JPH0366379B2 - - Google Patents
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- JPH0366379B2 JPH0366379B2 JP61093812A JP9381286A JPH0366379B2 JP H0366379 B2 JPH0366379 B2 JP H0366379B2 JP 61093812 A JP61093812 A JP 61093812A JP 9381286 A JP9381286 A JP 9381286A JP H0366379 B2 JPH0366379 B2 JP H0366379B2
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- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
Description
（産業上の利用分野）
本発明は、Ni基合金、特にほう化処理が可能
なNi基合金に関する。 また、本発明は別の観点からは、Ni基合金の
ほう化処理を促進させる方法に関する。 （従来の技術） 各種の機械部品や工具は、硬さや耐摩耗性が要
求されることが多く、このような要求に対応して
材料の研究が行われている。しかし、一般に硬く
て耐摩耗性の良い材料は加工が困難であるため、
軟質材料を所定形状に成形加工してから、加工後
に表面硬化処理を施すことも研究されている。 例えば、窒化鋼と呼ばれる特殊鋼は、成形加工
の段階では硬化させずに、加工後にこれを窒化処
理して表面硬化させることにより耐摩耗性を向上
させた機械部品が作られている。また、ステンレ
ス鋼を窒化させることによつても、表面が著しく
硬化することが知られている。これは、窒化鋼や
ステンレス鋼に含有されるCrやAlが窒化処理に
よつて窒化物となり、物品表面に硬い窒化層を形
成するためである。 しかし、窒化鋼やステンレス鋼のような鉄を主
成分とする合金の場合は、合金中のCrが窒化物
となつて失われることにより、窒化層直下の地金
中のCr濃度が著しく減少するため、耐食性が劣
化し、鉄さびが発生しやすい。 一方、金属NiはFeに比べてはるかに耐食性が
優れており、大気、淡水および海水中ではほとん
ど腐食しない。また、加工性も比較的良好であ
り、板、棒、線などの形に加工することができ
る。しかし、金属Niは窒化が極めて困難である
ため、通常の方法では表面に窒化物層を形成させ
ることはできない。 また、金属Niは、ほう化処理によつてその表
面にほう化物を含む硬化層を生成することも知ら
れているが、その硬さはHv800程度であり、さら
に硬度の高い表面が得られれば、耐摩耗性向上に
とつて顕著な効果を示すことはいうまでもない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは、金属Niが板、棒、線の形に加
工可能なこと、およびほう化処理により表面硬化
してHv800以上の硬さが得られることに着目し、
ほう化処理により非常に硬い表面を得ることがで
きるNi基合金の開発に着手した。 （問題点を解決するための手段） ここに、本発明者らは、Ti、Nb、Si、Zr、
Hf、MoおよびTaの少なくとも１種を適量添加
することにより、金属Niをほう化処理した場合
に非常に硬くなることを見出し、本発明を完成し
た。 よつて、本発明の要旨とするところは、重量％
で、 Ti：0.1〜15％、 Nb：0.2〜20％、 Si：0.2〜10％、 Zr：0.05〜５％、 Hf：0.05〜５％、 Mo：0.25〜25％、および Ta：0.1〜15％ の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１
種のみを含有する場合には、含有量の下限はそれ
ぞれ、Ti：0.2％、Nb：0.4％、Si：0.4％、Zr：
0.1％、Hf：0.1％、Mo：0.5％、そしてTa：0.2
％であり、残部実質的にNiから成る、ほう化処
理用Ni基合金である。 Ti、Nb、Si、Zr、Hf、MoおよびTaはほう化
物を形成することは公知であるが、本発明によれ
ばその形成は母地がNiということから、著しく
容易となるばかりでなく、ほう素の拡散速度が大
きいため、Tiを例にとると母地がFeの場合と比
較してNiの場合には、Tiの拡散はほとんど起こ
らず、したがつて、ほう化処理後も、ほう化物層
直下にTi欠乏層の形成も行なわれない。 （作 用） 本発明において、Niの各添加元素の添加量を
上述のように数値限定した理由は次の通りであ
る。前記添加元素はいずれもほう化処理によつて
ほう化物を形成して表面硬化を促進するとともに
Niのほう化とマトリツクス中へのほう素の拡散
を促進する作用を有するものであるが、その他そ
れぞれについて追加的特性の改善が行なわれるの
であつて、実際の合金組成の決定に当つては、表
