. In one preferred embodiment, the content is between 3 and 10% by weight, preferably between 3.5 and 4.5% by weight. In another preferred embodiment, the chromium content is between 18 and 22% by weight, more preferably about 20% by weight.
タングステン(W)含有量は、2以上および25以下の重量%であり得る。好ましい一実施形態では、上記含有量は、5以上および13以下の重量%である。好ましい一実施形態では、タングステンの含有量は、4~12重量%である。より好ましい一実施形態では、上記含有量は、6~11重量%である。一実施形態では、タングステン(W)含有量は、2以上および13以下の重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、好ましくは6~11重量%である。 The tungsten (W) content can be greater than or equal to 2 and less than or equal to 25% by weight. In one preferred embodiment, the content is 5 or more and 13 or less weight %. In one preferred embodiment, the tungsten content is between 4 and 12% by weight. In a more preferred embodiment, the content is 6-11% by weight. In one embodiment, the tungsten (W) content is 2 or more and 13 or less by weight. In one preferred embodiment, the content is preferably 6-11% by weight.
コバルト(Co)含有量は、5以上および25以下の重量%であり得る。一実施形態では、上記含有量は、9以上および18以下の重量%である。より好ましい一実施形態では、上記含有量は、10~17重量%である。一実施形態では、コバルト(Co)含有量は、7以上および18以下の重量%である。好ましい一実施形態では、上記含有量は、9以上および18以下である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは10~17重量%である。 The cobalt (Co) content can be greater than or equal to 5 and less than or equal to 25% by weight. In one embodiment, the content is greater than or equal to 9 and less than or equal to 18% by weight. In a more preferred embodiment, the content is 10 to 17% by weight. In one embodiment, the cobalt (Co) content is greater than or equal to 7 and less than or equal to 18% by weight. In one preferred embodiment, the content is 9 or more and 18 or less. In one embodiment, the content is preferably 10-17% by weight.
バナジウム(V)含有量は、2以上および15以下の重量%であり得る。好ましい一実施形態では、上記含有量は、5以上および8以下の重量%である。より好ましい一実施形態では、上記含有量は、6~7重量%である。一実施形態では、バナジウム(V)含有量は、3以上および8以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは4以上および7以下の重量%である。 The vanadium (V) content can be greater than or equal to 2 and less than or equal to 15% by weight. In one preferred embodiment, the content is greater than or equal to 5 and less than or equal to 8% by weight. In a more preferred embodiment, the content is 6-7% by weight. In one embodiment, the vanadium (V) content is greater than or equal to 3 and less than or equal to 8% by weight. In one embodiment, said content is preferably greater than or equal to 4 and less than or equal to 7% by weight.
モリブデン(Mo)含有量は、2以上および20以下の重量%であり得る。好ましい実施形態では、上記含有量は3以上および10以下の重量%である。より好ましい実施形態では、上記含有量は、4~8重量%であり、より好ましくは5~7重量%である。一実施形態では、モリブデン(Mo)含有量は、1以上および10以下の重量%である。一実施形態では、上記含有量は、好ましくは2~8重量%であり、より好ましくは5~7重量%である。 The molybdenum (Mo) content can be 2 or more and 20 or less by weight. In a preferred embodiment, said content is greater than or equal to 3 and less than or equal to 10% by weight. In a more preferred embodiment, the content is between 4 and 8% by weight, more preferably between 5 and 7% by weight. In one embodiment, the molybdenum (Mo) content is greater than or equal to 1 and less than or equal to 10% by weight. In one embodiment, the content is preferably 2-8% by weight, more preferably 5-7% by weight.
不可避的な不純物以外に、合金の残余は、鉄、すなわちFeバランスである。バランスの鉄の量は、他の成分の量に依存する。通常、鉄の量は、50~70重量%であり、好ましくは60~65%重量%である。3D印刷製品中の酸素含有量はできる限り低い状態にあるべきである。本発明では、酸素含有量は、好ましくは、30ppm以下、または20ppm以下である。 Besides the inevitable impurities, the remainder of the alloy is iron, or Fe balance. The amount of iron in the balance depends on the amounts of other ingredients. Usually the amount of iron is 50-70% by weight, preferably 60-65% by weight. Oxygen content in 3D printed products should be as low as possible. In the present invention, the oxygen content is preferably 30 ppm or less, or 20 ppm or less.
合金は、他の複数の元素の不可避的な量の不純物、または微量の不純物をさらに備え得る。これらの元素は、限定されないが、ニオブ、ニッケル、マンガン、ケイ素、ホウ素、タンタル、またはこれらの組み合わせであり得る。上記他の複数の元素または不純物の総量は、好ましくは1重量%未満、0.5重量%未満、または0.05重量%未満である。 The alloy may further comprise unavoidable amounts of impurities of other elements, or trace impurities. These elements can be, but are not limited to, niobium, nickel, manganese, silicon, boron, tantalum, or combinations thereof. The total amount of the other plurality of elements or impurities is preferably less than 1% by weight, less than 0.5% by weight, or less than 0.05% by weight.
好ましい実施形態では、上記合金は、
炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;
鉄:バランス;
を含み、
上記合金は、
タングステン:2以上および13以下の重量%;
コバルト:7以上および18以下の重量%;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;
の元素のうちの少なくとも2つをさらに含み;
上記合金は、不可避的な微量の不純物を含む。
In a preferred embodiment, the alloy comprises:
Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
Iron: Balance;
including;
The above alloy is
Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
Cobalt: 7 or more and 18 or less weight %;
Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
further comprising at least two of the elements;
The above alloy contains unavoidable trace amounts of impurities.
3D印刷製品中の酸素含有量は、できる限り低い状態にあるべきである。好ましくは、酸素含有量は、30ppm以下または20ppm以下である。 Oxygen content in 3D printed products should be as low as possible. Preferably the oxygen content is 30 ppm or less or 20 ppm or less.
3D印刷
次に、図11を参照する。方法は、粉末が配置されるチャンバを有する自由成形装置(3Dプリンタ)を使用する。自由成形の方法は、鉄系合金の粉末を得るステップ(ステップ10)および上記粉末を3D印刷するステップ(ステップ12)を備える。これは、以下に定義したような、チャンバ内の低酸素環境において合金の粉末の層を形成することによって行われる。3D印刷の方法は、参照により本願に援用される国際公開第2018/169477号に記載されたように、または国際公開第2018/169477号に記載された方法に基づいて行い得る。好適な1つの自由成形装置は、ARCAM A2Xなどの、Arcam社による電子ビーム装置(EBM)である。合金は、上記量において、炭素、タングステン、モリブデン、クロム、バナジウム、およびコバルトを含み、合金の選択は、最終製品の所望の特性に依存する。反応装置中の酸素および他の不純物の含有量は、(ガス純度グレード5に対応する)10ppm以下、または(ガス純度グレード6に対応する)1ppm以下など、可能な限り低い状態にあるべきであり、および、反応装置中の環境は、アルゴンまたはヘリウムなどの不活性ガスを含み得る。反応装置中の真空圧は、1.5×10-3mBar以下、好ましくは1.5×10-4mBar以下であり得る。一実施形態では、反応装置中の初期圧力は、約1.10×10-5mBar(1.10×10-3Pa)であり、その後、圧力は、1.5×10-3mBar以下、または好ましくは1.5×10-4mBar以下に増加させるために、ヘリウムまたはアルゴンなどの不活性ガスが加えられる。粉末は、その後、それを溶融するのに十分な期間中、粉末をエネルギービームに曝すことにより、局所的に溶融される。エネルギービームは、レーザビームまたは電子ビームであり得る。ビームは、任意のパターンで粉末にわたって掃引される。掃引の持続期間は、合金および粉末中の粒子のサイズに応じて数ミリ秒~数分の範囲に及び得る。溶解された粉末は、その後、少なくとも部分的に、多層金属合金に凝固されることが可能である。粉末の別の層は、その後、凝固された合金の上部に加えられ得る。
3D Printing Next, refer to FIG. 11. The method uses a freeform device (3D printer) with a chamber in which the powder is placed. The free-forming method comprises the steps of obtaining a powder of iron-based alloy (step 10) and 3D printing the powder (step 12). This is done by forming a layer of alloy powder in a low oxygen environment within a chamber, as defined below. The method of 3D printing may be performed as described in WO 2018/169477 or based on the method described in WO 2018/169477, which is incorporated herein by reference. One suitable freeform device is an electron beam machine (EBM) by Arcam, such as the ARCAM A2X. The alloy contains carbon, tungsten, molybdenum, chromium, vanadium, and cobalt in the above amounts, and the selection of alloy depends on the desired properties of the final product. The content of oxygen and other impurities in the reactor should be as low as possible, such as below 10 ppm (corresponding to gas purity grade 5) or below 1 ppm (corresponding to gas purity grade 6). , and the environment in the reactor may include an inert gas such as argon or helium. The vacuum pressure in the reactor may be below 1.5 x 10-3 mBar, preferably below 1.5 x 10-4 mBar. In one embodiment, the initial pressure in the reactor is about 1.10 x 10 -5 mBar (1.10 x 10 -3 Pa), after which the pressure decreases to 1.5 x 10 -3 mBar or less. Or preferably an inert gas such as helium or argon is added to increase the pressure below 1.5×10 −4 mBar. The powder is then locally melted by exposing it to an energy beam for a period sufficient to melt it. The energy beam can be a laser beam or an electron beam. The beam is swept across the powder in an arbitrary pattern. The duration of the sweep can range from a few milliseconds to a few minutes depending on the size of the particles in the alloy and powder. The molten powder can then be at least partially solidified into a multilayer metal alloy. Another layer of powder may then be added on top of the solidified alloy.
