高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金制造技术

本发明专利技术提供高硬度、高耐蚀和高耐磨合金和包含该合金的构件和能形成该合金的合金用材料及制造该合金的方法，其中该合金是经过时效热处理的Cr-Al-Ni基合金，在合金横截面的金属组织中γ相晶粒边界处析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面积比表示不小于95％，该合金的由X??射线衍射测量的强度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。本发明专利技术能提供具有优异耐腐性、硬度、耐磨性、脱模性、疲劳强度和成型表面镜面加工性的Cr-Al-Ni基合金和包含该合金的构件、能形成该合金的合金用材料及生产该合金的方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及高硬度、高耐蚀和高耐磨的合金。更具体的，本专利技术涉及特别适合在存 在腐蚀性物质例如酸、碱和盐的环境中使用的高硬度和高耐蚀的合金、含有该合金的构件、 能形成该合金的合金用材料和生产该合金的方法。
技术介绍
在将例如粉末或颗粒的原料压缩成型为药品、准医药品、化妆品、农业化学品、饲 料、食品等的片剂中，迄今一直使用包括具有对应于片剂形状的贯穿孔的臼及插入贯穿孔 (臼孔)的下杵和上杵的组合的模具。在使用上述模具的片剂成型机器中，例如粉末的原料 填入已经插入下杵的白中，通过上杵将原料压制成型为所需片剂。如所描述的，例如在日本专利公开8540/1995中，例如在片剂成型机器中所使用 的模具采用例如合金工具钢的铁基合金例如SKS2和SKDll或主要由Mo (钼)、W(钨)等化 合物组成的硬质合金。 此外，为了提高例如合金工具钢模具的耐腐蚀性，已进行过通过镀铬涂覆表面的 尝试。然而，由于镀层的分离不能获得令人满意的效果。镀铬层能对例如表面硬度的提高 具有一定效果。然而，由于镀铬层本身不利地容易分离，不能获得令人满意的和稳定的耐磨 性提高的效果。这导致在保持模具构件强度和硬度的同时，提高例如耐腐性和耐磨性的要 求。为了解决耐磨性的问题，日本专利公开62595/2001描述了高硬度和高耐蚀的片 剂成型杵和白。该合金在具有高硬度和高耐蚀蚀性的同时，具有脱模性。尽管该合金在片剂 成型后能保持约几小时好的脱模性，出于规模生产目的一直希望在脱模性上进一步改善。 进一步，由于该合金具有相对低的疲劳强度，一直希望提高强度，此外，也一直希望具有成 型表面的镜面加工(planishing)性。另一方面，需要耐腐蚀性的应用不仅包括制造设备例如用于腐蚀性粉末的上述模 具，而且包括化学物质的处理设备、废液或废渣的处理设备、燃烧装置和它们外围构件。此 夕卜，在主要要求耐腐蚀性能的应用中，例如在用于树脂透镜或工程塑料或其它树脂的模具 和例如切削工具和直接作用轴承的构件中，已经使用例如不锈钢的耐腐蚀性钢。然而，例如 不锈钢的耐腐蚀性钢在例如强度和硬度上是不令人满意的，因此不能用于特别要求硬度和 耐磨性的应用中。例如，日本专利公开18031/1988描述了高耐蚀的热压模具，其含有20_50质量％ Cr (铬)和1.5-9质量％ Al (铝)、余量主要由Ni (镍)构成。该热压模具在温度500-800°C 和压力500-2000kg/Cm2(50-200MPa)的条件下呈现对热压的高硬度并具有抗弯性能。此外， 已经发现模具具有对Ni和Cr的耐腐蚀性。就本专利技术人所知，该Ni-Cr-Al基合金的模具构 件具有优异的材料硬度和耐腐蚀性，但另一方面，耐磨性不总是令人满意的，对于一些使用 条件，在构件滑动部分的磨损的发展，不利地导致构件使用寿命的缩短。对于用于树脂透镜和例如所谓“工程塑料”的树脂的模具要求好的镜面加工性。然而，由于常规钢产品是通过相对大的析出的碳化物进行硬化的合金，由于在抛光过程中析 出的碳化物颗粒的脱落形成孔洞，此外，脱落颗粒对抛光表面的损伤使得难以进行抛光。此 夕卜，在常规钢材料中，出于提高脱模性的目的进行镀M或CrN涂覆。然而，常规钢材料有脱 模性不令人满意，脱模性随表面粗糙度而恶化，脱模性随磨损而变化的问题。 为了提高耐磨性，日本专利公开88431/2002描述了包含在该Ni-Cr-Al基合金上 形成表面硬化层的构件。一直希望在成型表面脱模性的进一步提高、疲劳强度的提高和镜 面加工性的提高。特别的，对用于树脂成型的模具具有在其生产中涉及的与成型树脂易于 粘附在模具上的脱模性有关的系列问题。希望实现均质金属结构以提高成型表面的脱模性、疲劳强度和镜面加工性。