面硬化の程度とその他の特性改善の効果とを考慮
するのである。なお、本明細書中において、％は
特に指定のない限り重量％である。 ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）： ZrおよびHfはNi基合金を著しくほう化され
やすくする働きをする元素である。添加量が多
いほどその効果が大きくなる傾向を示すが、そ
れぞれ５％より多くなると合金の加工性が著し
く劣化する。また、単独添加で0.1％未満、複
合添加で0.05％未満では、添加の効果が認め難
い。好ましくは0.5〜3.0％である。 チタン（Ti）、タンタル（Ta）： Ti、TaはZr、Hfと同様の働きをする。Tiお
よびTaは添加量が15％を超えると加工性の劣
化が著しく、またそれぞれ単独添加で0.2％未
満、複合添加で0.1％未満では所望の効果が得
られない。好ましくはそれぞれ1.0〜10.0％で
ある。 ニオブ（Nb）： NbはNi基合金のほう化を促進して表面硬化
を改善するばかりでなく、母地の耐食性、強度
の改善作用を示す。ただし、Nb単独で0.4％未
満、複合添加で0.2％未満ではその効果が認め
られず、また20％を超えるNbは加工性の劣化
を招く。好ましくは2.0〜15.0％である。 ケイ素（Si）： Siは、Ni基合金のほう化による表面硬化を
促進させるとともに母地の耐熱性改善の働きを
する。この効果を得るには、単独で0.4％以上、
複合添加で0.2％以上のSiが必要であり、一方、
10％を超えるSiは加工性の劣化を引き起こす。
好ましくは2.0〜7.0％である。 モリブデン（Mo）： MoはNi基合金のほう化処理性を向上させ表
面硬化を促進させるとともに、耐食性をさらに
向上させる効果もあるが、その効果を十分に発
揮するには単独で0.5％以上、複合添加では
0.25％以上のMoを添加する必要がある。しか
し、25％を超えるMoを添加すると加工性が劣
化し、コスト高にもなるので、上限を25％とし
た。好ましくは3.0〜20.0％である。 本発明で「ほう化処理用」と呼んでいるのは、
ほう化処理によつてほう化されやすいことを意味
しており、単に表面がほう化されて硬くなること
だけでなく、ほう素が表面から内部へ拡散し、そ
の結果として材料の硬度や強度が上昇することも
含んでいる。 したがつて、本発明はその態様として、重量％
で、 Ti：0.1〜15％、 Nb：0.2〜20％、 Si：0.2〜10％、 Zr：0.05〜５％、 Hf：0.05〜５％、 Mo：0.25〜25％、および Ta：0.1〜15％ の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１
種のみを含有する場合には、含有量の下限はそれ
ぞれ、Ti：0.2％、Nb：0.4％、Si：0.4％、Zr：
0.1％、Hf：0.1％、Mo：0.5％、そしてTa：0.2
％であり、残部実質的にNiから成る組成のNi基
合金を、所定物品の形状に成形後、その表面から
ほう素を浸透、拡散させる、ほう化処理方法をも
包含する。 なお、本発明の実施例では、ほう化処理の方法
として、ほう素粉末と一緒に加熱する「固体法」
のみを例示しているが、本発明にかかるNi基合
金はほう素含有塩による「溶融塩浴法」や、
BCl3ガスなどによる「気体法」によつてもほう
化されやすいことは言うまでもない。これは、ほ
う化反応が合金成分とほう素との反応であり、か
つ合金内部へのほう素の拡散の速さもその合金固
有のものであるところから、ほう化のされやすさ
は、ほう素の供給形態にかかわらず、ほとんどそ
の合金固有の性質に依存するからである。 次に実施例により本発明をさらに説明する。 実施例 高周波誘導加熱真空溶解法により第１表に示す
組成の合金を溶製し、鍛造により厚さ10mmの板と
したのち、900℃で15分間熱処理し、空冷した。
これより、厚さ２mm×長さ10mm×幅10mmの試験片
を切り出して、黒鉛るつぼ中の非晶質ボロン粉末
中に埋め込み、Arガスを流しながら950℃で３時
間加熱してほう化処理した。ほう化処理終了後、
黒鉛るつぼを加熱炉から出して冷却し、試験片を
取り出して切断し、ほう化層の硬さを、マイクロ
ビツカース硬度計を用いて荷重250gで測定する
ことにより調べた。耳割れは、最大割れ長さ５mm
以下の場合をＡ、最大割れ長さ10mm以下の場合を
Ｂで評価したが、いずれの場合にも実用上は支障
のないものであつた。 ほう化層の硬さの試験結果も第１表に併せて示
す。Ti、Nb、Si、Zr、HfおよびMoの少なくと
も１種を添加した本発明合金（No.１〜18）は、こ
れらの合金元素を含まない比較合金（No.19〜20）
に比べてほう化層の硬さが大きいことが示され
た。 Ti、Nbなどの添加量が多い比較合金（No.21〜
27）は、加工性が極めて悪く、鍛造による加工が
できず、ほう化処理の試験片が作れなかつた。 次に、上述の各添加元素について、前述のほう
