JPH0457739B2 - - Google Patents
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- JPH0457739B2 JPH0457739B2 JP59022945A JP2294584A JPH0457739B2 JP H0457739 B2 JPH0457739 B2 JP H0457739B2 JP 59022945 A JP59022945 A JP 59022945A JP 2294584 A JP2294584 A JP 2294584A JP H0457739 B2 JPH0457739 B2 JP H0457739B2
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- Japan
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- powder
- alloy
- thermal expansion
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Description
技術分野
この発明は、精密機器やエレクトロニクスの分
野において、とくに磁場の作用の下で使用される
装置とか、あるいは微小な磁場変化を読み取る装
置などの材料として用いて好適な非強磁性低膨張
型の焼結合金に関するものである。 従来技術とその問題点 上記のような用途に適合するものとして、Cr
を主成分とする反強磁性Cr基インバー型合金が
開発され、種々検討されている。 この反強磁性Cr基インバー型合金は、磁化率
（χ）が2.0×10-5emu／ｇ以下でかつ、熱膨張係
数（α）が±4.0×10-6／℃以下という極めてす
ぐれた特性をそなえているが、Crを90重量％
（以下単に％で示す）以上も多量に含むことから、
熱間加工性が著しく悪く、また常温では脆いため
に被削性にも劣り、熱間加工後の切断や機械加工
などは極めて難しいところに問題を残していた。 この点最近に至り、Cr基インバー合金の熱間
加工性の改善については種々の方策が試みられ、
たとえば特開昭52−120211号および同56−123336
号各公報に開示の如くして丸棒、ブロツクなどが
得られるようになつたが、依然として加工性の面
からの制約は大きくて形状的に製造可能な範囲は
狭く、未だ十分とはいい難かつた。また被削性に
ついても、熱間加工性の改善に伴つて幾分かは改
善されるとはいうものの、強加工を施した場合に
はやはり、割れやかけなどの欠陥を生じていた。 従つて、熱間加工性が改善されたとはいつて
も、かかるCr基インバー合金の機械加工に際し
ては、細心の注意を必要とし、しかも低速、低歪
加工が主体となるために製造費用が高くつく不利
も伴つていた。加えて機械加工法そのものもある
程度制限を受けていたため、複雑な形状の部品の
加工は困難だつたのである。 発明の目的 この発明は、熱間加工性の一層の改善により、
板状や棒状部品の製造を容易ならしめた非強磁性
低膨張合金を提案することを第１の目的とする。 またこの発明は、被削性を改善することによつ
て機械加工工数の大幅な低減ならびに精度の向上
を達成し、安価で精度の高い精密加工部品として
の非強磁性低膨張合金を提案することを第２の目
的とする。 さらにこの発明は、粉末焼結法の利用によつて
機械加工では困難なほど複雑な形状の部品につい
ても製造を容易ならしめた非強磁性低膨張型の焼
結合金を提案することを第３の目的とするもので
ある。 発明の構成 この発明は、熱間での加工性ならびに常温での
脆性および被削性を改善するために、数多くの実
験と検討を重ねた結果、開発されたものである。 すなわちこの発明は、下記の化学式で表わされ
る反強磁性低膨張のCr基合金粉末：50.0〜99.5％
と、Ag，Sn，Al，Zn，CuおよびCu合金のうち
から選ばれる一種または二種以上の非磁性金属粉
末：0.5〜50.0％の焼結体から成る非強磁性低膨
張焼結合金である。 式：Cr100-(a+b)・Aa・Bb ここでＡ：Fe，SiおよびCoのうちから選ばれる