製品中のクラック形成を回避するために、および、その製品の特性を改善するために、製品は、3D印刷製品の印刷または形成中、上昇させた温度(第1の上昇温度)に維持される。クラック形成は、より低い温度において、増加した内部応力および増加した材料脆性の組み合わせによる場合がある。内部応力における増加は、相転移における体積の変化、および、さらに通常の熱膨張によってもたらされる。クラック形成を回避するための、上昇温度は、300℃以上、400℃以上、500℃以上、550℃以上、600℃以上、700℃以上、800℃以上、または900℃以上であり得るが、通常、1100℃以下であり得る。たとえば、製品がそれに基礎を置くその台板または作業台は加熱装置を備え得る。したがって、3D印刷製品は、製品の構築中に、その中に温度勾配を示し得る。製品の加熱は、構築プロセス中の、構築された製品の温度が、好ましくは600℃以上、700℃以上、または750℃以上であるが、通常、900℃以下、850℃以下、または800℃以下であるように制御されるべきである。一実施形態では、温度は、780℃などの720℃~790℃である。温度は、当然、溶融された粉末層が、新たな粉末層を加える前に少なくとも部分的に凝固するのに足りる低い状態にあるべきである。これにより、方法が、より安価となるのみならず、さらに微細構造に対して肯定的な影響を与えることが可能となる。 In order to avoid crack formation in the product and to improve the properties of the product, the product is maintained at an elevated temperature (first elevated temperature) during printing or forming of the 3D printed product. . Crack formation may be due to a combination of increased internal stress and increased material brittleness at lower temperatures. The increase in internal stress is caused by volume changes during phase transitions and also by normal thermal expansion. To avoid crack formation, the elevated temperature can be 300°C or higher, 400°C or higher, 500°C or higher, 550°C or higher, 600°C or higher, 700°C or higher, 800°C or higher, or 900°C or higher, but typically , 1100°C or less. For example, the base plate or workbench on which the product is based may be equipped with a heating device. Thus, 3D printed products may exhibit temperature gradients therein during construction of the product. Heating the product is such that the temperature of the built product during the construction process is preferably 600°C or higher, 700°C or higher, or 750°C or higher, but typically 900°C or lower, 850°C or lower, or 800°C or lower. should be controlled so that In one embodiment, the temperature is between 720°C and 790°C, such as 780°C. The temperature should of course be low enough for the molten powder layer to at least partially solidify before adding a new powder layer. This allows the method to not only be cheaper, but also to have a more positive influence on the microstructure.
一実施形態では、3D印刷は、
A. チャンバ内の台板上に鉄系合金の粉末の層を形成するステップであって、鉄系合金が、炭素、および不可避的な量の不純物をさらに含み、粉末が、略球状粒子および/または略球状粒子を含む、鉄系合金の粉末の層を形成するステップ;
B. 溶融プールを形成するのに足りる期間中に、粉末をエネルギービームにさらすことにより、粉末を局所的に溶融するステップ;
C. 溶融した粉末を溶融プール中で多相合金に凝固させるステップ;
D. ステップi~iiiを繰り返すことにより、その前の層上に粉末のさらなる層を任意に作製するステップであって、ステップiiが、その前の層上に粉末を配置することを含む、さらなる層を任意に作製するステップ;
を含み、
構築される製品が、当該方法中に上昇した温度に加熱維持される。
In one embodiment, 3D printing includes:
A. forming a layer of iron-based alloy powder on a bedplate in the chamber, the iron-based alloy further comprising carbon and an unavoidable amount of impurities, the powder comprising generally spherical particles and/or approximately spherical particles; forming a layer of iron-based alloy powder including spherical particles;
B. locally melting the powder by exposing the powder to an energy beam for a period of time sufficient to form a molten pool;
C. solidifying the molten powder into a multiphase alloy in a melt pool;
D. optionally creating a further layer of powder on the previous layer by repeating steps i-iii, step ii comprising disposing the powder on the previous layer; arbitrarily producing step;
including;
The product being constructed is heated and maintained at an elevated temperature during the method.
レーザとの比較でEBMを使用することの利点は、より厚い粉末層を作製することができ、より大きな粒子を有する粉末を使用することができることである。炭化物の成長は、溶融材料の凝固中に生じ、炭化物のサイズを制限するために、成長時間が制限されるべきである。凝固時間は、主に熱拡散速度、凝固の熱、および熱拡散距離によって影響される。従来の鋳造手法における凝固速度は、強冷された耐火性金型内での鋳造、または詳細を鋳造することなどのいずれかの好適な手法を使用して、溶融された材料を冷却することにより、向上させることができる。さらに、既存の従来技術のクラッディング手法では、冷却速度はやはり高いが、炭化物の成長を妨げ、または完全に密な材料を得るほど十分に高くない。 The advantages of using EBM compared to lasers are that thicker powder layers can be made and powders with larger particles can be used. Carbide growth occurs during solidification of the molten material and growth time should be limited to limit carbide size. Solidification time is primarily influenced by thermal diffusion rate, heat of solidification, and thermal diffusion distance. The rate of solidification in conventional casting techniques is determined by cooling the molten material using any suitable technique, such as casting in quenched refractory molds or casting details. , can be improved. Furthermore, in existing prior art cladding approaches, the cooling rate, while still high, is not high enough to prevent carbide growth or obtain a fully dense material.
新規な統合型のHIPおよび硬化
得られる3D印刷製品は、その後、統合型のHIPおよび硬化プロセスにおいて処理される。これは、好ましくは、均一高速焼き入れ(URQ(登録商標))で装備されたクインタス(Quintus)マシンを使用して行うことができる。この統合プロセスでは、3D印刷製品が好適なオーブンまたは炉に入れられる(ステップ14)。印刷物は、少なくとも850℃の第1の温度まで加熱され、圧力は、少なくとも80MPaの第1の圧力まで増加される。製品は、第1の保持時間の間、この温度および圧力に維持され(ステップ16)、その後、温度は、少なくとも950℃の第2の温度までさらに増加させる。第2の温度では、製品は、第2の保持時間の間、維持され(ステップ18)、その後、第3の温度まで高速で焼き入れ(冷却)され、圧力は、さらに第3の圧力まで減少される(ステップ20)。焼き入れは、いずれかの好適な手段、たとえば不活性ガスなどのガスを使用して行うことができる。より良好な機械的性質および微細構造を得るために、焼き入れは、少なくとも10℃/s、より好ましくは20℃/s、より好ましくは30℃/s、より好ましくは少なくとも40℃/s、より好ましくは最大50℃/sの冷却速度で高速に行われる。製品は、第3の保持時間の間、第3の温度および圧力で維持される。焼き入れ、および圧力の減少の後、温度が第4の温度まで増加され、および圧力が第4の圧力まで増加させる温度サイクル(焼き戻し)が行われる。製品は、第4の保持時間の間、第4の温度および圧力に維持され、その後、温度が第5の温度まで減少させ得る。圧力はさらに、第5の圧力まで減少させ得る。温度サイクルは少なくとも1回、好ましくは2回、繰り返され得る。
Novel Integrated HIP and Curing The resulting 3D printed product is then processed in an integrated HIP and curing process. This can preferably be done using a Quintus machine equipped with a uniform rapid quench (URQ®). In this integrated process, the 3D printed product is placed in a suitable oven or furnace (step 14). The print is heated to a first temperature of at least 850<0>C and the pressure is increased to a first pressure of at least 80 MPa. The product is maintained at this temperature and pressure for a first hold time (step 16), after which the temperature is further increased to a second temperature of at least 950<0>C. At the second temperature, the product is maintained for a second holding time (step 18) and then rapidly quenched (cooled) to a third temperature and the pressure is further reduced to a third pressure. (step 20). Hardening can be performed using any suitable means, for example using a gas such as an inert gas. In order to obtain better mechanical properties and microstructure, the quenching is at least 10°C/s, more preferably 20°C/s, more preferably 30°C/s, more preferably at least 40°C/s, and more. Preferably, the cooling is carried out at a high speed of up to 50° C./s. The product is maintained at a third temperature and pressure for a third holding time. After quenching and pressure reduction, a temperature cycle (tempering) is performed in which the temperature is increased to a fourth temperature and the pressure is increased to a fourth pressure. The product may be maintained at a fourth temperature and pressure for a fourth hold time, after which the temperature may be decreased to a fifth temperature. The pressure may be further reduced to a fifth pressure. The temperature cycle may be repeated at least once, preferably twice.
一実施形態では、第1の温度は、少なくとも1000℃であるが、好ましくは1200℃以下であり、好ましくは1100℃~1200℃の範囲内であり、より好ましくは1120℃~1150℃の範囲内である。 In one embodiment, the first temperature is at least 1000°C, but preferably below 1200°C, preferably within the range 1100°C to 1200°C, more preferably within the range 1120°C to 1150°C. It is.
一実施形態では、第2の温度は、少なくとも1050℃であり、好ましくは1100℃~1200℃の範囲内であり、より好ましくは1180℃~1200℃の範囲内である。第2の温度は、第1の温度よりも高い。 In one embodiment, the second temperature is at least 1050°C, preferably within the range of 1100°C to 1200°C, more preferably within the range of 1180°C to 1200°C. The second temperature is higher than the first temperature.
一実施形態では、第3の温度は75℃以下である。焼き入れステップ(ステップ20)では、温度が、一実施形態では、第2の温度から、50℃以下の第3の温度まで高速で冷却され、第3の圧力は、好ましくは65MPa以下である。 In one embodiment, the third temperature is 75°C or less. In the quenching step (step 20), the temperature is rapidly cooled in one embodiment from the second temperature to a third temperature of 50° C. or less, and the third pressure is preferably 65 MPa or less.
一実施形態では、第1の圧力は210MPa未満であり、好ましくは90~120MPaの範囲内である。 In one embodiment, the first pressure is less than 210 MPa, preferably in the range 90-120 MPa.
一実施形態では、第2の圧力は、少なくとも80MPaであり、好ましくは少なくとも90MPaであり、または好ましくは少なくとも100MPaであり、好ましくは210MPa未満であり、より好ましくは150MPa未満である。好ましい一実施形態では、第1および第2の圧力は、同じであり、すなわち、圧力は、ステップ18において変更されない。 In one embodiment, the second pressure is at least 80 MPa, preferably at least 90 MPa, or preferably at least 100 MPa, preferably less than 210 MPa, more preferably less than 150 MPa. In a preferred embodiment, the first and second pressures are the same, ie, the pressures are not changed in step 18.
