JPS6363617B2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS6363617B2 JPS6363617B2 JP55098339A JP9833980A JPS6363617B2 JP S6363617 B2 JPS6363617 B2 JP S6363617B2 JP 55098339 A JP55098339 A JP 55098339A JP 9833980 A JP9833980 A JP 9833980A JP S6363617 B2 JPS6363617 B2 JP S6363617B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- less
- thermal expansion
- coefficient
- alloy
- strength
- 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.)
- Expired
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- Heat Treatment Of Steel (AREA)
Description
本発明は低熱膨張合金の改良に関する。本発明
の合金は、広い温度範囲にわたつて熱膨張係数が
低く、かつ強度および耐疲労性にすぐれている。
の合金は、広い温度範囲にわたつて熱膨張係数が
低く、かつ強度および耐疲労性にすぐれている。
低熱膨張合金としては、古くからFe―36％Ni
の「インバー」合金が知られており、航空機部
品、各種電子機器や精密機器、公害対策機器など
の機能用材料として、熱的変動によつて伸び、た
わみ、歪みの生じてはならない部分や、ガラス、
セラミツクなどとの接合部品など、極めて多方面
に応用されている。しかし、この合金は機械的強
度が小さく、強冷間加工を行なつて硬化させたと
しても、室温での引張り強度は高々80Kg／mm2程度
である。また、キユリー点が約165℃と低く、こ
の温度付近から急に熱膨張係数が増大し、高温で
はその特徴を失なうという難点がある。 ところが、最近は、精密機器の部品だけでな
く、通信、計測用の機器や公害対策用の構造材、
あるいは弛度の少ない送電線用材料などの用途に
おいては、200〜300℃程度まで高い寸法精度を維
持することが望まれ、こうした高温領域にわたつ
て熱膨張係数が小さい材料が求められるようにな
つた。また、引張り強度も100Kg／mm2以上が望ま
しく、とくにボルトや電線などの用途には耐疲労
性の高いことが要請されている。 本発明者らは、高強度であつて広い温度範囲に
わたり低い熱膨張係数を維持する合金を開発する
ため、インバー合金から出発して詳細に調査をし
た。 一般に、インバー合金に高強度を与えるには、
靭性改善元素を加えて強加工を施すことが考えら
れるが、知られているとおり、そのような添加元
素は熱膨張係数を増大させる傾向がある。従つ
て、強度は向上させるが、熱膨張係数は増大させ
ないような合金組成を探さなければならない。こ
のような観点から行なつた本発明者らの研究成果
は、すでに一部が開示されており（特開昭55―
54548号）、これは、Fe―36Ni―5Co合金に対し
てTiなどを添加して析出物をつくることにより、
常温引張強さ100Kg／mm2以上、200〜300℃におけ
る平均熱膨張係数10×10-6／℃以下を達成したも
のである。 インバー合金の諸用途のうち、送電線の心線用
材料については、インバー合金に（Mo＋Cr）：
1.0〜5.0％を添加したものが提案された（特開昭
55―24930号）。この合金は、硬材で120Kg／mm2の
高強度を示し、室温〜300℃の平均熱膨張係数が
５×10-6／℃以下というすぐれた特性をもつが、
耐疲労性についての配慮は見当らない。風の影響
による繰返し振動に耐えるためには、耐疲労性は
今や重要な因子である。同様なことは、振動を伴
う機械類のボルトなどについてもいえる。
の「インバー」合金が知られており、航空機部
品、各種電子機器や精密機器、公害対策機器など
の機能用材料として、熱的変動によつて伸び、た
わみ、歪みの生じてはならない部分や、ガラス、
セラミツクなどとの接合部品など、極めて多方面
に応用されている。しかし、この合金は機械的強
度が小さく、強冷間加工を行なつて硬化させたと
しても、室温での引張り強度は高々80Kg／mm2程度
である。また、キユリー点が約165℃と低く、こ
の温度付近から急に熱膨張係数が増大し、高温で
はその特徴を失なうという難点がある。 ところが、最近は、精密機器の部品だけでな
く、通信、計測用の機器や公害対策用の構造材、
あるいは弛度の少ない送電線用材料などの用途に
おいては、200〜300℃程度まで高い寸法精度を維
持することが望まれ、こうした高温領域にわたつ
て熱膨張係数が小さい材料が求められるようにな
つた。また、引張り強度も100Kg／mm2以上が望ま
しく、とくにボルトや電線などの用途には耐疲労
性の高いことが要請されている。 本発明者らは、高強度であつて広い温度範囲に
わたり低い熱膨張係数を維持する合金を開発する
ため、インバー合金から出発して詳細に調査をし
た。 一般に、インバー合金に高強度を与えるには、
靭性改善元素を加えて強加工を施すことが考えら
れるが、知られているとおり、そのような添加元
