JPH0610080A - 微細組織を有する高強度合金の製造方法 - Google Patents
微細組織を有する高強度合金の製造方法Info
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- JPH0610080A JPH0610080A JP19162292A JP19162292A JPH0610080A JP H0610080 A JPH0610080 A JP H0610080A JP 19162292 A JP19162292 A JP 19162292A JP 19162292 A JP19162292 A JP 19162292A JP H0610080 A JPH0610080 A JP H0610080A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アモルファス合金を結晶か温度以上で加工す
る際に起こる粗大結晶粒の形成に起因する強度低下と脆
化を防止する。 【構成】 アモルファス合金粉末を１００℃／ｓ〜１０
０００℃／ｓの昇温速度で結晶化温度以上溶融温度以下
の範囲の温度に加熱し、前記範囲の温度で金型鍛造１に
より成型し、その後１００℃／ｓ以上で急冷４する。
る際に起こる粗大結晶粒の形成に起因する強度低下と脆
化を防止する。 【構成】 アモルファス合金粉末を１００℃／ｓ〜１０
０００℃／ｓの昇温速度で結晶化温度以上溶融温度以下
の範囲の温度に加熱し、前記範囲の温度で金型鍛造１に
より成型し、その後１００℃／ｓ以上で急冷４する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はアモルファス合金を素材
とし高強度を有する微細結晶質バルク材料を製造する方
法に関する。
とし高強度を有する微細結晶質バルク材料を製造する方
法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、アモルファス合金粉末を結晶化温
度よりも高い温度で加熱し、ホットプレス等により成型
加工する手段は微細結晶質合金の高強度材料を作る方法
としてよく知られていた。この方法では、アモルファス
組織を結晶化することにより微結晶を多数発生させるこ
と、通常リボンなどの形状で得られるアモルファス合金
を一旦粉砕し次に粉末をホットプレスすることによりバ
ルク化することを意図している。
度よりも高い温度で加熱し、ホットプレス等により成型
加工する手段は微細結晶質合金の高強度材料を作る方法
としてよく知られていた。この方法では、アモルファス
組織を結晶化することにより微結晶を多数発生させるこ
と、通常リボンなどの形状で得られるアモルファス合金
を一旦粉砕し次に粉末をホットプレスすることによりバ
ルク化することを意図している。
【０００３】同様に、結晶化させた後高強度バルク材料
を得る方法に関する学術文献として、1992金属学会春季
大会講演予講集p265、及びMaterial Science and Eng 1
52（1982）p86 〜89等があり、これらの文献ではアルミ
ニウム合金、鉄合金、コバルト合金粉末にホットプレス
や熱間押出しが施されている。
を得る方法に関する学術文献として、1992金属学会春季
大会講演予講集p265、及びMaterial Science and Eng 1
52（1982）p86 〜89等があり、これらの文献ではアルミ
ニウム合金、鉄合金、コバルト合金粉末にホットプレス
や熱間押出しが施されている。
【０００４】前掲講演予稿集ではＡｌ85−Ｎｉ10−Ｍｍ
5 合金を高圧ガスアトマイズ方法によりアモルファス合
金粉末を作り、アルミ合金製カプセル中に真空封入した
後結晶化温度よりも高い温度の５００℃で押出しするこ
とにより８８ｋｇ／ｍｍ2 の引張り強度を得られたと報
告されている。
5 合金を高圧ガスアトマイズ方法によりアモルファス合
金粉末を作り、アルミ合金製カプセル中に真空封入した
後結晶化温度よりも高い温度の５００℃で押出しするこ
とにより８８ｋｇ／ｍｍ2 の引張り強度を得られたと報
告されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記報告で得られた引
張り強度はアモルファス状態で得られる値より低くなっ
ている。これはアモルファス合金から結晶質へ転換する
過程で核発生が十分でないために、粗大結晶粒が形成さ
れることに起因することが分かった。また、粗大結晶の