少くとも一種 Ｂ：Mn，Sn，Ru，Rh，Pd，Re，Os，
Pt，Au，AsおよびSbのうちから選ばれる
少くとも一種 ａ：0.1〜6.0％ ｂ：0.05〜6.0％ この発明において、Cr基合金粉末の化学組成
を示す上掲化学式中Ａで表わされる成分は、Cr
のネール点を下げ、ネール点直下の熱膨張係数を
小さくするのに有用な元素であつて、その効果を
発揮するためには少くとも0.1％を必要とするが、
6.0％を超えて含有されると熱膨張係数が大きく
なる不利を生じるので、Ａ成分は0.1〜6.0％の範
囲にする必要がある。しかしながらCrに単にＡ
成分を添加しただけでは、ネール点が常温以下と
なるため常温付近では使用できない。そこで次の
Ｂ成分の添加が不可欠になるわけである。 このＢ成分は、ネール点を高め、また熱膨張係
数を小さくすると同時にその温度範囲を広げるの
に有効に寄与するが、含有量が0.05％に満たない
とその添加効果に乏しく、一方6.0％を超えると
ネール点が高くなりすぎ、また熱膨張係数も大き
くなる不利を生じるので、Ｂ成分は0.05〜6.0％
の範囲に限定した。 またこの発明において、非磁性金属粉末は、焼
結時のバインダーとして利用されるもので、上掲
した各非磁性粉末の中でも、Crとの溶解度が少
ないこと、熱および電気伝導性が良いこと、焼結
性が比較的良いこと、熱間での加工性が良いこと
ならびに冷間での加工性や被削性にも優れること
などの理由から、CuまたはCu合金がとりわけ有
利に適合する。ここにCu合金とは、Cu含有量が
65〜95％程度の青銅およびCu含有量が60〜70％
程度の黄銅を意味する。 ここで非磁性金属粉末の配合量を、0.5〜50％
の範囲に限定した理由は次のとおりである。 すなわち配合量が0.5％未満では、バインダー
としての効果に乏しく焼結性が劣化して、熱間圧
延時に割れやかけなどが生じる。一方50％を超え
ると、焼結合金の熱膨張係数が大きくなつて所期
した目的を達成できなくなる。というのは、非磁
性金属の熱膨張係数はたとえば、Cu：16.5×
10-6／℃、Al：23.6×10-6／℃程度であるのに対
し、反強磁性Cr基インバー型合金の負の熱膨張
係数は−６×10-6／℃程度であるために、非磁性
金属粉末が多量に含まれると焼結合金の熱膨張係
数が大きくなるからである。 次にこの発明に従う焼結合金の製造法について
説明する。 まずこの発明で使用する反強磁性低膨張のCr
基合金粉末および非磁性金属粉末の作成に当つて
は、機械的粉砕による方法、溶湯の粉化による方
法および電気分解による方法など従来公知の方法
すべてが使用できるが、いずれの方法を採用する
にしても、粉末の表面酸化防止には充分留意する
必要があり、より好ましくは圧粉前に還元して使
用することが望ましい。 ここに好適粉末粒度は、製品の寸法によつて多
少変動するけれども、一般的には反強磁性低膨張
合金粉末については0.05〜0.1mm程度、またバイ
ンダーとしての非磁性金属粉末についは0.05mm以
下程度の微粉とすることが好ましい。 また圧粉成形圧は１〜50トン／cm2程度が適して
いる。 さらに焼結雰囲気は、真空または水素気流中な
どの還元性雰囲気が望ましいが、やむを得ない場
合には不活性雰囲気でもかまわない。 圧粉体の焼結温度は、バインダーとしての非磁
性金属の融点の0.5〜0.98程度を目安とするが、
Cr基インバー合金粉末とバインダー粉末とが合
金化して物理的特性が変化する場合もあるので、
合金化を生じない温度に制御する必要がある。 なおかようにして得た焼結合金に熱間加工を施
す場合、加工温度はバインダー金属のバルクでの
加工温度に準じるが、加工率は、初期段階では10
％以下とし、次第に加工度を上げるような方式が
望ましく、加工法としては、圧延、スエージン
グ、プレスおよび押し出しなどの各加工法が適し
ている。 さらに複雑な形状の部品については、真空ホツ
トプレスまたは不活性雰囲気中でのホツトプレス
によつて、製品または半製品として所定の形状を
得ることもできる。 実施例 以下この発明の実施例を従来例と比較して説明
する。 5.5％Fe−0.5％Mn−bal Crの組成になる反強