化処理をくり返して、その添加量と表面硬化の関
係を求めた。 ほう化層の硬さは添加元素の量が増すほど増加
するが、その程度は元素によつて異なり、これを
図示すると第１図にようになる。
なNi基合金に関する。 また、本発明は別の観点からは、Ni基合金の
ほう化処理を促進させる方法に関する。 （従来の技術） 各種の機械部品や工具は、硬さや耐摩耗性が要
求されることが多く、このような要求に対応して
材料の研究が行われている。しかし、一般に硬く
て耐摩耗性の良い材料は加工が困難であるため、
軟質材料を所定形状に成形加工してから、加工後
に表面硬化処理を施すことも研究されている。 例えば、窒化鋼と呼ばれる特殊鋼は、成形加工
の段階では硬化させずに、加工後にこれを窒化処
理して表面硬化させることにより耐摩耗性を向上
させた機械部品が作られている。また、ステンレ
ス鋼を窒化させることによつても、表面が著しく
硬化することが知られている。これは、窒化鋼や
ステンレス鋼に含有されるCrやAlが窒化処理に
よつて窒化物となり、物品表面に硬い窒化層を形
成するためである。 しかし、窒化鋼やステンレス鋼のような鉄を主
成分とする合金の場合は、合金中のCrが窒化物
となつて失われることにより、窒化層直下の地金
中のCr濃度が著しく減少するため、耐食性が劣
化し、鉄さびが発生しやすい。 一方、金属NiはFeに比べてはるかに耐食性が
優れており、大気、淡水および海水中ではほとん
ど腐食しない。また、加工性も比較的良好であ
り、板、棒、線などの形に加工することができ
る。しかし、金属Niは窒化が極めて困難である
ため、通常の方法では表面に窒化物層を形成させ
ることはできない。 また、金属Niは、ほう化処理によつてその表
面にほう化物を含む硬化層を生成することも知ら
れているが、その硬さはHv800程度であり、さら
に硬度の高い表面が得られれば、耐摩耗性向上に
とつて顕著な効果を示すことはいうまでもない。 （発明が解決しようとする問題点） 本発明者らは、金属Niが板、棒、線の形に加
工可能なこと、およびほう化処理により表面硬化
してHv800以上の硬さが得られることに着目し、
ほう化処理により非常に硬い表面を得ることがで
きるNi基合金の開発に着手した。 （問題点を解決するための手段） ここに、本発明者らは、Ti、Nb、Si、Zr、
Hf、MoおよびTaの少なくとも１種を適量添加
することにより、金属Niをほう化処理した場合
に非常に硬くなることを見出し、本発明を完成し
た。 よつて、本発明の要旨とするところは、重量％
で、 Ti：0.1〜15％、 Nb：0.2〜20％、 Si：0.2〜10％、 Zr：0.05〜５％、 Hf：0.05〜５％、 Mo：0.25〜25％、および Ta：0.1〜15％ の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１
種のみを含有する場合には、含有量の下限はそれ
ぞれ、Ti：0.2％、Nb：0.4％、Si：0.4％、Zr：
0.1％、Hf：0.1％、Mo：0.5％、そしてTa：0.2
％であり、残部実質的にNiから成る、ほう化処
理用Ni基合金である。 Ti、Nb、Si、Zr、Hf、MoおよびTaはほう化
物を形成することは公知であるが、本発明によれ
ばその形成は母地がNiということから、著しく
容易となるばかりでなく、ほう素の拡散速度が大
きいため、Tiを例にとると母地がFeの場合と比
較してNiの場合には、Tiの拡散はほとんど起こ
らず、したがつて、ほう化処理後も、ほう化物層
直下にTi欠乏層の形成も行なわれない。 （作 用） 本発明において、Niの各添加元素の添加量を
上述のように数値限定した理由は次の通りであ
る。前記添加元素はいずれもほう化処理によつて
ほう化物を形成して表面硬化を促進するとともに
Niのほう化とマトリツクス中へのほう素の拡散
を促進する作用を有するものであるが、その他そ
れぞれについて追加的特性の改善が行なわれるの
であつて、実際の合金組成の決定に当つては、表
面硬化の程度とその他の特性改善の効果とを考慮
するのである。なお、本明細書中において、％は
特に指定のない限り重量％である。 ジルコニウム（Zr）、ハフニウム（Hf）： ZrおよびHfはNi基合金を著しくほう化され
やすくする働きをする元素である。添加量が多
いほどその効果が大きくなる傾向を示すが、そ
れぞれ５％より多くなると合金の加工性が著し
く劣化する。また、単独添加で0.1％未満、複
合添加で0.05％未満では、添加の効果が認め難
い。好ましくは0.5〜3.0％である。 チタン（Ti）、タンタル（Ta）： Ti、TaはZr、Hfと同様の働きをする。Tiお
よびTaは添加量が15％を超えると加工性の劣
化が著しく、またそれぞれ単独添加で0.2％未
満、複合添加で0.1％未満では所望の効果が得
られない。好ましくはそれぞれ1.0〜10.0％で
ある。 ニオブ（Nb）： NbはNi基合金のほう化を促進して表面硬化
