專利名稱：高硬度、高耐蝕和高耐磨的合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及高硬度、高耐蝕和高耐磨的合金。更具體的，本發明涉及特別適合在存在腐蝕性物質例如酸、堿和鹽的環境中使用的高硬度和高耐蝕的合金、含有該合金的構件、能形成該合金的合金用材料和生產該合金的方法。
背景技術：
在將例如粉末或顆粒的原料壓縮成型為藥品、準醫藥品、化妝品、農業化學品、飼料、食品等的片劑中，迄今一直使用包括具有對應于片劑形狀的貫穿孔的臼及插入貫穿孔(臼孔)的下杵和上杵的組合的模具。在使用上述模具的片劑成型機器中，例如粉末的原料填入已經插入下杵的臼中，通過上杵將原料壓制成型為所需片劑。
如所描述的，例如在日本專利公開8540/1995中，例如在片劑成型機器中所使用的模具采用例如合金工具鋼的鐵基合金例如SKS2和SKD11或主要由Mo(鉬)、W(鎢)等化合物組成的硬質合金。
此外，為了提高例如合金工具鋼模具的耐腐蝕性，已進行過通過鍍鉻涂覆表面的嘗試。然而，由于鍍層的分離不能獲得令人滿意的效果。鍍鉻層能對例如表面硬度的提高具有一定效果。然而，由于鍍鉻層本身不利地容易分離，不能獲得令人滿意的和穩定的耐磨性提高的效果。這導致在保持模具構件強度和硬度的同時，提高例如耐腐性和耐磨性的要求。
為了解決耐磨性的問題，日本專利公開62595/2001描述了高硬度和高耐蝕的片劑成型杵和臼。該合金在具有高硬度和高耐蝕蝕性的同時，具有脫模性。盡管該合金在片劑成型后能保持約幾小時好的脫模性，出于規模生產目的一直希望在脫模性上進一步改善。進一步，由于該合金具有相對低的疲勞強度，一直希望提高強度，此外，也一直希望具有成型表面的鏡面加工(planishing)性。
另一方面，需要耐腐蝕性的應用不僅包括制造設備例如用于腐蝕性粉末的上述模具，而且包括化學物質的處理設備、廢液或廢渣的處理設備、燃燒裝置和它們外圍構件。此外，在主要要求耐腐蝕性能的應用中，例如在用于樹脂透鏡或工程塑料或其它樹脂的模具和例如切削工具和直接作用軸承的構件中，已經使用例如不銹鋼的耐腐蝕性鋼。然而，例如不銹鋼的耐腐蝕性鋼在例如強度和硬度上是不令人滿意的，因此不能用于特別要求硬度和耐磨性的應用中。
例如，日本專利公開18031/1988描述了高耐蝕的熱壓模具，其含有20-50質量％Cr(鉻)和1.5-9質量％Al(鋁)、余量主要由Ni(鎳)構成。該熱壓模具在溫度500-800℃和壓力500-2000kg/cm2(50-200MPa)的條件下呈現對熱壓的高硬度并具有抗彎性能。此外，已經發現模具具有對Ni和Cr的耐腐蝕性。就本發明人所知，該Ni-Cr-Al基合金的模具構件具有優異的材料硬度和耐腐蝕性，但另一方面，耐磨性不總是令人滿意的，對于一些使用條件，在構件滑動部分的磨損的發展，不利地導致構件使用壽命的縮短。
對于用于樹脂透鏡和例如所謂“工程塑料”的樹脂的模具要求好的鏡面加工性。然而，由于常規鋼產品是通過相對大的析出的碳化物進行硬化的合金，由于在拋光過程中析出的碳化物顆粒的脫落形成孔洞，此外，脫落顆粒對拋光表面的損傷使得難以進行拋光。此外，在常規鋼材料中，出于提高脫模性的目的進行鍍Ni或CrN涂覆。然而，常規鋼材料有脫模性不令人滿意，脫模性隨表面粗糙度而惡化，脫模性隨磨損而變化的問題。
為了提高耐磨性，日本專利公開88431/2002描述了包含在該Ni-Cr-Al基合金上形成表面硬化層的構件。一直希望在成型表面脫模性的進一步提高、疲勞強度的提高和鏡面加工性的提高。特別的，對用于樹脂成型的模具具有在其生產中涉及的與成型樹脂易于粘附在模具上的脫模性有關的系列問題。
希望實現均質金屬結構以提高成型表面的脫模性、疲勞強度和鏡面加工性。即當存在未時效的組織時，在成型粉末等時，粉末侵入未時效的軟相(soft phase)，粉末粘附的量逐步增加，導致脫模性能的惡化。此外，由于存在未時效的軟相，疲勞強度降低。更進一步，有時效析出相和未時效相間硬度的差異影響拋光和引起時效析出相和未時效相間拋光差異的趨勢，其導致難于拋光的趨勢。如MateriaJapan(日本金屬協會公報)，22卷4期p323報道的，在時效處理后該合金體系的析出相中，γ′相是在層狀α相和γ母相交界處以薄層形式析出的復合物以形成特有的α、γ′和γ母相三層結構。在該合金的常規生產過程中，甚至在適合的溫度650-800℃時效熱處理后，仍然殘留一定量的未時效γ相，因此，不能獲得完全的三相結構(α、γ′和γ)。
因此，為了提高成型表面的脫模性、疲勞強度和鏡面加工性，一直希望減少未時效的相和均質細化。此外，在時效組織中三相(α、γ′和γ)的穩定析出也是希望的。
專利文獻1日本專利公開62595/2001專利文獻2日本專利公開18031/1988專利文獻3日本專利公開88431/2002非專利文獻1Materia Japan(日本金屬協會公報)，22卷4期p32
發明內容本發明是為了解決現有技術的上述問題而完成的，本發明的目標是提供用于樹脂成型模具的合金和提供用于樹脂成型模具的模具構件，所述合金具有提高的脫模性、疲勞強度和成型表面的鏡面加工性，同時保持粉末、塑料等壓制成型用模具所需的強度和對腐蝕材料例如酸粉末的耐腐蝕性。