一実施形態では、第3の圧力は、30~70MPaの範囲内であり、好ましくは55~65MPaである。 In one embodiment, the third pressure is in the range 30-70 MPa, preferably 55-65 MPa.
一実施形態では、第4の圧力は、少なくとも70MPaであり、好ましくは70~80MPaの範囲内であり、より好ましくは約75MPaである。 In one embodiment, the fourth pressure is at least 70 MPa, preferably in the range 70-80 MPa, more preferably about 75 MPa.
一実施形態では、第4の温度は、500~600℃の範囲内であり、好ましくは550~580℃であり、より好ましくは約560℃である。 In one embodiment, the fourth temperature is in the range of 500-600°C, preferably 550-580°C, more preferably about 560°C.
一実施形態では、第5の温度は、50℃以下であり、好ましくは20~25℃の範囲内である。 In one embodiment, the fifth temperature is below 50°C, preferably within the range of 20-25°C.
保持時間は、製品の合金組成および厚さに依存する。好ましい一実施形態では、各保持時間は、製品が、設定もしくは目標温度、または炉の温度を得るために足りる。好ましい一実施形態では、第1の保持時間は、1~4時間の範囲内であり、好ましくは3時間である。一実施形態では、第2の保持時間は、10分~60分の範囲内であり、好ましくは30分である。一実施形態では、第3の保持時間は、1秒~1時間、または30秒~30分の範囲内である。別の実施形態では、第4の保持時間は、30分~3時間の範囲内であり、好ましくは1時間である。 Holding time depends on the alloy composition and thickness of the product. In a preferred embodiment, each hold time is sufficient for the product to reach the set or target temperature or oven temperature. In one preferred embodiment, the first holding time is in the range of 1 to 4 hours, preferably 3 hours. In one embodiment, the second holding time is within the range of 10 minutes to 60 minutes, preferably 30 minutes. In one embodiment, the third retention time is within the range of 1 second to 1 hour, or 30 seconds to 30 minutes. In another embodiment, the fourth holding time is in the range of 30 minutes to 3 hours, preferably 1 hour.
実施例に見られるように、本発明による、または本発明による方法によって得られる製品は、予想外に、高い硬度を有し、多くの場合、そのままの脆性を有する。これは、従来の硬化プロセスと比較して予想外である。というのは、従来の硬化によって処理された合金は既に、従来の知識により、それらの「完全硬化温度」まで硬化させるからである。この効果が異なるタイプの鋼について実現されることはさらに、PM-HSS材料(M42、材料150、280および290)、ならびに、高合金化マルテンサイトステンレス鋼(材料350)からの結果を検討し、比較すると、明らかである。 As can be seen in the examples, the products according to the invention or obtained by the method according to the invention unexpectedly have high hardness and often remain brittle. This is unexpected compared to conventional curing processes. This is because alloys processed by conventional hardening are already hardened to their "full hardening temperature" according to conventional wisdom. This effect is realized for different types of steel, further considering the results from PM-HSS material (M42, materials 150, 280 and 290) and highly alloyed martensitic stainless steel (material 350). The comparison is clear.
理論に拘束されるものでないが、統合型のHIPおよび熱処理は、大きな炭化物の量を減少させると考えられる。これは、たとえば図12に示されており、d90値の減少がd10値の減少よりも高い。図12~14は、本方法が、より狭い炭化物面積分布を有する製品であって、大きな炭化物の量が、より小さな炭化物を優先して減少させる製品をもたらすことを明確に示す。白色の炭化物は、たとえばWの炭化物であるため、図13に見られるような、白色の炭化物に対する面積分布の減少の影響は、さらに興味深い。 Without being bound by theory, it is believed that integrated HIP and heat treatment reduces the amount of large carbides. This is shown for example in FIG. 12, where the decrease in d90 value is higher than the decrease in d10 value. Figures 12-14 clearly show that the present method results in a product with a narrower carbide area distribution, where the amount of large carbides is reduced in favor of smaller carbides. Since the white carbide is, for example, a W carbide, the effect of the reduction in area distribution on the white carbide, as seen in FIG. 13, is even more interesting.
本明細書に開示される実施形態はすべて、本発明のいくつかの例示的な実施例であると理解されるべきである。本発明の範囲から逸脱しない限り、種々の修正、組み合わせ、および変更を実施形態および態様に対して行うことができることが理解されるであろう。特に、異なる実施形態における異なる部分的な解決策は、技術的に可能な場合、他の構成において組み合わせることが可能である。 All embodiments disclosed herein are to be understood as some exemplary examples of the invention. It will be appreciated that various modifications, combinations, and changes can be made to the embodiments and aspects without departing from the scope of the invention. In particular, different partial solutions in different embodiments can be combined in other configurations, if technically possible.
実施例1
クインタス(Quintus) QIH 21 URQマシンは、表1に示されるような組成を有する3D印刷された高合金化材料について、別個のHIPおよび硬化、ならびに、統合型のHIPおよび硬化を比較するために使用されている。4つの3D印刷されたFe合金、すなわち、3種類の高速鋼、および1種類のマルテンサイトステンレス鋼が比較されている。3D印刷は、基本的には、参照により本願に援用される国際公開第2018/169477号に記載されるように行われている。4種類の材料はすべて、まず、HIPにより、従来の手法で固結され、従来の手法で硬化させられ、および焼き戻しされている。次いで、ちょうど同じ3D印刷バッチからのサンプルが、従来と同じ硬化ならびに焼き戻し時間および温度設定で、新規な統合型のHIP、硬化、および焼き戻しプロセスにより、処理されている。表1を参照されたい。
Example 1
The Quintus QIH 21 URQ machine was used to compare separate HIP and hardening and integrated HIP and hardening for 3D printed highly alloyed materials with compositions as shown in Table 1. has been done. Four 3D printed Fe alloys are compared: three high speed steels and one martensitic stainless steel. 3D printing is basically performed as described in WO 2018/169477, which is incorporated herein by reference. All four materials were first conventionally consolidated by HIP, conventionally hardened, and tempered. Samples from just the same 3D printing batch are then processed through a novel integrated HIP, cure, and temper process with the same cure and temper time and temperature settings as before. See Table 1.
従来のHIPパラメータは、1120~1150℃まで、保持時間3h(時間)で、HIP圧力100MPaで加熱され、次いで、室温まで冷却され、その後、圧力解放された。 Conventional HIP parameters were heating to 1120-1150° C. with a holding time of 3 h (hours) and HIP pressure of 100 MPa, then cooling to room temperature and then pressure release.
約30分の保持時間で、試験細部を1180℃まで加熱し、その後、区間970℃~800℃での冷却速度が7℃/sよりも高い高速焼き入れを行い、次いで、その後、25~50℃までの空気中の冷却を行って、従来の硬化が、従来の真空炉内で行われた。次いで、試験細部が、保持時間1時間(h)で、上記詳細を560℃まで加熱し、次いで、3つの温度サイクル間で25℃まで冷却することにより、3回焼き戻された。 The test detail was heated to 1180 °C with a holding time of about 30 minutes, followed by a high-speed quenching in the interval 970 °C to 800 °C with a cooling rate of more than 7 °C/s, followed by 25 to 50 °C. Conventional curing was performed in a conventional vacuum oven with cooling in air to .degree. The test detail was then tempered three times by heating the detail to 560°C with a holding time of 1 hour (h) and then cooling to 25°C between three temperature cycles.
従来のHIPパラメータ、ならびに、硬化および焼き戻しはすべて、大規模供給業者において行われる標準手順である。 Conventional HIP parameters and hardening and tempering are all standard procedures performed at large scale suppliers.
本発明による新規な統合型のHIP、硬化、および焼き戻しプロセスは、以下のパラメータを使用する、すなわち、まず、圧力が最大100Maまで増加させるのと同時に1120~1150℃まで詳細または製品が加熱された。この段階で、3時間(h)の保持時間が維持され、その後に、30分の新たな保持時間で、1180℃まで温度を増加させる。この段階から、(圧力も60MPaまで降下する、)20℃までの高速温度焼き入れが行われる。次いで、(75MPaまでの増加させられた圧力が続く、)560℃までの温度増加が3回行われ、これは焼き戻しサイクルである。560℃での保持時間はそれぞれ1時間(h)であり、および温度サイクル間の温度は20℃であった。 The novel integrated HIP, hardening and tempering process according to the present invention uses the following parameters: First, the detail or product is heated to 1120-1150°C while the pressure is increased up to 100 Ma. Ta. At this stage, a holding time of 3 hours (h) is maintained, after which the temperature is increased to 1180° C. with a new holding time of 30 minutes. From this stage, a rapid temperature quenching up to 20° C. (with pressure also dropping to 60 MPa) takes place. Three temperature increases to 560° C. (followed by increased pressure to 75 MPa) are then carried out, which is a tempering cycle. The holding time at 560°C was 1 hour (h) each, and the temperature between temperature cycles was 20°C.
材料サンプルが次いで、硬度において、および微細構造において比較されている。硬度測定は、SS-EN ISO 6507に準拠する、SiC P4000による仕上げ研削による標準的な材料分析方法により、研削され、および研磨されたサンプルに対して、2kgビッカース圧子を使用することにより、行われた。この段階では、硬度は、同じ結果を有する複数片からのいくつかの箇所に対して測定された。 The material samples are then compared in hardness and in microstructure. Hardness measurements were carried out by using a 2 kg Vickers indenter on ground and polished samples according to the standard material analysis method by finish grinding with SiC P4000 according to SS-EN ISO 6507. Ta. At this stage, hardness was measured at several points from multiple pieces with the same results.