素は熱膨張係数を増大させる傾向がある。従つ
て、強度は向上させるが、熱膨張係数は増大させ
ないような合金組成を探さなければならない。こ
のような観点から行なつた本発明者らの研究成果
は、すでに一部が開示されており（特開昭55―
54548号）、これは、Fe―36Ni―5Co合金に対し
てTiなどを添加して析出物をつくることにより、
常温引張強さ100Kg／mm2以上、200〜300℃におけ
る平均熱膨張係数10×10-6／℃以下を達成したも
のである。 インバー合金の諸用途のうち、送電線の心線用
材料については、インバー合金に（Mo＋Cr）：
1.0〜5.0％を添加したものが提案された（特開昭
55―24930号）。この合金は、硬材で120Kg／mm2の
高強度を示し、室温〜300℃の平均熱膨張係数が
５×10-6／℃以下というすぐれた特性をもつが、
耐疲労性についての配慮は見当らない。風の影響
による繰返し振動に耐えるためには、耐疲労性は
今や重要な因子である。同様なことは、振動を伴
う機械類のボルトなどについてもいえる。
本発明の目的は、上記した技術の現状から一歩
前進して、100Kg／mm2以上の強度に加えて、捻回
値20回以上の強靭性に示される良好な耐疲労性を
有し、しかも熱膨張係数を30〜300℃の広い温度
範囲にわたつて７×10-6／℃以下におさえた高強
度低熱膨張合金提供することにある。
前進して、100Kg／mm2以上の強度に加えて、捻回
値20回以上の強靭性に示される良好な耐疲労性を
有し、しかも熱膨張係数を30〜300℃の広い温度
範囲にわたつて７×10-6／℃以下におさえた高強
度低熱膨張合金提供することにある。
本発明の高強度低熱膨張合金は、Ｃ：0.05％以
下、Ｎ：0.010％以下であつて、Ni：35.0〜50.0
％、Cu：7.0％以下、Taおよび（または）Nb：
合計で1.5〜5.0％を含有し、NiおよびCuの合計量
は50.0％以下であり、Si、MnおよびCrの合計量
が1.0％以下であり、残余が実質的にFeからなる
ものを、基本的な組成とする。 本発明のいまひとつの態様に従う高強度低熱膨
張合金は、上記の基本的な合金組成に加えて、
Co：7.0％以下を含有し、Ni、CuおよびCoの合
計量を50.0％以下とした組成を有する。
下、Ｎ：0.010％以下であつて、Ni：35.0〜50.0
％、Cu：7.0％以下、Taおよび（または）Nb：
合計で1.5〜5.0％を含有し、NiおよびCuの合計量
は50.0％以下であり、Si、MnおよびCrの合計量
が1.0％以下であり、残余が実質的にFeからなる
ものを、基本的な組成とする。 本発明のいまひとつの態様に従う高強度低熱膨
張合金は、上記の基本的な合金組成に加えて、
Co：7.0％以下を含有し、Ni、CuおよびCoの合
計量を50.0％以下とした組成を有する。
上記した組成をもつ合金の各合金成分の役割
と、その組成範囲の限定理由は次のとおりであ
る。 Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.010％以下 ＣもＮも強度の上昇の点からは効果的な存在
であるが、比較的低温の加熱でもFeの炭窒化
物が生成しやすく、それらが靭延性を低下させ
るから好ましくない。Nbとの共存下では、そ
の炭化物や窒化物を形成しやすく、これまた靭
延性にとつて有害である。高いＣ、Ｎ含量では
熱膨張係数も漸増し、前記した30〜300℃間で
７×10-6以下という目標の達成が困難になる。
これらの観点から、それぞれの上限を0.05％お
よび0.010％と定めた。なお、ブローホールな
どのインゴツト欠陥を予防する上でも、Ｎは少
ない方が好ましい。 Ni：35.0〜50.5％ いうまでもなく、低熱膨張係数を実現するた
めに不可欠の成分であつて、強度にはほとんど
影響しない。Niが35.0％にみたないと、オース
テナイト組織が不安定になり、熱膨張係数を低
く抑えられない。一方、50.0％を超えると、や
はり熱膨張係数が所望のレベルを上回つてしま
う。 Taおよび（または）Nb：合計量で1.5〜5.0 ＣおよびＮの含有量が低い合金においては、
これらの元素が強度向上の役割を果す。Taと
Nbとは、単独でも併用でもよいが、いずれに
しても（併用の場合は合計量で）1.5％以上加
えないと、94％程度の強冷間加工を施しても引
張り強度が100Kg／mm2にならない。また、５％
をこえる多量の添加は熱膨張係数を増加させる
ことと、本発明の一つの特徴である耐疲労性の
めやすとしての、捻回値20回以上の実現が困難
になる。 Cu：7.0％以下、Co：7.0％以下、ただしNi、Cu
およびCoの合計量50.0％以下 CuおよびCoは、熱膨張係数に関してNiと実
質上等しいはたらきをし、かつキユリー点を高
温側に移動させる効果がある。Cuについてみ
れば、１％の添加でキユリー点が約20℃上昇す
る。よく知られているとおり、キユリー点より
高温になると熱膨張係数は大きくなるから、比
較的高温まで低い熱膨張係数を確保しようとす
るときは、キユリー点がなるべく高くなる組成
をえらぶことになる。ただしCuもCoも、多量
に加えれば熱膨張係数は低い温度においても高
くなつてしまう。また、CoはNiより高価であ
るから、その使用はコスト面では不利になる
し、Cuは熱間加工性を損なう。これらを考え
合わせて、ともに7.0％の上限を定めた。Cuも