磁性Cr基インバー合金2.4Kgを真空誘導炉で溶解
し、50mmφ×100mmｌの鋳塊を得た。この鋳塊を
振動ミルで粉砕して100メツシユ以下の粉末とし
た。 ついでこのCr基インバー合金粉末に、100メツ
シユ以下のCu粉をそれぞれ５，10および20％の
割合で混合してから、いずれも30mmφ×30mmＨの
銅パイプに入れ、約４トン／cm2の圧力で加圧して
高さ約15mmの圧粉体とし、引続き真空中900℃で
焼結後、大気中900℃で圧下率：約50％の熱間圧
延を施したが、いずれの焼結体についても熱間加
工性は極めて良好であつた。 次に得られた熱延材から３mmφ×５mmｌの試料
を削り出したが、いずれについても割れやかけな
どの発生はなく、また切粉も細かくて被削性は良
好であつた。 かくして得られた各棒状試料の−60℃〜120℃
における熱膨張率について測定した結果を第１図
に示す。 なお同図には、比較のため純鋼およびバルクの
Cr基インバー合金の熱膨張率について調べた結
果も併せて示したが、Cr基インバー合金につい
ては３mmφ×50mmｌの大きさへの旋盤による製作
中に、折れやかけが多発したため、やむなく３mm
φ×30mmｌの短い試料にせざるを得なかつた。 第１図に示した結果から明らかなように、この
発明に従う焼結合金は、Cu粉末の配合量が多く
なるに従つて熱膨張率が次第に大きくなるとはい
うものの、純銅に比較すると著しく低い熱膨張率
を示した。この点、Cr基インバー合金の熱膨張
率は、５％Cu粉添加焼結合金程度に十分低かつ
たが、かかるCr基インバー合金は上述した如く、
熱間加工性さらには被削性が極めて悪かつた。 また得られた各試料の外部磁場1500Oeにおけ
る磁化率（χ）についても調べたところ、下表
１、
野において、とくに磁場の作用の下で使用される
装置とか、あるいは微小な磁場変化を読み取る装
置などの材料として用いて好適な非強磁性低膨張
型の焼結合金に関するものである。 従来技術とその問題点 上記のような用途に適合するものとして、Cr
を主成分とする反強磁性Cr基インバー型合金が
開発され、種々検討されている。 この反強磁性Cr基インバー型合金は、磁化率
（χ）が2.0×10-5emu／ｇ以下でかつ、熱膨張係
数（α）が±4.0×10-6／℃以下という極めてす
ぐれた特性をそなえているが、Crを90重量％
（以下単に％で示す）以上も多量に含むことから、
熱間加工性が著しく悪く、また常温では脆いため
に被削性にも劣り、熱間加工後の切断や機械加工
などは極めて難しいところに問題を残していた。 この点最近に至り、Cr基インバー合金の熱間
加工性の改善については種々の方策が試みられ、
たとえば特開昭52−120211号および同56−123336
号各公報に開示の如くして丸棒、ブロツクなどが
得られるようになつたが、依然として加工性の面
からの制約は大きくて形状的に製造可能な範囲は
狭く、未だ十分とはいい難かつた。また被削性に
ついても、熱間加工性の改善に伴つて幾分かは改
善されるとはいうものの、強加工を施した場合に
はやはり、割れやかけなどの欠陥を生じていた。 従つて、熱間加工性が改善されたとはいつて
も、かかるCr基インバー合金の機械加工に際し
ては、細心の注意を必要とし、しかも低速、低歪
加工が主体となるために製造費用が高くつく不利
も伴つていた。加えて機械加工法そのものもある
程度制限を受けていたため、複雑な形状の部品の
加工は困難だつたのである。 発明の目的 この発明は、熱間加工性の一層の改善により、
板状や棒状部品の製造を容易ならしめた非強磁性
低膨張合金を提案することを第１の目的とする。 またこの発明は、被削性を改善することによつ
て機械加工工数の大幅な低減ならびに精度の向上
を達成し、安価で精度の高い精密加工部品として
の非強磁性低膨張合金を提案することを第２の目
的とする。 さらにこの発明は、粉末焼結法の利用によつて
機械加工では困難なほど複雑な形状の部品につい
ても製造を容易ならしめた非強磁性低膨張型の焼
結合金を提案することを第３の目的とするもので
ある。 発明の構成 この発明は、熱間での加工性ならびに常温での
