低温稳定性优异的低热膨胀合金及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种低热膨胀合金，其以质量％计而含有，C：0.015％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.15％以下、Ni：35.0～37.0％、Co：不足2.0％、以及Ni+0.8Co：35.0～37.0％，残余部分由Fe和不可避免的杂质构成，所述合金具有二次枝晶臂间距为5μm以下的凝固组织，100～‑70℃的平均热膨胀系数在0±0.2ppm/℃的范围内，且Ms点在‑196℃以下。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】低温稳定性优异的低热膨胀合金及其制造方法
本专利技术涉及低温稳定性优异的低热膨胀合金及其制造方法。
技术介绍
低热膨胀合金材料适用于抑制各种尖端领域中的精密装置随温度的变化而发生的热变形。当热膨胀系数为0时由于不发生随温度变化的热变形，因此成为理想的材料。航空·宇宙机器或测量机器等的部件中有些在低温区域下运作，有时在-100℃以下使用。需要即使在这样的低温区域中其热膨胀系数也不会随组织变化而急剧变化，并且100℃到-70℃之间的热膨胀系数为实际上可以视为0膨胀的0±0.2ppm/℃的范围之内的合金材料。现在，以超因瓦合金(SI)为代表的Fe-Ni-Co类低热膨胀合金在工业上被用作低热膨胀材料。SI是将在室温附近的热膨胀系数为1～2ppm/℃的Fe-36％Ni合金(因瓦合金)中Ni的一部分置换为Co以低膨胀化的Fe-32％Ni-5％Co合金，室温附近的热膨胀系数变为1ppm/℃以下。因此，SI被适用于精密装置部件以抑制热变形引起的精度下降。但是，通过用Co置换Ni，而Ni量降低，奥氏体不稳定化，马氏体开始产生的温度(以下记为Ms点)向高温方向移动。SI的Ms点虽然因杂质的量而略有变化，但大概会上升到-40℃左右。因此，在此温度以下马氏体组织产生，热膨胀系数急剧增加，失去低热膨胀性，因此在低温区域运作的航空·宇宙机器或测量机器等的部件中的应用会受到制限(专利文献1的段落0003、0034)。当然，无法实现在100℃至-70℃的温度范围内的0膨胀。另一方面，因瓦合金的Ms点在-196℃以下，由于即使在-196℃以下，组织也不会变化而保持低热膨胀性，因此也可以适用于暴露温度为低于-100℃的低温的航空·宇宙机器或测量机器等。但是，其热膨胀系数为1～2ppm/℃，比SI大，与0膨胀之间有较大差距，因此热变形抑制效果不足，存在无法应对高要求的问题，其在超精密装置部件中的应用受到制限(专利文献1的段落0024)。另外，在专利文献2中，提出了通过用激光或电子束照射特定组成的合金粉末，使之熔融·急速凝固并叠层造型来将二次枝晶臂间距调整为5μm以下，从而实现0.5ppm/℃以下的热膨胀系数和SI无法获得的低温稳定性两者并存。但是，根据专利文献2的实施例，除了编号7外并未获得热膨胀系数在0.4ppm/℃左右且稳定0膨胀的材料。另外，在低温区域运作的机器，可得到低温稳定性的温度越低越好，具有与因瓦合金同等的稳定性较为理想，在专利文献2的合金的情况下，无法稳定获得与因瓦合金同等的Ms点即-196℃以下。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2011-174854号公报专利文献2：国际公开第2019/044093号
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题如上，SI在如-100℃这样的低温下产生马氏体组织，热膨胀系数急剧增加，因瓦合金的热膨胀系数为1～2ppm/℃，热变形抑制效果不足。并且，专利文献2的低热膨胀合金不能认为显示了稳定的0膨胀，且无法获得与因瓦合金同等程度的低温稳定性。因此，尚未获得能在100℃到-70℃之间实现0膨胀，且可得到与因瓦合金同等程度的低温稳定性的材料。本专利技术的目的是提供一种100℃到-70℃之间的平均热膨胀系数为可以视为0膨胀的0±0.2ppm/℃，且可得到与因瓦合金同等程度的低温稳定性的低热膨胀合金及其制造方法。解决技术问题的技术手段根据本专利技术，提供以下的(1)～(4)。(1)一种低热膨胀合金，其以质量％计而含有：C：0.015％以下、Si：0.10％以下、Mn：0.15％以下、Ni：35.0～37.0％、Co：不足2.0％、以及Ni+0.8Co：35.0～37.0％，残余部分由Fe和不可避免的杂质构成，所述合金具有二次枝晶臂间距为5μm以下的凝固组织，所述合金在100～-70℃的平均热膨胀系数在0±0.2ppm/℃的范围内，且Ms点在-196℃以下。