CoもNiの一部を置き換える成分であるから、
それらとNiとの合計量は、前記した理由で50.0
％を超えてはならない。 Si、MnおよびCr：合計量で2.0％以下 これらの元素は強度向上のためには有効であ
るが、多量に存在すると合金の清浄度を害し靭
性を低下させるほか、熱膨張係数の増大を招
く。この理由で2.0％を限度とした。
と、その組成範囲の限定理由は次のとおりであ
る。 Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.010％以下 ＣもＮも強度の上昇の点からは効果的な存在
であるが、比較的低温の加熱でもFeの炭窒化
物が生成しやすく、それらが靭延性を低下させ
るから好ましくない。Nbとの共存下では、そ
の炭化物や窒化物を形成しやすく、これまた靭
延性にとつて有害である。高いＣ、Ｎ含量では
熱膨張係数も漸増し、前記した30〜300℃間で
７×10-6以下という目標の達成が困難になる。
これらの観点から、それぞれの上限を0.05％お
よび0.010％と定めた。なお、ブローホールな
どのインゴツト欠陥を予防する上でも、Ｎは少
ない方が好ましい。 Ni：35.0〜50.5％ いうまでもなく、低熱膨張係数を実現するた
めに不可欠の成分であつて、強度にはほとんど
影響しない。Niが35.0％にみたないと、オース
テナイト組織が不安定になり、熱膨張係数を低
く抑えられない。一方、50.0％を超えると、や
はり熱膨張係数が所望のレベルを上回つてしま
う。 Taおよび（または）Nb：合計量で1.5〜5.0 ＣおよびＮの含有量が低い合金においては、
これらの元素が強度向上の役割を果す。Taと
Nbとは、単独でも併用でもよいが、いずれに
しても（併用の場合は合計量で）1.5％以上加
えないと、94％程度の強冷間加工を施しても引
張り強度が100Kg／mm2にならない。また、５％
をこえる多量の添加は熱膨張係数を増加させる
ことと、本発明の一つの特徴である耐疲労性の
めやすとしての、捻回値20回以上の実現が困難
になる。 Cu：7.0％以下、Co：7.0％以下、ただしNi、Cu
およびCoの合計量50.0％以下 CuおよびCoは、熱膨張係数に関してNiと実
質上等しいはたらきをし、かつキユリー点を高
温側に移動させる効果がある。Cuについてみ
れば、１％の添加でキユリー点が約20℃上昇す
る。よく知られているとおり、キユリー点より
高温になると熱膨張係数は大きくなるから、比
較的高温まで低い熱膨張係数を確保しようとす
るときは、キユリー点がなるべく高くなる組成
をえらぶことになる。ただしCuもCoも、多量
に加えれば熱膨張係数は低い温度においても高
くなつてしまう。また、CoはNiより高価であ
るから、その使用はコスト面では不利になる
し、Cuは熱間加工性を損なう。これらを考え
合わせて、ともに7.0％の上限を定めた。Cuも
CoもNiの一部を置き換える成分であるから、
それらとNiとの合計量は、前記した理由で50.0
％を超えてはならない。 Si、MnおよびCr：合計量で2.0％以下 これらの元素は強度向上のためには有効であ
るが、多量に存在すると合金の清浄度を害し靭
性を低下させるほか、熱膨張係数の増大を招
く。この理由で2.0％を限度とした。
真空誘導炉を用いて、電解鉄、電解ニツケル、
フエロニオブそのほかの原料を溶解し、第１表に
示す化学組成の合金を調製した（残部は、実質上
Fe）。比較のため、本発明の組成範囲外の合金も
用意した。 分塊圧延およびそれに続く熱間圧延を行ない、
径12mmの棒にしてコイルに巻き取つた。 ついで、焼鈍、スケール除去および潤滑皮膜処
理を行なつてからさらに伸線し、径3.0mmの線材
に加工した。 この線材から試験片を切り出し、常温における
引張試験、捻回試験および30〜300℃の範囲での
平均熱膨張係数の測定を行なつた。捻回試験の試
験片は長さ300mmであつて、これを60rpmの速さ
で捻つて、破断に至るまでの捻り回数をしらべ
た。 試験の成績を第２表に示す。
フエロニオブそのほかの原料を溶解し、第１表に
示す化学組成の合金を調製した（残部は、実質上
Fe）。比較のため、本発明の組成範囲外の合金も
用意した。 分塊圧延およびそれに続く熱間圧延を行ない、
径12mmの棒にしてコイルに巻き取つた。 ついで、焼鈍、スケール除去および潤滑皮膜処
理を行なつてからさらに伸線し、径3.0mmの線材
に加工した。 この線材から試験片を切り出し、常温における
引張試験、捻回試験および30〜300℃の範囲での
平均熱膨張係数の測定を行なつた。捻回試験の試
験片は長さ300mmであつて、これを60rpmの速さ
で捻つて、破断に至るまでの捻り回数をしらべ
た。 試験の成績を第２表に示す。
【表】
【表】
本発明の合金は、高い強度と破断捻回値を有
し、広い温度範囲にわたつて熱膨張係数が低い利
点を有する上に、強冷間加工により強度を向上さ
せると、それに伴つて熱膨張係数も加工前にくら
べ低くなるという好ましい特性を示す。
し、広い温度範囲にわたつて熱膨張係数が低い利
点を有する上に、強冷間加工により強度を向上さ
せると、それに伴つて熱膨張係数も加工前にくら
べ低くなるという好ましい特性を示す。
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １ Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.010％以下であつて、