処理された材料片からのサンプルの切断後、サンプルは、炭化物測定を容易にするようにさらに処理されている。この作製は、炭化物構造分析を容易にするための、良く知られている方法である、ストルアス(Struers)OP-S溶液(pH9.8での40μm SiO2)が続く、5分間の、1μmダイヤモンドによるさらなる研磨であった。 After cutting the sample from the treated piece of material, the sample is further processed to facilitate carbide measurements. This fabrication was performed using 1 μm diamond for 5 min followed by Struers OP-S solution (40 μm SiO2 at pH 9.8), a well-known method to facilitate carbide structure analysis. It was further polishing.
結果
すべてのサンプルの硬度を表2に示す。概して、統合型のHIP、硬化、および焼き戻し後の硬度は、予想外に、従来のHIPおよび熱処理プロセスよりもはるかに高い。材料150の場合、12%高く、材料280の場合、11.8%高く、材料290の場合、5%高く、材料350の場合、12%高い。
Results The hardness of all samples is shown in Table 2. Overall, the hardness after integrated HIP, hardening and tempering is unexpectedly much higher than traditional HIP and heat treatment processes. Material 150 is 12% more expensive, Material 280 is 11.8% more expensive, Material 290 is 5% more expensive, and Material 350 is 12% more expensive.
耐摩耗性が、従来の手法でHIPおよび熱処理された材料280、新規な統合型のHIPおよび熱処理による同じグレードについて分析された。 Abrasion resistance was analyzed for conventional HIP and heat treated material 280 and the same grade with the new integrated HIP and heat treatment.
使用された、摩耗抵抗を分析するための試験は、垂直軸上で回転するサンプルに押圧された、水平軸上で回転するグラインディングホイールを有する市販のディンプルグラインダ(Gatan)である。2.5μmの平均粒子サイズのダイヤモンドスラリが、各実行前にコンタクト内に導入された。グラインディングホイールに、それがサンプルに接触すると、20gの固定負荷が加えられた。各試験は、合計で約31mの総摺動距離となる、500ホイール回転の持続時間を有した。統計目的のため、試験は、サンプル毎に3回繰り返された。 The test used to analyze the abrasion resistance is a commercially available dimple grinder (Gatan) with a grinding wheel rotating on a horizontal axis, pressed onto the sample rotating on a vertical axis. A diamond slurry with an average particle size of 2.5 μm was introduced into the contact before each run. A fixed load of 20 g was applied to the grinding wheel when it contacted the sample. Each test had a duration of 500 wheel revolutions, totaling a total sliding distance of approximately 31 m. For statistical purposes, the test was repeated three times for each sample.
Ra~3μmの表面粗さに研削され、および研磨された約6×6mmの試験表面を有する、3つの試験材料の立方体が作製された。摩耗率は、白色光光学プロフィロメトリにより、除去された(摩耗させられた)材料体積を測定することにより、与えられた。 Three cubes of test material were prepared with approximately 6×6 mm test surfaces ground and polished to a surface roughness of Ra ˜3 μm. The wear rate was given by measuring the volume of material removed (abraded) by white light optical profilometry.
その結果、それらが、同じ最大温度1180℃で硬化させたにもかかわらず、統合型のHIPおよび熱処理のグレードの場合、7.5%、より低い摩耗率であった(図1を参照されたい)。 As a result, the integrated HIP and heat treated grades had a 7.5% lower wear rate even though they were cured at the same maximum temperature of 1180°C (see Figure 1). ).
炭化物の計算
炭化物サイズ分析では、包括的な微細構造分析が行われ、対応する代表的な微細構造をここに示す。
Carbide calculations For carbide size analysis, a comprehensive microstructure analysis was performed, and the corresponding representative microstructures are shown here.
最も重要な微細構造変化は、表3に示されるような、炭化物(および/または炭化物クラスタ)面積の減少、および炭化物面積分布の狭幅化である。最大炭化物/クラスタは、はるかに小さく、同時に、平均炭化物面積は、より大きい一般的な傾向が明らかにされている。これは、炭化物面積分布が非常に狭いことを示唆している。これは、合金の靭性が改善されているか、または少なくとも低下していないことを示す。というのは、これらの種類の高硬度および高合金化材料の靭性が、材料中の「最大の不完全性」によって設定されるからである。これらの不完全性は通常、ある種の不純物、酸化物、大きな炭化物または炭化物クラスタである一方、研削誤差、すなわち、温度が高すぎる研削による白層でもあり得る。さらに、材料は、より幅狭な炭化物分布を有して、より均一であり、および等方的になる。 The most important microstructural changes are a decrease in carbide (and/or carbide cluster) area and a narrowing of the carbide area distribution, as shown in Table 3. A general trend is revealed where the maximum carbide/cluster is much smaller and at the same time the average carbide area is larger. This suggests that the carbide area distribution is very narrow. This indicates that the toughness of the alloy is improved, or at least not degraded. This is because the toughness of these types of hard and highly alloyed materials is set by the "maximum imperfection" in the material. These imperfections are usually some kind of impurity, oxide, large carbide or carbide cluster, but can also be a grinding error, ie a white layer due to grinding at too high a temperature. Furthermore, the material becomes more uniform and isotropic, with a narrower carbide distribution.
微細構造は、図に示されるように、走査電子顕微鏡(SEM)において分析された。SEMは、二次電子像モードを使用するツァイス(Zeiss)Ultra 55 FEG-SEMであった。一次電子エネルギー(EHT、超高張力電圧)は3、5、および10keVであり、ならびに、使用された絞りは、30(標準)または60μmであった。材料の微細構造は、予想外に高い炭化物含有量および非常に細かい炭化物を示した(図2、4、6および8)。 The microstructure was analyzed in a scanning electron microscope (SEM) as shown in the figure. The SEM was a Zeiss Ultra 55 FEG-SEM using secondary electron imaging mode. The primary electron energies (EHT, ultra-high tension voltage) were 3, 5, and 10 keV, and the apertures used were 30 (standard) or 60 μm. The microstructure of the material showed an unexpectedly high carbide content and very fine carbides (Figs. 2, 4, 6 and 8).
炭化物は、たとえば図2にみられる微細構造を利用し、単一の炭化物、または炭化物のクラスタの境界にマーク付けし、および好適なソフトウェアを使用することにより、計算された。 Carbides were calculated, for example, by utilizing the microstructure seen in FIG. 2, marking the boundaries of single carbides or clusters of carbides, and using suitable software.
その結果は、図3、5、7、および9に見ることができる。炭化物面積および比率の計算の結果は、表3に見られる。 The results can be seen in FIGS. 3, 5, 7, and 9. The results of carbide area and ratio calculations can be found in Table 3.
実施例2
従来のHIPおよび熱処理と比較して、本方法により、靭性(耐衝撃性)にどのようにして影響がおよぼされるかを見るために、一連の試験が、サンプルに対して行われた。
Example 2
A series of tests were performed on samples to see how toughness (impact resistance) was affected by this method compared to conventional HIP and heat treatment.
靭性測定は、水平方向および垂直方向における、各方向において10個のシャルピー靭性棒を3D印刷することにより行われた。試験された異なる熱処理後、棒は、最終的な試験棒測定値、すなわち、L×W×H=7×10×55、+/-0.025mmまで研削された。表面の粗さは、最後の表面研削ステップ、グリット4000によって設定される。試験棒上で、ノッチは、使用されない。その後、靭性が、室温で、卵状の半径(egg radius)2mmを有する300Jシャルピー試験機において測定される。靭性結果は、単位ジュールで、10サンプルの平均値として示される。 Toughness measurements were performed by 3D printing 10 Charpy toughness bars in each direction, horizontally and vertically. After the different heat treatments tested, the bars were ground to the final test bar measurements: L x W x H = 7 x 10 x 55, +/- 0.025 mm. The surface roughness is set by the last surface grinding step, grit 4000. No notches are used on the test bar. The toughness is then measured at room temperature in a 300J Charpy tester with an egg radius of 2 mm. Toughness results are expressed in Joules and as an average of 10 samples.
前述したように、サンプルの硬度は、本発明による、統合型のHIPおよび熱処理を使用することにより、サンプルを作製した場合、かなり増加した。予想外であったのは、サンプルの靭性は、幾分同じであり、硬度における増加は、通常、靭性の低下を伴うということである。図12~14は、これらのサンプルについての炭化物面積分布に対する影響を示し、白色および灰色の炭化物は、それらがSEM内でどのように現れるかを表し、白色の炭化物は通常、Wなどの重金属元素で形成され、灰色の炭化物は通常、いくつか種類の異なる化学両論量でのCrまたはVなどの、より軽い金属の元素で形成される。炭化物面積分析は、以上のように行われた。1つが、水平に伏す方向にあり、1つが垂直に直立する方向にある、合金毎の2つの製品が印刷され、および、示された値は、2つの製品の平均値である。 As mentioned above, the hardness of the samples was significantly increased when the samples were prepared by using integrated HIP and heat treatment according to the present invention. What was unexpected was that the toughness of the samples was somewhat the same; an increase in hardness is usually accompanied by a decrease in toughness. Figures 12-14 show the effect on the carbide area distribution for these samples, with white and gray carbides representing how they appear in the SEM, with white carbides typically associated with heavy metal elements such as W. Gray carbides are usually formed with lighter metallic elements such as Cr or V in several different stoichiometric amounts. Carbide area analysis was performed as described above. Two products of each alloy were printed, one in the horizontal orientation and one in the vertical upright orientation, and the values shown are the average values of the two products.
図12に見られるように、d90およびd10値はいずれも、従来のHIPおよび熱処理と比較して、本方法を使用した場合に、より低い。さらに、図12は、d90値の減少がd10の減少よりも大きく、これは、本方法が、小さな炭化物に対してよりも、大きな炭化物の減少に対して、より顕著な影響をおよぼすことを示している。 As seen in FIG. 12, both d90 and d10 values are lower using the present method compared to conventional HIP and heat treatment. Furthermore, FIG. 12 shows that the decrease in d90 value is greater than the decrease in d10, indicating that the method has a more pronounced effect on the reduction of large carbides than on small carbides. ing.