(2)所述项(1)所述的低热膨胀合金，其中，C、Si、Mn的含有量满足C×7+Si×1.5+Mn≤0.40。(3)一种低热膨胀合金的制造方法，其中，将具有所述项(1)或(2)记载的组成的低热膨胀合金素材，用激光或电子束熔融·凝固，进行叠层造型，以制造100～-70℃的平均热膨胀系数在0±0.2ppm/℃的范围内并且Ms点为-196℃以下的低热膨胀合金。(4)所述项(3)所述的低热膨胀合金的制造方法，其中，所述低热膨胀合金素材是粉末。专利技术的效果根据本专利技术，提供在100℃到-70℃之间的平均热膨胀系数为可以视为0膨胀的0±0.2ppm/℃，且能获得与因瓦合金同等程度的低温稳定性的低热膨胀合金及其制造方法。附图说明[图1]显示本专利技术的实施例中使用的雾化装置的概念图。[图2]显示通过图1的雾化装置得到的球状粉末的光学显微镜照片。[图3]显示DAS与冷却速度的关系的图。[图4]显示本专利技术组成合金的激光叠层造型物的DAS的照片。[图5]显示纯铜模具铸造物的DAS的照片。[图6]显示纯铜模具的图。本专利技术的具体实施方式如上所述，决定Fe-Ni-Co类低热膨胀合金的热膨胀系数的最大因素是Co的含有量，但是通过添加Co，而Ni量相对降低，奥氏体不稳定化，Ms上升。最为低热膨胀的32％Ni-5％Co的SI的Ms点为-40℃左右，因此无法适用于低温。因此，只要还是用Co进行低热膨胀化，就很难在室温附近到-70℃的温度范围内将热膨胀系数稳定在0±0.2ppm/℃。本专利技术人等探讨了不伴随传统Fe-Ni-Co类低热膨胀合金中出现的Co引起的Ms点上升的低热膨胀化技术。其结果发现以Fe-36％Ni的组成作为基本，在减少C、Si、Mn的同时缩小微观组织，将二次枝晶臂间距设为5μm以下，从而能够获得在100℃到-70℃之间的热膨胀系数为可以视为0膨胀的0±0.2ppm/℃，且能获得与因瓦合金同等程度的低温稳定性的合金。基于这些发现完成了本专利技术。以下，对于本专利技术的限定理由，分为化学成分和制造条件分别进行说明。需要说明的是，在以下的说明中，若无特别说明，则成分中的％表示质量％，α为100～-70℃的平均热膨胀系数。[化学成分]C：0.015％以下C是使基于本专利技术的低热膨胀合金的α显著增加的元素，优选含量低。如果含有C超过0.015％，则即使调整后述其他元素的含有量α也会超过0±0.2ppm/℃的范围，所以将C含有量设为0.015％以下。Si：0.10％以下Si是为减少合金中的氧而添加的元素。但是，Si为使基于本专利技术的低热膨胀合金的α显著增加的元素，优选含量低。其含有量超过0.10％时与C同样，对α的增加变得无法无视。因此，将Si含有量设为0.10％以下。Mn：0.15％以下Mn与Si同样，是对脱氧有效的元素。但是，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低热膨胀合金，其以质量％计而含有：/nC：0.015％以下、/nSi：0.10％以下、/nMn：0.15％以下、/nNi：35.0～37.0％、/nCo：不足2.0％、以及/nNi+0.8Co：35.0～37.0％，/n残余部分由Fe和不可避免的杂质构成，所述合金具有二次枝晶臂间距为5μm以下的凝固组织，所述合金在100～-70℃的平均热膨胀系数在0±0.2ppm/℃的范围内，且Ms点在-196℃以下。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190326 JP 2019-0580631.一种低热膨胀合金，其以质量％计而含有：
C：0.015％以下、
Si：0.10％以下、
Mn：0.15％以下、
Ni：35.0～37.0％、
Co：不足2.0％、以及
Ni+0.8Co：35.0～37.0％，
残余部分由Fe和不可避免的杂质构成，所述合金具有二次枝晶臂间距为5μm以下的凝固组织，所述合金在100～-70℃的平均热膨胀系数在0±0.2ppm/℃的范围内，且Ms点在-196℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：半田卓雄，刘志民，大山伸幸，鹫尾胜，
申请(专利权)人：日本铸造株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP