JPH0321623B2 - - Google Patents

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JPH0321623B2
JPH0321623B2 JP54038312A JP3831279A JPH0321623B2 JP H0321623 B2 JPH0321623 B2 JP H0321623B2 JP 54038312 A JP54038312 A JP 54038312A JP 3831279 A JP3831279 A JP 3831279A JP H0321623 B2 JPH0321623 B2 JP H0321623B2
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JP
Japan
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thermal expansion
less
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alloy
amount
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JP54038312A
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JPS55131155A (en
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Tetsuo Kato
Katsuji Kusaka
Shinichiro Yahagi
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Daido Steel Co Ltd
Original Assignee
Daido Steel Co Ltd
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  • Heat Treatment Of Steel (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
本発明は、200〜300℃の温度範囲における平均
熱膨脹係数が10×10-6/℃以下であつて、引張り
強さが100Kg/mm2以上である高強度低熱膨脹合金
に関する。
【従来の技術】 最近、通信用や計測用の精密機器の部品を製作
するため、あるいは機器の小型化による使用温度
の上昇に対応するため、300℃以上の温度まで高
精度を維持する、すなわち変形量の小さい構造材
料が要求されている。この種の構造材料としての
機能をはたすには、低熱膨脹率であると同時に、
高強度であることが必須条件となる。 本発明者らは、各種の用途例を調査し、200〜
300℃の平均熱膨脹係数が10×10-6/℃以下であ
り、かつ常温引張り強さが100Kg/mm2以上であれ
ば、通常の使用に耐えうると判断した。 そこで、在来のインバー合金(36Ni−Fe、引
張り強さ60Kg/mm2)を基本組成にして、これに対
する添加元素や熱履歴、さらには加工の影響を詳
細に調査した結果、C:0.1%超過〜0.3%未満、
Ni:35.0〜50.0%に加えて、Si、NnおよびCrの
1種または2種以上を(2種以上の場合は合計量
で)1.0%超過〜5.0%含有し、残余は実質的にFe
からなる合金に高度の冷間加工を施したものが、
上記の特性条件をみたし得ること、また、Niの
うち0.1〜8.0%の範囲の量を、CuまたはCuおよび
Coで置き換えるのが好ましいことを見出した。
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、上記した知見にもとづき、イ
ンバー合金よりも高い100Kg/mm2以上のレベルの
強度を有し、200〜300℃における平均熱膨脹係数
が10×10-6/℃以下である合金を提供することに
ある。
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成する本発明の高強度低熱膨脹
合金は、基本的には、C:0.1%超過〜0.3%未満
およびCu:0.1〜8.0%を含有し、(Ni+Cu):35.0
〜50.0%となる量のNiを含有するとともに、Si、
MnおよびCrの1種または2種以上を(2種以上
の場合は合計量で)1.0%超過〜5.0%含有し、残
余が実質的にFeからなる組成の合金に対し、減
面率50%以上の冷間加工を施してなり、200〜300
℃の平均熱膨脹係数が10×10-6/℃以下、常温引
張り強さが100Kg/mm2以上である。 上記の基本組成に対して、Cuの一部をCoで置
き換えることができる。CoはCuと同様に熱膨脹
係数を近い値に安定させるはたらきがある。 上記組成の高強度低熱膨脹合金に対して、さら
にTi、Nb、V、Zr、Ta、W、Hf、Alの1種ま
たは2種以上を(2種以上の場合は合計量で)