形成に伴い脆化する問題もあることが分かった。
張り強度はアモルファス状態で得られる値より低くなっ
ている。これはアモルファス合金から結晶質へ転換する
過程で核発生が十分でないために、粗大結晶粒が形成さ
れることに起因することが分かった。また、粗大結晶の
形成に伴い脆化する問題もあることが分かった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明者は、以上の問題
点を解決する微細結晶組織を有する高強度合金の製造方
法として、アモルファス合金粉末を１００℃／ｓ〜１０
０００℃／ｓの昇温速度で結晶化温度以上溶融温度以下
の範囲の温度に加熱し、前記範囲の温度で金型鍛造によ
り成型し、その後１００℃／ｓ以上で急冷する方法を見
出した。
点を解決する微細結晶組織を有する高強度合金の製造方
法として、アモルファス合金粉末を１００℃／ｓ〜１０
０００℃／ｓの昇温速度で結晶化温度以上溶融温度以下
の範囲の温度に加熱し、前記範囲の温度で金型鍛造によ
り成型し、その後１００℃／ｓ以上で急冷する方法を見
出した。
【０００７】本発明者等は、アモルファス合金の結晶化
について鋭意研究した結果、結晶核を数多く発生させ、
結晶の粗大化を止める為には１００℃以上１００００℃
／ｓ以下の急速加熱速度が必要であることが分かった。
加熱温度は結晶化温度以上、好ましくは結晶化温度より
２００℃を越えないことまた液相線以下であることが必
要である。加熱法として高周波加熱、放電加熱などが可
能である。高周波加熱を採用する場合、保持具が高周波
が透過しないものであれば加熱したい金属のみを加熱で
きる利点にある。
について鋭意研究した結果、結晶核を数多く発生させ、
結晶の粗大化を止める為には１００℃以上１００００℃
／ｓ以下の急速加熱速度が必要であることが分かった。
加熱温度は結晶化温度以上、好ましくは結晶化温度より
２００℃を越えないことまた液相線以下であることが必
要である。加熱法として高周波加熱、放電加熱などが可
能である。高周波加熱を採用する場合、保持具が高周波
が透過しないものであれば加熱したい金属のみを加熱で
きる利点にある。
【０００８】加熱を施される粉末の組成はアモルファス
組織を作ることができるものであれば特に制限はない。
また粉末の粒径も特に制限がなく、鍛造の圧力、粉末の
充填密度、所望の鍛造品の密度などを考慮して適宜定め
るが、平均粒径で２μｍ〜０．０４ｍｍの範囲内が一般
的である。
組織を作ることができるものであれば特に制限はない。
また粉末の粒径も特に制限がなく、鍛造の圧力、粉末の
充填密度、所望の鍛造品の密度などを考慮して適宜定め
るが、平均粒径で２μｍ〜０．０４ｍｍの範囲内が一般
的である。
【０００９】また、加工は、加工速度が高いために粗大
結晶の発生を避けることができ、緻密なバルク材料を迅
速に得ることができる金型鍛造で行う必要がある。本発
明において「鍛造」とは型もしくはロールなどの工具を
用いて素材を押しつぶしてその高さ、直径、幅もしくは
厚さを減少させることにより所定の製品、もしくはその
素型材に成形するという広義の加工法を意味している。
金型鍛造は粉末を十分に緻密に圧縮する必要があり、例
えば鍛造後に真密度に対して９９％以上のバルク製品が
得られるように行う。金型の形状は特に制限がなく、部
品形状に近い形状にすることも勿論可能である。
結晶の発生を避けることができ、緻密なバルク材料を迅
速に得ることができる金型鍛造で行う必要がある。本発
明において「鍛造」とは型もしくはロールなどの工具を
用いて素材を押しつぶしてその高さ、直径、幅もしくは
厚さを減少させることにより所定の製品、もしくはその
素型材に成形するという広義の加工法を意味している。
金型鍛造は粉末を十分に緻密に圧縮する必要があり、例
えば鍛造後に真密度に対して９９％以上のバルク製品が
得られるように行う。金型の形状は特に制限がなく、部
品形状に近い形状にすることも勿論可能である。
【０００９】金型鍛造後の冷却速度はやはり粗大結晶の
発生を避ける為に１００℃／ｓ以上で行う必要がある。
発生を避ける為に１００℃／ｓ以上で行う必要がある。
【００１０】
【作用】上述のようにアモルファス合金の加工方法と昇
温・冷却速度を特定することにより強度が高い微結晶の
バルク材料を得ることができる。また急速加熱・急速冷
却により、粗くかつ脆い結晶の析出を避け結晶を実質的
に固溶体に保つことができるので、靭性も高い。ただ
し、アモルファス化元素が過飽和に固溶した固溶体の靭
