電気加熱鍛縮機用電極
【課題】長寿命の電気加熱鍛縮機用電極を提供する。
【解決手段】特殊合金鋼、チタン合金などの各種部品の製造に用いられる電気加熱鍛縮機用電極の材料を、Ｗ−Ｎｉ（−Ｆｅ−Ｃｏ）系合金にＣｒを添加した合金とし、Ｗ粒子の長軸径の平均が５μｍ以上の焼結合金とすることにより耐酸化性および高温機械的特性を向上させ、長寿命の製品にする。さらに、Ｗの一部を周期律表４、５または６族に属する遷移金属の一種または２種以上で置換した焼結合金で構成しても良い。
【解決手段】特殊合金鋼、チタン合金などの各種部品の製造に用いられる電気加熱鍛縮機用電極の材料を、Ｗ−Ｎｉ（−Ｆｅ−Ｃｏ）系合金にＣｒを添加した合金とし、Ｗ粒子の長軸径の平均が５μｍ以上の焼結合金とすることにより耐酸化性および高温機械的特性を向上させ、長寿命の製品にする。さらに、Ｗの一部を周期律表４、５または６族に属する遷移金属の一種または２種以上で置換した焼結合金で構成しても良い。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊合金鋼、チタン合金などの各種部品の製造に用いられる電気加熱鍛縮機用電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに使用される特殊合金鋼などからなるエンジンバルブの多くは、電気加熱鍛縮によって製造されている。このような電気加熱鍛縮に使用される電極の材料には、電気伝導性、高温での機械的性質と耐酸化性に優れることが要求され、従来、この種の用途の材料としては、Ｃｕ合金、耐熱鋼、超硬合金などが提案されている。
【０００３】
特殊合金鋼などの電気加熱鍛縮は、通常高温、大気中で行われるので、台電極、摺動電極などの電極の材料には電気伝導性、耐熱性および耐酸化性、耐熱衝撃性と共に高温機械的特性が求められる。Ｃｕ合金は、電気伝導性が高く加熱冷却し易いものの高温での酸化が著しい。耐熱鋼は、高温での酸化や変形が著しい。普通の超硬合金は、ＣｏやＮｉなどの結合相金属を含むため、高温で硬度が低下し易く耐酸化性にも劣り、熱衝撃で割れる。また、いわゆるバインダーレス超硬合金は、結合相金属をほとんど含まないため高温での硬度低下は少ないが、やはり耐熱衝撃性で劣る。耐酸化性および高温機械的性質に優れる合金としては、他にＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系（例えば、特許文献１参照）、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系（例えば、特許文献２参照）などのＷ基合金が挙げられるが、何れも耐酸化性や高温機械的特性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち耐熱性および高温機械的特性に優れるＷ基合金の、耐酸化性および高温機械的特性をさらに向上させ、電気加熱鍛縮機用電極に適した長寿命の材料を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電気加熱鍛縮機用電極の素材をＷ基合金とするのは、Ｗが高温での機械的性質に優れるためである。Ｎｉを添加するのは焼結性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では焼結性向上効果が小さくなり、１５質量％を超えると高温での硬さ低下率が大きくなる。Ｎｉの一部をＦｅおよびＣｏで置換してもよいが、その添加量の計がＮｉとの合計量の３０質量％を超えると耐酸化性が低下する。Ｃｒを添加するのは耐酸化性および高温機械的特性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では耐酸化性の向上効果が不足し、２０質量％を超えると焼結性が低下するので好ましくない。また、Ｗの一部をＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属で置換してもよいが、その置換量が１０質量％を超えると焼結性が低下し、抗折力が低下する。
【０００６】
なお、合金組織を構成するＷの長軸径による平均粒度が５μｍ未満では、熱クラックが発生しやすくなるので好ましくない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による焼結合金は、高温における硬さの低下率が小さく、超硬合金や通常のＷ基合金に比較して耐酸化性に優れているため、電気加熱鍛縮機用電極に用いるとそれらの長寿命化が図れ、産業上の利用価値が高い。