4.5%以下含有させることもでき、これは300℃付
近までのヒートサイクルにおける熱膨脹率を低く
保つのに効果的である。
【作用】
本発明の合金の組成を上記のように定めた理由
は、つぎのとおりである。 C:0.1%超過〜0.3%未満 固溶および加工硬化による材質強化に寄与す
る。100Kg/mm2以上の引張り強さを確保するには、
0.1%を超える添加を必要とする。一方、多すぎ
るとFe−Ni系合金本来の低熱膨脹特性を損うた
め、0.3%未満に止める。 CuまたはCu+Co:0.1〜8.0% これらの元素は、Fe−Ni系合金の磁気変態点
を高温側に移動させ、熱膨脹係数曲線を低Ni側
に移動させる効果をもつ。この効果は、0.1%以
上の添加により明確になる。しかし多量にすぎる
と、かえつて熱膨脹係数を上昇させるため、8.0
%以下に止める。合金の製品の中には、加工工程
の途中で、歪取り、焼鈍メツキ、窒化などの表面
処理が施されるものも少なくない。そうした熱履
歴によつて、強加工による熱膨脹係数の低減効果
が失なわれやすい。これに対しては、Cuまたは
CuおよびCoの導入が効果的である。 Ni:(Ni+Cu)または(Ni+Cu+Co)が35.0〜
50.0%となる量 低い熱膨脹係数が得られる温度範囲はNi含有
量により変化し、200〜300℃での熱膨脹係数を10
×10-6/℃以下にするためには、Niを、(Ni+
Cu)または(Ni+Cu+Co)が少なくとも35.0%
となる量含有させる必要がある。これより多くな
ると熱膨脹係数はいつたん低下したのち上昇に転
じ、50.0%以上になるとこのレベルを維持するこ
とが困難となる。 Si、Mn、Cr:1種または2種以上、2種以上の
場合は合計量で1.0%超過〜5.0% これらの元素は、Fe−Ni系合金本来の熱膨脹
特性をあまり損うことなく固溶強化でき、さらに
冷間加工を施したときの加工硬化も大きく、材質
強化に貢献する。100Kg/mm2以上の高強度を確保
するためには少なくとも合計量が1.0%を超える
必要がある。しかし多すぎると200〜300℃の熱膨
脹係数が高くなり、10×10-6/℃以下の条件を維
持することが困難になる。 Ti、Nb、V、Zr、Ta、W、Hf、Al:1種また
は2種以上(2種以上の場合は合計量で)4.5
%以下 これらの元素は、300℃付近までのヒートサイ
クルにおける熱膨脹係数を低位に安定させる上で
有効であり、さらにそれ自体の固溶強化作用や時
効処理によつて強度を一層向上させるのに役立
つ。一方、多すぎると熱膨脹係数が高くなり、
200〜300℃において10×10-6/℃以下という条件
をみたすことが困難となる。 減面率50%以上の冷間加工: このような強加工を施すことによつて、引張り
強度が向上する一方で、熱膨脹率も低くなるとい
う好結果が得られる。 本発明の合金に対して時効処理を施すと、低熱
膨脹特性を損なうことなく引張強さ、弾性限界お
よび疲労強さを効果的に向上させることができ
る。この時効処理は、上記の減面率50%以上の冷
間加工に続いて行なうとよい。 参考例 1 電解鉄、フエロニツケルなどの原料を真空誘導
炉で溶解して得た溶湯に、適量のSi、Mnまたは
Crを添加し、第1表に示す組成の合金の鋳塊を
製造した。 第1表において、No.1〜7はNi含有量を変化
させたグループであり、No.8〜18は(Si+Mn+
Cr)含有量を変化させたグループである。 上記の供試材を鍛造し、線材圧延して直径10mm
の線材とし、950℃で焼鈍後、減面率80%および
90%にまで伸線加工を行なつた。その伸線材から
熱膨脹試験片および引張り試験片を採取した。 熱膨脹係数は常温から300℃までの範囲で測定
し、200〜300℃の平均熱膨脹係数を求めた。その
結果と引張り試験の結果とを、Ni量および(Si
+Mn+Cr)量で整理し、その一部を、それぞれ
第1図および第2図に示した。 (減面率80%のものを●印、90%のものを○印で
示した) 第1図に見るように、熱膨脹係数はNi量に従
つて変化し、35%を超えると10×10-6/℃以下と
なるが、40%を超えると増加しはじめる。ただ
し、熱膨脹係数を最小とするNi量は、Si、Mnな
どの添加元素とその量や、冷間加工、熱履歴によ
つても若干変化する。 第2図において、(Si+Mn+Cr)量が与える
熱膨脹係数への影響には、データに若干のバラツ
キが見られるものの、添加量の増大につれて熱膨
脹係数は上昇し、同時に引張り強さも増大する。
【表】 参考例 2 電解鉄、フエロニツケルなどの原料を真空誘導
炉で溶解して得た溶湯に、適量のSi、Mn、Cの
ほかTi、Nbなどを単独または複合添加し、第2
表に示す組成の合金の鋳塊を製造した。 これらの供試材から、実施例1と同様の鍛造、
線材圧延、焼鈍および減面率90%の伸線加工を行
なつた。得られた伸線材、およびそれに300℃×
1時間の時効処理を施したものから、引張り試験
片および熱膨脹試験片を採取して試験に供した。 その結果を(Ti+Nb…Al)量で整理して、第