脆性および被削性を改善するために、数多くの実
験と検討を重ねた結果、開発されたものである。 すなわちこの発明は、下記の化学式で表わされ
る反強磁性低膨張のCr基合金粉末：50.0〜99.5％
と、Ag，Sn，Al，Zn，CuおよびCu合金のうち
から選ばれる一種または二種以上の非磁性金属粉
末：0.5〜50.0％の焼結体から成る非強磁性低膨
張焼結合金である。 式：Cr100-(a+b)・Aa・Bb ここでＡ：Fe，SiおよびCoのうちから選ばれる
少くとも一種 Ｂ：Mn，Sn，Ru，Rh，Pd，Re，Os，
Pt，Au，AsおよびSbのうちから選ばれる
少くとも一種 ａ：0.1〜6.0％ ｂ：0.05〜6.0％ この発明において、Cr基合金粉末の化学組成
を示す上掲化学式中Ａで表わされる成分は、Cr
のネール点を下げ、ネール点直下の熱膨張係数を
小さくするのに有用な元素であつて、その効果を
発揮するためには少くとも0.1％を必要とするが、
6.0％を超えて含有されると熱膨張係数が大きく
なる不利を生じるので、Ａ成分は0.1〜6.0％の範
囲にする必要がある。しかしながらCrに単にＡ
成分を添加しただけでは、ネール点が常温以下と
なるため常温付近では使用できない。そこで次の
Ｂ成分の添加が不可欠になるわけである。 このＢ成分は、ネール点を高め、また熱膨張係
数を小さくすると同時にその温度範囲を広げるの
に有効に寄与するが、含有量が0.05％に満たない
とその添加効果に乏しく、一方6.0％を超えると
ネール点が高くなりすぎ、また熱膨張係数も大き
くなる不利を生じるので、Ｂ成分は0.05〜6.0％
の範囲に限定した。 またこの発明において、非磁性金属粉末は、焼
結時のバインダーとして利用されるもので、上掲
した各非磁性粉末の中でも、Crとの溶解度が少
ないこと、熱および電気伝導性が良いこと、焼結
性が比較的良いこと、熱間での加工性が良いこと
ならびに冷間での加工性や被削性にも優れること
などの理由から、CuまたはCu合金がとりわけ有
利に適合する。ここにCu合金とは、Cu含有量が
65〜95％程度の青銅およびCu含有量が60〜70％
程度の黄銅を意味する。 ここで非磁性金属粉末の配合量を、0.5〜50％
の範囲に限定した理由は次のとおりである。 すなわち配合量が0.5％未満では、バインダー
としての効果に乏しく焼結性が劣化して、熱間圧
延時に割れやかけなどが生じる。一方50％を超え
ると、焼結合金の熱膨張係数が大きくなつて所期
した目的を達成できなくなる。というのは、非磁
性金属の熱膨張係数はたとえば、Cu：16.5×
10-6／℃、Al：23.6×10-6／℃程度であるのに対
し、反強磁性Cr基インバー型合金の負の熱膨張
係数は−６×10-6／℃程度であるために、非磁性
金属粉末が多量に含まれると焼結合金の熱膨張係
数が大きくなるからである。 次にこの発明に従う焼結合金の製造法について
説明する。 まずこの発明で使用する反強磁性低膨張のCr
基合金粉末および非磁性金属粉末の作成に当つて
は、機械的粉砕による方法、溶湯の粉化による方
法および電気分解による方法など従来公知の方法
すべてが使用できるが、いずれの方法を採用する
にしても、粉末の表面酸化防止には充分留意する
必要があり、より好ましくは圧粉前に還元して使
用することが望ましい。 ここに好適粉末粒度は、製品の寸法によつて多
少変動するけれども、一般的には反強磁性低膨張
合金粉末については0.05〜0.1mm程度、またバイ
ンダーとしての非磁性金属粉末についは0.05mm以
下程度の微粉とすることが好ましい。 また圧粉成形圧は１〜50トン／cm2程度が適して
いる。 さらに焼結雰囲気は、真空または水素気流中な
どの還元性雰囲気が望ましいが、やむを得ない場
合には不活性雰囲気でもかまわない。 圧粉体の焼結温度は、バインダーとしての非磁
性金属の融点の0.5〜0.98程度を目安とするが、
Cr基インバー合金粉末とバインダー粉末とが合
金化して物理的特性が変化する場合もあるので、
合金化を生じない温度に制御する必要がある。 なおかようにして得た焼結合金に熱間加工を施
す場合、加工温度はバインダー金属のバルクでの