如下能獲得上述目標。
根據本發明，提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其中所述合金是Cr(鉻)-Al(鋁)-Ni(鎳)基合金，在合金橫截面中的金屬組織中γ相晶粒邊界處的析出的(α相+γ′相+γ相)的混合相比例，以面積比表示不小于95％，并且由合金的X射線衍射測量的強度比，以Iα(100)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。
在本發明優選的實施方式中，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金滿足下述要求(i)未時效γ相的平均晶粒直徑(D)不大于500μm；和(ii)未時效γ相平均晶粒直徑(D)和在晶粒邊界析出的(α相+γ′相+γ相)的混合相的平均析出寬度(W)的總長度不大于2mm。
在本發明優選的實施方式中，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金包含不小于25重量％且不大于60重量％的Cr(鉻)和不小于1重量％且不大于10重量％的Al(鋁)和由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成的余量。
在本發明另一個優選實施方式中，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金包含不小于30重量％和不大于45重量％的Cr(鉻)和不小于2重量％和不大于6重量％的Al(鋁)和由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成的余量。
在本發明優選的實施方式中，在根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，部分Cr被選自Zr(鋯)、Hf(鉿)、V(釩)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、W(鎢)和Nb(鈮)的至少一種元素替換，條件是Zr、Hf、V和Nb的總替換量不大于1重量％，Ta的替換量不大于2重量％，Mo和W的總替換量不大于10重量％。
此外，根據本發明，提供由上述根據本發明的合金形成的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件。
此外，根據本發明，提供一種用于高硬度、高耐蝕性和高耐磨合金的材料，通過將該材料進行時效熱處理能形成根據本發明的合金。
此外，根據本發明，提供用于根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料，其中所述材料是固溶處理過的材料，其具有這樣的性質由X射線衍射測量的強度比，以Iγ′(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％，且以Iα(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％，且晶粒直徑不大于5mm。
此外，根據本發明，提供生產高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法，所述方法包括將用于根據本發明的合金的上述材料進行時效熱處理。
在本發明的優選實施方式中，在生產根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法中，在500-850℃進行時效熱處理。
在本發明的優選實施方式中，在生產根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法中，在進行時效熱處理前，對所述材料進行(i)以不低于100℃/hr且不高于500℃/hr的溫度升高速率將材料加熱到400-700℃的預處理加熱，和(ii)將材料在400-500℃溫度范圍保持至少0.5hr的預處理加熱。
本發明能提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其具有優異耐蝕性、硬度和耐磨性，同時具有脫模性、疲勞強度和成型表面的鏡面加工性。
能通過利用這些優異性能在各種應用中利用根據本發明的合金，例如適用于醫藥和樹脂成型領域，其中甚至在高溫和高壓條件下在腐蝕性環境中長期使用后，變形和磨損的水平應該是低的、脫模性也應是優異的。
附圖簡述

圖1顯示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面積比與脫模性之間關系的圖。
圖2顯示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面積比與疲勞強度之間關系的圖。