即当 存在未时效的组织时，在成型粉末等时，粉末侵入未时效的软相(soft phase)，粉末粘附的 量逐步增加，导致脱模性能的恶化。此外，由于存在未时效的软相，疲劳强度降低。更进一 步，有时效析出相和未时效相间硬度的差异影响抛光和引起时效析出相和未时效相间抛光 差异的趋势，其导致难于抛光的趋势。如Materia Japan (日本金属协会公报)，22卷4期 P323报道的，在时效处理后该合金体系的析出相中，Y'相是在层状α相和Y母相交界 处以薄层形式析出的复合物以形成特有的α、Υ'和Υ母相三层结构。在该合金的常规 生产过程中，甚至在适合的温度650-800°C时效热处理后，仍然残留一定量的未时效Y相， 因此，不能获得完全的三相结构(α、Y ‘和Υ)。因此，为了提高成型表面的脱模性、疲劳强度和镜面加工性，一直希望减少未时效 的相和均质细化。此外，在时效组织中三相(α、和Υ)的稳定析出也是希望的。专利文献1 日本专利公开62595/2001专利文献2 日本专利公开18031/1988专利文献3 日本专利公开88431/2002非专利文献1 =Materia Japan (日本金属协会公报)，22卷4期p323
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有技术的上述问题而完成的，本专利技术的目标是提供用于树脂 成型模具的合金和提供用于树脂成型模具的模具构件，所述合金具有提高的脱模性、疲劳 强度和成型表面的镜面加工性，同时保持粉末、塑料等压制成型用模具所需的强度和对腐 蚀材料例如酸粉末的耐腐蚀性。如下能获得上述目标。根据本专利技术，提供高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其中所述合金是 Cr(铬)_A1(铝)-Ni(镍)基合金，在合金横截面中的金属组织中Y相晶粒边界处的析出 的(a ffi + Y ‘相+ Y相)的混合相比例，以面积比表示不小于95%，并且由合金的X射线 衍射测量的强度比，以Ia (100)/ X 100表示不小于50%且不大于 200%。在本专利技术优选的实施方式中，根据本专利技术的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金满足下 述要求(i)未时效γ相的平均晶粒直径⑶不大于500 μ m ；和(ii)未时效Y相平均晶粒直径⑶和在晶粒边界析出的(α相+ Υ ‘相+ Υ相)的混合相的平均析出宽度(W)的总长度不大于2mm。在本专利技术优选的实施方式中，根据本专利技术的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金包含不 小于25重量％且不大于60重量％的Cr (铬)和不小于1重量％且不大于10重量％的 Al (铝)和由Ni (镍)、痕量元素和附带杂质构成的余量。在本专利技术另一个优选实施方式中，根据本专利技术的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金包 含不小于30重量％和不大于45重量％的Cr (铬)和不小于2重量％和不大于6重量％的 Al (铝)和由Ni (镍)、痕量元素和附带杂质构成的余量。在本专利技术优选的实施方式中，在根据本专利技术的高硬度、高耐蚀和高耐磨合金中，部 分Cr被选自Zr(锆)、Hf (铪)、V(钒)、Ta(钽)、Mo(钼)、W(钨)和Nb (铌)的至少一种 元素替换，条件是&、Hf、V和Nb的总替换量不大于1重量％，Ta的替换量不大于2重量％， Mo和W的总替换量不大于10重量％。此外，根据本专利技术，提供由上述根据本专利技术的合金形成的高硬度、高耐蚀和高耐磨 构件。此外，根据本专利技术，提供一种用于高硬度、高耐蚀性和高耐磨合金的材料，通过将 该材料进行时效热处理能形成根据本专利技术的合金。此外，根据本专利技术，提供用于根据本专利技术的高硬度、高耐蚀和高耐磨本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．高硬度、高耐蚀和高耐磨合金，其中所述合金是时效热处理的Ｃｒ（铬）－Ａｌ（铝）－Ｎｉ（镍）基合金，在合金横截面中的金属组织中γ相晶粒边界处析出的（α相＋γ′相＋γ相）混合相的比例以面积比表示不小于９５％，和由该合金的Ｘ　　射线衍射测量的强度比以Ｉα（１１０）／［Ｉγ（２００）＋Ｉγ′（００４）］×１００表示不小于５０％且不大于２００％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：六反田贵史，新井智久，日下隆夫，神保信义，
申请(专利权)人：株式会社东芝，东芝高新材料公司，
类型：发明
国别省市：JP