Ni：35.0〜50.0％、Cu：7.0％以下、Taおよび
（または）Nb：合計で1.5〜5.0％を含有し、Niお
よびCuの合計量は50.0％以下であり、Si、Mnお
よびCrの合計量が2.0％以下であり、残余が実質
的にFeからなる高強度低熱膨張合金。 ２ Ｃ：0.05％以下、Ｎ：0.010％以下であつて、
Ni：35.0〜50.0％、Cu：7.0％以下、Co：7.0％以
下、Taおよび（または）Nb：合計で1.5〜5.0％
を含有し、Ni、CuおよびCoの合計量は50.0％以
下であり、Si、MnおよびCrの合計量が2.0％以下
であり、残余が実質的にFeからなる高強度低熱
膨張合金。 ３ 室温における引張り強さσBが100Kg／mm2以上、
捻回値が20回以上であり、30〜300℃の範囲にお
ける平均線膨張係数αが７×10-6／℃以下である
特許請求の範囲第１項または第２項の高強度低熱
膨張合金。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9833980A JPS5726144A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | High strength and low thermal expansion alloy |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9833980A JPS5726144A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | High strength and low thermal expansion alloy |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5726144A JPS5726144A (en) | 1982-02-12 |
| JPS6363617B2 true JPS6363617B2 (ja) | 1988-12-08 |
Family
ID=14217138
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9833980A Granted JPS5726144A (en) | 1980-07-18 | 1980-07-18 | High strength and low thermal expansion alloy |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5726144A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2517701B1 (fr) * | 1981-12-04 | 1988-06-10 | Metalimphy | Alliages a base de fer pour elements de construction soudes et applications de ces alliages |
| JPS5933857A (ja) * | 1982-08-19 | 1984-02-23 | Hitachi Metals Ltd | Ｉｃリ−ドフレ−ム材料とその製造方法 |
| JPS6088576A (ja) * | 1983-10-22 | 1985-05-18 | 株式会社 三洋物産 | パチンコ機における羽根車装置 |
| JPS6090582A (ja) * | 1984-06-27 | 1985-05-21 | 株式会社 三洋物産 | パチンコ機 |
| US4816216A (en) * | 1985-11-29 | 1989-03-28 | Olin Corporation | Interdiffusion resistant Fe--Ni alloys having improved glass sealing |
| US4905074A (en) * | 1985-11-29 | 1990-02-27 | Olin Corporation | Interdiffusion resistant Fe-Ni alloys having improved glass sealing property |
| US5688471A (en) * | 1995-08-25 | 1997-11-18 | Inco Alloys International, Inc. | High strength low thermal expansion alloy |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5554548A (en) * | 1978-10-12 | 1980-04-21 | Daido Steel Co Ltd | High strength, low expansion alloy |
-
1980
- 1980-07-18 JP JP9833980A patent/JPS5726144A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5726144A (en) | 1982-02-12 |
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