圖3顯示合金中(α相+γ′相+γ相)混合相面積比與鏡面加工性之間關系的圖。
圖4顯示由X射線衍射測量的合金強度比與脫模性之間關系的圖。
圖5顯示由X射線衍射測量的合金強度比與疲勞強度之間關系的圖。
圖6顯示由X射線衍射測量的合金強度比與鏡面加工性之間關系的圖。
圖7根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金橫截面上金屬組織的典型視圖。
具體實施例方式
將描述實施本發明的方式。
高硬度、高耐蝕和高耐磨合金通常觀察到，在固溶處理過的Cr-Al-Ni基合金中，伴隨著時效熱處理的進行，在γ相晶粒邊界處析出(α相+γ′相+γ相)混合相[即由α相、γ′相和γ相構成的混合相]，同時，未時效相部分逐漸減少。
根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金是進行這種時效熱處理的Cr(鉻)-Al(鋁)-Ni(鎳)基合金，其中在合金橫截面上金屬組織中γ相晶粒晶邊界上析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示不小于95％，且由合金的X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。
在本發明中，(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示不小于95％，優選不小于98％，特別優選100％。當以面積比表示(α相+γ′相+γ相)混合相的比例少于95％時，組織的均勻性降低，因此不能獲得本發明的目的。無需說明，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金包括基本上由(α相+γ′相+γ相)混合相構成的合金(即(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示是100％的合金)。
在根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，該合金的由X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％，優選不小于70％且不大于200％，特別優選不小于100％且不大于200％。當強度比在上述限定范圍之外時，不能獲得本發明的目標。
關于這方面應注意的是作為主峰的γ(111)或γ′(112)峰被排除在外，因為峰位于α(110)峰附近，由此不能分開，不能沒有困難的進行強度比的確定，或可能引起誤差。
在上述規定的根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，特別優選滿足如下要求(i)和(ii)的那些合金(i)未時效γ相的平均晶粒直徑(D)不大于500μm；和
(ii)未時效γ相的平均晶粒直徑(D)和在晶粒邊界處沉淀的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出寬度(W)的總長不大于2mm。
在要求(i)中，“未時效γ相的平均晶粒直徑(D)”的表述意指“在金屬晶粒中由(α相+γ′相+γ相)混合相環繞的未時效γ相的最大晶粒直徑的平均值”。順便提及，當基本上觀察不到“未時效γ相”的存在時，“未時效γ相的平均晶粒直徑(D)”是“0μm”。
在要求(ii)中，“在晶粒邊界處析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出寬度”的表述意指“在一個金屬晶粒中存在的未時效γ相晶粒與和該金屬晶粒鄰近的另一個金屬晶粒中存在的另一個未時效γ晶粒之間最短距離的平均值”。當基本上觀察不到“未時效γ相”的存在時，為了方便，認為在晶粒重心位置存在未時效γ相。因此，在這種情況下，鄰近的金屬晶粒重心位置之間的距離的“平均值”被認為是在晶粒邊界析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的平均析出寬度(W)。
未時效γ相的平均晶粒直徑(D)和在晶粒邊界析出的(α相+γ′相+γ相)混合相平均析出寬度(W)的總長度(下面有時將此記為“D+W”)不大于2mm，優選不大于1mm。當平均晶粒直徑(D)與平均析出寬度(W)的總長度(即“D+W”)超過2mm時，可能存在未時效部分，因此不能獲得本發明的目標。由在統計上可信賴的足夠多的若干樣品(即令人滿意的晶粒數量)測得的“D+W”的上述值基本上等于晶粒平均直徑的值。因此，在這種情況下，可利用“晶粒平均直徑”的值作為“D+W”的值。
在本發明中，通過在光學顯微鏡下觀察根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的任何希望截面并指定總共20個晶粒作為樣品，測量所選擇的晶粒的晶粒直徑和析出寬度，求出測量的平均值以確定D和W，并求出基于這些平均值的D+W，從而求得上述“平均晶粒直徑(D)”、“平均析出寬度(W)”和“D+W”。
