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技術 高強度高靱性析出硬化型ステンレス合金

出願人 株式会社クボタ
発明者 乾一幸牧野宏岡野宏昭
出願日 1992年8月20日 (27年10ヶ月経過) 出願番号 1992-245843
公開日 1994年3月8日 (26年3ヶ月経過) 公開番号 1994-065692
状態 特許登録済
技術分野
  • -
主要キーワード シリンダ類 プラスチツク製 部材表 プランジヤ 繊維強化型 スクリユー 焼結合金層 シヤフト
関連する未来課題
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この項目の情報は公開日時点(1994年3月8日)のものです。
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目的

射出成形圧力混練トルクの高いエンジニアリングラスチツクの成形機構成部材料等として有用な高強度、高靱性を有する析出硬化型ステンレス合金

構成

C:0.05〜0.25%,Si:0.5〜1.2%,Mn:0.2〜1%,Ni:1.5〜9.5%,Cr:10〜16%,Mo:1〜6%,Co:10〜15%,V:0.2〜0.5%,残部実質的にFeからなる。所望によりCu:0.5〜5%が添加される。

概要

背景

ラスチツク射出成形機押出成形機等のシリンダスクリユーシヤフトプランジヤ等の構成部材料として、従来より窒化鋼(JIS G4202 SACM645)が使用されてきた。また、繊維強化型プラスチツクや難燃性プラスチツク等の成形混練操業に対する構成部材の耐摩耗性耐食性等の改善策として、部材の表面に耐食・耐摩耗合金からなるライニング層を、溶射層や焼結合金層として積層成形したクラツド部材を使用することも提案されている。

概要

射出成形圧力混練トルクの高いエンジニアリングプラスチツクの成形機構成部材料等として有用な高強度、高靱性を有する析出硬化型ステンレス合金

C:0.05〜0.25%,Si:0.5〜1.2%,Mn:0.2〜1%,Ni:1.5〜9.5%,Cr:10〜16%,Mo:1〜6%,Co:10〜15%,V:0.2〜0.5%,残部実質的にFeからなる。所望によりCu:0.5〜5%が添加される。

目的

近年、自動車電子機器分野での機械部品構造部材として、また各種板材、建材容器等の長期使用を目的とした用途において、ポリアミドポリアセタールポリカーボネト等をはじめとする各種のエンジニアリングプラスチツク製品の需要が増大している。これらのプラスチツクの成形操業においては、汎用プラスチツクの成形操業に比べて、射出圧力、混練トルク等の成形機構成部材に対する負荷が著しく高く、このためシリンダやスクリユーシヤフト等の構成部材に、強度、靱性の不足に因る破損のトラブルが頻発している。そこで、本発明はこのようなプラスチツク成形操業条件苛酷化に対処するための成形機構成部材料として有用な改良された高強度・高靱性を有する析出硬化型ステンレス合金を提供するものである。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
2件

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請求項1

C:0.05〜0.25%,Si:0.5〜1.2%,Mn:0.2〜1%,Ni:1.5〜9.5%,Cr:10〜16%,Mo:1〜6%,Co:10〜15%,V:0.2〜0.5%,残部実質的にFeからなる高強度高靱性析出硬化型ステンレス合金

請求項2

C:0.05〜0.25%,Si:0.5〜1.2%,Mn:0.2〜1%,Ni:1.5〜9.5%,Cr:10〜16%,Mo:1〜6%,Co:10〜15%,V:0.2〜0.5%,Cu:0.5〜5%,残部実質的にFeからなる高強度高靱性析出硬化型ステンレス合金。

--

0001

本発明は、射出成形機用シリンダ押出成形機スクリユーシヤフト等のように高強度および高靱性を要求される構造部材料として有用な析出硬化型ステンレス合金に関する。

背景技術

0002

ラスチツク射出成形機や押出成形機等のシリンダ、スクリユーシヤフト、プランジヤ等の構成部材料として、従来より窒化鋼(JIS G4202 SACM645)が使用されてきた。また、繊維強化型プラスチツクや難燃性プラスチツク等の成形混練操業に対する構成部材の耐摩耗性耐食性等の改善策として、部材の表面に耐食・耐摩耗合金からなるライニング層を、溶射層や焼結合金層として積層成形したクラツド部材を使用することも提案されている。