3図に示す。(○印は線引材、●印は時効材) 同図に見るとおり、上記元素の添加量が増大す
るにつれて熱膨脹係数はやや増大する傾向がある
ものの、4.5%付近までは10×10-6/℃以下の条
件を満足させることができる。 また、伸線材にくらべ、300℃時効材では上記
元素の添加効果が大きい。このことは、無添加の
No.19は、一度300℃付近まで昇温すると冷間(線
引き)加工による低熱膨脹化の効果が低減し、熱
膨脹係数がかなり高くなることをみれば明らかで
ある。 上記元素の添加量の増大は、それに対応して引
張り強さを漸増させ、その効果はとくに時効材で
著しい。
【表】 実施例 1 上記の参考例1および2によつて、アンバー合
金における各種添加元素、冷間加工および時効処
理が熱膨脹率および強度に及ぼす影響が明らかに
なつたので、次は、本発明に従つて、さらにCu
またはCuおよびCoを含有させ、第3表に示す組
成の合金の鋳塊を製造した。 それらの鋳塊から、参考例2と同様の工程をへ
て伸線材を得、引張り試験片および熱膨脹試験片
を採取して試験に供した。 その結果を(Co+Cu)量で整理して、第4図
に示す。 図に見るとおり、CuおよびCoを含有すること
によつて熱膨脹係数が低くなるから、Niの一部
をCoおよびCuで置換することは有用である。し
かし、CuまたはCu+Coの置換量があまり多くな
ると、熱膨脹係数を低める効果が減じ、またコス
ト的にも不利となる。
【表】 実施例 2 第4図に示す組成の合金の鋳塊を製造し、参考
例2と同様にして伸線材から試験片をつくり、引
張強度および熱膨脹率を測定した。 その結果を、第4表にあわせて示す。
【表】
【発明の効果】
本発明の合金は、インバー合金を改良した組成
の合金に冷間の強加工を組み合わせることによつ
て、100Kg/mm2以上の高強度を付与し、かつ200〜
300℃の高温度領域においても10×10-6/℃以下
の低熱膨脹係数を実現したものである。 従つて本発明の合金は、高温領域で使用する精
密機器の部品の製造に好適である。
【図面の簡単な説明】
第1図ないし第3図は、いずれも本発明に対す
る参考例のデータを掲げたグラフであつて、第1
図は熱膨脹係数および引張り強度に対するNi量
の影響、第2図は(Si+Mn+Cr)量の影響、そ
して第3図は(Ti+Nb+V+Zr+Ta+W+Hf
+Al)量の影響、をそれぞれ示す。第4図は本
発明の実施例のデータを掲げたグラフであつて、
第1図ないし第3図と同様に、熱膨脹係数および
引張り強度に対する(Cu+Co)量の影響を示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 C:0.1%超過〜0.3%未満およびCu:0.1〜
    8.0%を含有し、(Ni+Cu):35.0〜50.0%となる
    量のNiを含有するとともに、Si、MnおよびCrの
    1種または2種以上を(2種以上の場合は合計量
    で)1.0%超過〜5.0%含有し、残余が実質的にFe
    からなる組成の合金に対し、減面率50%以上の冷
    間加工を施してなり、200〜300℃の平均熱膨脹係
    数が10×10-6/℃以下、常温引張強さが100Kg/
    mm2以上である高強度低熱膨脹合金。 2 C:0.1%超過〜0.3%未満ならびにCuおよび
    Co(合計):0.1〜8.0%を含有し、(Ni+Cu+
    Co):35.0〜50.0%となる量のNiを含有するとと
    もに、Si、MnおよびCrの1種または2種以上を
    1.0%超過〜5.0%含有し、残余が実質的にFeから
    なる組成の合金に対し、減面率50%以上の冷間加
    工を施してなり、200〜300℃の平均熱膨脹係数が
    10×10-6/℃以下、常温引張り強さが100Kg/mm2
    以上である高強度低熱膨脹合金。 3 C:0.1%超過〜0.3%未満およびCu:0.1〜
    8.0%を含有し、(Ni+Cu):35.0〜50.0%となる
    量のNiを含有するとともに、Si、MnおよびCrの
    1種または2種以上を(2種以上の場合は合計量
    で)1.0%超過〜5.0%含有し、さらにTi、Nb、
    V、Zr、Ta、W、HfおよびAlの1種または2種
    以上を(2種以上の場合は合計量で)4.5%以下
    含有し、残余が実質的にFeからなる組成の合金
    に対し、減面率50%以上の冷間加工を施してな
    り、200〜300℃の平均熱膨脹係数が10×10-6/℃
    以下、常温引張り強さが100Kg/mm2以上である高
    強低度熱膨脹合金。
JP3831279A 1979-04-02 1979-04-02 High strength low thermal expansion alloy Granted JPS55131155A (en)

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