在本發明的一個優選實施方式中，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金包含不小于25重量％且不大于60重量％的Cr(鉻)和不小于1重量％且不大于10重量％的Al(鋁)，且余量由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成。在本發明的另一個優選實施方式中，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金包含不小于30重量％且不大于45重量％的Cr(鉻)和不小于2重量％且不大于6重量％的Al(鋁)，且余量由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成。
在根據本發明的優選的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，Cr是確保耐腐性和可加工性的不可缺少的元素，Cr的含量優選不小于25重量％和不大于60重量％。
在一個根據本發明的優選的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，Al是主要作用于合金硬度的合金化元素。當Al含量落在上述限定范圍之內時，能提供必要的硬度水平。
在一個根據本發明的優選的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，Ni是合金化元素，主要作用于合金的耐腐蝕性和可加工性并作為一種余量元素，即在根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中Cr和Al以外的元素。
在一個根據本發明的優選的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，部分Cr被選自Zr(鋯)、Hf(鉿)、V(釩)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、W(鎢)和Nb(鈮)的至少一種元素替換，但Zr、Hf、V和Nb的總替換量不大于1重量％，Ta的替換量不大于2重量％，Mo和W的總替換量不大于10重量％。部分Cr被選自Zr(鋯)、Hf(鉿)、V(釩)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、W(鎢)和Nb(鈮)的一種或至少二種元素替換能進一步提高合金的硬度。
此外，在一個根據本發明的優選的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，部分Al可被Ti替換，但Ti(鈦)替換的總量優選不大于1重量％。這對控制合金的硬度是有效的。
根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金能可以選擇性地含有Mg(鎂)。具有Mg含量不大于0.2 5重量％的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金是本發明的一個優選的實施方式。
在根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金中，可能有意或不可避免地混合在合金中的其它痕量元素和附帶雜質包括例如C(碳)、Mn(錳)、P(磷)、O(氧)、S(硫)、Cu(銅)和Si(硅)。這些元素的總量優選不大于0.3重量％。
不同于常規Cr-Al-Ni基合金或鋼產品，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金沒有由于在拋光過程中析出碳化物顆粒的脫落形成的孔洞和沒有通過脫落顆粒對拋光表面的損傷，因此能均勻地進行拋光，從而能在短時間內提供鏡面般的表面。此外在時效組織中的α、γ′和γ三相穩定析出。因此，形成α、γ′和γ相的局部電池，固/氣界面的界面能大于固/固界面和固/液界面的界面能，提高了脫模性。此外，無論表面粗糙度如何，脫模性是好的，由磨損引起的脫模性變化并不明顯。
因此，本發明能提供具有耐蝕性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強度和鏡面加工性的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金。
高硬度、高耐蝕和高耐磨構件由上述高硬度、高耐蝕和高耐磨合金形成根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件。在這里使用的術語“構件”不僅指的是例如裝在機器和設備上以作為機器、設備等一個組成部分的所謂的“零件”，而且指不與其它零件等結合單獨使用的制品。
如上所述，根據本發明的合金具有優異的耐腐性、硬度和耐磨性，同時具有脫模性、疲勞強度和成型表面的鏡面加工性。因此，根據發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件特別適用于需要這些各種性能的各種用途。例如根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件特別適用于將原料例如粉末或顆粒例如高腐蝕性粉末比如酸性粉末或堿性粉末壓制為醫藥、準醫藥品、化妝品、農業化學品、飼料、食物等的片劑的成型設備的構件，例如具有對應于片劑形狀的貫通孔的臼和將插入貫穿孔(臼孔)中的下杵和上杵。
此外，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件特別適合作為用于樹脂生產機器或設備例如用于樹脂成型機器的構件。例如，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件特別適合作為樹脂成型機器的構件，例如(i)通用樹脂，例如聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯乙烯和ABS樹脂，和(ii)工程塑料例如聚酰胺、聚碳酸酯、改性的聚乙烯醚、聚苯硫醚、聚酰胺酰亞胺、聚醚酰亞胺、和聚酰亞胺。甚至在高溫和高壓條件下在腐蝕性環境中長期用于生產高功能樹脂時，根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件也不易變形或磨損并具有優異的脫模性。
用于高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料本發明也涉及通過將材料進行時效熱處理能形成上述高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的用于合金的材料。
用于合金的優選材料的具體實例是固溶處理過的材料，其具有下述特性由X射線衍射測量的強度比以Iγ′(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％和以Iα(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％，且晶粒直徑不大于5mm。
用于根據本發明的合金的材料更優選為(i)由X射線衍射測量的強度比以Iγ′(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于1％，(ii)由X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于1％，和(iii)晶粒直徑不大于2mm。
用于根據本發明的合金的材料優選例如通過經過熔融處理形成Cr-Al-Ni基合金鑄錠，將鑄錠進行熱加工和冷加工，可選擇地將材料加工為適合的形狀，然后對材料進行固溶處理，其處理方法是在氬或氮氣氛下或在大氣壓下在適當溫度的條件下對材料進行適當時間的固溶熱處理(優選1000-1300℃的溫度30-120min)，然后浸入油中進行淬冷來生產。
下面將描述時效熱處理。
高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的制造方法生產根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法的特征在于通過將上述用于合金的材料進行時效熱處理。
在本發明中采用的時效熱處理優選在500-850℃、特別是在600-750℃下進行1-8hr、特別是3-5hr。
在本發明中，在用于合金的材料的時效熱處理前，材料優選進行適當的預處理加熱。在本發明中，通過預處理加熱，在時效熱處理中，金屬組織能更為均勻地析出。此外，能優化金屬組織析出的速度，同時能阻止在合金材料內部裂紋的發生。
在時效熱處理前預處理加熱的優選方法包括(i)以不低于100℃/hr和不超過500℃/hr，優選不小于100℃/hr和不大于400℃/hr的溫度升高速率將材料加熱到400-700℃的溫度的方法，和(ii)將材料在400-500℃的溫度范圍保持至少0.5hr的方法。當在方法(i)中的溫度升高速率低于100℃/hr時，能滿足性能要求。然而在這種情況下，必要的處理時間過長，因此，從生產的觀點來看低于100℃/hr的溫度升高速率是不適合的。當溫度升高速率超過500℃/hr，溫度分布的不均勻化水平和由析出引起的體積收縮水平過高，經常導致裂紋。當在方法(ii)中保持時間少于0.5hr時，該預處理加熱的效果不令人滿意。保持時間的上限優選5hr。即使當熱處理進行多于5hr時，也難于取得更好的效果。
根據本發明的用于合金的材料(用于合金的該材料的金屬晶體主要由α相組成)，當進行該時效熱處理時，優選在上述預處理加熱后進行上述時效熱處理，引起(α相+γ′相+γ相)混合相的析出以生產根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金。即，通過由于該時效熱處理微米尺寸的細小晶體的完全析出從而生產出根據本發明的具有優異耐腐性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強度和成型表面的鏡面加工性的合金。
實施例實施例1通過真空熔融方法熔融Cr-Al-Ni基合金并鑄造。該Cr-Al-Ni基合金包含38.2重量％的Cr(鉻)、3.78重量％的Al(鋁)和0.012重量％的Mg(鎂)，余量由Ni(鎳)構成(下文稱為“合金A”)。
鍛造由此獲得的合金A制備具有30mm直徑×1000mm長度的圓棒。將該圓棒在已經調整為氬氣氛的真空熱處理爐中在1200℃的溫度下進行2hr固溶熱處理。然后將該圓棒浸入油中，進行固溶處理并用水冷切割刀具或鋼絲鉗切割為30mm直徑×10mm長度的尺寸。
接下來，將該材料引入真空爐中，對真空爐中的氣氛進行排氣。然后該材料在氬氣氛中在850℃的溫度下進行5hr時效熱處理，隨后在Ar氣中冷卻1hr，使得材料冷卻到約150℃的溫度。之后，從真空爐中取出材料以制造根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金。證實在該合金中沒有觀察到未時效γ相，因此(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示是100％。以上述相同方式通過X射線衍射測量強度比，發現該強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于162％。
通過時效熱處理，該材料的表面有些模糊(cloudy)。然而通過用拋光機精拋光，該材料可容易地被拋光。
實施例2-8和比較例1-4制造根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金(實施例2-8)和比較合金(比較例1-4)，除了如表1所示改變時效熱處理溫度外，以和實施例1相同的方式進行評價。
結果如表1所示。
如下所述測量表1中的每種參數。通過對每種合金的表面施加X射線(CuKα線)并測量每個峰的比率來確定通過X射線衍射測量的強度比。
如下所述測定粉末的附著性。在上樣品和下樣品(30mm直徑×10mm長度)的兩個樣品間涂布檸檬酸水合物粉末，從組件頂部施加490MPa的載荷。之后，移去上樣品，求出上樣品和下樣品的粉末附著表面向下時附著的粉末的面積比(％)。
通過由合金樣品制備模具，使用該模具成型樹脂，重復該加工10000次，求出成型樹脂(樹脂成型產品)的廢品百分率，來測定樹脂成型性。
通過進行拉-壓疲勞測試(循環頻率不大于40Hz)測定在6×106循環使樣品斷裂所必須的疲勞強度(MPa)來測定疲勞強度。例如，780MPa疲勞強度意味著當樣品被以780MPa旋轉錘擊6×106次時樣品斷裂。
通過在鏡面加工到表面粗糙度Ra水平不大于1μm后測量存在于樣品表面的缺陷比例來測定鏡面加工性。在這種情況下，測量遵循由JIS G 0555的附加文獻1具體規定的潔凈度(cleanness)d(％)。具體地，在d60×400(視場數60和放大400倍)條件下進行測量。
表1

合金X射線強度比*1Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100粉末粘附性*2在加壓測試中粘附的量/被壓粉末量(％)(使用檸檬酸)樹脂模壓性*3樹脂成型的廢品百分率(％)(10000次測試)疲勞強度*4斷裂循環數6×196次時的強度鏡面加工性*5在JIS G 0555中具體規定的潔凈度d(％)實施例9-11和比較例5-9除了使用包含38.1重量％的Cr、3.79重量％的Al和0.001重量％的Mg、余量由Ni構成的Cr-Al-Ni基合金(下文稱為“合金B”)替代“合金A”，如表2所示改變條件外，以與實施例1相同的方式制造和評價根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金(實施例9-11)和比較合金(比較例5-9)。結果如表2所示。
表2

實施例12-14和比較例10-14除了如表3所示改變固溶處理溫度和時效熱處理溫度外，以和實施例1相同的方式制造和評價根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金(實施例12-14)比較合金(比較例10-14)。
結果如表3所示。
表3

實施例15-30除了在時效熱處理前進行如表4或5所示的預處理加熱外，使用和實施例1相同的合金組成制造根據本發明的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金(實施例15-30)并以和實施例1相同方式進行評價。結果如表4和5所示。
表4

表5

基于在實施例1-14和比較例1-10中獲得的數據，(i)測定(α相+γ′相+γ相)混合相面積比和脫模性、疲勞強度和鏡面加工性間的關系(圖1-圖3)，和(ii)測定X射線強度和脫模性、疲勞強度和鏡面加工性間的關系(圖4-圖6)。