加工温度に準じるが、加工率は、初期段階では10
％以下とし、次第に加工度を上げるような方式が
望ましく、加工法としては、圧延、スエージン
グ、プレスおよび押し出しなどの各加工法が適し
ている。 さらに複雑な形状の部品については、真空ホツ
トプレスまたは不活性雰囲気中でのホツトプレス
によつて、製品または半製品として所定の形状を
得ることもできる。 実施例 以下この発明の実施例を従来例と比較して説明
する。 5.5％Fe−0.5％Mn−bal Crの組成になる反強
磁性Cr基インバー合金2.4Kgを真空誘導炉で溶解
し、50mmφ×100mmｌの鋳塊を得た。この鋳塊を
振動ミルで粉砕して100メツシユ以下の粉末とし
た。 ついでこのCr基インバー合金粉末に、100メツ
シユ以下のCu粉をそれぞれ５，10および20％の
割合で混合してから、いずれも30mmφ×30mmＨの
銅パイプに入れ、約４トン／cm2の圧力で加圧して
高さ約15mmの圧粉体とし、引続き真空中900℃で
焼結後、大気中900℃で圧下率：約50％の熱間圧
延を施したが、いずれの焼結体についても熱間加
工性は極めて良好であつた。 次に得られた熱延材から３mmφ×５mmｌの試料
を削り出したが、いずれについても割れやかけな
どの発生はなく、また切粉も細かくて被削性は良
好であつた。 かくして得られた各棒状試料の−60℃〜120℃
における熱膨張率について測定した結果を第１図
に示す。 なお同図には、比較のため純鋼およびバルクの
Cr基インバー合金の熱膨張率について調べた結
果も併せて示したが、Cr基インバー合金につい
ては３mmφ×50mmｌの大きさへの旋盤による製作
中に、折れやかけが多発したため、やむなく３mm
φ×30mmｌの短い試料にせざるを得なかつた。 第１図に示した結果から明らかなように、この
発明に従う焼結合金は、Cu粉末の配合量が多く
なるに従つて熱膨張率が次第に大きくなるとはい
うものの、純銅に比較すると著しく低い熱膨張率
を示した。この点、Cr基インバー合金の熱膨張
率は、５％Cu粉添加焼結合金程度に十分低かつ
たが、かかるCr基インバー合金は上述した如く、
熱間加工性さらには被削性が極めて悪かつた。 また得られた各試料の外部磁場1500Oeにおけ
る磁化率（χ）についても調べたところ、下表
１、
【表】
のとおりであり、この発明に従う焼結合金の磁化
率はいずれも1.5×10-5emu／ｇ以下であつて、
実質的に非磁性といえる。 次に第２図に、Cu粉10％を含む焼結合金の熱
間圧延後の顕微鏡金属組織写真を示す。 同図中、白い粒状のものがCr基インバー合金
粉末で、それらの周りの黒い部分がCuである。
かかるCuは、Cr基インバー合金粉末を薄い均一
な被膜として覆つていて、バインダーとして有効
に作用し、熱間加工性の改善に寄与している。 なおこの発明に従う焼結合金の機械的性質は、
粉末粒度、プレス圧力および焼結温度、時間に大
きく依存するけれども、いずれにしても焼結後の
熱間加工によつて機械的性質は著しく改善され
る。 発明の効果 この発明に従う焼結合金は、磁化率2.0×
10-5emu／ｇ以下でかつ熱膨張係数が±4.0×
10-6／℃以下の非強磁性低膨張型の焼結合金であ
つて、従来この種合金で問題となつていた熱間加
工性、被削性さらには靭性を、コストアツプを招
く不利なしに大幅に改善することができ、有利で
ある。
率はいずれも1.5×10-5emu／ｇ以下であつて、
実質的に非磁性といえる。 次に第２図に、Cu粉10％を含む焼結合金の熱
間圧延後の顕微鏡金属組織写真を示す。 同図中、白い粒状のものがCr基インバー合金
粉末で、それらの周りの黒い部分がCuである。
かかるCuは、Cr基インバー合金粉末を薄い均一
な被膜として覆つていて、バインダーとして有効
に作用し、熱間加工性の改善に寄与している。 なおこの発明に従う焼結合金の機械的性質は、
粉末粒度、プレス圧力および焼結温度、時間に大
きく依存するけれども、いずれにしても焼結後の
熱間加工によつて機械的性質は著しく改善され
る。 発明の効果 この発明に従う焼結合金は、磁化率2.0×
10-5emu／ｇ以下でかつ熱膨張係数が±4.0×