図13は、炭化物面積分析が、従来のHIPおよび熱処理よりも、本方法(URQ)を使用して作製されたサンプルの場合に、狭いことを示す。さらに、白色および灰色の炭化物の炭化物面積分布も、より類似した状態になっている。 Figure 13 shows that the carbide area analysis is narrower for samples made using the present method (URQ) than conventional HIP and heat treatments. Furthermore, the carbide area distributions of white and gray carbides are also more similar.
図14は、本発明(URQ)を使用してサンプルを作製することが、より小さな炭化物(平均)、より小さな最大炭化物(最大)、およびより狭い分布(SD、標準偏差)をもたらすことを示す。 Figure 14 shows that preparing samples using the present invention (URQ) results in smaller carbides (mean), smaller maximum carbides (maximum), and narrower distribution (SD, standard deviation). .
実施例3
ここでは、合金M42の印刷試験が、2つの熱処理方法、すなわち、1180℃での別個の真空炉内での従来の3時間(h)HIPおよび硬化、3×560℃の焼き戻しと、上記従来の方法と同じ温度および時間設定であるが、異なる圧力で使用した、本発明による統合型のHIPおよび熱処理との間で比較された。
Example 3
Here, printing tests of alloy M42 were performed using two heat treatment methods: conventional 3 hour (h) HIP and hardening in a separate vacuum furnace at 1180 °C, tempering at 3 x 560 °C and conventional A comparison was made between integrated HIP and heat treatment according to the present invention using the same temperature and time settings as the method, but at different pressures.
使用した粉末は、重量%で仕様書に準拠した組成を有する、サイズ画分(size fraction)53~150μmで噴霧されたガス(gas atomized)である。
The powder used is gas atomized with a size fraction of 53 to 150 μm, with a composition in accordance with the specifications in % by weight.
M42は、規格HS2-9-1-8、AISIS M42、またはEN 1.3247に準拠する、超高Mo鋼、通常は従来の非PM高速鋼材料である。 M42 is an ultra-high Mo steel, typically a conventional non-PM high speed steel material, conforming to standards HS2-9-1-8, AISIS M42, or EN 1.3247.
統合型のHIPおよび熱処理は、上述のように、以下の条件:
1120℃での、および1000Barでの3時間(h)HIP
1180℃まで増加させた温度
焼き入れ/硬化
560℃で、約500バールでの3×1時間(h)での焼き戻し
で行われた。
Integrated HIP and heat treatment, as described above, requires the following conditions:
HIP for 3 hours (h) at 1120°C and 1000 Bar
Temperature increased to 1180° C. Quenching/hardening was carried out at 560° C. with tempering for 3×1 hour (h) at approximately 500 bar.
従来のHIPおよび熱処理は:
別個のHIP炉内で、1120~1150℃、1000バールでの3時間(h)HIPされ、
室温まで冷却され、
硬化会社へ輸送され、
1180℃で硬化され、
560℃で3×1時間(h)焼き戻された。
Conventional HIP and heat treatment:
HIPed for 3 hours (h) at 1120-1150°C and 1000 bar in a separate HIP oven;
cooled to room temperature,
Transported to a curing company,
Cured at 1180℃,
Tempered at 560° C. for 3×1 hour (h).
(従来の棒としての)この材料の材料仕様書では、61HRCから68HRC(ロックウェル)までに硬化させることが可能であり、後者は、硬化温度1190℃+560℃での3×1時間(h)で実現される。1180℃で硬化される場合、硬度は約67.6HRCである。オーステナイト化は、1050~1090℃(エラスティール(Erasteel)材料仕様書データ)で生じる。 The material specification for this material (as a conventional bar) allows it to be cured from 61HRC to 68HRC (Rockwell), the latter for 3 x 1 hour (h) at a curing temperature of 1190°C + 560°C. It is realized by When cured at 1180°C, the hardness is approximately 67.6 HRC. Austenitization occurs between 1050 and 1090°C (Erasteel material specification data).
硬度および靭性は、上述のように決定されている。 Hardness and toughness were determined as described above.
結果
従来の硬化させたサンプルが、945+/-68 HV2kgを有していた一方、統合型のHIPおよび熱処理によって得られたサンプルは、1020+/-69 HV2kgの硬度を有していた。
Results The conventionally cured sample had a hardness of 945+/-68 HV2kg, while the sample obtained by integrated HIP and heat treatment had a hardness of 1020+/-69 HV2kg.
これは、本方法により、硬度が8%増加することを意味する。 This means that the method increases the hardness by 8%.
統合型のHIPおよび熱処理のサンプルについての靭性は、従来の手法で処理されたサンプルよりも13~21%低かった。理論に拘束されるものでないが、これは、低炭素含有量の結果であると考えられ、これは、今回では、統合型のHIPおよび熱処理の効果が完全に実現されている訳でないことを意味する。 Toughness for the integrated HIP and heat treated samples was 13-21% lower than the conventionally treated samples. Without being bound by theory, it is believed that this is a result of the low carbon content, meaning that the effects of the integrated HIP and heat treatment are not fully realized in this case. do.
(1)金属マトリックス、および前記金属マトリックスに組み込まれる炭化物粒子を備える鉄系の合金で形成される3D印刷の製品であって;(1) A 3D printed article formed of an iron-based alloy comprising a metal matrix and carbide particles incorporated into the metal matrix;
前記合金は、The alloy is
炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
を含み、including;
前記合金は、The alloy is
タングステン:2以上および13以下の重量%;Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
コバルト:7以上および18以下の重量%;Cobalt: 7 or more and 18 or less weight %;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
の元素のうちの少なくとも2つをさらに含み;further comprising at least two of the elements;
前記合金は、不可避的な微量の不純物を含み;The alloy contains unavoidable trace impurities;
最大炭化物面積が、8μmMaximum carbide area is 8μm
22
未満であり、平均炭化物面積が2μmThe average carbide area is less than 2 μm.
22
未満であり;less than;
および/またはand/or
炭化物面積分布が、1.90μmCarbide area distribution is 1.90μm
22
以下のd90値とd10値との差分を有し;It has the following difference between d90 value and d10 value;
および/またはand/or
前記炭化物面積分布が、2.20μmThe carbide area distribution is 2.20 μm
22
以下のd90値を有する、having a d90 value of
3D印刷の製品。3D printed products.
(2)炭素含有量が、1.4以上、かつ、3.0以下の重量%である、(2) the carbon content is 1.4 or more and 3.0 or less by weight;
上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above.
(3)前記合金は、(3) The alloy is
タングステン:2以上および13以下の重量%;Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
任意に、Optionally,
コバルト:9以上および18以下の重量%Cobalt: 9 or more and 18 or less weight%
をさらに含む、further including,
上記(1)または(2)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) or (2) above.
(4)前記合金は、(4) The alloy is
炭素:1.0以上および3.0以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
を含み、including;
前記合金は、不可避的な微量の不純物を含む、The alloy contains unavoidable trace impurities,
上記(1)または(2)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) or (2) above.
(5)前記合金は、(5) The alloy is
炭素:2.20以上および2.60以下の重量%;Carbon: weight percent of 2.20 or more and 2.60 or less;
タングステン:5以上および13以下の重量%;Tungsten: 5 or more and 13 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
コバルト:9以上および18以下の重量%;Cobalt: 9 or more and 18 or less weight %;
モリブデン:3以上および10以下の重量%;Molybdenum: 3 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:5以上および8以下の重量%;Vanadium: 5 or more and 8 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
不可避的な微量の不純物Unavoidable trace impurities
を含む、including,
上記(1)または(2)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) or (2) above.
(6)前記平均炭化物面積が、1μm(6) The average carbide area is 1 μm
22
未満である、is less than
上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above.
(7)前記鉄系の合金が(7) The iron-based alloy
炭素:2.25以上および2.40以下の重量%;Carbon: 2.25 or more and 2.40 or less weight %;
タングステン:6以上および8以下の重量%;Tungsten: 6 or more and 8 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
コバルト:9以上および12以下の重量%;Cobalt: 9 or more and 12 or less weight %;
モリブデン:5以上および8以下の重量%;Molybdenum: 5 or more and 8 or less weight %;
バナジウム:5以上および8以下の重量%;Vanadium: 5 or more and 8 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
を含む、上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above, including:
(8)前記鉄系の合金が(8) The iron-based alloy
炭素:1.2以上および1.8以下の重量%;Carbon: 1.2 or more and 1.8 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
タングステン:2.0以上および4.0以下の重量%;Tungsten: 2.0 or more and 4.0 or less by weight;
バナジウム:3以上および5以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 5 or less weight %;
モリブデン:1以上および4以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 4 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
不可避的な微量の不純物Unavoidable trace impurities
を含む、including,
上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above.
(9)前記鉄系の合金が(9) The iron-based alloy
炭素:1.5以上および2.3以下の重量%;Carbon: 1.5 or more and 2.3 or less weight %;
クロム:17以上および22.0以下の重量%;Chromium: 17 or more and 22.0 or less weight %;
バナジウム:3以上および5以下の重量%; Vanadium: 3 or more and 5 or less weight %;
モリブデン:1以上および3以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 3 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: Balance;
不可避的な微量の不純物Unavoidable trace impurities
を含む、including,
上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above.
(10)前記鉄系の合金が(10) The iron-based alloy
炭素:1.0以上および1.20以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 1.20 or less weight %;
クロム:2.0以上および5.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 5.0 or less weight %;
モリブデン:7以上および10以下の重量%;Molybdenum: 7 or more and 10 or less weight %;
コバルト:7以上および9以下の重量%;Cobalt: 7 or more and 9 or less weight %;
を含み;including;
前記合金がThe alloy is
タングステン:1.0以上および3.0以下の重量%;Tungsten: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
バナジウム:1.0以上および3.0以下の重量%;Vanadium: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
鉄:バランス; Iron: balance;
不可避的な微量の不純物Unavoidable trace impurities
をさらに含む、further including,
上記(1)記載の3D印刷の製品。The 3D printed product described in (1) above.
(11)前記最大炭化物面積が、4μm(11) The maximum carbide area is 4 μm
22
以下であり、好ましくは3μmor less, preferably 3 μm
22
以下である、上記(1)~(10)のいずれかに記載の3D印刷の製品。The 3D printed product according to any one of (1) to (10) above, which is as follows.
(12)前記製品が、少なくとも1050HV2kg、好ましくは少なくとも1100HV2kgの硬度を有する、上記(1)~(7)のいずれかに記載の3D印刷の製品。(12) The 3D printed product according to any one of (1) to (7) above, wherein the product has a hardness of at least 1050 HV2 kg, preferably at least 1100 HV2 kg.
(13)3D印刷の製品を作製する方法であって、(13) A method of producing a 3D printed product, comprising:
a. 鉄系の合金の粉末を提供するステップであって、前記鉄系の合金が、炭素および不可避的な量の不純物をさらに含む、鉄系の合金の粉末を提供するステップ;a. providing a powder of an iron-based alloy, said iron-based alloy further comprising carbon and an unavoidable amount of impurities;
b. チャンバを有する自由成形装置において前記鉄系の合金から製品を3D印刷するステップであって、3D印刷が真空中で行われる、製品を3D印刷するステップ;b. 3D printing a product from said iron-based alloy in a free-forming device having a chamber, the 3D printing being performed in a vacuum;
c. ステップbにおいて得られる前記製品を、c. The product obtained in step b,
i. 前記製品を炉内に配置するステップ;i. placing the product in a furnace;
ii. 前記製品を少なくとも850℃の第1の温度まで加熱し、前記炉内の圧力を少なくとも80MPaの第1の圧力まで増加させ、前記製品を第1の保持時間中に前記第1の温度および前記第1の圧力に保持するステップ;ii. heating the product to a first temperature of at least 850° C.; increasing the pressure in the furnace to a first pressure of at least 80 MPa; and heating the product to a first temperature and the first temperature during a first holding time. holding at a pressure of 1;
iii. 前記製品を少なくとも950℃の第2の温度まで加熱し、前記製品を第2の保持時間中、前記第2の温度に、および第2の圧力に保持するステップ;iii. heating the product to a second temperature of at least 950° C. and maintaining the product at the second temperature and at a second pressure for a second holding time;
iv. 前記製品を第3の温度まで焼き入れ、前記炉内の圧力を第3の圧力まで減少させ、前記製品を第3の保持時間中に前記第3の温度および前記第3の圧力に保持するステップ;iv. quenching the product to a third temperature, reducing the pressure in the furnace to a third pressure, and holding the product at the third temperature and the third pressure for a third holding time. ;
v. 前記製品を第4の温度まで加熱し、前記炉内の圧力を第4の圧力まで増加させ、前記製品を第4の保持時間中に前記第4の温度および前記第4の圧力に保持することにより、その後に、前記製品の温度を第5の温度まで減少させることにより、温度サイクルを行うステップv. heating the product to a fourth temperature, increasing the pressure in the furnace to a fourth pressure, and holding the product at the fourth temperature and the fourth pressure for a fourth holding time; and then temperature cycling the product by decreasing the temperature of the product to a fifth temperature.
によって処理するステップSteps processed by
を含む、including,
3D印刷の製品を作製する方法。A method of making 3D printed products.
(14)真空圧が、1.5×10(14) Vacuum pressure is 1.5×10
-3-3
mBar以下、好ましくは1.5×10mBar or less, preferably 1.5×10
-4-Four
mBar以下であり、エネルギービームが、好ましくは電子ビームである、上記(13)記載の方法。The method according to (13) above, wherein the energy beam is preferably an electron beam.
(15)前記第1の温度は、少なくとも1000℃であるが、好ましくは1400℃以下であり、好ましくは1100~1200℃の範囲内であり、より好ましくは1120~1150℃の範囲内であり;前記第2の温度は、前記第1の温度よりも高い、上記(13)または(14)記載の方法。(15) the first temperature is at least 1000°C, but preferably 1400°C or less, preferably within the range of 1100 to 1200°C, more preferably within the range of 1120 to 1150°C; The method according to (13) or (14), wherein the second temperature is higher than the first temperature.
(16)前記第2の温度は、少なくとも1050℃であり、好ましくは1100~1200℃の範囲内であり、より好ましくは1180~1200℃の範囲内であり;(16) the second temperature is at least 1050°C, preferably within the range of 1100 to 1200°C, more preferably within the range of 1180 to 1200°C;
前記第2の温度は、前記第1の温度よりも高い、the second temperature is higher than the first temperature,
上記(13)~(15)のいずれかに記載の方法。The method according to any one of (13) to (15) above.
(17)前記第3の温度は、50℃以下であり、前記第3の圧力は、好ましくは65MPa以下である、上記(13)~(16)のいずれかに記載の方法。(17) The method according to any one of (13) to (16) above, wherein the third temperature is 50° C. or lower, and the third pressure is preferably 65 MPa or lower.
(18)前記第1の圧力は、少なくとも90MPa以下であり、または好ましくは少なくとも100MPaであり、好ましくは210MPa未満であり、より好ましくは150MPa未満である、上記(13)~(17)のいずれかに記載の方法。(18) Any one of (13) to (17) above, wherein the first pressure is at least 90 MPa or less, or preferably at least 100 MPa, preferably less than 210 MPa, and more preferably less than 150 MPa. The method described in.
(19)前記第4の温度は、500~600℃の範囲内であり、好ましくは550~580℃であり、より好ましくは約560℃である、上記(13)~(18)のいずれかに記載の方法。(19) The fourth temperature is within the range of 500 to 600°C, preferably 550 to 580°C, more preferably about 560°C, according to any of (13) to (18) above. Method described.
(20)前記第1の圧力は、90~120MPaの範囲内である、上記(18)記載の方法。(20) The method according to (18) above, wherein the first pressure is within a range of 90 to 120 MPa.
(21)前記第3の圧力は、55~65MPaの範囲内である、上記(13)~(20)のいずれかに記載の方法。(21) The method according to any one of (13) to (20) above, wherein the third pressure is within a range of 55 to 65 MPa.
(22)前記第4の圧力は、少なくとも70MPaであり、好ましくは70~80MPaの範囲内であり、より好ましくは約75MPaである、上記(13)~(21)のいずれかに記載の方法。(22) The method according to any one of (13) to (21) above, wherein the fourth pressure is at least 70 MPa, preferably in the range of 70 to 80 MPa, and more preferably about 75 MPa.
(23)前記第5の温度は、50℃以下であり、好ましくは20~25℃の範囲内である、上記(13)~(22)のいずれかに記載の方法。(23) The method according to any one of (13) to (22) above, wherein the fifth temperature is 50°C or lower, preferably within the range of 20 to 25°C.
(24)前記第1の保持時間は、1~4時間の範囲内であり、好ましくは3時間である、上記(13)~(23)のいずれかに記載の方法。(24) The method according to any one of (13) to (23) above, wherein the first holding time is within a range of 1 to 4 hours, preferably 3 hours.
(25)前記第2の保持時間は、10~60分の範囲内であり、好ましくは30分である、上記(13)~(24)のいずれかに記載の方法。(25) The method according to any one of (13) to (24) above, wherein the second holding time is within a range of 10 to 60 minutes, preferably 30 minutes.
(26)前記第3の保持時間は、1秒~30分の範囲内である、上記(13)~(25)のいずれかに記載の方法。(26) The method according to any one of (13) to (25) above, wherein the third holding time is within a range of 1 second to 30 minutes.
(27)前記第4の保持時間は、30分~3時間の範囲内であり、好ましくは1時間である、上記(13)~(26)のいずれかに記載の方法。(27) The method according to any one of (13) to (26) above, wherein the fourth holding time is within a range of 30 minutes to 3 hours, preferably 1 hour.
(28)前記合金は、クロム、タングステン、コバルト、バナジウム、およびモリブデンのうちの少なくとも1つをさらに含む、上記(13)~(27)のいずれかに記載の方法。(28) The method according to any one of (13) to (27) above, wherein the alloy further contains at least one of chromium, tungsten, cobalt, vanadium, and molybdenum.
(29)前記合金は、(29) The alloy is
炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
鉄:バランス;Iron: balance;
を含み、including;
前記合金は、The alloy is
タングステン:2以上および13以下の重量%;Tungsten: 2 or more and 13 or less weight %;
コバルト:7以上および18以下の重量%;Cobalt: 7 or more and 18 or less weight %;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
の元素のうちの少なくとも2つをさらに含み;further comprising at least two of the elements;
前記合金は、不可避的な微量の不純物を含む、The alloy contains unavoidable trace impurities,
上記(13)記載の方法。The method described in (13) above.
(30)前記製品を焼き入れるステップは、少なくとも10℃/s、好ましくは少なくとも20℃/s、好ましくは少なくとも30℃/s、または少なくとも40℃/sの冷却速度で行われる、上記(13)~(27)のいずれか1項に記載の方法。(30) Quenching the product is carried out at a cooling rate of at least 10°C/s, preferably at least 20°C/s, preferably at least 30°C/s, or at least 40°C/s, as described in (13) above. The method according to any one of (27) to (27).