発明が解決しようとする課題

0003

近年、自動車電子機器分野での機械部品、構造部材として、また各種板材、建材容器等の長期使用を目的とした用途において、ポリアミドポリアセタールポリカーボネト等をはじめとする各種のエンジニアリングプラスチツク製品の需要が増大している。これらのプラスチツクの成形操業においては、汎用プラスチツクの成形操業に比べて、射出圧力混練トルク等の成形機構成部材に対する負荷が著しく高く、このためシリンダやスクリユーシヤフト等の構成部材に、強度、靱性の不足に因る破損のトラブルが頻発している。そこで、本発明はこのようなプラスチツク成形操業条件苛酷化に対処するための成形機構成部材料として有用な改良された高強度・高靱性を有する析出硬化型ステンレス合金を提供するものである。

課題を解決するための手段

0004

本発明の析出硬化型ステンレス合金は、C:0.05〜0.25%,Si:0.5〜1.2%,Mn:0.2〜1%,Ni:1.5〜9.5%,Cr:10〜16%,Mo:1〜6%,Co:10〜15%,V:0.2〜0.5%,残部実質的にFeからなる。本発明のステンレス合金は所望により、Cu0.5〜5%を含有する化学組成が与えられる。

0005

上記化学組成を有する本発明の合金は、溶体化熱処理サブゼロ処理、および時効処理からなる調質処理により、マルテンサイト母相とし、これに微細炭化物および金属間化合物相規則格子相が微細に分散析出した組織を呈し、従来の成形機構成部材である窒化鋼では得られない高度の機械強度および耐衝撃特性を帯有する。また、高硬度高耐摩耗性を有すると共に、耐食性も比較的良好である。

0006

以下、本発明について詳しく説明する。本発明合金の成分限定理由は次のとおりである。
C:0.05〜0.25%
Cは、Cr,Mo,V等と結合して炭化物を形成し、合金の硬さ、強度を高める。この効果を得るためには少なくとも0.05%を必要とする。しかし、その増量は、反面において合金の靱性、加工性の低下を招くので、0.25%を上限とする。

0007

Si:0.5〜1.2%
Siは、合金溶製時の脱酸剤として、少なくとも0.5%を必要とする。1.2%を越えると、合金の靱性が損なわれるので、これを上限とする。

0008

Mn:0.2〜1%
Mnは、脱硫元素であり、合金溶湯清浄化し、材質を改善する。0.2%に満たない量ではその効果が不足し、他方1%を越えると、合金の靱性が損なわれるので、0.2〜1%とする。

0009

Ni:1.5〜9.5%
Niは、合金の耐力、引張強さの改善に必要な元素であり、この効果を得るために、少なくとも1.5%を必要とするが、多量の添加はコストの増大を招くだけでなく、合金の鋳造性を悪くするので、9.5%を上限とする。

0010

Cr:10〜16%
Crは、合金の耐力、引張強さの確保に欠くことができず、またその添加は合金の耐食性改善に奏効する元素である。この効果を得るために少なくとも10%を必要とする。反面、多量の添加はコストの上昇の不利のみならず、マルテンサイト組織の確保が困難となるので、16%を上限とすべきである。

0011

Mo:1〜6%
Moは、合金の耐力、引張強度の改善のために、1%以上の添加を必要とする。添加増量に伴つてその効果を増すが、反面靱性、伸び絞り等の低下を招くので、6%までとする。

0012

Co:10〜15%
Coは、合金の耐力、引張強度の向上に有効な元素である。この効果を十分ならしめるため、10%を下限とする。しかし、多量の添加は合金の靱性の確保を困難とするので、15%を上限とする。

0013

V:0.2〜0.5%
Vは、合金の機械的諸特性、特に耐力、引張強度の向上に奏効する元素であり、この効果を得るためには、0.2%以上の添加を必要とするが、その増量に伴つて合金の靱性の低下をきたすので、0.5%を越えてはならない。

0014

Cu:0.5〜5%
Cuは合金の母相にリツチ相を析出して合金の耐力、引張強さを高める。その効果は0.5%以上の添加により現れる。好ましくは1%以上である。しかし、多量に添加すると、合金の靱性の低下が大きくなるので、5%を上限とする。