【０００８】
例えば、自動車用エンジンバルブの電気加熱鍛縮の場合、被加工材の温度を１０００℃以上に上昇させ、台電極に押し当てられる。このとき、耐熱鋼などの場合、１００ショットで酸化の進行および変形が発生し交換となる。この台電極の変形はエンジンバルブの最終形状に影響を及ぼすため、不良品の発生に繋がり生産性が低下するが、本発明合金を用いると、酸化や変形が大幅に抑えられ、２００〜３００ショットの耐用回数が可能となり、大幅に生産性が改善された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３１１２０６号公報
【特許文献２】特開平６−１９２８０４号公報
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の電気加熱鍛縮機用電極の素材は通常の粉末冶金法によって製造できる。すなわち、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣｒ粉末を所定の組成に配合し、ボールミルあるいはアトライターによる湿式混合を経て乾燥後、所望の形状にプレス圧１００〜５００ＭＰａで加圧成形する。次に、成形体を１３５０〜１５００℃で３０〜１２０分真空焼結した後、最終的な形状に加工する。
【実施例１】
【００１１】
表１には本発明合金および比較合金の配合組成を示した。本発明合金Ｎｏ.１〜４はＮｉおよびＦｅ量を一定とし、Ｃｒ量を変化させたものであり、Ｎｏ.５〜１１は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量とＣｒ量を変化させたものである。また、Ｎｏ.１２〜１４はＮｉ、ＦｅおよびＣｒ量をＮｏ.２合金と同一とし、Ｗの一部をＴｉ、ＴａおよびＭｏで置換したものである。比較合金のＮｏ.１５〜２０はＣｒを含まないＷ基合金、Ｎｏ.２１〜２４は一般的な耐摩耗工具用超硬合金である。ＷＣの粒度は、合金組織においてフルマンの式により求めたものである。ここで、Ｗ基合金はすべてフィッシャーサブシーブサイザーの測定による平均粒度が４μｍのＷ粉を用い、湿式ボールミル時間２４時間、プレス圧１００ＭＰａ、真空焼結１４６０℃−６０分の条件で作製した。焼結後のＷ粒子の長軸径による粒度は、組成により異なるが、１０〜１００μｍの範囲内であった。
【００１２】
【表１】
【００１３】
表１に示した本発明合金および比較合金の抗折力、硬さ、高温硬さ、および耐酸化性（酸化増量）の測定結果を表２に示した。酸化増量試験は、４×８×２５ｍｍ３の試験片の全面を鏡面仕上げ後、大気中で８００℃−３０分間加熱し、その重量変化から単位面積当たりの酸化増量を算出した。また、高温硬さ（ＨＶ１）はＡｒ雰囲気中で測定した。
【００１４】
【表２】
【００１５】
Ｎｏ.１〜４および１５より、Ｃｒ添加量が増加するにつれて酸化増量が減少、すなわち耐酸化性が向上し、室温および高温硬さが向上している。また、Ｎｏ.１５〜１９のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量が増加すると耐酸化性および高温硬さが劣化するが、Ｎｏ.５〜１１のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量の増加と共にＣｒ量も増加させることにより、耐酸化性の劣化を抑制することができる。また、一般的な超硬合金と比較すると抗折力は低いが、本発明合金は耐酸化性の面では非常に優れているので、電気加熱鍛縮機用電極に用いると、それらの長寿命化を図ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特殊合金鋼、チタン合金などの各種部品の製造に用いられる電気加熱鍛縮機用電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などに使用される特殊合金鋼などからなるエンジンバルブの多くは、電気加熱鍛縮によって製造されている。このような電気加熱鍛縮に使用される電極の材料には、電気伝導性、高温での機械的性質と耐酸化性に優れることが要求され、従来、この種の用途の材料としては、Ｃｕ合金、耐熱鋼、超硬合金などが提案されている。
【０００３】