10-6／℃以下の非強磁性低膨張型の焼結合金であ
つて、従来この種合金で問題となつていた熱間加
工性、被削性さらには靭性を、コストアツプを招
く不利なしに大幅に改善することができ、有利で
ある。
第１図は、この発明に従う焼結合金の熱膨張率
について調べた結果を、従来材と比較して示した
グラフ、第２図は、この発明に従う10％Cu粉添
加焼結合金の熱間圧延後における顕微鏡金属組織
写真である。
について調べた結果を、従来材と比較して示した
グラフ、第２図は、この発明に従う10％Cu粉添
加焼結合金の熱間圧延後における顕微鏡金属組織
写真である。
１ アルミニウム含有量が８〜47重量％の組成域
のクロム−アルミニウム合金から成ることを特徴
とする電気抵抗材料。 ２ アルミニウム含有量が８〜47重量％の組成域
のクロム−アルミニウム合金から成る電気抵抗材
料の薄膜を基板上に形成して成ることを特徴とす
る薄膜素子。
のクロム−アルミニウム合金から成ることを特徴
とする電気抵抗材料。 ２ アルミニウム含有量が８〜47重量％の組成域
のクロム−アルミニウム合金から成る電気抵抗材
料の薄膜を基板上に形成して成ることを特徴とす
る薄膜素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294584A JPS60169540A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 非強磁性低膨張焼結合金 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2294584A JPS60169540A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 非強磁性低膨張焼結合金 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60169540A JPS60169540A (ja) | 1985-09-03 |
| JPH0457739B2 true JPH0457739B2 (ja) | 1992-09-14 |
Family
ID=12096756
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2294584A Granted JPS60169540A (ja) | 1984-02-13 | 1984-02-13 | 非強磁性低膨張焼結合金 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60169540A (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115323234B (zh) * | 2022-08-09 | 2023-08-01 | 东睦新材料集团股份有限公司 | 一种无磁低膨胀铬基合金材料的制备方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5222329A (en) * | 1975-08-12 | 1977-02-19 | Matsushita Electric Works Ltd | Method of executing floor material |
| US4200827A (en) * | 1977-06-29 | 1980-04-29 | International Business Machines Corporation | Positioning system employing feedforward and feedback control |
-
1984
- 1984-02-13 JP JP2294584A patent/JPS60169540A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60169540A (ja) | 1985-09-03 |
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