性が不足するときは、後処理として戻し処理を行いアモ
ルファス化元素を微細に析出させることもできる。
温・冷却速度を特定することにより強度が高い微結晶の
バルク材料を得ることができる。また急速加熱・急速冷
却により、粗くかつ脆い結晶の析出を避け結晶を実質的
に固溶体に保つことができるので、靭性も高い。ただ
し、アモルファス化元素が過飽和に固溶した固溶体の靭
性が不足するときは、後処理として戻し処理を行いアモ
ルファス化元素を微細に析出させることもできる。
【００１１】本発明はアモルファス合金を基本材として
出発し結晶質材料を得るものであるが、前者の過冷状態
を十分高温まで維持することにより、アモルファス材料
には結晶核がないという特性を逆に結晶核の発生と制御
に利用している。これにより結晶質材料を基本材として
加工する材料ともアモルファス材料とも際立った微細な
結晶質材料が製造できる。以下、実施例によりさらに詳
しく本発明を説明する。
出発し結晶質材料を得るものであるが、前者の過冷状態
を十分高温まで維持することにより、アモルファス材料
には結晶核がないという特性を逆に結晶核の発生と制御
に利用している。これにより結晶質材料を基本材として
加工する材料ともアモルファス材料とも際立った微細な
結晶質材料が製造できる。以下、実施例によりさらに詳
しく本発明を説明する。
【００１２】
実施例１ Ａｌ残−Ｎｉ8 −Ｆｅ1 −Ｙ5 合金（ａｔ％）をそれぞ
れ元素で秤量し、アトマイズ技術を用いて粉末を作っ
た。その粉末を分級したところ平均粒径が２５μｍでア
モルファス単相の粉末が得られた。この粉末を１０×３
０×５（ｍｍ）の容器に真空封入した。それを、図１に
示す装置にセットした。
れ元素で秤量し、アトマイズ技術を用いて粉末を作っ
た。その粉末を分級したところ平均粒径が２５μｍでア
モルファス単相の粉末が得られた。この粉末を１０×３
０×５（ｍｍ）の容器に真空封入した。それを、図１に
示す装置にセットした。
【００１３】図中、１はプレス、２は容器に真空封入さ
れた試料、３は高周波コイル、４は冷媒を噴射する噴射
管、５は受台、６は冷媒入口、７は冷媒出口、８は金型
である。セット後、高周波加熱により４５０℃まで１０
００℃／ｓの加熱速度で昇温した後金型鍛造で約２０ｍ
ｍ×６０ｍｍ×厚さ２ｍｍの形状に加工した。続いて２
００℃／ｓの速度で冷却した。鍛造材料は９９．０％の
相対密度を有した。その材料の組織を調べたところ、微
細アルミニウム結晶質からなり、脆化部は認められなか
った。また、材料の硬さはＨｖ２７８と通常の熱処理型
アルミニウム合金の硬さより著しく硬く、引張り強度は
１００ｋｇ／ｍｍ2 であった。
れた試料、３は高周波コイル、４は冷媒を噴射する噴射
管、５は受台、６は冷媒入口、７は冷媒出口、８は金型
である。セット後、高周波加熱により４５０℃まで１０
００℃／ｓの加熱速度で昇温した後金型鍛造で約２０ｍ
ｍ×６０ｍｍ×厚さ２ｍｍの形状に加工した。続いて２
００℃／ｓの速度で冷却した。鍛造材料は９９．０％の
相対密度を有した。その材料の組織を調べたところ、微
細アルミニウム結晶質からなり、脆化部は認められなか
った。また、材料の硬さはＨｖ２７８と通常の熱処理型
アルミニウム合金の硬さより著しく硬く、引張り強度は
１００ｋｇ／ｍｍ2 であった。
【００１４】実施例２ Ａｌ残−Ｎｉ8 −Ｙ5 −Ｃｏ2 合金（ａｔ％）をそれぞ
れの元素で秤量し、通常のガスアトマイズ法によりアト
マイズ粉末を作った。その粉末を分級し平均粒径が２５
μｍの粉末を得たところ、アモルファス合金であること
が分かった。これを６０６２アルミニウム合金製カプセ
ルに真空封入した後、図１の装置により５５０℃に急速
加熱した。そのとき昇温速度を測定した所１０００℃／
ｓ以上であった。それを金型鍛造により１０ｍｍ×５０
ｍｍ×２ｍｍの形状に成型後すぐに冷媒（液体窒素）を
流し１００℃／ｓで急冷した。鍛造材料は９９．５％の
相対密度を有し、Ｘ線回折により結晶質でかつＡｌの固
溶体であることが確認された。また引張り強度は１０５
ｋｇ／ｍｍ2 であった。
れの元素で秤量し、通常のガスアトマイズ法によりアト
マイズ粉末を作った。その粉末を分級し平均粒径が２５
μｍの粉末を得たところ、アモルファス合金であること
が分かった。これを６０６２アルミニウム合金製カプセ
ルに真空封入した後、図１の装置により５５０℃に急速
加熱した。そのとき昇温速度を測定した所１０００℃／
ｓ以上であった。それを金型鍛造により１０ｍｍ×５０
ｍｍ×２ｍｍの形状に成型後すぐに冷媒（液体窒素）を
流し１００℃／ｓで急冷した。鍛造材料は９９．５％の
相対密度を有し、Ｘ線回折により結晶質でかつＡｌの固
溶体であることが確認された。また引張り強度は１０５
ｋｇ／ｍｍ2 であった。
【００１５】実施例３ Ｆｅ残−Ｃｒ20−Ｃ13−Ｂ10合金（ａｔ％）をそれぞれ
の元素で秤量したのち片ロール法によりリボンを作っ
た。その組織は、Ｘ線回折により調べたところアモルフ
ァスの組織であった。それを、スタンプミルにより−１
００ｍｅｓｈに搗砕した後ステンレス製の厚さ０．０１
ｍｍの大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの缶に封入し
た後真空脱ガスした。それを図１の装置で高周波加熱す
ることにより１０００℃／ｓ以上で１０００℃に急速加
熱した。その後の金型鍛造冷却により４０ｍｍ×４０ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさをもつ均一組織の材料が得られた。
この材料は焼き入れ組織になっていたので、後処理とし
て５００〜５５０℃で焼戻し処理を行い、マルテンサイ
トを一部分解してカーバイドやボライドが微細に析出し
た組織の材料を得た。最終状態の材料の特性を測定した
ところ強度の大きな靭性のある材料が得られた。
の元素で秤量したのち片ロール法によりリボンを作っ
た。その組織は、Ｘ線回折により調べたところアモルフ
ァスの組織であった。それを、スタンプミルにより−１
００ｍｅｓｈに搗砕した後ステンレス製の厚さ０．０１
ｍｍの大きさ２０ｍｍ×２０ｍｍ×５ｍｍの缶に封入し
た後真空脱ガスした。それを図１の装置で高周波加熱す
ることにより１０００℃／ｓ以上で１０００℃に急速加
熱した。その後の金型鍛造冷却により４０ｍｍ×４０ｍ
ｍ×２ｍｍの大きさをもつ均一組織の材料が得られた。
この材料は焼き入れ組織になっていたので、後処理とし
て５００〜５５０℃で焼戻し処理を行い、マルテンサイ
トを一部分解してカーバイドやボライドが微細に析出し
た組織の材料を得た。最終状態の材料の特性を測定した
ところ強度の大きな靭性のある材料が得られた。
【００１６】比較例１ 実施例２の粉末を６０６２アルミニウム合金製のカプセ
ルに真空封入したのち、管状炉により徐々に加熱した。
そのとき昇温速度を測定したところ１℃／ｓ以下であっ
た。それを所定の温度４５０〜５００℃間に昇温した後
金型で成型したところ変形圧力が高かった。また成型品
を常温まで冷却した後、組織・硬さについて調べた。組
織は微細な粒子の分散したものであったが、実施例２に
比べて粗大化していた。また、引張り強度は６０〜７５
ｋｇ／ｍｍ2 と小さかった。表１にその結果について示
す。
ルに真空封入したのち、管状炉により徐々に加熱した。
そのとき昇温速度を測定したところ１℃／ｓ以下であっ
た。それを所定の温度４５０〜５００℃間に昇温した後
金型で成型したところ変形圧力が高かった。また成型品
を常温まで冷却した後、組織・硬さについて調べた。組
織は微細な粒子の分散したものであったが、実施例２に
比べて粗大化していた。また、引張り強度は６０〜７５
ｋｇ／ｍｍ2 と小さかった。表１にその結果について示
す。
【００１７】
【表１】
【００１８】
【発明の効果】本発明は、以上説明したように、高強度
バルク材料を提供することができるので、（イ）アモル
ファス材料を種々の形状に変形して利用できる、（ロ）
高強度でかつ靭性が高い材料が得られるので、軽量化や
信頼性が要求される部品への応用が可能になる、（ハ）
通常のアトマイズや液体急冷法と金型鍛造を組み合わせ
ることにより高能率で高強度材料を製造できるなどの利
点がある。
バルク材料を提供することができるので、（イ）アモル
ファス材料を種々の形状に変形して利用できる、（ロ）
高強度でかつ靭性が高い材料が得られるので、軽量化や
信頼性が要求される部品への応用が可能になる、（ハ）
通常のアトマイズや液体急冷法と金型鍛造を組み合わせ
ることにより高能率で高強度材料を製造できるなどの利
点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】加熱・成型・冷却装置を示す図である。
１ プレス ２ 試料 ３ 高周波コイル ４ 冷媒噴射管 ５ 受台 ６ 冷媒入口 ７ 冷媒出口 ８ 金型