特殊合金鋼などの電気加熱鍛縮は、通常高温、大気中で行われるので、台電極、摺動電極などの電極の材料には電気伝導性、耐熱性および耐酸化性、耐熱衝撃性と共に高温機械的特性が求められる。Ｃｕ合金は、電気伝導性が高く加熱冷却し易いものの高温での酸化が著しい。耐熱鋼は、高温での酸化や変形が著しい。普通の超硬合金は、ＣｏやＮｉなどの結合相金属を含むため、高温で硬度が低下し易く耐酸化性にも劣り、熱衝撃で割れる。また、いわゆるバインダーレス超硬合金は、結合相金属をほとんど含まないため高温での硬度低下は少ないが、やはり耐熱衝撃性で劣る。耐酸化性および高温機械的性質に優れる合金としては、他にＷ−Ｎｉ−Ｆｅ系（例えば、特許文献１参照）、Ｗ−Ｎｉ−Ｆｅ−Ｍｏ系（例えば、特許文献２参照）などのＷ基合金が挙げられるが、何れも耐酸化性や高温機械的特性に問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものである。すなわち耐熱性および高温機械的特性に優れるＷ基合金の、耐酸化性および高温機械的特性をさらに向上させ、電気加熱鍛縮機用電極に適した長寿命の材料を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の電気加熱鍛縮機用電極の素材をＷ基合金とするのは、Ｗが高温での機械的性質に優れるためである。Ｎｉを添加するのは焼結性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では焼結性向上効果が小さくなり、１５質量％を超えると高温での硬さ低下率が大きくなる。Ｎｉの一部をＦｅおよびＣｏで置換してもよいが、その添加量の計がＮｉとの合計量の３０質量％を超えると耐酸化性が低下する。Ｃｒを添加するのは耐酸化性および高温機械的特性を向上させるためであり、その添加量が１質量％未満では耐酸化性の向上効果が不足し、２０質量％を超えると焼結性が低下するので好ましくない。また、Ｗの一部をＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属で置換してもよいが、その置換量が１０質量％を超えると焼結性が低下し、抗折力が低下する。
【０００６】
なお、合金組織を構成するＷの長軸径による平均粒度が５μｍ未満では、熱クラックが発生しやすくなるので好ましくない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明による焼結合金は、高温における硬さの低下率が小さく、超硬合金や通常のＷ基合金に比較して耐酸化性に優れているため、電気加熱鍛縮機用電極に用いるとそれらの長寿命化が図れ、産業上の利用価値が高い。
【０００８】
例えば、自動車用エンジンバルブの電気加熱鍛縮の場合、被加工材の温度を１０００℃以上に上昇させ、台電極に押し当てられる。このとき、耐熱鋼などの場合、１００ショットで酸化の進行および変形が発生し交換となる。この台電極の変形はエンジンバルブの最終形状に影響を及ぼすため、不良品の発生に繋がり生産性が低下するが、本発明合金を用いると、酸化や変形が大幅に抑えられ、２００〜３００ショットの耐用回数が可能となり、大幅に生産性が改善された。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開平５−３１１２０６号公報
【特許文献２】特開平６−１９２８０４号公報
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の電気加熱鍛縮機用電極の素材は通常の粉末冶金法によって製造できる。すなわち、Ｗ、Ｎｉ、Ｆｅ、ＣｏおよびＣｒ粉末を所定の組成に配合し、ボールミルあるいはアトライターによる湿式混合を経て乾燥後、所望の形状にプレス圧１００〜５００ＭＰａで加圧成形する。次に、成形体を１３５０〜１５００℃で３０〜１２０分真空焼結した後、最終的な形状に加工する。
【実施例１】
【００１１】