(31)上記(13)記載の方法であって、前記3D印刷は、(31) The method described in (13) above, wherein the 3D printing comprises:
A. 前記チャンバ内の台板上に前記鉄系の合金の粉末の層を形成するステップであって、前記鉄系の合金が、炭素、および不可避的な量の不純物をさらに含み、前記粉末が、略球状粒子および/または略球状粒子を含む、前記鉄系の合金の粉末の層を形成するステップ;A. forming a layer of the iron-based alloy powder on the bedplate in the chamber, the iron-based alloy further comprising carbon and an unavoidable amount of impurities, and the powder substantially comprising: forming a layer of said iron-based alloy powder comprising spherical particles and/or substantially spherical particles;
B. 溶融プールを形成するのに足りる期間中に、前記粉末をエネルギービームにさらすことにより、前記粉末を局所的に溶融するステップ;B. locally melting the powder by exposing the powder to an energy beam for a period of time sufficient to form a molten pool;
C. 溶融した前記粉末を前記溶融プール中で多相合金に凝固させるステップ;C. solidifying the molten powder into a multiphase alloy in the molten pool;
D. ステップi~iiiを繰り返すことにより、その前の前記層上に粉末のさらなる層を任意に作製するステップであって、ステップiiが、その前の前記層上に前記粉末を配置することを含む、さらなる層を任意に作製するステップ;D. optionally creating a further layer of powder on said previous layer by repeating steps i-iii, step ii comprising disposing said powder on said previous layer; optionally creating further layers;
を含み、including;
構築される前記製品が、前記方法中に上昇した温度に加熱維持される、the product being constructed is heated and maintained at an elevated temperature during the method;
上記(13)記載の方法。The method described in (13) above.
(32)温度サイクルを行うステップであるステップvは、少なくとも1回、好ましくは2回繰り返される、上記(13)記載の方法。(32) The method according to (13) above, wherein step v, which is a step of performing a temperature cycle, is repeated at least once, preferably twice.
(33)前記第2の圧力は、少なくとも80MPaであり、好ましくは少なくとも90MPaであり、または好ましくは少なくとも100MPaであり、好ましくは210MPa未満であり、より好ましくは150MPa未満である、上記(13)~(32)のいずれかに記載の方法。(33) The second pressure is at least 80 MPa, preferably at least 90 MPa, or preferably at least 100 MPa, preferably less than 210 MPa, more preferably less than 150 MPa, (13) to The method according to any one of (32).
(34)上記(13)~(33)のいずれかに記載の方法によって得られる、製品。(34) A product obtained by the method described in any one of (13) to (33) above.
(35)得られる前記製品は、従来のHIPおよび熱処理を使用して処理される、対応する3D印刷の製品よりも、少なくとも5%高い硬度(HV2kg)、好ましくは7%高い硬度、より好ましくは10%高い硬度を有する、上記(34)記載の製品。(35) The resulting product has at least 5% higher hardness (HV2 kg), preferably 7% higher hardness, more preferably, than the corresponding 3D printed product processed using conventional HIP and heat treatment. The product described in (34) above, having 10% higher hardness.
(36)好ましくは3時間の保持時間で、前記第1の温度は、1120~1150℃であり、前記第1の圧力は、約100MPaである、上記(34)または(35)記載の製品。(36) The product according to (34) or (35) above, wherein the first temperature is 1120 to 1150°C and the first pressure is about 100 MPa, preferably with a holding time of 3 hours.
(37)前記硬度は、SS-EN ISO 6507に準拠した、SiC P4000での仕上げ研削による標準的な材料分析方法により、研削および研磨されるサンプルに対して、2kgビッカース圧子を使用して測定される、上記(35)記載の製品。(37) The hardness was measured using a 2 kg Vickers indenter on samples that were ground and polished by the standard material analysis method by finish grinding on SiC P4000 according to SS-EN ISO 6507. The product described in (35) above.
(38)前記製品は、ミリングカッター、シェーパカッター、パワースカイビングカッター、ドリル、ミリング工具、押出ヘッド、伸線ダイ、熱間圧延用ロール、または、滑りもしくは転がり軸受リングである、上記(1)~(12)または(34)~(37)のいずれかに記載の製品。(38) The product described in (1) above is a milling cutter, shaper cutter, power skiving cutter, drill, milling tool, extrusion head, wire drawing die, hot rolling roll, or sliding or rolling bearing ring. The product according to any one of ~(12) or (34) ~ (37).
Claims (13)
前記合金は、
(i)炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;
(ii)クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;
(iii)タングステン:2以上および13以下の重量%、コバルト:7以上および18以下の重量%、モリブデン:1以上および10以下の重量%、およびバナジウム:3以上および8以下の重量%から選択される少なくとも2つ;
(iv)不可避的な微量の不純物;および
(v)鉄:残部
からなり
最大炭化物面積が、8μm2未満であり、平均炭化物面積が2μm2未満であり;
および
炭化物面積分布が、1.90μm2以下のd90値とd10値との差分を有する、
3D印刷の製品。 A 3D printed article formed of an iron-based alloy comprising a metal matrix and carbide particles incorporated into said metal matrix;
The alloy is
(i) Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
(ii) Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight percent;
(iii) selected from tungsten: 2 or more and 13 or less weight %, cobalt: 7 or more and 18 or less weight %, molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %, and vanadium: 3 or more and 8 or less weight %; at least two;
(iv) unavoidable trace impurities; and
(v) Iron: remainder
consists of
the maximum carbide area is less than 8 μm 2 and the average carbide area is less than 2 μm 2 ;
and
The carbide area distribution has a difference between the d90 value and the d10 value of 1.90 μm 2 or less,
3D printed products.
請求項1記載の3D印刷の製品。 The carbon content is 1.4 or more and 3.0 or less by weight%,
3D printed product according to claim 1.
(a)(a)
炭素:1.0以上および3.0以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight %;
モリブデン:1以上および10以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:3以上および8以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 8 or less weight %;
不可避的な微量の不純物;およびunavoidable trace impurities; and
鉄:残部を含む、Iron: including the remainder;
(b)(b)
炭素:2.20以上および2.60以下の重量%;Carbon: weight percent of 2.20 or more and 2.60 or less;
タングステン:5以上および13以下の重量%;Tungsten: 5 or more and 13 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
コバルト:9以上および18以下の重量%;Cobalt: 9 or more and 18 or less weight %;
モリブデン:3以上および10以下の重量%;Molybdenum: 3 or more and 10 or less weight %;
バナジウム:5以上および8以下の重量%;Vanadium: 5 or more and 8 or less weight %;
不可避的な微量の不純物;およびunavoidable trace impurities; and
鉄:残部を含む、Iron: including the remainder;
(c)(c)
炭素:2.25以上および2.40以下の重量%;Carbon: 2.25 or more and 2.40 or less weight %;
タングステン:6以上および8以下の重量%;Tungsten: 6 or more and 8 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
コバルト:9以上および12以下の重量%;Cobalt: 9 or more and 12 or less weight %;
モリブデン:5以上および8以下の重量%;Molybdenum: 5 or more and 8 or less weight %;
バナジウム:5以上および8以下の重量%;およびVanadium: 5 or more and 8 or less weight %; and
鉄:残部を含む、Iron: including the remainder;
(d)(d)
炭素:1.2以上および1.8以下の重量%;Carbon: 1.2 or more and 1.8 or less weight %;
クロム:3.5以上および4.5以下の重量%;Chromium: 3.5 or more and 4.5 or less weight %;
タングステン:2.0以上および4.0以下の重量%;Tungsten: 2.0 or more and 4.0 or less by weight;
バナジウム:3以上および5以下の重量%;Vanadium: 3 or more and 5 or less weight %;
モリブデン:1以上および4以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 4 or less weight %;
不可避的な微量の不純物;およびunavoidable trace impurities; and
鉄:残部を含む、Iron: including the remainder;
(e)(e)
炭素:1.5以上および2.3以下の重量%;Carbon: 1.5 or more and 2.3 or less weight %;
クロム:17以上および22.0以下の重量%;Chromium: 17 or more and 22.0 or less weight %;
バナジウム:3以上および5以下の重量%; Vanadium: 3 or more and 5 or less weight %;
モリブデン:1以上および3以下の重量%;Molybdenum: 1 or more and 3 or less weight %;
不可避的な微量の不純物;およびunavoidable trace impurities; and
鉄:残部を含む、Iron: including the remainder;
(f)(f)
炭素:1.0以上および1.20以下の重量%;Carbon: 1.0 or more and 1.20 or less weight %;
クロム:2.0以上および5.0以下の重量%;Chromium: 2.0 or more and 5.0 or less weight %;
モリブデン:7以上および10以下の重量%;Molybdenum: 7 or more and 10 or less weight %;
コバルト:7以上および9以下の重量%;Cobalt: 7 or more and 9 or less weight %;
タングステン:1.0以上および3.0以下の重量%;Tungsten: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
バナジウム:1.0以上および3.0以下の重量%;Vanadium: 1.0 or more and 3.0 or less weight %;
不可避的な微量の不純物;およびunavoidable trace impurities; and
鉄:残部を含むIron: including remainder
のいずれかである、請求項1または2記載の3D印刷の製品。3D printed product according to claim 1 or 2.
請求項1記載の3D印刷の製品。 The average carbide area is less than 1 μm 2 .
3D printed product according to claim 1.
請求項1~4のいずれか1項に記載の3D印刷の製品。 The maximum carbide area is 4 μm 2 or less,
3D printed product according to any one of claims 1 to 4.
前記硬度は、SS-EN ISO 6507に準拠した、SiC P4000での仕上げ研削による標準的な材料分析方法により、研削および研磨されるサンプルに対して、2kgビッカース圧子を使用して測定される、
請求項1~5のいずれか1項に記載の3D印刷の製品。 the product has a hardness of at least 1050 HV2 kg ;
The hardness is measured using a 2 kg Vickers indenter on a sample that is ground and polished according to the standard material analysis method by finish grinding on SiC P4000 according to SS-EN ISO 6507.