0015

本発明合金の不純分として付随するP,S等の元素は、通常の溶製技術上不可避的に混入する量、例えばPは0.03%以下、Sは0.03%以下の範囲であれば、本発明の趣旨が損なわれることはない。

0016

本発明合金は、調質熱処理として、溶体化熱処理、サブゼロ処理、および時効処理が施されて、マルテンサイトを母相として、Cr,Mo,V等の炭化物、およびFe,Co,Cr,Mo等からなる金属間化合物相や規則格子相等が微細に分散析出した組織が与えられる。溶体化熱処理は、温度1000〜1150℃に加熱保持したのち、急冷強制空冷が適当である)することにより行われる。加熱保持時間は、肉厚インチ当り1〜2Hr(例えば肉厚2インチのものでは、2〜4Hr)を目安として設定すればよい。

0017

溶体化熱処理につづいてサブゼロ処理を施し、合金の母相をマルテンサイト化する。そのサブゼロ処理は、温度−140〜−190℃の冷媒中に適当時間(1〜2Hr/inch肉厚、としてよい)保持することにより行われる。サブゼロ処理後の時効処理は、400〜650℃の温度域に、一定時間(1〜2Hr/inch肉厚、が適当である)保持した後、空冷することにより首尾よく達成される。

0018

本発明の合金は、例えばシリンダ類等では遠心力鋳造管等の鋳造品として、またスクリユーシヤフト等では熱間塑性加工品として供給され、あるいはその合金粉末アトマイズ粉末等)を焼結原料とする熱間静水等方加圧焼結法等による焼結合金製品として実使用に供される。

0019

本発明合金は、その化学組成と金属組織とに基づく材料特性として高強度、高靱性を有しているほか、耐摩耗性や耐食性についても窒化鋼と同等ないしそれ以上の特性を備えているが、プラスチツク成形機部材の用途において、エンジニアリングプラスチツクの複合化、例えばガラス繊維セラミツクス繊維等が混練され、あるいは離燃剤としてハロゲン化物等が混練されるプラスチツク成形操業のように、部材表面に混練物質による強度の摩耗や腐食加重される使用環境に供する場合には、本発明合金を母材とし、その表面に、耐食・耐摩耗合金からなるライニング層を形成して積層体(クラツド部品)とすることにより、高強度・高靱性と共に、高耐摩耗性・高耐食性充足兼備させることができる。その積層形成は溶射法や熱間静水等方加圧焼結法等の公知の手法を適用すればよい。

0020

高周波溶解合金溶湯を鋳造して得たブロツク(50×50×50,mm)に調質熱処理を施して供試材とする。表1に供試材の化学組成を示す。No.1〜3は発明例、No.4は窒化鋼(JIS G4202 SACM645相当市販品)である。発明例(No.1〜3)における溶体化熱処理は、1100℃±10℃×3Hr・強制空冷、サブゼロ処理は、−150℃±10℃×3Hr、時効処理は、500℃±10℃×3Hr・空冷とし、No.4(窒化鋼)の調質熱処理は、900℃±10℃×3Hr・炉冷→750℃±10℃×3Hr・炉冷→520℃×72Hr(N2雰囲気)・炉冷とした。表2は各供試材機械的性質測定結果を示している。発明例No.1〜3は、比較例No.4(窒化鋼)と比べて、著しく高い強度を有し、また高強度でありながら、高延性を有していることから、耐衝撃性にもすぐれていることがわかる。なお、No.3の延性は比較例に比べて低いが、静荷重域ではるかに上廻つているので、スクリユー等の比較的緩徐回転トルクが負荷する部材に対して従来材より有利に適用することができる。

0021

0022

発明の効果

0023

本発明の析出硬化型ステンレス合金は、高い強度と高い靱性を併せ有しているので、プラスチツク成形機等の構成部材料として有用であり、特に高射出成形圧力や高い混練トルクが負荷するエンジニアリングプラスチツクの成形操業における部材の耐久性を高め、成形操業の安定化に有効である。本発明の合金は、プラスチツク成形機部材のみならず、高強度と高靱性が要求される各種用途における構造材料として有用である。

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