を改善するばかりでなく、母地の耐食性、強度
の改善作用を示す。ただし、Nb単独で0.4％未
満、複合添加で0.2％未満ではその効果が認め
られず、また20％を超えるNbは加工性の劣化
を招く。好ましくは2.0〜15.0％である。 ケイ素（Si）： Siは、Ni基合金のほう化による表面硬化を
促進させるとともに母地の耐熱性改善の働きを
する。この効果を得るには、単独で0.4％以上、
複合添加で0.2％以上のSiが必要であり、一方、
10％を超えるSiは加工性の劣化を引き起こす。
好ましくは2.0〜7.0％である。 モリブデン（Mo）： MoはNi基合金のほう化処理性を向上させ表
面硬化を促進させるとともに、耐食性をさらに
向上させる効果もあるが、その効果を十分に発
揮するには単独で0.5％以上、複合添加では
0.25％以上のMoを添加する必要がある。しか
し、25％を超えるMoを添加すると加工性が劣
化し、コスト高にもなるので、上限を25％とし
た。好ましくは3.0〜20.0％である。 本発明で「ほう化処理用」と呼んでいるのは、
ほう化処理によつてほう化されやすいことを意味
しており、単に表面がほう化されて硬くなること
だけでなく、ほう素が表面から内部へ拡散し、そ
の結果として材料の硬度や強度が上昇することも
含んでいる。 したがつて、本発明はその態様として、重量％
で、 Ti：0.1〜15％、 Nb：0.2〜20％、 Si：0.2〜10％、 Zr：0.05〜５％、 Hf：0.05〜５％、 Mo：0.25〜25％、および Ta：0.1〜15％ の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１
種のみを含有する場合には、含有量の下限はそれ
ぞれ、Ti：0.2％、Nb：0.4％、Si：0.4％、Zr：
0.1％、Hf：0.1％、Mo：0.5％、そしてTa：0.2
％であり、残部実質的にNiから成る組成のNi基
合金を、所定物品の形状に成形後、その表面から
ほう素を浸透、拡散させる、ほう化処理方法をも
包含する。 なお、本発明の実施例では、ほう化処理の方法
として、ほう素粉末と一緒に加熱する「固体法」
のみを例示しているが、本発明にかかるNi基合
金はほう素含有塩による「溶融塩浴法」や、
BCl3ガスなどによる「気体法」によつてもほう
化されやすいことは言うまでもない。これは、ほ
う化反応が合金成分とほう素との反応であり、か
つ合金内部へのほう素の拡散の速さもその合金固
有のものであるところから、ほう化のされやすさ
は、ほう素の供給形態にかかわらず、ほとんどそ
の合金固有の性質に依存するからである。 次に実施例により本発明をさらに説明する。 実施例 高周波誘導加熱真空溶解法により第１表に示す
組成の合金を溶製し、鍛造により厚さ10mmの板と
したのち、900℃で15分間熱処理し、空冷した。
これより、厚さ２mm×長さ10mm×幅10mmの試験片
を切り出して、黒鉛るつぼ中の非晶質ボロン粉末
中に埋め込み、Arガスを流しながら950℃で３時
間加熱してほう化処理した。ほう化処理終了後、
黒鉛るつぼを加熱炉から出して冷却し、試験片を
取り出して切断し、ほう化層の硬さを、マイクロ
ビツカース硬度計を用いて荷重250gで測定する
ことにより調べた。耳割れは、最大割れ長さ５mm
以下の場合をＡ、最大割れ長さ10mm以下の場合を
Ｂで評価したが、いずれの場合にも実用上は支障
のないものであつた。 ほう化層の硬さの試験結果も第１表に併せて示
す。Ti、Nb、Si、Zr、HfおよびMoの少なくと
も１種を添加した本発明合金（No.１〜18）は、こ
れらの合金元素を含まない比較合金（No.19〜20）
に比べてほう化層の硬さが大きいことが示され
た。 Ti、Nbなどの添加量が多い比較合金（No.21〜
27）は、加工性が極めて悪く、鍛造による加工が
できず、ほう化処理の試験片が作れなかつた。 次に、上述の各添加元素について、前述のほう
化処理をくり返して、その添加量と表面硬化の関
係を求めた。 ほう化層の硬さは添加元素の量が増すほど増加
するが、その程度は元素によつて異なり、これを
図示すると第１図にようになる。
【表】
【表】
（発明の効果）
以上詳述したように、本発明はほう化処理用の
Ni基合金を提供するものであり、本発明によれ
ば、次のような利益が得られる。 (1) Ni金属のもつ加工性の良さが十分に発揮さ
れて、管、線にはもちろん、複雑な形状の物品
にも成形できるとともに、その物品の所要箇所
に耐摩耗性を改良する処理をすることができ
る。 (2) 上記物品についてもその添加成分を適宜選ぶ
ことにより、すぐれた耐摩耗性とともに改善さ
れた耐食性あるいは強度等を組合せて備えたも
のが得られる。 (3) ほう化処理した場合、ほう素の拡散速度が早
いため、表面部において添加成分の欠乏した層
の形成が十分阻止され、たとえ仮りに形成して
も、基地のNi金属によつて耐食性、高温強度