3D printed product according to any one of claims 1 to 5.
a. 鉄系の合金の粉末を提供するステップであって、
前記鉄系の合金が、
(i)炭素:1.0以上および5.0以下の重量%;
(ii)クロム:2.0以上および22.0以下の重量%;
(iii)タングステン:2以上および13以下の重量%、コバルト:7以上および18以下の重量%、モリブデン:1以上および10以下の重量%、およびバナジウム:3以上および8以下の重量%から選択される少なくとも2つ;
(iv)不可避的な微量の不純物;および
(v)鉄:残部
からなる鉄系の合金の粉末を提供するステップ;
b. チャンバを有する自由成形装置において前記鉄系の合金から製品を3D印刷するステップであって、前記3D印刷が真空中で行われる、製品を3D印刷するステップ;
c. ステップbにおいて得られる前記製品を、
i. 前記製品を炉内に配置するステップ;
ii. 前記製品を少なくとも850℃の第1の温度まで加熱し、前記炉内の圧力を少なくとも80MPaの第1の圧力まで増加させ、前記製品を第1の保持時間中に前記第1の温度および前記第1の圧力に保持するステップ;
iii. 前記製品を少なくとも950℃の第2の温度まで加熱し、前記製品を第2の保持時間中、前記第2の温度に、および第2の圧力であって、前記第2の圧力が少なくとも80MPaである、第2の圧力に保持するステップ;
iv. 前記製品を50℃以下の第3の温度まで焼き入れ、前記炉内の圧力を65MPa以下の第3の圧力まで減少させ、前記製品を第3の保持時間中に前記第3の温度および前記第3の圧力に保持するステップ;
v. 前記製品を500~600℃の第4の温度まで加熱し、前記炉内の圧力を少なくとも70MPaの第4の圧力まで増加させ、前記製品を第4の保持時間中に前記第4の温度および前記第4の圧力に保持することにより、その後に、前記製品の温度を50℃以下の第5の温度まで減少させることにより、温度サイクルを行うステップ
によって処理するステップ
を含む、
3D印刷の製品を作製する方法。 A method of producing a 3D printed product, the method comprising:
a. providing a powder of an iron-based alloy,
The iron-based alloy is
(i) Carbon: 1.0 or more and 5.0 or less weight %;
(ii) Chromium: 2.0 or more and 22.0 or less weight percent;
(iii) selected from tungsten: 2 or more and 13 or less weight %, cobalt: 7 or more and 18 or less weight %, molybdenum: 1 or more and 10 or less weight %, and vanadium: 3 or more and 8 or less weight %; at least two;
(iv) unavoidable trace impurities; and
(v) Iron: remainder
providing a powder of an iron-based alloy consisting of ;
b. 3D printing a product from said iron-based alloy in a free-forming device having a chamber, said 3D printing being performed in a vacuum;
c. The product obtained in step b,
i. placing the product in a furnace;
ii. heating the product to a first temperature of at least 850° C.; increasing the pressure in the furnace to a first pressure of at least 80 MPa; and heating the product to a first temperature and the first temperature during a first holding time. holding the pressure at 1;
iii. heating the product to a second temperature of at least 950° C.; heating the product to the second temperature during a second holding time; and a second pressure, wherein the second pressure is at least 80 MPa; holding at a second pressure;
iv. The product is quenched to a third temperature of 50° C. or less, the pressure in the furnace is reduced to a third pressure of 65 MPa or less, and the product is heated to the third temperature and the third temperature during a third holding time. Holding the pressure at 3;
v. heating the product to a fourth temperature between 500 and 600° C.; increasing the pressure in the furnace to a fourth pressure of at least 70 MPa; and heating the product to a fourth temperature and the temperature during a fourth holding time. holding at a fourth pressure, followed by temperature cycling the product by decreasing the temperature of the product to a fifth temperature of 50° C. or less;
A method of making 3D printed products.
前記第2の温度は、前記第1の温度よりも高い
請求項8記載の方法。 the first temperature is at least 1000 °C ;
the second temperature is higher than the first temperature
The method according to claim 8 .
請求項8記載の方法。 step v, which is a step of performing a temperature cycle, is repeated at least once ;
The method according to claim 8 .
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1950064-4 | 2019-01-18 | ||
SE1950064A SE543594C2 (en) | 2019-01-18 | 2019-01-18 | 3d printed high carbon content steel and method of preparing the same |
SE1951174 | 2019-10-17 | ||
SE1951174-0 | 2019-10-17 | ||
PCT/SE2020/050047 WO2020149787A1 (en) | 2019-01-18 | 2020-01-20 | 3d printed high carbon content steel and method of preparing the same |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022518448A JP2022518448A (en) | 2022-03-15 |
JPWO2020149787A5 true JPWO2020149787A5 (en) | 2024-03-07 |
Family
ID=69326611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021541130A Pending JP2022518448A (en) | 2019-01-18 | 2020-01-20 | 3D printing high carbon-containing steel and method for producing it |
Country Status (9)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20220105568A1 (en) |
EP (1) | EP3911462A1 (en) |
JP (1) | JP2022518448A (en) |
KR (1) | KR20210117297A (en) |
CN (1) | CN113260473B (en) |
AU (1) | AU2020208099A1 (en) |
BR (1) | BR112021011872A2 (en) |
CA (1) | CA3122999A1 (en) |
WO (1) | WO2020149787A1 (en) |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP4382629A1 (en) * | 2022-02-18 | 2024-06-12 | Proterial, Ltd. | Fe-based alloy, alloy member, product, and method for manufacturing alloy member |
WO2024170447A1 (en) | 2023-02-13 | 2024-08-22 | Vbn Components Ab | 3d printed metal with controlled carbide size and method of producing the same |
EP4414106A1 (en) | 2023-02-13 | 2024-08-14 | VBN Components AB | 3d printed metal with controlled carbide size and method of producing the same |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH01152242A (en) * | 1987-12-10 | 1989-06-14 | Sanyo Special Steel Co Ltd | High-toughness and high-speed steel by powder metallurgy |
DE3830112A1 (en) * | 1988-09-05 | 1990-03-15 | Dornier Gmbh | METHOD FOR PRODUCING SINTED, METAL-BOND CARBIDES FOR HIGH-SPEED WORK STEELS |
JP3987297B2 (en) * | 2001-03-21 | 2007-10-03 | 株式会社神戸製鋼所 | Powdered high-speed steel and high-speed steel tool with excellent coating properties |
SE519278C2 (en) * | 2001-06-21 | 2003-02-11 | Uddeholm Tooling Ab | Cold Work |
ES2402255T5 (en) * | 2010-02-26 | 2020-05-29 | Vbn Components Ab | Metallic multiphase material and manufacturing methods for it |
KR20130115879A (en) * | 2012-04-13 | 2013-10-22 | 경상대학교산학협력단 | Method of heat treatment on high speed steel and high speed steel thereby |
PL2952275T3 (en) * | 2014-06-04 | 2017-05-31 | Carl Aug. Picard GmbH | Screw feed element and method for the additive manufacture of screw feed elements |
WO2016055098A1 (en) * | 2014-10-07 | 2016-04-14 | Aktiebolaget Skf | Steel alloy |
CN105728724B (en) * | 2016-03-18 | 2018-11-20 | 山东能源重型装备制造集团有限责任公司 | A kind of 3D printing restorative procedure of sprocket wheel |
CN105714209B (en) * | 2016-03-23 | 2017-09-12 | 华中科技大学 | A kind of 3D printing ceramic on metal mutually strengthens the preparation method of alloy tool powdered steel |
EP3463718A1 (en) * | 2016-06-07 | 2019-04-10 | EOS GmbH Electro Optical Systems | Powder mixture for use in the manufacture of a three-dimensional object by means of an additive manufacturing method |
ES2953659T3 (en) | 2017-03-14 | 2023-11-15 | Vbn Components Ab | Cobalt-based alloys with high carbon content |
US10988823B2 (en) * | 2017-03-28 | 2021-04-27 | Daido Steel Co., Ltd. | Annealed steel material and method for manufacturing the same |
CN109963671B (en) * | 2017-06-15 | 2022-03-08 | 住友电工烧结合金株式会社 | Method for producing molded article and molded article |
SE541903C2 (en) * | 2017-11-22 | 2020-01-02 | Vbn Components Ab | High hardness 3d printed steel product |
-
2020
- 2020-01-20 CN CN202080007429.7A patent/CN113260473B/en active Active
- 2020-01-20 US US17/423,604 patent/US20220105568A1/en active Pending
- 2020-01-20 CA CA3122999A patent/CA3122999A1/en active Pending
- 2020-01-20 JP JP2021541130A patent/JP2022518448A/en active Pending
- 2020-01-20 KR KR1020217025796A patent/KR20210117297A/en unknown
- 2020-01-20 WO PCT/SE2020/050047 patent/WO2020149787A1/en unknown
- 2020-01-20 AU AU2020208099A patent/AU2020208099A1/en active Pending
- 2020-01-20 BR BR112021011872-1A patent/BR112021011872A2/en unknown
- 2020-01-20 EP EP20702398.7A patent/EP3911462A1/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7116495B2 (en) | High carbon cobalt alloy | |
CN108060322A (en) | The preparation method of hard high-entropy alloy composite material | |
EP4056300B1 (en) | High hardness 3d printed steel product | |
CN113260473B (en) | 3D printed high-carbon-content steel and preparation method thereof | |
EP0958077B1 (en) | Process for producing a powder metallurgical body with compacted surface | |
EP2570507A1 (en) | A method for producing high speed steel | |
EP2758559B1 (en) | A roll for hot rolling | |
US5435824A (en) | Hot-isostatically-compacted martensitic mold and die block article and method of manufacture | |
US20120321500A1 (en) | Free-Machining Powder Metallurgy Steel Articles and Method of Making Same | |
EP4261302A1 (en) | Shaped body formed of powder | |
JPWO2020149787A5 (en) | ||
EP0467857B1 (en) | Powder metallurgy tool steel | |
JP2022144437A (en) | Fe-based alloy and metal powder | |
SE1950064A1 (en) | 3d printed high carbon content steel and method of preparing the same | |
CN115874110B (en) | Fe-based alloy and metal powder for melt-solidification molding | |
WO2024070987A1 (en) | Fe-based alloy, alloy member, product, and method for producing alloy member | |
WO2024170447A1 (en) | 3d printed metal with controlled carbide size and method of producing the same | |
CN116103581A (en) | Fe-based alloy for melt-solidification molding and metal powder |