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000215785 帝国ピストンリング株式会社 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 (72)発明者 増本 健 宮城県仙台市青葉区上杉３丁目８−22 (72)発明者 井上 明久 宮城県仙台市青葉区川内無番地 川内住宅 11−806 (72)発明者 加藤 晃 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 堀切 秀彦 東京都中央区八重洲１丁目９番９号 帝国 ピストンリング株式会社内
Claims (1)
- 【請求項１】 アモルファス合金粉末を１００℃／ｓ〜
１００００℃／ｓの昇温速度で結晶化温度以上溶融温度
以下の範囲の温度に加熱し、前記範囲の温度で金型鍛造
により成型し、その後１００℃／ｓ以上で急冷すること
を特徴とする微細結晶組織を有する高強度合金の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19162292A JPH0610080A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 微細組織を有する高強度合金の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19162292A JPH0610080A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 微細組織を有する高強度合金の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0610080A true JPH0610080A (ja) | 1994-01-18 |
Family
ID=16277707
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19162292A Pending JPH0610080A (ja) | 1992-06-25 | 1992-06-25 | 微細組織を有する高強度合金の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0610080A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06145713A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-27 | Kubota Corp | アルミニウム合金粉末の熱間成形法 |
| WO1998047833A3 (en) * | 1997-04-21 | 1999-03-04 | Paul D Vawter | Method for manufacturing powder metallurgical tooling |
| WO2003024876A3 (en) * | 2001-09-19 | 2003-05-22 | Phoenix Scient Corp | Process and apparatus for silicon boat, silicon tubing and other silicon based member fabrication |
-
1992
- 1992-06-25 JP JP19162292A patent/JPH0610080A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06145713A (ja) * | 1992-11-05 | 1994-05-27 | Kubota Corp | アルミニウム合金粉末の熱間成形法 |
| WO1998047833A3 (en) * | 1997-04-21 | 1999-03-04 | Paul D Vawter | Method for manufacturing powder metallurgical tooling |
| WO2003024876A3 (en) * | 2001-09-19 | 2003-05-22 | Phoenix Scient Corp | Process and apparatus for silicon boat, silicon tubing and other silicon based member fabrication |
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