能從表1-5和圖1-6所示的數據看出，當(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示不小于95％和由X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％時，能獲得具有優異脫模性、疲勞強度和鏡面加工性的耐腐性合金。
權利要求
1.高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其中所述合金是時效熱處理的Cr(鉻)-Al(鋁)-Ni(鎳)基合金，在合金橫截面中的金屬組織中γ相晶粒邊界處析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示不小于95％，和由該合金的X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。
2.根據權利要求1的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其滿足下面要求(i)未時效γ相的平均晶粒直徑(D)不大于500μm；和(ii)未時效γ相平均晶粒直徑(D)和在晶粒邊界處析出的(α相+γ′相+γ相)混合相平均析出寬度(W)的總長度不大于2mm。
3.根據權利要求1或2的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其包含不小于25重量％且不大于60重量％的Cr(鉻)和不小于1重量％且不大于10重量％的Al(鋁)，且余量由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成。
4.根據權利要求1或2的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其包含不小于30重量％且不大于45重量％的Cr(鉻)和不小于2重量％且不大于6重量％的Al(鋁)，且余量由Ni(鎳)、痕量元素和附帶雜質構成。
5.根據權利要求3或4的高硬度、高耐蝕和高耐磨合金，其中，部分Cr由選自Zr(鋯)、Hf(鉿)、V(釩)、Ta(鉭)、Mo(鉬)、W(鎢)和Nb(鈮)的至少一種元素替換，條件是Zr、Hf、V和Nb的總替換量不大于1重量％，Ta的替換量不大于2重量％，且Mo和W的總替換量不大于10重量％。
6.由根據權利要求1-5的任一項的合金形成的高硬度、高耐蝕和高耐磨構件。
7.一種用于高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料，通過對該材料進行時效熱處理能形成根據權利要求1-5的任一項的合金。
8.根據權利要求7的用于高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的材料，其中所述材料是固溶處理的材料，具有如下性質由X射線衍射測量的強度比，以Iγ′(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％，且以Iα(110)/[Iγ′(110)+Iα(110)+Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不大于5％，且晶粒直徑不大于5mm。
9.制造高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法，所述方法包括對根據權利要求8的用于合金的材料進行時效熱處理。
10.根據權利要求9的制造高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法，其中在500-850℃進行時效熱處理。
11.根據權利要求9或10的制造高硬度、高耐蝕和高耐磨合金的方法，其中在進行時效熱處理前，對所述材料進行(i)以不小于100℃/hr且不大于500℃/hr的溫度升高速率將材料加熱到400-700℃的預處理加熱，和(ii)將材料在400-500℃的溫度范圍保持至少0.5hr的預處理加熱。
全文摘要
本發明提供高硬度、高耐蝕和高耐磨合金和包含該合金的構件和能形成該合金的合金用材料及制造該合金的方法，其中該合金是經過時效熱處理的Cr－Al－Ni基合金，在合金橫截面的金屬組織中γ相晶粒邊界處析出的(α相+γ′相+γ相)混合相的比例以面積比表示不小于95％，該合金的由X射線衍射測量的強度比以Iα(110)/[Iγ(200)+Iγ′(004)]×100表示不小于50％且不大于200％。本發明能提供具有優異耐腐性、硬度、耐磨性、脫模性、疲勞強度和成型表面鏡面加工性的Cr－Al－Ni基合金和包含該合金的構件、能形成該合金的合金用材料及生產該合金的方法。
文檔編號C22F1/00GK101056999SQ20058003323
公開日2007年10月17日 申請日期2005年9月22日 優先權日2004年9月30日
發明者六反田貴史, 新井智久, 日下隆夫, 神保信義 申請人:株式會社東芝, 東芝高新材料公司