表１には本発明合金および比較合金の配合組成を示した。本発明合金Ｎｏ.１〜４はＮｉおよびＦｅ量を一定とし、Ｃｒ量を変化させたものであり、Ｎｏ.５〜１１は、Ｎｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量とＣｒ量を変化させたものである。また、Ｎｏ.１２〜１４はＮｉ、ＦｅおよびＣｒ量をＮｏ.２合金と同一とし、Ｗの一部をＴｉ、ＴａおよびＭｏで置換したものである。比較合金のＮｏ.１５〜２０はＣｒを含まないＷ基合金、Ｎｏ.２１〜２４は一般的な耐摩耗工具用超硬合金である。ＷＣの粒度は、合金組織においてフルマンの式により求めたものである。ここで、Ｗ基合金はすべてフィッシャーサブシーブサイザーの測定による平均粒度が４μｍのＷ粉を用い、湿式ボールミル時間２４時間、プレス圧１００ＭＰａ、真空焼結１４６０℃−６０分の条件で作製した。焼結後のＷ粒子の長軸径による粒度は、組成により異なるが、１０〜１００μｍの範囲内であった。
【００１２】
【表１】
【００１３】
表１に示した本発明合金および比較合金の抗折力、硬さ、高温硬さ、および耐酸化性（酸化増量）の測定結果を表２に示した。酸化増量試験は、４×８×２５ｍｍ３の試験片の全面を鏡面仕上げ後、大気中で８００℃−３０分間加熱し、その重量変化から単位面積当たりの酸化増量を算出した。また、高温硬さ（ＨＶ１）はＡｒ雰囲気中で測定した。
【００１４】
【表２】
【００１５】
Ｎｏ.１〜４および１５より、Ｃｒ添加量が増加するにつれて酸化増量が減少、すなわち耐酸化性が向上し、室温および高温硬さが向上している。また、Ｎｏ.１５〜１９のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量が増加すると耐酸化性および高温硬さが劣化するが、Ｎｏ.５〜１１のようにＮｉ、ＦｅおよびＣｏの合計量の増加と共にＣｒ量も増加させることにより、耐酸化性の劣化を抑制することができる。また、一般的な超硬合金と比較すると抗折力は低いが、本発明合金は耐酸化性の面では非常に優れているので、電気加熱鍛縮機用電極に用いると、それらの長寿命化を図ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｗが７５〜９８質量％、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅの合計量が１〜１５質量％で、その内ＦｅとＣｏの合計量はＮｉとの合計量の０〜３０質量％、Ｃｒが１〜２０質量％、および不可避不純物からなる組成を有し、光学顕微鏡組織写真上でＷ粒子の長軸径の平均が５μｍ以上の焼結合金により、少なくとも一部が構成されることを特徴とする、電気加熱鍛縮機用電極。
【請求項２】
Ｗの１０質量％以下が、ＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属の１種または２種以上で置換された、請求項１に記載の焼結合金により、少なくとも一部が構成されることを特徴とする、電気加熱鍛縮機用電極。
【請求項１】
Ｗが７５〜９８質量％、Ｎｉ、ＣｏおよびＦｅの合計量が１〜１５質量％で、その内ＦｅとＣｏの合計量はＮｉとの合計量の０〜３０質量％、Ｃｒが１〜２０質量％、および不可避不純物からなる組成を有し、光学顕微鏡組織写真上でＷ粒子の長軸径の平均が５μｍ以上の焼結合金により、少なくとも一部が構成されることを特徴とする、電気加熱鍛縮機用電極。
【請求項２】
Ｗの１０質量％以下が、ＷおよびＣｒを除く、周期律表４、５、または６族に属する遷移金属の１種または２種以上で置換された、請求項１に記載の焼結合金により、少なくとも一部が構成されることを特徴とする、電気加熱鍛縮機用電極。
【公開番号】特開２０１３−５７１２６（Ｐ２０１３−５７１２６Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４２８８９（Ｐ２０１２−２４２８８９）
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【分割の表示】特願２０１０−１３１４６２（Ｐ２０１０−１３１４６２）の分割
【原出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００２３８０１６）冨士ダイス株式会社 (14)
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月２日（２０１２．１１．２）
【分割の表示】特願２０１０−１３１４６２（Ｐ２０１０−１３１４６２）の分割
【原出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【出願人】（０００２３８０１６）冨士ダイス株式会社 (14)
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