は補償される。 (4) その他、強度上昇や振動特性の改善等も考え
られる。
Ni基合金を提供するものであり、本発明によれ
ば、次のような利益が得られる。 (1) Ni金属のもつ加工性の良さが十分に発揮さ
れて、管、線にはもちろん、複雑な形状の物品
にも成形できるとともに、その物品の所要箇所
に耐摩耗性を改良する処理をすることができ
る。 (2) 上記物品についてもその添加成分を適宜選ぶ
ことにより、すぐれた耐摩耗性とともに改善さ
れた耐食性あるいは強度等を組合せて備えたも
のが得られる。 (3) ほう化処理した場合、ほう素の拡散速度が早
いため、表面部において添加成分の欠乏した層
の形成が十分阻止され、たとえ仮りに形成して
も、基地のNi金属によつて耐食性、高温強度
は補償される。 (4) その他、強度上昇や振動特性の改善等も考え
られる。
第１図は、Niへの各種合金元素の添加量とほ
う化層の硬さの関係を示すグラフである。
う化層の硬さの関係を示すグラフである。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ 重量％で、 Ti：0.1〜15％、 Nb：0.2〜20％、 Si：0.2〜10％、 Zr：0.05〜５％、 Hf：0.05〜５％、 Mo：0.25〜25％、および Ta：0.1〜15％ の少なくとも１種を含有し、ただし、それらの１
種のみを含有する場合には、含有量の下限はそれ
ぞれ、Ti：0.2％、Nb：0.4％、Si：0.4％、Zr：
0.1％、Hf：0.1％、Mo：0.5％、そしてTa：0.2
％であり、残部実質的にNiから成る、ほう化処
理用Ni基合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9381286A JPS62250141A (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | ほう化処理用Ｎｉ基合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9381286A JPS62250141A (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | ほう化処理用Ｎｉ基合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62250141A JPS62250141A (ja) | 1987-10-31 |
| JPH0366379B2 true JPH0366379B2 (ja) | 1991-10-17 |
Family
ID=14092811
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9381286A Granted JPS62250141A (ja) | 1986-04-23 | 1986-04-23 | ほう化処理用Ｎｉ基合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62250141A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4806305A (en) * | 1987-05-01 | 1989-02-21 | Haynes International, Inc. | Ductile nickel-silicon alloy |
| JP2002241876A (ja) * | 2001-02-13 | 2002-08-28 | Mitsui Mining & Smelting Co Ltd | 耐熱性、耐酸化性ニッケル合金及び導電ペースト |
| EP2077338B1 (en) | 2006-10-20 | 2015-04-01 | Nippon Steel & Sumitomo Metal Corporation | Nickel material for chemical plant |
| CN117604517B (zh) * | 2023-11-24 | 2026-02-24 | 江阴润方机械制造有限公司 | 一种高密封性的镍基槽面法兰及其加工工艺 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS586953A (ja) * | 1981-07-07 | 1983-01-14 | Alps Electric Co Ltd | 高透磁率Ｆｅ−Ｎｉ系合金 |
-
1986
- 1986-04-23 JP JP9381286A patent/JPS62250141A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62250141A (ja) | 1987-10-31 |
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